天宫空间站

**天宮太空站**（又名**中國太空站**）是中國從 2021 年開始建設的一個模組化太空站系統，為人類自 1986 年的和平號太空站及 1998 年的國際太空站後所建造的第三座大型在軌空間實驗平台。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。

作為中國載人太空飛行工程「三步走」發展戰略中的「第三步」，天宮太空站的在軌建造以 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，天宮太空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，天宮太空站於 2023 年正式轉入常態化營運模式，國際合作計畫載荷也將陸續進入太空站開展實驗。

## 發展歷程

### 命名

2011 年 4 月，為滿足技術管理和對外宣傳的需要，中國載人太空飛行工程辦公室開展了中國太空站征名活動，對社會公開徵集太空站及其各個組成艙段的名稱。經過公眾的投稿、投選，同時結合科研人員與專家的意見，中國載人太空飛行辦公室 2013 年 10 月底正式對外宣布了中國載人太空站整體被命名為「天宮」，貨運飛船被命名為「天舟」，實驗艙 Ⅰ、Ⅱ 分別被命名為「問天」和「巡天」。其中「天宮」並未出現在太空站初選的 30 個名字中，然而由於這個名字自「天宮一號」以來一直受到大眾及科技工作者的好評，評委會終決定沿用「天宮」作為載人太空站的整體名稱，但後面不再加序號。2016 年 4 月，中國載人太空飛行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」。

### 早期構型

2011 年 4 月，中國載人太空飛行工程辦公室在中國太空站征名活動中正式公布中國太空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 公尺（後縮減為 16.6 公尺），實驗艙每個長約 14.4 公尺（後增長為 17.9 公尺），三艙最大直徑均為約 4.2 公尺，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太空站十分相似。2013 年征名活動結果公布時，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」。

2016 年 4 月，中國載人太空飛行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，與太空站共軌飛行，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太空博覽會上展出。

### 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《載人太空站工程實施方案》，正式啟動載人太空站工程。首個目標是 2016 年前後，研製並發射 8 噸級空間實驗室，突破和掌握太空人中期駐留、再生式生命保障以及貨運飛船補加等太空站關鍵技術，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，研製並發射基本模組為 20 噸級艙段組合的太空站，突破和掌握近地太空站組合體的建造和營運技術、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台，這個即為載人太空飛行工程規劃中的「第三步」，也就是後來得到正式命名的「天宮」太空站工程。

2018 年 5 月，載人太空飛行工程第三批預備太空人選拔工作啟動，其中為了滿足太空站工程任務需要增加了航太飛航工程師和載荷專家兩個類別。2020 年 5 月 5 日 18 時 00 分，為中國載人太空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，在中國文昌太空發射場首飛升空並將載荷組合體送入預定軌道，中國載人太空飛行工程「第三步」隨之開啟。2020 年 10 月 1 日，第三批預備太空人選拔工作結束，共有 18 名預備太空人（含 1 名女性）最終入選，包括 7 名航太駕駛員、7 名航太飛航工程師和 4 名載荷專家。

### 前期準備

2021 年 1 月，太空站天和核心艙、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通過載人太空飛行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太空發射場，與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。

## 任務目標

天宮太空站是國家級太空實驗室和國際科技合作交流平台，目標是建成和營運近地載人太空站，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：

* 建造以天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙為基本構型，長期在軌可靠運行的太空站
* 保證太空人長期連續在軌健康生活
* 開展多領域太空科學實驗與技術試驗

## 構型

### 基本構型（「T」字形）

天宮太空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。

* 核心艙：**天和核心艙**，長 16.6 公尺，最大直徑 4.2 公尺，2021 年 4 月 29 日由長征五號 B 從文昌發射。
* 實驗艙 Ⅰ：**問天實驗艙**，長 17.9 公尺，最大直徑 4.2 公尺，2022 年 7 月 24 日由長征五號 B 從文昌發射，25 日與核心艙對接。
* 實驗艙 Ⅱ：**夢天實驗艙**，長 17.9 公尺，最大直徑 4.2 公尺，2022 年 10 月 31 日由長征五號 B 從文昌發射，11 月 1 日與核心艙對接。
* 光學艙：**巡天光學艙**，與太空站主體部分共軌飛行的太空望遠鏡，是中國首個設置於太空的天文望遠鏡，可避免光害干擾。

#### 構型圖示

### 擴展構型（「十」字形）

在天宮太空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接口為基礎進行艙段擴充。目前其具體細節均尚未確定，但根據官方公布的有限資訊來看，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。

