中国空间站

发展历程

参考资料:

研制规划

发展战略

1992年9月21日,中国政府决定实施载人航天工程,并确定了三步走的发展战略。

第一步,发射载人飞船(即神舟号飞船),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,在第一艘载人飞船发射成功后,突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术,并利用载人飞船技术改装、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,建造载人空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

目标任务

空间站拟按长期载3人状态设计,运营阶段每半年由载人飞船实施人员轮换,而初期将采用人员间断访问方式。载人空间站建成后,将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地,在轨运营10年以上。

中国载人航天工程第三步的空间站建设,初期将建造三个舱段,包括一个核心舱和两个实验舱,每个规模20多吨。基本构型为T字形,核心舱居中,实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ分别连接于两侧。

核心舱前端设两个对接口,接纳载人太空船对接和停靠;后端设后向对接口,用于货运飞船停靠补给。站上设气闸舱用于太空人出舱,配置机械臂用于辅助对接、补给、出舱和科学实验。

随后,空间站运营期间,最多的时候,将有一艘货运飞船、两艘载人飞船。整个系统加起来将达90多吨。

中国空间站具备开展能力。在运营阶段,将可以根据科学研究的需要增加新的舱段,扩展规模和应用能力。

空间站的一个核心舱和两个实验舱,将由大型运载火箭长征五号B发射;货运飞船和载人飞船增加则由中型运载火箭长征七号发射。

中国空间站未来将形成“三大舱段”+“三艘飞船”的组合体,也就是天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、天舟五号货运飞船、神舟十四号、神舟十五号载人飞船同时在轨的、总重超过100吨的空间站组合体。147

2023年5月29日,中国载人航天工程办公室副主任林西强表示,为进一步支持在轨科学实验、为航天员的工作和生活创造更好的条件,将适时发射扩展舱段,将空间站基本构型由“T”字型升级为“十”字型。该项目正在进行方案阶段研制工作。

分步实施

  • 规划部署

1992年,中国政府就制定了载人航天工程“三步走”发展战略,建成空间站是发展战略的重要目标。

中科院院士、中科院力学所研究员胡文瑞在做客上海科协大讲坛时表示,按照载人航天阶段性规划,中国空间站有望于2022年投入运转,而根据空间站“五舱”结构,首舱或可在2018年前后上天。

空间站工程将继续使用已有的神舟飞船、长征2F火箭、发射场和着陆场。大型空间站的舱室将由正在开发的长征五号火箭发射,核心舱和两个实验舱都是密封加压舱,核心舱前部的5个对接口平时与一艘神舟飞船、两个空间实验舱(即梦天、问天)以及货运飞船天舟对接,最后留有1个对接口供宇航员出舱活动使用。

建设大型空间站是中国载人航天三步走战略的第三步,这个阶段中国将掌握近地轨道空间组装、近地轨道长时间有人驻留等技术。

中科院空间应用工程与战略规划研究室副主任张伟表示:“中国载人航天事业在2020年将进入载人空间站阶段,神舟系列载人飞船、天舟一号货运飞船、核心舱天和以及实验舱梦天、问天已箭在弦上。到2024年,(上述空间站)有望成为全世界唯一在轨运行的空间站。”

  • 初期研制

2014年9月10日,第27届太空探索者协会年会在北京召开。年会中方组委会主席杨利伟称,中国在2016年9月15号发射天宫二号空间实验室,随后2016年10月下旬发射神舟11号载人飞船和天舟一号货运飞船,并与“天宫二号空间实验室”对接,将在2022年前后完成中国空间站的建造。

中国航天科技集团董事长雷凡培在中国航天事业创建60周年之际透露,中国计划2018年前后发射空间站试验性核心舱,2022年前后发射20吨级舱段组合的空间站。到2031年国际空间站退役并坠毁时,中国有可能成为全球唯一拥有空间站的国家。

雷凡培表示,中国空间站建设方案已确定。空间站包括一个核心舱和两个实验舱,有多个交会对接口,能实现多飞行器同时对接。2018年前后,空间站试验性核心舱将由长征五号重型运载火箭送入轨道。2022年前后,中国将研制并发射基本模块为20吨级舱段组合的空间站。

2017年4月20日,中国载人航天副总指挥张育林接受采访表示,空间站任务进展顺利,核心舱和两个实验舱都按照计划加紧研制,总体上讲,各项研制工作的关键技术均已突破,初样阶段的工作正有序进行。按照计划,在2019年左右要进行核心舱的发射。

空间站建成后,每年与载人飞船、货运飞船对接若干次进行补给,在400千米左右的轨道高度上维持设计寿命十年的运行。届时,中国将成为继俄罗斯之后,以一国之力独自完成空间站建设的国家,航天员在空间站驻留可达一年以上。

