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天和核心艙
來源:互聯網

天和核心艙(代號“TH”,英文名:Tianhe Core Module)是中國天宮空間站的核心艙,也是首個被發射入軌的艙段。它由(航天科技五院)總體設計部抓總研制,是天宮空間站的管理和控制中心,也是航天員長期駐留的主要活動場所,具備長期自主飛行能力。

天和核心艙由節點艙、小柱段、大柱段、后端通道和資源艙組成。整體軸向總長16.6米,艙體最大外直徑4.2米,翼展寬度28.4米,平臺重量21.1噸,起飛質量22.5噸,設計壽命不小于15年。

北京時間2021年4月29日中午11時23分,天和核心艙在文昌航天發射場101工位由長征五號B遙二運載火箭發射升空。2022年,天和核心艙先后與問天實驗艙、夢天實驗艙完成對接及轉位,建成了總重約60噸的中國空間站“T”字基本構型。2024年10月30日11時,神舟十九號載人飛船與空間站天和核心艙前向端口成功對接,整個對接過程歷時約6.5小時。2025年5月22日,神舟二十號航天員乘組圓滿完成第一次出艙活動。此次為進入空間站應用與發展階段以來,航天員首次通過天和核心艙節點艙出艙。

發展沿革

發展背景

中國載人航天發展戰略總體規劃

1992年9月,中國開始實施載人航天工程,并確定了載人航天“三步走”的發展戰略,其中建造空間站為第三步也就是最后一步的建設目標:

隨著載人航天工程開展,到2005年10月,通過神舟一號六艘載人飛船(含試驗船),突破和掌握了載人天地往返技術,中國成為第三個具有獨立開展載人航天活動能力的國家,中國載人航天工程第一步任務目標已經實現。

到2008年,航天員順利完成,按后續規劃,與數艘交會對接的相關任務,突破和掌握航天員出艙活動技術和空間交會對接技術,建成我國首個試驗性空間實驗室,第二步第一階段任務已全面完成。2010年9月,中國批準《載人空間站工程實施方案》,空間站工程立項,并提出了分步完成載人空間站的工程設想。工程分兩個階段,第一階段是在2016年前后,研制并發射8噸級,突破和掌握航天員中期駐留、再生式生命保障以及中國貨運飛船補加等空間站關鍵技術,開展一定規模的空間應用;第二階段是在2020年前后,研制并發射基本模塊為20噸級艙段組合的空間站,突破和掌握近地空間站組合體的建造和運營技術、近地空間長期載人飛行技術,開展較大規模的空間應用,為經濟社會發展提供先進的空間技術平臺。

任務明確

按照中國載人空間站的工程規劃,由一個核心艙、兩個實驗艙組成基本構型,其中核心艙為空間站建設第一階段——關鍵技術驗證階段的任務核心,發射入軌后需要先后與、十三號以及對接,完成空間站補加、再生生保、柔性電池翼和驅動機構、大型柔性組合體控制、組裝建造、艙外操作、在軌維修等七大關鍵技術驗證,為實施空間站組裝建造和長期運營任務奠定基礎。

研制歷程

2012年3月,中國空間站進入方案設計階段,首先將空間站組合體作為一個整體進行系統方案設計,得到對各組成艙段的技術要求,然后再據此開展各艙段方案設計。2014年6月,進入初樣研制階段,首先開展空間站系統詳細方案設計,然后各艙段并行開展詳細方案設計和試驗測試驗證工作。

2018年11月,天和核心艙的工藝驗證艙在中國國際航空航天博覽會亮相,該艙段與真實艙段為1:1關系,狀態幾乎一致,說明天和核心艙的基本方案已經確定,設有3個對接口和2個停泊口、1個出艙口。次年9月,天和核心艙完成初樣研制,轉入正樣研制階段,并完成了力學、熱學試驗,在出廠之前,又進行了三艙聯試試驗,驗證了三艙接口的匹配性、三艙功能融合設計以及組合體飛行方案與飛行程序的正確性。

