天宮一號

天宮一號（Tiangong-1或HeavenlyPalace1）是中國首個目標飛行器和空間實驗室，屬載人航天器，由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院和上海航天技術研究院研製。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。

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；開展空間應用（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。

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。神舟十號飛船返回后，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后，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，天宮一號在壽命末期，將主動離軌，隕落南太平洋。

天宮一號在結構上可分為資源艙和實驗艙。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、圓柱段和后錐段。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。後部非密封的后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”組合體里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。

天宮一號在壽命、對介面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，對介面也少，沒有擴展能力。而其他空間站至少有兩個對介面，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航天器的維修工作，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應用數據推廣使用相關政策，以進一步推動天宮一號應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，中國科學院空間應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應用中心等三家單位，簽署了“天宮一號應用數據商業代理協議”。

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。

“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，前後各有一個對介面。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、柱段和后錐段組成，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。

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后，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，希望宇航員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

“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。

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，併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”后，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。

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，精心照料這個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，溫度濕度凈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，作為我國首次應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發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”后，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。

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后，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、對地遙感應用和空間環境探測，驗證了低軌長壽命載人航天器設計、製造、管理、控制相關技術，獲取了大量有價值的數據信息和應用成果，為空間站的建設運營和載人航天成果的應用推廣積累了重要經驗。

● 任務前期

2009年1月25日，天宮一號模型在2009年的春節聯歡晚會上展示亮相，介紹中國空間站未來任務及內容。

2010年5月14日，中國載人航天工程第十八次大總體協調會在北京召開，會議討論確定了交會對接飛行任務規劃、天宮一號及神舟八號飛行任務綱要，協調了各系統間重大技術問題。

● 運送發射

2011年7月23日，天宮一號發射火箭長征二號F運載火箭運抵酒泉衛星發射中心。

2011年9月28日，天宮一號完成發射火箭長征二號FT1火箭的推進劑加註工作。

2011年9月29日，天宮一號發射升空，並進入預定軌道。

2011年9月30日，天宮一號完成首次變軌任務，升至更高的運行軌道。

● 神八對接

2011年11月3日，天宮一號與神舟八號完成中國首次空間飛行器自動交會對接任務，並進行了二次自動交會對接，形成組合體。

2011年11月4日，天宮一號與神舟八號組合體完成第一次軌道維持工作。

2011年11月13日，神舟八號與天宮一號組合體在距地面高度約343千米的近圓軌道上偏航180度，建立倒飛姿態。

2011年11月14日，天宮一號與神舟八號組合體完成第二次對接試驗工作。

2011年11月15日，天宮一號與神舟八號組合體完成了最後一次軌道維持工作。

2011年11月17日，天宮一號與神舟八號組合體進行解體工作，天宮一號轉入長期運行管理模式，完成對接任務。

● 神九對接

2012年6月18日，天宮一號與神舟九號完成自動交會對接工作，建立剛性連接，形成組合體。

2012年6月19日，天宮一號與神舟九號組合體完成組合體交會對接后的第一次軌道維持。

2012年6月21日，天宮一號與神舟九號組合體在太空中完成了第一次姿態調整，從交會對接的倒飛狀態進入正常飛行姿態，形成天宮在後正飛，飛船在前倒飛的組合體標準飛行模式。

2012年6月22日，天宮一號與神舟九號組合體正常飛行狀態下，航天員在空間實施對飛行器的姿態控制，完成手動姿態控制試驗，同時完成軌道數據更新、飛行程序注入等工作。

