天宫二号（空间实验室）-趣爱秀

立项背景

早在1992年，中国就确立了以建立空间站为目标的航天计划。这一计划分三步，第一步是载人飞船阶段，目标是能够把宇航员送到太空，正常运行若干天，并成功返回。

第二步是空间实验室阶段。在这个阶段要解决组装、交互对接、补给以及循环利用等四大技术。这些技术关系到空间站的组装、宇航员在空间站的生存等关键问题。天宫一号就是中国在第二步计划中为了解决交互对接问题而发射的一个目标飞行器。天宫一号被运往太空之后，通过对接可以被改造成一个短期有人照料的空间实验室。

对接技术成熟之后，就可以发射真正的空间实验室——天宫二号。天宫二号将完成再生式循环系统、有效载荷和应用系统的实验以及其他一些科研项目。经过空间实验室阶段，在中国的载人航天“三步走”计划中，我国最终要建设的是一个基本型空间站，为此，我国会在海南文昌新建继酒泉、太原、西昌之后的第四个航天发射场，主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。

研发历程

2011年9月，中国成功年发射了“天宫一号”目标飞行器。“天宫一号”实际上是空间实验室的实验版，采用两舱构型，分别为实验舱和资源舱。之后又成功发射了发射“神舟八号”、“神舟九号”、“神舟十号”。“神九”、“神十”分别是两艘有人的神舟飞船，与“天宫一号”顺利完成了有人及无人自动对接试验。

2014年3月2日，全国政协委员、中国载人航天工程总设计师周建平表示，按照我国载人航天计划，在2020年前后建成空间站之前，将发射天宫二号空间实验室，目标是建成我国正式的空间实验室大系统。

2014年9月10日上午，太空探索者协会第27届年会开幕，中方大会主席杨利伟透露：2016年我国将发射"天宫二号"空间实验室，并发射神舟11号载人飞船和"天舟一号"货运飞船，与"天宫二号"交会对接。突破和掌握推进剂补加等空间站关键技术，并开展一定规模的空间应用。

2014年9月，天宫二号空间实验室、长征七号运载火箭、天舟货运飞船，以及神舟十一号、长征二号F运载火箭等主要产品已进入研制关键阶段，航天员地面训练和地面设施设备准备工作，包括空间站组成模块中的核心舱和两个实验舱研制工作也正在按计划进行。海南航天发射场已基本完工，具备发射条件。

2014年10月初，天宫二号空间实验室本阶段总装工作开始以来，实验舱、资源舱单舱总装分别完成了空间应用系统配套设备安装、电缆安装等总装工作，充分验证了空间应用系统载荷设备与整器的机械接口匹配性，并顺利完成正样实验舱的质量特性测试，为保证总装交付电测顺利进行，打下坚实基础。

2015年1月，中国航天科技集团公司五院完成天宫二号空间实验室空间应用系统载荷设备安装并交付电测。这是空间实验室本阶段总装的标志性节点。

2015年7月，用于发射天宫二号的长二F火箭开始总装。

2016年4月11日，北京航天飞行控制中心表示，天宫二号总装完成，正加紧联调联试。

2016年7月7日，天宫二号空间实验室按流程完成了出厂前所有研制工作，从北京启程，经铁路运输，于同月9日安全运抵酒泉卫星发射中心载人航天发射场，开展发射场区总装和测试工作。这标志着天宫二号与神舟十一号载人飞行任务进入实施阶段。

2016年9月9日，长征二号FT2运载火箭与天宫二号空间实验室组合体垂直转运至发射区。

2016年9月15日22时04分12秒，天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射。

2016年10月19日凌晨，神舟十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。航天员景海鹏、陈东进入天宫二号。

2017年9月17日15时29分，在经过近5个月的飞行后，地面发送指令，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室实施分离。按程序，天舟一号分离至后向120米并保持位置，地面确认状态正常后，发令控制天舟一号正常撤离，天舟一号建立三轴稳定对地飞行姿态，在高度约400公里的近圆轨道上开始独立运行。按计划，天舟一号还将继续开展离轨前的拓展应用和相关试验，提高综合应用效益，同时也为空间站研制建造和运营管理积累经验。

2018年9月15日，天宫二号空间实验室已圆满完成2年在轨飞行和各项试验任务，目前天宫二号平台及装载的应用载荷功能正常、状态良好。为进一步发挥空间应用效益，9月20日天宫二号空间实验室运营管理委员会会议研究决定，天宫二号在轨飞行至2019年7月，之后受控离轨。

2019年7月13日，根据计划安排，天宫二号空间实验室已完成全部拓展试验，计划于2019年7月19日择机受控离轨并再入大气层，少量残骸将落入南太平洋预定安全海域（西经160度-90度、南纬30度-45度）。

设备构造

天宫二号空间实验室由实验舱和资源舱组成，总长10.4米，舱体最大直径3.35米，太阳帆板展开后翼展宽度约18.4米，起飞重量约8.6吨，具有与神舟载人飞船和天舟货运飞船交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等重要功能。