2020年5月5日18時,長征五號B運載火箭首飛取得圓滿成功,本次發射成功將搭載的和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙送入預定軌道,實現空間站階段飛行任務首戰告捷,也拉開了中國載人航天工程“第三步”任務序幕。2021年初,天和核心艙完成出廠評審,建造任務轉入實施階段,同一時期,航天員乘組已經確定。2021年4月23日,空間站天和核心艙與組合體已轉運至發射區,后續將按計劃開展發射前的各項功能檢查、聯合測試等工作。發射場設施設備狀態良好,工程各參研參試單位正在全力備戰。

2021年5月30日5時01分,天舟二號貨運飛船和天和核心艙順利實現快速交會對接。天舟二號貨運飛船成為首個停靠空間站核心艙的航天器。

命名由來

在對征集結果都評審和研究過程中,強調既注重單個名稱的內涵,又要保持全套名稱的系統性、協調性和互補性,同時還應體現時代特色和進取精神。

基于各界對“”的好評和喜愛,也由于載人航天一線科技工作者對“天宮一號”的深厚感情,最終決定沿用“天宮”作為載人空間站的整體名稱,它既有中國人對空間站的想象,也有渾厚、大氣的特質。

在核心艙的命名選擇上,工程一線科技人員提出取名“天和”的意見,既有“天地人和”之意,喻指宇宙和諧相處,并可較好地體現核心艙聚攏、團結其它各艙段的含義。這一提法得到了認可,并成為核心艙的最終名稱。

技術特點

總體設計

天和核心艙是組合體控制和管理的主份艙段,是空間站的管理和控制中心,具備交會對接、轉位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學實驗的各項能力。天和核心艙全長16.6米,最大直徑4.2米,發射質量22.5噸,整個艙內空間總容積約為50m3,可支持3名航天員長期在軌駐留。核心艙從前到后按功能分為三個艙段:節點艙、生活控制艙和資源艙,共配置了3個對接口、2個停泊口和1個出艙口,設計壽命為15年(經維修)。對接口用于載人飛船中國貨運飛船及其他飛行器訪問空間站,停泊口用于兩個實驗艙與核心艙組裝形成空間站組合體,出艙口主要供航天員出艙活動。

節點艙

節點艙是核心艙作為空間站系統與其他艙段相連的主要部位,具有2個對接口、2個停泊口,同時兼做空間站早期階段航天員出艙活動使用的氣閘艙,還具有1個出艙口。2個停泊口位于節點艙的左右兩側,稱為側向停泊口;出艙活動口在節點艙上方(遠離地球方向);2個對接口分別位于節點艙的前端和下方,分別稱為前向對接口和徑向對接口。

生活控制艙

生活控制艙從尺寸上看,前半部分為小柱段、后半部分為大柱段,大柱段直徑4.2米,小柱段直徑2.8米,主要用于空間站的統一控制和管理,以及航天員生活,具備長期自主飛行能力,能夠支持航天員長期駐留,支持開展航天醫學和空間科學實驗。小柱段有三個睡眠區,每名航天員都有一個獨立的睡眠區,還有衛生間。大柱段是乘組工作、控制、鍛煉和休閑的地方,環境非常舒適。

資源艙

資源艙位于核心艙的后端,直徑4.2米、高度2.1米,艙內安裝的推進模塊攜帶了1.8噸推進劑,該模塊是空間站三個組成艙體中,唯一具備接收推進劑補加功能的模塊,為空間站組合體的長期在軌運行提供動力支持。

特色分系統

環控生保系統

為了讓航天員實現更久在軌停留,空間站設計了完整的可再生生命保障系統。由水處理、尿處理、電解制氧、去除、二氧化碳還原和微量有害氣體去除六大子系統構成,在密封的艙室內建立了一個類似地球環境的可循環系統。航天員呼出的水蒸氣會通過冷凝水方式回收,排泄的尿液也會回收凈化,重新作為飲用水和生活用水使用。而電解制氧時產生的與航天員呼出的二氧化碳,將通過化學反應生成

