天宫一号:中国载人航天的关键跨越


2011 年 9 月 29 日,酒泉卫星发射中心,长征二号 F 运载火箭托举着天宫一号目标飞行器直插云霄。这一刻,中国载人航天工程实现了又一次重大突破,天宫一号的成功发射,开启了我国空间实验室的探索之路,为后续空间站的建设奠定了坚实基础。它不仅是一个飞行器,更是中国航天人迈向星辰大海征程中的关键一步。

一、研发背景:载人航天的重要抉择
20 世纪 90 年代,中国载人航天工程正式立项,确立了 “三步走” 战略。第一步是发射载人飞船,实现航天员天地往返;第二步是突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;第三步是建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
在完成第一步载人飞船任务后,第二步的核心任务 —— 空间交会对接技术亟待突破。最初计划将神舟飞船轨道舱改造后留轨,作为目标飞行器与后续飞船进行交会对接。但经过深入评估,中国航天人认为自身已具备进一步跨越发展的实力,决定调整计划,直接发射 8 吨级的目标飞行器,兼做空间实验室,一步实现自动交会对接、手动交会对接以及中长期太空驻留等目标,天宫一号的研制计划由此诞生。
二、设计特点:空间探索的移动平台
天宫一号采用实验舱和资源舱两舱构型(如图 1 所示),全长 10.4 米,舱体最大直径 3.35 米,起飞质量 8506 千克,设计在轨寿命 2 年 。
  • 实验舱:由密封舱和非密封后锥段组成。密封舱有效活动空间约 15 立方米,可满足 3 名航天员在舱内工作和生活需要,配备了生活设施、实验设备以及与飞船对接的被动对接机构及交会对接测量合作目标,对接后能形成直径 0.8 米的转移通道。非密封后锥段则安装着遥感试验设备。

  • 资源舱:为柱状非密封舱,主要配置推进系统、太阳电池翼等,为空间飞行提供动力和能源支持,保障天宫一号在轨道上稳定运行。

  • 三、发射历程:冲破云霄的梦想启航
  • 2011 年 9 月 29 日 21 时 16 分 03 秒,这是一个值得铭记的时刻。天宫一号在万众瞩目下,搭乘长征二号 F 运载火箭从酒泉卫星发射中心成功发射升空 。原计划 8 月底发射的天宫一号,因同系列火箭发射失利,出于安全考虑,任务总指挥部决定彻查故障原因,暂停火箭测试工作,发射计划相应推迟。9 月 10 日,故障归零后发射场区测试工作重启,面对时间紧迫、技术设备全新等难题,7000 余名参研参试人员夜以继日奋战,在不到 20 天内完成各项准备工作,确保了天宫一号顺利升空。
  • 四、任务成果:多领域的探索成就
  • (一)交会对接技术突破
  • 天宫一号在轨运行期间,先后与神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船进行了 6 次交会对接(如图 2 所示)。2011 年 11 月 3 日,天宫一号与神舟八号飞船成功完成我国首次空间飞行器自动交会对接任务,并进行了二次自动交会对接,使中国成为世界上第三个独立掌握航天器空间交会对接技术的国家 。此后,神舟九号、神舟十号相继与天宫一号成功对接,其中神舟九号实现了首次载人交会对接,航天员刘旺操控飞船与天宫一号完成手控交会对接;神舟十号任务中,航天员对天宫一号进行在轨维护,还开展了 “太空授课”、航天器绕飞交会试验等,进一步验证和完善了交会对接技术及组合体控制技术。
  • (二)航天医学实验进展
  • 天宫一号与神舟九号、神舟十号两次组合运行期间,6 名航天员参与飞行任务,在执行飞行程序、照料飞行平台之外,还按计划完成了多项航天医学实验任务。利用失重装置开展了心血管调节和高级脑功能实验、失重条件下细胞学研究实验,以及噪声测量、气体质量采样等相关实验,为未来航天员长期飞行积累了大量科学实验数据,探索了重要途径 。
  • (三)空间应用成果丰富
    • 地球环境监测:天宫一号装载的高光谱成像仪,获取了北京、天津、上海等大城市以及我国西部地区荒漠化、三江流域水文生态等重点地区的观测数据。其空间分辨率最高可达 10 米,在矿产、林业、海洋、农业、城市环境监测等领域应用广泛。例如,在林业应用中,高光谱遥感数据在森林类型分类、森林干扰监测、生物量反演等方面展现出良好前景;在海洋应用中,其高空间分辨率有助于海岸带变迁监视、海岸带植被及围填海监视等,为国家海洋主管部门决策提供参考 。

    • 空间环境探测:开展了空间环境探测和电离层扰动综合探测试验,探测系统由带电粒子辐射探测器、轨道大气环境探测器、电离层扰动探测器以及空间环境控制单元 4 件装置组成,为飞行器安全保障提供数据支持,研究空间环境对载人航天器的影响 。

    • 复合胶体晶体生长实验:通过该实验装置,完成了关键科学实验任务,获得具有重要研究意义的成果,为空间材料、地面新材料制备奠定基础,验证了空间站长寿命科学实验的关键技术,积累了长期在轨科学实验运控管理经验 。

  • 五、历史意义:迈向空间站的坚实一步
  • 天宫一号的成功发射与运行,在中国载人航天史上具有里程碑意义。它标志着中国迈入载人航天工程 “三步走” 战略的第二步第二阶段,验证了空间交会对接技术、组合体控制技术、在轨中长期飞行的生命保障技术等关键技术,为后续空间站的建设运营提供了宝贵经验。同时,天宫一号超期服役两年多,充分发挥了综合效益,展示了中国航天技术的可靠性和稳定性,提升了中国在国际航天领域的地位,激发了全国人民对航天事业的热情和民族自豪感 。
  • 天宫一号虽已完成使命,于 2018 年 4 月 2 日再入大气层,绝大部分器件在烧蚀中销毁,但它在中国航天发展历程中留下的印记不可磨灭。它是中国航天人勇于创新、敢于突破的象征,激励着新一代航天人继续向着更广阔的宇宙空间进发,续写中国航天的辉煌篇章。


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