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天宫一号是中国第一个目标飞行器和空间实验室,于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射,飞行器全长10.4米,最大直径3.35米,由实验舱和资源舱构成。它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段。2011年11月3日凌晨实现与神舟八号飞船的对接任务。2012年6月18日下午(14时14分)与神舟九号对接成功。神舟十号飞船也在2013年6月13日13时18分与天宫一号完成自动交会对接。据相关专家透露,天宫一号在寿命末期,将主动离轨,陨落南太平洋。

简介

2011年4月CAST会展中心展示的天宫一号模型

2011年4月CAST会展中心展示的天宫一号模型

天宫一号(Tiangong-1或Heavenly Palace 1)是中国首个目标飞行器和空间实验室,属载人航天器,由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和上海航天技术研究院研制。高10.4米、重8.5吨。于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射,由长征二号FT1火箭运载,火箭全长52米,运载能力为8.6吨。天宫一号设计在轨寿命两年。
由于天宫一号是空间交会对接试验中的被动目标,所以也被称作“目标飞行器”(Target Spacecraft,天宫一号的主要任务之一为实施空间交会对接试验提供目标飞行器)。而之后发射的神舟系列飞船,也称作“追踪飞行器”,入轨后主动接近目标飞行器。
天宫一号的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段(即掌握空间交会对接技术及建立空间实验室);同时也是中国空间站的起点,标志着中国已经拥有建立初步空间站,即短期无人照料的空间站的能力。
2011年11月,天宫一号与神舟八号飞船成功对接,中国也由此成为世界上第三个自主掌握空间交会对接技术的国家。2012年6月18日,神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器成功实现自动交会对接,中国3位航天员首次进入在轨飞行器。2013年6月13日,神舟十号飞船与天宫一号顺利完成了自动交会对接。
据相关专家透露,天宫一号在寿命末期,将主动离轨,陨落南太平洋。

命名

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。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:TG。命名可能根据以下几点:
第一,希望宇航员们在太空中生活的地方能与宫殿一样舒适。
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。
——中国空间技术研究院工程师 王菡
第二,具有中国特色,与“神舟”、“嫦娥”相呼应,有一种真正的空间站雏形的概念。
——中国航天科技集团空间实验室系统副总设计师 白明生
“天宫一号”的名字让人联想起中国古代四大名著之一《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,以“天宫一号”为目标飞行器命名,会很好地得到国人的共鸣。

结构

分为 实验舱资源舱。与之前的载人航天器相比,天宫一号为航天员提供的可活动空间大大拓展,达15立方米,能够同时满足3名航天员工作和生活的需要。实验舱前端装有被动式对接结构,可与追踪飞行器进行对接。

资源舱

(资源舱的主要任务是为天宫一号的飞行提供能源保障,并控制飞行姿态)
天宫一号的电源分系统的所有设备(太阳能电池翼)都在资源舱内,并包括了为飞行器提供能量的燃料。天宫一号的导航与制导系统中6个控制力矩陀螺也在资源舱内。导航与制导系统的用途是在天宫一号与追踪飞行器进行对接之际负责寻找目标,而控制力矩陀螺则会对天宫一号进行精确的姿态控制。

实验舱

(实验舱主要负责航天员工作、训练及生活)
实验舱分为前锥段、圆柱段和后锥段。对接完成后航天员进入全密封的前锥段和圆柱段进行工作、训练,一些必要的生活活动、睡眠等也大多都在这里进行。后部非密封的后锥段安装再生生保设备。
实验舱内设有使航天员保持骨骼强健的健身区。

