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來源：互聯網

天宮一號（英文名：Tiangong-1）是中國首個目標飛行器和空間實驗室，由中國航天科技集團所屬中國空間技術研究院和上海航天技術研究院研制。天宮一號重8.5噸，高10.4米，直徑3.35米，結構上可分為資源艙和實驗艙兩部分，可為航天員提供15立方米的活動空間。

天宮一號任務方案于2002年通過，2006年天宮一號進入初樣研制階段。2011年9月29日21時16分3秒在酒泉衛星發射中心發射升空，2016年3月16日正式終止數據服務進入軌道衰減期，2018年4月2日再入大氣層，絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。在軌運行期間，天宮一號先后與神舟八號飛船、神舟九號、神舟十號飛船進行6次交會對接，幫助中國突破和掌握了空間交會對接技術、組合體控制技術；驗證了在軌中長期飛行的生命保障技術，完成了多項航天醫學實驗；開展空間環境探測、地球環境監測，提供應用數據服務。

天宮一號發射升空，意味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，同時標志著中國邁入載人航天工程“三步走”戰略的第二步第二階段。天宮一號的設計壽命只有兩年，但它超期服役兩年多，完成多項突破性工作，收集了大量來自太空的重要數據。

研發歷程

研發背景

1986年，鄧小平批準實施“863”計劃，計劃以載人飛船開始起步，最終建成中國的空間站。1992年，中國載人航天工程正式立項，并確定按照“三步走”的戰略實施。第一步，發射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應用實驗；第二步，突破航天員出艙活動技術、空間飛行器交會對接技術，發射空間實驗室，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題；第三步，建造空間站，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

2003年，航天員楊利偉完成中國首次載人航天飛行后，中國載人航天工程第一階段任務圓滿收官。第二階段的核心任務是空間交會對接，最早制定的方案是將神舟飛船軌道艙改造后留軌飛行，作為目標飛行器與后續飛船進行無人、載人空間交會對接。然而，經過科學分析和深入評估，航天人認為中國完全具備進一步跨越發展的條件，于是建議中央調整原來的計劃安排，直接發射8噸級的目標飛行器，兼做空間實驗室，一并實現自動交會對接、手動交會對接、中長期太空駐留的目標。

研發過程

1992年，作為中國載人航天戰略的一部分，研制目標飛行器的方案在早期規劃的時候就已經確定。

2002年，在進行方案論證和審查后，天宮一號目標飛行器任務方案得到通過。此時，天宮一號還沒有名字，被稱為“目標飛行器”，縮寫是：MB。

2006年，天宮一號進入初樣研制階段。同年，它被命名為“天宮一號”，縮寫也從MB變為TG。

2008年9月28日，中國首次披露“天宮一號”發射計劃。12月5日，張建啟（時任中國載人航天工程副總指揮）在神舟七號載人飛行代表團香港特別行政區媒體見面會中表示：“在完成神舟七號載人航天飛行、突破出艙活動技術之后，將于2010年底至2011年，發射‘天宮一號’空間目標飛行器，即簡易的空間實驗室。在之后的幾年里，我們還要相繼發射神舟飛船八、九、十號飛船，分別進行無人和有人參與的空間交會對接試驗，完成第二步的戰略任務。并最終在2020年左右實現第三步戰略目標，即建成我們國家自己的空間站，實現較大規模的應用和航天員在太空的長時間駐留。”

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。計劃將于2010年左右升空。同年年底，天宮一號進入正樣研制階段。

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”目標飛行器及神舟八號飛船飛行任務綱要，協調了各系統間重大技術問題；為工程全面開展飛行產品正樣研制和飛行任務準備工作提供了依據。10月，中國宣布正式啟動實施中國載人空間站工程，計劃在2020年前后建成規模較大、長期有人參與的國家級太空實驗室。

2011年5月17日，“天宮一號”目標飛行器模型在第十四屆中國北京國際科技產業博覽會展出。

主要任務

天宮一號主要任務是作為交會對接目標，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工作和生活，并保證航天員安全；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；初步建立能夠短期載人、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。

技術特點

結構組成

天宮一號目標飛行器為全新研制，采用實驗艙和資源艙兩艙構型，由中國航天科技集團所屬中國空間技術研究院和上海航天技術研究院研制，全長10.4米，艙體最大直徑3.35米，起飛質量8506千克，設計在軌壽命2年。

實驗艙由密封艙和非密封后錐段組成，密封艙有效活動空間約15立方米，可滿足3名航天員在艙內工作和生活需要；非密封后錐段安裝遙感試驗設備。艙內每個區域都設有數量不等、錦絲帶材質的手腳限位器，以保證航天員在失重飄移狀態下便于手腳著力。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；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。

