天宮一號

天宮一號

天宮一號是中國第一個目標飛行器和空間實驗室,于2011年9月29日21時16分3秒在酒泉衛星發射中心發射,飛行器全長10.4米,最大直徑3.35米,由實驗艙和資源艙構成。它的發射標志著中國邁入中國航天"三步走"戰略的第二步第二階段。2011年11月3日凌晨實現與神舟八號飛船的對接任務。2012年6月18日下午(14時14分)與神舟九號對接成功。神舟十號飛船也在2013年6月13日13時18分與天宮一號完成自動交會對接。由于超期服役兩年半時間,其功能已于2016年3月失效,正式終止了資料服務。

據相關專家透露,天宮一號在壽命末期,將主動離軌,隕落南太平洋。

  • 中文名稱
    天宮一號目標飛行器
  • 外文名稱
    Tiangong 1或Heavenly Palace 1
  • 發射地點
    酒泉衛星發射中心
  • 發射火箭
    長征2F/T1
  • 所屬國家
    中華人民共和國
  • 發射時間
    2011年9月29日21時16分3秒
  • 質    量
    8.5噸
  • 最大直徑
    3.35米
  • 全    長
    10.4米

基本信息

天宮一號天宮一號

全名:天宮一號(英文:Tiangong-1)

發射時間:2011年9月29日21時16分03秒

運載火箭:改進型長征二號F運載火箭

發射項目:發射兩年後與神舟八號神舟九號、神舟十號完成對接任務。

發射意義:標志著中國已經擁有建設初步空間站,即短期無人照料的空間站的能力。

天宮一號是中國首個空間實驗室的名稱,它是中國為下一步建造空間站而研製的空間目標飛行器,實際上就是空間實驗站的雛型。天宮一號將由長征二號運載火箭在酒泉衛星發射中心發射,升空之後將分別與神舟八號、神舟九號、神舟十號飛船對接,從而建立第一個中國空間實驗室。

對接工作

2013年6月13日,根據中國載人航天工程新聞發言人、載人航天工程辦公室副主任武平此前透露,神十將在發射後兩天與天宮一號進行對接。她表示,我們註意到俄實施了三次快速交會對接,但是快速對接對追蹤飛行器的測控系統和航天員適應能力提出了更高的要求,同時也對發射視窗的選擇開了很多約束條件。後續我們將根據中國空間站建設需要,開展快速對接技術的研究套用。   

     天宮一號與神舟十號成功實現手控交會對接

2013年6月23日10時07分,在航天員聶海勝的精準操控和張曉光、王亞平的密切配合下,天宮一號目標飛行器與神舟十號飛船成功實現手控交會對接。

天宮一號進入近圓對接軌道  

2011年9月天宮一號發射入軌以來,已在軌運行約620天,先後與神舟八號和九號飛船進行了4次交會對接。目前已進入343千米的近圓對接軌道,交會對接設備、環境控製功能正常,推進劑充足,消耗性資源滿足後續任務要求,各項指標均滿足航天員進駐條件和神舟十號飛行任務要求。天宮一號靜候神舟十號的到來。    

任務  

 神十航天員將給天宮一號換地板  

據中國載人航天工程新聞發言人、載人航天工程辦公室副主任武平介紹,神舟十號飛船計畫在軌飛行15天,將進一步考核驗證人在太空的生存能力,以及組合體對航天員生活、工作和健康的保障能力,驗證改進措施的有效性。同時還將開展空間站建造相關實驗。神舟十號飛行任務期間,將安排天宮一號地板更換、密封圈更換等在軌維修操作,還將視情況開展飛船繞飛試驗,這些都是在為空間站建造奠定技術基礎。另一方面,經過為天宮一號更換地板和一些限位裝置,可以使航天員的天宮生活更加方便。

告別  

天宮一號將隕落在指定海域  

天宮一號設計壽命是兩年的時間,目前已處于設計壽命末期階段,經過航天員駐留特別是在有氧環境下密閉了近一年,微生物的存在可能會給艙內環境帶來一些變化。為了保證天宮一號在壽命期內完成工作,在研製時就已經考慮了相應的冗餘設計和產品的壽命試驗,通過近兩年來的密切在軌監視和科學維護管理,目前天宮一號所有設備均工作在主份狀態。同時對微生物的控製、對有害氣體的控製都採取了相應的措施。  