機械臂系統

天和核心艙攜帶了一支長10米、最大負載25噸的機械臂,采用了仿生設計,如同人的手臂,分為肩、肘、腕關節,具備7個自由度的活動能力,能真實地模擬人手臂的靈活轉動。在機械臂的末端,還配備了視覺測量系統、力傳感器、執行器等,能夠像人的一樣,抓取在軌的艙段或者貨物,也可以帶著航天員在空間站外部轉移,比航天員自己移動要快很多。機械臂還應用了重定向技術,也就是能夠在空間站的外表自行移動,通過機械臂兩端的執行器和空間站表面的適配器,機械臂的活動范圍可以覆蓋整個空間站,能夠用來完成艙段轉位、輔助出艙、貨物轉移等許多復雜的任務。

能源系統

天和核心艙上使用了大面積的柔性可展開太陽能電池翼和配套的能源管理系統。

柔性可展開太陽能電池翼是中國首次應用相關技術,由增強鋁基復合材料制成,集成了面積輕量化、重復展收高可靠、低軌10年在軌長壽命、剛柔并濟高承載等四大全新技術。與傳統的剛性或半剛性太陽電池翼相比,柔性翼體積小、展開面積大、功率重量比高,天和所攜帶的太陽能電池翼雙翼展開后完整面積達到134㎡,但全部折疊收攏后只有一本書那么厚,是傳統太陽能電池翼的1/15,與此同時,僅單翼的發電功率就達到了9kW,在滿足艙內所有設備正常運轉的同時,也完全可以保證航天員在空間站中的日常生活。

電源系統則采用轉換效率30%以上的三結電池片以及先進的鋰蓄能電池,當空間站建成后,多個艙段實行電源并網、統一發電,當空間站運行到地球的陰影區、無法利用太陽能發電時,鋰離子蓄電池將保持對艙體的供電。

推進系統

為實現至少在軌運行15年的設計壽命要求,核心艙推進系統成為了截至目前中國航天飛行器當中最為復雜的推進系統。

天和核心艙配置了補加系統,且首次實現了完全自動化,即核心艙在進行在軌推進劑補加的過程中,使用自動補加程序,可實現完全自主補加,不再需要地面指令干預或是航天員的輔助。在天和核心艙的前、后向對接端口均配置了補加接口,保證了在天和核心艙前向對接口或后向對接口對接時均可為中國空間站補加推進劑,提高了任務的可靠性。

天和核心艙的推進系統同時配備了化學推進系統和電推進系統,其中化學推進系統作為航天常用的常規動力系統,配備了4臺軌控發動機、22臺姿控發動機。

除了傳統的化學推進系統,天和核心艙上還配置有中功率(0.5一10kW)霍爾電推進系統,包括4臺80mN和2個貯氣模塊,推力器的工質為,貯氣模塊可通過機械臂在軌更換。具有精確調整、工作時間長的特性,可減緩空間站軌道衰減速度,還可為空間站節省,減輕了補給運輸的壓力,這也是人類首次在載人航天領域應用電推進技術。

天和的推進系統還首次配備了航天員出艙更換維修的方案,控制驅動器、霍爾電推進發動機氣瓶等設備均可由航天員出艙在軌更換維修,全力確保至少15年使用壽命期間內推進系統始終保持正常可靠工作。

姿控系統

為滿足空間站長期、穩定運行的需要,天和核心艙搭載了6臺大型控制陀螺,角動量達到1500Nms,安裝在核心艙大柱段與小柱段連接錐面外壁上,具有精度高、響應快、壽命長、可靠性高等優點,除了零燃料消耗,還能對航天器柔性部件的干擾縮減到最小。

實驗載荷

天和核心艙承載有開展空間科學研究的任務,艙內除空間站運行所需的必要設備和系統外,還搭載了科學實驗柜,根據發布的科學實驗資源手冊,天和核心艙內搭載的實驗柜有:

(資料來源:)

研究規劃

根據飛行任務規劃,空間站工程分為關鍵技術驗證,建造和運營分3個階段實施,其中關鍵技術驗證階段安排了長征五號B運載火箭首飛、天和一號試驗核心艙、神舟飛船天舟一號貨運飛船飛船等6次飛行任務;建造階段安排了問天艙、夢天艙、神舟飛船、天舟一號貨運飛船飛船等6次飛行任務。

