外太空摄影

“天宫”系列太空实验室

——组建中国第一个宇宙空间站

工程总投资：150亿元左右

工程期限：2000年——2020年

按照我国载人航天计划，中国最终将建设一个永久性的宇宙空间站，并着手实现载人

登月。

据中国工程院院士、神舟飞船原总设计师戚发轫介绍，中国航天的目标分为三大步，第

一步是把人送上太空，这个目标在神五顺利升空时即已达成。第二步是继续突破载人航天的

基本技术：多人多天飞行、航天员出舱在太空行走、完成飞船与空间舱的交会对接。第三步

就是建立永久性的空间试验室，进行科学试验。神七升空，意味着三步曲中的第二音阶已然

奏响，随后的神八到神十飞船将相继升空，以奇丽的太空之舞构筑起中国自己的“天宫”系

列太空实验室。

2010年至2015年间发射“天宫”一号目标飞行器和“天宫”二号、“天宫”三号两个

空间实验室，还将分别发射2艘无人飞船进行无人对接试验，然后再发射5艘飞船进行载人

对接试验和载人驻留试验，预计在7年内连续发射7艘太空飞船。

在神五和神六的时候，大家看到我国的载人航天工程只有七大系统，实际上是八大系统，

只是正在研制中的空间实验室系统，没有参与此前的‘神舟’系列。关于“天宫”太空实验

室的研制，早在神舟六号飞行期间就已经展开，仍在紧张研制。在实现“太空行走”和交会

对接技术之后，以空间实验室为平台的空间应用系统将发挥更大的作用。

有了自己的空间实验室甚至空间站，也就有了更多用于空间科学试验的空间，空间应

用系统在载人航天工程中的比重也将随之增大。外太空处于真空和失重状态，而且没有大气

的阻隔，太空中还有太阳电磁辐射和高能粒子辐射，这样的环境不适合人类居住，但却为人

类提供了独特的试验环境。太空生命科学试验不仅可以进行植物育种、发明新的药物，而且

在半导体、特种材料、天文学、对地观测等方面的好处更是不一而足。神舟七号飞船将进行

固体润滑材料的外太空暴露试验，试验数据有助于改善润滑剂效能，应用于汽车还能达到节

能减排的作用。因此，以神七为起点的空间站建设，将为科学研究带来更大的舞台。

中国第一个太空站会是什么模样？

空间实验室是设立在太空的用于开展各类空间科学实验的实验室。据悉，我国目前在研

的“天宫”空间实验室采用两舱结构，分别为实验舱和资源舱。该站的大致模样：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他舱，总重量在100吨以