對于天宮一號,我國採取了三個方面的措施:一是加強了空間碎片的監測和預警;二是天宮一號目標飛行器本身也採取了防護和規避措施;三是天宮一號目標飛行器壽命末期,將主動離軌,隕落在指定海域。  

 生活  

天宮裏可上網刷微博聽音樂  

天宮一號目標飛行器長度9米多,最大直徑3.35米,發射質量約8.5噸。天宮一號目標飛行器主要分為兩個艙室,分別是實驗艙和資源艙。實驗艙前段框裝有對接裝置,用于和神舟載人飛船進行對接。實驗艙分為前錐段、柱段和後錐段,其中前兩部分為密封加壓環境,可支持3名航天員的工作和生活。實驗艙後錐段和資源艙是非密封環境,實驗艙後錐段安裝了再生式生命保證系統,資源艙安裝各種設備如電力系統、太陽翼和發動機,為航天器提供在軌飛行和空間套用實驗支持。  

在天宮一號裏,航天員生活的實驗艙也是飛行器運行的核心艙,裏面有很多電子設備。對此,設計師採取了“藏”的策略,把航天員用不著的東西都裝修在裏面。暴露在外面的設備都採用了圓角的設計,可避免航天員與設備之間的碰撞,保證了安全。在天宮一號內,每個區域旁邊都設有數量不等的手腳限位器,總數達到30餘個長約20釐米、採用錦絲帶材質的手腳限位器被巧妙地安放在艙壁四周。這種“小身材”裝置卻有著大功效,它是保證航天員在失重飄移狀態下,便于手腳著力的唯一“法寶”,也是艙內數量最多的一種設備。  

長期太空飛行,娛樂活動對于保證航天員穩定的情緒和樂觀的心態非常重要。為保證航天員的娛樂,天宮一號組合體裏還專門給航天員提供了用來娛樂的筆電,航天員在工作之餘、在睡覺之前,可以用筆電來上上網、發發微博、看看大片,播放一些自己喜歡的歌曲和音樂,或者進行其他的娛樂活動。  

實驗  

 在軌科學實驗獲得寶貴資料  

天宮一號作為載人航天空間套用實驗平台,自2012年6月29日神舟九號飛船返回後,即轉入長期在軌運行。其間,天宮一號按計畫完成了在軌維持、有害氣體檢測、設備巡檢和定期狀態評估等工作,共進行了地球環境監測、空間環境探測、復合膠體晶體生長三個方面的科學實驗,獲得了大量寶貴的實驗資料,這些資料廣泛套用于國土資源、林業、農業、油氣、礦產、海洋、城市熱島、大氣環境探測、材料科學等領域的研究。  

天宮系列  

天宮二號

​原為備份改成執行任務  

天宮二號原本是天宮一號的備份,直徑3.5米,質量約8.5噸。在神舟九號與天宮一號對接之後,天宮二號的備份任務不再需要,任務調整為在此基礎上進行適應性改裝,執行空間實驗室任務,這樣可以節省一艘飛行器。

與天宮一號相比,天宮二號針對新的任務進行的技術上的適應性改造包括布局和功能上的一些改造。在出艙和交會對接任務實現之後,對補加和再生式生命保障技術的攻關將被提上日程。我國將給天宮二號進行推進劑的補加,為此天宮二號將增加以前沒有過的推進劑補加系統。推進劑補加的作用就像飛機空中加油一樣,使用貨運飛船把推進劑運上太空,然後通過一套自動系統,把推進劑從貨運飛船輸送到天宮二號。  

天宮三號

將與貨運飛船對接  

天宮三號以天宮一號為平台改進而來,體積重量比天宮二號更大更重,直徑5米,估計在13噸左右,上行運貨能力不大于5.5噸,貨運能力兩倍于俄羅斯現有的進步號貨運飛船,但略小于日本的HTV和歐洲的ATV飛船。  