中國空間站命名為“天宮”,具有鮮明的中國特色和時代特征,總體方案優化,通過交會對接和轉位組裝構成空間站本體。其基本構型包括天和核心艙、問天實驗艙Ⅰ和夢天實驗艙Ⅱ,每個艙段規模20噸級。空間站在軌運行期間,由神舟載人飛船提供乘員運輸,由天舟貨運飛船提供補給支持。空間站設計壽命10年,可根據需要,通過維護維修進一步延長壽命。額定乘員3人,乘組輪換期間短期可達6人。

天和艙用于空間站的統一管理和控制以及航天員生活,有3個對接口和2個停泊口。停泊口用于問天艙、夢天艙與天和艙組裝形成空間站組合體;對接口用于神舟飛船、天舟飛船及其他飛行器訪問空間站。

發射及在軌活動情況

中國空間站關鍵技術驗證

2021年4月23日,天和核心艙與組合體在文昌發射中心轉運至發射區,按計劃開展發射前的各項功能檢查、聯合測試等工作。

2021年4月29日,搭載空間站天和核心艙,在海南文昌航天發射場發射升空。中國空間站建設任務正式啟動。

2021年5月30日,天和核心艙與完成在軌對接,補充了航天員生活物資、艙外航天服及空間站平臺設備、應用載荷和等物資。本次對接采用自主快速交會對接模式,歷時約8小時,對接于天和核心艙后向端口,按計劃開展了推進劑在軌補加和空間站應用項目設備測試等工作。2022年3月31日,飛船返回大氣層,整個任務期間,天和核心艙與天舟二號進行了4次交會對接,驗證了與空間站的2小時快速交會對接技術和艙段轉位技術,為后續空間站在軌組裝建造積累了經驗。

2021年6月17日,天和核心艙(與天舟二號組合體)與神舟十二號載人飛船完成對接,航天員聶海勝進入核心艙。本次對接采用自主快速交會對接模式,歷時約6.5小時,這也是天和核心艙首次與進行的交會對接。9月17日,返回并成功著陸,任務期間先后與天和核心艙完成了前向對接、繞飛和徑向交會,并驗證了相關技術。

2021年9月20日,天和核心艙(與組合體)與完成對接,補充了航天員生活物資、艙外航天服及出艙消耗品、空間站平臺物資、部分載荷和等物資。本次對接采用自主快速交會對接模式,歷時約6.5小時,飛船對接在核心艙后向端口,構成三船(艙)組合體。2022年7月17日,撤離空間站,27日,天舟三號飛船再入大氣層,任務期間,核心艙與飛船進行了2次交會對接,進行了繞飛試驗,為空間站在軌建造和運營管理積累了重要經驗。

2021年10月16日,天和核心艙(與、三號組合體)與神舟十三號載人飛船完成對接,航天員、王亞平、進入核心艙。本次對接采用自主快速交會對接模式,歷時約6.5小時,飛船對接于天和核心艙徑向端口,構成四艙(船)組合體。這是核心艙和中國的首次徑向交會對接。2022年4月16日,神舟十三號飛船順利返回,標志著關鍵技術驗證階段最后一次任務圓滿成功。

中國空間站在軌建造

2022年5月10日,天和核心艙(與組合體)與天舟四號完成對接,補充了分屬于航天員系統、空間站系統、空間應用領域、貨運飛船系統的共計200余件(套)物資,補加約750千克。本次對接采用自主快速交會對接模式,歷時約6.5小時,飛船對接在核心艙的后向端口。天舟四號飛船任務揭開了中國空間站在軌建造階段的大幕,是一艘全密封貨運飛船,2022年11月15日,天舟四號返回。

