天宮一號

健康知識 9547 151 2016-10-08

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,正式終止了數據服務。

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。

基本信息

  • 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

目錄
1基本信息
2對接工作
3天宮系列
4主要任務
5發射背景
6組成結構
7發展歷程
8后續計劃
9命名規則
10研發團隊

基本信息

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。

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臺,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,航天員上天并返回地面; 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,并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。此后,中國又先后發射神舟系列的4艘飛船,并在神舟五號發射、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,并完成了前半部分,而天宮一號則將完成第二步后半部分的任務——進行空間交會對接,建立空間實驗室。

[2]2011年9月天宮一號發射入軌以來,已在軌運行600多天,先后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,并控制飛行姿態)

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,并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、圓柱段和后錐段。對接完成后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里進行。后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。

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。

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”發射計劃。(注: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年中央電視臺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制生產已基本完成。
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,開展任務實施前最后階段的測試工作。
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,后出于安全考慮,原定8月底發射天宮一號的原計劃被取消。
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并取得成功。
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日之間的發射計劃更正為在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接等工作。
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分在窗口前沿發射”。
當日上午進行了第二次全區測控通訊系統合練。并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,先后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)
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小時倒計時發射程序,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,最后一批工作人員撤離。
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,為后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,先后進行了遙控指令、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。
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。(注: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,約半小時后,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、劉旺和劉洋后相繼進入天宮一號。
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,兩艘航天器隨后分離。
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。(神舟九號于6月29日安全返航)
目前運行中

后續計劃

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,計劃時間大致在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制階段,并命名為“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,雖然外觀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制。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項技術狀態更改,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干作用。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”研制團隊的平均年齡只有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,但他們這十幾年里一直在一線工作,積累了經驗,增長了知識,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。[3]