天宮三號必須使用新型火箭發射。它所要完成的任務是完成驗證再生生保關鍵技術試驗、航天員中期在軌駐留、貨運飛船在軌試驗等,還將開展部分空間科學和航天醫學試驗。  

天宮三號很可能具備兩個對接裝置,它在軌飛行期間總計與兩艘載人神舟飛船和一艘貨運飛船對接。貨運飛船將輸送補給,並為天宮三號提升軌道。  

2016年中秋節9月15日22時04分天宮二號于酒泉發射成功。預計天宮三號將在2017,2018或2019年發射。

主要任務

天宮一號

第一,天宮一號目標飛行器作為交會對接的目標,與神舟八號配合完成空間交會對接飛行試驗。 

第二,保障航天員在軌短期駐留期間的生活和工作,保證航天員安全。

第三,開展空間套用(包括空間環境和空間物理探測等)、空間科學實驗、航天醫學實驗和空間站技術實驗。

第四,初步建立短期載人、長期無人獨立可靠運行的空間實驗平台,為建造空間站積累經驗。

發射背景

1992年9月21日,中央正式批準實施中國載人航天工程,即“921工程”,在“921工程”設計之初,便確定了載人航天“三步走”的發展戰略,即第一步,實現天地往返,航天員上天並返回地面; 第二步,實現多人多天飛行、航天員出艙和太空行走、飛船與空間艙的交會對接等多項任務,並發射短期有人照料的空間實驗室;第三步,建立空間站。

1999年11月20日,中國成功發射第一艘無人試驗飛船神舟一號,初步實現了第一步的航天器天地往返。此後,中國又先後發射神舟系列的4艘飛船,並在神舟五號發射、楊利偉成為中國“太空第一人”後,完成了“三步走”戰略的第一步。

2005年起,神舟六號和神舟七號相繼發射,拉開了“三步走”戰略第二步的序幕,並完成了前半部分,而天宮一號則將完成第二步後半部分的任務——進行空間交會對接,建立空間實驗室。

2011年9月天宮一號發射入軌以來,已在軌運行600多天,先後與神舟八號和九號飛船進行了4次交會對接。

組成結構

分為實驗艙和資源艙。與之前的載人航天器相比,天宮一號為航天員提供的可活動空間大大拓展,達15立方米,能夠同時滿足3名航天員工作和生活的需要。實驗艙前端裝有被動式對接結構,可與追蹤飛行器進行對接。

資源艙

天宮一號天宮一號

(資源艙的主要任務是為天宮一號的飛行提供能源保障,並控製飛行姿態)

天宮一號的電源分系統的所有設備(太陽能電池翼)都在資源艙內,並包括了為飛行器提供能量的燃料。天宮一號的導航與製導系統中6個控製力矩陀螺也在資源艙內。導航與製導系統的用途是在天宮一號與追蹤飛行器進行對接之際負責尋找目標,而控製力矩陀螺則會對天宮一號進行精確的姿態控製。

實驗艙

(實驗艙主要負責航天員工作、訓練及生活)

實驗艙分為前錐段、圓柱段和後錐段。對接完成後航天員進入全密封的前錐段和圓柱段進行工作、訓練,一些必要的生活活動、睡眠等也大多都在這裏進行。後部非密封的後錐段安裝再生生保設備。

