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1991年,ISRO订购了俄罗斯的低温发动机及相关技术。美国依据《导弹技术控制制度》提出反对,莫斯科于1993年7月冻结了转让,印度自己的低温级2010年4月15日失败,2014年1月5日才成功。
据政府在人民院的答复,印度第一台自制的低温发动机于2010年4月15日飞行,点火后只持续燃烧了不到一秒。同一个级在2014年1月5日成功工作,而ISRO之所以非造它不可,要从莫斯科1993年7月冻结的一份俄罗斯合同说起。
低温级燃烧液氢和液氧,这两种推进剂只有在零下253摄氏度和零下183摄氏度时才保持液态。ISRO为2014年那次飞行编写的手册说,给这种发动机供料的泵转速约为每分钟4万转,而这些推进剂每燃烧一公斤所产生的推力,远高于固体燃料或可储存的液体燃料。印度想把它用在GSLV上,这种火箭的设计任务是把约2吨的通信卫星送入地球同步转移轨道。
1991年1月的合同和一次美国的反对
SpaceTech Asia在2017年的历史回顾中说,ISRO与苏联航天机构Glavkosmos于1991年1月18日签署了一项协议,涵盖低温发动机和制造它们的技术。俄罗斯最终供应的发动机叫KVD-1。1993年8月的一篇UPI报道把这份合同的日期说成1990年,金额说成3.5亿美元,所以各种说法在年份和价格上都不一致。
华盛顿以导弹为由表示反对。UPI报道,美国于1992年5月对ISRO和Glavkosmos实施了有限的贸易制裁。美国的担忧在《导弹技术控制制度》(MTCR,西方国家之间1987年达成的一项出口管制安排)之下,即这项技术可能被转用于洲际弹道导弹。印度和俄罗斯回应说,低温发动机不适合这种用途,没有哪个国家把它们用在这上面。两国都不是该制度的成员,不过都说过会遵守它的准则。
1993年这笔出售是怎么被冻结的
叶利钦1993年1月访问新德里,并承诺推进,UPI报道。到了7月,局面逆转。1993年7月16日,美国国务院宣布与俄罗斯达成一项协议,美国新闻署报道说,俄罗斯同意冻结向印度出售发动机和技术的拟议交易。俄罗斯将从1993年11月1日起严格遵守该制度的规则,两国将在民用卫星发射和空间站方面开展合作。主持美方团队的副国务卿林恩·戴维斯(Lynn Davis)说,美国并没有为俄罗斯失去印度合同而给予补偿。
UPI把俄罗斯的这项宣布同总统比尔·克林顿在东京七国集团峰会上向叶利钦提出此事联系起来。1993年8月15日,总理P. V. 纳拉辛哈·拉奥(P. V. Narasimha Rao)在独立日演讲中说,印度将在两年内开发出自己的低温技术。这项技术的首次成功飞行发生在2014年1月,已是二十多年之后。
订购七级,没有技术转让
俄罗斯并没有完全撒手。1994年7月下旬,印度外交国务部长拉古南丹·拉尔·巴蒂亚(Raghunandan Lal Bhatia)对议会说,俄罗斯将出售七台低温发动机,起初四台,另有三台的选择权。“这将不转让技术,”他说,据《莫斯科时报》报道。该报指出,这同1993年9月印度航天科学家的说法相矛盾,当时其中一人说,ISRO甚至已经收到了发动机的图纸。
这些俄罗斯的级让GSLV飞了好几年。Spaceflight Now从布拉格的国际宇航大会报道,ISRO主席K. 拉达克里希南(K. Radhakrishnan)2010年10月说,ISRO订购了七台,用了五台。同一篇报道说,俄罗斯的级在2001年和2007年被指为造成了轻微的入轨偏差。
ISRO自己的低温上面级项目,本来是要取代这些进口的级。SpaceTech Asia把ISRO自己研制发动机的决定定在1994年,由液体推进系统中心牵头。
南比·纳拉亚南案
据Bar and Bench报道,1994年,喀拉拉邦警方依据《官方机密法》逮捕了S. 南比·纳拉亚南(S. Nambi Narayanan)。LiveLaw称他是ISRO低温技术的项目主管,并说他被关押了50多天。中央调查局(CBI)接手后,认定此案毫无根据,并提交了结案报告。1998年,最高法院撤销了喀拉拉邦政府一份下令进一步调查的通知。
2018年9月14日,由首席大法官迪帕克·米斯拉(Dipak Misra)领衔的三人法官席作出了判决。Bar and Bench引用了判决:“刑法在毫无依据的情况下被启动了。”法院命令喀拉拉邦在八周内向他支付500万卢比(50 lakh),并设立一个由前最高法院法官D. K. 贾恩(D. K. Jain)领导的委员会,研究对涉事官员采取何种措施。法院指出,他仍可以就更多的赔偿继续提起民事诉讼。
2010年的两次失败
GSLV-D3于2010年4月15日升空,载有第一个印度自制的低温级。人民院2011年3月9日得到的答复是,发动机在点火后无法维持超过一秒的燃烧。Spaceflight Now报道的原因是液氢涡轮泵出现异常。政府任命了一个由G. 马达万·奈尔(G. Madhavan Nair)领导的故障分析委员会,成员为十一名专家。
GSLV-F06于2010年12月25日失败,但那次飞行搭载的是俄罗斯供应的级,不是印度的。人民院2011年2月23日的一份答复说,火箭在47.5秒前一直表现正常,随后姿态误差越来越大,在53.8秒时解体。主要原因是俄罗斯低温级底部的十个连接器过早断裂。它们原本负责把控制指令传给第一级的电子设备。这次发射花费约30亿卢比。
2014年1月5日之前改了什么
ISRO为GSLV-D5编写的手册列出了改进措施。燃料增压涡轮泵重新设计,以顾及其轴承和壳体在低温下的热胀冷缩;主发动机、游动发动机和燃气发生器的点火顺序作了修改;大气层内飞行时罩住发动机的下整流罩和该级的电缆通道重新设计。发动机在ISRO的主发动机和高空试验设施上通过了验收试验。