基本过程

2010年9月,中央专门委员会批准实施载人空间站工程。

2012年3月,天宫空间站完成了立项综合论证转入方案设计阶段,首先将空间站组合体作为一个整体进行系统方案设计,得到对各组成舱段的技术要求,然后再据此开展各舱段方案设计。

2014年6月,天宫空间站结束方案设计阶段工作转入初样研制阶段,首先开展了天宫空间站系统详细方案设计,然后各舱段并行开展详细方案设计和试验测试验证工作。

2019年9月,天和核心舱首先完成初样研制转入正样研制阶段。

2020年12月,问天实验舱完成初样研制转入正样研制阶段。

2021年4月,梦天实验舱完成初样研制转入正样研制阶段。

2022年11月29日至30日,由航天科技、航天科工、中国电科等央企参与建设的中国空间站迎来全面建造完成关键一役。

2022年12月31日,中国国家主席习近平在新年贺词中宣布,“中国空间站全面建成”。

2023年8月,中国借助空间站工程,以天舟系列货运飞船为平台,成功实现了在空间站发射微纳卫星。

系统组成

中国空间站包括天和核心舱、梦天实验舱、问天实验舱、载人飞船(即已经命名的“神舟”号飞船)和货运飞船(天舟飞船)五个模块组成。各飞行器既是独立的飞行器,具备独立的飞行能力,又可以与核心舱组合成多种形态的空间组合体,在核心舱统一调度下协同工作,完成空间站承担的各项任务。

2022年5月26日消息,按照计划,中国空间站将于2022年底完成T字构型建造,舱内活动空间超过110立方米,将配置2个航天员出舱舱口和1个货物气闸舱,并提供6个睡眠区和2个卫生区,可实现长期3人、短期6人驻留。148149![]( "T字构型建造 高清示意图")

核心舱

天和核心舱

总长16.6米,最大直径4.2米,起飞质量22.5吨。核心舱模块分为节点舱、生活控制舱和资源舱。

主要任务包括为航天员提供居住环境,支持航天员的长期在轨驻留,支持飞船和扩展模块对接停靠并开展少量的空间应用实验,是空间站的管理和控制中心。

核心舱有五个对接口,可以对接一艘货运飞船、两艘载人飞船和两个实验舱,另有一个供航天员出舱活动的出舱口。

实验舱

问天实验舱**,**梦天实验舱

问天实验舱总长17.9米,直径4.2米,发射重量达23吨。

空间站核心舱以组合体控制任务为主,梦天实验舱以应用实验任务为主,问天实验舱兼有二者功能。问天实验舱、梦天实验舱先后发射,具备独立飞行功能,与核心舱对接后形成组合体,可开展长期在轨驻留的空间应用和新技术试验,并对核心舱平台功能予以备份和增强。

  • 问天实验舱

问天实验舱轴向全长17.9米(相当于6层楼房高度),这一长度超越了国际空间站的任意舱段,比之天和一号核心舱16.6米的轴向长度还要长1.3米,该舱段与梦天实验舱同为当今世界轴向长度最长的单体载人航天器。

问天实验舱末端短桁架是一个非常巧妙的设计,它与国际空间站桁架用于太阳翼安装目的相同,同时利用问天舱与梦天舱对置布局形成的近40米横向跨度,起到类似国际空间站桁架结构的作用,使得太阳翼有效化解了相互遮挡的难题。短桁架末端还可以用于核心舱太阳翼的转位安装,从而最大限度提高天宫空间站太阳翼整体受晒率,进而提高空间站整站三舱的发供电能力。77

货运飞船

天舟系列货运飞船

最大直径约3.35米,发射质量不大于13吨。货运飞船是空间站的地面后勤保障系统。

主要任务:

一是补给空间站的推进剂消耗,空气泄漏,运送空间站维修和更换设备,延长空间站的在轨飞行寿命;

二是运送航天员工作和生活用品,保障空间站航天员在轨中长期驻留和工作;

三是运送空间科学实验设备和用品,支持和保障空间站具备开展较大规模空间科学实验与应用的条件。

货运飞船命名为天舟货运飞船,采用模块化设计,具有全密封货舱、半密封/半开放货舱、全开放货舱三种构型,可以把不同的载荷包括小型舱段运输上去,由航天员和机械臂将其装配到空间站上。