2022年6月5日,天和核心艙(與天舟三號貨運飛船、四號組合體)與神舟十四號載人飛船完成對接,航天員、劉洋、進入核心艙。核心艙與三艘飛船組成了“一艙三船”構型。2022年7月25日,天和核心艙(與、天舟四號組合體)與問天實驗艙對接成功,問天艙對接與核心艙的前向端口,當天,航天員進入實驗艙。9月30日,問天艙與核心艙分離后完成轉位,重新對接在天和核心艙節點艙的側向端口,組成了組合體的“L”形構型。

2022年11月1日,空間站組合體(含神舟十四號、天舟四號)與夢天實驗艙完成對接,夢天艙對接于天和核心艙前向端口。3日,夢天實驗艙完成轉位,中國空間站“T”字構型組裝完成。2022年11月12日,中國空間站組合體與完成對接,本次對接采用自主快速交會對接模式,歷時約2小時,創下了航天器最快交會對接的世界紀錄,并為空間站補加1.4噸、補充物資5.3噸。

2022年11月30日,組合體與神舟十五號載人飛船完成對接,飛船對接于天和核心艙前向端口,整個對接過程歷時約6.5小時。2022年12月4日,乘組成功返回。2022年12月31日,中國國家主席習近平在新年賀詞中向全世界鄭重宣布:“中國空間站全面建成”。

中國空間站在軌運營

2023年5月11日,空間站組合體與完成對接,飛船對接于天和核心艙后向端口,中國空間站進入應用與發展階段。

2023年5月30日,空間站組合體與神舟十六號載人飛船完成對接,飛船對接于天和核心艙徑向端口。2023年6月4日,乘組成功返回。

2024年10月30日11時,神舟十九號載人飛船入軌后,成功對接于空間站天和核心艙前向端口,整個對接過程歷時約6.5小時。按任務計劃,3名航天員隨后將從神舟十九號載人飛船進入空間站天和核心艙。

2025年5月22日16時49分,神舟二十號乘組航天員陳冬、陳中瑞、王杰在天和核心艙節點艙出艙,在地面配合下協同完成任務。歷經約8小時,出艙航天員陳冬、陳中瑞安全返回天和核心艙,出艙活動圓滿成功。此次為進入空間站應用與發展階段以來,航天員首次通過天和核心艙節點艙出艙,且航天員出艙與貨物出艙任務首次關聯耦合實施。