2012年6月27日，天宮一號與神舟九號組合體完成各項飛行控制工作，並進行天地通話工作。

2012年6月28日，天宮一號與神舟九號組合體分離，完成與神舟九號對接任務。

● 神十對接

2013年6月13日，神舟十號與天宮一號實現自動交會對接，兩飛行器建立剛性連接，形成組合體。航天員入駐天宮一號。

2013年6月25日，神舟十號與天宮一號組合體成功分離，飛船從天宮一號目標飛行器上方繞飛至其後方，並完成近距離交會。

2013年6月25日，神舟十號自動撤離天宮一號，完成對接任務。

● 完成使命

2016年3月16日，天宮一號正式終止數據服務，全面完成了歷史使命。

2018年4月2日，天宮一號再入大氣層，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。

1、天宮一號在酒泉衛星發射中心發射。經兩次變軌後進入高度約350千米的近圓軌道，並完成飛行器平台在軌測試。

2、在神舟飛船發射前，目標飛行器開始降軌調相，進入高度約343千米的對接軌道，等待與飛船交會對接。

3、天宮一號在軌飛行期間，將分別與神舟八號、神舟九號和神舟十號飛船進行交會對接，形成剛性連接的組合體。

4、組合體飛行任務結束后，天宮一號與飛船分離。

5、待飛船返回后，天宮一號升軌到高度約370千米的近圓軌道，轉入長期在軌運行管理模式，開展空間科學與技術實驗，並等待下次交會對接。

6、天宮一號壽命末期，主動離軌，隕落南太平洋。

1、天宮一號作為交會對接目標，與神舟八號、神舟九號以及神舟十號配合完成空間交會對接飛行試驗。

2、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。

3、開展空間應用、空間科學實驗、航天醫學實驗以及空間站技術實驗。

4、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。

1、研製發射天宮一號目標飛行器，與神舟飛船共同完成航天器空間交會對接飛行試驗。

2、運行短期有人照料的載人空間試驗平台，進行航天員空間駐留試驗，以及載人空間站關鍵技術驗證。

3、進行對地遙感、空間環境和空間物理探測、空間科學實驗、航天醫學實驗及空間技術試驗。

天宮一號目標飛行器為全新研製，採用實驗艙和資源艙兩艙構型，全長10.4米，艙體最大直徑3.35米，起飛質量8506千克，艙體最大直徑達3.35米，設計在軌壽命2年。

● 實驗艙體

實驗艙主要負責航天員工作、訓練及生活，為全密封環境，內設睡眠區，以及航天員保持骨骼強健的健身區。該艙由密封艙和非密封后錐段組成，最大直徑3.35米，軸向長度6.4米，密封艙有效活動空間約15立方米，非密封后錐段安裝遙感試驗設備。

實驗艙前端安裝被動對接機構及交會對接測量合作目標，與飛船對接后，可形成直徑0.8米的轉移通道。

● 資源艙體

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；主要為柱狀非密封艙，配置推進系統、太陽電池翼等，為空間飛行提供動力和能源。艙體直徑2.775米，軸向尺寸3.2米。電池翼展開后總長18.405米。

● 發射火箭

天宮一號由改進型長征二號F/T1火箭發射；該型號火箭在原長征二號F火箭的基礎上，研製了新型整流罩，並對助推器、控制系統和故障檢測系統等進行了改進，提高了運載能力和入軌精度。火箭全長52米，起飛質量49.3萬千克，運載能力8600千克。

測控通信系統由兩顆天鏈一號中繼衛星、16個中國國內外陸基測控站、3艘測量船，以及北京飛控中心和西安測控中心組成。

● 神舟八號

神舟八號為改進型載人飛船，沿用返回艙、推進艙和軌道艙三艙結構，全長9米，艙段最大直徑2.8米，起飛質量8082千克，具備自動和手動交會對接與分離功能。

發射火箭為長征二號F遙八火箭，是在原長征二號F火箭基礎上，對助推器、控制系統、故障檢測處理系統等進行了改進，提高了可靠性和入軌精度；火箭全長約58米，起飛質量約497000千克，運載能力不小於8130千克。

● 神舟九號

神舟九號與神舟八號技術狀態基本一致，為進一步提高安全性與可靠性，進行了部分技術狀態更改。飛船全長9米，艙段最大直徑2.8米，起飛質量不大於8130千克。

發射火箭為長征二號F遙九火箭，全長約58米，起飛質量約496820千克，運載能力不小於8130千克。

● 神舟十號

神舟十號飛船主要由推進艙、返回艙和軌道艙組成，與神舟九號飛船技術狀態基本一致，飛船全長9米，艙段最大直徑2.8米；飛行速度約每秒7.9千米，每小時飛行2.8萬千米。