发射该飞船的是新研制的长征七号运载火箭。

  • 天舟二号

天舟二号是中国空间站关键技术验证阶段发射的首艘货运飞船。

2021年5月29日晚,中国在海南文昌航天发射场准时点火发射天舟二号货运飞船。这是空间站货物运输系统的第一次应用性飞行,天舟二号为空间站送去6.8吨物资补给。天舟二号飞船在轨运行期间,进行了一系列拓展应用试验。

2022年3月27日,中国载人航天工程办公室消息,天舟二号货运飞船完成空间站组合体阶段全部既定任务,已于北京时间3月27日15时59分撤离空间站核心舱组合体。后续将在地面控制下择机再入大气层。83

  • 天舟三号

2021年9月20日15时,长征七号遥四运载火箭搭载天舟三号货运飞船,在海南文昌航天发射场成功发射。天舟三号货运飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,于北京时间2021年9月20日22时08分,采用自主快速交会对接模式成功对接于空间站天和核心舱后向端口,整个过程历时约6.5小时。天舟三号装载了航天员生活物资、舱外航天服及出舱消耗品、空间站平台物资、部分载荷和推进剂等,与天和核心舱及天舟二号组合体完成交会对接后,转入三舱(船)组合体飞行状态。

  • 天舟五号

北京时间2022年11月12日10时03分,搭载天舟五号货运飞船的长征七号遥六运载火箭,在中国文昌航天发射场点火发射,天舟五号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,飞船太阳能帆板顺利展开工作,发射取得成功。后续,天舟五号货运飞船将与在轨运行的空间站组合体进行自主快速交会对接。

据中国载人航天工程办公室消息,北京时间2023年9月11日16时46分,已完成全部既定任务的天舟五号货运飞船,顺利撤离空间站组合体,转入独立飞行,将按计划于9月12日受控再入大气层,货运飞船绝大部分器件将在再入大气层过程中烧蚀销毁,少量残骸将落入南太平洋预定安全海域。

天舟七号

北京时间2024年1月17日22时27分,搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭,在我国文昌航天发射场点火发射,约10分钟后,天舟七号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,之后飞船太阳能帆板顺利展开,发射取得圆满成功。后续,天舟七号货运飞船将与在轨运行的空间站组合体进行交会对接。天舟七号货运飞船入轨后顺利完成状态设置,于北京时间2024年1月18日1时46分,成功对接于空间站天和核心舱后向端口。交会对接完成后,天舟七号将转入组合体飞行段。

航天员

中国航天员

中国的第一、二批航天员都是从现役空军飞行员中选拔,主要承担航天器驾驶任务。空间站将开展太空科学实验,除了良好的身体素质这个共性要求外,未来需要不同类型的航天员,尤其是工程师和科学家,这是未来选拔航天员的一个主要方向。

2020年10月1日,第三批18名预备航天员加入航天员队伍,包括7名航天驾驶员、7名航天飞行工程师和4名载荷专家,他们参加空间站运营阶段各次飞行任务。15

未来舱段

  • 巡天望远镜

中国空间站工程巡天望远镜(China Space StationTelescope,简称“CSST”),是中国空间站工程最重要的空间科学设施,是中国迄今为止规模最大、指标最先进的空间天文望远镜,也将是未来十年世界上最重要的空间天文观测仪器之一。中国首个大型巡天空间望远镜计划于2023年发射,开展广域巡天观测,将在宇宙结构形成和演化、暗物质和暗能量、系外行星与太阳系天体等方面开展前沿科学研究。

空间实验室

空间实验室是开展空间试验活动的载人航天飞行器,规模上小于空间站,是空间站的雏形。空间实验室的主要任务是:突破并掌握飞行器空间交会对接及组合体控制技术;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;先期考核空间站建造相关关键技术。

中国的天宫一号是交会对接目标飞行器,天宫二号是为了载荷要求进行改装,原本还有天宫三号,但研制队伍通过优化设计和挖潜,将天宫三号的试验任务全部合并到了天宫二号上进行,这样就节省了天宫三号和为天宫三号服务的飞船的成本,转而直接发射空间站的试验核心舱,以实现低成本、跨越式的发展。

  • 天宫一号

“天宫一号”重约8.5吨,主要任务是作为交会对接目标,完成空间交会对接飞行试验;保障航天员在轨短期驻留期间的工作和生活,并保证航天员安全;开展空间应用、航天医学试验、空间科学实验和空间站技术试验;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、为建造空间站积累经验。

2011年9月29日21时16分03秒,天宫一号目标飞行器从酒泉卫星发射中心升空,设计寿命两年,实际在轨四年半,超期服役并开展多项拓展技术试验。2016年3月16日,天宫一号目标飞行器正式终止数据服务,全面完成了历史使命。天宫一号在轨运行1630天,不但完成了既定使命任务,还超设计寿命飞行、超计划开展多项拓展技术试验,为空间站建设运营和载人航天成果应用推广积累了重要经验。