基本參數

搭載物品

天宮一號搭載有蔬菜、肉類、水果和復水湯等航天食品，不過這些航天食品屬于實驗品，不能食用。真正能食用的航天食品要等航天員隨飛船帶上天。

實驗艙搭載體育鍛煉設施和娛樂設施，航天員可以觀看提前收錄并存儲在筆記本電腦里的影音節目。天宮一號首次帶上了太空鍛煉器材，如特殊自行車用于鍛煉下肢肌肉；拉力器用于鍛煉肩部和背部肌肉；下體負壓筒對航天員下半身施加負壓，促使血液向下半身流動，改變失重環境中血液朝頭部轉移的情況。

此外，天宮一號還搭載了一枚中國結、四種瀕臨滅絕的植物種子和300面國際宇航聯合會會旗。這300面會旗曾于2010年12月通過俄羅斯的聯盟“TMA－20”載人飛船送至國際空間站，并由美國奮進號航天飛機于2011年6月帶回地面。

技術創新

壁板結構

天宮一號實驗艙是一款全新的載人航天器，其采用整體壁板結構，這種結構不同于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接口的位置精度。由于壁板零件尺寸大，加工后的厚度差精度要求極高，加工過程中產生的應力會造成零件翹曲變形，如果殘余應力不能有效控制和消除，就會嚴重影響到產品加工的精度。因此，技術人員采取了振動時效技術，實現了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。

壁板零件通過成形才能達到規定的艙體結構輪廓要求。然而，壁板被銑成網格狀，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，采用傳統的成型技術很容易造成壁板開裂。為了解決這些問題，技術人員經過多次試驗驗證后，最終確定了合適的工藝路線。但是，對于具有大型法蘭的整體壁板結構零件，法蘭周圍的過渡區域極易斷裂。為此，天宮一號采用了技術人員提出的新的成形工藝方法，徹底解決了零件厚度突變無法成形的工藝難題。

為了解決焊接方法存在焊接缺陷多、合格率低、變形大、精度低等問題，天宮一號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”。但是，天宮一號結構尺寸大，形式多，且VPPA對工裝的可適應性要求很高。為此，技術人員設計了多套大型柔性自動焊接工裝，且形成了一系列VPPA工裝設計規范，使天宮一號從零部件到艙段再到艙體都全面應用了VPPA技術。焊縫一次合格率近100%，大大提高了載人密封艙的焊接水平。

設備運轉

天宮一號內有500多個不同大小的設備，這些設備對于天宮一號在軌運行和正常工作十分關鍵。為提高設備的可靠性，研發人員在設計時進行了充分的地面試驗，其中有些設備試驗次數達到了萬次以上。他們針對各種可能出現的故障提前制定了幾百種預案，從系統到分系統再到單機，各級、各層面上都做了備份，以保證各部件的正常運轉。在一些關鍵設備的控制上，他們還設計了“雙保險”，如無人期間設備自動控制，有人時還可以讓航天員參與進行人工控制。

太空威脅

天宮一號除了進行空間探測、空間技術應用試驗外，還要時刻對太空中隨時可能遇到的危險保持高度警惕。太空垃圾是圍繞地球軌道的無用人造物體，小到人造衛星碎片、漆片、粉塵，大到整個火箭發動機。這些零零碎碎的太空垃圾，由于它們和航天器之間的相對速度很大，一般為幾千米每秒至幾十千米每秒，因此，即使輕微碰撞，也會造成航天器的重大損壞。為此，研制人員在天宮一號的艙體上設計了特殊的防護裝置，較小的太空垃圾幾乎不會對天宮一號造成多大影響；遇到體積較大的太空垃圾時，天宮一號會提前啟動預警機制，躲開危險物。

太空環境是千變萬化的，太陽因能量增加會向空間釋放出大量帶電粒子流，形成的高速粒子流就叫太陽風暴。太陽活動可能會使天宮一號的軌道衰減速度加快，進而影響與飛船的交會對接。為此，研制人員進行了有效的設計，適時可利用地面控制系統，啟動天宮一號的推進器將自身往高處托舉，使之維持在要求的軌道高度。當然，即使不發生太陽風暴，天宮一號在太空中運行的軌道高度也不是一成不變的：在與飛船交會對接時，它會飛得低一些，大約距離大氣層340公里；無人期間則會飛得高一些，約370公里，因為越高的地方空氣密度越小，軌道衰減越少，從而更加節約能源。

任務經過

準備工作

2011年6月29日，天宮一號被運至酒泉衛星發射中心。

2011年7月23日，用于發射天宮一號的長征二號系列運載火箭F運載火箭運抵酒泉衛星發射中心。

2011年9月20日，執行任務的天宮一號目標飛行器、長征二號F運載火箭組合體從酒泉衛星發射中心垂直總裝測試廠房轉運至發射區。

2011年9月28日，發射天宮一號的長征二號FT1運載火箭開始加注推進劑。

發射升空

2011年9月29日21時16分，天宮一號在酒泉衛星發射中心由長征二號FT1運載火箭發射升空，在大約10分鐘后，天宮一號進入近地點約200公里、遠地點約346公里的軌道。此次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，同時也是中國空間站的起點。