天宫二号是在天宫一号目标飞行器备份的基础上，根据天宫二号的任务的需要改装研制而成。规模与天宫一号基本一致，也是一个长期在轨自动运行、短期载人的飞行器，是我国建造空间站之前进行技术验证的重要阶段。天宫二号将携带国际首个专用的高灵敏度伽马射线暴偏振测量仪器。这项中国－瑞士合作开展的“伽马暴偏振探测项目”（POLAR）是中国空间天文“黑洞探针”计划的组成部分。

天宫二号空间实验室相对于天宫一号目标飞行器，其上搭载了全新配套的空间应用系统载荷设备，无论配套设备数量还是安装复杂度均创造了历次载人航天器任务之最。

我国最终要建设的基本型空间站，它的规模不会超过国际空间站。基本型空间站大致包括一个核心舱、一架货运飞船、一架载人飞船和两个用于实验等功能的其它舱，总重量在100吨以下。其中的核心舱需长期有人驻守，能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。具备20吨以上运载能力的火箭，才有资格发射核心舱。

科研任务

“天宫一号”是空间实验室的特例，主要为了完成交会对接任务，而“天宫二号”则完全是小型空间实验室，科学家、航天员们将在里面展开各种工作和试验，“天宫二号”将解决一定规模、短期有人照料的空间应用问题，航天员在天宫二号上生活的时间将比在神舟九号、神舟十号生活的时间更长。

天宫二号，计划以黑洞等极端天体作为恒星和星系演化的探针，理解宇宙极端物理过程和规律，解答宇宙组成和演化。天宫二号上将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，是中国第一个真正意义上的空间实验室，发射时释放伴飞小卫星，将有飞船与之对接，将完成验证空间站的技术，也将接受航天员的访问。

将来随着空间实验室体积的增大、可靠性的提高，将逐步发展成为空间站的核心舱或者实验舱，增加太空实验的项目和种类，为建成空间站奠定基础。空间站可以允许若干个宇航员同时长期驻守太空，吨位可重达20吨。发射这样重的物体需要使用重型火箭，由于使用的火箭直径较大，无法通过铁路运输，所以用海路运往海南航天发射中心发射。同时，海南航天发射场靠近赤道，有利于增强火箭的运载能力。

“天宫二号”空间实验室装载了空间冷原子钟、空地量子密钥分配试验等14项空间应用载荷。内容涉及微重力基础物理、空间材料科学、空间生命科学等多个领域。

冷原子钟

世界首台太空运行，可以将航天器自主守时精度提高两个数量级，大幅提高导航定位精度。在轨近两年时间里完成了全部既定测试任务，实现3000万年误差小于1秒的预定目标，将人类在太空的时间计量精度提高1至2个数量级。

伽马暴观测

天宫二号空间实验室搭载的伽马暴偏振探测仪完成了伽马射线暴瞬时辐射的高精度偏振探测，相关成果于2019年1月14日在线发表于国际学术期刊《自然·天文学》。该成果的是自20世纪60年代伽马暴发现以来所取得的最佳偏振观测结果，有利于更好理解黑洞的形成和极端相对论喷流的产生等基本天体物理过程，将对研究宇宙中极端物理环境和条件下的基础科学问题发挥重要作用。

科普项目

另外，“天宫二号”空间实验室搭载了香港中学生太空科技设计大赛获奖的3个实验项目，计划在太空开展科普实验活动。

发射规划

中国载人航天团队成功发射天宫一号以来，天宫一号先后与神舟八号、九号和十号飞船完成6次自动和航天员手控空间交会对接。天宫一号已经在轨运行四年半，状态良好，已圆满超额完成了预定的全部任务，各类装载设备功能正常，具备继续在轨工作条件。

天宫二号为天宫一号目标飞行器的备份器，对其进行微小的改进后，由长征二号F改进型无人运载火箭，或长征七号运载火箭从酒泉卫星发射中心发射升空，即类似天宫一号目标飞行器的发射情况。但因天宫一号消耗燃料较少，飞行寿命延长，成功地完成了中国航天三步走的第二步第一阶段，工程人员决定提高天宫二号的质量，约13吨，和原计划发射的天宫三号同质量级别。如此一来，天宫二号可能是取代了原计划天宫三号的任务，完成三步走第二步的第二阶段。但天宫三号是否被取消，而天宫二号任务结束后是否会直接发射空间站的核心舱尚不明了，相关决定大概取决于天宫二号任务的结果。

计划将于2016年第四季度，发射神舟十一号飞船，搭乘2名航天员，与天宫二号对接，进行人在太空中期驻留试验；在此之前，已经在文昌卫星发射中心进行长征七号运载火箭首飞试验，将于2017年上半年，用长征七号运载火箭发射天舟一号货运飞船，与天宫二号对接，开展推进剂补加等相关试验。长征七号是我国全新研制的运载火箭，是我国新一代中型运载火箭的基本型号。它具有一系列自主知识产权的核心技术，是我国首枚“数字化”火箭，从设计到生产，均采用全三维数字平台。

2020年前后完成中国空间站建造任务。空间实验室任务标志我国载人航天进入应用发展新阶段，承前启后，意义重大。

中国航天员中心副总工程师黄伟芬此前曾表示，鉴于空间站任务对航天员的身心素质及专业知识要求更高，第三批航天员来源将会与前两批有所不同。“从第三批开始我们将从跟载人航天工程相关的研制部门选拔工程师，加入到航天员的队伍。”