天宮空間站

天宮空間站是中國從2021年開始建設的一個模組化空間站系統，為人類自1986年的和平號空間站及1998年的國際空間站後所建造的第三座大型在軌空間實驗平臺。基本構型由天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙三個艙段組成。作為中國載人航天工程“三步走”發展戰略中的“第三步”，天宮空間站的在軌建造以2021年4月29日天和核心艙的成功發射為開始標誌。經過2021年至2022年間的多次飛行任務，在發射多艘天舟貨運飛船、神舟載人飛船及問天實驗艙和夢天實驗艙與核心艙對接後，天宮空間站關鍵技術驗證和建造階段規劃的12次發射任務於2022年底全部圓滿完成，三艙基本構型在軌建成，並在神舟十五號與神舟十四號任務交接期間首次實現了一期“三艙三船”的最大構型與最大承載人數。按計劃，天宮空間站於2023年正式轉入常態化運營模式，國際合作專案載荷也將陸續進入空間站開展實驗。命名.早在中國空間站工程的全面開展之前，中國就有了以古代傳說和神話中出現的名稱來命名運載火箭和航天器的習慣，如月球探測器被命名為“嫦娥”、火星探測器被命名為“螢火”、太空飛機被命名為“神龍”、乃至載人火箭長征二號F被賦以“神箭”的別稱等等。在此之前中國多以革命、歷史事件等政治相關的寓意進行命名，如運載火箭家族被命名為“長征”，衛星平臺被命名為“東方紅”、科學探測衛星系列命名為“實踐”等等。時任中國載人航天工程辦公室主任王文寶曾在2011年的一篇演講中表示：“面對工程取得的輝煌成就，面對工程未來美好的宏偉藍圖，我們感到，中國載人航天應當有一個更加鮮明、富有特色的標識，未來中國空間站應當有一個更加響亮、鼓舞人心的名稱”。同年4月，為滿足技術管理和對外宣傳的需要，中國載人航天工程辦公室開展了中國空間站徵名活動，對社會公開徵集空間站及其各個組成艙段的名稱。2013年10月31日，經過公眾的投稿、投選，同時結合科研人員與專家的意見，中國載人航天辦公室正式對外宣佈了空間站工程各航天器系統的命名選取結果：2016年4月，中國載人航天工程總設計師周建平在一次座談會上表示，原定由實驗艙Ⅱ承擔的天文觀測功能將改為由獨立的光學艙承擔，並命名為“巡天”；而實驗艙Ⅱ的名稱則被改為“夢天”。任務目標.天宮空間站是國家級太空實驗室和國際科技合作交流平臺，目標是建成和運營近地載人空間站，使中國能獨立掌握近地空間長期載人飛行技術, 顯著提升中國在國際科學技術領域的影響力。具體任務包括：發展歷程.早期.立項.2010年9月25日，中共中央總書記胡錦濤主持召開中共中央政治局常委會會議，批准《載人空間站工程實施方案》，正式啟動載人空間站工程。首個目標是2016年前後，研製併發射8噸級空間實驗室，突破和掌握航天員中期駐留、再生式生命保障以及貨運飛船補加等空間站關鍵技術，開展一定規模的空間應用，此即“第二步”的第二階段，以2017年4月天舟一號成功完成首次推進劑在軌補加試驗為標誌結束。後個目標是在2020年前後，研製併發射基本模組為20噸級艙段組合的空間站，突破和掌握近地空間站組合體的建造和運營技術、近地空間長期載人飛行技術，開展較大規模的空間應用，為經濟社會發展提供先進的空間技術平臺，這個即為載人航天工程規劃中的“第三步”，也就是後來得到正式命名的“天宮”空間站工程。構型演變.2011年4月，中國載人航天工程辦公室在中國空間站徵名活動中正式公佈中國空間站將採用三艙基本構型，由一段核心艙、兩段實驗艙組成。