獲得榮譽

2022年2月28日,中國空間站天和核心艙成功發射,神舟十二號、十三號載人飛船成功發射并與天和核心艙成功完成對接事項被選入2021年度中國科學十大進展。

參考資料 >

“問天”來了!中國空間站將迎來首個實驗艙.微信公眾平臺.2023-11-27

空間站天和核心艙發射任務取得圓滿成功.中國載人航天工程.2023-06-23

中國空間站天和核心艙成功發射 開啟中國空間站任務新時代.百家號.2023-11-27

中國空間站:三個艙段 組成中國人的太空之家.百家號.2023-11-27

中國載人航天正式邁入“空間站”時代.中國數字科技館.2023-11-27

中國空間站軌道參數.中國載人航天工程.2023-06-23

空間站:“中國制造”新驕傲(筑夢“太空之家”——中國空間站建設記②).人民網.2023-06-28

天和核心艙成功發射 中國空間站建造全面開啟.新華網.2023-03-21

中國空間站“T”字基本構型在軌組裝完成.新華網.2023-03-21

新華社快訊:神舟十九號載人飛船成功對接空間站天和核心艙.百家號.2024-10-30

神舟十九號載人飛船成功對接空間站天和核心艙.百家號.2024-10-30

神舟十九號載人飛船與空間站組合體完成自主快速交會對接.百家號.2024-10-30

神舟二十號航天員乘組圓滿完成第一次出艙活動.人民日報-今日頭條.2025-05-22

工程簡介.中國載人航天工程.2023-06-18

2005――人類航天成就輝煌.中國政府網.2023-06-18

回眸|我國天宮空間站研制及建造進展.中國載人航天工程.2023-06-27

中國空間站核心艙珠海航展首次亮相.新華網.2023-06-27

長征五號B火箭首飛成功!中國空間站建造拉開序幕.人民日報.2023-06-27

有品質的新聞.人民日報-.2021-04-23

視頻丨中國“太空港”迎來第一艘飛船停靠_澎湃防務_澎湃新聞-The Paper.澎湃新聞-.2021-05-30

集大眾智慧于探索 融中華文化于飛天.中國載人航天工程.2023-06-28

中國人的太空“新家”長啥樣——四大關鍵詞解讀天和核心艙.新華網.2023-06-27

你想了解“天和”核心艙?看這里↓↓↓.央視網.2023-06-19

筑夢航天丨深度揭秘航天空間站,你想知道的都在這里!.中國數字科技館.2023-06-19

發射成功!上海科研力量助力“天和核心艙”升空入軌!.上觀新聞.2023-11-27

它是航天員生命的“守護傘”,構建宜居的“太空家園”.央視網.2023-06-21

我國載人航天環控生保技術躋身世界先進水平 中國空間站氧氣資源100%再生.人民網.2023-06-21

它是空間站上的多面手!來看機械臂是如何配合出艙航天員的.央視網.2023-06-22

天和核心艙工作10年電源如何續?揭秘中國“太空電站”.新浪財經.2023-06-21

電從太空來?從國際空間站停電說起….新浪看點.2023-06-21

人民日報:天和揚帆 筑夢天河(科技自立自強·逐夢深空).中國載人航天工程.2023-06-28

擁有史上最復雜推進系統,天和核心艙的“三個首次”.國家自然科學基金委員會.2023-06-28

姿態控制有“神器”!讓空間站“坐如鐘、行如風”的秘訣是什么.百家號.2023-06-28

重磅!航天日前夕中國公布空間站最新進展.環球網.2021-04-29

中國空間站天和核心艙器箭組合體轉運至發射區.中國政府網.2023-06-27

空間站天和核心艙發射升空|界面新聞 · 快訊.界面.2021-04-29

天舟二號貨運飛船與天和核心艙完成自主快速交會對接.新華網.2023-06-27

航天專家解讀天舟二號貨運飛船“返回”.中國日報中文網.2023-06-27

“太空搬家”是如何完成的?揭秘天舟二號轉位試驗.新浪.2023-06-27

權威快報丨神舟十二號載人飛船與天和核心艙完成自主快速交會對接.新華社.2023-06-27

中國載人航天工程辦公室:神舟十二號載人飛船發射圓滿成功.中國政府網.2023-06-27

神舟十二號載人飛船返回艙成功著陸 3名航天員安全順利出艙.中華人民共和國國防部.2023-06-27

天舟三號貨運飛船與空間站組合體完成自主快速交會對接.中國政府網.2023-06-27

天舟三號貨運飛船受控再入大氣層任務順利完成.中國載人航天工程.2023-06-27

遨游九天今凱旋——寫在神舟十三號返回地球之日.新華網.2023-06-27

天舟四號成功發射!中國空間站全面建造階段揭幕之戰五大看點.中國政府網.2023-06-27

天舟四號受控再入大氣層任務順利完成.中國載人航天工程.2023-06-27

乘舟巡宇探天河——神舟十四號飛天紀實.新華網.2023-06-27

.中國政府網.2023-06-27

我國成功實施問天實驗艙轉位 中國空間站組合體轉為兩艙“L”構型在軌飛行.中國政府網.2023-06-27

飛天圓夢丨此刻載入史冊!夢天轉位成功,中國空間站“T”字基本構型在軌組裝完成!.央視網.2023-06-27

天舟五號“問天”記.中國政府網.2023-06-27

神舟十五號載人飛船發射取得圓滿成功.中國政府網.2023-06-27

神舟十四號載人飛船返回艙成功著陸 神舟十四號載人飛行任務取得圓滿成功.中國政府網.2023-06-27

三步“登天” 中國載人航天底氣源于自立自強.央廣網新聞.2023-06-27

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神舟十五號載人飛船返回艙成功著陸 神舟十五號載人飛行任務取得圓滿成功.新華網.2023-06-27

2021年度中國科學十大進展揭曉!.微信公眾平臺.2023-11-27

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