中国天宫空间站即将迎来辉煌的应用新时期 | 科技导报

2022年天宫号空间站建成后，随后将投入正常运行，开展空间科学研究和实验任务，促进中国空间科学研究进入世界先进行列。中国空间站规模适中，可以满足重大科学研究项目的需要，而扩展能力的设计将使我们能根据科学前沿的发展需求，提供更为强大的支持能力。

2022年是中国空间站建设阶段的 关键之年 ，这一年共规划了6次飞行任务，首先发射天舟四号货运飞船，运送补给物资，为随后实施的神舟十四号载人飞行任务做准备；神舟十四号乘组在轨驻留期间，将先后发射问天实验舱和梦天实验舱，与天和核心舱对接，进行舱段转位，在2022年底前完成空间站三舱组合体建造工作；随后实施天舟五号货运补给和神舟十五号载人飞行任务，神舟十五号乘组将与神舟十四号乘组开展在轨轮换， 将首次达到同时在站航天员6人的新纪录 。对空间站状态进行全面评估后，未来将转入空间站运行、应用与发展阶段。

天舟四号发射，带去各种物资及消耗品

2022年4月17日国新办举行的中国空间站建造进展情况新闻发布会透露了天宫空间站2022年建设发射的时间：5月发射天舟四号货运飞船；6月发射神舟十四号载人飞船；7月发射空间站问天实验舱；10月发射空间站梦天实验舱。空间站的三个舱段将形成“T”字基本构型，完成天宫空间站的在轨建造，之后还将实施天舟五号货运飞船和神舟十五号载人飞船发射任务。

中国载人航天工程在第一、第二阶段，选拔了两批共计16名航天员。为支持空间站长期运行任务，2018年5月启动了第三批航天员选拔工作。

经过初选、复选、定选三个阶段，2020年10月从约2500名候选对象中选拔出符合条件的18名预备航天员（含1名女性），包括7名航天驾驶员、7名航天飞行工程师和4名载荷专家，其中航天飞行工程师和载荷专家两个类别是首次选拔。

航天驾驶员和航天飞行工程师主要负责直接操纵、管理航天器，以及开展相关技术试验。载荷专家主要负责空间科学实验载荷的在轨操作。航天驾驶员在空军现役飞行员中选拔，航天飞行工程师在从事航空航天工程及相关领域专业的工程技术人员中选拔，载荷专家在载人航天工程、空间科学研究及应用领域的科研人员中选拔。在经过系统的训练后，他们将参加空间站运行阶段的飞行任务。

2022 年5月10日1时56分，天舟四号货运飞船在文昌航天发射场由长征七号遥五运载火箭成功发射。8时54分，天舟四号采用自主快速交会对接模式，成功对接空间站天和核心舱后向端口。这是空间站建造联合体的首次发射。天舟四号装载了随后发射的神舟十四号飞船三航天员6个月在轨驻留的消耗品、推进剂、应用实（试）验装置和样品材料、备品备件及部分载荷等物资，交会对接完成后，将转入组合体飞行段。

天舟四号装载了航天员系统、空间站系统、空间应用领域、货运飞船系统共计200余件（套）货物，其中包括货包货物和直接安装货物，携带补加推进剂约750千克，上行物资总重约6吨，比天舟三号带货量更大，将为空间站组装建造，开展材料科学、微重力、航天医学实验等空间应用领域提供物资保障。

为保证货物安全送达空间站，天舟四号采用货包、支架、贮箱等多种货物装载方式，货物种类、数量可根据空间站需求动态配置，为此在飞船设计过程中，科研人员会针对大质量质心和质量特性的变化进行考量，并对飞船控制系统进行地面验证实验，确保无论载货量大小，飞船都能顺利完成货物运送的任务。

为了让航天员查找和取用货物更加便捷，天舟四号通过标签和提手的色彩设计，增加了货包色彩标识，即使用不同颜色的标签区分不同系统的货物，以便航天员更直观地区分生活物资或需转移的物资。此外，标签的颜色均选用了深蓝、浅蓝等比较柔和的颜色，每项变化都经过了人机功效评价。