GSLV-D5在经过29小时倒计时之后,于2014年1月5日印度标准时间16时18分升空。ISRO的《印度航天》(Space India)报道,17分5秒后,它把1982公斤的GSAT-14送入了预定的转移轨道。这是国产级的第二次飞行。ISRO说,主发动机和两台游动发动机合计在真空中的标称推力为73.55千牛,该级的标称燃烧时间为720秒。
月船三号背后更大的发动机
CE-20是另一种发动机,为更大的LVM3制造,ISRO最初把LVM3称为GSLV Mk III。ISRO给出的它的标称真空推力为186.36千牛,比冲为442秒(ISRO衡量发动机效率的指标)。它2014年的说明材料把它描述为一种采用燃气发生器循环的印度新发动机。
2014年12月18日LVM3的首次试验,搭载的是一个被动的、不工作的低温级。第一次搭载工作低温级的飞行,GSLV Mk III-D1,于2017年6月5日印度标准时间下午5时28分从斯里哈里科塔升空,带着GSAT-19,它重3136公斤,是当时从印度本土发射的最重卫星。ISRO说,那个28吨的级表现符合预期。
ISRO2026年7月7日的一份公告说,CE-20已在连续八次LVM3任务中工作,其中包括月船二号、月船三号和三次商业任务,并且已满足Gaganyaan的载人认证要求。月船三号于2023年7月14日印度标准时间14时35分搭乘LVM3 M4出发,它促成的着陆见我们的月船三号一文。更广泛的项目见谈ISRO省钱工程的那一篇,载人火箭的计划见Gaganyaan一文。
印度仍然缺什么
印度的半低温发动机仍在试验中。SE2000燃烧液氧和煤油,推力为2000千牛,计划驱动一个名为SC120的级,用它取代LVM3的L110芯级。ISRO说,配上升级的低温级,这将使LVM3送入地球同步转移轨道的能力从4吨提高到5吨。该发动机动力头(包含除推力室之外的所有系统)的第一次热试车于2025年3月28日进行,持续2.5秒。2026年9月5日,该系列的第九次试验以全部200吨的推力运行了5秒,处于一次35秒的点火之内。ISRO的公告说,SC120仍在研制,并且已验证了从起动贮箱切换到运行贮箱,以便以后进行更长时间的动力头试验。
资料来源与延伸阅读
- ISRO: GSLV-D5/GSAT-14 mission brochure, Indigenous Cryogenic Engine and Stage
- ISRO: Space India, September 2013 to December 2014 (GSLV-D5 and LVM3-X/CARE reports)
- ISRO: First Developmental Flight of India's GSLV Mk III Successfully Launches GSAT-19 (5 June 2017)
- ISRO: Cryogenic Engine (CE-20) for GSLV Mk-III / Chandrayaan-2 Mission
- ISRO: Chandrayaan-3, LVM3-M4 Mission
- ISRO: Flight Acceptance Test of Cryogenic Engine for the next LVM3 mission (7 July 2026)
- ISRO: Major breakthrough in Semicryogenic Engine development (28 March 2025)
- ISRO: Hot test of Semicryogenic Engine Power Head Test Article at full thrust level (5 September 2026)
- USIA: US, Russia Agree on MTCR Guidelines (Edmund F. Scherr, 16 July 1993)
- UPI: India to locally build rocket engines denied by Russia (15 August 1993)
- The Moscow Times: Rocket Engines to India (26 July 1994)
- Lok Sabha Unstarred Question 2207, Failure of GSLV, answered 9 March 2011
- Lok Sabha Unstarred Question 440, Failure of Satellite, answered 23 February 2011
- Spaceflight Now: India's GSLV rocket to fly again (Stephen Clark, 12 October 2010)
- SpaceTech Asia: All about ISRO's GSLV Mk III's cryogenic upper stage engine (Deyana Goh, 16 June 2017)
- Bar and Bench: Supreme Court awards Rs 50 lakh compensation to Nambi Narayanan (14 September 2018)
- LiveLaw: ISRO espionage case, SC reserves judgment in Nambi Narayanan's plea (10 July 2018)
- LiveLaw: SC grants Rs 50 lakh compensation to former ISRO scientist Nambi Narayanan (14 September 2018)
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