此前坊間盛傳中國太空站將通過改造使用已發射三艙的備份艙段來增建組成太空站「干」字型的擴展構型。在該設想方案中，三段擴展艙處於核心艙的前端，組成小「Ｔ」字型。首先擴展艙 A 後端與核心艙前端對接成十字型，擴展艙 B 和 C 與擴展艙 A 前端的左右處對接成干字型。載人飛船再對接於擴展艙的正前端。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。長期乘太空人人數提高到 6 人以上，達成長久不斷續的空間常駐，各艙模塊也可以汰舊換新，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展艙段的說法。

對於擴展艙段的外觀細節的首次官方透露是在航太新征程全網主題活動於 2022 年 12 月 20 日公布的一期《中國太空站等你來出差》系列思政課，從視頻中出現的 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 —— 中國載人太空飛行工程三十年成就展」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」。

* 多功能節點艙：**尚未命名**，增加額外五個對接／停泊口。

#### 構型圖示

## 太空站組件

### 艙段

### 其他配置

#### 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太產品中複雜度最高、規模最大、控制精度最高的空間智能機械系統。其展開長度為 10.2 公尺，最多能承載 25 噸的重量。其肩部設置了 3 個關節、肘部設置了 1 個關節、腕部設置了 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：

* 支持太空人出艙活動
* 艙段轉位
* 艙外貨物搬運
* 艙外狀態檢查
* 艙外大型設備維護

核心艙機械臂還具備「爬行」功能，通過末端執行器與目標適配器對接與分離，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。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，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，完成設備在艙外載荷平台上的安裝。

#### 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。轉位機構由上海航太技術研究院研製，能對 23 噸重的實驗艙進行移動操作，並通過緩衝耗能裝置實現精準定位。

中國太空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太空飛行器的轉位動作。

#### 對接系統

天宮太空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 800 mm（31 英寸），標準對接機構的質量為 310 公斤，被動對接機構的質量則為 200 公斤。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（NASA 稱之為 APAS 對接機構的一種「克隆」），但關於中國的對接機構標準系統與國際太空站上基於 APAS 標準的一些對接機制的兼容性一直存在矛盾的說法。

該對接機制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

天宮太空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 公尺，雙翼展開面積可達 134 平方公尺，是柔性太陽翼首次應用於中國太空飛行器上，有著體積小、展開面積大、功率重量比高的特點，可在低軌道上為太空站供能十年。

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 公尺，每側的太陽翼展開面積超 100 平方公尺，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，太空站的發電工作將全部交由實驗艙完成。

#### 霍爾電推進引擎

天宮太空站的天和核心艙配置了四台霍爾電推進引擎，這是人類載人太空飛行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運行，可大大降低太空站用於軌道維持的燃料消耗。

## 技術應用及分系統

### 測控通信系統

為了保證太空人與地面測控站間通信的實時暢通，太空站使用了中國空間技術研究院的第三代中繼終端產品，通過與中繼衛星天鏈一號和天鏈二號建立中繼鏈路，實現中繼通信。該終端採用了集成化、模組化的設計思路，在保證傳輸信號質量的同時，方便太空人維修更換。

### 空間應用系統

#### 業餘無線電載荷

CSSARC 是中國太空站的業餘無線電酬載，由中國無線電協會業餘無線電分會（CRAC）、上海宇航系統工程研究所（ASES）和哈爾濱工業大學（HIT）提出。安裝在夢天實驗倉倉壁。
酬載的第一階段能夠利用甚高頻（VHF）/ 超高頻（UHF）業餘無線電波段提供以下功能：

1. V/V 或 U/U 機組乘員語音；
2. V/U 或 U/V FM 中繼轉發器；
3. V/V 或 U/U 1k2 AFSK 中繼器數字；
4. V/V 或 U/U SSTV 或數字圖像。

該酬載將為全世界的無線電愛好者提供資源，以便與機上的太空人進行聯繫或相互交流。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

科學實驗櫃安裝在太空站密封加壓艙中。

### 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。文昌太空發射場作為中國最新建成、最先進的太空發射場，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太空飛行任務的酒泉衛星發射中心相比，天宮太空站的主發射場文昌太空發射場採用了「新三垂模式」，將前端測發控設備安裝在活動發射平台內，僅一次對接就可完成箭地連接工作，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太空飛行工程要求立項研製，是中國航太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，通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 公尺，直徑 5.2 公尺，為中國火箭之最，足以容納下全長 16.6 公尺、最大直徑 4.2 公尺的核心艙段，其近地軌道運載能力為 25 噸，達到了發射太空站艙段的要求。

