“天宮號空間站”——中國的空間站計劃全解讀

風吟樓 2020-03-23

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任務概述

中國的空間站計劃，最終目標是在低地軌道自主建設一個常駐的大型空間站，約60~180噸級。該計劃分兩個階段進行，試驗階段于2011~2020年進行，包括天宮一號目標飛行器、天宮二號空間實驗室，2020年之后開始正式組建常駐的“天宮號”空間站。

預計運營十年以上，至少采用三個軌道艙組成。將先發射無人空間實驗室，而后再用運載火箭將載人飛船送入空間，與停留在軌道上的實驗室交會對接，航天員從飛船的附加段進入空間實驗室，開展工作。

航天員的生活必需品、工作所需的材料和設備均由貨運飛船運送。載人飛船停靠在實驗室外，作為應急救生飛船，如果實驗室發生故障，可隨時載航天員返回，航天員工作完成后，也可乘飛船返回。

2011年9月29日，第一個先導試驗型的空間站“天宮一號”于酒泉衛星發射中心成功發射。2016年9月15日，酒泉衛星發射中心成功發射“天宮二號”。預計將于2021年左右開始在軌組建自己的載人空間站，并開展大規模的空間試驗。

試驗階段

根據載人航天工程的任務規劃，中國在2011年9月29日發射了“天宮一號”目標飛行器，在2016年9月15日發射了“天宮二號”空間實驗室，另外發射了4艘飛船——無人的“神舟八號”和載人的“神舟九號”、“神舟十號”、“神舟十一號”，進行交會對接試驗。

命名

中國的大型常駐空間站定名“天宮號空間站”。經過公眾的投稿，同時結合科研人員與專家的意見，中國載人航天辦公室于2013年10月底正式對外宣布了中國的載人空間站被命名為——“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“夢天”，此外，對各組成艙段也做了命名。

組成和布局

空間實驗室采用兩艙構型，分別為實驗艙和資源艙：

實驗艙：由密封的前錐段、柱段和后錐段組成：實驗艙前錐段安裝一個對接機構，以及交會對接測量和通信設備，支持與飛船的交會對接；柱段可保證艙壓、溫濕度、氣體成分等航天員必須的生存條件，可用于航天員駐留期間在軌工作和生活；后錐段安裝再生生保等設備，就是利用物理化學方法，將航天員代謝廢物的回收利用以及吸附劑的循環使用；

資源艙：為軌道機動提供動力，為飛行提供能源。

基本構型

天宮號空間站的基本構型由一段核心艙和兩段實驗艙組成“Ｔ”字體，兩段實驗艙分別長期停靠在核心艙的左右兩端，貨運飛船以及載人飛船分別對接于核心艙前后兩端。

核心艙：“天和號”核心艙，由長征五號乙從文昌發射。取名自天樞與太和，寓意天地人和。艙外設置一架大型機械臂，前端包括一段六接口的節點艙，同時充當空間站進出太空的主要氣閘艙。

實驗艙I：“問天號”實驗艙，由長征五號乙從文昌發射，控制與實驗應用艙，艙外設置一架小型機械臂。

實驗艙II：“夢天號”實驗艙，由長征五號乙從文昌發射，專用應用艙。

空間天文臺：“巡天號”空間天文臺。

貨運飛船：“天舟號”貨運飛船，由長征七號從文昌發射。無人貨運飛船，用于補給空間站以及廢物排除等任務。

載人飛船：“神舟號”載人飛船，由長征二號F從酒泉發射。載人飛船，用于航天員的運輸和應急返回等任務。

計劃于2021年左右發射核心艙，2023年前完成實驗艙II的對接組建。每組航天員駐扎6個月后與下一組航天員進行輪替，完成持續的空間常駐任務。乘員人數為2~3人，設計壽命在10年，規模達到80噸。

擴展構型

天宮號空間站的基本構型成功組建后，可根據需求，在核心艙的前端增建三艙組成空間站“十”字的擴展構型，三段擴展艙A、B、C處于核心艙的前端，組成小“Ｔ”字型。

擴展艙A后端與核心艙前端對接，擴展艙B和C與擴展艙A前端的左右處對接。載人飛船對接于擴展艙A的正前端。可依據需求增配第二艘載人飛船以備緊急返回使用，對接于核心艙前端下方。長期乘航天員人數提高到3~6人，最大規模可達180噸。

任務目標

進一步掌握飛行器空間交會對接技術；突破航天員中期駐留、飛行器長期在軌自主飛行、再生式生保和貨運飛船補加等關鍵技術；驗證天地往返運輸飛船的性能和功能；進行一定規模的空間應用試驗。

任務進度

“天宮一號”飛行器，2011年9月29日從酒泉由長二F發射，先后與無人的“神舟八號”以及載人的“神舟九號”、“神舟十號”對接，成功完成了航天員的短期駐扎任務并且掌握了空間交會對接技術。

“天宮二號”空間實驗室，2016年9月15日從酒泉由長二F發射，先后與載人的“神舟十一號”以及無人的“天舟一號”貨運飛船對接，成功完成航天員中期駐扎任務及掌握空間補給技術。

“天宮號”空間站，預定于2021年~2022年組建。計劃于2021年~2022年間，從文昌由長五乙依次發射“天和號”核心艙、“問天號”實驗艙及“夢天號”實驗艙三段空間艙，并在空間組合成“天宮號”空間站的基本型“T”字型，并與多艘“天舟號”貨運飛船和“神舟號”載人飛船對接，以完成常駐任務，每組航天員駐扎6個月后進行輪替。

此后還可能在基本型的基礎上增加三艙，構成空間站的擴展型——“十”字型。空間站基本型重約60噸，將擁有10年的設計壽命、兩架機械臂（大型安置在“天和號”核心艙外、小型在“問天號”實驗艙外）。