其中核心艙全長約18.1米，三艙最大直徑均為約4.2米，發射質量均為20-22噸。根據官方提供的圖片，該早期方案中的核心艙與太陽翼的外形與和平號空間站十分相似。2013年徵名活動結果公佈時，官方揭示實驗艙Ⅱ將搭載中國的天文望遠鏡，因而命名為“巡天”。2012年3月，中國空間站完成了立項綜合論證轉入方案設計階段，首先將空間站組合體作為一個整體進行系統方案設計，得到對各組成艙段的技術要求，然後再據此開展各艙段方案設計。2014年6月，中國空間站結束方案設計階段工作，轉入初樣研製階段，首先開展了天宮空間站系統詳細方案設計，然後各艙段並行開展詳細方案設計和試驗測試驗證工作。2016年4月，中國載人航天工程總設計師周建平表示原定由實驗艙Ⅱ搭載的天文望遠鏡將被分離為一個單獨的艙段，與空間站共軌飛行，原本的傳統太陽翼也被更先進高效的柔性太陽翼所取代。2018年11月，改進後的天和核心艙的完整模型在珠海中國國際航空航天博覽會上展出。前期準備.2018年5月，載人航天工程第三批預備航天員選拔工作啟動，其中為了滿足空間站工程任務需要增加了航天飛行工程師和載荷專家兩個類別。2020年5月5日18時00分，為中國載人空間站工程研製的長征五號B運載火箭搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙，在中國文昌航天發射場首飛昇空並將載荷組合體送入預定軌道，中國載人航天工程“第三步”隨之開啟。2020年10月1日，第三批預備航天員選拔工作結束，共有18名預備航天員最終入選，包括7名航天駕駛員、7名航天飛行工程師和4名載荷專家。發射前.2020年，為驗證中國空間站系統設計的正確性和空間站組合體的各飛行器之間介面的協調性，天和核心艙、問天和夢天兩個實驗艙，以及天舟貨運飛船、神舟飛船在天津航天城組織了五艙聯試，聯試持續了100多天，每艘船測試1000~2000個小時。中國空間站各艙段在初樣階段和正樣階段，分別進行了力學試驗、熱試驗、三艙聯試試驗和艙段轉位專項試驗等大型試驗。2019年9月，天和核心艙完成初樣研製，轉入正樣研製階段。2020年12月，問天實驗艙完成初樣研製，轉入正樣研製階段。2021年4月，夢天實驗艙完成初樣研製，轉入正樣研製階段。2021年1月，空間站天和核心艙、天舟二號貨運飛船、空間應用系統核心艙任務產品分別順利透過載人航天工程主管部門組織的出廠評審。2月22日，執行天和核心艙發射任務的長征五號B遙二運載火箭運抵文昌航天發射場，與先期已運抵的天和核心艙一起按計劃開展發射場區總裝和測試工作。4月23日，天和核心艙與長征五號B遙二運載火箭的組合體被順利轉運至發射區。發射與建造.中國空間站建設於2021年4月正式開工，規劃的11項任務包括3次模組發射、4次載人飛行和4次自主貨運飛行。 2021 年 4 月 29 日，空間站首個組成部分天河核心艙由長征五號乙火箭從文昌飛船發射場發射升空。 2021年5月29日，天舟二號自主貨運飛船發射至天河核心艙，為神舟十二號乘員組發射，負責測試天河各項系統，為未來執行做準備。 2021年6月17日，神舟十二號團隊與空間站對接，成為天宮站首批訪客。 首次乘員任務開始了核心艙的檢查和關鍵技術的驗證。 2021 年 7 月 4 日，劉伯明和湯洪波穿著升級版的中國飛天宇航服開始了他們的首次太空行走，為空間站配備了艙外活動 (EVA) 裝置，例如腳部約束裝置和 Chinarm 站立平臺。 神舟十二號指揮官聶海勝留在站內測試機械臂動作。 