天上宫阙

兰宁远

天宫，新时代的国家品牌

在轨飞行的航天器内独有的微重力环境，可以使人类从一个全新的视角来研究和分析许多实验现象。利用好这个环境，可以在太空医学、材料学、基础生物学、物理科学和太空制造等多方面取得突飞猛进的发展。载人飞船虽然能进行一些空间科学实验，但毕竟受任务时间所限，研究要想深入下去，就需要有一种能够长期进行试验的平台，这个平台就是轨道空间站。

轨道空间站容积大、寿命长，相当于太空中的“航空母舰”。通过空间站可以进一步研究地球环境和宇宙空间，开展一系列的太空实验，实现太空工业化生产，获取地球上很难或根本无法得到的产品。空间站上的航天员能够为其他航天器补充燃料，进行组装和维修，释放或回收其他航天器。空间站还能作为向深空探测的中转站，为实现载人登月、火星探测等发挥重要的作用……由此可见，建立空间站对突破相关领域的核心技术，开展空间科学实验，深入了解地球和深空环境等方面具有重要的意义。

空间站由运载火箭发射入轨，靠宇宙飞船或航天飞机等天地往返运输系统运送航天员和补给物资。空间站有多个对接口，可同时与数个航天器对接组成大型轨道联合体，在太空长期停留。

最早设想建立空间站的是被称为“现代火箭航天技术鼻祖”的苏联科学家齐奥尔科夫斯基。最早把他的设想变为现实的也是苏联人。

1971年4月19日，加加林首次进入太空10年之后，一枚巨大的“质子号”运载火箭将人类的第一个空间站“礼炮一号”送入太空；1973年5月14日，一枚两级的“土星5号”运载火箭在美国肯尼迪航天中心点火发射，火箭第三级的位置上装的是“天空实验室”空间站；1986年2月20日，苏联发射新一代航天站“和平号”的核心舱，开始了“和平号”空间站的建设……迄今为止，苏联和美国共把9座空间站送上了太空。其中，苏联8座，即“礼炮一号”至“礼炮七号”与“和平号”空间站；美国1座，即“天空实验室”。

1985年7月，航空航天部召开中国首届空间站研讨会，时任航空航天部科技委主任的任新民在会上说：空间站迟早是要搞的，但等到人家都成了常規的东西，我们才开始设想就晚了。我们要争取在21世纪初，在地球的近地空域建成中国的永久型空间站……

十几年过去了，“冷战”过后，作为载人航天发展推动力的“太空争霸”结束了，美俄等国一度对载人航天的后续发展前景感到茫然。在美国，要求重新审视耗资巨大的航天计划的声音越来越强，要求削减空间预算的呼声越来越高，通过预算拨款所受到的阻力也越来越大。苏联解体后，俄罗斯、乌克兰等拥有苏联航天技术的国家意识到，在这样的背景下，争取商业性的国际合作来发展航天技术是帮助他们摆脱困境的唯一出路。

1992年1月22日，美国的“发现号”航天飞机发射时，搭载了一座国际微重力实验室，有15个国家共同参与了其中的生命科学和材料加工实验。来自加拿大航天局和欧洲航天局的两名航天员参加了飞行乘组。中国也搭载并进行了一项材料加工试验和一项空间碎片实验。

“世界上只有永远的利益，没有永远的朋友”，这句被西方外交界奉为准则的名言，揭示了西方大国外交的本质，也同样适用于关乎国家战略利益的航天事业。

1993年，美国、俄罗斯、欧洲航天局、日本、加拿大和巴西6个国家和地区组织的太空机构联合推进了一项宏大的航天合作计划——国际空间站。国际空间站的设计寿命为30年，组装工作于1998年正式开始。组装阶段的发射工具，有美国的航天飞机，有俄罗斯的“质子号”火箭和“天顶号”火箭，还有欧空局的“阿里安5号”火箭。运营阶段的载人往返运输工具是俄罗斯的“联盟TMA”飞船及美国的航天飞机，运货工具为俄罗斯的“进步M号”飞机和美国的航天飞机。

1998年11月20日，国际空间站的“曙光号”功能能源舱由“质子号”火箭从拜科努尔发射场发射升空；1998年12月4日，“团结号”节点舱由“奋进号”航天飞机送入轨道，与“曙光号”功能能源舱交会对接；1999年5月27日，美国“发现号”航天飞机发射升空，为国际空间站送货；5月29日，“发现号”航天飞机与国际空间站成功对接；2000年5月19日，“阿特兰蒂斯号”航天飞机发射升空，21日与国际空间站对接，航天员更换了备用的6块太阳能电池板中出现故障的4块，并利用航天飞机上的推进器把国际空间站的轨道高度提高了30公里；2000年7月26日，俄罗斯承制的“星辰号”服务舱与国际空间站对接，国际空间站成了有3个舱段的复合体。从此，这个重458吨、长108米的庞然大物，成为引领世界先进航天技术的标识。

20年以来，世界上共有16个国家或地区的航天组织参与到国际空间站的建设之中，中国也明确表达了合作意愿，但有的国家没有摆脱“冷战”思维，提出了一大堆苛刻的政治条件，这是中国所不能接受的。所以，中国的科学家最终未能进入这一俱乐部，国际空间站中始终没有中国人的一席之位。

除了国际空间站，西方大国与中国在航天方面的合作，也仅仅停留在科学研究和学术交流层面，真正涉及核心技术时，不仅没有合作的可能，而且还存在着严格的封锁。因此，中国要想建设空间站，从体系到技术、从宏观到微观，无一不需要通过白手起家和自主创新来实现。

载人航天工程开始实施的时候，对建造空间站的“第三步”目标，还没有明确相应的技术方案和研制计划。直到2005年，载人空间站工程与探月工程才一起被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》中的重大科技专项之一。

2007年1月29日，载人航天工程总指挥陈炳德宣布：按照国务院和中央专委的要求，由总装备部牵头成立载人空间站工程实施方案编制专家组，开展相关工作。组长为王永志，副组长为王忠贵、郑敏，下设总体、应用、飞行器、火箭、测发测控、航天员系统和研制计划经费等7个专业组。这项重要而艰巨的任务，使王永志一下子从二线“顾问”回到了工作一线。

随着空间站论证工作的进行，王永志敏感地意识到，一场世界领域的航天巨变正在悄然降临。

2001年3月23日，盛极一时的“和平号”空间站结束了使命，受控离轨销毁于南太平洋，国际空间站成为唯一长期在轨运行的载人航天器。5年之后，美国国家航空航天局在“重返月球计划”中说，他们将在2014年左右放弃国际空间站，并在2020年前后“重返月球”。

消息传来，对我国正在进行的空间站论证工作影响很大。2007年，载人航天工程总指挥部专门召开了一次论证会，针对新形势下我国还要不要搞空间站、搞一个什么样的空间站的问题，征求专家们的意见。有些专家直截了当地说：“现在搞空间站已经时过境迁。美国都放弃了，我们还有必要吗？”也有的专家从经济支撑方面提出看法：“国际空间站由16个国家和地区组织共同投资、联合建设，有财力和技术基础，花费了1000多亿美元。我国还是发展中国家，财力能支撑得了吗？”……这次会上，将近一半的专家都主张放弃空间站计划，而剩下的一半專家虽然同意建空间站，却认为只需要有一个小型的核心舱就够了。

专家们的意见大大出乎王永志的意料，尽管他还坚持继续研制空间站的想法，但也意识到，此事不能心急，就像当年启动载人航天工程一样，必须先进行深化论证，有理有据地阐明建造空间站的必要性，特别是可能性，把问题研究透了，才能被大家接受。

2007年深秋，中国运载火箭技术研究院迎来了建院50周年庆典。11月16日，研究院举办了一次针对航天技术的高峰论坛。王永志应邀做了《中国载人航天工程可持续发展的研讨》主题报告，他在报告中说：

通过深入研究世界航天的技术发展历程可以发现，在载人航天领域能够凝聚16个国家共识的只有建造空间站。如果国际空间站2010年左右能够建成，并且再使用10年，那么从1971年苏联发射“礼炮一号”试验性空间站起，到2020年左右的50年间，唯一没有间断的载人航天活动就是空间站的建设和应用。由此可见，空间站的重大实用价值是世界公认的。在国际合作方面，我们是愿意合作，但西方特别是美国不让我们参加，我们只能自己干。只上一个核心舱，实验能力仅有1.5吨，效益太差。但如果把空间站规模定位在3个基本舱段构成的小型组合体，则可以提供17吨的有效载荷实验能力。再加上研制大的货运飞船减少运输次数，通过控制规模和技术创新，空间站我们也是建设和运营得起的……

王永志之所以在这个时候做这个报告，可谓用心良苦，他想利用这样一个机会、采用这样一种方式对前一段专家们的质疑做出回答。这次论坛之后，王永志的想法受到了航天界的广泛关注，也得到了任新民、庄逢甘、屠善澄、陆元九和梁思礼等老一代科学家的认同，他们纷纷在不同的时间、不同的场合对持反对意见的专家进行了说服。不久后，这些专家们都渐渐地接受了王永志的观点，思想上达成了共识：建造空间站符合载人航天的发展规律，适合中国航天技术的发展需要，建立我们自己的空间实验室，乃至长期有人照料的空间站，是放眼未来必须迈出的一步。

思想统一了，论证工作得以顺利展开，一套早就在构思的方案在王永志的脑海里变得愈加清晰起来。

在空间站的规模上，美苏两国由于采取不同的战略方针，出现了两种截然相反的结果。美国采取的是跳跃式的发展方式，因为过于注重先进性而缺乏连续性和继承性，所以，只发射了1个空间站。而俄罗斯采取了积极稳妥、循序渐进的方式，最大限度地利用了成熟技术，独立发射了8个空间站。这9个空间站中，除了苏联的“和平号”之外，其余8个都是小型空间站。由此可见，建立小型空间站是发展空间站的首选。王永志和大部分专家都认为，我国也应采取循序渐进的方式，先发射一个8吨级的空间实验室，再建造20吨级的较大规模的空间站。

迈向空间站时代，犹如行走在荆棘丛生的坎坷之路上，中国的载人航天工程面临着一系列的新挑战。从发射系统来讲，发射任务将从曾经的阶段性密集发射进入到常态化密集发射状态，是否能够应对这样高密度的发射，将进一步考验发射能力。从测控通信系统来讲，航天员在轨时间越长，不可预测的因素就越多，风险也随之加大。如何适应空间站在太空运行的新状态，对飞行管理控制提出了新的要求。对航天员系统来讲，长期和短期在轨工作有很大的区别。长期飞行的话，最好有一名医生可以快速处置小的疾病，更长远地看，还要建立天地协同的疾病诊断机制。这个目标，就连国际空间站也没有完全实现。

一年半时间过去了，在王永志的主持下，中国的科学家们密切关注着世界航天领域的发展动态，结合国民经济发展的战略需求，以创新和前瞻的思考进行了三轮论证，初步确定了中国空间站应用发展的战略目标和技术路线，拿出了具体的实施方案报告，明确了建设程序，并给出了相应的经费预算。

空间站工程将按空间实验室和空间站两个阶段组织实施，先发射空间实验室，再陆续把核心舱、实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ送入太空。其中，载人飞船和空间实验室用长征二号F火箭发射，货运飞船用新研制的长征七号火箭发射，空间站各舱段用新一代的大推力运载火箭长征五号发射。空间应用将以促进和引领国家先进科学技术的跨越发展为目标，涵盖空间天文、空间物理、空间生命及生物技术、空间微重力科学、航天医学、基础物理学以及地球系统科学等各个领域的数十个项目、数百项任务被列入计划当中。

2008年9月，总装备部组成空间站工程实施方案评估委员会，历时一个半月，审阅了实施方案的总报告与分报告，通过实地调研和论证评估，认为这份实施方案“符合我国载人航天‘三步走战略和规划纲要对重大专项的要求，论证内容全面、深入、系统，任务目标明确，阶段划分合理，规模适度，符合国情，满足需求，技术指标先进，创新性强，技术路线合理可行，对工程长远发展的设想思路清晰……”

轨道上演“鹊桥会”

2009年，一件神秘礼物出现在中央电视台春节联欢晚会的舞台上，它就是我国自主研制的目标飞行器——天宫一号的模型。由此，我国载人航天工程的第八个系统——空间实验室系统正式亮相。

中国的空间实验室之所以被命名为“天宫”，既是为了与“神舟”飞船、“嫦娥”卫星的名字相呼应，也是中国传统文化中对未知太空的一种通俗叫法。因此，得到了航天界和全国百姓的一致认可。

2010年3月，针对天宫一号任务的评估报告正式出台。4月29日，常万全主持召开重大专项领导小组会议，决定将评估报告上报中央审批。8月16日，中央专委会议审议并原则同意按此方案实施，并要求要把空间站建成开放式的国家级太空实验室，在2020年前后建成和运营，使之成为创新型国家的重要标志之一。

中国的载人空间站项目启动的这一年，美国总统奥巴马突然宣布一个令世界震惊的决定，美国将取消“重返月球”的计划，并把国际空间站的使用期延长到2020年左右。听到这个消息，王永志内心感到一阵宽慰。事实证明，中国的科学家独立思考、不跟着别人亦步亦趋的想法是完全正确而且富有前瞻性的。

苏联的“礼炮号”计划历时15年，共发射了7个18吨级的空间站。按照王永志的规划，我国先发射两个8吨级的空间实验室，并以此为基础研制13吨级的货运飞船，货运能力为5.5吨，是苏联“进步号”的两倍多。从2018年开始，再用3年左右的时间建成空间站。空间站本体由3个20吨级的舱段构成，仅相当于用正在研制的长征五号火箭发射3颗大吨位的卫星，总重量是“和平号”的一半，是国际空间站的七分之一，而基本实验能力却可以达到17吨级。

王永志的这个想法是经过深思熟虑的。首先，在纵向上，他注重技术的延续问题。8吨级的空间实验室是在8吨级的飞船基础上研制，主要技术也将应用于空间站舱段和货运飞船。长征七号在新一代运载火箭和长征二号F火箭技术基础上进行研制，达到载人要求时，则替代长征二号F火箭。其次，在横向上，方案做到了统筹兼顾，考虑到新一代运载火箭和海南文昌发射场已经立项的情况，决定充分利用文昌发射场。长征七号按载人火箭要求设计，初期用于发射货运飞船，将来可广泛应用于卫星发射，做到资源共享。再次，王永志的这份方案还注重继承性。从飞行产品看，将继续使用神舟飞船、长征二号F火箭作为运载和载人天地往返的运输工具；从地面任务支持系统看，继续使用现有的载人航天发射场，当长征七号可用于发射载人飞船时，再进行更新发射塔架和适应性改造；测控通信系统在现有基础上提升测控能力；着陆场系统的主要任务是对现有设备进行改造；航天员系统将适时补充选训一批航天员，以满足空间站工程实施阶段的任务需要。

尽管这个方案是优化的，但王永志深知，空间站的建设是一项前无古人的开创性工作。方案只规定了大的框架和技术路线，后续的技术攻关将面临艰辛的历程。按照新的计划，工程将使用长征二号F、长征七号和长征五号三种运载火箭分别发射载人飞船、空间实验室、货运飞船和空间站。而长征五号和长征七号火箭都是第一次使用，需要经受严峻的考验。空间站和货运飞船面临的难度更大，空间站核心舱、长寿命设计、组合体控制等技术都代表着世界航天的最高科技水平，需要逐一突破。

2010年9月25日，中央正式批準实施载人空间站工程，我国的载人航天事业掀开了新的一页。

从这一天开始，载人航天工程进入了一个新的阶段。从方案的论证到任务的实施，每一个环节都牵动着总设计师周建平的心。周建平常说，工程的设计方案需要充分论证，既要体现当代科技发展水平，也要系统优化；既要完成任务目标，又要推动航天技术的发展；既要保证系统各个方面有机组合、协调运转，又要发挥各系统的作用，使得整个大系统能够实现目标，从而确保飞行任务圆满完成。