神舟十四发射，完成建站关键任务

2022年6月5日10时44分，神舟十四号飞船发射升空，飞行乘组由航天员陈冬、刘洋和蔡旭哲组成，陈冬担任指令长，他们全部为第二批选拔的航天员。其中，陈冬参加过神舟十一号飞行任务，刘洋参加过神舟九号载人飞行任务，蔡旭哲是首次飞行。刘洋还是中国首位女航天员。此次发射是空间站建造阶段第二次飞行任务，也是该阶段首次载人飞行任务。

航天员乘组将在轨工作生活6个月，任务的主要目的为：配合问天实验舱、梦天实验舱与核心舱的交会对接和转位，完成中国空间站在轨组装建造；完成空间站舱内外设备及空间应用任务相关设施设备的安装和调试；开展空间科学实验与技术试验；进行空间站日常维护维修等相关工作。

由于要迎接空间站两个大型实验舱的发射和与空间站对接，所以此次任务非常关键也非常艰巨。神舟十四号乘组将和地面配合完成两个实验舱与核心舱的交会对接和转位；首次进驻问天实验舱和梦天实验舱，建立载人环境；配合地面开展两舱组合体、三舱组合体、大小机械臂、气闸舱出舱等相关功能的测试工作；首次利用位于问天实验舱的气闸舱实施2-3次出舱活动；完成问天实验舱和梦天实验舱十余个科学实验机柜解锁、安装；继续开展“天宫课堂”太空授课及其他公益活动。

除此之外，神十四乘组还将开展在轨健康监测与检查、防护锻炼、在轨训练与演练，以及大量空间站平台巡检测试、设备维护、维修验证、物资管理和站务管理等工作。

在轨期间，乘组将面临空间站系统构型多（期间要经历9种组合体构型），状态新（要操控小机械臂和组合臂、从问天舱气闸舱实施出舱），任务密（实施5次交会对接、3次分离撤离、2次转位、2-3次出舱，各次任务环环相扣）等挑战，对乘组执行任务能力提出了很高要求。为此，对此次航天员乘组进行了三个方面的强化训练。

神舟十四号飞船发射入轨后，采用自主快速交会对接模式，经过6次自主变轨，于6月5日17时42分成功对接于天和核心舱节点舱下方径向端口，对接过程历时约7小时。

交会对接后，航天员乘组从飞船返回舱进入轨道舱。按程序完成各项准备后，陈冬成功开启天和核心舱舱门，6月5日20时50分，陈冬、刘洋、蔡旭哲依次进入天和核心舱内。6月6日11时9分天舟四号货物舱舱门开启，在完成环境检测等准备工作后，航天员顺利进入天舟四号飞船。

此后他们进行了货物转运、各类设备安装、调试及维修，并开展各类空间科学实验与技术试验工作。如高微柜悬浮实验系统柜内磁悬浮实验、高微柜悬浮实验系统柜内喷气悬浮实验、无容器柜材料科学实验、医学样本处理和分析项目等。同时，他们还对空间站居住环境进行了重新布置，以适应6个月长期生活和工作的要求。

问天实验舱：天宫空间站的首个舱段

7月24日14时22分，空间站首个大型实验舱问天实验舱由长征五号B遥三火箭发射，约495秒后问天实验舱与火箭成功分离并进入预定轨道。

问天实验舱由工作舱、气闸舱和资源舱组成，起飞重量约23吨，主要用于支持航天员驻留、出舱活动和开展空间科学实验，同时可作为天和核心舱的备份，对空间站进行管理。问天实验舱入轨后，于7月25日3时13分成功对接于天和核心舱前向端口。这是我国两个20吨级航天器首次在轨实现交会对接，也是空间站有航天员在轨驻留期间首次进行空间交会对接。