實驗艙內設有使航天員保持骨骼強健的健身區。

運行

天宮一號繞地球一圈的運行時間約為90分鍾。

天宮一號的運行軌道高度在與飛船交會對接時大約距離大氣層340公裏;無人期間則會適當調高,約370公裏,以減小軌道衰減速度,更節約能源。

發展歷程

對外披露階段(2008年9月28號—2011年7月23日)
2008年9月28日中國首次披露“天宮一號”發射計畫。(註:根據上海新聞綜合頻道2011年9月29日21時45分的新聞夜線節目)
2009年1月26日天宮一號模型在2009年中央電視台春節聯歡晚會上亮相。
2009年2月27日央視軍事報道中首次出現了“天宮一號”空間實驗室實體畫面,此前僅有電腦效果圖和模型對外公開,此時天宮一號初樣產品的研製生產已基本完成。
2010年8月中旬天宮一號完成總裝,轉入電性能綜合測試階段。
2011年3月3日全國政協委員、空間技術專家戚發軔向新華社記者透露,中國將在2011年發射目標飛行器天宮一號。
2011年6月29日天宮一號目標飛行器通過出廠評審,轉運至酒泉衛星發射中心,開展任務實施前最後階段的測試工作。
2011年7月23日用于發射天宮一號目標飛行器的長征二號F運載火箭23日上午運抵酒泉衛星發射中心。 至此,執行天宮一號飛行任務的各大系統參試人員和飛行產品,已集結載人航天發射場。
發射調整及準備階段(2011年8月—2011年9月28日)
2011年8月18日實踐十一號04星發射失利。由于發射天宮一號的運載火箭于發射失利的長征二號丙火箭屬同一類型,後出于安全考慮,原定8月底發射天宮一號的原計畫被取消。
2011年9月10日發射場區測試工作重新啓動,進展順利。
2011年9月20日天宮一號和運載火箭組合體運載至發射塔架。
2011年9月25日包括發射場地及飛行航區在內的全區測控通訊系統進行合練並取得成功。
2011年9月26日考慮到27日及28日發射場將出現的大風降溫天氣,原定于27日至30日之間的發射計畫更正為在29或30日擇機發射。
同日上午,天宮一號飛行任務進行了火箭推進劑加註前全系統質量評審。天宮一號具備執行發射任務的條件。
當日下午,發射場組織進行了火箭加註設備、加註軟管和信號電纜連線等工作。
2011年9月28日中國載人航天工程新聞發言人宣布了天宮一號的發射時間——“2011年9月29日21時16分至21時31分在視窗前沿發射”。
當日上午進行了第二次全區測控通訊系統合練。並組織了火箭推進劑加註前的各項準備工作,包括加註量計算、加註系統信號聯調等。
13時起,先後實施了燃燒劑和氧化劑加註。
至18時,約450噸的推進劑全部加註完畢。
發射當天(2011年9月29日)
2011年9月29日13時16分,發射天宮一號的長征二號FT1型火箭進入8小時倒計時發射程式,調度點名,收集8小時準備情況,進入臨射前準備。
14時16分,載人航天各系統功能檢查,地面設備開機自檢。
約18時,火箭系統開始進行全箭狀態檢查。
發射前半個小時,最後一批工作人員撤離。
21時16分3秒,搭載著天宮一號的長征二號FT1運載火箭點火發射。
21時19分,天宮一號火箭助推器分離(助推器殘骸于10時25分在內蒙古鄂托克旗阿爾巴斯蘇木烏蘭烏素嘎查的一塊空地上找到)。
21時19分,火箭一二級分離成功,一級墜落。
21時19分,整流罩分離。
21時25分45秒,天宮一號準確進入預定軌道。
21時29分,太陽能電池帆板展開。
21時35分左右,入軌運行。
21時38分,中國載人航天工程總指揮常萬全宣布,天宮一號目標飛行器發射圓滿成功。
運行階段(2011年9月30日—)
2011年9月30日1時58分,天宮一號飛行至第4圈時,實施了第一次軌道控製,將遠地點高度由346公裏抬高到355公裏。
16時9分,天宮一號飛行至第13圈時,實施了第2次軌道控製,近地點高度由200公裏抬升至約362公裏,順利進入在軌測試軌道,為後續進入交會對接軌道奠定了基礎。
天宮一號的環境控製和生命保障系統也已啓動,轉入自主運行狀態。
2011年10月6日18時,天宮一號已在軌飛行109圈,先後進行了遙控指令、控製開關、圖像發音設備、艙內溫度濕度、交會對接設備等在軌測試。
2011年10月10日首次公布了由天宮一號自帶相機拍攝的太空圖片。
此時,目標飛行器的在軌測試階段已基本結束。
2011年10月14日天宮一號目標飛行器已進入交會對接的準備階段。(註:根據天宮一號的新浪微博 2011-10-14)
2011年11月3日1時36分,天宮一號目標飛行器與神舟八號飛船完成首次交會對接。
2011年11月4日11時37分,天宮一號目標飛行器與神舟八號飛船的組合體第一次軌道維持。
2011年11月14日天宮一號目標飛行器與神舟八號飛船第一次分離,約半小時後,進行了第二次對接。
2011年11月15日12時4分,組合體完成了第二次軌道維持,開始了神舟八號返回前的軌道精化調整。
16時59分,組合體進行了姿態調整,從第二次對接的狀態轉體180度進入正常飛行姿態,為神舟八號返回做準備。
2011年11月16日18時30分,神舟八號飛船與天宮一號目標飛行器成功分離。(神舟八號飛船返回艙17日19時30分左右在內蒙古預定區域著陸)
2012年6月18日14時14分,天宮一號與6月16日成功發射的神舟九號完成首次載人交會對接。
17時8分,天宮一號艙門開啟。中國航天員景海鵬、劉旺和劉洋後相繼進入天宮一號。
2012年6月24日早些時候,3位航天員撤離天宮一號。完成手動控製交會對接前的準備。
11時8分,北京航天飛行控製中心下達神九與天宮的分離指令,兩艘航天器隨後分離。
12時38分,神舟九號進入手動控製模式。
12時50分左右,神九與天宮手動控製交會對接成功,3位航天員再次進入天宮一號。這也是中國的首次空間手控交會對接。
2012年6月28日9時18分,神舟九號實施了與天宮一號的手控分離。分離由劉旺手動控製。(神舟九號于6月29日安全返航)
目前運行中