11月15日，载人航天空间站暨交会对接任务部署动员大会在北京召开。周建平充满信心地说：作为国家级的重点工程，载人航天二期工程的研制和实施，将集中全国优势技术力量，全面提升和充分体现国家对大型工程项目的管理能力，将进一步完善我国载人航天器研制和配套工程，而且会带动相关科学技术领域的发展。

这次会议明确了交会对接任务的规划安排和计划节点：2011年进行首次交会对接试验，2012年全面完成交会对接任务。具体地说，在2011年发射天宫一号目标飞行器和神舟八号飞船，实施首次空间飞行器无人交会对接飞行试验；2012年和2013年分别发射神舟九号和神舟十号飞船，与目标飞行器进行无人和载人交会对接。

在太空中，两个航天器在同一时刻以同样的速度到达同一个地点的轨道控制过程被称作“轨道交会”；将两个航天器对接起来形成一个组合航天器的事件称作“空间对接”。“轨道交会”和“空间对接”合起来就是“空间交会对接”。

空间交会对接是一项国际公认的高难度航天前沿技术，需要两个航天器，一个作为被动对接目标，称为“目标飞行器”，另一个作为主动追踪者，称为“追踪飞行器”。我国的首个目标飞行器就是前面提到的天宫一号。

在我国之前，世界上掌握这项技术的只有美国和俄罗斯。1966年，美国航天员阿姆斯特朗和斯科特乘坐“双子星座8号”飞船，通过手动操作与“阿金纳”目标飞行器对接，实现了世界上的第一次交会对接。一年后，苏联的“宇宙188号”与“宇宙186号”飞船在太空中实现了自动对接。美俄两国在交会对接中曾出现过严重事故。据统计，1960～1998年，俄罗斯载人航天飞行的33次重大故障中，交会对接故障就占到了24.3%。这样的高风险率给从未涉足这一领域的中国研制者们提出了三大挑战。

第一个挑战是测量。虽然由天链一号卫星、国内外16个陆基测控站以及3艘远望号测量船组成的测控通信网，具备了对飞船和天宫一号的准确测定和轨道预报能力，但当两个航天器相距只有几十公里时，测控网就无法对它们的相对位置提供更精确支持，这就需要航天器之间相互配合、逐步接近。尽管我们在航天器上采用了世界上最先进的微波雷达、激光雷达、图像测量等技术，但能否有效成功还要通过试验来验证。

第二个挑战是控制。首先是精度控制，飞船必须在与目标飞行器接触前，将它们的横向偏差控制在几厘米的范围之内。其次，送入太空的每一公斤甚至每一克重量都要精打细算。如何消耗最少的推进剂完成交会对接，是对控制策略和方法的重大考验。如果消耗过多推进剂，就会影响航天器的寿命，甚至导致失败。

第三个挑战是对接。经过复杂的测量和控制过程后，两个航天器越离越近，捕获机构像钩子一样，实现两个飞行器的捕获。此后，缓冲、拉紧、锁紧，这一系列动作必须一气呵成。稍有闪失，高速飞行的航天器就可能酿成重大事故。

为了验证交会对接技术，美俄两国的飞船与空间站都进行了多次试验，两国还有过多次联合飞行。中国没有走美俄的老路，而是采用了一种更为经济、高效的技术方案：发射一个目标飞行器，分别与3艘飞船进行对接。也就是说，在2011年发射天宫一号目标飞行器，以它为对接目标，在设计寿命两年的时间里，通过发射神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船，完成三次交会对接任务，逐步突破空间交会、对接、组合体控制及人员转移4项关键技术。这个方案比美俄等国早期的试验方法向前跨越了一大步，并且技术风险较小，适合国情也比较稳妥。

作为全新的载人航天器和小型空间站的雏形，天宫一号的研制任务责无旁贷地落在了中国空间技术研究院身上，“神舟”飞船的研制团队再次被委以重任。曾经是载人飞船副总设计师的青年专家杨宏被任命为空间实验室系统的总设计师。

1963年出生的杨宏当年才40多岁，他毕业于西安电子科技大学通信工程学院信息论专业，1991年在中国空间技术研究院获硕士学位，并开始新型返回式卫星的研制工作，工程立项后，进入载人飞船总体室从事飞船总体设计工作。

控制系统、能源系统、动力系统，从里到外，使用了超过80%的新设备和新技术，远远高于新研航天器采用量不超过30%的惯例。面对这样一个从未探索过的领域，杨宏身上任务之艰巨、责任之重大可想而知。没有成熟的经验可借鉴，没有充分的数据可参考，无法验证宇宙中的现实环境，要实现两年寿命、完成多次交会对接试验，从设计、研制到生产、试验，从初样测试到正样投产，从技术验证到出厂发射，都需要他们白手起家。

空间交会是我国航天史上的第一次，研制交会对接测量设备是第一阶段技术攻关的重中之重，而两个航天器能否成功准确交会，又是实现它们对接的基础，为了这个极具挑战的“第一次”，杨宏把目光聚焦在任务的关键动作之一——空间交会对接设备在轨使用风险的深入剖析上。

雷达和相机是空间交会对接的主要测量设备，通过对它们在轨使用风险的分析，杨宏认为，安装在神舟八号和天宫一号上的交会对接测量设备，虽然经过了长时间的攻关和大量的地面试验，但地面环境和太空环境毕竟存在极大差异，所以，在激光雷达、CCD相机、微波雷达、交会对接制导导航控制系统等关键设备上，仍然存在地面测试验证不充分的风险。为了弥补这一缺陷，杨宏在天宫一号的系统配置上采用了多种手段互补、各测量设备全程备份、设置飞船停泊点作为状态判断点等方法，最大限度地降低了任务风险。

杨宏在天宫一号的总体设计上，提出了一个看似简单实际上却很复杂的目标：“1+1=1”和“1-1=2”。“1+1=1”和“1-1=2”在數学上来说，显然是错误的，而这恰恰是突破组合体控制关键技术所要达到的目的。简单地说，就是两个航天器对接在一起，成为一个航天器的组合体，而分离后又成为两个独立的航天器。

在杨宏设计的图纸上，天宫一号全长10.4米，最大直径3.35米，太阳翼展宽18.4米，重8.6吨。它的主体是一个又短又粗的圆柱体，由实验舱和资源舱两舱组成。其中，资源舱的任务是提供能源保障，为轨道机动发动机提供动力并控制飞行姿态；实验舱是飞行器运行的核心舱，分为前锥段、圆柱段和后锥段三部分，承担着航天员工作和生活的任务。飞船与天宫一号对接完成后，航天员就会进入全密封的前锥段和圆柱段工作和生活。实验舱的后锥段是非密封的，用来安装再生生保设备，前端则安装有对接机构和测量通信设备，支持与飞船实现交会对接。

通常各类卫星依靠自带的控制系统来控制运行状态，而天宫一号却不同，在没有与飞船对接前，就像在轨运行的卫星一样，自己控制运行姿态和轨道，而当它与飞船对接之后，两个航天器就变成一个新的太空组合体，组合体往哪里飞、姿态怎样调整，都将由天宫一号来控制。为此，杨宏为天宫一号配备了一个智能化的“大脑”——控制计算机系统和操作系统，通过这两个系统，天宫一号可以自主对空间实验室的飞行轨道、姿态调整、运行状态进行智能化诊断。

返回式卫星在轨道上工作时间最长不超过27天，神舟飞船载人飞行的时间是5天多，最大余量是7天，飞船轨道舱留轨试验飞行只有半年多时间。而天宫一号的要求是在轨运行两年，杨宏他们首次遭遇低轨道、长寿命的设计挑战。由于要控制17～18吨重的大型飞行器，以前用于神舟飞船和应用卫星姿态控制的发动机和动量轮，在天宫一号上就不能使用了。所以，他们改用了一种输出力矩比较大的新型陀螺，但为了实现它的性能指标，陀螺每小时要高速运转8000～10000转，还得昼夜不停地工作两年之久，这对轴承的精度指标提出了特殊的要求。

为了实现这些目标，杨宏在天宫一号上采用了很多新技术。比方说，为了验证空间站电源体系，采用了新型电源技术；使用了折叠式的5片太阳能电池板，也是中低轨道航天器中最新、最复杂的太阳翼设计。通过一体化设计，实现了先进的热管理技术，把传统意义上的环境控制、仪器设备的热控制进行统一管理，还可对停靠期间的飞船提供热量支持。

设计初期，研制人员在杨宏的带领下，以神舟飞船技术状态为基线，根据天宫一号任务的特点与要求，不断改进设计，关注细节，通过创新优化、完善了系统功能，攻克了空空通信、高压供电、多回路通风换热等一系列技术难题，拿下了一大批具有自主知识产权的核心技术。

为保证仪器设备和结构的温度，给航天员提供舒适的温湿度环境，天宫一号设计安装了一套“空调系统”。这套空调系统无须使用压缩机，而是利用外太空的冷背景和单相流体回路的热量收集与传递功能，将密封舱内的仪器设备产热、化学产热和航天员产热共计几千瓦时的热量，通过辐射器排散到外太空，再通过“基于单相流体回路的热总线技术”，将整器需要降温的设备热量收集起来，传递到需要补热的低温结构上，省去了电加热功耗，做到了热量的综合管理和高效利用。这套“空调系统”的功率只有220瓦，实现了高效节能的设计目标。此外，针对空间实验室阶段目标的诸多变化，设计师们还为热控系统增强了适应能力，实现了压气机温度接口的精确控温和密封舱温度的精确调节，利用智能化的热控核心控制设备进行热控设备在轨故障的自主诊断、隔离和处置，保证了“空调系统”的高可靠性。

天宫一号的舱体外部使用了很多新材料，长期在太空环境下暴露对它们会有什么影响？在天宫一号运行的轨道上，有很多航天器和太空垃圾，如何避免与之相撞？这些都是全新的课题。由此，天宫一号也成为我国第一个对卫星防护开展预先研究的飞行器。

……

作为总设计师，杨宏总是认为，自己的重要职责之一就是找出工作中的短板，尽可能地采取措施把风险降到最低，这样的话，成功才有把握。在天宫一号研制的初样阶段，杨宏带领研制人员从3个方面进行了13项验证试验。首先是以飞行方案为主线，通过仿真或半物理仿真试验对轨道设计、控制方案及误差分析进行验证；其次，通过交会测量敏感器单机试验和系统级试验，对敏感器的功能、性能及精度指标进行验证；再次，针对交会对接设备对光照条件及目标表面特性敏感，舱体多种因素作用对有关天线易产生干扰，不同敏感器之间存在光谱需错开等特点，对敏感器的环境适应进行验证试验。

在杨宏带领的天宫一号研制团队里，经常会提到一个术语“拉偏试验”。意思是说，设置最极限的条件，进行单机和元器件试验，看看它们到底能承受怎样苛刻的环境？在进行降落伞空投试验中，在主伞增加数倍强度仍然弄不坏的情况下，其他的小伞以及部件都做到坏了为止，以此来考核达到这种极限情况下，载荷到底有多少，设计的余量有多大。在环境鉴定试验中，在正常要求的基础上，进行极限试验，看看设备到底在什么樣的环境里还能工作，在什么的环境里不能工作，以此来获得最直接的试验数据。在验证交会对接设备的试验中，在建立数学模型和多次进行实验室仿真试验的同时，还把交会对接敏感器搬到飞机上，进行了两轮模拟校飞。在天宫一号上天前，在对单机特性进行分析的基础上，根据单机特点选择相应的拉偏条件，共进行了123台单机的拉偏试验。

在正样研制阶段，天宫一号共进行了56项专项试验和230项其他试验。特别是在根据天宫一号不同的特点，在航天员、神舟飞船、目标飞行器、地面测控参与交会对接任务等系统的共同参与下，进行四方联合模拟飞行，全面考核了交会对接的程序，以及航天员的配合和地面测控网之间的关系，实现了由孤立测试升级到多点测试。

“我们的工作，就是把地面的家搬到太空。”这是杨宏在天宫一号进入生产过程后，常常对技术人员说的一句话。天宫一号完成生产后，如果用生活中的住宅来打比方的话，真的就像是一个给航天员工作、睡觉、做实验的“大套间”，有工作间、生活间和卫生间。6米多长的舱体，从舱头走到舱尾，两边是航天员要操作的设备以及各种生命保障系统和科学实验仪器，还有为航天员准备的“卧铺”，比神舟飞船住得更舒服。此外，天宫一号中还设有小型的空调系统，保证里面适宜的温度。天宫一号交付使用前，为保险起见，杨宏特意安排了两名试验员进入舱体，在人工营造的大气环境里，整整生活了45天。一个半月过去了，当这两名试验员从舱内出来时，焦急万分的杨宏看到他们舒坦的笑容和竖起的大拇指时，这才放下心来。

万事俱备之后，首先与天宫一号对接的是神舟八号飞船。神舟八号是专门为交会对接任务和载人航天后续任务量身打造的飞船。与神舟七号相比，神舟八号最重要的改变是增加了交会对接功能，配置了对接机构和各种交会对接测量设备，取消了气闸舱功能。

为适应交会对接任务的需要，神舟八号飞船增加了一个对接机构分系统。它的任务是，在完成制导导航与控制创造的初始条件下，实现飞船与目标飞行器的对接、停靠与分离。具体功能是：在规定的初始条件范围内，实现两个航天器的捕获、缓冲、锁定和刚性连接，形成对接通道，形成两个航天器的电气连接；在组合体飞行期间，保持航天器的机构和电气安全连接状态，保证连接的刚度、强度及气密性；在联合飞行任务结束后，或在组合体出现故障的紧急状态下，迅速实现两个航天器的分离。

从早期的“环—锥”式到后来的“杆—锥”式、“抓手—碰撞锁”式，再到如今最先进的“异体同构周边”式，空间交会对接机构作为世界公认的高难度前沿航天技术，俄罗斯、美国和日本等已掌握这一技术的国家一直对中国实施封锁。我国的方案论证是从一张白纸开始的。

承担这一重任的是上海航天技术研究院的青年专家、空间实验室系统副总设计师张崇峰。张崇峰和研制团队一开始就提出了跨越式发展思路——研制能与国际空间站相匹配的异体同构周边式对接机构。这种对接机构便于航天员在不同飞行器之间自如进出，但技术构造更复杂。异体同构周边式对接机构，最初是由美国和苏联专家共同研制成功的。它的主要优点是：追踪飞行器和目标飞行器采用构型完全一样的对接机构，因此，无主动和被动之分，另外对接机构的所有部件均放置在周边而将航天器的中心位置留出来作为过渡通道。这种机构带有3个导向片的对接环，和并联式的差动缓冲机构，通过装在导向片上的三个捕获锁实现捕获，密封连接用对接框和对接锁完成，对接处的密封由两个彼此接触的橡胶密封圈来保证。

为此，张崇峰曾到俄罗斯“能源”火箭公司对接机构研制车间进行考察。接待他的俄方专家对张崇峰说：“世界上所有的空间对接机构都是我们生产的，你们未必能生产出来，还是购买我们的产品吧。”张崇峰一询价，对方开出的价格是一个远远出乎他意料的天文数字，仅设计专利费就高达一亿美金。考虑到成本和后续空间站发展的现实需求，出访回来，张崇峰心里埋下了一颗种子，那就是“一定要研制属于中国人自己的对接机构”。

然而，这个异体同构周边式对接机构的设想并沒有得到大家的共识。虽说这种对接机构适应性强、承载能力大，便于航天员在不同飞行器之间自如进出，但与此同时带来的是重量大、对接初始条件要求严格、构造复杂等技术难题。

为了把这个方案论证清楚，得到专家的共识，张崇峰带领研制团队搜集和查阅了所有能找到的资料，在字里行间寻找点点滴滴可用的信息，光是积攒起来的资料就装满了十几个大箱子。功夫不负有心人，他们的努力得到了回报，通过一轮又一轮的评审和质询，工程总体最终采纳了他们的方案，迈出了对接机构研制决定性的一步。

这种对接机构是机电一体化的设备，有几万个零部件、上千个齿轮、数百个传感器和轴承，对精度要求很高，要通过电机、控制器来驱动和控制，其中有许多问题是以前从未碰到过的。而且，这种对接机构的功能和性能要求也特别高。可想而知，两个重达数吨的飞行器在空间轨道上，即便是以很小的相对速度来接触，碰撞产生的能量也非常大。比如两个弹簧相碰撞，如果弹簧太硬，一碰就被弹开了；如果太软，弹簧能量没有被吸收掉就冲到底了。所以，对接机构既要保证相互之间牢固地抓住，还要能够吸收掉碰撞的能量；既要保证有足够的柔软度，又要有一定的吸收能量的能力。