  • 天宫二号

天宫二号与天宫一号目标飞行器相同,天宫二号空间实验室的重量约为8.6吨,分为两个舱。前舱为实验舱,是全密封环境。后舱则是资源舱,主要内置推进系统、电源系统,以及保障动力和能源供应。

2019年7月19日晚,天宫二号返回地球。从2016年9月发射至此,它的运行天数,定格在“1036”这个数字上。天宫二号作为中国第一个真正意义上的空间实验室,在接近三年的工作时间里都共搭载14项应用载荷,以及航天医学实验设备和在轨维修试验设备,开展了60余项空间科学实验和技术试验。此外,天宫二号还与天舟一号货运飞船配合,首次实现了中国航天器推进剂在轨补加任务,全面突破和掌握了相关技术,对后续空间站阶段的推进剂补加进行了完整验证,并使中国推进剂补加系统性能指标达到世界领先水平。

中国空间应用系统在空间站舱内安排了14台高水平的科学实验柜,每台实验柜都是一个小型的太空实验室;空间站舱外安排了3个大型载荷挂点、两个暴露实验平台以及与空间站共轨飞行的巡天空间望远镜等“旗舰型”研究设施。

组合体全景

11月28日,中国载人航天工程办公室发布了神舟十六号飞行乘组返回地面前手持高清相机通过飞船绕飞拍摄的空间站组合体全景照片。这是我国首次在轨获取以地球为背景的空间站组合体全貌图像,也是中国空间站的第一组全构型工作照。

在轨建造

前期工作

中国空间站建造阶段历次任务详见词条:天和核心舱

  • 前期历程

2008年9月,神舟七号升空,实现航天员太空行走;

2011年9月,天宫一号空间实验室发射升空。

2011年11月神舟八号发射升空,实现无人对接。

2012年6月神舟九号发射成功,实现中国首次载人交会对接。

2013年6月神舟十号发射成功,完成再一次载人交会对接任务。

2014年9月10日,杨利伟称,将在2022年前后完成中国空间站的建造。

2016年9月天宫二号空间实验室发射升空。

2016年10月神舟十一号载人舱发射升空,与天宫二号对接。

2017年3月2日,全国政协委员、中国航天科技集团公司科技委主任包为民表示,中国空间站核心舱已于2016年底完成总装,进入整舱测试阶段,预计2018年发射升空。

2017年4月20日天舟一号货运飞船发射升空,完成与天宫二号对接和推进剂补加试验。

  • 准备工作

2018年3月31日,从中国航天员中心获悉,随着中国载人航天工程进入空间站时代,航天员已全面开展空间站任务训练。

2018年10月23日,中国载人航天工程办公室副主任林西强在第五届载人航天(国际)学术大会表示,中国空间站关键技术攻关完成,中国“天和号”空间站核心舱将首次以1:1实物形式(工艺验证舱)参加第十二届珠海航展。

2018年11月6日,中国空间站“天和”号核心舱亮相珠海航展,首次以1:1实物形式(工艺验证舱)出现于公众面前。核心舱包括节点舱、生活控制舱和资源舱三部分,有3个对接口和2个停泊口。核心舱主要用于空间站的统一控制和管理,以及航天员生活,具备长期自主飞行能力,能够支持航天员长期驻留,支持开展航天医学和空间科学实验。

2019年7月,中国空间站核心舱完成了初样阶段综合测试、真空热试验等大型试验,即将转入正样阶段。“问天”实验舱和“梦天”实验舱完成了初样舱体阶段生产,正在开展总装工作。长征五号B运载火箭完成了初样阶段研制工作,正在进行飞行产品生产、发动机可靠性增长试验。航天员系统开展了长期载人飞行综合模拟验证、出舱活动水下验证等大型地面试验,第三批预备航天员选拔的初选工作已完成,舱外航天服正在进行飞行产品生产。

2019年11月17日,中国载人航天工程总设计师、中国工程院院士周建平在第四届(2019)中国人因工程高峰论坛上说,中国将在2022年前后完成空间站建造并开始运营,空间站的近期规模为100吨,可载3人。

技术验证

  • 长征五号B首飞

空间站的核心舱命名为“天和”,是中国空间站的管理和控制中心,全长16.6米,最大直径4.2米,发射质量22.5吨,可支持3名航天员长期在轨驻留,支持开展舱内外空间科学实验和技术试验,是中国研制的最大的航天器。

