天宫号空间站

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天宫
中国空间站
Chinese Space Station.png
天宫号空间站概念图
空间站信息
最大成员3-6人
发射日期2021年4月29日-2025年(预计)
发射台中国文昌航天发射场
任务状态任务进行中
质量60-180吨(预计)
轨道倾角41.5度
轨道高度370-450公里(预计)
在轨天数16天41分(自核心舱发射)

天宫号空间站中华人民共和国正在建设中的一个模块化空间站系统,其最终目标是在近地轨道上由中国大陆自主建设一个常驻的60至180吨级的大型空间站。目前已于2021年4月29日发射核心舱“天和”,2021年至22年期间将择机发射空间站实验舱I(问天)和实验舱II(梦天),预计在轨寿命十年以上。[1]2021年4月29日11时23分,天和核心舱在海南文昌航天发射场发射成功。

历史

规划

1986年,中共中央军委主席中顾委主任邓小平批准实施国家高技术研究发展计划(即863计划),将发展航天技术列入其中。1992年中央批准国防科学技术工业委员会组织载人航天工程技术经济可行性论证,并形成技术经济可行性论证报告[2]

1992年9月21日,中共中央总书记江泽民主持召开中共中央政治局常委会会议,批准中国载人航天工程按“三步走”发展战略实施:

  • 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,“突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,发射空间实验室,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。”[3][4]

以上三步走战略中,“第一步”起于1992年9月,至2003年10月,中国成功发射第一艘载人飞船神舟五号,此阶段任务基本完成;“第二步”起于2005年2月[2],至2019年7月天宫二号任务结束,也基本完成。

2010年9月25日,中共中央总书记胡锦涛主持召开中共中央政治局常委会会议,批准《载人空间站工程实施方案》,正式启动载人空间站工程,当时计划在2020年前后,研制并发射基本模块为20吨级舱段组合的空间站,突破和掌握近地空间站组合体的建造和运营技术、近地空间长期载人飞行技术,开展较大规模的空间应用,为经济社会发展提供先进的空间技术平台[3]

自2010年立项以来,中国航天系统即决定,中国空间站将采用三舱丁字型(T字型)基本构型,由一段核心舱、两段实验舱组成,再加上《载人空间站工程实施方案》中舱段为20吨级的要求,这样空间站初步建成后,总质量为约60吨[5]

命名

2011年4月,中国载人航天工程宣布将对社会公开征集空间站及其各个组成舱段的名称。经过公众的投稿、投选,同时结合科研人员与专家的意见,中国载人航天办公室2013年10月底正式对外宣布了中国载人空间站整体被命名为“天宫”[6],货运飞船被命名为“天舟”,实验舱I、II分别被命名为“问天”和“巡天”[7]

2016年4月,中国载人航天工程总设计师周建平在一次座谈会上表示,原定由实验舱II承担的天文观测功能将改为由独立的光学舱承担,并命名为“巡天”;而实验舱II的名称则被改为“梦天”[5]

研发

载人飞船

神舟飞船早期型并没有设计对接机构,轨道舱的尽头是附加段,安装有各种科学设施。2005年底,神舟八号首次对接缓冲试验在上海成功[8]。2011年,第一艘量产型神舟飞船神舟八号发射成功,并与天宫一号目标飞行器交会对接。自2011年至2016年,第一批次4艘量产型神舟飞船先后完成了与天宫一号、天宫二号的交会对接,实现最长驻留30天。

2017年11月解放军报的报道中表明,中国航天科技集团五院502所当时已经开始研制第二批次的神舟飞船,相较于第一批次,包含了一系列技术创新,比如将天舟一号上已经实现的自主快速交会对接技术移植到载人飞船上[9]

货运飞船
20吨LEO运载能力火箭

天宫号空间站的单舱段质量为20吨,超过中国在2000年代拥有的任何运载火箭的运载能力,因此必须另外研发新的火箭用于天宫号空间站的发射。长征五号B运载火箭是中国航天科技集团公司长征五号运载火箭的基础上,按照通用化、系列化、组合化思想设计,通过移去芯二级和级间段并延长整流罩等发展而来的一款大型运载火箭,其近地轨道运载能力为25吨,达到了发射空间站舱段的要求。长征五号B运载火箭于2012年开始按中国运载火箭研制流程和中国载人航天工程要求立项研制。2018年11月,长征五号B通过初样转试样研制阶段评审,进入试样研制阶段。长征五号B遥一运载火箭于2019年4月完成第一个部段级产品,7月开始总装,11月总装完成[10],2020年5月首飞成功。

空间站主体

组成和布局

加压舱段

组件名称 发射时间及COSPAR ID 运载火箭及序列号 对接日期及位置 对接时神舟飞船 长度 直径 质量 图片
天和号核心舱 2021年4月29日 11:23:15

2021-035A

长征五号B Y2 (核心舱) (无) 16.6m 4.2m 22.6吨
Tianhe final art 310819 jpeg.jpg
Tianhe before launch 05.png
取名自热门候选名称天枢与太和,寓意天地人和。舱外设置一架大型机械臂,前端包括一段4接口的节点舱,同时充当空间站的主要气闸舱。
问天号实验舱 计划2022年5月 长征五号B Y3(计划) 计划2022年5月