1996年开始，张崇峰带领神舟八号研制队伍，从零开始，攻关对接机构的关键技术，进行了长达16年的攻关。

作为型号技术负责人，张崇峰提出了系统参数设计优化模型，解决了系统方案、动力学建模等关键问题，在没有借鉴参考资料的情况下，完成了对接机构关键技术攻关，研制出了空间对接机构正样产品，拥有发明专利30余项，器件国产化率达到了99%。

在完成产品研制、试验和正样生产的同时，张崇峰还参与研制了国际首创的十自由度气浮式对接缓冲试验台、六自由度对接综合试验台、热真空对接试验台和对接机构整机特性测试台等一批国际一流的大型地面试验设备，尽量模拟对接机构在太空的失重、高低温、真空环境。通过这些设备，对接机构上的118个传感器、5个控制器、上千个齿轮轴承、18个电机和电磁拖动机构、数以万计的零件和紧固件，上天之前，已在地面进行了1101次对接试验和647次分离试验。与此同时，张崇峰还通过仿真计算设计了一台虚拟样机，利用数字对接机构进行仿真计算，在参数的选取上发挥了重要的作用。

为了对接机构的顺利研制，飞船系统开发了一套在交会对接过程中使用的高精度测量系统，由交会对接雷达、CCD光学成像敏感器、电视摄像机等构成，各个距离段上的测量都由测量设备来进行支持，可以测量与目标飞行器的相对位置和相对姿态。当二者在地面的操控下接近到几公里以内时，对接机构上的测量系统能让二者进行精确测控，误差不超过2厘米。

天宫一号的研制工作完成时，距离1993年开始研制神舟飞船已经过去了十几年。这十几年间，运载火箭上的电子产品发生了突飞猛进的变化。因此，对火箭的改进迫在眉睫。

天宫一号无论是体积还是重量，都比神舟飞船大。火箭系统总设计师荆木春在长征二号F火箭的基础上，经过170多项改进，研制出了新的系列火箭——“长征二号F/T”，天宫一号和天宫二号均由这个系列的火箭发射。其中，用于发射天宫一号的是长征二号F/T1火箭。

从外形上看，长征二号F火箭和长征二号F/T1火箭最大的区别在“头部”。为了让火箭穿越大气层时减少空气阻力，顶部采用了特殊的流线型设计。整流罩长度增加了2米，直径增加了1米。因为天宫一号不载人，所以，火箭取消了逃逸塔、栅格翼和逃逸发动机。

为了提高运载能力，荆木春在保持长征二号F火箭芯级和助推器形状不变的前提下，通过改变助推器的内部结构，使得T1火箭比长征二号F多装载20多吨推进剂，满足了发射需求。除此之外，T1火箭还有许多新技术都是首次使用，其中，控制系统放弃了笨重的惯性平台，采用迭代制导的技术，改用双捷联惯组，使入轨精度达到了国内最高水平。

随着载人航天工程的发展特别是交会对接任务的来临，对测控通信覆盖率提出了更高要求，原有的4船9站3中心的测控布局已不能满足任务需求，布局调整势在必行。于是，测控通信系统的总设计师钱卫平对已经使用了十几年的S波段统一测控通信系统进行了更新换代，通过对各中心的升级改造，架构了基于IP网络的一体化试验信息系统。十几年间，远望四号、远望一号和远望二号测量船相继退役，新入列的远望五号和远望六号虽已形成远洋测控能力，但加上远望三号，也仅有三艘船能够参加任务。所以，钱卫平决定将这三艘船布设在关键的海域。为了确保任务安全可靠，他建议将交会对接进行的时间，安排在国内各测控站相对可测控时间比较长的测控弧段进行。随着澳大利亚的当加拉，法国的奥赛盖尔、凯尔盖朗，巴西的阿尔坎特拉的测控站相继建成，到交会对接任务来临时，由北京航天飞行控制中心、酒泉卫星发射中心指挥控制中心、西安卫星测控中心3个任务中心，纳米比亚、圣地亚哥等16个国外测控站，远望三号、远望五号、远望六号三艘远洋测量船组成的陆、海、天基测控网，为精确测控交会对接任务做好了准备。再加上2008年和2011年，天链一号01星和02星的相继发射组网运行，测控通信覆盖率已超过了70%。

2011年7月21日，“亚特兰蒂斯号”航天飞机完成了最后一次飞行，标志着美国航天飞机时代的结束。与此同时，中国空间站建设的大幕正在缓缓拉开。

“亚特兰蒂斯号”完成绝唱之旅的第三天，从北京开往酒泉卫星发射中心的火箭专列抵达发射场。为了天宫一号的顺利发射，发射场新盖了加注扣罩厂房，扩建了测发控制楼，升级改造了测发指挥系统，共进行了117项的更新换代。

天宫一号预定的发射时间是8月30日。可就在距發射只剩12天时，任务总指挥部突然下达了“暂停发射”的命令。

8月18日，此前一直保持着100%成功率的长征二号丙火箭在发射实践十一号04星时发生了故障，卫星未能进入预定轨道，在印度洋海域结束了短暂的太空旅程。

30多年了，酒泉卫星发射中心一直都没有发生过这样的事情。中心领导连夜召开会议查找问题。发射测试站查完了全部任务记录，证明这是一个与发射操作没有关系的事故。既然操作没有问题，那么就意味着是火箭发动机出了故障。

这是长征二号丙运载火箭自投入发射以来，首度出现发射故障。这次发射失利震惊了航天界，也给正在紧张进行的天宫一号发射任务带来了前所未有的压力。

长二丙火箭与即将发射天宫一号的长二F＼T1火箭同属“长征”系列，发动机也由西安航天四院的同一厂家生产。人们不禁要猜测，导致长二丙失利的原因会不会也隐藏在长二F＼T1上呢？工程总指挥部决定，在长二丙发射失利原因彻底查清之前，暂停天宫一号的发射任务。

此时，天宫一号已经完成了推进剂加注和气瓶充气工作，进入推进剂检漏阶段。按照正常的发射程序，监测7天之后，天宫一号将扣上整流罩转往垂直总装测试厂房，与火箭进行对接。而现在，带着燃料的天宫一号必须停放在加注扣罩厂房内，等待发射失利原因的最终结果。

接下来的几天，整个发射场都弥漫在紧张的气氛之中。航天科技集团公司迅速成立了火箭故障调查委员会和故障审查委员会，同研制单位的工程技术人员一起夜以继日地进行数据分析、仿真和试验，查明故障是由于火箭二级游机三分机与伺服机构之间的支架断裂所致。西安航天四院在最短的时间内，拿出了对长征二号F＼T1火箭发动机和伺服机构的加固方案。

9月10日，暂停了一个多月的天宫一号发射任务再次开始，发射场区测试工作重新启动。新增挠性惯性测量组合、使用迭代式制导技术、采用冯·卡门曲线整流罩……7000多名技术人员夜以继日地重新开始了工作。专程从西安赶来的工作人员开始对火箭伺服机构进行加固。8项火箭总检查，234种故障预案处置演练，不到20天，全部一次顺利通过。

9月29日21时16分，随着长征火箭的又一次壮美腾飞，经过漫长等待的天宫一号终于踏上征程。21时36分，天宫一号准确入轨。听到这个消息，发射场系统的总指挥崔吉俊、总设计师陆晋荣和火箭系统的总指挥刘宇、总设计师荆木春不约而同地站起身来，含着热泪紧紧拥抱。

天宫一号的实验舱里有一个特殊的包裹，里面装着的是300面国际宇航联合会会旗。这些会旗是不久前由航天员翟志刚从法国带回来的。这些会旗曾搭乘俄罗斯“联盟号”飞船送抵国际空间站，再由美国“奋进号”航天飞机带回地球。2011年6月，中国载人航天工程代表团应邀出席巴黎航展。翟志刚作为中方代表和国际宇航联合会约定，将由天宫一号搭载这些会旗进入太空，并在一年后由执行交会对接任务的航天员带回地面，这次飞行完成后，它们就实现了在全球所有现役载人航天器上的搭载。

如果说，搭载会旗是深化国际航天合作一种象征性的表态的话，那么，走进中国航天的历史就会发现，随着载人航天工程的深入，中国与世界的交流合作已取得诸多实质性的进展。神舟八号搭载的空间科学实验项目中，就包括利用德国生物培养箱开展空间生命科学实验的研究。根据中德签订的《关于在载人航天领域发展合作的框架协议》，这只是双方合作的开始，两国将在空间科学实验方面有更加广阔的合作前景。

同样值得欣慰的还有一项名为“火星500”的国际合作试验，这项有人参与的模拟火星飞行，由欧洲航天局与俄罗斯生物医学研究所合作开展。2011年11月5日，俄罗斯科学院莫斯科生物医学问题研究所的封闭舱打开舱门，来自中国航天员中心的青年志愿者王跃和俄罗斯、法国、意大利的6位志愿者结束了520天的“飞行”，从火星“返回”地球。国际科学界称赞这次由多个国家合作完成的试验“把人类对于火星乃至对于人类自身的探索大大向前推进了一步”。

就在天宫一号奔赴太空的时候，神舟八号飞船开始进场测试。神舟八号属于改进型飞船，全船600多台套设备一半以上的技术状态发生了变化。

2011年10月23日，飞船、火箭在发射场垂直测试厂房完成对接，转往发射区。

就在这时，中国空间技术研究院的真空罐实验室内，刚刚完成生产的神舟九号飞船在做一项特殊的检查时，一个始料未及的问题暴露了。当真空罐里的温度降到0℃时，一台重要设备出现了故障。专家们又对正在生产中的神舟十号飞船的相同设备进行“归零”，发现也存在同样的问题。故障产品被送往西安的生产厂家开盖检查。这样一来，在发射场已经与火箭对接完毕的神舟八号飞船，即便是没有出现故障，也不得不同样进行“归零”。

10月25日深夜，任务总指挥部召开紧急会议，议题是神舟八号的任务时间要不要推迟。

神舟八号的发射时间是根据天宫一号的运行轨迹来确定的。就像是在太空中打靶一样，神舟八号瞄准天宫一号，在天宫一号运行到与飞船射向共面时发射，保证在最短时间内、最节省燃料的情况下，到达和天宫一号飞行的同一个角度和轨道面上，打到“靶心”中央点，才能实现对接。所以，神舟八号的发射时间是“零窗口”。专家们计算出的神舟八号发射最有利的窗口时间是11月1日的凌晨6时左右。综合了各方意见后，指挥部成员们形成了统一的结论：只要神舟八号的设备没有问题，就应当保证交会对接的最佳时间。于是，任务总指挥部决定，神舟八号按照原计划时间发射。

10月30日，天宫一号准时进入了高度为343公里的交会对接轨道，面向神舟八号到来的方向翘首眺望。11月1日5时58分07秒，随着0号指挥员下达“点火”口令，长征二号F火箭腾空而起，神舟八号如期踏上了与天宫一号的赴约之路。“跟踪正常”“遥测信号正常”，此起彼伏的报告声让北京和酒泉的两个指挥大厅里充满了紧张的气氛。10分钟后，喜讯传来，神舟八号按照预先设置的倾角进入了预定轨道。

在几百公里外的太空，在完全依靠飞船上的设备和地面指挥控制的情况下，实现两个航天器的交会对接，就好像是远距离的瞄准和射击，飞行控制和轨道控制的精度将决定是否能够成功。特别是让两个逐步靠近的飞行器完成无缝对接，难度如同百米之外的“穿针引线”。

11月3日凌晨，经过两天追逐和5次变轨，神舟八号到达了天宫一号的运行轨道。此前，天宫一号已从350公里的近圆轨道降低到343公里的轨道面上，并偏航180度，将安装着对接机构的一头朝着飞船的方向，迎接神舟八号的到来。随后，测控系统把神舟八号和天宫一号精确测控到相对距离100公里时，两个飞行器以7.8公里/秒的相同速度绕地球飞行，神舟八号在发动机的助推下开始抬升、平移，当飞行到距离天宫一号后下方52公里处时，地面导引段结束，飞船到达智利圣地亚哥测控站的控制范围内，进入自主导引阶段。

太空中的52公里微乎其微，在这短短的路途中，飞船系统安排了4次观察和试探，设计了5000米、400米、140米和30米4个停泊点。这样短暂的歇息，既有助于将轨道调整至理想的位置，也是控制上的备份措施，一旦在某一个阶段出现问题，飞船就可以通过地面控制撤离到上一个停泊点，等待故障处置。

“5000米停泊”“400米停泊”“30米停泊”……北京航天飞行控制中心指挥大厅内弥漫着忙碌紧张的情绪，伴随着一声声沉稳而又清晰的指令发出，两个8吨重的飞行器在340公里的高空逐渐接近。

此时此刻，坐在电脑前的张崇峰没有一丝倦意，他目不转睛地盯着眼前一组组不断跳动的数据，虽然类似的场景已经在地面演练了上千次，但面对我国首次空间交会对接即将上演，他那根紧绷了16年的神经，此刻绷得更紧了。

5000米、400米、140米和30米，每一次停泊都没有出现问题，神舟八号表现得非常完美。1时02分，神舟八号的对接机构缓缓推出，天宫一号如同靶心一般，出现在飞船的摄像视野中心。

“对接机构加电正常。”20米、10米、5米、0.4米，1时28分，茫茫太空中开始上演这样浪漫的一幕：神舟八号以0.2米/秒的相对速度“轻吻”天宫一号。“对接机构捕获”“对接环开始拉回”“对接环拉回到位，对接锁锁紧开始”“端面密封完成”“对接机构锁紧完成”……接近、捕获、缓冲、校正、拉紧、密封、刚性连接、信息能源并网一气呵成。1时35分，12把对接锁准确启动，上千个齿轮和轴承同步工作，天宫一号与神舟八号成功对接，两个紧紧相连的航天器以优美的姿态开始了为期12天的组合飞行。

潮水般的掌声响彻大厅。杨宏、张柏楠情不自禁地从座位上站起身来，和全场的领导专家们一起握手、鼓掌、拥抱，现场一片欢腾。张崇峰长舒了一口气，紧绷的神经一下子得到了放松。对他来说，16年所有的付出都在这一刻得到了最好的回报，那一夜，他睡得特别香。

从交会到对接上，交会对接的使命只完成了一半；对得上，还要控得住、分得开。实现对接后，天宫一号与神舟八号组合体的控制、管理与分离同样充满风险。特别是分离能否成功，直接关系到航天员能否从空间实验室或空间站撤离。

神舟八号运行至第216圈时，飞船位于地面连续测控弧段，11月14日19时24分，为考核光学测量设备在光照条件下的性能，验证其对强光的抗干扰能力，北京航天飞行控制中心向组合体发送任务指令。北京飞控中心大屏幕上，中间位置显示出神舟八号逐渐撤离天宫一号的三维动画，两侧分别是从天宫一号的角度看神舟八号和从神舟八号的角度看天宫一号的图像。4分钟后，对接机构顺利解锁，组合体成功分离，神舟八号缓缓撤离至140米停泊点。停留几分钟后，神舟八号开始向天宫一号缓缓靠近，30米，20米，10米，5米，1米……两个航天器实现二次对接，再次形成刚性组合体。北京航天飞行控制中心宣布：天宮一号与神舟八号第二次交会对接试验取得圆满成功。

11月17日18时45分，地面测控站向神舟八号飞船发出“轨返分离”的指令，飞船建立返回制动姿态，发动机点火实施制动。随后，飞船返回舱与推进舱分离，开始向地球返回。

为适应空间交会对接的轨道情况，着陆场系统将主着陆场区的范围扩大了70%，运行段应急着陆区也增加了数目。着陆场新添了一架通信直升机，安装了机载中继卫星通信终端。着陆场指挥所开通了与北京飞控中心的宽带通信电路，保证返回舱搜索与救援全过程中，与北京中心之间的调度、电话和图像等通信的不间断。

