天宮二號

天宮二號

天宮二號空間實驗室,是繼天宮一號後中國自主研發的第二個空間實驗室,用于進一步驗證空間交會對接技術及進行一系列空間試驗。

天宮二號主要開展地球觀測和空間地球系統科學、空間套用新技術、空間技術和航天醫學等領域的套用和試驗。打造中國第一個真正意義上的空間實驗室,發射時釋放伴飛小衛星。

2016年9月15日22時04分12秒,天宮二號空間實驗室在酒泉衛星發射中心發射成功。2016年10月19日凌晨,神舟十一號飛船與天宮二號自動交會對接成功。

  • 中文名稱
    天宮二號
  • 外文名稱
    TianGong'2
  • 生產國家
    中華人民共和國
  • 發射時間
    2016年9月15日22:04分
  • 發射目的
    展地球觀測和空間地球系統科學等
  • 發射場地
    中國酒泉衛星發射中心
  • 發射項目
    打造中國第一個的空間實驗室等

立項背景

早在1992年,中國就確立了以建立空間站為目標的航天計畫。這一計畫分三步,第一步是載人飛船階段,目標是能夠把宇航員送到太空,正常運行若幹天,並成功返回。

立項背景立項背景

第二步是空間實驗室階段。在這個階段要解決組裝、互動對接、補給以及迴圈利用等四大技術。這些技術關系到空間站的組裝、宇航員在空間站的生存等關鍵問題。天宮一號就是中國在第二步計畫中為了解決互動對接問題而發射的一個目標飛行器。天宮一號被運往太空之後,通過對接可以被改造成一個短期有人照料的空間實驗室。

對接技術成熟之後,就可以發射真正的空間實驗室--天宮二號。天宮二號將完成再生式迴圈系統、有效載荷和套用系統的實驗以及其他一些科研項目。經過空間實驗室階段,在中國的載人航天"三步走"計畫中,我國最終要建設的是一個基本型空間站,為此,我國會在海南文昌新增繼酒泉、太原、西昌之後的第四個航天發射場,主要承擔地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、大噸位空間站和深空探測衛星等航天器的發射任務。

研發歷程

2011年,中國成功發射了"天宮一號"目標飛行器。"天宮一號"實際上是空間實驗室的實驗版,採用兩艙構型,分別為實驗艙和資源艙。之後又成功發射了發射"神舟八號"、"神舟九號"、"神舟十號"。"神九"、"神十  "分別是兩艘有人的神舟飛船,與"天宮一號"順利完成了有人及無人自動對接試驗。

發射計畫發射計畫

2014年3月2日,全國政協委員、中國載人航天工程總設計師周建平表示,按照我國載人航天計畫,在2020年前後建成空間站之前,將發射天宮二號空間實驗室,目標是建成我國正式的空間實驗室大系統。

2014年9月10日上午,太空探索者協會第27屆年會開幕,中方大會主席楊利偉透露:2016年我國將發射"天宮二號"空間實驗室,並發射神舟11號載人飛船和"天舟一號"貨運飛船,與"天宮二號"交會對接。突破和掌握推進劑補加等空間站關鍵技術,並開展一定規模的空間套用。

2014年9月,天宮二號空間實驗室、長征七號運載火箭、天舟貨運飛船,以及神舟十一號、長征二號F運載火箭等主要產品已進入研製關鍵階段,航天員地面訓練和地面設施設備準備工作,包括空間站組成模組中的核心艙和兩個實驗艙研製工作也正在按計畫進行。海南航天發射場已基本完工,具備發射條件。

自2014年10月初天宮二號空間實驗室本階段總裝工作開始以來,實驗艙、資源艙單艙總裝分別完成了空間套用系統配套設備安裝、電纜安裝等總裝工作,充分驗證了空間套用系統載荷設備與整器的機械接口匹配性,並順利完成正樣實驗艙的質量特徵測試,為保證總裝交付電測順利進行,打下堅實基礎。

