我国空间站的建设情况及其科学实验设想汇总

未来空间站的设计与建设探索人类在太空中的新家园设计与建设未来空间站探索太空中的新家园未来空间站的设计与建设旨在为人类提供一个能够居住、工作和进行科学研究的太空新家园。

随着人类对太空探索的不断深入，建立一个可持续、安全且具备一定自主能力的空间站变得越发重要。

本文将介绍未来空间站的设计理念与技术要求，并探讨未来空间站对人类的意义及可能的影响。

一、未来空间站的设计理念1. 气密性与防护性未来空间站必须具备高度的气密性和防护性能，以保证太空环境对人类的最小干扰。

这需要采用先进的材料和工艺，确保空间站的各个模块能够有效隔绝外界真空、宇宙辐射和微小碎片的影响。

2. 可持续性与自给自足为了减少对地球的依赖，未来空间站应该追求自给自足，依靠太阳能、回收处理系统和先进的生命保障设备，实现水、氧气和食物的循环利用。

同时，研发新技术和科学实验也应成为空间站的重要任务，以保持空间站的可持续性发展。

3. 空间利用与灵活性尽可能充分利用空间是未来空间站设计的关键之一。

通过模块化设计和柔性布局，空间站可根据实际需求调整内部结构，方便进行各类活动和任务。

同时，合理利用重力差异、微重力环境和真空条件下的物质特性，可以为未来航天科研提供更广阔的平台。

二、未来空间站的技术要求1. 低重力适应性未来空间站必须适应低重力环境下的生活和工作需求。

这需要设计符合人体工程学的舱内设施和设备，确保人员可以舒适地居住、工作和进行科学研究。

2. 资源利用与再利用为了实现自给自足和可持续发展，未来空间站应优化资源利用和再利用系统。

开发高效的水循环、空气净化和废物处理设备，可以将废水、废气和废物转化为可供人类使用的资源。

3. 空间通信与控制未来空间站的通信和控制系统需要确保与地球和其他航天器进行高效、可靠的通信，并实现对空间站内各模块和设备的远程监控和控制。

这将提高任务的灵活性和安全性。

三、未来空间站对人类的意义1. 科学研究与探索未来空间站将成为人类进行太空科学研究和探索的重要平台。

中国空间站近期就建成这样！牛了，我的国天和核心舱、天舟货运飞船、神舟飞船像下饺子一样，接连发射成功，好消息一个接着一个，让条友们赏心悦目、兴奋不已。

有条友就好奇：我国的空间站要建成什么样？总共要发射多少次才能建成？能不能 来个行云流水般的简单总结 ，让条友们 一次就能看明白。

为了满足大家对我国载人航天任务和空间站建设的热情关注和好奇心， @工程师天张决定试一试。

废话不说，这叫 三舱T型 构型，也就是 问天实验舱 （实验舱I）、 梦天实验舱（实验舱II）组成T型那一横， 天和核心舱组成T型那一竖。

但是别忘了，还有2艘 神舟号 载人飞船和1艘 天舟号 货运飞船。

这样就能保证我国的空间站具备6名航天员长期在轨的能力，而这些需要多次发射、对接、撤回等任务有序协调好，才能实现，主要分成两大阶段—— 关键技术验证阶段和 建造 阶段，细分为11次发射任务。

接下来，跟着 @工程师天张 ，用简单的图片把问题说清楚，让您一次听明白。

【一】关键技术验证阶段发射天和核心舱想建设空间站，就跟盖房子一样，先得打地基，天和核心舱就是这个地基。

由于个子大，占地方，只能用长征五号运载火箭（俗称胖五）在文昌基地发射。

然后天和就在太空轨道中先自己玩一段时间。

发射天舟二号货运飞船兵马未动，粮草先行。

发射天舟二号，带着给养，与已经在轨等待的 天和核心舱 后部 对接口对接，然后一起作伴，在轨飞行，从此天和不再寂寞。

发射神舟十二号载人飞船发射的神舟十二号载人飞船，与天和球型节点舱的前端接口对接，这个过程是轴向交会对接，也就是在同一轨道线上，你追我赶地碰头握手。

请注意：动图与上面的示意图标识方向相反中国空间站一字构型神舟十二号乘组在太空工作生活3个月后，开始准备撤离回到地球。

但是，在回来前任务也很重。

先是与天和 暂时和平 分手，然后绕到天和身后，再绕到天和底下，进行径向交会对接验证。

这一步相对轴向交会对接还是难度比较大的，也是为后面的神舟十三号、神舟十四号径向交会对接（分别在第05、07步讲到），提前趟趟路。

中国空间站介绍（说明文）中国空间站（英文：China Space Station，缩写：CSS ，又称：天宫空间站）是中华人民共和国建成的国家级太空实验室。

中国空间站轨道高度为400-450千米，倾角42-43度，设计寿命为10年，长期驻留3人，最大可扩展为180吨级六舱组合体，以进行较大规模的空间应用。

中国空间站由核心舱、实验舱、载人飞船和货运飞船组成。

核心舱名为“天和”，是空间站的主控舱段，主要负责指挥和管理；实验舱名为“问天”、“梦天”，是空间站的实验平台，用于进行空间科学实验和观测；载人飞船名为“神舟”，负责运送航天员进入空间站；货运飞船名为“天舟”，负责运输物资和设备。