在軌運行

2011年9月30日1時58分左右，天宮一號飛行至第四圈時，在北京航天飛行控制中心的控制下成功完成首次變軌任務，將其遠地點高度從約346公里提升至約355公里。16時09分，天宮一號飛行至第13圈時，成功進行第二次變軌。進行這兩次變軌的目的是將天宮一號從一個橢圓形的初始軌道，抬升到近似圓形的軌道，方便與神舟八號飛船進行有效的交會對接。

神舟八號

2011年11月1日5時58分，神舟八號飛船從酒泉衛星發射中心發射升空。神舟八號飛船入軌后，經過遠距離導引和自制控制飛行，于2011年11月3日凌晨01時36分，在距離地面高度約為343公里的近圓對接軌道上，與天宮一號目標飛行器成功實施了首次交會對接，形成了組合體。組合體運行期間，由天宮一號目標飛行器實施控制，神舟八號飛船處于停靠狀態，進行了飛行控制模式轉換、電源機組切換、供電和信息并網等試驗，充分驗證了組合體工作模式。

2011年11月4日11時37分，天宮一號和神舟八號飛船組合體完成交會對接后的第一次軌道維持，主要目的是確保組合體的軌道高度等各項指標滿足后續進行第二次交會對接任務的需要。

2011年11月13日22時37分，天宮一號和神舟八號組合體在距地面高度約343公里的近圓軌道上偏航180度，建立倒飛姿態，轉回天宮在前、飛船在后的運行狀態，為實施二次交會對接做好了準備。

2011年11月14日20時，在北京航天飛行控制中心的精確控制下，天宮一號與神舟八號成功進行了第二次交會對接。這次對接進一步考核檢驗了交會對接測量設備和對接機構的功能與性能。

2011年11月15日12時4分，在北京航天飛行控制中心的控制下，天宮一號與神舟八號飛船組合體完成了返回前的最后一次軌道維持。

2011年11月16日18時44分，天宮一號與神舟八號飛船再次成功實現分離，飛船進入返回程序。隨后，天宮一號目標飛行器變軌至高度約370公里的運行軌道，轉入長期運營模式。

神舟九號

2012年6月16日18時37分，神舟九號飛船在酒泉衛星發射中心發射升空。

2012年6月18日14時07分，神舟九號飛船與天宮一號目標飛行器建立剛性連接，形成組合體。此次交會對接在陽照區進行，考核檢驗了交會測量設備特別是光學測量設備在光照條件下的功能性能。

2012年6月19日15時19分，在北京航天飛行控制中心的統一指揮調度下，天宮一號與神舟九號組合體完成了交會對接后的第1次軌道維持。

2012年6月20日6時18分，天宮一號與神舟九號組合體在太空中進行了第一次姿態調整，從交會對接的倒飛狀態進入正常飛行姿態，為二次交會對接做好準備。

2012年6月22日12時許，在天宮一號與神舟九號組合體正常飛行狀態下，航天員劉旺操作飛船姿態控制手柄，對組合體飛行姿態進行控制試驗。這是中國航天員首次在空間實施對飛行器的姿態控制，試驗取得圓滿成功。

2012年6月24日11時12分，天宮一號與神舟九號交會對接機構解鎖組合體分離，神舟九號撤離到天宮一號前方400米的停泊點。11時47分，神舟九號到達140米停泊點，隨后推出對接環，完成對接機構準備工作。12時55分，神舟九號與天宮一號實現剛性連接，再次形成組合體。中國首次手控空間交會對接試驗成功，標志著中國成為世界上第三個完整掌握空間交會對接技術的國家。

2012年6月27日14時42分，在北京航天飛行控制中心的精確控制下，天宮一號與神舟九號組合體在太空中偏航180度，從交會對接的正飛狀態進入倒飛姿態，建立撤離姿態，為航天員首次手控撤離做好準備。

2012年6月28日9點22分，隨著交會對接機構順利解鎖，天宮一號與神舟九號組合體成功分離。隨后，科技人員對天宮一號實施軌道控制，使其由交會對接軌道進入自主運行軌道，轉入長期運行管理狀態。

神舟十號

2013年6月11日17時38分，神舟十號在酒泉衛星發射中心發射升空。

2013年6月13日13時18分，神舟十號飛船入軌后經地面遠距離導引和自主控制飛行，與天宮一號實現自動交會對接。

2013年6月20日10時04分至52分，在航天員聶海勝、張曉光的配合下，王亞平為中國6000多萬中小學生進行了太空授課，演示了失重環境下一些獨特的物理現象，并進行了天地互動交流。標志著中國首次掌握“全面天鏈通信技術”，成為繼美國之后第二個實現太空授課的國家。

2013年6月23日8時26分，在張曉光和王亞平的密切配合下，指令張聶海勝手動控制神舟十號與天宮一號分離并撤離至天宮一號一定距離處。10時07分，指令長聶海勝手動控制神舟十號與天宮一號再次成功對接，航天員再次進駐天宮一號。

2013年6月25日7時05分，神舟十號飛船自動撤離天宮一號，隨后開展了飛船繞飛等技術試驗。