技术特点

天宫一号在寿命、对接口等方面不同于其他空间站。
首先,试验性空间站在轨寿命通常低于5年,而其他空间站可达5至10年,或者更长;其次,试验性空间站的规模较小,对接口也少,没有扩展能力。而其他空间站至少有两个对接口,能同时对接载人运输器、货物运输器或专用实验舱;三是试验性空间站上的航天员一次在轨时间较短,一般是几十天,而其他空间站上的航天员一次在轨时间大多为百天以上。
此外,两者的区别还体现在:试验性空间站上的燃料和消耗品原则上要一次带足,其他空间站则是用货运飞船定期进行多次补给;试验性空间站上的有效载荷设备很少更换,但其他空间站可多次更换和增加实验仪器;试验性空间站上的航天员一般不进行航天器的维修工作,只进行试验、训练等,而其他空间站上的航天员要经常进行维修工作。
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。
日前,中国载人航天工程办公室正式公开发布天宫一号应用数据推广使用相关政策,以进一步推动天宫一号应用数据更好地服务于国民经济建设和科学研究等方面。2014年3月2日,中国科学院空间应用工程与技术中心在北京与中国航天科技集团公司所属中国资源卫星应用中心等三家单位,签署了“天宫一号应用数据商业代理协议”。

发射历程

前期阶段

1992年9月21日,中央正式批准实施中国载人航天工程,即“921工程”,在“921工程”设计之初,便确定了载人航天“三步走”的发展战略,即第一步,实现天地往返,航天员上天并返回地面; 第二步,实现多人多天飞行、航天员出舱和太空行走、飞船与空间舱的交会对接等多项任务,并发射短期有人照料的空间实验室;第三步,建立空间站。
1999年11月20日,中国成功发射第一艘无人试验飞船神舟一号,初步实现了第一步的航天器天地往返。此后,中国又先后发射神舟系列的4艘飞船,并在神舟五号发射、杨利伟成为中国“太空第一人”后,完成了“三步走”战略的第一步。
2005年起,神舟六号和神舟七号相继发射,拉开了“三步走”战略第二步的序幕,并完成了前半部分,而天宫一号则将完成第二步后半部分的任务——进行空间交会对接,建立空间实验室。

对外披露阶段

天宫一号模型亮相春晚

天宫一号模型亮相春晚

2009年1月26日,天宫一号模型亮相于2009年中央电视台春节联欢晚会
对外披露阶段(2008年9月28号—2011年7月23日)
2008年9月28日
中国首次披露“天宫一号”发射计划。(注:根据上海新闻综合频道2011年9月29日21时45分的新闻夜线节目)
2009年1月26日
天宫一号模型在2009年中央电视台春节联欢晚会上亮相。
2009年2月27日
央视军事报道中首次出现了“天宫一号”空间实验室实体画面,此前仅有电脑效果图和模型对外公开,此时天宫一号初样产品的研制生产已基本完成。
2010年8月中旬
天宫一号完成总装,转入电性能综合测试阶段。
2011年3月3日
全国政协委员、空间技术专家戚发轫向新华社记者透露,中国将在2011年发射目标飞行器天宫一号。
2011年6月29日
天宫一号目标飞行器通过出厂评审,转运至酒泉卫星发射中心,开展任务实施前最后阶段的测试工作。
2011年7月23日
用于发射天宫一号目标飞行器的长征二号F运载火箭23日上午运抵酒泉卫星发射中心。 至此,执行天宫一号飞行任务的各大系统参试人员和飞行产品,已集结载人航天发射场。

发射准备阶段

发射调整及准备阶段(2011年8月—2011年9月28日)
2011年8月18日
实践十一号04星发射失利。由于发射天宫一号的运载火箭与发射失利的长征二号丙火箭属同一类型,后出于安全考虑,原定8月底发射天宫一号的原计划被取消。
2011年9月10日
发射场区测试工作重新启动,进展顺利。
2011年9月20日
天宫一号和运载火箭组合体运载至发射塔架。
2011年9月25日
包括发射场地及飞行航区在内的全区测控通讯系统进行合练并取得成功。
2011年9月26日
考虑到27日及28日发射场将出现的大风降温天气,原定于27日至30日之间的发射计划更正为在29或30日择机发射。
同日上午,天宫一号飞行任务进行了火箭推进剂加注前全系统质量评审。天宫一号具备执行发射任务的条件。
当日下午,发射场组织进行了火箭加注设备、加注软管和信号电缆连接等工作。
2011年9月28日
中国载人航天工程新闻发言人宣布了天宫一号的发射时间——“2011年9月29日21时16分至21时31分在窗口前沿发射”。
当日上午进行了第二次全区测控通讯系统合练。并组织了火箭推进剂加注前的各项准备工作,包括加注量计算、加注系统信号联调等。
13时起,先后实施了燃烧剂和氧化剂加注。
至18时,约450吨的推进剂全部加注完毕。