劉伯明和聶海勝於2021年8月20日完成第二次太空行走，在空間站外安裝了各種裝置，包括熱控系統、全景相機等裝置。 2021年9月16日，神舟十二號乘員進入返回飛船，從天河出塢。 在離開軌道之前，機組人員進行了各種徑向交會 (R-Bar) 機動以環繞空間站飛行。 他們在從不同角度接近天河的同時測試了制導系統並記錄了照明情況。 機組人員當天降落在內蒙古戈壁灘。 一個月前抵達發射場的天舟三號貨運飛船立即開上發射臺，開始執行下一次補給任務。關鍵技術驗證階段.空間站關鍵技術驗證階段是空間站建造與發展過程的首個階段。建造階段.空間站建造階段是空間站建造與發展過程的第二個階段。應用與發展階段.空間站應用與發展階段，原稱“空間站運營階段”，是中國空間站建造發展的第三個階段，也是空間站當前所處在的階段。本階段預計將持續10年以上。未來.二期工程.發射並對接擴充套件艙段，擴充套件艙段為多功能節點艙。再入及任務結束.天宮空間站的設計在軌壽命約為10年，但視具體使用和損耗情況可以延長至15年以上。在其服役末期，天宮空間站將在受控狀態下主動脫離其執行軌道，並再入大氣層燒燬。在此之前最後一批空間站的全體駐留人員將會撤出天宮並搭乘裝載有防高溫塗層的乘員返回艙返回地球。而空間站本身並沒有前述的隔熱罩，因此大部分結構都將在大氣層中燃盡。但因空間站相較其他航天器體量更大，預計仍會有少量殘骸撞擊地面，故諸如尼莫點在內等無人區屆時將成為其落點的主要選擇目標。構型.基本構型.天宮空間站的基本構型已確定由一段核心艙和兩段實驗艙組成T字構型。構型圖示.擴充套件構型.在天宮空間站的基本構型成功組建後，可根據需求以核心艙前端的預留介面為基礎進行艙段擴充。目前其具體細節均尚未確定，但根據官方公佈的有限資訊來看，基本可以確認將會在現有的丁字構型的基礎上增加論證中的新技術艙段。此前坊間盛傳中國空間站將透過改造使用已發射三艙的備份艙段來增建組成空間站“幹”字型的擴充套件構型。在該設想方案中，三段擴充套件艙處於核心艙的前端，組成小“Ｔ”字型。首先擴充套件艙A後端與核心艙前端對接成十字型，擴充套件艙B和C與擴充套件艙A前端的左右處對接成幹字型。載人飛船再對接於擴充套件艙的正前端。另可依據需求增配第二艘載人飛船以備緊急返回使用，對接於核心艙前端下方。長期乘航天員人數提高到6人以上，達成長久不斷續的空間常駐，各艙模組也可以汰舊換新，其最大規模可達180噸。除該方案之外也有過對中意合作建造擴充套件艙段的說法。對於擴充套件艙段的外觀細節的首次官方透露是在航天新徵程全網主題活動於2022年12月20日公佈的一期《中國空間站等你來出差》系列思政課，從影片中出現的CG畫面可以看出該艙段是一種節點艙，但其結構卻近似現有的天和核心艙，設計上同樣可分為大柱段和小柱段。其後又於2023年2月24日中舉辦的“逐夢寰宇問蒼穹——中國載人航天工程三十年成就展”開幕式中披露更多資訊，稱其為“具備節點艙功能的多功能艙段”。構型圖示.空間站元件.共軌飛行器.目前天宮空間站共規劃了1個共軌飛行模組，即“巡天光學艙”，其他配置.機械臂.天宮空間站現時配置了共4套機械臂，其中除了問天、夢天實驗艙所搭載的2套用於艙位轉移的空間站轉位機構之外，剩餘的核心艙大機械臂和實驗艙小機械臂均可用於支援艙外作業及協助航天員出艙活動等任務，兩者在必要的時候還可以連線形成聯臂以進行一些遠距離高精度的艙外作業。核心艙機械臂.天和核心艙配置的機械臂是目前中國同類航天產品中複雜度最高、規模最大、控制精度最高的空間智慧機械系統。