天宮一號

天宮一號

天宮一號是中國第一個目標飛行器,於2011年9月29日21時16分03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。它的發射標誌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。 2016年3月16日,天宮一號目標飛行器正式終止數據服務,全面完成了其歷史使命。天宮一號整器結構完整,運行軌道仍在持續、密切跟蹤監視之中,平均軌道高度約370公里,而且正以每天100米的速度衰減,預計2018年“受控”墜落,殘骸落入指定海域。 2018年4月2日8時15分左右,天宮一號目標飛行器已再入大氣層,再入落區位於南太平洋中部區域,絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。

基本信息

簡介

天宮一號 天宮一號

天宮一號 (Tiangong-1或Heavenly Palace 1)是中國首個目標飛行器和空間實驗室,屬載人太空飛行器,由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院(航天五院)和上海航天技術研究院(航天八院)研製。高10.4米、重8.5噸 。於2011年9月29日21時16分3秒在酒泉衛星發射中心發射 ,由長征二號FT1火箭運載,火箭全長52米,運載能力為8.6噸 。天宮一號設計在軌壽命兩年 。

2011年4月CAST會展中心展示的天宮一號模型 2011年4月CAST會展中心展示的天宮一號模型

天宮一號的主要任務有以下四點: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;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;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;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。

天宮一號的發射標誌著中國邁入中國航天“三步走”戰略的第二步第二階段(即掌握空間交會對接技術及建立空間實驗室);同時也是中國空間站的起點,標誌著中國已經擁有建立初步空間站,即短期無人照料的空間站的能力。

模擬圖:神舟八號與天宮一號(左)對接 模擬圖:神舟八號與天宮一號(左)對接

2011年11月,天宮一號與神舟八號飛船成功對接,中國也由此成為世界上第三個自主掌握空間交會對接技術的國家。 2012年6月18日,神舟九號飛船與天宮一號目標飛行器成功實現自動交會對接,中國3位航天員首次進入在軌飛行器。 2013年6月13日,神舟十號飛船與天宮一號順利完成了自動交會對接。 神舟十號飛船返回後,天宮一號即完成主要使命。

2016年3月21日從中國載人航天工程辦公室了解到,已在軌工作1630天的天宮一號目標飛行器在完成與三艘神舟飛船交會對接和各項試驗任務後,由於超期服役兩年半時間,其功能已於近日失效,正式終止了數據服務。 地面跟蹤觀測顯示,天宮一號目前仍在其設計軌道飛行。中國載人航天工程辦公室表示,目前天宮一號的飛行軌道仍在持續、密切的跟蹤監視之中。根據預測,天宮一號的飛行軌道將在今後數月內逐步降低, 天宮一號在壽命末期,將主動離軌,隕落南太平洋。

結構

天宮一號在結構上可分為資源艙和實驗艙。與之前的載人太空飛行器相比,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

資源艙的主要任務是為天宮一號的飛行提供能源保障,並控制飛行姿態。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。天宮一號的導航與制導系統中6個控制力矩陀螺也在資源艙內。導航與制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,而控制力矩陀螺則會對天宮一號進行精確的姿態控制。

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裡進行。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。

在“天宮一號”里,航天員生活的實驗艙也是飛行器運行的核心艙,裡面有很多電子設備。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裡面。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厘米、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,便於手腳著力的唯一“法寶”,也是艙內數量最多的一種設備。

為保證航天員的娛樂,“天宮一號”組合體裡還專門給航天員提供了用來娛樂的筆記本電腦,航天員在工作之餘、在睡覺之前,可以用筆記本電腦來上上網、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。

技術特點

天宮一號在壽命、對接口等方面不同於其他空間站。

首先,試驗性空間站在軌壽命通常低於5年,而其他空間站可達5至10年,或者更長;其次,試驗性空間站的規模較小,對接口也少,沒有擴展能力。而其他空間站至少有兩個對接口,能同時對接載人運輸器、貨物運輸器或專用實驗艙;三是試驗性空間站上的航天員一次在軌時間較短,一般是幾十天,而其他空間站上的航天員一次在軌時間大多為百天以上。

此外,兩者的區別還體現在:試驗性空間站上的燃料和消耗品原則上要一次帶足,其他空間站則是用貨運飛船定期進行多次補給;試驗性空間站上的有效載荷設備很少更換,但其他空間站可多次更換和增加實驗儀器;試驗性空間站上的航天員一般不進行太空飛行器的維修工作,只進行試驗、訓練等,而其他空間站上的航天員要經常進行維修工作。