19时19分，神舟八号返回舱的主降落伞打开。19时32分，返回舱在预定区域成功着陆。天宫一号则升高到370公里的运行轨道上，转入长期在轨自主运行，等待与神舟九号和神舟十号飞船的太空约会。

11月21日，神舟八号返回舱在中国空间技术研究院开舱，一批农作物及花卉种子等“乘客”逐一出舱亮相。其中，中德合作的这一大亮点取得了丰硕的成果。飞船所搭载的30多种17项生命科学实验中，有6项为德国实验，10项为中方实验，1项为中德合作实验。通过搭载水泡螺、纤细螺藻等耗氧生物和制氧生物，可以验证它们作为氧气的生产者和消耗者在微重力环境下的生存关系。痢疾杆菌、甲状腺运动癌、活化酶等十多种蛋白质的生产实验和辐射生物学实验，将对人类控制疾病、航天员空间病防治等方面产生积极的影响。这些实验近乎微观世界，其中的纤细螺旋藻只能在放大镜下才能看见，而水泡螺也只有不到2毫米大小。所有的实验装置都被放置在一个体积不到0.8立方米的实验箱内，通过一台微型离心机产生的相当于地球表面的重力，保证了实验能够在重力环境下形成与微重力环境下的对比。

开舱过程中，空间应用系统的专家们欣慰地发现，这次在太空进行的高等植物“番茄试管苗空间开花结实”试验中，有8瓶番茄试管苗经过17天的太空旅行，已经结出了番茄果实。这些小小的果实不仅在国内开了先河，也实现了世界零的突破。在此之前，国际上虽做过多次试验但还没有成功的先例。

驾驶神舟赴天宫

从神舟一号到神舟七号，中国人实现了把人送入太空的梦想，但当时的飞船还不能算作天地往返的运输工具。神舟八号任务实现了与目标飞行器的交会对接，虽然飞船成了运输工具，但并没有完全掌握交会对接技术。接下来的神舟九号任务，将通过自动和手动两种交会对接方式把航天员送入空间实验室。只有实现了这一目标，神舟飞船才能真正算是天地往返的运输工具。或者说，只有成功实现手控交会对接，才意味着完全掌握了交会对接技术。

2012年，天宫一号与神舟九号载人交会对接任务启动。按照工程总体的要求，神舟九号将搭载3名航天员，在轨飞行13天，首要任务就是实施有人参与和自动相结合的交会对接。其间，还要向长期在轨的飞行器运输人员和物资，为建立天地往返运输系统奠定基础。

由不载人到搭乘3名航天员的全乘员组飞行，是神舟八号和神舟九号任务最大的不同。神舟八号与天宫一号交会对接采用的是自动交会对接，而神舟九号与天宫一号将要进行手控交会对接，在开展制导导航与控制分系统测试试验的基础上，载人飞船系统的总指挥尚志和总设计师张柏楠专门安排了多次人工手控交会、撤离的模拟试验，选拔了从未参与人控试验的两组人员。试验结果表明，参试人员在控制精度、时间和推进剂消耗方面都完全满足要求，人控系统设计合理、便捷灵活、飞行品质良好，即使是从未触摸过交会对接设备的人，在专业人员的指导下，也可以很快地学会操作设备，进行目标寻找、瞄准、修正，直到交会对接。

神舟八号与天宫一号的交会对接采用的是后向对接的方式，飞船在追赶天宫一号的过程中从后方进行交会对接。神舟九号将实施的前向对接、各段撤退和140米近距离长时间停泊等交会预案和备份措施的飞行验证，都是全新的模式。研制团队在神舟八号仿真试验的基础上，进行了新的一轮联合仿真，结果表明，他们采用的控制策略和控制参数合理，控制精度满足要求，控制结果与神舟八号结果基本一致。

针对组合体载人环境的风险，尚志和张柏楠对手控交会对接进行了专项复核，对复核中识别出的仪表显示、激光雷达和轨道舱综合线路等可能出现的故障模式，设计了备份切换或利用自控系统测量数据备份的预案，一旦发生类似的故障，仍可以保证任务继续进行。还有，在人工手动控制过程中，如果飞船的姿态平移控制手柄、仪表手控面板等设备发生故障或者航天员在规定时间内没有成功对接，地面人员将及时指导航天员操作，或者指挥他们终止操作，撤离到安全距离。这样一来，就为人工手动交会对接加上了双保险。

神舟九号内部的环境设计也比神舟八号更为舒适宜人。首先，轨道舱和返回舱为航天员留出了足够的活动空间，内部布局、装饰、标识以及便于航天员使用的助力装置更整齐、更规范。同时，对飞船上的仪表与照明设施进行了改進，将白炽灯改为了光照水平更好的LED照明灯，光源的布局更为均匀合理。改进后的返回舱仪表不仅能实时显示图像，还能实现图像与计算机数据的叠加。

发射神舟九号的火箭依然是长征二号F火箭，这是它的第十次飞行，也是改进型的长征二号F火箭的第三次飞行。虽然这枚火箭与发射天宫一号和神舟八号的火箭属于组批生产，但与前两次任务相比，它的质量控制重点不再是对新技术和较大技术更改项目进行风险分析与控制，而是集中在产品和工作质量本身。刘宇和荆木春带领团队通过调整优化测试项目与状态，提高了试验充分性和测试覆盖性，特别是增加了可靠性验证试验。在出厂测试阶段，刘宇和荆木春还在原有的质量标准上提出了“80%加严控制”的要求，也就是说，产品数值要处于设计值区间两头各减10%之后的范围里，这样允许超差的范围是有史以来最小的，意味着产品的精度和性能将会提高一个等级。原来80%的指标只是针对火箭关键单机的关键指标而言的，在这次任务中，已经推广到了整个火箭系统。

在交会对接任务中，对航天员系统最大的挑战是，如何把太空的真实世界与地面的模拟世界的界限全部消除，实现天地间的无缝对接。为此，航天员系统一支30多人的团队在2010年到来的时候，成功研制出了三台模拟器和一台便携式训练器。这些模拟设备突破了近地空间复杂光照条件下的交会对接电视图像仿真技术，实现了与实飞下传一致的电视图像，保证了航天员手控对接视觉感知的准确性；首次建立了光照遮挡分析预报与仿真模型；突破了系统大频度使用的可靠性设计技术；对手柄等关键件结构进行了二次长寿命设计，解决了真实设备大频度训练的可靠性难题，提高了系统的稳定性与健壮性；首次建立了开放式手控训练仿真与工程验证平台；首次建立了手控训练模拟器的自主便携式训练平台……

训练的设备有了，剩下的就是利用这些设备训练和选拔出适合执行任务的航天员了。同以往的选拔一样，神舟九号乘组的训练和选拔也是从思想政治素质、身体素质、心理素质、训练成绩和综合素养5个方面对航天员进行考察。但针对神舟九号任务的特点，在原有课程的基础上增加了相关内容。其中，交会对接技术是这次训练的重点，要求航天员能够准确地通过两个手柄驾驶飞船同目标飞行器准确对接到一起。当时，手控交会对接系统的设计还处在雏形阶段，在没有现成经验和方法的情况下，黄伟芬和教练员们来到研制一线，向相关工程技术人员虚心请教学习，直到做了上千次的试验后，才摸索出了一套确保成功的策略和方法。

执行手控交会对接任务的过程中，航天员面临的另一个重要考验是心理压力。在地面上失败了，没有生命危险。但在天上失败了，面临的就是生死威胁。即便对接成功了，航天器要是出现问题，遇到无法锁紧又无法分离的问题，也是生死攸关的。特别是在万众瞩目的一刻，无数双眼睛通过电视屏幕注视着航天员的一举一动，他们承受的心理压力可想而知。

2012年3月，航天员系统选拔出了执行神舟九号任务的飞行乘组和备份航天员，并确定了飞行乘组的岗位，航天员景海鹏担任指令长，刘旺负责手控交会对接，刘洋负责航天医学实验和飞行乘组生活管理。

由于神舟九号和神舟十号两次任务的时间相近，为了节约资源，航天员系统在对执行神舟九号任务航天员进行选拔的同时，也为神舟十号任务选拔出了飞行乘组和备份航天员。

4月9日，距离神舟八号发射仅仅过去了5个月，神舟九号飞船运抵酒泉发射场。6月9日，飞船、火箭和逃逸塔完成了技术区的测试工作，转运至发射区。刘竹生和黄春平早早来到火箭转运现场。自神舟一号任务以来，各系统的总指挥、总设计师相继都把接力棒交给了后来人，他们二位也不例外。虽然离开了研制一线，但每逢火箭转运和发射，两位老科学家都要亲自来发射场为火箭“送行”。这天，他们是唯一到场的“老一辈”，和刘宇、荆木春以及火箭试验队员们一起打着“十全十美、神箭神奇”的横幅，跟随着火箭走一阵，停一停，不时发出激情的欢呼。

就在组合体转运即将结束的时候，执行神舟九号任务的6名航天员分乘两辆专车驶进了圆梦园。6名航天员分为两个乘组，主队由景海鹏带队，备份梯队由聂海胜带队，两位女航天员刘洋和王亚平分别被编在两个乘组中。

6月15日上午，载人航天工程指挥部在发射场召开会议，正式确认了执行神舟九号任务的航天员乘组名单：景海鹏、刘旺、刘洋，指令长由景海鹏担任。

神舟九号乘组采用的是新老搭配、男女组合的模式，这种模式可以增强乘组成员之间的相容性和互补性，最大限度地提高工作效率。完成“百米穿针”的精准操作，从某种意义上讲，乘组成员之间的配合比单个航天员的能力更为重要，这也是选拔乘组成员的重要参考因素。根据神舟九号任务的特点，景海鹏、刘旺、刘洋经过了反复的、大量的、艰苦的、细致的训练，其中包括乘组之间的相容性训练。执行任务前，景海鹏这样形容他们之间的默契程度：“我们一个眼神，一个表情，一个动作，彼此间都可以心领神会。”

景海鹏在神舟六号任务时，就是备份梯队的航天员。神舟七号任务中，他与翟志刚、刘伯明一起完成了首次太空出舱活动，他坚毅果敢、沉着稳健的表现，给大家留下了深刻印象。这一次，他成为中国第一位两次出征太空的航天员。

刘旺是首批航天员中最年轻的成员，他1969年3月出生在著名的古城平遥。从1998年进入航天员大队到迎来自己的“第一飞”，他整整等待了14年。神舟九号任务中，他被选拔为手控交会对接操作岗，执行手控交会对接任务。

按照工程设计要求，对接时两个航天器对接机构的中心位置偏差只要不超过16厘米、姿态偏差不超过6度，就可以对接成功。为了“一枪中的”，刘旺在地面进行了1500多次的模拟训练，并主动把操作控制难度提到0.2度的偏差之内，将操作手柄延迟设置从1秒内延长到2秒，而且能够在测量设备出现异常、无参数显示的条件下，依然保持对接的精度。严谨扎实的训练给了刘旺足够的勇气。被问及此次手控交会对接有几成把握时，他的回答是“百分之百”。

外界对神舟九号任务给予了极大关注，还有一个重要的原因，就是中国的第一位女航天员将飞向太空。中国之所以选拔女航天员，是因为男女虽然有很多共性，但也存在大量差异，要验证人类是否真正能在太空生存，必须对男性和女性都进行考察，所以说，没有女性参与的太空活动是不完整的。

2009年5月至12月，经中央军委批准，我国实施了第二批航天员的选拔工作，从空军部队符合条件的现役飞行员中，挑选出5名男航天员和2名女航天员。这是载人航天工程实施以来，首次选拔女性航天员。

在选拔工作正式开始前，航天员系统组成选拔小组，先后赴空军十三师和八一跳伞大队，对女飞行员和跳伞员的生理心理指标进行测试摸底后，制定了女航天员的选拔标准。在此基础上，航天员中心还招募了35名女性志愿者，对21个选拔项目逐一进行验证测试后，又修改完善了30多个子项，首创了血液重新分布适应性选拔技术，保证了在短时间内从有限的群体中选拔出2名女航天员。

刘洋作为我国第一位飞天的女航天员，是第二批航天员中首位参加飞行的。1978年10月，刘洋出生在河南省林州市，后来考上空军长春第一飞行学院，毕业后成为空军的第七批飞行员，也是空军在河南省招收的首批女飞行员。她曾飞过战斗机、运输机等多种机型。入选航天员之前，刘洋已经是她所在的飞行大队的副大队长，有过1680小时的飞行经历。2010年初，刘洋从空军15名备选女飞行员中脱颖而出，成为中国首批仅有的两名女航天员之一。

從一名飞行员到一名合格的航天员，刘洋在短短两年多的时间内，经历了太多严酷的训练、太多严格的考核。在神舟九号任务中，她主要负责航天医学实验和空间技术试验管理。

杨利伟第一次执行任务前，经历了5年训练；费俊龙、聂海胜出征太空前，经历了7年训练；翟志刚、刘伯明、景海鹏太空出舱前，经历了9年训练。这一次，再上太空的景海鹏和初次上天的刘旺都是第一批航天员，已经度过了14年的训练生活，景海鹏更是有太空生活的丰富经验。与他们相比，刘洋的航天员生涯满打满算还不足三年，甚至还没有接受过失重飞机训练。而第一次上天，就要在太空飞行13天，这对她来说是个考验。但在她的脸上，却看不出任何紧张和担忧。当大家把所有的目光聚焦到“首飞女航天员”这个话题上时，刘洋表现得很从容，也很淡定。从小就向往飞翔的她，对飞天的梦想和渴望超越了一切：“以前当飞行员的时候，我是在天空飞行。现在当上了航天员，即将在太空飞行。这是一次更高、更远的飞行。这次太空飞行安排了大量的任务，在完成工作之余，我想多用心去体会一下太空独特的环境，多欣赏一下太空奇妙的景色，多看看我们的地球，看看我们美丽的家园，把工作和生活的体会详细地记录下来，与大家分享，与科研人员分享，与未来执行任务的航天员分享，希望对后续的任务有所帮助。”

6月16日15点42分，特意赶到发射场的中央领导同志在“问天阁”内为三位航天员送行。15点47分，隔离大厅通往广场的大门开了。景海鹏、刘旺和刘洋，手提温控箱走出通道。等候在广场上的军乐队随即奏响音乐，“五星红旗迎风飘扬，胜利歌声多么响亮”， “问天阁”广场已然是一片欢乐的海洋。

景海鹏代表乘组向常万全敬礼报告：“总指挥同志，我们奉命执行天宫一号与神舟九号载人交会对接任务，准备完毕，请指示。中国人民解放军航天员大队航天员景海鹏。”刘旺接着喊出了自己的名字：“航天员刘旺。”“问天阁”广场第一次响起中国女航天员的声音：“航天员刘洋。”随着常万全一声“出发”的命令，广场上一片欢呼。

18点22分，根据北京航天飞行控制中心提供的天宫一号运行参数，发射场的0号指挥员王军宣布了神舟九号的发射时间是18时37分21秒。现场所有人员和电视机前的观众一起，都在期待着火箭准时点火的那一刻。

“1分钟准备！”发射区传来“嘟、嘟、嘟”的声音，倒计时进入最后时段。

“10、9、8、7、6、5、4——”飞船返回舱内，景海鹏收起《飞行日记》，三名航天员面带笑容，举手敬礼。

“3、2、1——点火！”剧烈的轰鸣声颤动着大地，双向导流槽内，橘红色的烈焰和烟雾喷薄而出，如同一双巨大的翅膀衬托出火箭强劲的动力……

初次上天，刘洋的身体状态一直是医监医保人员牵挂的重点，毕竟她只有两年多的训练经历。发射前，刘洋的心跳一直很稳定，保持在每分钟60次的正常水平。可“零号”指挥员开始数秒时，她的心跳速度突然变为每分钟80多次，火箭点火的瞬间，又骤然上升到每分钟100多次。医监医保人员注意到了这一现象，那一刻，他们真为刘洋捏了一把汗。但随着火箭的上升，刘洋的心跳速度慢慢降了下来。10分钟后，船箭分离时，第一次体验到失重感觉的刘洋开心地笑了，心跳速度也恢复了正常。

