[科普中国]-天宫一号

简介

天宫一号2（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3。于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射4，由长征二号FT1火箭运载，火箭全长52米，运载能力为8.6吨5。天宫一号设计在轨寿命两年3。

天宫一号的主要任务有以下四点：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；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；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站技术实验；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。6

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。72012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。92013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。10神舟十号飞船返回后，天宫一号即完成主要使命。

2016年3月21日从中国载人航天工程办公室了解到，已在轨工作1630天的天宫一号目标飞行器在完成与三艘神舟飞船交会对接和各项试验任务后，由于超期服役两年半时间，其功能已于近日失效，正式终止了数据服务。11地面跟踪观测显示，天宫一号目前仍在其设计轨道飞行。中国载人航天工程办公室表示，目前天宫一号的飞行轨道仍在持续、密切的跟踪监视之中。根据预测，天宫一号的飞行轨道将在今后数月内逐步降低，12天宫一号在寿命末期，将主动离轨，陨落南太平洋。13

结构与性能天宫一号在结构上可分为资源舱和实验舱。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。3

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。14

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。1516

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。

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。

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。17

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。18

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。17

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。18

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”。19

运行天宫一号绕地球一圈的运行时间约为90分钟。20

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。21

工程概况“天宫一号”实际上就是一个空间实验室的雏形，它的重量和神舟七号一样，用它来完成和飞船的交会对接。“天宫一号”主体为短粗的圆柱型，直径比神舟飞船更大，前后各有一个对接口。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，实验舱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。22

早期方案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。23

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。24

——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。25

——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。26

发射背景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。27

历程

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超期服役天宫一号于2011年9月29日在酒泉卫星发射中心发射升空。作为我国首个目标飞行器，天宫一号已经在茫茫太空独自翱翔整三年。天宫一号长期管理人员分分秒秒陪伴着它，精心照料这个中国在太空中的第一个“天上家园”。

2011年11月，天宫一号迎来了首位贵宾——神舟八号载人飞船。作为交会对接目标，天宫一号与神舟八号配合圆满完成了我国首次空间自主交会对接。作为组合体的控制主体，天宫一号出色完成了组合体姿态轨道控制、信息控制、能源控制和载人环境控制等多项任务。

2012年6月，三位航天员乘坐神舟九号载人飞船光临天宫一号，天宫一号迎来了自己的首批太空贵客。在航天员的精准操作下，神舟九号与天宫一号圆满完成了我国首次空间手控交会对接。为了让航天员感受家的温馨，天宫一号营造了一个空气成分、气压都和地面相同，温度湿度净度堪比宜居城市中的一个“小家”，为航天员送上了一个安全、舒适的太空十日之旅。

2013年6月，天宫一号迎来了搭乘神舟十号来访的第二批太空贵客。与神舟九号任务不同，作为我国首次应用性载人交会对接飞行，天宫一号和航天员承担了更多的使命。“太空授课”、“在轨更换地板”、“中短期航天员驻留”、“舱内无线通信”等一批思路新、实用性强、技术水平高、社会效益好的在轨试验项目顺利实施，标志着天宫一号作为交会对接目标飞行器向空间多用途载人航天试验平台的转变。在等待与神舟载人飞船相会的日子里，天宫一号也未停止探索太空的步伐，天宫一号安装的空间环境探测装置源源不断的向地面发送着探测到的轨道大气环境信息和空间带电粒子辐射信息，安装的“三合一”相机无时不刻的关注着我国的水文国土，为开展地质调查、资源勘查、土地荒漠化评估、水文生态监测以及环境污染成分和污染源头分析提供第一手的材料。

2013年9月，天宫一号作为一代“功臣”，圆满完成了其历史使命。在太空里，由于真空、辐射等环境因素，维持长寿命是个难题，但在这方面，天宫一号表现良好，延期“服役”为将来的空间站建设做更多的试验性工作问题不大。在交出一份完美的“体检报告”后，天宫一号转入拓展任务飞行阶段。在拓展飞行的一年里，开展了太阳电池翼发电能力测试、备份姿态测量和控制模式切换、4b发动机变轨等一系列拉偏及备份飞行模式试验，深度发掘了天宫一号的飞行潜力，为开展太空环境探测及对地观测创造更加良好的条件。现阶段天宫一号状态很好，所有设备正常。天宫一号已经严重超期服役，但是状态仍然良好。6061

使命终止2016年03月21日中国载人航天工程办公室表示，目前天宫一号的飞行轨道仍在持续、密切的跟踪监视之中。根据预测，天宫一号的飞行轨道将在今后数月内逐步降低，并最终再入大气层烧毁。

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技术试验、对地遥感应用和空间环境探测，验证了低轨长寿命载人航天器设计、制造、管理、控制相关技术，获取了大量有价值的数据信息和应用成果，为空间站的建设运营和载人航天成果的应用推广积累了重要经验。62