神八与天宫对接

天宫一号是中国为下一步建造空间站而研制的空间实验站雏型，于2011年9月29日

21时16分发射升空。它的主要任务是作为空间交会对接目标，完成交会对接试验；保障航天员在轨驻留期间的工作和生活；并初步建立能够短期载人、长期无人独立可靠运行的空间试验平台。中国神舟八号飞船在2011年11月1日升空后，已在11月3日凌晨与神舟八号成功进行第一次对接。组合飞行12天之后，2011年11月14日20时，神舟八号飞船与天宫一号第二次交会对接成功。

天宫一号内部空间剖析图

天宫一号是中国首个空间实验室的名称，它

是中国为下一步建造

空间站而研制的空间

目标飞行器，实际上就是空间实验站的雏

型。天宫一号将由长征二号运载火箭在酒泉卫星发射中心发射，升空之后将分别与神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船对接，从而建立第一个中国空间实验室。

基本信息

全名：天宫一号（英文：Tiangong-1)

发射时间：2011年9月30日21时16分03秒[1]

运载火箭：改进型长征二号F运载火箭

发射项目：发射两年后与神舟八号、神舟九号、神舟十号完成对接任务。

发射意义：标志着中国已经拥有建设初步空间站，即短期无人照料的空间站的能力。 天宫一号

在2010年的珠海航展上，被问及为何给

中国首个空间实验室命名为“天宫”时，

中国空间技术研究院工程师王菡表示，

人们把住得最舒服的地方叫做宫殿，而

将空间实验室命名为“天宫”，则是希望宇航员们在太空中生活的地方能与宫殿一样舒适。 [2]

天宫一号的名字让人联想起中国古代四大名著之一《西游记》中的孙悟空大闹天宫。此外，“天宫”是中华民族对未知太空的通俗叫法。因此，起以天宫一号为目标飞行器命名，应该会很好地得到国人的共鸣。

天宫一号模型亮相2009春晚

天宫一号空间实验室长约9米、最大

直径

3.35米、重量约8.5吨，采用两

舱结构，分别是实验舱和资源舱。实

验舱本体分为前锥段、圆柱段和后锥

段；密封的前锥段和柱段为航天员短

期驻留提供了在轨生活工作空间，可

容纳3名航天员生活；后部非密封的

后锥段安装再生生保设备；在前锥段

前部还装有空间交会对接设备。资源舱则包括发动机和电源装置等，外部安置太阳翼，用于提供轨道与姿态控制、电力能源供应、热控环控。天宫一号目标飞行器将使用折叠式的5片太阳能电池板，这是中国中低轨道航天器最复杂的太阳翼设计。[3]

另外天宫一号中的航天员生活必需品和工作所需的材料、设备均由飞船运送，载人飞船

停靠在实验室外边，作为应急救生飞船。如果天宫一号发生故障，可随时载航天员返回地面，航天员工作完成后，乘飞船返回。 [4]

天宫一号将由长征2F火箭发射，轨道高度约400千米，轨道倾角约42~43度，属于低轨航天器。[3]

天宫一号的主要任务是作为空间交会对接目标，完成空间交会对接飞行试验；验证天地往返运输飞船的性能和功能；突破航天员中期驻留、飞行器长期在轨自主飞行、再生式生保和货运飞船补加等关键技术，保障航天员在轨短期驻留期间安全的工作和生活；同时初步建立能够短期载人、长期无人独立可靠运行的空间试验平台。太空生命科学试验不仅可以进行植物育种、发明新的药物，而且在半导体、特种材料、天文学、对地观测等方面的好处更是不一而足。因此，以神七为起点的空间站建设，将为中国空间科学研究带来更大的舞台。[5]

中国未来空间站构想图

中国载人航空航天发展规划分“三步走”。第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用实验；第二步，突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术，发射一个空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题；第三步，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。

根据规划，中国将在

2011年发射的天宫一号将是第二步的开篇之作。中国将在2010

年至2015年间发射天宫一号目标飞行器和天宫二号、天宫三号两个空间实验室，将分别发射2艘无人飞船进行无人对接试验，发射5艘无人飞船进行载人对接试验和载人驻留试验。 天宫二号将主要开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验。

