中国第一个目标飞行器和空间实验室是

中国第一个目标飞行器和空间实验室是天宫一号天宫一号目标飞行器是中国首个自主研制的载人空间试验平台，于2011年9月29日21时16分03秒从酒泉卫星发射中心发射，全长10.4米，最大直径3.35米，内部有效使用空间约15立方米，可满足3名航天员在舱内工作和生活需要，设计在轨寿命两年。[1]2011年11月3日，天宫一号与神舟八号飞船成功完成我国首次空间飞行器自动交会对接任务，并进行了二次自动交会对接。2012年6月18日，天宫一号与神舟九号飞船成功进行首次载人交会对接。2013年6月13日，天宫一号与神舟十号飞船成功完成自动交会对接。[1]2016年3月16日，天宫一号目标飞行器正式终止数据服务，全面完成了历史使命。2018年4月2日8时15分左右，经北京航天飞行控制中心和有关机构监测分析，天宫一号已再入大气层，再入落区位于南太平洋中部区域，绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。[2]天宫一号在轨运行1630天，不但完成了既定使命任务，还超设计寿命飞行、超计划开展多项拓展技术试验，为空间站建设运营和载人航天成果应用推广积累了重要经验。与神舟八号的交会对接标志着中国成为世界上第三个独立掌握航天器空间交会对接技术的国家。[1]简介天宫一号（Tiangong-1）是中国自主研制的首个载人空间试验平台，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院（航天五院）和上海航天技术研究院（航天八院）研制。全长10.4米，最大直径3.35米，内部有效使用空间约15立方米，可满足3名航天员在舱内工作和生活需要，设计在轨寿命两年，实际在轨四年半，超期服役并开展多项拓展技术试验。[3]天宫一号搭载长征二号FT1火箭，于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射。天宫一号主体为短粗的圆柱型，重约8吨，直径比神舟飞船更大，采用两舱构型，分别为实验舱和资源舱。实验舱由密封的前锥段、柱段和后锥段组成，前端安装一个对接机构，以及交会对接测量和通信设备，用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。[4]天宫一号飞行的主要任务是，为实施空间交会对接试验提供目标飞行器；初步建立长期无人在轨运行、短期有人照料的载人空间试验平台，为空间站研制积累经验；进行空间科学实验、航天医学实验和空间技术试验。[5]天宫一号自入轨以来，先后与神舟八号、神舟九号和神舟十号飞船圆满完成6次自动和航天员手控空间交会对接，完成了航天器组合体控制与管理、航天员在轨驻留保障、航天员在轨维修操作等一系列技术试验验证，开展了对地遥感应用、空间物理与环境探测和空间材料实验，获取了大量有价值的数据信息和应用成果。天宫一号还是我国第一个“太空教室”，在神舟十号飞行任务期间，航天员王亚平在聂海胜、张晓光的配合下，为全国6000多万中小学生进行太空授课，引起了强烈的社会反响。[3]飞行期间，天宫一号成功验证了自动及手动控制交会对接技术，使我国成为世界上第三个独立掌握交会对接技术的国家，标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第一阶段任务圆满收官。[6]为了充分发挥天宫一号的综合效益，2013年6月神舟十号飞船返回后，我国科学家针对天宫一号超设计寿命飞行的特点，综合考虑飞行器自身的平台状态和设备功能，以及我国后续载人航天技术试验验证需要，科学制定天宫一号飞行任务规划，精心运营维护，严密实施监控，先后进行了多项拓展技术试验和验证。[3]2016年3月16日，已在轨工作1630天的天宫一号目标飞行器，由于超期服役两年半时间，其功能已于近日失效，正式终止数据服务，全面完成了历史使命。