中国空间站有着重要的战略意义。

它不仅是中国空间探索的一个重要里程碑，也是中国在太空领域国际地位的象征。

空间站的建设和发展，不仅推动了中国航天技术的进步，也提高了中国在全球航天领域的地位和影响力。

同时，空间站也为人类提供了新的空间探索平台，为未来的太空科学研究和太空开发奠定了基础。

中国空间站具有以下主要特点和优势：一、建造技术先进：中国空间站采用了先进的建造技术，包括大型构件的自动化对接、内部环境的智能化控制等，大大提高了建造效率和精度。

二、功能齐全：中国空间站具备了进行各种空间科学实验和观测的能力，包括生命科学、材料科学、天文观测等，为人类探索宇宙提供了新的机会。

三、可扩展性强：中国空间站设计灵活，可以根据需要进行扩展和升级，以适应未来更多的任务需求。

四、环保节能：中国空间站注重环保和节能设计，采用了许多绿色环保的材料和技术，以降低对环境的影响。

五、应用广泛：中国空间站不仅可用于科研，也可用于商业和军事领域，如太空旅游、卫星通信等。

总的来说，中国空间站是一项具有重大意义和深远影响的航天工程，它不仅提升了中国的航天实力，也为人类探索宇宙、开展科学研究提供了新的平台和机会。

中国空间站科技发展史简介中国空间站科技发展史可以追溯到上世纪60年代，当时中国开始探索太空领域，并在20世纪70年代成功发射了自己的第一颗人造卫星。

自那时起，中国的太空技术逐渐发展，并于2021年成功建成了自己的空间站。

本文将简要介绍中国空间站科技发展的里程碑，以及相关技术的突破和进展。

1. 早期太空探索中国的太空探索始于20世纪60年代，当时中国政府决定发展自己的航天技术。

1969年，中国成功发射了第一颗人造卫星东方红一号，成为继苏联和美国之后第三个拥有自己卫星的国家。

此后，中国陆续发射了一系列卫星，包括通信卫星、气象卫星和地球观测卫星，为后来的空间站建设奠定了基础。

2. 空间实验室的建设中国在20世纪90年代开始了空间实验室的研发工作。

2003年，中国成功发射了神舟五号载人飞船，进行了一次有人驾驶的太空飞行。

这次飞行为中国的空间站计划打下了基础。

接下来的几年里，中国陆续发射了神舟六号、七号、八号等多次载人飞行任务，并成功进行了空间交会对接和舱外活动等关键技术实验。

3. 空间站的建设和发展中国的空间站计划于2011年正式启动。

2016年，中国发射了天宫二号空间实验室，这是中国空间站的前身。

天宫二号成功进行了多次空间交会对接实验，并为后续的空间站建设积累了宝贵经验。

2021年，中国发射了天舟一号货运飞船和神舟十二号载人飞船，成功完成了空间站的首次建设任务。

中国空间站将采用“天和-核心舱+实验舱+货运飞船”的模式，具备长期驻留、载人交替和科学实验等功能。

4. 关键技术突破中国在空间站建设过程中取得了多项关键技术突破。

其中包括空间交会对接技术、长期驻留技术、舱外活动技术等。

中国的空间交会对接技术在神舟飞船和天宫实验室的多次对接任务中得到了验证，并不断优化和完善。

长期驻留技术则涉及太空生命保障、物资补给、环境控制等方面的研究，为航天员在空间站上长期工作提供了保障条件。

此外，中国的舱外活动技术也取得了重要进展，为航天员开展太空维修、科学实验等任务提供了技术支持。

中国空间站大班科学教案 教案标题：探索中国空间站——大班科学教案 教案目标： 1. 了解中国空间站的背景和意义。 2. 通过观察、实验和探索，培养学生的科学思维和观察能力。 3. 培养学生对太空探索的兴趣和好奇心。 教学准备： 1. 图片、视频或模型展示中国空间站的外观和功能。 2. 太空探索相关的书籍或图片资料。 3. 太空探索的相关实验器材和材料。 4. 学生的科学笔记本和绘画工具。 教学过程： 引入活动： 1. 展示中国空间站的图片或模型，激发学生对太空探索的兴趣。 2. 引导学生讨论他们对太空的认识和想法。 探索中国空间站： 1. 介绍中国空间站的背景和意义，包括为什么要建造空间站以及空间站的功能和任务。 2. 分组活动：将学生分为小组，每个小组负责研究一个特定的任务或功能，例如太空实验室、空间生活等。让学生通过阅读相关资料和讨论，了解各个任务的重要性和挑战。 3. 小组展示：每个小组向全班展示他们研究的任务或功能，并回答其他学生提出的问题。 实验探索： 1. 选择一个与太空探索相关的实验，例如重力实验、气压实验等。 2. 说明实验目的和步骤，并引导学生进行实验操作。 3. 学生记录实验过程和结果，鼓励他们提出自己的观察和解释。 创意活动： 1. 鼓励学生用绘画、手工制作或其他创意方式表达他们对中国空间站的想法和展望。 2. 学生可以绘制空间站的平面图、制作太空飞船模型等。 总结和展示： 1. 学生分享他们的创意作品，并讨论各自对中国空间站的认识和想法的变化。 2. 教师总结本节课的学习内容，强调中国空间站对科学研究和人类进步的重要性。 教学延伸： 1. 邀请专业人士或科学家来学校进行讲座，深入了解太空探索的最新进展和挑战。 2. 组织学生参观科技馆或太空科学展览，进一步拓宽他们对太空探索的认识。 评估方式： 1. 观察学生在小组活动中的参与程度和合作能力。 2. 检查学生的科学笔记本，评估他们对中国空间站的理解和实验记录。 3. 评估学生的创意作品，包括表达能力和对中国空间站的想象力。 教案撰写的重点是围绕中国空间站展开科学教学，通过引入、探索、实验和创意活动，培养学生的科学思维和观察能力，激发他们对太空探索的兴趣和好奇心。同时，教案也提供了延伸活动和评估方式，以进一步拓宽学生的知识和评估他们的学习成果。

中国空间站活动方案策划一、项目概述中国空间站活动方案策划旨在规划和组织中国空间站的各类活动，包括科学实验、航天员训练、国际合作等，以提高空间站的科研能力和国际影响力，同时推进我国航天事业的发展。