2018 年 11 月，長征五號 B 通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 月解放軍報的報導中表明，中國航太科技集團五院 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信，搜索、尋找著陸後的返回艙，救援太空人，回收返回艙和酬載，並提供著陸場區的通信和氣象保障服務的任務。此系統由主著陸場、副著陸場、陸上應急搜救、上升段海上應急搜救、通信和太空人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。在中國載人太空飛行工程前期，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。

## 運行

### 時間線

 

### 載人任務

截至 2022 年 11 月 (2022-11)，天宮太空站任務已經執行了 4 次載人發射任務，有 12 名太空人訪問過太空站。未來將會有來自世界各地的太空人參與載人任務 。

#### 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太空站的首次艙外活動，總時長 6 小時 46 分鐘。
截至 2023 年 2 月 (2023-02)，天宮太空站已經進行了 8 次出艙活動。

### 無人任務

除了太空站艙段的在軌組裝之外，天宮太空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

天宮太空站的各個組成部分和各項任務主要在北京航太飛行控制中心進行操作和監測，包括太空飛行器在軌監測、再入，以及艙外活動。

### 工作人員時間段

## 大事件

### 2021 年

### 2022 年

### 2023 年

## 國際合作

在 2011 年 4 月，儘管在中俄歐三方此前共同聲明稱要在太空中保持國際合作和多邊溝通，美國國家航空暨太空總署仍然拒絕了中國參與國際太空站計劃的請求，此後中國加速了自主建設太空站的相關計劃進程。

2011 年中國載人太空飛行工程辦公室與義大利太空總署曾就載人太空飛行領域和義大利參與中國載人太空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、通信、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（英語：High Energy cosmic-Radiation Detection(HERD)）預定將在中國太空站上進行。法國、瑞典、俄羅斯等國預計也將參與天宮太空站的國際合作計畫。

2016 年 3 月，中國載人太空飛行工程辦公室與聯合國外太空事務廳簽訂了圍繞中國太空站應用開展合作的《框架協議》和《出資協議》，通過向外空司提供資金和中國太空站設施資源，為各成員國的專家團隊提供利用中國太空站開展太空科學實驗與應用的機會。

2017 年 2 月 22 日，中國載人太空飛行工程辦公室和義大利太空總署簽署了一項與載人太空飛行領域相關的長期合作協議。由於義大利在國際太空站的建造和營運方面的經驗使其在載人太空飛行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太空站計劃的高度重視。 歐洲太空總署於 2017 年開始與中國方面合作進行載人太空飛行訓練，其最終目標是將歐洲的太空人送往天宮太空站。 

2018 年 5 月 28 日，中國載人太空飛行工程辦公室與聯合國外空司向聯合國各成員國正式發布了聯合起草的《邀請在中國太空站上開展太空科學實驗的第一輪合作機會公告》等合作文件，廣泛徵集合作計畫，以進一步培育和促進載人太空飛行國際合作，為世界各國創造更多利用中國太空站開展應用實驗的機會並從中受益。 2019 年 6 月 12 日，第一批計畫入選結果公布，共有來自 17 個國家、23 個實體的 9 個計畫成功入選。

2023 年 1 月 23 日，歐洲太空總署在巴黎舉行的年度新聞發布會上，歐洲太空總署總幹事明確表示當前缺乏預算和沒有政治意願參與中國太空站的計畫，將會繼續支持國際太空站的活動。有報導推測可能是受到 2019 年以來新冠疫情、2022 年俄烏戰爭影響。

## 爭議

### 火箭殘骸

在太空站核心艙發射成功之後，部分歐美媒體以及航太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節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布資訊。事實上，從長征 5 號 B 遙二火箭開始，中國載人太空飛行工程辦公室在芯級再入前數小時即公布了火箭末級的軌道數據、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，聯合國和平利用外太空委員會的網站發布一份消息，中國政府曾向聯合國秘書長發出照會，要求投訴 SpaceX 的星鏈衛星兩次接近中國太空站運行軌道的行為。基於安全考慮，中國太空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 日發往聯合國外太空事務辦公室的照會中則否認存在這些危及太空站的變軌行為。

## 參見

* 中國載人太空飛行工程
* 中國太空站工程
* 天和核心艙
* 中華人民共和國航太
* 國際太空站

## 參考文獻

## 外部連結

* 太空站系統 中國載人太空飛行官方網站 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）