[7]2018年4月2日8时15分左右，经北京航天飞行控制中心和有关机构监测分析，天宫一号已再入大气层，再入落区位于南太平洋中部区域，绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。[2]天宫一号设计与开发天宫一号方案制定中国航天科技集团空间实验室系统副总设计师白明生介绍，天宫一号的任务方案早在1992年国家制订中国载人航天“三步走”战略时就已确定。按照“三步走”战略，第一步突破载人航天技术，第二步突破交会对接技术，要进行交会对接，就必须研制目标飞行器。实际上，作为载人航天战略的一部分，研制目标飞行器的大方案，在早期规划的时候就已经确定了。2002年，在进行了方案论证和审查后，天宫一号目标飞行器整个任务方案得到通过。但天宫一号还尚未定名，只是称为“目标飞行器”，缩写：MB。2006年，天宫一号进入初样研制阶段，并命名为“天宫一号”，缩写从MB变为TG。[8]天宫一号命名由来在2010年的珠海航展上，被问及为何给中国首个空间实验室命名为“天宫”时，中国空间技术研究院工程师王菡表示，人们把住得最舒服的地方叫做宫殿，而将空间实验室命名为“天宫”，则是希望宇航员们在太空中生活的地方能与宫殿一样舒适。天宫一号的名字还让人联想起古典名著《西游记》中的孙悟空大闹天宫。此外，“天宫”是中华民族对未知太空的通俗叫法。因此，起以天宫一号为目标飞行器命名，应该会很好地得到国人的共鸣。[9]天宫一号技术特点天宫一号并非空间站，而是迷你空间实验室，重在试验交会对接技术，为我国将来建设空间站做重要的技术准备。回顾其他国家的空间站发展历程，都有“试验”过程。试验阶段的航天器和成熟阶段的空间站，有明显区别。前者在轨寿命通常低于5年，而后者可达5到10年，或更长；前者规模小，对接口少，缺乏扩展能力，后者通常有2个对接口以上，能同时对接载人、载货运输器，或专用实验舱；前者的航天员一次在轨时间较短，一般是几十天，而后者的航天员一次在轨时间大多为百天以上；前者的燃料和消耗品原则上要一次带足，后者则用货运飞船多次补给；前者的有效载荷设备很少更换，后者可多次更换并增加实验仪器。天宫一号与国外试验性空间站在功能和用途方面有相似之处，但质量较小，约为8吨，而国外试验性空间站都为20吨级以上，因此称其为简易“空间实验室”更加合适。[10-11]天宫一号研制历程2008年中国首次披露“天宫一号”发射计划。其模型在2009年春晚亮相，此时，天宫一号初样产品的研制生产已基本完成。到2010年，天宫一号完成总装，转入电性能综合测试阶段。2011年天宫一号通过出厂评审，转运至酒泉卫星发射中心，开展任务实施测试工作。并于2011年9月29日使用长征二号FT1运载火箭点火发射升空。[12]天宫一号舱内结构天宫一号是一个短粗的圆柱体，内部分为两个舱。前半部分是实验舱，前端有一个对接机构，还有一些实验袋，可进行一些医学、再生生保实验等；资源舱为飞行提供动力，也是航天员生活工作的密封舱。为了让航天员在太空能够区分上下，在内部一面涂浅乳白色，表示天空；一面则是土黄色，表示大地。[12]天宫一号历次飞行任务发射天宫一号目标飞行器后，将依次发射神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船与其进行交会对接，其中，神舟八号飞船不载人，神舟九号飞船是否载人，将根据神舟八号任务评估情况决策，神舟十号飞船执行载人飞行。天宫一号天宫一号与神舟八号发射时间：2011年11月1日5时58分运载火箭：新型长征二号F遥八火箭发射地点：酒泉卫星发射中心任务概况：天宫一号/神舟八号交会对接任务标志着我国空间交会对接技术取得重大突破，实现了我国空间技术的重大跨越，是我国载人航天事业发展历程中的重要里程碑。2011年11月3日，天宫一号与神舟八号飞船成功完成我国首次空间飞行器自动交会对接任务，并进行了二次自动交会对接。