下。这个空间站建成后，核心舱可不断加舱。届时，每年将往空间站发射若干个航天器。

中国的首个空间站将是一个符合中国需要、适度规模的空间站。实验舱可保证舱压、温

湿度、气体成分等航天员生存条件，可用于航天员驻留期间在轨工作和生活，密封的后锥段

安装再生生保等设备。实验舱前端安装一个对接机构，以及交会对接测量和通信设备，用于

支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。航天员的生活必

需品和工作所需的材料、设备均由飞船运送，载人飞船停靠在实验室外边，作为应急救生飞

船。如果实验室发生故障，可随时载航天员返回地面。航天员工作完成后，乘飞船返回。

空间实验室的建设过程是，先发射无人空间实验室，而后再用运载火箭将载人飞船送入

太空，与停留在轨道上的实验室交会对接，航天员从飞船的附加段进入空间实验室，开展工

作。

空间实验室系统的主要任务有：

（1）进一步掌握飞行器空间交会对接技术；

（2）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；

（3）验证天地往返运输飞船的性能和功能；

（4）进行一定规模的空间应用。

空间实验室与宇宙飞船对接模型

2010年太空盛会一月连续发射三艘飞船

继神七之后，未来的神八、神九及神十预计将于2010年升空，在太空中三艘飞船连结在

一起，组成小型空间实验室。据神舟设计师介绍，三艘飞船会连续发射，一个目标上去了，

需要马上发射下一个上去进行对接。从神八发射到神十上天，三艘飞船发射的间隔只会有一

个月甚至更短的时间，届时国人将见识“三星连发”的太空盛会。

目前，载人飞船系统正在大力开发研制神舟八号飞船和货运飞船，在不远的将来，具有上行

运送、储存5.5吨货物能力的新一代货运飞船，将为空间实验室和空间站提供推进剂补加，

为空间站补充水和气体并提供废弃物存放条件。

“天宫”一号目标飞行器(左)与“神舟8号”(右)对接的想象图。

“天宫”一号目标飞行器将在2010年发射，实际上是空间实验室的实验版，主体为短粗

的圆柱型，直径比神舟飞船更大，前后各有一个对接口。采用两舱构型，分别为实验舱和资

源舱，实验舱由密封的前锥段、柱段和后锥段组成，实验舱前端安装一个对接机构，以及交

会对接测量和通信设备，用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力，为飞

行提供能源。“神舟8号”将是一艘无人的神舟飞船，不搭载航天员，与“神舟8号”进行无

人自动对接试验。

中国空间技术研究院研制的“天宫”二号空间实验室将主要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。

“天宫”三号空间实验室将主要完成验证再生生保关键技术试验、航天员中期在轨驻

留、货运飞船在轨试验等，还将开展部分空间科学和航天医学试验。

按最早的计划，神舟8号、9号都是标准的神舟飞船。神舟9号将与神舟8号的留轨轨道舱

实现对接，作为太空交会的第一次演练(神舟7号由于实施太空行走，轨道舱进行改造，任务

完成后不留轨)。

中国研制的空间实验室实体舱段

突破飞船空间交会对接技术

依照这一过程，建设空间实验室就必须突破飞船空间交会对接技术，空间交会对接技术

难度很大。

交会和对接其实是两个过程。两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调，在同一时

间到达太空中同一位置，这称为“交会”。对接是在交会的基础上，通过专门的对接机构将

两个航天器连接成一个整体。空间交会对接的难度很大，因为在太空中，航天器都是高速运

行的，时速到达28000公里以上，而且任何两个航天器之间的实际相对运动参数总是有偏差。

如果计算不准，就可能发生飞船相撞事故，因此，需要进行大量试验才能掌握这一技术。

交会对接中，一个航天器是被动的，称为目标航天器，另一个是主动的，称为追踪航天器。

如果要作一个形象化的比喻，则与武术中的擒拿招式相似。擒拿，简单地讲就是一方将另一

方“控制住”。

交会对接系统通常包括跟踪测量系统、姿态与轨道控制系统、对接机构系统等。两个航天器

在太空进行对接，其初始条件是两者保持对接机构的同轴接近方式和确定的纵向速度，以及

在其他线坐标和角坐标上的速度为零。但两个航天器之间的实际相对运动参数总是有偏差

的。一般情况下，两个航天器之间的相对位置及其平动速度通常是靠主动航天器轨道控制系

统和两个航天器的姿态控制系统来维持的，前者适用于控制质心的平动运动，后者适用于控

制绕质心的转动运动。

航天器的空间交会对接有两种控制方法，一种是人工控制，另一种是自动控制。用人工

控制来完成太空交会对接可以提高交会对接的成功率。自动控制交会对接可靠性高，不需考

虑人员的安全和救生问题。在航天器的交会对接技术方面，未来的发展趋势是人工控制和自

动控制相结合，以提高交会对接的灵活性、可靠性和成功率。在我国载人航天工程的时间表

上，载人航天二期（2010-2015）工程的第一阶段（2010-2012），将发射神8、9、10、11号

飞船，实现交会对接演练，突破这一难关。

根据航天专家的乐观估计，我国有望在2020年前后发射上百吨级的空间试验站。在此之前，

至少将进行两三次空中对接试验。将先发射目标航天器，然后神八将和先它发射升空的目标

航天器在太空交会对接，再一次吹响我国向太空进军的号角。神九也没有航天员，只是发射

目标飞行器。两艘飞船先期探路成功后，神十随后就会发射升空，这一次将重新带航天员上

去进行空间实验室的工作。

长征5号大推力运载火箭

火箭“力士”当坐骑穿云渡月擎“天

宫”