新一代载人飞船试验船是为中国近地空间站运营和后续载人月球探测等任务研制,全长8.8米,发射质量21.6吨,具备高安全、高可靠、适应多任务和模块化设计特点,主要用于验证气动热防护、再入控制和群伞减速回收等关键技术。

据中国载人航天工程办公室消息,截至2020年1月20日,空间站核心舱初样产品和新一代载人飞船试验船,经过大约一周的海陆运输,已先后安全运抵文昌航天发射场,将分别参加长征五号B运载火箭发射场合练及首飞任务,标志着中国空间站在轨建造任务即将拉开序幕。

长征五号B运载火箭主要用于空间站舱段等近地轨道大型航天器发射任务,是在长征五号运载火箭基础上改进研制的新型火箭,根据空间站任务要求新研制了大型整流罩,并对全箭进行了适应性改造。火箭全长约53.7米,芯一级直径5米,捆绑4个直径3.35米助推器,整流罩长20.5米、直径5.2米,采用无毒无污染的液氧、液氢和煤油作为推进剂,起飞质量约849吨,近地轨道运载能力不小于22吨。

据中国载人航天工程办公室消息,为载人空间站工程新研制的长征五号B遥一运载火箭,按照流程完成出厂前各项研制工作,于2020年2月5日安全运抵文昌航天发射场,后续将与先期运抵的空间站核心舱初样产品一同参加发射场合练,之后执行首飞任务。

此外,据中国航天科技集团有限公司五院载人飞船系统总设计师张柏楠在2019年3月11日表示,2022年前中国飞船将告别“订制”,开始小批量生产。

2020年5月5日18时,为中国载人空间站工程研制的长征五号B运载火箭,搭载新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱在文昌航天发射场点火升空,首飞任务取得成功,为中国空间站在轨建造任务奠定了重要基础。

长征五号B运载火箭首飞成功后,中国将先后发射天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱,进行空间站基本构型的在轨组装建造;期间,规划发射4艘神舟载人飞船和4艘天舟货运飞船,进行航天员乘组轮换和货物补给。中国空间站核心舱已完成正样产品总装,问天实验舱和梦天实验舱正在开展初样研制;空间科学应用载荷已陆续转入正样研制,执行空间站建造阶段四次飞行任务的航天员乘组已经选定,正在开展任务训练。中国第三批预备航天员选拔工作将于2020年7月前后完成。

  • 天和核心舱飞行

按照空间站建造任务规划,2021年和2022年中国将接续实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射,4次货运飞船以及4次载人飞船发射,于2022年完成空间站在轨建造,实现中国载人航天工程三步走发展战略第三步的任务目标。

2021年1月,中国空间站天和核心舱、天舟二号货运飞船、空间应用系统核心舱任务,分别顺利通过主管部门组织的出厂评审,标志着中国空间站建造即将转入任务实施阶段。

2021年2月16日,从中国载人航天工程办公室获悉,执行中国空间站建造阶段载人飞行任务的首批航天员乘组已进入强化冲刺训练阶段;经过一年的艰苦训练,已基本完成预定科目训练,正在着重开展出舱活动等训练32。

2021年4月23日上午,空间站天和核心舱与长征五号B遥二运载火箭组合体在中国文昌航天发射场垂直转运至发射区,意味着中国空间站建设大幕已经开启。

2021年4月29日,据中国载人航天工程办公室消息,长征五号B遥二运载火箭已完成推进剂加注,计划于29日中午11时许发射空间站天和核心舱。

2021年4月29日11时,长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱,在海南文昌航天发射场发射升空。35

2021年5月18日,据中国载人航天工程办公室消息,4月29日发射入轨的空间站天和核心舱,近日先后完成交会对接、航天员驻留、机械臂等平台功能测试,以及空间应用项目设备在轨性能检查,各项功能正常、运行状态良好,已进入交会对接轨道,后续将继续开展与天舟二号货运飞船交会对接的准备工作。

  • 天舟二号飞行

2021年5月,空间站天和核心舱完成在轨测试验证。5月29日晚,中国在海南文昌航天发射场准时点火发射天舟二号货运飞船。这是空间站货物运输系统的第一次应用性飞行。

  • 神舟十二号载人飞行

2021年6月16日上午,神舟十二号载人飞行任务新闻发布会在酒泉卫星发射中心召开。中国载人航天工程办公室主任助理季启明介绍说,神舟十二号载人飞行任务作为中国空间站阶段的首次载人飞行,神舟十二号载人飞行任务承上启下,十分关键。总体来看,神舟十二号载人飞行任务有四大特点,将为后续空间站建造及应用发展奠定坚实基础,积累宝贵经验。

2021年6月17日9时22分,搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射。此后,神舟十二号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员

图文简介

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