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天和核心舱，代号“TH”，简称“天和舱”，是中国天宫空间站的核心舱，也是中国空间站首个被发射入轨的舱段。它由中国空间技术研究院（航天科技五院）总体设计部抓总研制，是天宫空间站的管理和控制中心，也是航天员长期驻留的主要活动场所，具备长期自主飞行能力。[4][1]
天和核心舱由节点舱、小柱段、大柱段、后端通道和资源舱组成。整体轴向总长16.6米，舱体最大外直径4.2米，翼展宽度28.4米，平台重量21.1吨，起飞质量22.5吨，设计寿命不小于15年。[2]
北京时间2021年4月29日中午11时23分，天和核心舱在文昌航天发射场101工位由长征五号B遥二运载火箭发射升空[5]。2022年，天和核心舱先后与问天实验舱、梦天实验舱完成对接及转位，建成了总重约60吨的天宫空间站“T”字基本构型[6]。
中国载人航天发展战略总体规划及实施进度
1992年9月，中国开始实施载人航天工程，并确定了载人航天“三步走”的发展战略，其中建造空间站为第三步也就是最后一步的建设目标：[7]
第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用实验；第二步，突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题；第三步，建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
随着载人航天工程开展，到2005年10月[8]，通过神舟一号至神舟六号六艘载人飞船（含试验船），突破和掌握了载人天地往返技术，中国成为第三个具有独立开展载人航天活动能力的国家，中国载人航天工程第一步任务目标已经实现。[7]
到2008年，神舟七号飞船航天员顺利完成出舱活动，按后续规划，天宫一号与数艘载人飞船交会对接的相关任务，突破和掌握航天员出舱活动技术和空间交会对接技术，建成我国首个试验性空间实验室，第二步第一阶段任务即将完成。[7]
中国空间站工程立项及规划
2004年12月，根据载人航天发展战略第一步任务目标的建设情况，中国启动载人航天第二步任务（载人航天工程二期），经充分论证，决定在载人航天工程二期成立空间实验室系统，使其具备自主飞行及试验支持功能、交会对接功能、航天员驻留技术支持功能，以突破空间站关键技术为目标,为空间站进行技术积累。[9]
2010年9月，中国批准《载人空间站工程实施方案》，空间站工程立项，并提出了分步完成载人空间站的工程设想。[10]
任务明确
按照中国载人空间站的工程规划，中国空间站由一个核心舱、两个实验舱组成基本构型，其中核心舱为空间站建设第一阶段——关键技术验证阶段的任务核心，发射入轨后需要先后与神舟十二号、十三号以及天舟二号对接，完成空间站推进剂补加、再生生保、柔性太阳电池翼和驱动机构、大型柔性组合体控制、组装建造、舱外操作、在轨维修等七大关键技术验证，为实施空间站组装建造和长期运营任务奠定基础。[7][11]
研制进展
2012年3月，中国空间站进入方案设计阶段，首先将空间站组合体作为一个整体进行系统方案设计，得到对各组成舱段的技术要求，然后再据此开展各舱段方案设计。[12]
2014年6月，中国空间站进入初样研制阶段，首先开展空间站系统详细方案设计，然后各舱段并行开展详细方案设计和试验测试验证工作。[12]
2018年11月，天和核心舱的工艺验证舱在珠海航展亮相，该舱段与真实舱段为1：1关系，状态几乎一致，说明天和核心舱的基本方案已经确定，设有3个对接口和2个停泊口、1个出舱口。[13]
2019年9月，天和核心舱完成初样研制，转入正样研制阶段，并完成了力学、热学试验，在出厂之前，又进行了三舱联试试验，验证了三舱接口的匹配性、三舱功能融合设计以及组合体飞行方案与飞行程序的正确性。[12]
2020年5月5日18时，长征五号B运载火箭首飞取得圆满成功，本次发射成功将搭载的新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入预定轨道，实现空间站阶段飞行任务首战告捷，也拉开了中国载人航天工程“第三步”任务序幕。[14]