本方案将以2022年完成核心舱建设为基础，规划未来10年内的活动，并在活动组织过程中注重科技创新、国际合作和人才培养。

二、项目目标1. 提高中国空间站的科研能力和执行力。

2. 加强国际交流与合作，推动国际航天事业的繁荣。

3. 培养和吸引优秀的航天科研人才，推动航天事业的可持续发展。

三、项目内容1. 科学实验计划为了充分利用中国空间站的独特条件，组织开展一系列科学实验项目。

这些实验项目将涉及物理、生命科学、地球科学、天文学等多个领域，旨在解决关键科学问题，推动人类科学进步。

通过国内外专家的评估和选择，确定一批高质量的科学实验项目，并提供必要的技术支持和实验设备。

2. 航天员训练计划为了培养航天员的科研能力和执行力，建立全面、系统的航天员训练计划。

该计划将包括航天员的基础训练、模拟实验、技术培训和体能训练等，以确保航天员具备在太空环境下开展科学实验和应对突发事件的能力。

同时，加强航天员与地面科研团队的交流合作，促进航天员与科学家的深度合作。

3. 国际合作计划与国际航天机构和其他国家开展全方位合作，共同推动空间科学与技术的发展。

通过国际合作，可以共享资源、互相学习、推进航天技术的创新。

合作项目包括共同研发设备、联合科学实验、互派航天员参与对方的空间站项目等。

同时，加强与发展中国家的合作，为他们提供航天科技支持，共同促进全球科技进步。

4. 空间科技创新鼓励空间科技创新，推动航天技术的进一步发展。

通过设立创新基金、鼓励科研人员参与科技竞赛等方式，激励科研人员创新思维和能力，推动科技成果的转化和商业化。

同时，加强与高等院校、研究机构和企业的合作，共同推动航天科技的发展。

5. 航天知识普及开展航天科普活动，普及航天知识，提高公众对航天事业的认识和支持。

我国空间站的发展历程一、前言随着我国科技水平的不断提高和国家经济实力的不断增强，我国逐渐成为了世界上重要的航天大国之一。

其中，建设空间站是我国航天事业发展中的一个重要目标。

本文将详细介绍我国空间站的发展历程。

二、初步探索2003年10月15日，中国成功地发射了第一颗载人航天器“神舟五号”，这标志着中国成为了继俄美之后第三个拥有自主载人航天能力的国家。

在此基础上，中国开始探索建设空间站的可能性。

2008年9月25日，中国成功地发射了首个空间实验室“天宫一号”。

这是中国在空间技术领域迈出的又一重要步伐。

天宫一号主要用于验证各种空间技术，并进行科学实验。

三、核心模块研制2011年11月1日，中国正式公布了建设空间站计划，并确定了“天和”作为我国空间站核心模块的名称。

随后，在研制过程中，中国先后成功地完成了“天和”核心舱、货运飞船、“梦之蓝”等关键技术的研制和试验。

2018年5月，中国成功地发射了“嫦娥四号”探测器，实现了人类历史上首次月球背面软着陆。

这也为我国空间站建设提供了重要的技术支持和参考。

四、空间站建设2021年4月29日，中国成功地将“天和”核心模块送入太空，并于5月23日完成了与货运飞船的自动对接。

此后，中国将陆续发射两个实验舱和两个航天员飞行任务，逐步构建完整的空间站。

未来，中国还将继续加强对空间技术的研究和创新，不断推进我国航天事业的发展。

五、总结从初步探索到核心模块研制再到空间站建设，我国在空间技术领域取得了显著进展。

未来，随着我国科技水平的不断提高和经济实力的不断增强，相信我国在航天事业领域会有更加辉煌的发展。

天宫太空站的知识点总结1. 天宫太空站的发展历程天宫太空站的发展历程可以追溯到上世纪90年代初，当时中国开始正式启动载人航天计划，并先后研制了神舟飞船和天宫一号空间实验室。

2013年，天宫一号空间实验室发射升空，成功实施了多次载人与货运往返任务，并且完成了与神舟十号等载人飞船的组合飞行任务。

2016年，天宫二号空间实验室发射升空，标志着中国的空间站工程正式进入实施阶段。

2. 天宫太空站的组成天宫空间站由核心舱、实验舱和后勤舱组成。

核心舱是天宫空间站的主体，提供生活和工作空间，包括舱内生活区、控制区和锚固区等功能区域。

实验舱主要用于进行科学实验和技术验证，为航天员提供空间实验平台。

后勤舱则负责储存和供给空间站的物资和能源，保障空间站的持续运行。

3. 天宫太空站的建设和发射天宫空间站的建设和发射分为多个阶段。

首先，通过运载火箭将空间站的核心舱和实验舱发射入轨道，然后再次发射运载火箭将后勤舱发射入轨道，并与先前发射的核心舱和实验舱对接组装。

最后，再次发射运载火箭将载人飞船送入轨道与空间站对接，航天员完成交会对接并进入天宫太空站。

4. 天宫太空站的任务与作用天宫太空站的主要任务包括：开展空间科学实验和应用技术试验，推动空间科学与技术的发展；为载人航天员提供生活保障和作业平台，进行空间技术验证与应用探索；为未来深空探测提供技术积累和经验总结；为国际合作提供空间科学实验平台，促进国际空间科学与技术交流与合作。