我国也由此成为世界上第三个独立掌握航天器空间交会对接技术的国家。[1]1.首次交会对接任务技术状态首次交会对接为无人自动交会对接试验，对接目标飞行器为天宫一号，追踪飞行器为神舟八号飞船。神舟八号飞船为改进型载人飞船，沿用返回舱、推进舱和轨道舱三舱结构，全长9米，舱段最大直径2.8米，起飞质量8082千克。增加了微波雷达、激光雷达、CCD敏感器等交会测量设备，以及主动式对接机构，具备自动和手动交会对接与分离功能。对接机构采用导向板内翻式的异体同构周边式构型，对接后可形成0.8米的航天员转移通道。[13]2.首次交会对接任务飞行程序交会对接飞行过程分为远距离导引段、自主控制段、对接段、组合体飞行段和分离撤离段。远距离导引段自神舟八号飞船入轨后开始，在地面测控通信系统的导引下，神舟八号飞船经五次变轨，从初始轨道转移到330千米的近圆轨道，在距天宫一号目标飞行器后下方约52千米处，与天宫一号目标飞行器建立稳定的空空通信链路，开始自主导航。自主控制段经历寻的、接近和平移靠拢三个阶段，神舟八号飞船通过交会对接测量设备，自主导航至与天宫一号目标飞行器接触，自主控制飞行过程约144分钟。对接段从对接机构接触开始，在15分钟之内完成捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程，最终实现两飞行器刚性连接，形成组合体。组合体飞行段由天宫一号目标飞行器负责组合体飞行控制，神舟八号飞船处于停靠状态。组合体飞行12天左右，择机进行第二次交会对接试验。对接机构解锁后，两飞行器分离，神舟八号飞船撤离至距天宫一号目标飞行器140米处停泊，按照对接程序进行第二次交会对接，再次构成组合体。组合体继续飞行2天后，进入分离撤离段，两飞行器再次分离，神舟八号飞船撤离至距天宫一号目标飞行器5千米外的安全距离，交会对接试验结束。尔后，神舟八号飞船按预定返回程序飞行，返回舱返回主着陆场；天宫一号目标飞行器变轨升至高度约370千米自主飞行轨道运行，等待下一次交会对接。[13]天宫一号天宫一号与神舟九号发射时间：2012年6月16日18时37分运载火箭：新型长征二号F遥九火箭发射地点：酒泉卫星发射中心任务概况：神九任务圆满成功标志着载人航天工程第二步任务取得了重大成果，为今后的载人航天的发展、空间站的建设奠定了良好的基础。天宫一号与神舟九号载人交会对接任务的主要目的，一是首次验证手控交会对接技术，进一步验证自动交会对接技术；二是全面验证目标飞行器保障支持航天员生活工作的功能、性能，以及组合体管理技术，首次实现地面向在轨飞行器进行人员和物资的往返运输与补给，开展航天医学实验及有关关键技术试验。[14]1.任务技术状态天宫一号目标飞行器已在轨运行约260天，运行稳定、状态良好，满足执行交会对接任务要求。神舟九号飞船与神舟八号飞船技术状态基本一致，为进一步提高安全性与可靠性，进行了部分技术状态更改。飞船全长9米，舱段最大直径2.8米，起飞质量不大于8130千克。[14]2.任务飞行程序神舟九号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射。飞行乘组由3名航天员组成，其中1名为女航天员；飞船在轨飞行十余天，计划安排飞船与天宫一号进行两次交会对接，第一次为自动交会对接，第二次由航天员手动控制完成。神舟九号飞船发射前约20天，天宫一号目标飞行器开始降轨调相，进入高度约为343千米的近圆对接轨道，建立载人环境，等待与飞船交会对接。飞船发射入轨后，按预定程序完成与目标飞行器自动交会对接。神舟九号与天宫一号自动对接形成组合体。航天员在地面指挥与支持下，完成组合体状态设置与检查，依次打开各舱段舱门，通过对接通道进入天宫一号实验舱。组合体飞行期间，由目标飞行器负责飞行控制，飞船处于停靠状态。3名航天员在飞船轨道舱内就餐，在天宫一号内进行科学实验、技术试验、锻炼和休息。[14]航天员手控交会对接的主要过程是：3名航天员返回飞船，依次关闭各舱段舱门。