2021年初，天和核心舱完成出厂评审，建造任务即将转入实施阶段，同一时期，航天员乘组已经确定。[15]
舱段功能
天和核心舱是中国空间站组合体控制和管理的主份舱段，是空间站的管理和控制中心，具备交会对接、转位与停泊、乘组长期驻留、航天员出舱、保障空间科学实验的各项能力。[11][16]
总体设计
天和核心舱全长16.6米，最大直径4.2米，发射质量22.5吨，整个舱内空间总容积约为50m³，可支持3名航天员长期在轨驻留。核心舱从前到后按功能分为三个舱段：节点舱、生活控制舱和资源舱，共配置了3个对接口、2个停泊口和1个出舱口，设计寿命为15年（经维修）。[11][2]
节点舱是核心舱作为空间站系统与其他舱段相连的主要部位，具有2个对接口、2个停泊口，同时兼做空间站早期阶段航天员出舱活动使用的气闸舱，还具有1个出舱口。2个停泊口位于节点舱的左右两侧，称为侧向停泊口；出舱活动口在节点舱上方（远离地球方向）；2个对接口分别位于节点舱的前端和下方，分别称为前向对接口和径向对接口。[2][17]
生活控制舱从尺寸上看，前半部分为小柱段、后半部分为大柱段，能够提供三名航天员生活、工作空间以及配套支持系统。小柱段有三个睡眠区，每名航天员都有一个独立的睡眠区，还有卫生间。大柱段是乘组工作、控制、锻炼和休闲的地方，环境非常舒适。[18]
资源舱是非密封舱，为空间站提供电力、推进燃料等必需资源。末端同样有一个对接口，用于对接“天舟”货运飞船，以接收太空快递。[18]
中国空间站关键技术验证阶段
2021年4月23日，天和核心舱与长征五号B遥二运载火箭组合体在文昌发射中心转运至发射区，按计划开展发射前的各项功能检查、联合测试等工作。[19]
2021年4月29日，天和核心舱从海南文昌航天发射中心成功发射入轨，中国空间站建设任务正式启动。[12]
2021年5月30日，天和核心舱与天舟二号货运飞船完成在轨对接，补充了航天员生活物资、舱外航天服及空间站平台设备、应用载荷和推进剂等物资。本次对接采用自主快速交会对接模式，历时约8小时，天舟二号飞船对接于天和核心舱后向端口，按计划开展了推进剂在轨补加和空间站应用项目设备测试等工作。[20]2022年3月31日，天舟二号飞船返回大气层，整个任务期间，天和核心舱与天舟二号进行了4次交会对接，验证了货运飞船与空间站的2小时快速交会对接技术和舱段转位技术，为后续空间站在轨组装建造积累了经验。[21][22]
2021年6月17日，天和核心舱（与天舟二号组合体）与神舟十二号载人飞船完成对接，航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波进入核心舱。本次对接采用自主快速交会对接模式，历时约6.5小时，这也是天和核心舱首次与载人飞船进行的交会对接。[23][24]9月17日，神舟十二号返回并成功着陆，任务期间先后与天和核心舱完成了前向对接、绕飞和径向交会，并验证了相关技术。[25]
2021年9月20日，天和核心舱（与天舟二号组合体）与天舟三号货运飞船完成对接，补充了航天员生活物资、舱外航天服及出舱消耗品、空间站平台物资、部分载荷和推进剂等物资。本次对接采用自主快速交会对接模式，历时约6.5小时，飞船对接在核心舱后向端口，构成三船（舱）组合体。[26]2022年7月17日，天舟三号撤离空间站，27日，天舟三号飞船再入大气层，任务期间，核心舱与飞船进行了2次交会对接，进行了绕飞试验，为空间站在轨建造和运营管理积累了重要经验。[27]
2021年10月16日，天和核心舱（与天舟二号、三号组合体）与神舟十三号载人飞船完成对接，航天员翟志刚、王亚平、叶光富进入核心舱。本次对接采用自主快速交会对接模式，历时约6.5小时，飞船对接于天和核心舱径向端口，构成四舱（船）组合体。这是核心舱和中国载人飞船的首次径向交会对接。2022年4月16日，神舟十三号飞船顺利返回，标志着中国空间站关键技术验证阶段最后一次任务圆满成功。[28]
中国空间站在轨建造阶段
2022年5月10日，天和核心舱（与天舟三号组合体）与天舟四号货运飞船完成对接，补充了分属于航天员系统、空间站系统、空间应用领域、货运飞船系统的共计200余件（套）物资，补加推进剂约750千克。本次对接采用自主快速交会对接模式，历时约6.5小时，飞船对接在核心舱的后向端口。天舟四号飞船任务揭开了中国空间站在轨建造阶段的大幕，是一艘全密封货运飞船，2022年11月15日，天舟四号返回。[29][30]
