GSLV MARKIII是个什么箭？
GSLV MARKIII的基本性能
GSLV MARKIII的外观令人印象很深刻，它的一级采用捆绑式设计，采用粗壮的L110液体芯级，两个略微纤细一点的S200固体火箭发动机作为捆绑助推器。
GSLV MARKIII高度为43.43米，芯级直径4米、助推器直径3.2米，助推器外侧还各有一个细小的挠性喷管控制油箱。再加上直径5米的大型整流罩，GSLV MARKIII成为了印度有史以来制造过的最高大的火箭。
从运载比的角度来说，GSLV MARKIII并不是一种很出色的火箭。简单说，它的起飞质量为630.58吨，低轨道运载能力为8吨，地球同步转移轨道的运载能力为4吨——这都是ISRO自己公布的数字。相比之下，中国的长征三号乙运载火箭起飞质量为426吨，地球同步转移轨道的运载能力为5.1吨；猎鹰9号火箭的起飞质量为549吨，低轨道运载能力达到22.8吨，地球同步转移轨道的运载能力达到了8.3吨。
但不管怎么说，这是印度自主研发的、运载能力最大的火箭，8吨的低轨道运载能力刚好可以执行低轨道载人飞船的发射任务。而且它已经进行了两次成功的飞行，是印度载人航天计划中最长的一块板。
▲ 2014年实验中的GSLV MARKIII 第二级采用了液氮填充LVM3任务中的GSLV MARKIII
对GSLV MARKIII的介绍文章已经很多，本文的重点，将放在2014年的那次试验飞行上。这次试验的编号是LVM3，主要目的有四个。首先是验证火箭气动外形，这是印度首次采用大型固体火箭助推器设计。第二是验证主要设计参数。第三是考察包括飞船、发射场、测控和回收系统在内的大系统设计。第四就是考察飞船返回和着陆回收的技术。
在这当中，S200火箭发动机和L100火箭发动机要分别接受验证和考核。从S200角度来说，这是印度首次将如此大直径的固体发动机用于航天发射。该发动机也是仅次于美国航天飞机和欧洲阿里安火箭的世界第三大固体助推器。固体发动机的药柱在制造时，不可避免地会出现一定误差。也就是说，两侧助推器的推力大小和方向都是不同的。而固体发动机点火后，又不能像液体发动机那样通过调节燃料供给来控制推力。为了保证两侧推力大致相同，这次试验中使用的两个助推器是在相同工艺条件下同步制造的，并且采用了燃烧速率控制技术来保证两侧燃料消耗率基本一致。具体的措施，就是推进剂外侧的两个挠性喷管控制油箱。从ISRO给出的图示来看，采用的是所谓流体二次喷射控制技术。两个S200总计装有207吨推进剂，几乎占了起飞质量的三分之一。
L100液体芯级的技术相对成熟，采用两台威克斯液体火箭发动机并联，以偏二甲肼和四氧化二氮为燃料。这是用在PLSV和GLSV上的成熟产品，但用在GLSV MARKIII上时，把推力提高到了100吨。
比较有意思的是低温上面级。在2014年的时候，这个名为C25的级段还没有研制完成。于是ISRO采取了一种折中办法。既然试验飞船只需要飞到亚轨道，那么C25不能产生推力也不要紧。ISRO在C25的液氢和液氧储箱里灌满了液氮，这样就可以考核相当大一部分技术性能了。
GSLV MARKIII起飞的时候，是S200先点火。到达43.43公里高度、1785.98米每秒飞行速度后，L110芯级点火。因此LVM3任务起飞时只有两台固体发动机在推进，但它们能发出10300千牛的推力，足够把整枚火箭推离地面。L110的推力只有1598千牛，但这时的S200已经消耗了大部分燃料，火箭质量比起飞的时候小得多了。L110点火后24秒，S200就燃尽分离。每个S200上下两端各装有3台小型火箭发动机，它们一起点火，把S200从L110上剥离出去，此时的火箭速度已经达到2124.96米每秒，高度为70.81公里，但质量已经下降到了400吨左右。当火箭飞行到114.35公里的高度，已经飞过了冯·卡门线，空气已经非常稀薄，于是整流罩分离。火箭再向上飞行十多公里，抵达126.24公里高度后，芯级发动机停止工作。与此同时，地面控制人员向C25低温上面级发出模拟关机指令。这个时候，火箭还在凭惯性飞行，高度开始降低。当低至126.14公里高度时，模拟飞船与火箭分离。飞船进入返回程序。
▲ GSLV MARKIII成功发射了两次
▲ LVM3飞行前，模拟飞船准备装入整流罩
▲S200正在准备进行点火试验法国血统的维克斯发动机
维克斯发动机是印度目前的主力火箭发动机，无论极轨道运载火箭（PSLV）还是静止轨道运载火箭（GSLV），第一级火箭发动机都是维克斯。在GSLV MARKIII上，使用的是维克斯X型发动机。
维克斯是维克拉姆·阿姆巴拉尔·萨拉贝（VIKram Ambalal Sarabhai）的缩写，此人是印度著名科学家，号称印度航天之父。但维克斯发动机本身并不是他的作品，而是从法国引进的维京发动机。
维京发动机是法国为阿里安1火箭研制的，早期的推力只有190千牛，后来逐步提高。到阿里安1火箭实际飞行的时候，使用的是611千牛的维京2。维京发动机一直使用到阿里安4上，在第一级芯级上并联了4台，其时的推力已经提高到了667千牛。维京发动机非常成熟，先后生产了1000台，其中958台进行了实际飞行，只有2台失效。其中一次还是人为失误造成的。到1998年，维京发动机的可靠性已经成长到了无需测试就可以总装的程度。
