神舟號飛船設計師李頤黎：天宮二號其實是天宮一號「備胎」

科技 09-17

「天宮二號」空間實驗室於2016年9月15日22時04成功發射。天宮2號和天宮1號有什麼關係?天宮2號和天宮1號相比有哪些技術進步點呢?本文將就這些問題做一介紹。

文/李頤黎（北京空間機電研究所研究員）

一、天宮1號目標飛行器

天宮1號目標飛行器是天宮2號空間實驗室的雛形。天宮1號的研製目的是將它作為中國掌握空間交會對接技術的目標飛行器，同時通過它的研製掌握目標飛行器支持航天員生活工作的功能、性能以及組合體管理技術，首次實現地面向在軌飛行器進行人員和物資的往返運輸，開展航天醫學實驗及有關關鍵技術試驗。

天宮1號目標飛行器的全長為10.4米，最大直徑3.35米，重量為8.5噸，設計在軌工作壽命為2年，天宮1號目標飛行器的構型如圖1所示。

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圖1 天宮1號目標飛行器的構型

天宮1號由實驗艙和資源艙組成。

實驗艙由密封艙和非密封艙兩部分組成。實驗艙中的密封艙是航天員的工作和生活艙，能夠保障航天員的生存條件，用於航天員駐留期間生活和工作;非密封艙安裝科學實驗設備;實驗艙前端安裝了對接機構和交會對接測量設備，用於支持與無人飛船和載人飛船實現交會對接。如圖2所示。

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圖2天宮1號(左)與神舟8號(右)即將實現交會對接

資源艙配置推進系統、太陽電池陣，為天宮1號提供推力和電源。

2011年9月29日晚，天宮1號目標飛行器由長征2號FT1運載火箭發射升空，並進入預定軌道，經過變軌進入了準備實施交會對接的軌道。

2011年11月1日凌晨，神舟8號無人飛船發射升空，準確入軌。經過了多次變軌，神舟8號與天宮1號實現了自動交會對接，這是中國首次實現的自動交會對接，組合體正常運行後，二器分離，再次實現了第二次自動對接，如圖3所示。

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圖3 2011年11月14日，天宮1號與神舟8號二次對接，對接環開始拉回模擬圖(宮繼良攝)

隨後，神舟8號飛船與天宮1號分離，並安全返回預定主著陸場。

2012年6月，我國發射的神舟9號載人飛船實現了與天宮1號的自動和手動空間交會對接任務，3名航天員進駐天宮1號生活和工作，如圖4所示，並安全返回主著陸場。

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圖4神舟9號載人飛船航天員進駐天宮1號

神舟9號與天宮1號的任務面臨四大難點，任務的成功使中國實現了四個「第一次」：第一次實施手控交會對接，航天員第一次訪問在軌飛行器，女航天員第一次太空飛行，第一次進行13天的載人在軌飛行。

2013年6月26日，神舟10號與天宮1號任務的成功，鞏固了載人交會對接技術，神舟10號還對飛行時間、航天員工作程序、工作方式、科學試驗項目編排上進行調整，為中國空間站的建設打基礎。

天宮1號與神舟8號和神舟9號交會對接任務的圓滿成功，標誌著我國突破和掌握了自動和手動控制交會對接技術、目標飛行器支持航天員生活工作的技術和組合體管理技術，突破了向在軌飛行器進行人員和物資的往返運輸技術，並有效地開展了航天醫學實驗及相關的關鍵技術試驗;神舟10號飛行任務圓滿完成是中國載人航天工程第二步第一階段任務的收官之戰。

二、天宮2號空間實驗室

將在2016年9月中旬發射的天宮2號空間實驗室是我國第一個真正意義上的太空實驗室，它承擔著中國未來空間站建設多項關鍵技術驗證的任務，具體說有三項使命：

第一項，進一步驗證航天員在軌駐留技術，航天員將在軌30天;

第二項，驗證推進劑在軌補加技術;

第三項，開展大量空間科學和技術應用實驗。

天宮2號空間實驗室是在天宮1號備份目標飛行器的基礎上改進研製而成，仍採用實驗艙和資源艙兩艙構型，如圖5所示。

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圖5 天宮2號空間實驗室在軌構型

天宮2號與神舟11號飛船的交會對接如圖6所示。

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圖6 天宮2號與神舟11號飛船的交會對接

為實現第一項使命將於今年10月中旬發射乘坐兩名航天員的神舟11號飛船，它與天宮2號交會對接後，兩名航天員將駐留在天宮2號上，航天員將在軌駐留達到30天的中期駐留水平。為了滿足中期駐留的需要，對天宮2號的載人環境做了重大改善，這無疑是對航天醫學，環境控制與生命保障系統的一項新的考驗。

為了實現第二項使命，將在2017年4月用長征七號火箭發射天舟1號貨運飛船，天舟1號貨運飛船實現與天宮2號交會對接後，天舟1號將向天宮2號補加推進劑，為了滿足推進劑補加實驗的需要，對推進劑系統進行了適應性改造。由於補加的推進劑是液體，遠比向天宮2號搬運物體複雜的多，這種補加推進劑技術是個難度很高的技術，也是未來中國空間站保持長期在軌工作所必須掌握的技術。

未來實現第三項使命，在天宮2號空間實驗室上裝載了空間冷原子鐘、空地量子秘鑰分配等14項空間應用載荷。這些實驗任務大多處於世界前沿的空間科學探索領域以及國際先進的應用新技術領域。例如天宮2號將搭載全球第一台冷原子鐘，它可以將航天器自主守時精度提高兩個數量級，穩定度達到10的負16次方，大幅提高導航衛星定位精度。又如三維成像微波高度計，能夠在一個寬幅的三維海平面測量中，得到精度優於5厘米的測量結果，將海浪高低測量出來;同天宮2號一起升空的伴飛小衛星將對飛離過程進行近距離成像觀測。這些實驗具有很高的科學研究價值，未來有可能推動我國航天新技術的發展。天宮2號上還載有涉及微重力基礎物理、空間材料科學、空間生命科學等的實驗裝置，其中有兩項需要航天員直接參与操作，還有一項國際合作研究項目，就是中國科學院與瑞士日內瓦大學聯合研製的伽馬暴探測設備，這台設備比國際上類似儀器探測效率高數十倍。同時搭載了香港中學生太空科技設計大賽獲獎的三個項目，計劃在太空開展科普實驗活動。

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