6月17日凌晨起，北京航天飞控中心对神舟九号实施多次变轨控制，完成抬高近地点、修正轨道面偏差、抬高远地点、轨道圆化和组合修正，控制飞船到达距离天宫一号后下方约52公里处。这时，医监医保人员与航天员进行了首次通话，得知刘洋感觉良好，大家心里紧绷的那根弦稍稍松弛了一些。在太空飞行一夜的刘洋，经历了一次又一次的日出日落，各种美景令她眼花缭乱。她和两位同伴正期待着打开“天宫”的大门，进入属于他们的“太空家园”。

在地面科技人员的控制下，神舟九号经过远距离导引段变轨，于6月18日11时47分转入自主控制状态。经过寻的段自主脉冲控制，12时41分抵达距天宫一号正后方约5公里的停泊点，然后以自主导引控制方式逐渐向天宫一号靠近。14时01分，神舟九号飞抵距天宫一号30米的停泊点，经过地面确认后，以每秒约0.2米的相对速度向天宫一号缓缓靠拢。14时07分，神舟九号与天宫一号对接环轻轻接触，经过捕获、缓冲与校正、拉回、锁紧等技术动作，14时14分，两个航天器建立刚性连接，形成组合体。17时06分，景海鹏从工具舱取出“钥匙”，打开了返回舱舱门平衡阀和返回舱门，进入轨道舱，脱下舱内航天服，换上蓝色工作服，随后，他开启轨道舱前舱门，进入对接通道，在刘旺的协助下，打开通向天宫一号的舱门，进入实验舱。刘旺紧随景海鹏之后进入天宫一号。当他们完成舱内气体采样，并把各种设备设置成“有人状态”后，景海鹏向地面报告：“感觉良好！”随后，刘洋也进入天宫一号。

欢呼声中，航天员系统总指挥陈善广和专家们率先沉静下来。他们知道，自己的考验才真正开始。此前的载人航天飞行，神五是1人1天，只在返回舱工作生活；神六是2人5天在轨工作生活；神七是3人3天在轨工作生活。而航天员活动空间只有15立方米的天宫一号，仅“神九”任务就要保障3人整整工作生活10天，且还有1名女性。这是新的巨大考验和挑战。

环控生保技术团队，不仅要确保舱内生活环境，还要突破失重条件下的动态水气分离、电解制氧、冷凝水收集储存等一系列再生式环境控制和生命保障核心技术，为未来中长期载人航天飞行做好技术准备。

时间一天天地过去，飞控数据显示的组合体内温度始终控制在22℃左右，湿度在50%～70%之间，噪声小于60分贝，空气环境洁净标准远远高于地面大气质量标准。“太空家园”里，首次在轨开展航天员心功能检测，首次在轨应用骨骼肌萎缩防治系统，首次在轨进行微生物检测，首次开展失重条件下对乙酰氨基酚药代动力学研究……

在太空的日子里，三位航天员在完成繁重的科研试验之余，还给地面的工作人员和电视机前的观众带来了一份份特殊的温情。第一次值夜班的刘洋，细心地“打理”着美丽的太空家园；恰逢爱人生日的刘旺，在太空吹响《生日快乐》歌；正值儿子中考的景海鹏，天地约定同交一份满意答卷……

看着航天员始终快乐的工作生活状态，团队每个人都一天天轻松起来。

转眼间，组合体已在太空度过了6天时光。6月24日，是航天员进行手控交会对接的日子。凌晨5点，三位航天员关闭了天宫一号和轨道舱的舱门，回到返回舱。分别前，三位航天员在天宫一号中留下了一份神秘的礼物，期待着下次到访的航天员来揭晓。11点，组合体飞行到马林迪上空，“天链”中继卫星和地面测控站双重监测着组合体飞行。11点05分，北京飞控中心下达了“天宫一号、神舟九号分离”的指令后，对接机构解锁成功，瞬间的震动让飞船巨大的太阳能帆板上下摆动，如同飞翔的雄鹰扇动着一双“翅膀”，缓缓离开天宫一号，飞到400米停泊点经过检查之后，逐渐逼近天宫一号，到140米停泊点再次停泊。接下来的过程，将由刘旺通过手柄“开着”飞船去和天宫一号对接。

此时，刘旺需要同时操纵两个手柄，对飞船进行6个自由度的动态、实时、精确控制，成功的关键除了手动对接机构的精密性和可靠性外，还取决于他稳定的心理素质和精准的操控技术。看到大屏幕上“轻车熟路”的刘旺“驾驶”着飞船直逼天宫时，地面的指挥大厅内响起了“数米”的声音：10米、9米、8米、7米、6米、5米……没有人感觉到紧张和担心，因为刘旺所控制的飞船对接机构中心，几乎与天宫一号对接机构中心的十字重叠。12时55分，刘旺以用时不到7分钟的操作，打出了一个偏差仅为1.8厘米和0.8度的完美“十环”。

此次手控交会对接比自动对接精度更高，组合体姿态偏差最大角提高了10度以上；燃料更省，仅从110米瞄准到对接这一段，就节省了5公斤燃料；时间更短，用时不到7分钟，比原计划縮短了3分钟。这个精度，标志着我国成为继俄罗斯和美国之后，第三个独立掌握空间交会对接技术的国家，让建设空间站的步伐迈出关键一步。

神舟九号任务期间，围绕航天员健康监测与维护技术、失重生理与细胞学效应机制、医学工效要求与评价技术三个方向，三名航天员共完成了15项空间医学实验，创造了我国空间科学实验的多个“首次”：首次进行系统的生理学研究实验，首次探索空间环境对生物节律的影响，首次实现在轨的质量测量，首次开展药代动力学研究，首次突破航天员在轨生化指标实时检测……

在太空飞行了13天后，神舟九号踏上回家的路。飞船从天宫一号撤离时，同样是以航天员手控的方式进行的。6月29日10时03分，神舟九号返回舱降落在内蒙古的主着陆场。天宫一号则再次转入长期运营管理状态，等待着神舟十号飞船的到访。

云霄传来中国“好声音”

在传统的中国文化中，数字“十”的含义已远超过它的本身。“十足”“十分”“十拿十稳”“十全十美”……特别是在许多比赛场合，都会用“十”来代表满分。

2013年，中国的载人航天飞行进入了第十个年头，伴随着神舟十号的出征太空，中国飞天的航天员已有十位。新年伊始，酒泉卫星发射中心早早地就挂出了一副对联：十战十捷神舟架起太空缘，十全十美航天托起中国梦。在这“十全十美”的背后，人们欣慰地看到，载人航天工程正在从探索、突破、掌握技术开始向空间科学实验和应用试验转变，进入了期待已久的应用发展的新阶段。

神舟十号就是面向长期飞行的一次验证性应用飞行。所谓“应用性飞行”，是相对以验证技术为目的的试验性飞行而言的。神舟十号的任务是为天宫一号在轨运营提供人员和物资往返运输服务，天地往返运输系统本身的技术和交会对接技术的验证不再是主要目的。在此之前，飞船和火箭的关键技术攻关和飞行验证基本结束，特别是经过神舟八号和神舟九号两次任务的考核，飞船和火箭的功能已经完善稳定，技术状态也基本固化。

正当工程各大系统为这一成果欢呼雀跃时，总设计师周建平却说：“虽然神舟十号的性质是应用性飞行，但同时还有一项新的重要任务，就是为空间站的建造积累经验。”所以，神舟十号的任务并不轻松，既要巩固交会对接技术，还要继续验证航天员在轨驻留的相关技术，既是巩固成果，也在创新突破。

3月31日上午，迟来的春天唤醒沉睡的戈壁滩，一排排迎风招展的红旗，如同坚守在大漠上的一队队将士，让发射场处处洋溢着节日般的气氛。垂直测试厂房旁边，工作人员们手持彩旗，列队等候，锣鼓队、军乐队盛装待命，俨然一支大型迎亲队伍在等待着新娘花轿到来。

11时，两架大型运输机先后在鼎新机场降落，神舟十号飞船空运至发射场。神舟十号飞船采用的是与神舟九号相同的结构模式，由推进舱、返回舱和轨道舱组成，高约9米，重约8吨，将运送3名航天员再上太空，与天宫一号交会对接。

4月28日上午，长征二号F火箭从北京的生产厂房出发，经过4天长途跋涉，于 5月2日抵达发射场。

两天后，是这年的“五四”青年节。自从1919年5月4日中国青年发动反帝反封建的爱国运动以来，“五四”便成为中华民族走向独立自强的转折点，更是中华青年追求“爱国、进步、民主、科学”的象征和标志。

这天上午，习近平总书记来到北京航天城，和青年代表们一起参观了航天技术取得的成果。当听说航天科研团队以青年为主体，尤其是一些卫星团队的科研人员平均年龄只有二十多岁时，习近平高兴地说，创新的制高点在科技，科技创新的希望在青年，中华民族的伟大复兴终将在广大青年的接力奋斗中变为现实。

当天晚上，正在发射场工作的飞船试验队举行了一场别开生面的大聚会。他们高兴，不仅仅是因为载人航天工程提供了驰骋梦想的舞台，而是关注和牵挂着这个舞台的人，让他们有了更多追梦的理由；他们激动，不仅仅是因为总书记来到了航天城，也是因为航天事业的成就，承载了他們领军潮头的荣耀。

6月3日，是船箭塔组合体垂直转运的日子。凌晨5点，戈壁滩的天空还没有泛白，发射测试站的工作人员已经来到垂直总装测试厂房。当太阳跃出地平面时，垂直转运开始了，全新的长征二号F火箭在晨光的沐浴之下，洁白、柔美、挺拔、壮丽！

6月10日上午9时，神舟十号与天宫一号任务总指挥部会议举行，总指挥部成员和各大系统总指挥、总设计师齐聚发射场。会议的内容很多，各大系统都要汇报发射前的工作状态。临近中午，会议才结束，指挥部宣布了3项决定：一、15点30分，火箭推进剂开始加注；二、神舟十号于11日17时38分发射；三、航天员乘组由聂海胜、张晓光、王亚平组成，聂海胜为指令长。

15点30分，火箭推进剂库房内，随着加注指挥员“开始加注”的口令，火箭推进剂开始流动。此时的发射场进入安全性戒严状态，空旷的戈壁滩上没有一个人走动。与之相反的是问天阁接见大厅，挤满了各大媒体的记者。聂海胜、张晓光、王亚平身着蓝色训练服，微笑着来到玻璃罩内。

聂海胜是幸运的。1964年出生的他，十年前就已随着“首飞梯队”的亮相家喻户晓。神舟六号任务中，他和费俊龙一起迎着大雪，踏上了通往太空的天梯。十年过去了，他那憨厚的笑容一点儿也没有变，稳重、朴实、谦虚。被问到再上太空的心情时，聂海胜对自己能够入选飞行乘组，担任指令长，感到荣幸，同时也感到肩上的担子更重，责任更大。

张晓光1966年出生于辽宁锦州，1998年入选我国第一批航天员。在空军时，他是一级飞行员，担任过飞行大队的中队长，飞行时间超过1000小时。如此优秀的潜质在航天员训练的种种挑战面前，曾一路“过关斩将”。但是，从神舟五号到神舟六号再到神舟七号，他都遗憾地与飞天擦肩而过。神舟七号任务结束后不久，我国第二批航天员选拔落幕，包括刘洋、王亚平在内的7名新成员加入航天员队伍。“老”一批航天员还有没有飞天的机会？谁都无法回答。但张晓光却不言放弃，他这样描述自己的心情：“飞向太空是我始终追求的梦想。回顾我十几年的经历，挑战和机遇并存，有过收获和喜悦，也有过奋斗和挫折，我深深地感受到，人间万事出艰辛。能够获得成功的，从来都是那些永不放弃的人。只有始终保持淡定的心态，持之以恒，脚踏实地，才能实现个人梦想。”14年的坚守，张晓光终于入选神舟十号飞行乘组。他的主要任务是担任太空授课的摄像师，配合指令长聂海胜完成手控交会对接及飞船撤离等任务。

1980年出生的山东姑娘王亚平是航天员大队中最年轻的一位成员。作为航天员大队的幸运儿，第二批入选的5位男航天员还没有机会露面，而同期入选的女航天员刘洋已经登上了太空，王亚平也无可替代地进入神舟九号备份梯队。尽管没有成为第一位飞上太空的女航天员，但她的第一次飞天，就担任了中国的第一位太空授课教师，直接与6000万中小学生天地交流，其意义绝对不亚于神舟九号。此次任务中，她还将负责常规的飞行器状态监视、空间实验、设备操控和乘组生活照料。

6月11日上午，习近平总书记的专机抵达鼎新机场。此时，发射已进入﹣8小时的倒计时程序。14时28分，习近平来到“问天阁”看望执行任务的航天员，为他们送行。隔着半圆形的玻璃罩，习近平对三位航天员亲切地说：“海胜、晓光、亚平，你们好。看到你们精神饱满，英姿勃勃，我感到很高兴。在你们即将出征之际，我代表党中央、国务院、中央军委，也代表全国各族人民来为你们壮行。我祝你们成功，期待你们凯旋！”简短的祝愿，亲切的称呼，温和的语气，让这一次的壮行流露出的是一种战友般的关爱。

党的十八大之后，中央军委领导班子做了新的调整，常万全出任国务委员兼国防部长，载人航天工程总指挥一职由新任的中央军委委员、总装备部部长张又侠继任。

圆梦园广场上，盛夏酷热的阳光抵不住人们欢送的热情。聂海胜、张晓光、王亚平三人向早已等候在这里的总指挥张又侠报告出征。随着张又侠一声有力的“出发”命令，军乐队奏响《歌唱祖国》的乐曲，广场彩旗飘舞，鲜花如浪，欢快、激动、庄严、隆重。

17时38分，长征二号F火箭准确实现“零窗口”点火，神舟十号飞船载着聂海胜、张晓光、王亚平向着太空中的天宫一号飞驰而去。

一连串“飞行正常、遥测信号正常”的口令声回响在酒泉的指挥中心，回响在北京的飞控中心，也回响在国内外的测控站、测控船。逃逸塔、助推器、火箭一级、整流罩依次分离，全程覆盖的光学及雷达测量手段将火箭飞行的每一个动作都清晰地呈现在人们的面前。

10分钟后，船箭分离，飞控大厅响起了热烈的掌声，大家相互拥抱祝贺。荆木春更是高兴地说：“火箭提前关机了，非常圆满，真是十全十美！”

火箭提前关机了，还算圆满吗？原来，火箭的发动机性能和推进剂效能都会受环境温度的影响，夏季的温度更有利于推进剂效能的发挥，火箭速度提升得很快，在距离预计的程序关机还有10秒时，飞船就已经达到了7.9千米/秒的第一宇宙速度，火箭提前完成任务，顺利关机了。因此，这对荆木春来说，真是个可喜可贺的好消息。

6月12日，神舟十号来到太空的第二天，恰逢农历的端午节。三位航天员微笑着坐在返回舱内，由聂海胜代表乘组说：“今天是中华民族的传统佳节——端午节，我们向全国人民、全球华人致以节日的祝福，祝大家端午节快乐！”说完，他们举起一块写着“端午节快乐”的字板，向地面送出问候。当天的午餐，他们吃的是地面人员提前准备的粽子。这次飞行中，仅仅训练了三年的王亚平的身体状况是大家最关心的。为此，王亚平现场表演了一段吃粽子的“节目”，用实际行动证明了自己良好的状态，惹得飞控大厅内的专家和工作人员们笑声不断。

6月13日，是神舟十号与天宫一号进行交会对接的日子。12时40分，神舟十号追赶到距离天宫一号400米的地方，双双进入了对方的摄像机镜头，在“天链”中继卫星和地面测控站联合测控下，飞船开始向天宫一号逼近。安装在天宫一号外的摄像头清晰地拍摄下这样一幅画面：深邃浩瀚的宇宙中，飞船推进舱的发动机不断地喷出火焰，神舟八號像一只扇动着翅膀的雄鹰，向着“天宫巨人”的怀抱飞来……13时18分，天宫一号与神舟十号在它们起飞的地方——酒泉卫星发射中心上空相遇，对接机构毫无悬念地连接在一起。