天宮一號與國外試驗性空間站在功能和用途方面有相似之處,但質量較小,約為8噸,而國外試驗性空間站都為20噸級以上,因此稱其為簡易“空間實驗室”更加合適。

日前,中國載人航天工程辦公室正式公開發布天宮一號套用數據推廣使用相關政策,以進一步推動天宮一號套用數據更好地服務於國民經濟建設和科學研究等方面。2014年3月2日,中國科學院空間套用工程與技術中心在北京與中國航天科技集團公司所屬中國資源衛星套用中心等三家單位,簽署了“天宮一號套用數據商業代理協定”。

運行

天宮一號繞地球一圈的運行時間約為90分鐘。

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公里;無人期間則會適當調高,約370公里,以減小軌道衰減速度,更節約能源。

工程概況

“天宮一號”實際上就是一個空間實驗室的雛形,它的重量和神舟七號一樣,用它來完成和飛船的交會對接。“天宮一號”主體為短粗的圓柱型,直徑比神舟飛船更大,前後各有一個對接口。採用兩艙構型,分別為實驗艙和資源艙,實驗艙由密封的前錐段、柱段和後錐段組成,實驗艙前端安裝一個對接機構,以及交會對接測量和通信設備,用於支持與飛船實現交會對接。資源艙為軌道機動提供動力,為飛行提供能源。

早期方案

天宮一號的任務方案早在1992年國家制訂中國載人航天“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,只是稱為“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,希望太空人們在太空中生活的地方能與宮殿一樣舒適。

人們把住得最舒服的地方叫做宮殿,而將空間實驗室命名為“天宮”,則是希望太空人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

“天宮一號”的名字讓人聯想起中國古代四大名著之一《西遊記》中的孫悟空大鬧天宮。此外,“天宮”是中華民族對未知太空的通俗叫法。因此,以“天宮一號”為目標飛行器命名,會很好地得到國人的共鳴。

發射背景

1992年9月21日,中央正式批准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太空飛行器天地往返。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。

天宮一號模型亮相春晚 天宮一號模型亮相春晚

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。

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 央視軍事報導中首次出現了“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 用於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。由於發射天宮一號的運載火箭與發射失利的長征二號丙火箭屬同一類型,後出於安全考慮,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啟動,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,原定於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注前全系統質量評審。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注設備、加注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注前的各項準備工作,包括加注量計算、加注系統信號聯調等。 13時起,先後實施了燃燒劑和氧化劑加注。 至18時,約450噸的推進劑全部加注完畢。
發射當天(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(助推器殘骸於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制,將遠地點高度由346公里抬高到355公里。 16時9分,天宮一號飛行至第13圈時,實施了第2次軌道控制,近地點高度由200公里抬升至約362公里,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。 天宮一號的環境控制和生命保障系統也已啟動,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、控制開關、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 。
天宮一號拍攝的首張外太空圖片 天宮一號拍攝的首張外太空圖片
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。
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,天宮一號艙門打開。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。完成手動控制交會對接前的準備。 11時8分,北京航天飛行控制中心下達神九與天宮的分離指令,兩艘太空飛行器隨後分離。 12時38分,神舟九號進入手動控制模式。 12時50分左右,神九與天宮手動控制交會對接成功,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。分離由劉旺手動控制。 (神舟九號於6月29日安全返航 )
2013年2月28日據中國載人航天工程新聞發言人表示,神舟十號預定於2013年6—8月擇機發射,屆時將承載三名航天員。
2013年6月13日 13時18分,天宮一號與於6月11日發射的神舟十號飛船進行了自動交會對接。 16時17分,神舟十號航天員打開天宮一號目標飛行器的艙門,聶海勝、張曉光、王亞平3名航天員進入天宮一號。
2013年6月14日三位航天員為天宮一號進行了在軌維護,包括飛行器內裝飾材料的更換。
2013年6月25日三位航天員離開天宮一號。隨後,神舟十號飛船與天宮一號完成了分離。
2013年10月截至10月,天宮一號已經完成了為期兩年的原定任務。
2014年2月天宮一號完成2014年的第一次軌道維持。地面於2月18日和2月19日完成兩次控制,提升了天宮一號的軌道高度。
2016年3月16日,天宮一號目標飛行器正式終止數據服務,全面完成了其歷史使命。目前天宮一號整器結構完整,運行軌道仍在持續、密切跟蹤監視之中,平均軌道高度約370公里,“而且正以每天100米的速度衰減,預計2017年下半年隕落”。 “經過認真計算分析,天宮一號大部分結構部件將在隕落過程中燒蝕銷毀,對航空活動以及地面造成危害的機率很低,可能性極小。” 武平說,自2000年起,中國就開始實施空間碎片專項計畫,在空間監測、防護、預警、減緩及應急合作等方面做了大量工作,這些舉措都表明了我們對於空間碎片問題的高度重視及行動決心。