7月25日10时03分问天实验舱舱门开启成功，航天员顺利进入问天实验舱。此后他们先后完成了货运飞船物资转移、问天舱平台在轨测试、科学实验机柜解锁与测试、小机械臂解锁与在轨测试、空间站组合体管理等工作，开展了在轨医学检查、失重防护锻炼、空间科学实（试）验等日常工作，进行了在轨紧急撤离演练、小机械臂操作、医疗救护演练等在轨训练项目。

2022年9月1日18时26分，陈冬成功开启问天实验舱气闸舱出舱舱门，至19时9分陈冬和刘洋成功出舱。在蔡旭哲密切配合下，陈冬和刘洋首次从问天实验舱出舱，由小机械臂辅助实施出舱活动。

出舱活动期间，两位航天员先后完成了问天舱扩展泵组安装、问天舱全景相机抬升、舱外自主应急返回验证等任务，全过程顺利圆满，检验了航天员与小机械臂协同工作的能力，验证了问天实验舱气闸舱和出舱活动相关支持设备的功能性能。首次出舱活动历时约6小时。

首次出舱活动后，航天员乘组先后完成了出舱活动恢复、机械臂测试与操作、第二次出舱活动准备等工作，持续开展空间材料研究、高等植物培养等空间科学实验项目。

9月17日，神舟十四号乘组实施第二次出舱活动。在约5小时的出舱活动中，陈冬、蔡旭哲先后完成了舱外助力手柄安装、载荷回路扩展泵组安装、舱外救援验证等任务，进一步检验了航天员与小机械臂协同工作的能力、验证了问天实验舱气闸舱和出舱活动相关支持设备的功能性能。第二次出舱活动全部既定任务顺利完成。

2022年9月30日12时44分，经过约1小时的天地协同，问天实验舱完成转位。转位期间，问天实验舱首先完成相关状态设置，而后与天和核心舱分离，之后采用平面转位方式完成转位，并与节点舱侧向停泊端口再对接。这是我国首次利用转位机构在轨实施大体量舱段转位操作。

问天实验舱转位完成后，空间站组合体由两舱“一”字构型转变为两舱“L”构型。后续，梦天实验舱发射、交会对接后，还将转位形成空间站三舱“T”字构型组合体。这将是天宫空间站的基本构型，核心舱节点舱前后和下方两个端口将用作神舟载人飞船和天舟货运飞船的对接口。

梦天实验舱：天宫空间站收官之舱

2022年10月9日，梦天实验舱按计划完成了推进剂加注。梦天实验舱运抵文昌航天发射场以来，已先后完成技术区总装、测试等工作，后续将与长征五号B遥四运载火箭一起开展系统功能联合检查。此时，文昌航天发射场设施设备状态良好，参试各系统正在有序开展任务准备。

下一步空间站建行将进入尾声阶段：实施梦天实验舱、天舟五号、神舟十五号飞行和神舟十四号返回等4次任务，完成空间站建造。执行上述任务的飞行器均已进场，场区测试和酒泉卫星发射中心同步开展载人飞船发射和回收任务准备，神舟十四号飞船航天员在轨任务过半，神舟十五号乘组三名航天员已准备好接替神舟十四号航天员任务。

在神舟十五号发射、入轨和对接任务后，天宫空间站将首次实现中国六名航天员同时在轨生活和工作，完成任务交接工作。空间站最后建设任务与航天员转换工作都将在2022年底完成。

2022年10月31日15时37分，天宫空间站第二个实验舱——梦天实验舱在文昌航天发射场发射，约8分钟后，梦天实验舱与火箭成功分离并准确进入预定轨道。

梦天实验舱由工作舱、载荷舱、货物气闸舱和资源舱组成。工作舱又分成工作区、锻炼区和存储区。梦天实验舱舱体全长17.88米、最大直径4.2米，起飞重量约23吨，是我国已发射的最大、最重的有效载荷，主要用于开展空间科学与应用实验，参与空间站组合体管理，货物气闸舱可支持货物自动进出舱，为舱内外科学实验提供支持。

