对天宫系列空间实验室的分析

首先让我们看一下中国载人航天工程网对空间实验室的描述：
http://www.cmse.gov.cn/

系统概述

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。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。
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。
空间实验室任务
　　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。
       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。
　　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同一位置的过程称为交会。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。实现两个航天器在太空交会对接的系统，称为交会对接系统。
空间实验室组成和布局
　目前，我国在研的空间实验室采用两舱构型，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，密封舱可保证舱压、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。
空间实验室关键技术
空间实验室阶段关键要突破飞船空间交会对接技术。空间交会对接技术难度很大，在对接过程中，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控制方法有两种，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。

未来发展计划
根据载人航天工程第二步任务规划，我国将在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，将分别发射2艘无人飞船进行无人对接试验，发射5艘载人飞船进行载人对接试验和载人驻留试验。


再结合8吨重的天宫一号在2009年年底发射，神舟8、9、10号三艘飞船在2012前相继发射并建成实验性空间实验室的报道。我们对中国载人航天工程第二阶段空间实验室工程的概貌可以做出如下推断：

1，所谓天宫一号目标对接飞行器其实就是一个带有维生系统的载人密封舱，估计由神舟飞船轨道舱放大而来。应该有2个对接口，而没有轨道维持发动机系统（可能有小型定轨游动发动机，但是没有类似神舟飞船的主发动机进行轨道维持）。否则无法解释其只有8吨重量却要作为空间实验室本体并先后对接3艘神舟飞船。
2，神舟8号应该是一艘具备对接能力的不载人试验飞船，它首先跟TG1目标飞行器对接以试验交汇对接技术，试验完成后神8会脱离返回。
3，神舟9号是一艘经过改装的无人货运飞船，发射后与TG1对接，为其运送各种试验器材，补给消耗品，最重要的是神9的服务舱将作为TG1的轨道维持发动机保证TG1较长时间在轨飞行。
4，最后发射的神10是载人飞船（推测2人）入轨后与TG1对接组成完整的空间实验室，展开短期有人值守空间试验。前面神8，和神9的职能有可能呼唤，但是从逻辑上似乎说不通，这一点还可以进一步讨论。
5，2013年起中国将先后发射天宫2号和天宫3号空间实验室。如前所述，它们都应该是带有轨道维持系统，单一对接口的实用化空间实验室，具有不同功能。重量应在11吨水平，各接受两组宇航员进驻，也就是神舟11～14号飞船。每个空间实验室的留轨寿命应该是1年半左右，到2015年天宫计划和载人航天二期工程结束。
6，TG系列空间实验室将由改进后的CZ-2F/G火箭发射。这实际就是一种去掉CZ－2F火箭逃逸系统，LEO运载能力达到11.2吨的货运型火箭，用于替代不可靠的CZ-2E火箭。TG1目标飞行器之所以只有8吨，估计一是保险起见，留出一定载荷余量，更重要的是作为轨道维持的神8飞船可以在大约半年以后再发射，留出一定时间减缓进度压力。
7，从2015年以后，中国已经基本掌握跟载人空间站有关的各种关键技术，长征5号大推力运载火箭，和文昌发射基地也已投入使用，这样在用5年时间，在2020年就能建成我国长期有人值守的多舱（根据报道，推测为3舱，60～70吨级）大中型空间站。首先让我们看一下中国载人航天工程网对空间实验室的描述：
http://www.cmse.gov.cn/

系统概述

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。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。
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。
空间实验室任务
　　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。
       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。
　　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同一位置的过程称为交会。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。实现两个航天器在太空交会对接的系统，称为交会对接系统。
空间实验室组成和布局
　目前，我国在研的空间实验室采用两舱构型，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，密封舱可保证舱压、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。
空间实验室关键技术
空间实验室阶段关键要突破飞船空间交会对接技术。空间交会对接技术难度很大，在对接过程中，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控制方法有两种，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。

未来发展计划
根据载人航天工程第二步任务规划，我国将在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，将分别发射2艘无人飞船进行无人对接试验，发射5艘载人飞船进行载人对接试验和载人驻留试验。


再结合8吨重的天宫一号在2009年年底发射，神舟8、9、10号三艘飞船在2012前相继发射并建成实验性空间实验室的报道。我们对中国载人航天工程第二阶段空间实验室工程的概貌可以做出如下推断：

1，所谓天宫一号目标对接飞行器其实就是一个带有维生系统的载人密封舱，估计由神舟飞船轨道舱放大而来。应该有2个对接口，而没有轨道维持发动机系统（可能有小型定轨游动发动机，但是没有类似神舟飞船的主发动机进行轨道维持）。否则无法解释其只有8吨重量却要作为空间实验室本体并先后对接3艘神舟飞船。
2，神舟8号应该是一艘具备对接能力的不载人试验飞船，它首先跟TG1目标飞行器对接以试验交汇对接技术，试验完成后神8会脱离返回。
3，神舟9号是一艘经过改装的无人货运飞船，发射后与TG1对接，为其运送各种试验器材，补给消耗品，最重要的是神9的服务舱将作为TG1的轨道维持发动机保证TG1较长时间在轨飞行。
4，最后发射的神10是载人飞船（推测2人）入轨后与TG1对接组成完整的空间实验室，展开短期有人值守空间试验。前面神8，和神9的职能有可能呼唤，但是从逻辑上似乎说不通，这一点还可以进一步讨论。
5，2013年起中国将先后发射天宫2号和天宫3号空间实验室。如前所述，它们都应该是带有轨道维持系统，单一对接口的实用化空间实验室，具有不同功能。重量应在11吨水平，各接受两组宇航员进驻，也就是神舟11～14号飞船。每个空间实验室的留轨寿命应该是1年半左右，到2015年天宫计划和载人航天二期工程结束。
6，TG系列空间实验室将由改进后的CZ-2F/G火箭发射。这实际就是一种去掉CZ－2F火箭逃逸系统，LEO运载能力达到11.2吨的货运型火箭，用于替代不可靠的CZ-2E火箭。TG1目标飞行器之所以只有8吨，估计一是保险起见，留出一定载荷余量，更重要的是作为轨道维持的神8飞船可以在大约半年以后再发射，留出一定时间减缓进度压力。
7，从2015年以后，中国已经基本掌握跟载人空间站有关的各种关键技术，长征5号大推力运载火箭，和文昌发射基地也已投入使用，这样在用5年时间，在2020年就能建成我国长期有人值守的多舱（根据报道，推测为3舱，60～70吨级）大中型空间站。