2022年6月5日，天和核心舱（与天舟三号、四号组合体）与神舟十四号载人飞船完成对接，航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲进入核心舱。核心舱与三艘飞船组成了“一舱三船”构型。[31]
2022年7月25日，天和核心舱（与神舟十四号、天舟四号组合体）与问天实验舱对接成功，问天舱对接与核心舱的前向端口，当天，航天员进入实验舱。[32]9月30日，问天舱与核心舱分离后完成转位，重新对接在天和核心舱节点舱的侧向端口，组成了中国空间站组合体的“L”形构型。[33]
2022年11月1日，空间站组合体（含神舟十四号、天舟四号）与梦天实验舱完成对接，梦天舱对接于天和核心舱前向端口。3日，梦天实验舱完成转位，中国空间站“T”字构型组装完成。[34]
2022年11月12日，中国空间站组合体与天舟五号货运飞船完成对接，本次对接采用自主快速交会对接模式，历时约2小时，创下了航天器最快交会对接的世界纪录，并为空间站补加推进剂1.4吨、补充物资5.3吨。[35]
2022年11月30日，中国空间站组合体与神舟十五号载人飞船完成对接，飞船对接于天和核心舱前向端口，整个对接过程历时约6.5小时。[36]
2022年12月4日，神舟十四号乘组成功返回。[37]
2022年12月31日，中国国家主席习近平在新年贺词中向全世界郑重宣布：“中国空间站全面建成”。[38]
中国空间站在轨运营阶段
2023年5月11日，空间站组合体与天舟六号货运飞船完成对接，飞船对接于天和核心舱后向端口，中国空间站进入应用与发展阶段。[39][40]
2023年5月30日，空间站组合体与神舟十六号载人飞船完成对接，飞船对接于天和核心舱径向端口。[41]
2023年6月4日，神舟十五号乘组成功返回。[42]
环控生保系统
为了让航天员实现更久在轨停留，空间站设计了完整的可再生生命保障系统。由水处理、尿处理、电解制氧、二氧化碳去除、二氧化碳还原和微量有害气体去除六大子系统构成，在密封的舱室内建立了一个类似地球环境的可循环系统。航天员呼出的水蒸气会通过冷凝水方式回收，排泄的尿液也会回收净化，重新作为饮用水和生活用水使用。而电解制氧时产生的氢气与航天员呼出的二氧化碳，将通过化学反应生成氧气。[43][44]
机械臂系统
天和核心舱携带了一支长10米、最大负载25吨的机械臂，采用了仿生设计，如同人的手臂，分为肩、肘、腕关节，具备7个自由度的活动能力，能真实地模拟人手臂的灵活转动。在机械臂的末端，还配备了视觉测量系统、力传感器、执行器等，能够像人的手掌一样，抓取在轨的舱段或者货物，也可以带着航天员在空间站外部转移，比航天员自己移动要快很多。[45]机械臂还应用了重定向技术，也就是能够在空间站的外表自行移动，通过机械臂两端的执行器和空间站表面的适配器，机械臂的活动范围可以覆盖整个空间站，能够用来完成舱段转位、辅助出舱、货物转移等许多复杂的任务。[46]
能源系统
天和核心舱上使用了大面积的柔性可展开太阳能电池翼和配套的能源管理系统。
柔性可展开太阳能电池翼是中国首次应用相关技术，由碳化硅增强铝基复合材料制成[4]，集成了面积轻量化、重复展收高可靠、低轨10年在轨长寿命、刚柔并济高承载等四大全新技术。与传统的刚性或半刚性太阳电池翼相比，柔性翼体积小、展开面积大、功率重量比高，天和所携带的太阳能电池翼双翼展开后完整面积达到134㎡，但全部折叠收拢后只有一本书那么厚，是传统太阳能电池翼的1/15，与此同时，仅单翼的发电功率就达到了9kW，在满足舱内所有设备正常运转的同时，也完全可以保证航天员在空间站中的日常生活。[47]
电源系统则采用转换效率30%以上的三结砷化镓电池片以及先进的锂蓄能电池，当空间站建成后，多个舱段实行电源并网、统一发电，当空间站运行到地球的阴影区、无法利用太阳能发电时，锂离子蓄电池将保持对舱体的供电。[48][49]
推进系统
为实现至少在轨运行15年的设计寿命要求，核心舱推进系统成为了截至目前中国航天飞行器当中最为复杂的推进系统。[50]