5. 天宫太空站的国际合作天宫太空站在国际上也积极参与国际空间合作，目前已与多个国家和国际组织开展了广泛的空间合作。

与联合国合作共建联合国宇宙空间站是天宫太空站的一个重要国际合作项目，通过这一合作项目，天宫太空站将为多个国家提供实验平台，并展开多个国际联合科学实验项目。

6. 天宫太空站的未来展望未来，中国将会进一步完善并扩大天宫空间站的作用与任务，推动空间科学与技术的进步，并为人类进一步探索太空、开展深空探测做出更大的贡献。

空间站建设技术创新解析近年来，随着人类对外层空间的探索日益深入，空间站的建设变得越来越重要。

空间站是一个可以容纳宇航员居住和进行科学实验的空间设施，它是人类在太空中的家园。

在空间站建设中，无论是工程建设还是技术创新都扮演着重要的角色。

本文将对空间站建设中的技术创新进行解析。

一、空间站建设的技术挑战空间站建设是一项复杂而艰巨的任务。

在太空环境中，宇航员需要面对极端的温度、真空、高辐射等极端条件，因此技术创新至关重要。

首先，空间站需要具备稳定的提供宇航员生存环境的能力，包括氧气、水和食物供应、废物处理等。

其次，空间站的结构需要足够坚固，能够抵抗太空中的微小颗粒以及宇宙射线的冲击，确保宇航员的安全。

此外，航天器和空间站的对接技术，以及宇航员在空间站内的移动和工作能力也是需要精心设计和创新的。

二、科学实验设施的创新空间站不仅是宇航员的家园，也是科学实验的重要基地。

在太空环境下，宇航员可以进行零重力条件下的科学实验，这些实验将对物理、化学、生物等科学领域带来重大突破。

技术创新在科学实验设施方面起着重要作用。

例如，为了解决零重力下的液体实验问题，研发了微重力技术，可以实现精确地控制液体的流动。

同时，为了满足不同科学实验的需求，空间站还需要具备灵活的实验设备，这就要求设计和创新出更加紧凑、高效的实验设施。

三、对航天器和空间站的对接技术创新为了实现空间站建设的不断扩展和更新，航天器和空间站的对接技术也需要不断创新。

对接技术的创新使得航天器可以与空间站自由对接，从而实现燃料补给、人员交接、设备更换等功能。

例如，国际空间站的对接技术采用了共同的标准，不同国家的航天器可以实现互相适配。

此外，自动对接技术也得到了发展，提高了对接的安全性和可靠性。

这些创新使得空间站的建设和运营更加灵活和高效。

四、宇宙飞船的运载能力提升随着空间站建设的不断发展，宇宙飞船的运载能力也需要不断提升。

宇宙飞船是运载宇航员和物资到达空间站的关键环节，它承载着空间站建设和运营的重要任务。

㊀V o l ．３１㊀N o ．６㊀２６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程S P A C E C R A F TE N G I N E E R I N G ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３１卷㊀第６期㊀２０２２年１２月中国空间站建设系统方案特点与展望王翔㊀张峤㊀王为(北京空间飞行器总体设计部,北京㊀１０００９４)摘㊀要㊀空间站作为长期在轨飞行的载人空间飞行器,是一个国家科技实力的综合体现.建造中国空间站是我国载人航天工程三步走发展战略的最终目标.文章从设计原则㊁总体方案㊁建造过程和系统功能设计等方面介绍了中国空间站建设的设计方案,在此基础上分析并总结了中国空间站在设计理念先进㊁新技术比重大㊁建造费效比优㊁驻留安全高效等方面的技术特点,最后探讨了中国空间站面向未来的应用和发展方向.关键词㊀空间站;系统方案;技术特点;展望中图分类号:V ４７６ １㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀D O I :１０ ３９６９/ji s s n １６７３Ｇ８７４８ ２０２２ ０６ ００５S y s t e mC h a r a c t e r i s t i c s a n dP r o s p e c t o fC h i n a S pa c e S t a t i o n WA N G X i a n g㊀Z H A N G Q i a o ㊀WA N G W e i (B e i j i n g I n s t i t u t e o f S p a c e c r a f t S y s t e m E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g １０００９４,C h i n a )A b s t r a c t :A s am a n n e d s p a c e c r a f t o p e r a t i n g i no r b i t f o r a l o n g t i m e ,t h e s p a c e s t a t i o n e m b o d i e s a c o u n t r y s s c i e n t i f i c a n d t e c h n o l o g i c a l s t r e n g t h c o m p r e h e n s i v e l y ．B u i l d i n g t h eC h i n a S pa c e S t a t i o n (C S S )i st h eu l t i m a t et a r g e to ft h et h r e e Ｇs t e p d e v e l o p m e n ts t r a t e g y o fC h i n a M a n n e d S pa c e (C M S )P r o g r a m．I n t h i s p a p e r ,s y s t e md e s i g no fC S S i s i n t r o d u c e d i n t e r m s o f i t s d e s i gn p r i n c i Ｇp l e s ,s y s t e ms c h e m e ,b u i l d i n g p r o c e s s ,a n d f u n c t i o n d e s i gn ．