2015年1月,中國航天科技集團公司五院完成天宮二號空間實驗室空間套用系統載荷設備安裝並交付電測。這是空間實驗室本階段總裝的標志性節點。

2016年前後,按照計畫將發射天宮二號空間實驗室,隨後發射神舟十一號飛船、天舟一號貨運飛船,與之對接。

2016年中國計畫發射空間實驗室"天宮二號",天宮二號發射將與神舟十一號交會對接,天宮二號入軌並完成在軌測試後,將與之後發射的神舟十一號完成交會對接。在天宮二號發射之前,中國將在海南發射場發射新研製的長征七號運載火箭的試驗箭。此外,中國空間天文界還提出了"天體號脈"和"天體肖像"計畫。

2018年前後發射空間站核心艙進行試驗工作,2022年前後完成空間站建設工作。

2020年之前,中國計畫初步完成空間站建設,預計空間站屆時將在中國新增的海南航天發射場發射。

2020年前,將再陸續發射"天宮二號"、"天宮三號"兩個空間實驗室。按照規劃,我國真正意義上的載人空間站將在2020年前後建成。

發射歷程

2016年7月7日從北京啓程,經鐵路運輸,于10日安全運抵酒泉衛星發射中心載人航天發射場,開展發射場區總裝和測試工作。

發射天宮二號空間實驗室的長征二號FT2火箭,以及發射神舟十一號載人飛船的長征二號F遙十一火箭,于8月上旬運往酒泉衛星發射中心。神舟十一號載人飛船已完成出廠測試,執行任務的航天員乘組已完成定選,正在進行任務強化訓練。

按計畫,天宮二號空間實驗室于2016年9月中旬發射,之後開展在軌測試並建立自主運行模式,做好迎接神舟十一號載人飛船訪問的準備。

據中國載人航天工程辦公室訊息,天宮二號空間實驗室按流程完成了出廠前所有研製工作,2016年7月7日從北京啓程,經鐵路運輸,于9日安全運抵酒泉衛星發射中心載人航天發射場,開展發射場區總裝和測試工作。

2016年9月15日22時04分12秒,天宮二號空間實驗室在酒泉衛星發射中心發射。

2016年9月15日22時28分,空間實驗室飛行任務總指揮長張又俠宣布:天宮二號空間實驗室發射任務取得圓滿成功!

與神舟十一號自動交會對接

2016年10月19日凌晨,神舟十一號飛船與天宮二號自動交會對接成功。航天員景海鵬和陳冬入駐天宮二號空間實驗室,開始了為期30天的太空駐留生活。

交會對接4步走

第一步:

神舟十一號入軌後,經歷5次變軌,到達與天宮二號相同的393公裏高的軌道。

第二步:

兩名航天員先回到返回艙,並且把返回艙與軌道艙之間的艙門關嚴。此外,他們還要穿上艙內航天服,做好保障措施。

第三步:

當神舟十一號與天宮二號相距5公裏時,飛船將進行4次停泊——分別為兩者相距5公裏、400米、120米和30米時。飛船將通過敏感儀和通訊設備,檢查位置、距離姿態是否合適。

第四步:

在30米停靠站,神舟十一號的捕獲鎖會伸出,卡在天宮的卡板器裏,這樣飛船和天宮就建立了初步的連線。之後,捕獲鎖往回慢慢收縮,將飛船和天宮拉近,當對接環完全對上時,對接環裏的12把鉤鎖將會緊緊鉤定在一起,完成對接。

​“太空之吻”三大看點

交會對接作為載人航天三大基本技術之一,是國際公認的技術難題。截至今天,我國已成功開展了7次空間交會對接,充分驗證了自動和手控交會對接技術。與以前我國實施的交會對接相比,此次“太空之吻”有三大不同。

1 軌道高50公裏

天宮二號與神舟十一號交會對接在距離地面393公裏的軌道上進行,這比我國之前交會對接的軌道高了50公裏,與未來我國空間站運行的軌道高度基本相同。為此,飛控工作人員會對軌道控製策略和飛行程式進行相應調整,指令的傳送時間和飛船返回軌道設計等都較以前有所不同。

2 飛船採取“主動”