天和核心舱配置了推进剂补加系统，且首次实现了完全自动化，即核心舱在进行在轨推进剂补加的过程中，使用自动补加程序，可实现完全自主补加，不再需要地面指令干预或是航天员的辅助。[50]在天和核心舱的前、后向对接端口均配置了补加接口，保证了货运飞船在天和核心舱前向对接口或后向对接口对接时均可为天宫空间站补加推进剂，提高了任务的可靠性。[46]
天和核心舱的推进系统同时配备了化学推进系统和电推进系统，其中化学推进系统作为航天常用的常规动力系统，配备了4台轨控发动机、22台姿控发动机。[50]
除了传统的化学推进系统，天和核心舱上还配置有中功率(0.5一10kW)霍尔电推进系统，包括4台80mN霍尔推力器和2个贮气模块，推力器的工质为氙气，贮气模块可通过机械臂在轨更换。电推进系统具有精确调整、工作时间长的特性，可减缓空间站轨道衰减速度，还可为空间站节省化学推进剂，减轻了货运飞船补给运输的压力，这也是人类首次在载人航天领域应用电推进技术。[46]
天和的推进系统还首次配备了航天员出舱更换维修的方案，控制驱动器、霍尔电推进发动机气瓶等设备均可由航天员出舱在轨更换维修，全力确保至少15年使用寿命期间内推进系统始终保持正常可靠工作。[50]
姿控系统
为满足空间站长期、稳定运行的需要，天和核心舱搭载了6台大型控制力矩陀螺，角动量达到1500Nms，安装在核心舱大柱段与小柱段连接锥面外壁上，具有精度高、响应快、寿命长、可靠性高等优点，除了零燃料消耗，还能对航天器柔性部件的干扰缩减到最小。[51]
舱内实验设备
天和核心舱承载有开展空间科学研究的任务，舱内除空间站运行所需的必要设备和系统外，还搭载了科学实验柜，根据中国载人航天工程办公室发布的中国空间站科学实验资源手册，天和核心舱内搭载的实验柜有：
中国空间站天和核心舱内实验柜[52]学科方向序号名称归属位置机柜数量模块数量可插入/更换航天医学1人系统研究机柜航天员中心天和112（单元）3种单元长期空间环境条件下人的生理效应、人的能力研究和以发展新型防护技术为目标的实验2医学样本分析与高微重力科学实验柜（医学样本分析部分）航天员中心天和1（部分）2样品样品的离心分离，并提供4摄氏度低温冷藏条件空间材料学3无容器材料实验柜中科院天和12样品金属和非金属材料凝固机理，深过冷研究，高温熔体热物性精确测量，高熔点等新材料制备研究
征集活动
按照工程相关规定，载人空间站在启动实施后，各种新的飞行器应有一个代号，以满足技术管理和对外宣传的需要。由于载人空间站工程正式启动实施，标志着中国载人航天事业进入了一个新的历史阶段，出于“中国的载人航天应当有一个更加鲜明、富有特色的标识，应当更多体现全国人民乃至全球华人的意见”的考虑，载人航天工程办公室面向全国公众开展征集。[53]
2011年4月25日，中国载人空间站名称征集活动正式启动，在三个月的时间里，共收到名称作品10万余件、标识作品9000余件。2013年，中国载人航天工程办公室将定选方案呈报国家有关部门，并在9月份得到中央批准，确定了中国载人航天工程标识、空间站名称、舱段名称。[53]
中国载人航天工程标识
中国载人航天工程标识，其主造型既像一个书法的“中”字，又类似空间站的基本形态，尾部的书法笔触似腾空而起的火箭，充满中国元素和航天特色，结构优美、寓意深刻。工程标识以蓝色为主色调，象征科技、冷静与智慧，展现中国载人航天将以崭新的姿态不断攀登科技高峰、以冷静心态探索未知宇宙、以无限智慧服务国家发展的高远志向；以铿锵有力的书法体呈现出中国的“中”字，寓意中华民族腾飞的力量；标志尾部的书法笔触如同火箭腾空时刺破苍穹的烈焰，体现出豪迈拼搏的航天精神；标识图形创意来自源于空间站外形舱体与太阳能板，同时结合中国的“中”字呈现，又如同一只展翅翱翔的大鹏，展现中国载人航天发展逾越天际、志存高远的自信。[53]
同时，考虑到空间站项目是工程的一个组成部分，再增加标识可能造成视觉和形象的混乱，空间站标识不再单独设置标识。[53]
空间站和核心舱名称
参考资料 53
- 空间站天和核心舱发射任务取得圆满成功 — 中国载人航天工程
- 【知识点·航天】“天和”核心舱、“天宫”空间站和新一代载人飞船的最新知识点(干货版) — 知乎专栏
- 中国空间站轨道参数 — 中国载人航天工程
- 空间站：“中国制造”新骄傲（筑梦“太空之家”——中国空间站建设记②） — 人民网
