成果簡介

　　2011年9月29日21時16分，中國自行設計制造的第一個目標飛行器和空間實驗室——“天宮一號”在酒泉衛星發射中心成功發射。2016年3月16日，“天宮一號”正式終止數據服務。“天宮一號”作為空間實驗室的重要組成部分，由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院和上海航天技術研究院研制。其關鍵技術為“空間交會對接”，即與神舟飛船共同完成航天器空間交會對接飛行試驗，同時開展空間應用、空間科學實驗以及空間站技術實驗，為建造空間站積累經驗。“天宮一號”的成功發射，標志著中國航天業邁入了“三步走”戰略的第二步第二階段，標志著我國已經擁有建設初步空間站（即短期無人照料空間站）的能力，是中國建造空間站的起點

歷史背景

　　1992年9月21日，中國政府決定實施載人航天工程，并確定了“三步走”的發展戰略。第一步，發射載人飛船，開展空間實驗；第二步，突破航天員出艙技術、空間飛行器的交會對接技術，發射空間實驗室；第三步，建造空間站。而在第二步，要攻克組裝、交會對接、補給及循環利用等四大技術，這些技術關系到后期空間站的組裝、航天員在空間站的生存等關鍵問題。“天宮一號”就是我國為了解決交會對接問題而發射的第一個目標飛行器。2002年，在進行了多次論證和審查后，“天宮一號”目標飛行器的任務方案得到通過，2006年，目標飛行器進入初樣研制階段。同年，科研人員將其正式命名為“天宮一號”，這個極具中國特色的名字寄托了中國人的無限憧憬。

創新歷程

　　按照計劃，“天宮一號”作為空間交會對接試驗的被動目標，將在發射后的兩年內與神舟系列飛船（“神舟八號”“神舟九號”“神舟十號”）完成無人或有人交會對接任務。在太空中將兩個航天器對接起來形成一個“組合航天器”的對接技術，便是建設空間站的一個基礎和關鍵技術，是實現航天站、太空平臺和空間運輸系統的空間裝配、回收、補給、航天員交換及營救等在軌服務的先決條件。

　　差之毫厘，謬以千里。在350千米的高空，兩個時速28000千米的飛行器如何實現精準對接實在不是一件輕松浪漫的事情。為了讓這個重達8.5噸的“天宮一號”與神舟飛船完成“太空之吻”，負責其總體研究的中國航天科技集團公司五院的研究團隊挑起大梁，承擔起了“天宮一號”的總體研究和攻關任務。

【進行1101次地面試驗，突破“空間交會對接”技術】?
　　“瞄準世界先進水平，我國對接機構采用了導向板內翻式的異體同構周邊式構型，對接機構所有的儀器設備都安裝在周邊，中間留了直徑800毫米的入孔通道，宇航員和貨物就是從這個通道運送。”上海航天技術研究院研究員、交會對接大型地面試驗系統原負責人陶建中介紹說。

　　研制對接機構在我國是一項全新的任務，許多問題都是以前不曾遇到的，其中最主要的技術難點有四個：一是如何保證兩個飛行器相撞時“不撞壞、不彈開”，軟硬適度；二是如何保證很多相互矛盾的動作（如推—拉、合—分）組合在一起具有高可靠度；三是許多復雜的產品要協調安裝于周邊，中間留出入孔通道，如何實現系統集成；四是如何在地面進行試驗，模擬太空微重力情況下的對接分離過程。針對這些技術難點，上海航天技術研究院805所的研制團隊進行了長達16年的科技攻關，突破了仿真先行、集成技術和地面模擬技術等關鍵技術，在此過程中成功申報了20多項專利。對接機構在“上天”之前，就已經在地面上進行了1101次對接試驗、647次分離試驗。

【“神八”升空，實現“太空之吻”】
　　“天宮一號”的發射難度非常大。天宮目標飛行器是個全新的飛行器，火箭系統的技術狀態變化達到170余項，發射場系統的技術狀態變化也多達100余項，這些都給實際實施過程帶來了難度。另外，由于交會對接任務是兩個航天器共同組織實施的，還要考慮到追蹤飛行器“神舟八號”發射的條件因素。由于我國采用的是共面發射，為控制推進劑的消耗，要求飛船要準時發射。“天宮一號”的發射窗口寬度是15分鐘，那么“神舟八號”的發射也必須精確到秒，這樣才能滿足對接要求。

　　在“神舟八號”飛船發射前，要先把“天宮一號”這個目標飛行器調整到一個預定的軌道上，以達到合適的高度、合適的姿態，等待飛船“追”過來。“神舟八號”飛船升空后，開始“追”目標飛行器，飛船主動，目標飛行器被動。兩個飛行器的對接機構自動完成碰撞、捕獲、緩沖、校正、拉近、拉緊、密封和剛性連接。如此，便完成了交會、對接兩個過程。連接后的“組合航天器”將通過制動控制系統，接通它們的電氣液路通道，實現信息和能源并網。

重大意義和深遠影響

　　2011年11月，“天宮一號”與“神舟八號”飛船成功對接，中國由此成為世界上繼美國、蘇聯后第三個自主掌握空間交會對接技術的國家。2012年6月18日，“神舟九號”飛船與“天宮一號”目標飛行器成功實現交會對接，中國3位航天員首次進入在軌飛行器。一年后，“神舟十號”飛船與“天宮一號”順利完成了自動交會對接。。

2018年4月2日8時15分，在太空遨游近7年的“天宮一號”目標飛行器在舉世矚目下平安“回家”，墜入南太平洋，實現永久性“安息”。雖然“天宮一號”結束了使命，但這也預示著中國載人航天工程第三步——大型空間站工程將豪華啟航