不过，只有具备了20吨以上运载能力的火箭，才有资格发射核心舱，此外空间站在运行

期间也需要大运载能力的货运飞船来回运输大量物资，而目前我国的火箭运载能力只有10

吨。目前中国正在研制的新一代大推力长征5号运载火箭正在研制之中，其运载能力将达到

25吨。基本与国际上的顶级水平相当，可以满足在低轨道发射空间实验室的需要，也可以在

高轨道为月球探测、其他深空探测服务。

据中国运载火箭技术研究院长征2F火箭总设计师刘竹生介绍，在发射空间实验室时，

现有的用于“神六”的长征2F运载火箭适应不了大推力的要求，所以必须搞新一代大型运

载火箭。过去，我国研制的火箭用的是单发动机，未来的新一代运载火箭将采用双发动机技

术。双发动机分别用不同的推进剂，一种发动机烧液氢液氧，一种烧液氧煤油。现在的火箭

用的推进剂是有毒的四氧化二氮，而液氢液氧产生的化合物只有水，所以它是清洁、环保的

能源。

"长征五号"是一种无毒无污染的高性能火箭，有4个助推器，身高59.5米，起飞重量为643

吨，起飞推力为833.8吨。与现有的运载火箭相比，新一代运载火箭近地轨道的运载能力能

从现在的10吨提高到25吨，地球同步转移轨道的运载能力可以从现在的5.5吨提高到14吨。

长征五号运载火箭总设计师李东介绍说，14吨的运载能力意味着可以发射更重的、功能更全

的卫星，可以进行一箭多星的发射，提高它的发射效率和组网的速度。25吨意味一次可以把

25吨的载荷送入到地球的低轨道，也就是"神舟"飞船运行的这样一个轨道，可以进一步发展

空间站，空间实验室。

据了解，目前长征五号火箭的120吨级液氧煤油发动机首次整机试车已经成功，第一阶段技

术方案的论证和设计工作基本完成，计划在今年年底进入第二阶段，也就是初样研制阶段。

由于新型大推力火箭直径达到了5米，很难通过铁路或公路运到中国已有的发射厂，因此火

箭的研制、产业化基地选在了靠海比较近的天津滨海新区，发射基地选在了海南的文昌。

正在建设的中国大运载火箭长征五号的产业化基地，项目总投资达到45亿元，规划建筑面积

50万平方米。在2009年年底一期工程完成以后，可以满足新一代运载火箭的研制需要。

中国现在的运载火箭进入了一个高密度的发射时期，这个基地的建成，能够满足未来30年，

每年年产20到30发这样的运载火箭的生产能力，平均每月2枚。

宇宙空间站的历史

空间站是一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员在其中生活工作和巡访的载人航

天器。小型的空间站可一次发射完成，较大型的可分批发射组件，在太空中组装成为整体。

在空间站中要有人能够生活的一切设施，不再返回地球。

到目前为止，全世界已发射了9个空间站。按时间顺序讲，苏联是首先发射载人空间站

的国家。其礼炮1号空间站在1971年4月发射，后在太空与联盟号飞船对接成功，有3名航天

员进站内生活工作近24天，完成了大量的科学实验项目，但这3名航天员乘联盟11号飞船返

回地球过程中，由于座舱漏气减压，不幸全部遇难。礼炮2号发射到太空后由于自行解体而

失败。苏联发射的礼炮3、4、5号小型空间站均获成功，航天员进站内工作，完成多项科学

实验。其礼炮6、7号空间站相对大些，也有人称它们为第二代空间站。它们各有两个对接口，

可同时与两艘飞船对接，航天员在站上先后创造过210天和237天长期生活记录，还创造了首

位女航天员出舱作业的记录。

前苏联“礼炮号”宇宙空间站

1971年4月19日，前苏联发射了人类第一座宇宙空间站“礼炮1号”，从此人类太空飞行

进入一个新的阶段。礼炮1号空间站由轨道舱，服务舱和对接舱组成，呈不规则的圆柱形，

总长约12.5米，最大直径4米，总重约18.5吨。它在约200多千米高的轨道上运行，站上装有

各种试验设备，照相摄影设备和科学实验设备。与联盟号载入飞般对接组成居住舱，容积100

立方米，可住6名宇航员。礼炮1号空间站在太空运行6个月，相继与联盟10号，联盟11号两

艘飞船对接组成轨道联合体，每艘飞船各载3名宇航员，共在空间站上停留26天。礼炮1号完

成使命后于1971年10月11日在太平洋上空坠毁。

前苏联一共发射了7座礼炮号空间站，前5座只有一个对接口，即只能与一艘飞船对接飞

行。因站上携带的食品，氧气，燃料等储备有限，在太空寿命都不很长。经过改进的礼炮6

号和7号空间站，增加了一个对接口，除接待联盟号载入飞船外，还可与进步号货运飞船对

接，用以补给宇航员生活所需的名种用品。1977年9月29日发射上天的礼炮6号空间站，在太

空飞行近5年，共接待18艘联盟号和联盟T号载人飞船。有16批33名宇航到站上工作，累计