O n t h i s b a s i s ,f o u r t e c h n i c a l c h a r a c Ｇt e r i s t i c s o f C S S ,i n c l u d i n g t h e a d v a n c e d d e s i g n c o n c e p t ,t h e l a r g e p r o p o r t i o n o f n e wt e c h n o l o gi e s ,t h e e x c e l l e n t c o s t Ｇe f f e c t i v e n e s s r a t i o ,a n d t h eh i g hs a f e t y a n de f f i c i e n c y of t h e c r e w s r e s i d e n c e ,a r e a n a l y z e d a n d s u mm a r i z e d ．F i n a l l y ,t h e f u t u r e a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p m e n t o f C S S i s d i s c u s s e d ．K e y w o r d s :s p a c e s t a t i o n ;s y s t e ms c h e m e ;t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ;p r o s p e c t 收稿日期:２０２２Ｇ０９Ｇ０７;修回日期:２０２２Ｇ１２Ｇ０９基金项目:中国载人航天工程作者简介:王翔,男,博士,研究员,中国载人航天工程空间站系统总指挥,从事载人航天器总体设计与研制工作.通讯作者:张峤,男,博士,高级工程师,空间站问天实验舱总体主任设计师,从事载人航天器总体设计与研制工作.E m a i l :z h a n g qi a o _b i t ＠h o t m a i l ．c o m .㊀㊀载人航天技术是世界航天的发展热点之一,不仅能反映一个国家航天技术的发展水平,而且成为衡量一个国家经济㊁技术和军事力量以及综合国力的一个重要标志.我国的载人航天工程于１９９２年立项,采用 三步走 的发展战略方针,建造空间站正是该战略方针最终目标[１].空间站的建成和运营将使我国成为独立掌握近地空间长期载人飞行技术,具备长期开展近地空间有人参与科学技术试验能力,能够综合开发利用太空资源的国家,为人类和平利用太空作出开拓性的贡献.２０１０年９月,中国载人空间站工程正式立项实施[２].经过１１年的不懈努力,２０２１年４月２９日,天和核心舱在海南文昌航天发射场由长征五号B 运载火箭成功发射入轨,拉开了我国载人空间站建造的大幕,标志着我国载人空间站工程进入任务实施阶段[３].按计划,从２０２１年至２０２２年,通过１１次发射及在轨飞行任务,我国将完成空间站的组装建造,转入正式运营阶段.截至目前,国外先后发射并进入太空运行的空间站包括苏联礼炮号,美国 天空实验室 ,苏联和平号空间站,以及由美俄为首㊁１６个国家参与建造的 国际空间站 [４Ｇ６].我国天宫空间站的建设运行,将使我国成为继苏联/俄罗斯㊁美国之后第三个独立建设运行空间站的国家.１㊀任务目标天宫是一个具有浓郁中国特色的词汇,寄托着中华民族对于广袤太空的无限遐想.中国空间站取名为天宫,表明它是一个长期稳定运行的 太空母港 ,可为在轨乘组提供舒适的驻留保障,可持续开展空间科学研究及技术试验探索,也可为来访飞行器提供必要的服务支持.通过天宫空间站的建设,我国将在特殊的太空环境中搭建起有人参与的科学探索与技术创新国家级太空实验室,航天员和科学家将经常往来于天地之间,开展大规模的空间科学实验和技术试验,进一步推动我国创新型国家建设,显著提升我国在国际科学技术领域的影响力.天宫空间站的建设任务目标包含以下三个方面[７]:(１)建造以天和核心舱㊁问天实验舱和梦天实验舱为基本构型,长期在轨可靠运行的空间站;(２)为航天员长期在轨健康生活㊁有效工作提供保障,并在其他系统配合下,保证访问空间站航天员的安全;(３)为开展多领域空间科学实验与技术试验提供保障和支持条件.２㊀系统方案设计作为世界上第三座多舱段在轨组装建造空间站,天宫空间站在系统设计上充分借鉴了和 平号 空间站和国际空间站的经验教训[８Ｇ９],坚持立足我国基本国情,秉持规模适度㊁安全可靠㊁技术先进㊁系统优化㊁经济高效的理念,充分利用我国载人航天前期技术基础,着力发挥后发优势,走出一条独立创新的跨越式发展道路.２ １㊀设计原则天宫空间站的设计遵循以下原则:(１)符合中国国情,有所为㊁有所不为,规模适度,留有发展空间;(２)具有突出的中国元素和核心内涵;(３)追求技术进步,充分采用当代先进技术建造和运营空间站,全面掌握大型空间设施的建造和在轨操作能力;(４)注重应用效益,在空间站应用领域取得重大创新成果;(５)追求运营经济性,走可持续发展的道路.２ ２㊀总体方案综合考虑载人飞船的发射场㊁着陆场地理位置以及返回的回归轨道,天宫空间站运行在轨道倾角４１ʎ~４３ʎ,轨道高度３４０~４５０k m的近地轨道上.其设计寿命大于１０年,额定乘员３人,乘组轮换时可达６人.天宫空间站由天舟货运飞船负责运送推进剂㊁设备载荷和其他物资消耗品,并负责下行销毁废弃物的任务.载人运输任务则由神舟飞船负责.天宫空间站由天和核心舱㊁问天实验舱和梦天实验舱三个基本舱段组成,呈T字构型.天和核心舱居中,问天实验舱和梦天实验分别连接于两侧,如图１所示.天宫空间站设置有前向㊁后向和径向３个对接口.前向对接口主要用于对接载人飞船和巡天空间望远镜,后向对接口主要用于对接货运飞船,径向对接口主要用于对接载人飞船[１０].图１㊀天宫空间站构型图示F i g １㊀C o n f i g u r a t i o nd i a g r a mo fT i a n g o n g s p a c e s t a t i o n天宫空间站以三舱构成完整的系统进行统一设计,整体构型设计借鉴了 和平号 空间站 积木组装 式的构型特点.为了避免 和平号 空间站各舱段间太阳电池翼遮挡严重的问题,整站长期飞行采取三舱布置在同一平面,减少了舱段间的舱体相互遮挡.两个实验舱构型㊁质量特性基本一致,在 T 字构型中呈横向对置,再结合每个实验舱近２０m的结构长度,形成了类似 国际空间站 的桁架结构.