發射火箭為長征二號F遙十火箭，全長約58米，起飛質量約496820千克。

● 運載物品

天宮一號主要搭載物品有：

1、航天食品，包括蔬菜、肉類、水果和復水湯等，其中，大部分為實驗品，不可食用。

2、實驗艙搭載體育鍛煉設施和娛樂設施，以及提前收錄有影音節目的筆記本電腦。

3、一枚中國結、四種瀕臨滅絕的植物種子和300面國際宇航聯合會會旗。

天宮一號作為空間實驗室的重要組成部分，其關鍵技術為“空間交會對接”；該技術是追蹤飛行器和目標飛行器在預定的空間軌道交會，並在結構上連成一體的過程。。空間對接概念圖

● 技術作用

空間交會對接主要有三個方面的作用：

1、用於大型空間設施的建造、運行和維修。

2、用於為長期在軌運行的空間設施提供物資補給、人員運輸和空間救援。

3、是用於登月和深空探索等航天任務。

● 技術難點

首次交會對接任務具有四個方面的難點：

1、技術要求高。發射神舟飛船的運載火箭入軌精度指標比工程前期有大幅提高；載人飛行器在軌壽命要求大幅提高。

2、新技術採用多。首次使用了運載火箭高精度迭代制導技術，組合體控制和管理技術等。

3、驗證難度大。由於受地面環境和試驗條件限制，部分新研設備在空間環境下的功能性能指標無法得到全面真實的驗證，尚需通過飛行試驗考核。

4、組織實施複雜。由於任務持續時間長，發射次數多，整體性、時效性和關聯性強，交會對接過程關鍵事件多、決策點多，對任務組織指揮、各系統協同工作提出了前所未有的挑戰。

● 壁板高精度加工

作為一種全新的載人航天器，天宮一號實驗艙採用整體壁板結構，不同於以往的蒙皮加筋結構，能夠保證壁板的加工、成型、焊接等精度，進而保證艙體結構精度及各設備安裝介面的位置精度，是產品研製過程中的難點之一。

天宮一號採取了振動時效技術，實現產品的在線去除應力，使壁板零件在加工中的變形得到有效控制。

● 確保壁板精密成形

由於壁板被銑成了網格狀，大量的材料都要被切除，材料的利用率不到10%，而且厚度不均勻，採用傳統的成型技術很容易造成壁板開裂。

為此，在這方面，天宮一號採用了新的成形工藝方法，解決零件厚度突變無法成形的工藝難題。

● 推進VPPA技術工程化

天宮一號的實驗艙主結構為整體壁板焊接結構，為了解決現有焊接方法存在焊接缺陷多、合格率低、變形大、精度低等問題，首次在航天正樣產品上應用了變極性等離子弧焊接工藝（VPPA）。

該技術專門為鋁合金焊接而開發，具有焊接質量好、焊縫窄、變形小等優點，被稱為“零缺陷焊接”。

為了保障天宮一號飛行及交會對接的成功實施，飛行器採用13個分系統組成，分別為：

1、天宮一號開展了地球環境監測、空間環境探測、複合膠體晶體生長等3方面的科學實驗，並獲得大量珍貴實驗數據和一系列空間實驗成果。

2、安裝在天宮1號上的高光譜成像儀運行順利，成功拍攝大量高光譜圖像數據，分別提供給中國國土資源部、國家海洋局及中科院遙感所等單位。

3、天宮一號承載的高能粒子輻射探測器和軌道大氣綜合探測器，可實時監測軌道大氣密度、成分、質量及其時空分佈變化，為空間環境預報及其變化機理研究、目標飛行器和航天員安全保障提供准實時監測數據。

4、天宮一號空間應用系統開展了太陽與地磁活動指數的中期預測等研究，其成果已成功應用於中國首次載人交會對接任務的空間環境預報。

5、在天宮一號上進行的複合膠體晶體生長與相變實，是中國首次採用可見光衍射方法實現膠體晶體結構解析，其中大部分技術可直接應用於空間材料、生命、流體等科學實驗,並為空間站壽命等項目進行了關鍵技術驗證。

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；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。（《科技視界》評）

天宮一號作為載人航天空間應用實驗平台，共進行了地球環境監測、空間環境探測、複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數據，這些數據廣泛應用於國土資源、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。（中國載人航天官網評）