发射阶段

发射当天(2011年9月29日)
2011年9月29日
13时16分,发射天宫一号的长征二号FT1型火箭进入8小时倒计时发射程序,调度点名,收集8小时准备情况,进入临射前准备。
14时16分,载人航天各系统功能检查,地面设备开机自检。
约18时,火箭系统开始进行全箭状态检查。
发射前半个小时,最后一批工作人员撤离。
21时16分3秒,搭载着天宫一号的长征二号FT1运载火箭点火发射。
21时19分,天宫一号火箭助推器分离(助推器残骸于10时25分在内蒙古鄂托克旗阿尔巴斯苏木乌兰乌素嘎查的一块空地上找到)。
21时19分,火箭一二级分离成功,一级坠落。
21时19分,整流罩分离。
21时25分45秒,天宫一号准确进入预定轨道。
21时29分,太阳能电池帆板展开。
21时35分左右,入轨运行。
21时38分,中国载人航天工程总指挥常万全宣布,天宫一号目标飞行器发射圆满成功。

运行阶段

运行阶段(2011年9月30日—)
2011年9月30日
1时58分,天宫一号飞行至第4圈时,实施了第一次轨道控制,将远地点高度由346公里抬高到355公里。
16时9分,天宫一号飞行至第13圈时,实施了第2次轨道控制,近地点高度由200公里抬升至约362公里,顺利进入在轨测试轨道,为后续进入交会对接轨道奠定了基础。
天宫一号的环境控制和生命保障系统也已启动,转入自主运行状态。
2011年10月6日
18时,天宫一号已在轨飞行109圈,先后进行了遥控指令、控制开关、图像发音设备、舱内温度湿度、交会对接设备等在轨测试。
2011年10月10日
首次公布了由天宫一号自带相机拍摄的太空图片。
此时,目标飞行器的在轨测试阶段已基本结束。
天宫一号拍摄的首张外太空图片

天宫一号拍摄的首张外太空图片

2011年10月14日
天宫一号目标飞行器已进入交会对接的准备阶段。(注:根据天宫一号的腾讯微博 2011-10-14)
2011年11月3日
1时36分,天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船完成首次交会对接。
2011年11月4日
11时37分,天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船的组合体第一次轨道维持。
2011年11月14日
天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船第一次分离,约半小时后,进行了第二次对接。
2011年11月15日
12时4分,组合体完成了第二次轨道维持,开始了神舟八号返回前的轨道精化调整。
16时59分,组合体进行了姿态调整,从第二次对接的状态转体180度进入正常飞行姿态,为神舟八号返回做准备。
2011年11月16日
18时30分,神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器成功分离。(神舟八号飞船返回舱17日19时30分左右在内蒙古预定区域着陆)
2012年6月18日
14时14分,天宫一号与6月16日成功发射的神舟九号完成首次载人交会对接。
17时8分,天宫一号舱门打开。中国航天员景海鹏、刘旺和刘洋后相继进入天宫一号。
2012年6月24日
早些时候,3位航天员撤离天宫一号。完成手动控制交会对接前的准备。
11时8分,北京航天飞行控制中心下达神九与天宫的分离指令,两艘航天器随后分离。
12时38分,神舟九号进入手动控制模式。
12时50分左右,神九与天宫手动控制交会对接成功,3位航天员再次进入天宫一号。这也是中国的首次空间手控交会对接。
2012年6月28日
9时18分,神舟九号实施了与天宫一号的手控分离。分离由刘旺手动控制。(神舟九号于6月29日安全返航)
2013年2月28日 据中国载人航天工程新闻发言人表示,神舟十号预定于2013年6—8月择机发射,届时将承载三名航天员。
2013年6月13日
13时18分,天宫一号与于6月11日发射的神舟十号飞船进行了自动交会对接。
16时17分,神舟十号航天员打开天宫一号目标飞行器的舱门,聂海胜、张晓光、王亚平3名航天员进入天宫一号。
2013年6月14日 三位航天员为天宫一号进行了在轨维护,包括飞行器内装饰材料的更换。
当前继续运行。