天宫三号将主要完成验证再生生保关键技术试验、航天员中期在轨驻留、货运飞船在轨试验等，还将开展部分空间科学和航天医学试验。 [5]

历史上五次著名的交会对接

天宫一号是设立在太空的用于开展各类空间科学实验的实验室。而空间实验室的建设过程是先发射无人空间实验室，再用运载火箭将载人飞船送入太空，与停留在轨道上的实验室交会对接，航天员从飞船的附加段进入空间实验室，开展工作。

对接技术

交会对接指两个航天器在太空轨道合并连接成一个整体，是实现太空装配、补给、维修、航天员交换等过程的先决条件，更是建立大型空间站的基础。[6]

神舟八号飞船和天宫一号进行的是遥控交会对接，完全依靠地面指挥系统和飞船自身的技术实现。天宫一号与神舟八号以及神舟九号飞船交会对接过程将分四个阶段：远程导引段、近程导引段、最终逼近段和对接停靠段。

天宫一号与神州八号飞船对接模拟图

远程导引段是在地面测控的支持下，神舟八号飞船经过若干次变轨机动，进入到神舟八号飞船上的敏感器能捕获目标飞行器的范围(一般为15～100千米)。

近程导引段是神舟八号飞船根据自身的微波和激光敏感器测得的与天宫一号的相对运动参数，自动引导到距天宫一号 0.5千米～1千米左右，由此开始与天宫一号最后接近和停靠。 最终逼近是神舟八号飞船首先要捕获天宫一号的对接轴，当对接轴线不沿轨道飞行方向时，要求“神舟八号”飞船在轨道平面外进行绕飞机动，以进入对接走廊，此时两个航天器之间的距离约100米，相对速度约3～1米/秒。

对接停靠段是神舟八号飞船利用由摄像敏感器和接近敏感器组成的测量系统精确测量两个航天器的距离、相对速度和姿态，同时启动小发动机进行机动，使之沿对接走廊向目标最后逼近。在对接合拢前关闭发动机，以0.15～0.18米/秒的停靠速度与目标相撞，最后利用栓一锥或异体同构周边对接装置的抓手、缓冲器、传力机构和锁紧机构使两个航天器在结构上实现硬连接，完成信息传输总线、电源线和流体管线的连接。 [7]

对接时间

中国神舟八号飞船在2011年11月1日升空后，将在11月3日凌晨与天宫一号进行第一次对接。组合飞行12

天之后，11月14号，神八将撤离天宫一号，再次进行对接。 天宫一号在寿命、对接口等方面不同于其他空间站。首先，试验性空间站在轨寿命通常低于5年，而其他空间站可达5至

10年，或者更长。其次，试验性空间站的规模较小，对接口

也少，没有扩展能力。而其他空间站至少有2个对接口，能同时对接载人运输器、货物运输器或专用实验舱。三是试验性空间站上的航天员一次在轨时间较短，一般是几十天。而其他空间站上的航天员一次在轨时间大多为百天以上。

此外，两者的区别还体现在：试验性空间站上的燃料和消耗品原则上要一次带足，其他空间站则是用货运飞船定期进行多次补给；试验性空间站上的有效载荷设备很少更换，但其他空间站可多次更换和增加实验仪器；试验性空间站上的航天员一般不进行航天器的维修工作，只进行试验、训练等，而其他空间站上的航天员要经常进行维修工作。

天宫一号与国外试验性空间站在功能和用途方面有相似之处，但质量较小，约为8吨，而国外试验性空间站都为20吨级以上，因此称其为简易“空间实验室”更加合适。[7] 进入总装的天宫一号

运抵酒泉

执行中国首次空间交会对接任务的天宫一号目标飞行器已通过出厂评审，于2011年6月29日转运至酒泉卫星发射中心，开展任务实施前最后阶段的测试工作。[8]