16时17分，组合体稳定运行后，聂海胜开启了天宫一号的大门，来到了太空中的家。张晓光和王亚平也很“老练”地“游”了过来。三个人第一时间在天宫一号中照了一张“全家福”。神舟九号任务时，刘洋曾在天宫一号中打了一段太极拳。这一次，师兄妹三人一起展示了一段“武林功夫”。

十几天过去了，太空生活在三位航天员的演绎下，浪漫与精彩此起彼伏，接连呈现。6月20日这天，他们将要完成一项特殊的任务，太空授课即将开始。

这次太空授课从2012年就开始筹备，最初计划在神舟九号任务期间进行。但后来考虑到，神舟九号在轨时间短，还肩负着突破交会对接技术的重大任务，所以最终安排在任务相对轻松的神舟十号上进行。

为让全国的中小学生都能听得懂、看得清，航天员系统从全国相关的科研院所和中小学校抽调了一批骨干成立了专家组。起初，专家们提出了很多类型的实验，有物理的，也有化学的。但在太空中做化学实验，一些溶液的变化与地面会有很多不同，不仅难度增加不说，还不利于学生们理解。最后，按照可视性好、便于操作的原则，专家们选择了5个最具代表性的物理实验。

距离“太空授课”还有一个小时的时候，北京人大附中的报告厅和距离地球340公里的天宫一号，300多名学生和太空中的航天员共同组成了一个特殊的天地课堂。10时整，当北京航天飞行控制中心报告已与天宫一号建立了双向通信链路时，全国8万所中小学的6000多万名师生都把目光投向了课堂的大屏幕。

主讲老师王亚平和“助教”聂海胜、摄像师张晓光以优美的姿势飘进了“天宫讲堂”，相互问好之后，授课开始了。40分钟的太空授课，王亚平展示了失重环境下的物体摆动、水球表面张力、陀螺旋转等物理现象，还表演了喝水等动作，王亚平堪比老师的专业解说、比职业教师更风趣的表演，不仅讲授了知识，更给孩子们带来全身心的享受和好奇心的满足。“面对浩瀚宇宙，其实我们都是学生”，王亚平独特的自信和亲和力让冰冷的太空充满了温情，为中国开展载人航天的目的做了最好的注脚——飞天梦永不失重，科学梦张力无限。

10时55分，这次天地连接、生动有趣的太空课堂圆满结束。正在北京空间信息中继传输技术研究中心指挥大厅的中心主任黄惠明、总工程师孙宝升和满座的技术人员，终于可以稍稍松口气了。

作为天地间双向音频、视频的“太空讲堂”，每持续一秒，天宫一号就在太空移动7800米，王亚平的一颦一笑、一举一动都会横跨好几百公里。要保证40分钟不间断地进行天地传输、每一帧画面都清晰稳定，就需要有强大的航天测控能力来作为保障。

2008年、2011年和2012年，我国相继发射了当今技术含量最高的天链一号数据中继卫星的01、02和03星。三颗中继卫星在神舟十号任务中一起亮相，并实现了“太空授课”的目标要求，标志着我国第一代数据中继卫星系统全球组网运行。从此，我国有了比较完整的“陆基、海基、天基”一体的测控通信系统，实现了低轨道80%的覆盖率，为载人航天工程向深空挺进提供了有力的保障。

这次太空授课是中国第一次、世界第二次。2007年，美国NASA女航天员芭芭拉·摩根首次进行了太空授课。神舟十号在轨期间，62岁的芭芭拉·摩根向太空中的王亚平致信，对她担任中国首位太空授课教师给予了热切期盼和鼓励。6月20日，王亚平完成太空授课任务后，立即通过电子邮件给芭芭拉·摩根回信说：“太空寄托着人类美好的向往，知识是走向太空的阶梯。我们愿与您一道为开启全世界青少年朋友热爱科学、探索宇宙的梦想共同努力。”

举重若轻的太空授课，不仅展现了我国的科技实力，展示了中国人的智慧和幽默，更在孩子们心中播下了探索未来的种子。王亚平返回地面以后，收到了很多孩子們的来信，他们说，我一定会好好地学习，将来也要成为一名航天员，去探索美丽的太空。每次看到这些，她就由衷地感到幸福和欣慰，“这次太空授课不仅仅激发了孩子们对太空的向往、对科学探索的热情，也让他们更多地走近航天，了解航天，热爱航天，激发了他们的求知欲和爱国心”。

作为载人航天交会对接的重要控制手段，神舟九号任务中，航天员刘旺成为我国第一个“开飞船”的人。一年后，聂海胜要再次验证手控交会对接技术。6月23日8时26分，聂海胜手动控制神舟十号与天宫一号分离，将飞船撤至与天宫一号相隔一定距离的地方。北京航天飞行控制中心对两个航天器的飞行状态进行全面检查确认后，聂海胜操作手柄，控制神舟十号向天宫一号缓缓接近，张晓光和王亚平密切监视飞船仪表参数和对接靶标。10时整，神舟十号与天宫一号对接环接触，7分钟后，两个飞行器连接成组合体。13时09分，3名航天员再次进入天宫一号，地面指挥大厅接收到他们的报告：“我们已经顺利完成手控交会对接，再次进入天宫。”

6月24日早，就在聂海胜成功执行手动交会对接任务后的第二天，习近平总书记来到了北京航天飞行控制中心，同航天员进行天地通话。习近平说：航天梦是强国梦的重要组成部分。随着中国航天事业的快速发展，中国人探索太空的脚步会迈得更大、更远。

张晓光执行任务归来后最难忘的就是这次天地通话：“当主席说道，‘我想问问晓光、亚平，你们第一次上太空感觉怎么样？就像唠家常一样，那时感觉到我们不是在遥远的太空孤独地飞行，而是有一个强大的团队在地面支持着我们，全国人民的心都和我们连在一起。让我们感觉到祖国人民赋予我们的情怀。通话结束以后，我跑到睡眠区，流泪了。”

6月25日，3位航天员已在天宫一号中生活了12个昼夜，这是他们在太空中的最后一天。凌晨5时07分，他们撤收了舱内的试验装置和重要物品，面向天宫一号里的国旗敬了一个庄严的军礼，恋恋不舍地关闭了天宫一号的舱门，回到神舟十号返回舱内。

由于未来空间站的核心舱、实验舱以及飞船都将分别发射，所以必须通过“绕飞”技术，在不同方向上使载人飞船、货运飞船与核心舱进行对接。神舟十号在离开太空前，将要完成最后一项任务，进行一次绕飞验证和演练。

天宫一号以7.9公里/秒的第一宇宙速度在飞行，虽然神舟十号飞船与它的相对运动速度较小，但绝对速度很大，而且两者是在同一个轨道上。要想实现“绕飞”，飞船就需要进行一次变轨。在撤离到距天宫一号一定距离的地方，神舟十号按照预定程序进行变轨控制，从天宫一号上方绕至其后方转为正飞姿态，天宫一号则转为倒飞姿态，地面控制神舟十号接近天宫一号，完成了近距离的交会对接。自动绕飞试验期间，聂海胜、张晓光和王亚平在飞船返回舱内密切监视着仪表上的各种数据，及时向地面报告试验情况。

6月26日清晨，神舟十号飞船在美丽的巨型降落伞的护送下，于内蒙古主着陆场成功返回。牧民们用鲜花和哈达迎回了三位遨游太空的追梦人。中央电视台对神舟十号凯旋的全过程进行了直播。直播期间，主持人揭晓了神舟九号航天员一年前在天宫一号中留下的神秘礼物。这个“神秘礼物”其实是刘洋在太空中亲手编织的一个中国结，还有她写下的祝福语：“祝愿战友们每次任务都安全、顺利、圆满成功。”此外，景海鹏写的“热烈欢迎战友们来天宫做客”的祝福卡片、刘旺写的福字卡片和祝福语“欢迎你们来到天宫一号”，也都一起装在一个小袋子里。神舟十号的3位航天员特别是王亚平看到这份惊喜时，兴奋地向观众们展示并朗诵了这些祝福的话语。

10名航天员，10艘神舟飞船，见证了中国航天事业在新时代的腾飞历程，宣告着载人航天工程第二步第一阶段任务的完美收官。

送别神舟十号，天宫一号虽然完成了自己的使命，但1年零9个月太空飞行的丰富实践，数十项空间科学实验的反复历练，携带有效载荷的良好状态，使得工程总体产生了一个新的想法，决定暂不回收天宫一号，让它继续在轨道上发挥余热。高光谱成像仪继续在遥远的太空深情地守望着祖国大地，不时传回高质量的图像数据，相关数据应用到矿产和油气资源调查、海洋应用、林业应用、土地利用检测、城市环境监测等领域，产生了一大批应用研究成果。同时，高光谱成像仪还参加了澳大利亚火灾、浙江余姚水灾和云南鲁甸地震的应急监测，为应急救灾和灾后评估提供了数据支撑。特别是在驰援澳大利亚森林火灾扑救工作中，天宫一号进行了为期一周的灾情监测，凭借其“火眼金睛”准确判断火灾区域范围1次，确认重大隐患点2个，获得了澳方的称赞。此外，在天宫一号上部署的空间环境和空间物理探测“哨兵”，时时监测着舱外各个方向的电子、质子等粒子的强度、能谱和轨道大气密度、成分、微质量及其时空分布的变化，守护着天宫一号的安全。

三年之后，2016年3月16日凌晨5时，天宫一号目标飞行器完成了最后的使命，中止了数据服务，静静地踏上了归途。

椰海铸剑向天歌

2001年11月22日清晨，北京德胜门外北三环中路的一座简朴的办公楼内，中国载人航天工程的总设计师王永志久久地凝视着墙上巨大的中国地图，寻找一个叫作“文昌”的地方。

就在这一天，国务院新闻办公室在《中国的航天》白皮书中，描绘了一幅新一代大型运载火箭的发展蓝图：全面提高运载火箭的整体水平和能力，开发新一代无毒、无污染、高性能和低成本的运载火箭，建成新一代运载火箭型谱系列。其中，120吨液氧煤油发动机和50吨液氢液氧发动机，作为新一代大型运载火箭的基础动力名列其中。

尽管我国已拥有了可以载人的“金牌”火箭，但对于新一代火箭，却毫无研制和生产经验，应从哪里起步？新的火箭从哪里飞向太空？都需要王永志这位总设计师运筹帷幄。

按照白皮书的要求，我国的酒泉、太原、西昌3个航天发射场，其地理位置在大直径火箭运输、火箭飞行残骸落区安全等方面均不满足新一代运载火箭的要求，迫切需要重新选址再建一座发射场。王永志的目光在海南“文昌”这个地名前停下了。在中国的版图上，这里离赤道最近、纬度最低，借助接近赤道的离心力，可以使火箭燃料消耗降低、将卫星寿命延长，能够通过海运方式解决巨型火箭的运输难题，还可以提升火箭残骸坠落的安全性。

20世纪70年代，在筹划我国航天发射场的布局时，老一代航天人就曾经把海南岛列为最佳选址之一，但鉴于当时“冷战”的国际环境，沿海地区容易受到攻击，最终放弃了这一打算，而将三大发射中心选在了地处“三线”的酒泉、西昌和太原。

海南建省后，再次把航天事业作为筹划的重点。1988年，中国第一座用于科学研究的探空火箭发射场在文昌市建成，多枚低纬度“织女”系列探空火箭从这里发射升空。1994年，海南省政府将建立航天基地的设想写进了《海南省“九五”科技发展规划》中，还请来数十位航天专家进行了概念性论证、初步可行性论证和可行性研究论证。

2002年3月，总装备部成立了由17个单位60余名专家组成的新一代运载火箭发射场建设论证组，对海南省可选地址文昌、陵水和东方等处进行了空中和地面的立体勘测。3年时间过去了，经过周密的分析、比较、论证，综合地理纬度、发射安全、场区环境、建设规划等各方面因素，专家们一致推荐将文昌市的龙楼镇作为新发射场的场址。

文昌位于海南省東北部，地处东经108°21′至111°03′、北纬19°20′至20°10′之间。航天发射场选在文昌，有着得天独厚的地理优势。一是纬度低、发射效费比高，同等条件下地球同步轨道卫星的运载能力比西昌提高10%～15%，卫星的寿命也可延长两年以上；二是火箭射向1000公里的范围内都是海域，火箭残骸落区均在海上，满足了安全性的要求；三是，过去，火箭从完成生产到运抵发射场，全部依靠铁路。但超过3.5米直径的火箭就无法穿过铁路隧道了。发射场选在海南，火箭就可以通过水路运输，不再受体积的限制。届时，火箭运输船从天津港出发，经渤海、黄海、东海、台湾海峡、南海、琼州海峡等海域，抵达清澜港后，再通过公路运至发射场，解决了铁路和飞机均无法运输的难题。

2007年8月，中央专委做出决定，并经国务院和中央军委批准，在海南文昌建设我国新一代航天发射场。中央要求将新发射场建成开放的、利于国际合作、生态环保、带动科普旅游与区域经济发展、世界一流的现代化新型发射场。文昌发射场建成使用后，将主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务；酒泉卫星发射中心主要承担返回式卫星、载人航天等发射任务；太原卫星发射中心主要承担太阳同步轨道卫星发射任务；西昌卫星发射中心主要承担应急发射任务。届时，四大发射中心将形成互补关系。

2009年9月14日，文昌航天发射场破土奠基，各参建单位陆续进场，安营扎寨。承担发射场设计和建设任务的北京特种工程设计研究院、北京特种工程技术安装总队和9家国家特级企业以及海南当地负责配套建设市政道路、港口码头、供水供电等基础设施建设的单位，上万名工程技术人员、建筑工人和解放军官兵离别家乡、离开家人、告别部队，长途跋涉几千里，浩浩荡荡地举着红旗挺进距离海岸仅600米的地方……

高温、高湿、高盐雾、强降雨、强台风、强雷暴……在海岛施工的过程中，意想不到的困难一个接着一个，强烈的紫外线使不少人皮肤被灼伤，大块大块地脱皮；施工人员的帐篷一次次被台风掀翻……困难是一块石头，对于弱者，它是绊脚石：对于强者，它却是铺路石。各施工单位没有退缩，而是以高度的责任感和强烈的使命感投入到工程建设中，他们不惧酷暑，攻坚克难，连续奋战，将综合控制与防护技术运用到施工中，攻克了地基止水、建筑抗风、防腐防雷等一系列工程施工技术难题，实现了复杂自然条件下重大工程建设的突破。但对于建设者们来说，这才仅仅是一个开始。随之而来的，还有一系列新技术、新工艺的应用。

海南发射场采用的是“新三垂一远”的测试发射模式。这种模式可以攻克新型运载火箭推进剂的贮运、加注、控制等技术难关，实现大推力火箭发射能力的突破。同时，发射场运用自主可控的国产软硬件开发平台、一体化试验任务组织指挥平台和自动化运行测试的发射场运行管理系统，实现了组织指挥一体化、操作使用远程化、信息管理网络化和技术保障智能化。另外，多弹道窄窗口发射、零秒脱落和线性分离等技术的应用，极大满足了发射需求，有效提高了可靠性。

5年时间过去了，原本一览无余的原野上，一座座可与雄鹰比高的建筑物、构筑物拔地而起，次第登场。海岛的风景里，渐渐凸现发射塔架的身影。建成后的文昌航天发射场占地16000余亩，由测试发射、测量控制、通信、气象、技术勤务保障等五大系统组成，除了长征五号和长征七号两型运载火箭发射工位之外，还拥有垂直总装测试厂房和水平转载测试厂房、航天器总装测试厂房、航天器加注扣罩厂房、指挥控制中心等，实现了中央提出的发射能力强、运载效率高、射向范围宽、安全可靠、生态环保的目标要求。

当时，用液氧烃作为推进剂只是一个宏观的概念，烃类家族中产品种类很多，常用的有丙烷、甲烷、煤油等，到底选择哪一种最为合适？从1986年9月开始的三年中，研究人员除了进行理论分析和研究外，还进行了10次液氧烃燃料的点火燃烧试验。经过比较，液氧煤油开始进入到张贵田的视野当中。