其展開長度為10.2米，最多能承載25噸的重量。其肩部設定了3個關節、肘部設定了1個關節、腕部設定了3個關節，每個關節對應1個自由度，具有七自由度的活動能力。機械臂可承擔的任務包括：核心艙機械臂還具備“爬行”功能，透過末端執行器與目標介面卡對接與分離，同時配合各關節的聯合運動，從而實現在艙體上的爬行轉移。實驗艙小機械臂.問天實驗艙配置了一個小機械臂。該臂長度約為5米，也有7個自由度，可與核心艙的大機械臂通用介面卡。相比天和核心艙的大機械臂，小機械臂負載能力約為大臂的1/8，但末端定位精度更高，位置精度優於大臂的五倍，姿態精度優於大臂的兩倍，是目前全世界精度最高的空間站機械臂，能夠完成精度要求更高的精細操作。除此之外，小機械臂還能與大機械臂形成組合機械臂，可以覆蓋更廣的艙外作業範圍，完成裝置在艙外載荷平臺上的安裝。轉位裝置.兩個實驗艙前方各配置一個轉位機構，用以與天和核心艙節點艙的轉位基座配合將實驗艙以平面式轉位方式轉移到天和核心艙的側向停泊口。轉位機構由上海航天技術研究院研製，能對23噸重的實驗艙進行移動操作，並透過緩衝耗能裝置實現精準定位。中國空間站的首次轉位操作由問天實驗艙在2022年9月30日完成，這是世界首次以平面式轉位方案完成航天器的轉位動作。對接系統.天宮空間站上所使用的對接機構曾在空間實驗室階段進行過相關測試。它的對接通道直徑約為，標準對接機構的質量為310千克，被動對接機構的質量則為200千克。雖然其在技術上主要基於俄羅斯的APAS-89/APAS-95對接系統的設計，但有關中國的對接機構標準與國際空間站上基於APAS標準的一系列對接機制之間是否存在相容性的問題則一直存在較為矛盾的說法。該對接機構系統在神舟八號和天宮一號的對接測試任務上被首次使用。柔性太陽電池翼.天宮空間站首次採用了大面積可展收柔性太陽電池翼，其中天和核心艙的單翼翼展為12.6米，雙翼展開面積可達134平方米，是柔性太陽翼首次應用於中國航天器上，有著體積小、展開面積大、功率重量比高的特點，可在低軌道上為空間站供能十年。而兩個實驗艙的柔性太陽翼則更為巨大。問天實驗艙的太陽翼全部展開後的翼展超過55米，每側的太陽翼展開面積超100平方米，每天平均發電量超過430度。天和核心艙的太陽翼未來將被分別轉移到兩個實驗艙資源艙的尾部，空間站的發電工作將全部交由實驗艙完成。霍爾電推進發動機.天宮空間站的天和核心艙配置了四臺霍爾電推進發動機，這是人類載人航天器上首次使用電推進，電推進具有比衝高的優勢並且能夠根據需要適時啟動並長期執行，可大大降低空間站用於軌道維持的燃料消耗。技術應用及分系統.測控通訊系統.為了保證航天員與地面測控站間通訊的實時暢通，空間站使用了中國空間技術研究院的第三代中繼終端產品，透過與中繼衛星天鏈一號和天鏈二號建立中繼鏈路，實現中繼通訊。該終端採用了整合化、模組化的設計思路，在保證傳輸訊號質量的同時，方便航天員維修更換。空間應用系統.業餘無線電載荷.CSSARC是中國空間站的業餘無線電有效載荷，由中國無線電協會業餘無線電分會提出。安裝在夢天實驗倉倉壁。有效載荷的第一階段能夠利用甚高頻業餘無線電波段提供以下功能：該有效載荷將為全世界的無線電愛好者提供資源，以便與機上的宇航員進行聯絡或相互交流。它還將發揮激勵學生追求科學、技術、工程和數學的興趣和職業的作用，並鼓勵更多的人對業餘無線電感興趣。科學實驗櫃.科學實驗櫃安裝在空間站的密封加壓艙中，目前密封艙內為載荷提供25個實驗機櫃空間，這些機櫃則可在軌更換和滾動使用。