超期服役

天宮一號於2011年9月29日在酒泉衛星發射中心發射升空。作為我國首個目標飛行器,天宮一號已經在茫茫太空獨自翱翔整三年。天宮一號長期管理人員分分秒秒陪伴著它,精心照料這箇中國在太空中的第一個“天上家園”。

2011年11月,天宮一號迎來了首位貴賓——神舟八號載人飛船。作為交會對接目標,天宮一號與神舟八號配合圓滿完成了我國首次空間自主交會對接。作為組合體的控制主體,天宮一號出色完成了組合體姿態軌道控制、信息控制、能源控制和載人環境控制等多項任務。

2012年6月,三位航天員乘坐神舟九號載人飛船光臨天宮一號,天宮一號迎來了自己的首批太空貴客。在航天員的精準操作下,神舟九號與天宮一號圓滿完成了我國首次空間手控交會對接。為了讓航天員感受家的溫馨,天宮一號營造了一個空氣成分、氣壓都和地面相同,溫度濕度淨度堪比宜居城市中的一個“小家”,為航天員送上了一個安全、舒適的太空十日之旅。

2013年6月,天宮一號迎來了搭乘神舟十號來訪的第二批太空貴客。與神舟九號任務不同,作為我國首次套用性載人交會對接飛行,天宮一號和航天員承擔了更多的使命。“太空授課”、“在軌更換地板”、“中短期航天員駐留”、“艙內無線通信”等一批思路新、實用性強、技術水平高、社會效益好的在軌試驗項目順利實施,標誌著天宮一號作為交會對接目標飛行器向空間多用途載人航天試驗平台的轉變。在等待與神舟載人飛船相會的日子裡,天宮一號也未停止探索太空的步伐,天宮一號安裝的空間環境探測裝置源源不斷的向地面傳送著探測到的軌道大氣環境信息和空間帶電粒子輻射信息,安裝的“三合一”相機無時不刻的關注著我國的水文國土,為開展地質調查、資源勘查、土地荒漠化評估、水文生態監測以及環境污染成分和污染源頭分析提供第一手的材料。

2013年9月,天宮一號作為一代“功臣”,圓滿完成了其歷史使命。在太空里,由於真空、輻射等環境因素,維持長壽命是個難題,但在這方面,天宮一號表現良好,延期“服役”為將來的空間站建設做更多的試驗性工作問題不大。在交出一份完美的“體檢報告”後,天宮一號轉入拓展任務飛行階段。在拓展飛行的一年裡,開展了太陽電池翼發電能力測試、備份姿態測量和控制模式切換、4b發動機變軌等一系列拉偏及備份飛行模式試驗,深度發掘了天宮一號的飛行潛力,為開展太空環境探測及對地觀測創造更加良好的條件。現階段天宮一號狀態很好,所有設備正常。天宮一號已經嚴重超期服役,但是狀態仍然良好。

使命終止

2016年03月21日中國載人航天工程辦公室表示,目前天宮一號的飛行軌道仍在持續、密切的跟蹤監視之中。根據預測,天宮一號的飛行軌道將在今後數月內逐步降低,並最終再入大氣層燒毀。

2013年6月神舟十號飛船返回後,天宮一號即完成主要使命。超期服役期間,本著“充分利用、挖掘潛力”的原則,有關部門精心運營維護、嚴密實施監控,繼續利用天宮一號開展了航天技術試驗、對地遙感套用和空間環境探測,驗證了低軌長壽命載人太空飛行器設計、製造、管理、控制相關技術,獲取了大量有價值的數據信息和套用成果,為空間站的建設運營和載人航天成果的套用推廣積累了重要經驗。

天宮一號壽命末期運行情況 天宮一號壽命末期運行情況

2018年1月, 航天科技集團五院空間實驗室系統總設計師朱樅鵬表示,中國一直在監控天宮一號,他還透露,預計在2018年上半年讓它墜落。其墜入大氣層後就會燒毀,剩餘殘骸將落入指定海域,不會危害地面。

2018年4月2日8時15分左右,天宮一號目標飛行器已再入大氣層,再入落區位於南太平洋中部區域,絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。

太空飛行器分類導航

太空飛行器,又稱空間飛行器、太空載具等,是指在地球大氣層以外的宇宙空間中,基本按照天體力學的規律運動的各種飛行器。
航天套用 間諜衛星 氣象衛星 太空探索
衛星導航系統
載人航天 太空人 航天計畫 運載火箭
太空飛行器 運載工具 太空梭 運載火箭
空間站 載人飛船 月球太空飛行器
空間探測器 人造衛星

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