飞船自主撤离至距目标飞行器约400米处，然后自主控制接近目标飞行器，在140米处停泊，转由航天员手动控制。航天员通过操作姿态和平移控制手柄，瞄准目标飞行器十字靶标，控制飞船逐步接近目标飞行器，至对接机构接触，完成手控交会对接。3名航天员再次进入天宫一号驻留。飞船返回前，3名航天员返回飞船返回舱。两飞行器分离，航天员手动控制飞船撤离至140米处，飞船转为自主控制，继续撤离至5公里外安全距离。[14]2012年6月18日，天宫一号与神舟九号飞船成功进行首次载人交会对接，景海鹏、刘旺、刘洋三名航天员首次进入天宫一号。6月24日12时55分，航天员刘旺操控飞船与天宫一号对接，实现了首次手控交会对接。[1]中国载人航天工程总设计师周建平表示，手控交会对接成功标志着工程全面验证了载人交会对接技术。天宫一号天宫一号与神舟十号发射时间：2013年6月11日17时38分运载火箭：长征二号F遥十火箭发射地点：酒泉卫星发射中心任务概况：神十任务实现了中国载人航天飞行任务的连战连捷，为工程第二步第一阶段任务划上了圆满的句号，也为后续载人航天空间站的建设奠定了良好的基础。天宫一号与神舟十号载人交会对接任务的主要目的，一是进一步考核载人天地往返运输系统的功能和性能；二是进一步考核组合体保障航天员生活、工作和健康的能力，以及航天员执行飞行任务的能力；三是进行航天员空间环境适应性、空间操作工效研究，开展航天器在轨维修等试验和科普教育活动。[15]1.任务技术状态天宫一号目标飞行器已在轨运行610多天，运行稳定，所有设备状态良好，推进剂等消耗性资源满足执行后续任务要求。神舟十号飞船与神舟九号飞船技术状态基本一致，为全长9米，舱段最大直径2.8米。[15]2.任务飞行程序神舟十号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射。飞行乘组由3名航天员组成，其中1名为女航天员；飞船在轨飞行十余天，计划安排飞船与天宫一号进行两次交会对接，第一次为自动交会对接，第二次由航天员手动控制完成。神舟十号飞船发射前约20天，天宫一号目标飞行器开始降轨调相，进入高度约为343千米的近圆对接轨道，建立载人环境，等待与飞船交会对接。飞船发射入轨后，按预定程序完成与目标飞行器自动交会对接，此过程同天宫一号与神舟九号交会对接基本一致。神舟十号与天宫一号自动对接形成组合体后，航天员进入天宫一号实验舱。组合体飞行期间，由目标飞行器负责飞行控制，飞船处于停靠状态。组合体飞行约10天左右，3名航天员返回神舟十号飞船，飞船与天宫一号分离，由航天员手动控制完成飞船与天宫一号第二次交会对接。对接完成后3名航天员再次进驻天宫一号。组合体飞行期间，将开展数十项空间科学实验和技术试验，并向全国中小学生进行太空知识科普授课。[15]2013年6月13日13时18分，神舟十号飞船与天宫一号实现自动交会对接，16时17分，航天员顺利进驻天宫一号。6月20日10时04分至52分，航天员王亚平在聂海胜、张晓光的配合下，为全国6000多万中小学生进行了太空授课，演示了失重环境下一些独特的物理现象，并进行了天地互动交流。6月23日8时26分，在张晓光和王亚平的密切配合下，指令长聂海胜手动控制神舟十号与天宫一号分离并撤离至天宫一号一定距离处，随后，手动控制神舟十号飞船于10时07分再次与天宫一号成功对接，航天员再次进驻天宫一号。6月25日7时05分，神舟十号飞船自动撤离天宫一号。尔后，开展了飞船绕飞等技术试验。6月26日7时19分，飞船进入返回程序，返回舱与8时07分准确降落在预定区域。[16]在轨飞行期间，按预定计划开展了一系列的空间科学实验和技术试验，3名航天员在轨正常工作和生活。天宫一号使命终止2013年6月神舟十号飞船返回后，天宫一号即完成主要使命。超期服役期间，本着“充分利用、挖掘潜力”的原则，有关部门精心运营维护、严密实施监控，继续利用天宫一号开展了航天