在以前的交會對接中,兩個航天器距離約120米距離時,作為目標飛行器的“天宮”交會測量設備會主動發光,供神舟飛船測量成像。而在此次任務中,神舟飛船變被動為主動,由神舟十一號主動發光,天宮二號來“反射”,神舟十一號主動捕獲天宮二號。

這種改變有兩個好處:首先,天宮被動式反射光,對太陽光的幹擾抑製能力更強,飛船獲得的圖像更清晰,更利于對接;其次,主動發光需要供電,對航天器壽命有一定影響,被動式反射的話就不存在這個問題,符合未來空間站對長壽命的要求。

不過,交會對接完成後,兩個航天器形成組合體飛行時,天宮二號就成為這個“新組合”的主導者,掌握起所有控製權。

3 “對接天眼”全面升級

由中國航天科技集團公司五院研製的“對接天眼”——光學成像敏感器(CRDS)實現全新升級——在太陽雜光抑製能力、識別目標敏感器上有了大幅提升,敏感器首次捕獲時間也由原來的約十秒縮短至不到一秒,有助于更好地保障交會對接。

設備構造

天宮二號是在天宮一號目標飛行器備份的基礎上,根據天宮二號的任務的需要改裝研製而成。規模與天宮一號基本一致,也是一個長期在軌自動運行、短期載人的飛行器,是我國建造空間站之前進行技術驗證的重要階段。天宮二號將攜帶國際首個專用的高靈敏度伽馬射線暴偏振測量儀器。這項中國-瑞士合作開展的"伽馬暴偏振探測項目"(POLAR)是中國空間天文"黑洞探針"計畫的組成部分。

天宮二號空間實驗室相對于天宮一號目標飛行器,其上搭載了全新配套的空間套用系統載荷設備,無論配套設備數量還是安裝復雜度均創造了歷次載人航天器任務之最。

我國最終要建設的基本型空間站,它的規模不會超過國際空間站。基本型空間站大致包括一個核心艙、一架貨運飛船、一架載人飛船和兩個用于實驗等功能的其它艙,總重量在100以下。其中的核心艙需長期有人駐守,能與各種實驗艙、載人飛船和貨運飛船對接。具備20噸以上運載能力的火箭,才有資格發射核心艙。

科研任務

"天宮一號"是空間實驗室的特例,主要為了完成交會對接任務,而"天宮二號"則完全是小型空間實驗室,科學家、航天員們將在裏面展開各種工作和試驗,"天宮二號"將解決一定規模、短期有人照料的空間套用問題,航天員在天宮二號上生活的時間將比在神舟九號、神舟十號生活的時間更長。

天宮二號,計畫以黑洞等極端天體作為恆星和星系演化的探針,理解宇宙極端物理過程和規律,解答宇宙組成和演化。天宮二號上將開展地球觀測和空間地球系統科學、空間套用新技術、空間技術和航天醫學等領域的套用和試驗,是中國第一個真正意義上的空間實驗室,發射時釋放伴飛小衛星,將有飛船與之對接,將完成驗證空間站的技術,也將接受航天員的訪問。

將來隨著空間實驗室體積的增大、可靠性的提高,將逐步發展成為空間站的核心艙或者實驗艙,增加太空實驗的項目和種類,為建成空間站奠定基礎。空間站可以允許若幹個宇航員同時長期駐守太空,噸位可重達20噸。發射這樣重的物體需要使用重型火箭,由于使用的火箭直徑較大,無法通過鐵路運輸,所以用海路運往海南航天發射中心發射。同時,海南航天發射場靠近赤道,有利于增強火箭的運載能力。

測試階段

今年載人航天任務中,航天員將完成長達30天的在軌駐留,這個時間長度對于技術和人員來說,都具有較大的挑戰,在國際上也是公認的門檻,天宮二號對此已經做好準備。

在“天宮二號”裝載的設備中,有很多是用來開展空間科學實驗或者驗證一些套用新技術的,這些設備一起被稱作空間套用有效載荷。這次,“天宮二號”上要進行的各類實驗達到了史無前例的14項,堪稱中國載人航天最忙碌的空間實驗室。

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