运行

天宫一号绕地球一圈的运行时间约为90分钟。
天宫一号的运行轨道高度在与飞船交会对接时大约距离大气层340公里;无人期间则会适当调高,约370公里,以减小轨道衰减速度,更节约能源。

主要任务

第一,天宫一号目标飞行器作为交会对接的目标,与神舟八号配合完成空间交会对接飞行试验。
第二,保障航天员在轨短期驻留期间的生活和工作,保证航天员安全。
第三,开展空间应用(包括空间环境和空间物理探测等)、空间科学实验、航天医学实验和空间战技术实验。
第四,初步建立短期载人、长期无人独立可靠运行的空间实验平台,为建造空间站积累经验。
天宫一号是中国为下一步建造空间站而研制的空间实验站雏型,于2011年9月29日21时16分发射升空。它的主要任务是作为空间交会对接目标,完成交会对接试验;保障航天员在轨驻留期间的工作和生活;并初步建立能够短期载人、长期无人独立可靠运行的空间试验平台。
天宫系列飞行器共有3个,除了天宫一号外,中国还将发射天宫二号天宫三号建立空间实验室,计划时间大致在2015年之前。它们在设计上较天宫一号基本相同,主要目的是为建立空间站积累更多经验。

舱内生活

在“天宫一号”里,航天员生活的实验舱也是飞行器运行的核心舱,里面有很多电子设备。对此,设计师采取了“藏”的策略,把航天员用不着的东西都装修在里面。暴露在外面的设备都采用了圆角的设计,可避免航天员与设备之间的碰撞,保证了安全。
在“天宫一号”内,每个区域旁边都设有数量不等的手脚限位器,总数达到30余个长约20厘米、采用锦丝带材质的手脚限位器被巧妙地安放在舱壁四周。这种“小身材”装置却有着大功效,它是保证航天员在失重飘移状态下,便于手脚着力的唯一“法宝”,也是舱内数量最多的一种设备。
长期太空飞行,娱乐活动对于保证航天员稳定的情绪和乐观的心态非常重要。为保证航天员的娱乐,“天宫一号”组合体里还专门给航天员提供了用来娱乐的笔记本电脑,航天员在工作之余、在睡觉之前,可以用笔记本电脑来上上网、发发微博、看看大片,播放一些自己喜欢的歌曲和音乐,或者进行其他的娱乐活动。

寿命

天宫一号是目前中国在轨飞行的最大的航天器,由实验舱和资源舱构成,全长10。4米,最大直径3。35米,起飞质量约8.5吨,设计在轨寿命2年。
天宫一号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,进行空间科学实验、航天医学实验和空间技术试验。
2013年6月,在与神舟十号分离后,天宫一号再次转至长期运行轨道。天宫一号已处于设计寿命末期,由于其各方面状态良好,或将超期服役,继续在轨进行各项试验,但将不再迎接航天员入住。
之后中国将发射天宫二号空间实验室,届时天宫一号和二号或将同时在太空运行。“寿终正寝”后,天宫一号将在指令控制下坠落地球,或在大气层烧尽,或落进海洋,不会成为太空垃圾,也不会危及地面。
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