11月1日4时27分，梦天实验舱成功对接于天和核心舱前向对接口，交会对接过程历时约13小时。11月3日9时32分，梦天实验舱顺利完成转位。转位期间，梦天实验舱先完成状态设置，再与空间站组合体分离，之后采用平面转位方式经约一小时完成转位，与天和核心舱节点舱侧向端口再次对接。

11月3日15时12分，神舟十四号航天员乘组顺利进入梦天实验舱。梦天实验舱与天和核心舱、问天实验舱已经形成“T”字基本构型组合体，标志着中国空间站在轨组装完成，向着建成空间站的目标迈出了关键一步。

神舟十五号：天宫首个长期考察组

2022年11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征二号F遥十五运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，神舟十五号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。

飞船入轨后，将按照预定程序与空间站组合体进行自主快速交会对接，神舟十五号航天员乘组将与神舟十四号航天员乘组进行在轨轮换。在空间站工作生活期间，航天员乘组将进行多次出舱活动，完成舱内外设备安装、调试、维护维修、组合体管理、空间科学与技术实（试）验等各项任务。

神舟十五号发射升空

这是我国载人航天工程立项实施以来的第27次飞行任务，也是进入空间站阶段后的第4次载人飞行任务，飞行乘组由费俊龙、邓清明和张陆组成，费俊龙担任指令长。此次发射成功标志着空间站关键技术验证和建造阶段规划的12次发射任务全部圆满完成。

神舟十五与空间站组合体对接后，航天员乘组从飞船返回舱进入轨道舱。完成各项准备后，神舟十四号航天员乘组打开舱门，与十五号乘组航天员会合，天空空间站首次实现六人在轨飞行。

经过五天联合飞行，神舟十四号航天员乘组已完成全部既定任务12月2日晚，神舟十四、神舟十五号航天员乘组进行交接仪式，两个乘组移交了中国空间站的钥匙。神舟十五号航天员乘组正式开启长期有人驻留模式。

神舟十四和十五号天宫空间站相聚

神舟十四号3名航天员在轨驻留6个月，先后进行3次出舱活动，完成空间站舱内外设备及空间应用任务相关设施设备的安装和调试，开展一系列空间科学实验与技术试验，在轨迎接2个空间站舱段、1艘载人飞船、1艘货运飞船的来访，与地面配合完成了中国空间站“T”字基本构型组装建造，与神舟十五号航天员首次完成在轨交接班，见证了货运飞船与空间站交会对接最快的世界纪录等众多历史性时刻，并利用任务间隙，进行了1次“天宫课堂”太空授课，以及一系列别具特色的科普教育和文化传播活动。

神舟十四号乘组是中国载人航天工程自杨利伟首次载人航天飞行以来，完成任务最多、最艰巨、最复杂以及在轨时间最长的飞行，创造中国载人航天新纪录，也为今后长期乘组轮换积累了宝贵经验。

神舟十四号返回：突破多项纪录后将开启国际合作

神舟十四号航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲于12月4日21时01分全部安全返回、健康出舱，正在进行重力再适应。他们在出舱的一刻，都表示在太空飞行6个月，感觉良好，回家的感觉更好，还都表示未来还将再次进入天宫空间站。

天宫空间站虽然比苏联的和平号空间站和国际空间站规模小很多，但通过整体统一优化设计，建成后在控制、信息、能源、资源再生利用、物资补给需求、运营成本、应用效益等方面均将达到目前国际先进水平，并在一些方面有所超越，在建造和运营上更为经济合理。

而且，天宫空间站具备良好的舱段扩展和应用支持扩展能力，根据空间科学技术研究、空间应用和国际合作的需要，灵活进行扩展。它在方案设计阶段即对未来的扩展方案进行了统筹考虑。在现有三舱构型基础上，预留了机、电、热等扩展接口，具备扩展对接3个新舱段形成六舱段约180吨组合体的扩展能力。