载人飞行176天。其中1980年宇航员波波夫和柳明创造了在空间站飞行185天的纪录。1982

年4月19日礼炮7空间站进入轨道飞行，接待了联盟T号飞船的11批28名宇航，其中包括第一

位进行太空行走的女宇航员萨维茨卡娅。特别是1984年3名宇航员基齐姆，索洛维约夫和阿

季科夫在空间站创造了237天的飞行纪录。礼炮7号空间站载入飞行累计达800多天，直到1986

年8月才停止载人飞行。

天空实验室（Skylab），是美国第一座实验性质的太空站。

美国天空实验室

美国在1973年5月14日发射成功一座叫天空实验室的空间站，天空实验室全长36米，最

大直径6.7米，总重77.5吨，由轨道舱，过渡舱和对接舱组成，可提供360立方米的工作场所。

它在435千米高的近圆空间轨道上运行，先后接待3批9名宇航员到站上工作。这9名宇航员在

站上分别居留28天，59天和84天。在1973年5月25日，7月28日和11月16日，先后由阿波罗号

飞船把宇航员送上空间站工作。在载人飞行期间，宇航员用58种科学仪器进行了270多项生

物医学，空间物理，天文观测，资源勘探和工艺技术等试验，拍摄了大量的太阳活动照片和

地球表面照片，研究了人在空间活动的各种现象。1974年2月第三批宇航员离开太空返回地

面后，天空实验室便被封闭停用，直到1979年7月12日在南印度洋上空坠入大气层烧毁。它

在太空运行2249天，航程超过14亿公里。

前苏联“和平号”宇宙空间站

“和平号”宇宙空间站是前苏联的第二代太空站，1986年2月20日，苏联从提尤腊

塔姆发射场用质子号火箭将和平号太空站送入近地轨道。和平号空间站是一阶梯形圆柱体，

重21吨，长13.13米，最大直径4.2米，压力舱容积110立方米，设计寿命10年。两块太阳电

池翼展为29.73米，总面积76平方米，最大输出功率9千瓦。和平号太空站除前后轴向各有一

个对接口以外，对接过渡舱的侧向还有4个对接口。前后轴向的两个对接口用来对接载人飞

船和运货飞船。至1993年底，已经接待了一艘联盟T号和17艘联盟TM号载入飞船。侧向的4

个对接口用来接纳从地面发射的科学组合舱。组合舱先与过渡舱的前端轴向对接装置对接，

然后用机械臂将其转移到侧向对接口。1987年3月31日，重约11吨的量子1号天文物理组合舱

与和平号对接。1989年12月6日，重约20吨的量子2号组合舱又与和平号对接。此后，1990

年6月10日，重约20吨的晶体号组合舱又与和平号对接成功，将和平号太空站的总重扩展到

90吨左右。1995年6月30日，美国阿特兰蒂斯号航天飞机与和平号实现对接，7月4日，二者

顺利分离。宇航员们进行了天体物理，生物医学，材料工艺试验和地球资源勘测等科学考察

活动。最大的轨道联合体总长达35米，总重70吨，俨然象一座太空列车，绕地球轨道不停地

飞驰。1987年12月29日，宇航员罗曼年科返回地面时，已经在和平号上生活了326个昼夜。

1988年12月21日从和平号上归来的两名宇航员季托夫和马纳罗夫，创造了在太空飞行整整一

年的新纪录。2000年底，俄罗斯宇航局因和平号部件老化且缺乏维修经费，决定将其坠毁。

和平号最终于2001年3月23日坠入地球大气层，碎片落入南太平洋海域中。和平号的研究任

务今后由国际太空站(MKC)所取代。和平号空间站目前保持着9年又358天的人类在太空最长

连续逗留纪录。

国际太空站

国际太空站，是以美国为首，联合俄罗斯、欧洲空间局的11个成员国、日本、加拿大

和巴西等16个国家共同建造并运行的大型轨道设施。1998年11月20日，太空站的第一个组件，

即俄罗斯研制的“曙光”号多功能舱在拜科努尔发射场成功发射，标志着这项始于1984年的

国际太空站计划进入了在轨组装阶段。1998年12月4日，国际太空站的第二个组件，即美国

的“团结”号节点舱由“奋进”号航天飞机载入太空，并于12月6日成功地完成与“曙光”

号多功能舱的对接。

设计中的国际太空站长108米，宽88米，覆盖范围约为两个足球场那样大，是人类迄今

在轨装配的最大一个空间设施。它由64个大型组件组成，这些组件将由美国的航天飞机、俄

罗斯的运载火箭分批送入太空。被送入轨道的组件将通过航天员的出舱活动完成对接与互

连。据官方估计，国际太空站建设完成约需6年时间，共进行45次发射，总耗294亿美元。国

际太空站在建成后，总重量将达423吨，密封舱容积达1202立方米，与两架波音747飞机的容

积相当，可供6至7人长期在站上工作。

2010年8月，“天宫一号”太空实验室完成总装.

“天宫一号”完成总装2名女航天员参加对接训练