正当张贵田雄心勃勃地準备将液氧煤油高压补燃发动机作为研制的方向时，却遭到了国内外专家们的质疑。当时，液氧煤油发动机是世界航天动力领域的珠穆朗玛峰，只有苏联掌握了设计制造技术，就连美国试了几次都没有成功，不得不放弃研制。而我国科技基础还很薄弱，不论在方案设计，还是在材料工艺方面，都很难突破。国外的专家甚至说，即使中国能把液氧煤油发动机设计出来，也无法制造出来。

液氧煤油高压补燃发动机不仅采用的推进剂、循环方式与常规发动机不同，在最高压力、涡轮功率、推进剂流量等设计参数上，也比现有发动机高出数倍，要想在推力吨位、性能及可靠性方面有大幅度的提高，必须在结构设计、材料、工艺、试验等多个方面采用一系列的先进技术，这就大大增加研制难度。苏联在这种发动机研制期间，共进行了392次热试车，用了137台发动机，试车工作时间达到97000秒。

面对种种质疑，张贵田没有犹豫，他下决心要搞出这种顶尖的发动机。通过一次次论证和评审，张贵田一份“向高峰冲刺”的计划出炉了。

十几年过去了，张贵田果然不负众望。1998年，随着关键技术的相继突破，液氧煤油发动机的最后研制目标发生器—涡轮泵联动试验水到渠成。屠守锷、梁守槃、梁思礼和张贵田4人联名给曹刚川递交了一份《关于大型液氧煤油发动机立项研制的建议》。他们说：液体火箭发动机是新一代运载火箭的心脏和技术基础。我国的航天技术发展历史表明，正是由于60年代开始研制远程火箭发动机，才发展出了“长征”系列运载火箭。对此，应当立即组织开展百吨级的大型液氧煤油发动机的研制。这份建议受到了曹刚川的重视，并立即组织了调研论证。

1998年3月25日，液氧煤油发动机研制被摆到了中国航天工业总公司的会议桌上。总经理刘纪原主持会议，研究液氧煤油发动机的研制和立项问题。

2000年4月，国防科工委将液氧煤油发动机立项报告呈送国务院。一个月后，国务院正式批准液氧煤油发动机工程立项。12月4日，067基地召开了液氧煤油发动机研制工作会议。“雷凡培为第一责任人，谭永华为直接责任人，张贵田为技术总指挥……”随着这份名单的公布，液氧煤油发动机研制的帷幕正式拉开。

对液体火箭发动机来说，启动和关机是最复杂、最难设计的动态过程，尤其是启动过程，在零点几秒的时间内，转动件要从不转动加速到每秒几万转的高速转；燃烧组件要从几十摄氏度的环境温度达到3000多摄氏度的高温，每个指令都必须精确到百分之几秒，甚至千分之几秒，稍有偏差，就会导致发动机出现故障，甚至发生爆炸。研制初期的几次整机试车都以失败告终。靠我们自己的力量，到底行不行呢？外界的质疑声不断传到张贵田的耳朵里，研制人员内心的压力越来越大。为了找到问题的根源，他们千方百计收集技术资料，绞尽脑汁寻找故障症结……直到半年之后，才摸清了试车失败的根源和机理。紧接着，张贵田他们通过对各种方案和程序的组合进行仿真优化，最终拿出了理想的启动方案和启动程序。

又一次整机试车开始后，在张贵田的主持下，发动机启动平稳，工作正常，按预定程序关机，整个过程与仿真结果完全吻合。液氧煤油发动机跨过了启动的难关，研制工作迈出了关键性的一步。这台拥有完全自主知识产权的发动机也创造了令人骄傲的几十个“第一”，其中包括，第一个在大型液体火箭发动机上采用大范围推力调节技术、首次将启动过程仿真技术运用于火箭发动机设计当中……

2001年3月，江泽民总书记视察国家“863”计划15周年成就展，在航天技术领域展览现场，在场的专家向他介绍说：“液氧煤油发动机技术攻关成功后，我国就是继苏联之后第二个掌握高压补燃技术的国家了。”江泽民转过身来问曹刚川：“真的是第二个吗？”曹刚川笑着说：“是的，是第二个。”江泽民按捺不住心中的喜悦，一边和专家们握手，一边高兴地说：“你们劳苦功高啊！”

2004年4月，国际空间法研讨会召开，来自20个国家的近百位知名空间法与空间技术专家会聚一堂。中国运载火箭技术研究院的代表在会上阐述了中国航天运输系统未来发展的方向，一是改进现有的一次性运载火箭；二是研制新一代运载火箭；三是开发新概念航天运输系统。考虑到现实国情和技术水平，在今后相当长的时间内，中国的主要发射工具还是“长征”系列火箭。为了满足空间应用、载人航天、月球探测等任务的要求，保持未来10年在国际上的竞争力，必须对现有的火箭系列进行适应性改进，主要包括火箭的结构、电气系统和发射支持系统，降低设计生产和发射成本，提高可靠性，缩短发射周期等。

针对现有的常规推进剂火箭在发动机装配好后不可点火检测的弱点，在无毒、无污染的发动机点火试车成功后，王永志向火箭系统提出换用液氧煤油发动机、研制长征二号F/H火箭的建议。液氧煤油发动机在装箭前可进行点火试车，而且推力大，用它作为动力装置，不仅可消除原有火箭发动机不可检测的安全隐患，还可将运载能力由8吨提高到14吨。如果形成批量生产，发射成本将进一步降低，可靠性也会得到提升。因此，王永志主张将长征二号F/H火箭的研制列入空间站工程的实施方案当中。在具体的方案上，王永志提出，火箭的一、二级（含助推器）均采用液氧煤油发动机，按载人航天的高可靠性、高安全性要求设计，状态相对固化，发射不同载荷只需要更换上面级就可以了。方案批准后，王永志要求火箭系统按照“在满足有效载荷要求的条件下，低成本、高可靠、操作简单、使用安全”的标准，开展优化设计，努力达到世界先进水平。这枚火箭研制出来后，将被命名为“长征七号”。

长征七号这个名字给它的总设计师范瑞祥带来了巨大的压力。范瑞祥长期在火箭研制队伍中摸爬滚打，曾参加过长征二号F火箭的研制，还是长征二号丙系列火箭的第四任总设计师，可谓身经百战、经验丰富。可是这次，横亘在范瑞祥面前的不仅仅是高强度的工作，还有很多“特殊要求”。为了适应海南文昌发射场“高温、高湿、高盐雾”和“强台风、強降雨、强雷暴”的特殊气候环境，防水设计要渗透到每个细节、防风减载装置要抗8级大风、“新三垂一远”模式要缩短发射占位…… 2008年11月，组建型号研制队伍，组织方案论证；2009年1月，成立型号办公室；2010年5月，通过研制方案阶段评审；2011年1月，研制正式立项。

2011年7月，长征七号进入初样研制阶段，范瑞祥定下了火箭的运载能力、推进剂类型、设计制造手段等核心内容。运载能力为13.5吨、采用液氧煤油燃料、全三维数字化……范瑞祥的要求苛刻到极致：“进度服从质量，首先要保证0.98的高可靠性，达到国内外一流水平。”

2015年，长征七号的初样研制完成。评审会上，范瑞祥用了几个“新”来概括他亲手托起的这枚巨型火箭。第一是新动力。长征七号采用高压补燃液氧煤油发动机，6台并联工作，起飞推力是现役最大火箭的1.5倍，实现了跨越发展。液氧和煤油燃烧后产生的二氧化碳和水，不会对环境造成任何污染。第二是新布局。长征七号的助推器长27米，接近现役火箭助推器的2倍。火箭的设计采用上、中、下三支点捆绑技术，改善了力学特性。第三是新环境。长征七号飞行的最大热流密度是现役火箭的1.5倍。第四是新结构。长征七号采用虚拟现实VR技术和全三维设计制造技术，应用高效率的等边三角形网格结构，提升了生产水平。第五是新体制。长征七号采用具有备份保障的成熟控制体制，利用测量站、船和中继卫星进行多重测控。第六是新测发。采用新“三垂一远”测发模式，利用新型活动发射平台实现整体转运，缩短了发射占位时间，增强了发射适应性。

按照中国运载火箭的型谱规划，长征七号是新一代中型运载火箭的基本型。以长征七号为基础，可通过调整助推器个数、增加固体助推器、增加上面级、增加氢氧三子级，衍生出多种构型的火箭，实现系列化，从而全面满足发射近地轨道、太阳同步轨道和地球同步转移轨道等各种轨道航天器的运载能力的需求。例如，研制一枚满足太阳同步轨道运载能力为5.5吨和地球同步转移轨道运载能力为7吨的中型运载火箭，承担国内外主流卫星的发射任务，由于该火箭的芯级直径和助推器直径分别为3.35米和2.25米，既可以依靠铁路运输，也能采取海运方式，在4个发射场都能发射。预计到2021年，火箭各项技术趋于成熟稳定时，长征七号将逐步替代长征二号、三号、四号系列，承担80%左右的航天发射任务。

2016年5月8日，经过8年磨砺的长征七号火箭从天津港出发，由远望21号火箭运输船装载，通过船运的方式运往海南文昌清澜港，随后通过公路分段运抵发射场区。5月23日，火箭完成垂直总装；6月22日，垂直转运至发射塔架……

6月25日，夜幕降临，发射塔架明亮的灯光把怀中的长征七号火箭照得熠熠生辉。发射窗口瞄准20时。时间渐渐地临近了，调度里传来指挥员倒计时的口令，伴随着震耳欲聋的发动机轰鸣声，火箭腾空而起。人群顷刻之间沸腾了，当人们高喊着“祖国万岁”“航天加油”的时候，成千上万的发射场建设者们却望着腾飞的火箭激动地流下热泪，一句话也说不出来。

大约6分钟后，火箭飞向太平洋上空，进入远望五号的测控视线。巨大的天线稳稳地指向火箭飞出地平线的方向。约603秒后，载荷组合体与火箭成功分离，进入近地点200公里、远地点394公里的椭圆轨道。20点22分，北京航天飞行控制中心的大屏幕上画面一转，打出一行醒目的大字：“长征七号运载火箭首次飞行任务取得圆满成功！”

随长征七号一起来到太空的，还有远征一号上面级。“上面级”是火箭系统在火箭上增加的独立的一级飞行器。由火箭将其送到一定轨道后，再经过自主飞行多次点火启动，将一个或多个航天器送入不同的轨道空间。由于它可以像摆渡车似的将乘客送到不同地点，所以有了一个形象的名字“太空摆渡车”。

从20世纪80年代末开始，中国研制出多种型号的固体推进剂上面级，共进行了10次飞行，但都是为满足某项单一任务而研制的，而远征一号上面级则同时具备了多种特性。远征一号的主直径为2.8米，使用1台6.5千牛的泵压式常规推进剂发动机，具备二次启动的能力，连续工作时间可达6.5小时。

长征七号发射升空后，远征一号上面级将飞船系统研制的新一代载人飞船1：0.6的缩比返回舱送入了预定轨道。这个缩比返回舱高2.6米、重2.8吨，外形与神舟飞船的钟形不同，底部敦实，头部窄巧。它的任务是在太空和返回途中采集各项数据，直接测量飞行过程中的气动参数，为新一代载人飞船的研制提供帮助。与神舟飞船只能飞行一次不同，缩比返回舱是双层热防护设计，防热结构可以更换，内部的金属结构也可以重复使用。

2016年6月26日下午，西北大漠深处。满载着试验数据的缩比返回舱踏上了归途。在距地面170公里时，返回舱与上面级分离，进入返回轨道。戈壁滩上空的蓝天白云之间，一个黑点由远及近，红白相间的稳定伞顺利张开，缩比返回舱如同一颗出膛的子弹射向茫茫戈壁。缩比返回舱采用的是弹道方式返回，这意味着在和上面级分离后，飞行控制中心不再对它进行控制，而是依靠分离时的速度和姿态返回着陆。15时41分，缩比返回舱降落在东风着陆场西南的戈壁区。这是载人航天工程实施以来，首次启用东风着陆场。无数次放飞中国人飞天梦想的戈壁大漠，终于迎来了首位天外来客。

温馨的天上人家

作为载人航天“三步走”战略第二步第二阶段的开山之作，天宫二号是首个正式的空间实验室平台和面向中期驻留的大型航天器。未来建立空间站，在轨维修、太空加注、舱外观测等技术，都将在天宫二号中逐步完善。因此，天宫二号可以说是载人航天工程迈向空间站时代的一个跳板。

2012 年，中国空间技术研究院年轻的专家朱枞鹏被任命为空间实验室系统的总设计师，负责天宫二号的总体设计研制。当年，还不到40岁的朱枞鹏已参与了从神舟一号到神舟七号飞船的设计研制任务。

天宫二号是在天宫一号目标飞行器备份的基础上改装研制而成的。它的规模与天宫一号基本一致，也是一个长期在轨自动运行、短期载人的飞行器。虽然它的基本构型和天宫一号一样，但却承担着不同的任务。天宫一号是目标飞行器，主要是和载人飞船配合完成空间交会对接试验任务；而天宫二号则是我国第一个具备太空补加功能的载人航天实验室，要第一次实现航天员30天驻留、第一次试验推进剂太空补加技术，以及开展大规模的科学实验，比天宫一号“飞得更高、实验更多、驻留时间更长”。

空间实验室长期在轨飞行，推进剂会不断消耗，需要定期进行补加。而推进剂补加技术正是天宫二号任务的重要目标之一。按照工程总体的要求，空间实验室系统对天宫二号推进分系统进行了适应性改造，增加了推进剂补加系统，配置了压气机设备，采用了全新的储箱设计。

值得一提的是，天宫二号的系统设计是模块化的。朱枞鹏通过“合并同类项”的理念，对天宫二号的供配电、热控、数据管理等系统实现了高度集成化的模块设计，打造出了一个个可快速更换的模块单元。一旦某一个部件出现问题，可以快速更换或在轨維修。就拿智能配电单元来说，采用了“插拔式”的结构设计，只需要几分钟就能完成一次维修更换。这在国内空间领域属于首创。

……

经过这些改进和创新，天宫二号已具备了长期无人值守和中期载人飞行的能力。

天宫二号搭载了全新配套的空间应用系统载荷设备，无论配套设备数量还是安装复杂度均创造了历次载人航天器任务之最。空间应用系统计划在天宫二号上进行的各类空间科学技术与应用实验有14项，涉及空间对地观测、空间材料科学、空间医学应用、空间环境监测、微重力基础物理、微重力流体物理等学科。天宫二号将携带量子光机、伴随卫星、伽马射线暴偏振探测仪、冷原子钟、等离子体防护件等仪器设备共51件，是历次载人航天任务中最多的一次。其中，空间冷原子钟实验、空地量子密钥分配试验、伽马暴偏振探测等项目，都属于国际科学前沿。其中，天宫二号将携带国际首个专用的高灵敏度伽马射线暴偏振测量仪器。这项中国和瑞士两国合作开展的“伽马暴偏振探测项目”，也是中国空间天文“黑洞探针”计划的组成部分。除此之外，其他的医学、高等生物载荷科学和应用试验也比天宫一号多了很多。

针对航天员的长期驻留问题，航天员系统安排了包括太空跑步束缚系统技术验证、植物栽培关键技术验证、心理舒缓技术验证、失重心血管功能研究等16项在轨航天医学试验，还有远程医疗模式验证、交互式电子手册、飞行计划管理、物资管理等多项探索性任务。

2014年3月2日，载人航天工程总设计师周建平对外宣布，按照我国载人航天计划，在2020年前后建成空间站之前，将发射天宫二号空间实验室，目标是建成我国正式的空间实验室大系统。同年9月10日，太空探索者协会第27届年会开幕，中方大会主席杨利伟透露：2016年我国将发射天宫二号空间实验室，并发射神舟十一号载人飞船和天舟一号货运飞船，与天宫二号交会对接。

2014年10月初，天宫二号空间实验室的总装工作开始，实验舱、资源舱单舱总装分别完成了空间应用系统配套设备安装、电缆安装等总装工作，充分验证了空间应用系统载荷设备与整器的机械接口匹配性，并顺利完成正样实验舱的质量特性测试，为保证总装交付电测顺利进行，打下了坚实基础。2015年1月，天宫二号空间实验室空间应用系统载荷设备安装完毕并交付电测。7月，用于发射天宫二号的长二F火箭开始总装……