实验舱大面积太阳电池翼布局于整体构型的两侧,同时配置双自由度驱动机构,使太阳电池翼能够随时与太阳光线垂直,保证发电效率始终保持在最高状态.７２㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王翔等:中国空间站建设系统方案特点与展望２ ３㊀建造过程天宫空间站三舱基本构型采用空间交会对接和在轨舱段转位的方式完成建造,如图２所示.组装建造可分为如下五个步骤:(１)第一步,发射天和核心舱,在载人飞船㊁货运飞船的配合下进行空间站组装建造的关键技术在轨验证;(２)第二步,发射问天实验舱,与天和核心舱前向对接口交会对接,形成 一 字形两舱组合体;(３)第三步,在梦天实验舱发射前,将问天实验舱由天和核心舱前向对接口在轨转位至I V 象限停泊口,形成 L形两舱组合体;(４)第四步,发射梦天实验舱,与天和核心舱前向对接口交会对接,形成 ┠ 字形三舱组合体;(５)第五步,将梦天实验舱由天和核心舱前向对接口在轨转位至I I 象限侧停泊口,形成 T 形三舱组合体,完成天宫空间站基本构型建造.图２㊀天宫空间站组装建造过程图示F i g ２㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f a s s e m b l y of T i a ng o n g s pa c e s t a t i o n ２ ４㊀系统功能设计２ ４ １㊀控制及推进系统设计天宫空间站姿态控制采用控制力矩陀螺(C MG )控制和发动机喷气控制两种方式,以C MG 控制为主,喷气控制为辅.综合考虑舱段构型布局和维修性设计,天和核心舱与问天实验舱各配置１套C M G (每套６个,共１２个),分别布置在舱外和舱内,如图３所示.通过不同飞行姿态对角动量控制的针对性需求,规划C MG 按照１套开机或２套同时开机进行工作.天宫空间站设计有对地定向飞行㊁惯性飞行㊁力矩平衡正向飞行３种正常情况下的飞行姿态.综合考虑太阳翼发电效率和姿控推进剂消耗,单舱和两舱组合体飞行期间主要采用惯性飞行姿态,三舱组合体飞行期间主要采用力矩平衡正向飞行姿态.对地定向飞行姿态由于推进剂消耗较大,主要在交会对接等特定任务中使用.在力矩平衡正向飞行姿态下,天宫空间站利用重力梯度力矩实现C MG 角动量卸载,既可避免发动机喷气带来的姿控推进剂消耗,又可合理地规划发动机使用策略,避免其寿命过度使用.图３㊀天宫空间站上的C MGF i g ３㊀C MG s o nT i a n g o n g s pa c e s t a t i o n 为了实现天宫空间站在轨长期运行,在天和核心舱配置了推进剂补加系统,接受由天舟货运飞船所携带的推进剂.补加系统采用基于膜盒贮箱和增压气体复用的推进补加方案,配置了长寿命高可靠压气机,实现了增压气体的重复利用.在天和核心舱前㊁后向对接机构均配置了补加接口,保证了货运飞船在天和核心舱前向对接口或后向对接口对接时均可为天宫空间站补加推进剂,提高了任务的可靠性.另外,当巡天空间望远镜等来访飞行器在天和核心舱前向对接口停泊时,停泊在后向对接口的货运飞船可过路天宫空间站为巡天空间望远镜和其他８２㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀来访飞行器跨舱提供推进剂补加.此外,天宫空间站在天和核心舱上配置有的中功率(０ ５~１０k W )霍尔电推进系统,作为化学推进系统的补充.霍尔电推进系统包括４台８０m N 霍尔推力器和２个贮气模块,推力器的工质为氙气,贮气模块可通过机械臂在轨更换.这是国际上首次应用电推进系统用于辅助开展空间站的轨道维持,是天宫空间站在推进技术方面的一项重要创新(如图４所示).电推进系统可减缓空间站轨道衰减速度,还可为空间站节省化学推进剂,减轻了货运飞船补给运输的压力.图４㊀电推进系统试车照片F i g ４㊀T e s t i m a g e s o f e l e c t r i c p r o p u l s i o n s ys t e m ２ ４ ２㊀能源系统设计为提升发电能力,天宫空间站配置了大面积柔性太阳翼作为发电设备,采用转换效率３０％的三结砷化镓电池片以及先进的锂离子蓄电池.天和核心舱太阳翼单翼展开长度１２ ６m ,采用单自由度驱动机构驱动(如图５所示).问天和梦天实验舱太阳翼单翼展开长度２７m ,阵面面积超过１１０m ２,采用双自由度驱动机构驱动,太阳翼可在轨收拢和展开,支持在轨维修和更换.天宫空间站采用标准１００V 母线体制,各舱之间通过并网统一供电,可向停靠的载人飞船和货运飞船提供一定功率的电能.两个实验舱之间还可实现能源动态调配,为所需舱段的科学实验载荷用电提供支持.图５㊀天和核心舱太阳翼在轨展开图示(在轨任务图片)F i g ５㊀O n Ｇo r b i t u n f o l d i n g o f s o l a r a r r a y s o n T i a n h e c o r em o d u l e (o n Ｇo r b i tm i s s i o n)天宫空间站形成T 字形三舱组合体后,天和核心舱太阳翼容易被实验舱的舱体和太阳翼遮挡,发电效率降低.通过将天和核心舱太阳翼收拢㊁拆卸㊁转移到两个实验舱尾部,可拓展整站的发电能力(如图６所示).该任务是在舱外两个机械臂的组合使用下,通过多次航天员出舱活动完成的,将充分展现天宫空间站对于舱外大型设备转移㊁再建的扩展能力.图６㊀天和核心舱太阳翼转移安装后构型F i g ６㊀C o n f i gu r a t i o na f t e r t r a n s f e r a n d r e i n s t a l l a t i o n o f s o l a r a r r a ys o fT i a n h e c o r em o d u l e ２ ４ ３㊀载人环境系统设计天和核心舱与问天实验舱均配备了全套再生生保系统和非再生生保系统,梦天实验舱配备了简化的非再生生保系统.核心舱再生式生保系统负责整站载人环境控制,非再生设备作为辅助;问天实验舱再生生保系统作为载人环境控制的系统级备份.天宫空间站再生生保系统采用物理化学再生方式[１１],包含了电解制氧㊁微量有害气体去除㊁C O ２去除㊁水处理㊁尿处理㊁C O ２还原６个子系统.