印度引进这样成熟的型号，是明智的选择。因为工业基础上的不足，在维克斯发动机制造的早期，ISRO还要从法国进口一些必要的零部件，但如今已经能完全自行生产。
维克斯发动机在不同火箭上配用的燃料储箱有所不同，其中在GSLV MARKIII上配用了容量为55吨的储箱，海平面推力达到756.5千牛，真空推力达到839千牛，比维京发动机更进一步。
后续任务
首次亚轨道飞行完成后，GSLV MARKIII进行了一系列改进。首先是把固体燃料颗粒的形状从13瓣星型改成了10瓣开槽型，装药量减少到了205吨。很显然，第一次飞行中的207吨燃料没有用完。固体助推器分离前后，正是火箭处在跨音速飞行阶段，减少两吨质量可以改善这个区段的飞行品质。整流罩的头部更尖锐了一些，助推器头锥外形也进行了修改。
2017年6月5日，GSLV MARK III正式执行了D1任务，将3136千克重的GSAT-19卫星发射进入同步转移轨道。这次任务与LVM3任务的主要区别是C25上面级换成了真燃料。飞行过程还是比较顺利的，卫星准确进入了预定轨道。这也给印度当局提供了2022年载人飞行的进一步信心。
从目前的发射计划来看，GSLV MARKIII在实施载人飞行之前，还要发射4次。其中在2018年10月发射GSAT-29卫星，在2019年发射GSAT-20和月船二号月球探测器。GSLV MARKIII还将发射GSAT-22卫星，但日期未定。
载人飞行的前景分析
一种火箭能够实施两次成功飞行，不管技术水平是高是低，都有了继续使用下去的价值。从火箭时间表来看，印度人似乎太着急了一些。除非一开始就作为载人火箭设计，6次发射未必能彻底完善一种火箭，把它的可靠性提高到载人火箭的水平。从苏联、美国和中国的经验看，载人火箭要在完全的载人状态下，进行至少一次不载人的飞行。才能确信它可以把航天员安全地送上天。
为了载人飞行，为了解决高可靠性问题，GSLV MARKIII还要经历一番脱胎换骨，起飞质量可能还要有所上升。如果因此而使LEO轨道运载能力降低到了飞船的质量指标以下，恐怕就要对设计做大幅度改动。是不是会影响2022年发射的目标，也是一个风险。另外，如果在2022年前的这4次发射中发生不测，哪怕只是一个小故障，都必须重新审视整个设计和制造。这是载人飞行所必须采取的态度。
然而这还不够，印度对于载人航天的雄心并不仅仅是400公里的轨道高度，空间站甚至登月都在考虑之中。因此，看起来很强大但是运力严重不足的GSLV MARK III肯定是不够用的。印度必须设法研制一系列全新的发动机，并以此为核心构建新的火箭。印度方面有人提出，需要研制一种低轨道运载能力在20~30吨的火箭，其实这就是猎鹰9号火箭的指标。但对于印度的工业基础来说，这个跨度确实大了一点，需要在推进、结构、材料、制造工艺、电子技术、软件和分析能力方面全都上一个台阶。
相关链接：他是唯一进入过太空的印度人
印度人上一次进入太空是在1984年，实际上这也是印度人唯一一次进入太空。印度空军飞行员拉克什·沙尔玛乘坐联盟T-11号飞船进入了太空，并且前往礼炮7号空间站，在那里度过了181天零21小时48分的时间，绕轨道飞行2935圈。
由于这次飞行的目的地是礼炮7号空间站，因此所进入的轨道是近地点195公里、远地点224公里的倾斜椭圆轨道，高度比印度“天船”计划所预定的要低得多。
沙尔玛本人出生于1946年，1970年加入印度空军，担任试飞员。1982年入选ISRO的航天员计划，得到了航天飞行的机会。
在空间站飞行期间，沙尔玛对印度本土进行了空间观测，还进行了一些生命科学和材料处理方面的实验，应该说这是一次政治意味很浓厚的飞行，集中于体现苏联和印度的友好合作关系。沙尔玛的这次飞行期间执行的空间科学任务有多大意义未见报道，沙尔玛本人也没有为印度的后续载人航天计划做出什么贡献。因此也可以认为，联盟T-11号飞船的这次飞行和“天船”之间没有什么继承性。
沙尔玛在飞行期间还做了一件其他国家航天员未曾尝试过的举动：在空间站里练习瑜伽，来缓解长期空间飞行对身体所造成的负担。这项尝试有什么实际成果，人们不得而知，看来效果极其有限。
1987年沙尔玛退出现役，来到印度航空工业公司担任首席试飞员，直到退休。从正式报道中，除了2006年参与了ISRO的一次载人航天会议之外，没有发现沙尔玛对这一轮载人航天计划有什么参与。
印度科学家没有参加过美国航天飞机的飞行，或者国际空间站的飞行，在搭载航天飞机飞行过的航天员当中，确实有一些印度裔，包括苏尼塔·威廉姆斯、卡尔帕娜·乔拉等人。这些印度裔航天员也确实和印度航天界进行过学术交流，但很显然没有对印度载人航天计划做出过正式的指导，更没有人回国任职。卡尔帕娜·乔拉就更不可能做什么了，因为她在2003年乘坐哥伦比亚号航天飞机返回地球时遇难。
至于国际空间站，由于空间站的容量受到航天飞机失事的影响，常驻人员的数量被限制在三人，而搭载联盟TMA飞船往返天地之间的也只能有三人而已。加上联盟飞船的费用越来越高，因此印度航天员没有进入过国际空间站。
简而言之，沙尔玛的那一次飞行，就是印度载人航天此前的唯一经历了。当然，如果不出意料的话，ISRO应该保存着他受训前后的所有记录。这对“天船”的研制和航天员选拔，或许还是有点作用的。
拉克什·沙尔玛