2011年9月20日，中国载人航天工程新闻发言人宣布，中国将实施载人航天工程首次空间交会对接任务，执行任务的天宫一号目标飞行器、长征二

F运载火箭组合体已从酒泉卫星发射中心垂直总装测试厂房顺利转运至发射区。天宫一号将于9月27日至30日择机发射。[9] 发射前准备阶段

天宫一号目标飞行器瞄准9月29日21时16分至21时31分窗口前沿发射。 [10] 2011年9月28日下午，天宫一号飞行任务将实施火箭推进剂加注，进入发射前准备状态[11] 成功发射

“天宫一号”发射升空

2011-09-29 21:16:00 酒泉卫星发射中心，天宫一号目标飞行器正式点火发射升空。 2011-09-29 21:18:27 航区内的各测控站点陆续传来报告飞行正常报告。

2011-09-29 21:22:43 火箭飞过平流层和中间层，接近大气层边缘。整流罩分离，抛整流罩。 2011-09-29 21:23:07 二级火箭主机关机。

2011-09-29 21:26:28 天宫一号与火箭成功分离。[12]

首次对接

2011年11月3日00：34 飞船从5公里停泊点向400米停泊点前进。

00:41 用于交会对接的目标飞行器天宫一号，经过第4圈和第13圈两次变轨，目前位于距地球343公里的近圆轨道上。

00:42 北京飞控中心预报：神舟八号飞船将于01时07分进入400米停泊点。

00:46 远距离导引段自神舟八号飞船入轨后开始，在地面测控通信系统的导引下，飞船经过5次变轨控制，于2日深夜飞抵天宫一号后下方约52公里处，转入自主控制飞行状态。 00:48 神舟八号万里追赶天宫一号。天宫一号在固定的轨道上运行，发动机并不工作；而神舟八号则通过不断的变轨来拉近两者之间的距离。

01:01 飞船对接机构对接准备。

01:03 神舟八号对接环推出。

01:05 神舟八号对接准备完成。

01:05 飞船第30圈，天宫第541圈，进入马林迪站和天链01星跟踪弧段内，飞船进入400米停泊点。

01:06 地面对神舟八号对接机构的推出和准备情况进行确认后，飞船再次前进。 01:10 神舟八号与天宫一号的距离正不断缩短。相对导航状态正常。

01:10 空空通信正常。

01:11 天宫一号、神舟八号相对距离目前为270米。

01:16 交会对接的接近段已经结束，即将进入平移靠拢段，飞船经过两天多的飞行，与天宫一号的距离只剩最后的140米。

01:19 激光雷达导航。

01:20 CCD导航。

01:20 神舟八号从140米停泊点开始前进，正沿直线缓缓接近天宫一号。

01:21 天宫一号目标飞行器是倒飞状态，神舟八号是正飞。

01:21 飞船正在接近30米停泊点。

01:22 飞船激光雷达切近场合作目标。

01:23 飞船自主进入30米停泊点，稍做停泊。

01:27 飞船转最后靠拢。

01:29 对接环接触。

01:29 神舟八号对接机构上的5个环失衡传感器实时下传的数据表明，两个航天器已经成功接触。

01:29 飞船尾部4台发动机随即点火，给飞船提供一个对接推力。

01:29 对接机构捕获。

01:29 飞船对接机构上的3把捕获锁与天宫一号对接机构上的3个卡板器咬合。 01:30 完成捕获。飞船发动机旋即关机。

01:30 两个航天器完成柔性连接，连接后仍能相互移动。

01:30 飞船对接机构的机械缓冲系统完成缓冲和校正，在缓冲过程中，储存和消耗能量，校正对接换姿态，使其处于水平位置。

01:30 对接锁锁紧开始。

01:30 神舟八号对接机构的对接换环收回，拉近两航天器，两对接机构前端框面互相贴合 01:34 对接机构端面密封完成。

01:35 两航天器完成刚性连接。

01:35 飞船和天宫一号对接机构上各分布12个对接锁，每个锁由能活动的主动钩和固定的被动钩组成。

01:36 对接机构锁紧完成。

01:37 组合体启控。

01:38 组合体消除姿态偏差。

01:41 组合体消除偏完成。

01:42 北京飞控中心宣布：对接机构锁紧，天宫一号启控，天宫一号、神舟八号交会对接完成。