天地往返系統.發射場系統.酒泉衛星發射中心是中國最早建造的運載火箭發射試驗基地，唯一被用於長征二號F運載火箭及神舟載人飛船的發射工作。文昌航天發射場作為中國最新建成、最先進的航天發射場，承擔了新型運載火箭長征七號系列與長征五號系列的發射工作。和此前唯一用於執行載人航天任務的酒泉衛星發射中心相比，天宮空間站的主發射場文昌航天發射場採用了“新三垂模式”，將前端測發控裝置安裝在活動發射平臺內，僅一次對接就可完成箭地連線工作，比採用“舊三垂模式”的火箭在發射區的射前準備時間縮短了3天。運載火箭系統.長征五號B運載火箭從2012年開始按中國運載火箭研製流程和中國載人航天工程要求立項研製，是中國航天科技集團公司在長征五號運載火箭的基礎上，按照通用化、系列化、組合化思想設計，透過移去芯二級和級間段並延長整流罩等發展而來的一款大型運載火箭。長征五號B運載火箭的整流罩長達20.5米，直徑5.2米，為中國火箭之最，足以容納下全長16.6米、最大直徑4.2米的核心艙段，其近地軌道運載能力為25噸，達到了發射空間站艙段的要求。2018年11月，長征五號B透過初樣轉試樣研製階段評審，進入試樣研製階段。長征五號B遙一運載火箭於2019年4月完成第一個部段級產品，7月開始總裝，11月總裝完成，並於2020年5月5日首飛成功。2021年4月29日11時23分，長征五號B遙二運載火箭成功發射天和核心艙。2022年7月24日14時22分，長征五號B遙三運載火箭成功發射問天實驗艙。飛船系統.神舟飛船早期型並沒有設計對接機構，軌道艙的盡頭是附加段，安裝有各種科學設施。2005年底，神舟八號首次對接緩衝試驗在上海成功。2011年，第一艘量產型神舟飛船神舟八號發射成功，並與天宮一號目標飛行器交會對接。自2011年至2016年，第一批次4艘量產型神舟飛船先後完成了與天宮一號、天宮二號的交會對接，實現最長駐留30天。2017年11月解放軍報的報道中表明，中國航天科技集團五院502所當時已經開始研製第二批次的神舟飛船，相較於第一批次，包含了一系列技術創新，比如將天舟一號上已經實現的自主快速交會對接技術移植到載人飛船上。2021年6月17日15時54分，神舟十二號載人飛船採用自主快速交會對接模式成功對接於天和核心艙前向埠。著陸場系統.著陸場系統需要在載人飛船返回艙的返回著陸段完成測控通訊，搜尋、尋找著陸後的返回艙，救援航天員，回收返回艙和有效載荷，並提供著陸場區的通訊和氣象保障服務的任務。此係統由主著陸場、副著陸場、陸上應急搜救、上升段海上應急搜救、通訊和航天員醫監醫保六部分組成。目前中國設有東風著陸場和四子王旗著陸場兩個著陸場，作為載人飛船返回艙、返回式衛星等返回的著陸地。在中國載人航天工程前期，神舟飛船均返回於四子王旗著陸場，而在神舟十二號任務之後，東風著陸場被設為主著陸場使用。執行.時間線.天宮空間站的發展時間軸，飛行器的任務時間以飛行器第一次與核心艙對接為始，最後一次與核心艙脫離為終。載人任務.截至2023年 (2023)[ [update]]，天宮空間站任務已經執行了5次載人發射任務，有15名航天員訪問過空間站。未來將會有來自世界各地的宇航員參與載人任務 。艙外活動列表.2021年7月4日，神舟十二號乘組中的劉伯明、湯洪波執行了在天宮空間站的首次艙外活動，總時長6小時46分鐘。截至2023年 (2023)[ [update]]，天宮空間站已經進行了8次出艙活動。無人任務.