电解制氧系统提供航天员生活所必须的O ２.C O ２去除系统可将人体产生的C O ２经可再生吸附剂吸附并利用舱外真空热解吸[１２].针对不同的微量有害气体,采用化学吸收㊁物理吸附㊁常温催化氧化和高温催化氧化等手段去除[１３];再生吸附装置通过真空热解吸将大部分微量有害气体排到舱外,实现吸附剂再生.人体尿液经尿处理系统蒸馏后生成尿蒸馏水,再与舱内收集的冷凝水一同经水处理系统处置.水质可以满足航天医学饮用水要求和电解制氧用水要求.在空间站建造及运营阶段,通过C O ２还原系统,将从C O ２去除系统中收集㊁浓缩后的C O ２与电解制氧的副产物H ２反应生成C H ４和水,经水处理系统９２㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王翔等:中国空间站建设系统方案特点与展望净化后再用于补充航天员饮水,进一步提高生命保障系统的物质闭环程度,降低对在轨驻留消耗品的补给需求.经在轨数据综合评估,舱内的氧气和水基本实现了不依赖地面上行,极大地减轻了货运飞船补给运输的压力.２ ４ ４㊀机械臂系统设计天宫空间站在天和核心舱配置１个７自由度大机械臂,作业半径为１０m ,最大负载２５t ,在问天实验舱配置１个７自由度小机械臂,作业半径为５m ,最大负载３t (如图７所示).两个机械臂均配置了丰富的视觉测量㊁关节力矩㊁末端力传感器,可独立㊁组合或协同使用,完成舱段转位㊁辅助航天员出舱㊁舱外货物转移㊁舱外载荷照料㊁悬停捕获来访飞行器等复杂在轨任务[１４].大机械臂主要负责大负载大范围转移,小机械臂主要负责小负载精细化操作,组合臂主要执行航天员或舱外载荷的大范围操作任务.双臂组合后作业半径可达１５m.图７㊀天宫空间站机械臂(在轨任务图片)F i g ７㊀R o b o t i c a r mo fT i a n g o n g s pa c e s t a t i o n (o n Ｇo rb i tm i s s i o n)㊀㊀大小机械臂均具有重定位能力,形象地说就是能头尾互换地进行 爬行 .天宫空间站舱体表面安装了多个机械臂适配器,在它们的配合帮助下两根机械臂可以在舱体表面灵活移动,大大扩展了任务灵活性和活动范围.２ ４ ５㊀出舱活动设计出舱活动是保障空间站长期可靠运行,完成舱外组装建造和舱外作业,开展舱外载荷操作的必要手段.天和核心舱节点舱和问天实验舱专用气闸舱均支持航天员出舱活动.天和核心舱单舱飞行期间利用节点舱出舱;问天实验舱对接后,使用专用气闸舱出舱,节点舱作为备份,如图８所示.此外,安装在空间站舱外的设备(含舱外载荷)则通过梦天实验舱货物气闸舱实现自动出舱,如图９所示.该项功能有效的减少了航天员的出舱次数,提高了舱外作业效率,进一步保证了航天员的安全.图８㊀航天员出舱场景(在轨任务图片)F i g ８㊀S c e n a r i oo f c r e w m e m b e r e x i t i n g th e m o d u l e (o n Ｇo r b i tm i s s i o n)０３㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀图９㊀货物专用气闸舱图示F i g ９㊀S p e c i a l a i r l o c km o d u l e f o r c a r g o２ ４ ６㊀组装建造设计天宫空间站的组装建造任务主要由交会对接和舱段转位实现.在空间站运营阶段,通过航天员出舱活动,将天和核心舱太阳翼转移至问天实验舱和梦天实验舱尾部桁架安装,扩大空间站的发电能力.１)交会对接天和核心舱具备接纳从８t量级载人飞船到２３t 量级实验舱等多种飞行器交会对接的能力.交会对接方式包括前向㊁后向和径向,对接轨道高度为３９３ʃ１０k m.根据来访飞行器的不同任务特点,交会对接时长可持续１~５天不等.交会对接以自动控制模式为主,为提高飞行任务的可靠性,天和核心舱还配置了手控遥操作交会对接设备.在最后的平移靠拢段,核心舱内的航天员可通过观测实时图像操作控制手柄,对实验舱㊁货运飞船㊁巡天空间望远镜等飞行器进行遥控对接,如图１０所示.图１０㊀天和核心舱与天舟货运飞船手控遥操作对接在轨试验(在轨任务图片)F i g １０㊀M a n u a l r e m o t e c o n t r o l d o c k i n g t e s t b e t w e e n T i a n h e c o r em o d u l e a n dT i a n z h o u c a r g o s p a c e s h i p(o nＧo r b i tm i s s i o n)㊀㊀实验舱采用了 n圈＋６脉冲 的全相位快速交会对接方案,如图１１所示,在天地协同模式下,首次使用了通过地面制导软件计算快交策略并注入执行的飞行控制策略.通过预留 n圈 的大相位追及圈次,可实现实验舱对核心舱组合体３６０ʎ全相位追踪.问天实验舱于２０２２年７月２４日发射入轨后,自主实施６次快交脉冲后准确转入自主控制阶段,共计用时１３h完成与核心舱组合体交会对接,实现了世界首次２３吨级追踪飞行器的快速交会对接任务.实验舱柔性太阳翼长２７m,采用二次展开方案,对接前展开约６ ５m,动力学特性满足交会对接控制要求;对接后太阳翼全展开,动力学特性满足天１３㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王翔等:中国空间站建设系统方案特点与展望宫空间站长期在轨控制精度要求.该策略在梦天实验舱飞行任务中再次得到应用验证.图１１㊀实验舱快速交会对接策略图示F i g １１㊀F a s t r e n d e z v o u s a n dd o c k i n g s c h e m e o f e x pe r i m e n tm o d u l e ㊀㊀２)舱体转位通过舱段转位技术,将问天实验舱和梦天实验舱转位至节点舱侧向停泊口,实现天宫空间站三舱组合体的组装建造,如图１２所示.梦天实验舱发射前,将问天实验舱由节点舱前向对接口转位至I V象限停泊口永久停泊.梦天实验舱与核心舱对接后,将梦天实验舱由节点舱前向对接口转位至I I 象限停泊口永久停泊.问天实验舱与梦天实验舱分别于２０２２年９月３０日和１１月３日完成转位任务,空间站T 字基本构型建造完毕.