- 天和核心舱成功发射 中国空间站建造全面开启 — 新华网
- 中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成 — 新华网
- 工程简介 — 中国载人航天工程
- 2005――人类航天成就辉煌 — 中国政府网
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 回眸|我国天宫空间站研制及建造进展 — 中国载人航天工程
- 中国空间站核心舱珠海航展首次亮相 — 新华网
- 长征五号B火箭首飞成功！中国空间站建造拉开序幕 — 人民日报
- 参考 15
- 中国人的太空“新家”长啥样——四大关键词解读天和核心舱 — 新华网
- 你想了解“天和”核心舱?看这里↓↓↓ — 央视网
- 筑梦航天丨深度揭秘航天空间站，你想知道的都在这里! — 中国数字科技馆
- 中国空间站天和核心舱器箭组合体转运至发射区 — 中国政府网
- 天舟二号货运飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接 — 新华网
- 航天专家解读天舟二号货运飞船“返回” — 中国日报中文网
- “太空搬家”是如何完成的?揭秘天舟二号转位试验 — 新浪
- 权威快报丨神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接 — 新华社
- 中国载人航天工程办公室:神舟十二号载人飞船发射圆满成功 — 中国政府网
- 神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆 3名航天员安全顺利出舱 — 中华人民共和国国防部
- 天舟三号货运飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接 — 中国政府网
- 天舟三号货运飞船受控再入大气层任务顺利完成 — 中国载人航天工程
- 遨游九天今凯旋——写在神舟十三号返回地球之日 — 新华网
- 天舟四号成功发射！中国空间站全面建造阶段揭幕之战五大看点 — 中国政府网
- 天舟四号受控再入大气层任务顺利完成 — 中国载人航天工程
- 乘舟巡宇探天河——神舟十四号飞天纪实 — 新华网
- "问天"十问——详解中国空间站问天实验舱发射任务 — 中国政府网
- 我国成功实施问天实验舱转位 中国空间站组合体转为两舱“L”构型在轨飞行 — 中国政府网
- 飞天圆梦丨此刻载入史册!梦天转位成功，中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成! — 央视网
- 天舟五号“问天”记 — 中国政府网
- 神舟十五号载人飞船发射取得圆满成功 — 中国政府网
- 神舟十四号载人飞船返回舱成功着陆 神舟十四号载人飞行任务取得圆满成功 — 中国政府网
- 三步“登天” 中国载人航天底气源于自立自强 — 央广网新闻
- 天舟六号货运飞船与空间站组合体完成交会对接 — 新华网
- “太空快递”已送达!天舟六号发射看点速览 — 新华网
- 神舟十六号飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接 — 中国政府网
- 神舟十五号载人飞船返回舱成功着陆 神舟十五号载人飞行任务取得圆满成功 — 新华网
- 它是航天员生命的“守护伞”，构建宜居的“太空家园” — 央视网
- 我国载人航天环控生保技术跻身世界先进水平 中国空间站氧气资源100%再生 — 人民网
- 它是空间站上的多面手!来看机械臂是如何配合出舱航天员的 — 央视网
- 参考 46
- 天和核心舱工作10年电源如何续?揭秘中国“太空电站” — 新浪财经
- 电从太空来?从国际空间站停电说起… — 新浪看点
- 人民日报:天和扬帆 筑梦天河(科技自立自强·逐梦深空) — 中国载人航天工程
- 拥有史上最复杂推进系统，天和核心舱的“三个首次” — 国家自然科学基金委员会
- 姿态控制有“神器”！让空间站“坐如钟、行如风”的秘诀是什么 — 百家号
- 参考 52
- 集大众智慧于探索 融中华文化于飞天 — 中国载人航天工程