後續計畫

天宮系列飛行器共有3個,除了天宮一號外,中國還將發射天宮二號、天宮三號建立空間實驗室,計畫時間大致在2015年之前。它們在設計上較天宮一號基本相同,主要目的是為建立空間站積累更多經驗。

命名規則

天宮一號的任務方案早在1992年國家製訂中國載人航天“三步走”戰略時就已確定。2002年,在進行了方案論證和審查後,天宮一號目標飛行器整個任務方案得到通過。但天宮一號還尚未定名,隻是稱為“目標飛行器”,縮寫:MB。2006年,天宮一號進入初樣研製階段,並命名為“天宮一號”,縮寫:TG。命名可能根據以下幾點:

第一,希望宇航員們在太空中生活的地方能與宮殿一樣舒適。

——中國空間技術研究院工程師 王菡

第二,具有中國特色,與“神舟”、“嫦娥”相呼應,有一種真正的空間站雛形的概念。

——中國航天科技集團空間實驗室系統副總設計師 白明生

研發團隊

中國載人航天事業的每一個進步都意味著必須完成大量技術突破。例如,從“神舟”五號首次實現載人太空飛行,到“神舟”七號宇航員太空漫步,飛船進行了200多項改進。而“天宮一號”發射也是如此。

僅拿此次用于發射“天宮一號”的長征二號F運載火箭來說,雖然面板上看起來和原先的運載火箭差別不大,但在內容有了很大變化。該火箭由中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院為主研製。為滿足交會對接任務要求,長征二號F運載火箭共進行了近170項技術狀態變更,其中有5項新技術首次使用。長征二號F運載火箭已于7月23日上午運抵酒泉衛星發射中心。

有些出乎人們意料的是,在數量眾多的技術突破過程中,一群非常年輕的科研人員發揮了骨幹作用。他們有的30來歲,有的剛剛走出大學校門不久。據統計,“天宮一號”研製團隊的平均年齡隻有30歲。這樣年輕隊伍甚至引發了外國同行的羨慕,因為他們無論在年齡上,還是結構上都顯示了明顯的優勢。

中國載人航天工程總設計師王永志曾介紹說,中國用十幾年時間培養了一支新的航天人才隊伍,這支隊伍很年輕,但他們這十幾年裏一直在一線工作,積累了經驗,成長了知識,現在都能夠挑大梁了。在準備“天宮一號”發射期間,這支隊伍的進取精神再次得以展現:早8點上班,晚10點回家,這樣的日子持續了好幾個月。

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