天和前→左(计划)

神舟十四号(计划) 约14.4m 约4.2m 约20吨
Wentian Module.png
控制与实验应用舱,主要用于研究,舱外设置一架小型多功能机械臂。
梦天号实验舱 计划2022年8月 长征五号B Y4(计划) 计划2022年8月

天和前→右(计划)

神舟十四号(计划) 约14.4m 约4.2m 约20吨
Mengtian module.png
专业与储存应用舱,置有实验载荷气闸舱,可将大型载荷投放至真空。

基本构型(丁字)

80吨级的天宫号空间站“T”字三段式基本构型图

天宫号空间站的基本构型已确定由一段核心舱和两段实验舱组成“T”字型组成。两段实验舱分别长期停靠在核心舱的左右两端,货运飞船以及载人飞船分别对接于核心舱前后两端。计划于2021年左右发射核心舱,至2023年前实验舱II对接后完成组建。每组航天员驻扎最长达6月后与下一组航天员进行轮替任务。在轨驻留航天员人数2至3人, 设计寿命为10年。规模将达到80吨级。

扩展构型(十字、干字)

天宫号空间站的基本构型成功组建后,可根据需求,在核心舱的前端增建一舱或三舱组成空间站“十”、“干”字型的扩展构型。三段扩展舱处于核心舱的前端,三段扩展舱A、B、C组成小“T”字型。首先扩展舱A后端与核心舱前端对接成十字型,扩展舱B和C与扩展舱A前端的左右处对接成干字型。载人飞船再对接于扩展舱的正前端。另可依据需求增配第二艘载人飞船以备紧急返回使用,对接于核心舱前端下方。长期乘航天员人数提高到3至6人,达成长久不断续的空间常驻。最大规模可达180吨。目前细节均尚未确定,但基本上在丁字构型的基础上,会增加论证中的新技术舱段:

  • 扩展核心舱A:尚未命名,增加额外三人的居住空间与生存设备等的空间。
  • 扩展实验舱B:尚未命名,功能未定。
  • 扩展实验舱C:尚未命名,功能未定。
  • 外部结构:尚未命名,将会在太空站组成中用于固定太阳能板、辐射散热板与机械手臂等配件的共用和移动的部分。[11][12]
  • 1艘外国飞船,可能为联盟号等,利用联盟-2.1a型英语Soyuz 2.1a运载火箭圭亚那太空中心发射,这是未来将启动的多国太空合作的一部分[13]
  • 1至2艘外国货运飞船,如进步号可能前往,均由圭亚那太空中心发射。
  • 1艘载人备用飞船,可能使用新一代载人飞船,用于三至六名航天员的运输和应急返回等任务。

任务

  • 进一步掌握飞行器空间交会对接技术;
  • 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;
  • 验证天地往返运输飞船的性能和功能;
  • 进行一定规模的空间应用。[14]

任务列表

载人任务列表

发射状态:发射失败执行中任务待发射任务
飞行器 航天员 发射器 发射
(UTC)
对接
(UTC)
脱离
(UTC)
对接时间 返回
1 神舟十二号 待定 长征长征二号F
遥十二
计划2021年6月 计划2021年6月
前向对接
计划2021年9月 计划3个月 计划2021年9月
2 神舟十三号 待定 长征长征二号F
遥十三
计划2021年9月 计划2021年9月
径向对接
计划2022年3月 计划6个月 计划2022年3月
3 神舟十四号 待定 长征长征二号F
遥十四
计划2022年5月 计划2022年5月
径向对接
计划2022年11月 计划6个月 计划2022年11月
4 神舟十五号 待定 长征长征二号F
遥十五
计划2022年11月 计划2022年11月
前向对接
待定

无人任务列表

粗体为运送组件飞行。
飞行器 任务 发射器 发射
(UTC)
对接
(UTC)
脱离
(UTC)
对接时间 返回
1 天和号核心舱 核心舱 长征五号B
遥二
2021年4月29日
11:23
2021年4月29日
抵达预定轨道
天宫号空间站的第一个组件
2 天舟二号 补给 长征七号
遥三
计划2021年5月20日 计划2021年5月
后向对接
计划2021年9月 待定
计划2021年9月
前向对接
神舟十三号发射后
3 天舟三号 补给 长征七号
遥四
计划2021年9月 计划2021年9月
后向对接
计划2022年3月 待定
计划2022年3月
前向对接
问天号发射前
4 天舟四号 补给 长征七号
遥五
计划2022年3月-4月 计划2021年3月-4月
后向对接
待定
5 问天号实验舱 实验舱 长征五号B
遥三
计划2022年5月-6月 计划2022年5月-6月
前向对接
天舟四号离轨后 天宫号空间站组件
天舟四号离轨后
节点舱Ⅱ象限
与空间站对接
6 梦天号实验舱 实验舱 长征五号B
遥四
计划2022年8月-9月 计划2022年8月-9月
前向对接
待定 天宫号空间站组件
待定
节点舱Ⅳ象限
与空间站对接
7 天舟五号 补给 长征七号
遥六
计划2022年10月 计划2022年10月
后向对接
待定

参见

参考资料