图１２㊀天宫空间站舱段转位示意图F i g １２㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo fm o d u l e t r a n s f e r r i n g天宫空间站舱段转位任务以转位机构转位为主份,大机械臂转位为备份.转位机构转位实验舱期间,大机械臂在核心舱待命,通过臂上摄像机对转位过称进行全程监视,同时具备实时备份接手的条件.与和平号空间站采用 翻转式 转位模式不同,天宫空间站采用 平转式 转位方案,即实验舱与核心舱始终处于一个平面内,如图１３所示.这种转位模式既有利于实验舱舱外天线和敏感器在不同飞行剖面中的统一化配置及综合利用,也有利于空间站长期在轨飞行的测控覆盖.为保证转位过程整站姿态漂移小,转位过程采用重力梯度被动稳定控制.图１３㊀转位机构转位实验舱全过程示意图F i g １３㊀W h o l e p r o c e s s o f e x p e r i m e n tm o d u l e t r a n s f e r r i n g b y t r a n s f e r r i n g m a n i pu l a t o r ３㊀技术特点及先进性总体来看天宫空间站技术特点主要体现在设计理念先进㊁新技术比重大㊁建造费效比高㊁驻留安全高效等４个方面.３ １㊀设计理念先进,系统架构优化天宫空间站充分发挥了由我国一国独立研制的优势,在设计之初就高度重视系统层面的设计架构和技术体制,坚持 １＋１＋１＝１ 的设计理念,重点突出系统顶层设计,实现三舱间系统融合㊁接口匹配.在产品实现层面,各分系统采用相同的研制规范,统２３㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀一制定了元器件选用要求㊁原材料选用要求㊁通用计算机选用要求等规范性技术文件.分系统针对三舱功能制定产品配套,产品通用化率大于８０％.形成组合体后,原本独立的三舱形成一个有机的整体,在天和核心舱的同一管理下,各舱段的控制系统㊁能源系统㊁信息系统㊁热控及载人环境系统跨舱互联,协同工作.例如,在舱段间进行千瓦级大功率供电调配的同时,将舱段间的热控流体回路连通,实现千瓦级热量的跨舱传输,均衡各舱段热控辐射器的散热能力.同时,整站充分利用了快速发展的先进信息网络技术,实现了舱段间资源的高效融合使用,提高了空间站整体能力和系统可靠性.例如,当天和核心舱的控制系统㊁能源系统㊁信息系统或载人环境系统出现异常且短时间内不可修复时,天宫空间站可自动将控制权切换至问天实验舱,保证在轨任务可靠执行.此外,天宫空间站与神舟载人飞船和天舟货运飞船的技术体系也保持一致,使得神舟载人飞船和天舟货运飞船与天宫空间站对接后也能构成有机整体,参与组合体的管理.例如,天宫空间站的计算机可控制天舟货运飞船的发动机进行组合体轨道和姿态控制,也可通过天舟货运飞船的中继天线下行百兆高速数据.天宫空间站既可对神舟载人飞船㊁天舟货运飞船㊁巡天空间望远镜等来访飞行器进行并网供电,也可接受天舟货运飞船的反向供电支持.天宫空间站既可对神舟载人飞船提供热支持,也可接受神舟飞船内的产品对其进行辅助除湿.３ ２㊀新技术比重大,智能化程度高１)新技术应用我国是在经过空间实验室阶段任务,突破了交会对接等关键技术的基础上,经充分地面试验验证,引入新技术进行天宫空间站的组装建造,走出了一条稳健的跨越式发展道路.新技术比重大是天宫空间站的显著特征,其采用的空间机械臂技术㊁物化式再生生保技术㊁大面积柔性太阳翼技术等均为我国首次在轨应用的全新技术,应用难度大㊁研制风险高.针对新技术应用带来的在轨飞行任务风险,天宫空间站按照逐步开展㊁稳步推进的策略开展研制,逐级提高技术成熟度.在天和核心舱发射入轨后,专门设置了关键技术在轨验证阶段,为期约１年时间.在神舟载人飞船和天舟货运飞船的配合下,利用天和核心舱对后续空间站组装建造的关键技术进行全方位在轨验证,特别是对存在较大天地差异㊁无法通过地面测试试验全面验证的关键技术进行在轨验证.例如,通过核心舱太阳翼㊁大机械臂在轨测试验证,为问天实验舱所携带的实验舱太阳翼㊁对日定向装置㊁小机械臂等复杂产品的研制提供了充足的在轨数据支持,为后续在轨操作提供了详实的测试方案㊁协同程序㊁飞控策略.新技术比重大也是天宫空间站充分利用后发优势实现新技术应用的具体体现.得益于近年来信息技术的飞速发展,天宫空间站充分利用先进信息网络技术来提升平台能力.基于我国第二代中继卫星的天地链路传输速率达到１ ２G b i t/s,为 国际空间站 的２倍.通过高速以太网为科学实验载荷直接提供服务系统,既能满足载荷数据传输的高性能要求,又为地面技术向在轨航天器移植提供了极大的便利.２)智能化水平天宫空间站从设备及系统层面均体现了较高的智能化程度.例如,通过设置无线W iＧF i网络及语音图像系统,航天员可使用智能手机㊁平板电脑对生活家居及在轨物资进行智能化管理.整站配置了压力泄漏检测系统,当密封舱失压时自动报警,根据失压等级提醒航天员采取堵漏㊁隔离等措施.当整站出现供电能力下降㊁推进剂泄漏㊁辐射器泄漏等紧急重大故障时,通过高性能计算机系统实现故障自主诊断,自动隔离危险源,进行安全性处置.３)数字化建设天宫空间站从方案设计阶段开展,全面应用数字化技术,实现了三维设计㊁三维出图㊁三维图纸下厂㊁数字化制造㊁无纸化总装和检验㊁数字化质量确认,实现了从产品设计到研制㊁验收的全面数字化,大幅度提高了工作效率.通过全面开展了数字仿真工作,研制人员针对天宫空间站的建模仿真技术取得了长足发展[１５Ｇ１６].突破地面试验条件限制,将数字仿真和物理试验相结合,完成了空间站机械臂㊁柔性太阳翼㊁出舱活动任务㊁舱段转位任务等地面验证,利用单机物理试验修正仿真模型,利用仿真模型实现系统级的任务仿真验证.基于M B S E技术建立了数字空间站,在飞行任务期间实时数据驱动伴飞,预测整站健康趋势,并利用数字空间站对出舱活动㊁舱段转位㊁组合体运行㊁机械臂操作等任务进行仿真验证和专业技术支持.在工程总体协调和支持下,数字空间站功能将集合载人船㊁货运飞船㊁空间应用系统的仿真模型,实现全功能数字空间站.３３㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王翔等:中国空间站建设系统方案特点与展望。