除了空間站艙段的在軌組裝之外，天宮空間站的無人發射任務主要是天舟貨運飛船的定期在軌貨物補給任務，自天舟三號起發射頻率通常保持在每年1至2次。任務控制中心.天宮空間站的各個組成部分和各項任務主要在北京航天飛行控制中心進行操作和監測，包括航天器在軌監測、再入，以及艙外活動。國際合作.在2011年4月，儘管在中俄歐三方此前共同宣告稱要在太空中保持國際合作和多邊溝通，美國宇航局仍然拒絕了中國參與國際空間站計劃的請求，此後中國加速了自主建設空間站的相關計劃程序。2011年中國載人航天工程辦公室與義大利航天局曾就載人航天領域和義大利參與中國載人空間站的建設等領域方面的合作展開了審議，並同時討論了相關科學研究。此後雙方於2011年11月簽署了初步合作協議，內容涵蓋天地運輸、通訊、地球觀測等領域的合作。2019年，義大利的高能宇宙輻射探測實驗預定將在中國空間站上進行。法國、瑞典、俄羅斯等國預計也將參與天宮空間站的國際合作專案。2016年3月，中國載人航天工程辦公室與聯合國外層空間事務廳簽訂了圍繞中國空間站應用開展合作的《框架協議》和《出資協議》，透過向外空司提供資金和中國空間站設施資源，為各成員國的專家團隊提供利用中國空間站開展空間科學實驗與應用的機會。2017年2月22日，中國載人航天工程辦公室和義大利航天局簽署了一項與載人航天領域相關的長期合作協議。由於義大利在國際空間站的建造和運營方面的經驗使其在載人航天領域的技術處於國際領先地位，因此該協議具有重要意義，標誌著義大利對中國發展自主空間站計劃的高度重視。 歐空局於2017年開始與中國方面合作進行載人航天訓練，其最終目標是將歐洲的宇航員送往天宮空間站。2018年5月28日，中國載人航天工程辦公室與聯合國外空司向聯合國各成員國正式釋出了聯合起草的《邀請在中國空間站上開展空間科學實驗的第一輪合作機會公告》等合作檔案，廣泛徵集合作專案，以進一步培育和促進載人航天國際合作，為世界各國創造更多利用中國空間站開展應用實驗的機會並從中受益。 2019年6月12日，第一批專案入選結果公佈，共有來自17個國家、23個實體的9個專案成功入選。2023年1月23日，歐空局在巴黎舉行的年度新聞釋出會上，歐空局總幹事明確表示當前缺乏預算和沒有政治意願參與中國空間站的專案，將會繼續支援國際空間站的活動。有報道推測可能是受到2019年以來新冠疫情、2022年俄烏戰爭影響。爭議.火箭殘骸.在空間站核心艙發射成功之後，部分歐美媒體以及航天權威機構曾就長征五號B遙二運載火箭遺留在軌道上的一級火箭失控殘骸表達了擔憂和抗議，批評的聲音主要集中為，長五B應該更換設計，設立國際監管規範，也有論調認為中國並沒有盡力減少火箭末級再入對地面人員造成的風險，並指責關部門沒有公開透明的公佈資訊。事實上，從長征5號B遙二火箭開始，中國載人航天工程辦公室在芯級再入前數小時即公佈了火箭末級的軌道資料、預計的再入時間，以及預計再入區域中心點的經緯度。軌道規避.2021年12月初，聯合國和平利用外層空間委員會的網站釋出一份訊息，中國政府曾向聯合國秘書長髮出照會，要求投訴SpaceX的星鏈衛星兩次接近中國空間站執行軌道的行為。基於安全考慮，中國空間站進行了緊急機動以避免碰撞。曾有媒體就此事諮詢了SpaceX，但SpaceX官方目前尚未回應。部分中國大陸的網民對此表示不滿，認為這是將廉價衛星作為太空武器使用的行徑，而美國方面在於2022年1月28日發往聯合國外層空間事務辦公室的照會中則否認存在這些危及空間站的變軌行為。