天宫空间站现状（模拟示意图）

2022年天宫号空间站建成后，随后将投入正常运行，开展空间科学研究和实验任务，促进中国空间科学研究进入世界先进行列。中国空间站规模适中，可以满足重大科学研究项目的需要，而扩展能力的设计将使我们能根据科学前沿的发展需求，提供更为强大的支持能力。空间站留有充足的发展空间扩展规模并开展国际合作。

天宫设计上还充分考虑了空间科学和应用的需求，有望成为中国在太空的国家实验室。简而言之，天宫号空间站设计博采东西之长，突出技术创新和应用效益，符合中国载人航天和空间科学的发展需求，技术上达到了国际先进水平，并具有更好的经济性。

中国空间站虽然为本国独立研制，但它具有很强的国际性。中国人认为，载人航天领域的国际合作，是打造人类命运共同体的重要组成部分。

中国载人航天工程办公室始终坚持和平利用、平等互利、共同发展的原则，与俄罗斯、德国、法国、意大利、巴基斯坦等国家的航天机构，以及联合国外空司、欧空局等航天组织签署了合作框架协议，开展了多种形式的合作与交流。

中国航天员曾赴俄罗斯参与训练，而且曾于2016年参加过欧洲组织的洞穴实验，欧洲航天员也曾于2017年参加过中国组织的海上救生训练。对于其他国家的航天员进入中国空间站，展开国际合作，中国都持欢迎态度。

2019年以来，中国在面向国内征集空间科学实验和技术试验项目的同时，还面向联合国所有成员国开放空间站实验环境。中国空间站是历史上此类项目首次向所有联合国会员国开放。目前已经有17个国家、23个实体的9个项目成为中国空间站科学实验首批入选项目。

除了共享空间站实验舱外，中国还将免费提供合作项目的运输服务。国际宇航联合会空间运输委员会秘书长、中国航天科工集团公司的杨宇光介绍说，中国空间站上的对接口设计成可以对接其他国家的空间站舱段的形式。中国已在国际上提出了天宫空间站上的四个级别的合作，包括联合开展科学试验、接待外国航天员来访、接待外国飞船来访和外国舱段对接。

我们相信，中国天宫空间站将迎来辉煌的应用新时期，也必须为世界载人航天的进一步发展做出重要贡献。

部分参考文献：

2022年我国将全面进入空间站在轨建造阶段[EB/OL].信息来源:央视网.中国载人航天工程网.2021-10-17.

http://www.cmse.gov.cn/fxrw/sz13/mtjj/202110/t20211017_48916.html

2022年我国将完成中国空间站在轨建造.中国政府网. 2022-04-17. http://www.gov.cn/xinwen/2022-04/17/content_5685677.htm

杨利伟：空间站建设稳步推进 航天员乘组已定.中国载人航天工程网. 2021-03-05.

http://www.cmse.gov.cn/xwzx/zhxw/202103/t20210308_47607.html

刘晓敏.天舟四号货运飞船发射成功：中国空间站在轨建造揭幕.国际太空, 2022（5）：4-5

“宇宙级带货”再登场，天舟四号看点多！中国载人航天工程网, 2022-05-11.

http://www.cmse.gov.cn/xwzx/202205/t20220511_49742.html

神舟十三号载人飞行任务新闻发布会召开[EB/OL].中国载人航天工程网.2021-10-14.

http://www.cmse.gov.cn/xwzx/zhxw/202110/t20211014_48856.html

外交部就中国对国际航天合作持何态度等答问.中国政府网. 2022-04-18. http://www.gov.cn/xinwen/2022-04/18/content_5685920.htm

本文图片，来自http://www.spacefacts.de/english/flights.htm等网站，谨此表示感谢！

本文作者：李成智，北京航空航天大学人文与社会科学高等研究院教授。

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