2016年，中国航天事业创建60周年之际，载人航天工程空间实验室飞行任务拉开了大幕。载人航天工程迎来前所未有的高密度任务周期，过去几年一次任务，如今不到一年就要连续执行四次任务；还将面临“四新叠加”的重大挑战，考核新研火箭、发射新型飞船、启用新建发射场、适应新的体制……

2016年7月7日，天宫二号空间实验室按流程完成了出厂前所有研制工作，从北京启程，经铁路运输，于同月9日安全运抵酒泉卫星发射中心载人航天发射场，开展发射场区总装和测试工作。

2016年8月6日下午，发射天宫二号的长征二号F＼T2火箭和发射神舟十一号的长征二号F火箭一同运抵发射场。载人航天工程实施以来的最长的火车专列连接成一条“长龙”，成为大漠戈壁中难得一见的壮观场景。

天宫二号与神舟十一号载人飞行任务进入实施阶段。

2016年9月15日，月朗风清的中秋之夜，团圆与飞天，这两个在龙的传人心灵深处流淌的梦想在大漠深处交汇，千年流淌的弱水河又一次目送中国“天宫”壮美出征。

9月15日21点34分，随着发射塔架的打开，威武的器箭组合体在明亮的探照灯的照耀下，清晰地出现在人们的面前。22点04分，巨大的轰鸣声中，天宫二号在长征二号F＼T2火箭的托举下，拔地而起，开启了载人航天工程空间实验室任务的新航程。

7分钟后，总调度的声音传来：“天宫二号已进入近地点高度200公里、远地点高度347公里的预定轨道，太阳能帆板展开正常……”太空中迎来了升级版的航天员之“家”，中国人从此拥有了真正意义上的空间实验室。

神舟十一号是神舟飞船家族的第11位成员，在继承神舟十号技术状态的基础上，调整了轨道控制策略和飞行程序：将交会对接轨道和返回轨道高度由343公里提高到393公里；通过优化货物装载布局方案，提高了随行运输能力；新配备的宽波束中继通信终端设备扩大了测控覆盖范围，提升了飞船姿态快速变化时的天地通信保障能力；为满足未来空间站交会测量设备长寿命使用要求，对飞船的交会测量设备进行了升级换代。

9月16日，天宫二号经过两次轨道控制，进入在轨测试轨道。10天后，天宫二号又完成两次轨道控制，调整到了距地面393公里的轨道上，静静地等待着神舟十一号的到来。

10月10日，金秋的东风航天城风和日丽。清晨7点30分，神舟十一号船箭塔组合体在晨曦中缓缓驶出垂直测试厂房的大门，迈向1500米的“出征轨道”。一个半小时后，组合体平稳转运至发射区。11时40分，搭载着神舟十一号任务航天员乘组的两架专机抵达发射场。

时隔三年多，中国航天员再次启程。这次的飞行乘组由两名男航天员组成，是继神舟六号任务之后，再次由2人乘组执行任务。更少的乘组人数、更长的飞行时间、更多的在轨操作，对航天员的身心素质、工作能力、任务规划、作息设计、管理优化等都提出了更高的要求。

在空间站任务到来之前，神舟十一号是最后一次载人飞行，有着承上启下的重要意义。考虑到首批航天员技术过硬、经验丰富，第二批航天员年富力强、精力旺盛，工程指挥部决定，两批航天员中都要有人参加任务。

2014年3月13日，一个普通的日子，却因为5名航天员的停航，在航天员大队变得庄严起来。中国首批航天员中的吴杰、李庆龙、陈全、赵传东、潘占春5位因年龄超过了黄金飞行期，在这一天退出了现役航天员队伍。停航仪式上，他们抚摸着“航天员纪念章”和战友们紧紧拥抱。随着他们的离开，自然不再进入神舟十一号航天员的备选行列。邓清明作为首批现役航天员中唯一的未飞天者，再次参加选拔。

为选拔出适合执行神舟十一号任务的乘组，航天员系统通过共同训练、任务训练、强化训练和任务准备三大阶段，让每位航天员都接受了近4000个学时科学、严格的训练。选拔开始后，先是结合以往经验，同时考虑空间站任务和航天员队伍的发展和现状，进行了思想、身体、心理、知识和技能等多个方面的单项考核和综合考评。其中，对首批航天员重点考查与空间实验室任务相关的知识和技能的掌握情况，对第二批航天员则是全面考评。初选过后，分别从两批航天员中各选出两名成员。

20年来，邓清明3次入选备份乘组，3次与飞天失之交臂。眼看着战友们一个个飞向了太空，为了能够早日征战太空，他更加努力地刻苦训练，主动给自己加压加码，提高强度难度，无论再苦再累，总是逼着自己再练一会、再试一次。备战神舟十一号任务时，邓清明已经50岁了，深知留给自己的飞天机会不多了，就铆足劲再一次向飞天发起了冲锋。

神舟十一号任务的训练和选拔中，邓清明参加了33天模拟试验，一个多月里，他和另一名备份航天员封闭在狭小的模拟舱内，忍受着与外界隔离的寂寞、机器的震动和噪声，将神十一任务在地面全流程验证了一遍。这是他个人付出最多的一次，准备最充分的一次，也是离梦想最近的一次。

2016年6月，航天员系统确定了飞行乘组和备份乘组以及相应的岗位。经过工程指挥部的综合决策，10月15日，神十一发射的前一天，当任务指挥部宣布是由景海鹏和陈冬来执行任务时，现场顿时安静下来，邓清明感觉所有人都把目光集中到自己身上。邓清明又一次失去了飞天的机会，止步于发射塔前，他当时的心情很复杂，既为自己3次备份感到遺憾，也为景海鹏3次飞天感到高兴。他走上前，紧紧抱住景海鹏说：“海鹏，祝贺你。”

邓清明永远都记得，神舟十一号飞船发射成功后，当他回到航天城的家里时，餐桌上摆着满满一桌丰盛的饭菜和三杯斟满的红酒，妻子满颜虹和女儿邓满琪像欢迎英雄一样迎接邓清明。此时的邓清明再也控制不住自己，走进卫生间，打开水龙头，任凭哭声和水流声交织在一起。妻子安慰邓清明说：“不管结果怎样，你这些年的付出都是值得的，努力了、奋斗了，你为孩子做出了榜样，你永远是我们家的骄傲！”

神舟十一号任务成功后，工程总指挥张又侠特意对邓清明等两名备份航天员说：“作为优秀的备份人员，你们是光荣的，你们和神十一乘组共同完成了这次任务，任务成功就是你们的成功，航天员在天上的表现就是你们的表现。”

2016年10月16日上午，例行的航天员与媒体记者见面会在问天阁举行。第三次出征的景海鹏神采奕奕，在2008年和2012年，他曾经参加过神舟七号和神舟九号任务，在神舟十一号任务中，他是指令长，负责飞船驾驶、交会对接、飞行计划管理、飞行安全保障等工作。对于自己的第三次飞行，也是第三次面对这样的记者招待会，景海鹏的发言透着几分幽默：“媒体的各位老朋友，新朋友，大家上午好。”一句“老朋友”的问候，拉近了隔离罩内外的距离。他说，航天员是他的职业，太空飞行是他的事业，也是他的本职工作，虽然这项工作充满着挑战和风险，但他非常热爱、非常喜欢甚至非常享受这项工作。有幸第三次出征太空，他要感谢祖国和人民，感谢航天科技工作者的付出和托举，不忘初心，矢志不渝。

1978年12月出生的河南籍小伙子陈冬是2010年入选航天员大队的第二批航天员。这次任务中，他承担着飞船与空间实验室组合体的维护、消耗品管理、维护维修、在轨实验等任务。首次上天执行任务，就要经历30天太空飞行的考验，陈冬表示，一定会细致工作，健康生活，享受失重，珍惜在太空中的每一刻，多看看窗外的美景，看看美丽的地球和自己的祖国。

说到家人，景海鹏和陈冬都有些激动。陈冬说：多年以来，父母、妻子为了他的事业，一直在默默付出，支持他，鼓励他，陪伴他，让他实现了为国出征的梦想，所以军功章必须有家人的一半。“军功章必须有家人的一半”，景海鹏接过陈冬的话强调说，足以看出他对于家人的付出充满了强烈的感激之情。他称赞陈冬兄弟代表了他的心声。一声“兄弟”，也道出二人间浓浓的情谊。景海鹏特意对航天员大队的战友们说，航天员大队组建以来的18年间，他们同在一个桌上吃饭，同在一间教室上课，同在一个球场打球，一起工作，一起训练，一起生活，一起追逐梦想，亲如一家。“此时此刻，我们俩挺想念大家的。我们还想对所有的航天人说，你们也是我的家人，是你们用心血汗水和智慧托举我们飞上太空。请你们放心，我们一定用尽善尽美的表现向祖国和人民交一份最优异的答卷。”

2016年10月17日凌晨，问天阁广场聚满了来自全国各地的“航天发烧友”和当地少数民族群众。4时40分，景海鹏和陈冬踏着浓浓的月色，缓缓迈向出征通道。在万众瞩目下，频频向人群挥手，齐步行进到载人航天工程总指挥张又侠面前。景海鹏的声音响彻广场：“总指挥同志，我们奉命执行天宫二号与神舟十一号载人飞行任务，准备完毕，请指示。”“出发！”广场上的扩音器中响起张又侠庄重有力的声音。

7时30分，在我国航天事业创建60周年之际，勇士们再一次带着中国人的飞天梦想问鼎苍穹。这一次出征，他们要创下我国航天员太空驻留时间最长的纪录；这一次飞行，他们要开展多项具有突破性意义的空间实验……

此时此刻，与发射场相距千里的太平洋上，远望七号船正在默默坚守着海上测控的第一站。远望七号是三个月前的7月12日中国航海日那天正式入列“远望号”测量船队的新一代大型航天远洋测量船，仍由江南造船集团公司负责建造。全船长220多米、高40余米，满载排水量近3万吨，可抗12级台风，自给力100天，能在太平洋、印度洋、大西洋南北纬60度以内的海域执行任务，还可满足特定航道的航行要求。这次任务中，它将与远望五号、远望六号共同布阵太平洋。

在火箭升空9分45秒后，远望七号船将北京航天飞行指控中心传来的“太阳能帆板展开”指令注入飞船，神舟十一号开始了33天的探索之旅。

10月19日凌晨，经过多次变轨，神舟十一号寻找到天宫二号，在自主导引控制下，来到与之相距5000米的地方，经过5000米、400米、120米和30米4次停泊，3时24分，中国式的“太空之吻”暂停3年之后再次上演。

6时32分，两名航天员打开飞船返回舱舱门，进入轨道舱；紧接着，开启天宫二号实验舱舱门，进入“太空之家”。景海鹏惊喜地发现，比起4年前入住的天宫一号，天宫二号内部布置和装饰有了很大改观，色彩、光线、降噪都做了人性化的环境布置，不仅铺设了地板、安装了可调节亮度的米黄色灯、增加了床头灯，还设置了一个多功能小平台，可以写字、吃饭、做科学实验。此外，实验舱内还配备了蓝牙耳机和蓝牙音箱，便于航天员与地面通信联络。景海鹏在通过新华社发布的《太空日记》中说，天宫二号里的一切都很温馨，真的像是太空中的一个家了。

2016年10月20日，天宫二号与神舟十一号完成了组合体飞行期间的首次轨道维持，降低了轨道高度，由倒飞状态转为正飞，进入标准飞行状态。22时21分，地面飞控人员又一次调整了组合体的飞行姿态，由天宫在前、神舟在后转为天宫在后、神舟在前。

10月23日7时31分，为进一步验证小卫星的在轨释放、驻留和伴飞技术，天宫二号释放了一颗伴随卫星。这颗伴随卫星是我国自行研制的新一代微小卫星，具备高效轨道控制、灵活姿态指向、智能任务序列处理和天地测控通信高速数传的能力。比8年前神舟七号释放的伴随卫星的体积更小、能力更强，它的体重仅仅47公斤，只有一台打印机那么大，更便于灵活机动地开展任务。10月24日，这颗伴随卫星装载的红外相机将它拍到的组合体的首张图像传回地面。10月25日，另一台2500万像素的可见光相机也传回了它所拍摄到的图像。当然，这颗伴随卫星的功能并不仅限于拍照，将来，它还会配合空间站开展多平台间的协同实验，拓展空间应用。未来的主航天器会释放多颗伴随卫星组成一个网络，实现多星协同工作，验证小型高功能密度卫星在轨释放、驻留和伴飞技术，为未来的新型航天器编队飞行奠定基础。

2016年11月9日下午，景海鹏和陈冬正在进行机械臂人机协同在轨维修技术试验时，习近平总书记专程来到中国载人航天指挥中心，同他们进行天地通话。“海鹏同志、陈冬同志，你们辛苦了。”习近平亲切的声音穿越茫茫太空，为两位航天员送去了冬日里暖心的关怀。当习近平问道：“你们已经在太空生活了半个多月，海鹏同志是第三次执行载人航天任务，陈冬同志是第一次进入太空，全国人民都很关心你们。现在身体状况怎么样？生活怎么样？工作进展得顺利吗？”景海鹏回答说：“我们的身体很好，各项工作进展得也很顺利。我們还能在太空同步收看新闻联播，图像很流畅、很清晰。中国载人航天进入了新的高度，航天员在太空的工作生活条件更加完善，我们为伟大祖国感到骄傲和自豪！”陈冬向习近平报告说：“我已经适应了太空的失重环境，饮食起居都很正常，工作也在按计划进行。”习近平听后嘱咐两位航天员：“看到你们的状态很好，我们都非常高兴。你们团结协作、迎难克艰，这体现了一流的过硬的素质。希望你们再接再厉、密切配合、精心操作，圆满完成后续任务。祖国和人民盼望你们胜利归来！”

习近平与两位航天员的视频通话，语音流畅，画面清晰。中国电子科技集团第十五研究所首次启用了室内小间距LED巨型显示屏。显示屏的清晰度和稳定性难度很大，技术人员通过上百次的测试与验证，突破各种技术瓶颈，最终在限定时间内完成了整体信息系统的建设。从天宫二号发射到进行天地通话的近两个月中，LED显示屏凭借高可靠性及优异的显示性能，历经55天、1320多小时的“零故障”全天候显示，成为中国航天史上又一个传奇的参与者与见证者。至此，我国天地通信的传输速度已能满足各种发送需求，航天员与地面的无障碍通信已成为现实。

截至神舟十一号任务，中国电子科技集团累计为载人航天工程研制了包括固定、船载、机载、便携站等在内的30多个卫星通信地球站，为任务提供数据、图像、语音等通信保障，占到全部卫星通信装备的90%以上，是迄今为止规模最大、范围最广、容量最高、实时性最强、可靠性最好、技术最先进、应用最广泛的通信系统。

空间应用系统在天宫二号中安排了高等植物培养实验，神舟十一号也搭载了医学试验样本、特色农作物种子、微生物菌种等试验。在“失重的33天”里，两名航天员既要担任飞船的驾驶员，又要担任空间材料制备和植物培养实验的科学家，还身兼工程师、医生和菜农等多种职业，你种菜来我养蚕，把各学科专家的想法、目标、理念在太空中实践，共进行了30多项在轨实验操作，看似漫长的33天太空之旅实际上过得既忙碌又充实。

任务间隙，景海鹏和陈冬会根据医监医生的指导，撸起袖子进行血压和心电的测量，还将B超探头放在自己的身体上，进行B超检查。这是我国首次在太空进行航天员自主医学指标测试，医监医生可实时根据他们在飞行前、飞行中和飞行后的数据对比，找出变化规律，研究人在太空的身体指标变化。

2016年11月17日，组合体已在太空飞行了整整30天，神舟十一号航天员乘组即将返航。景海鹏和陈冬小心翼翼地把太空试验的成果全都搬进返回舱，依依不舍地关上天宫二号舱门，回到轨道舱。12时41分，神舟十一号同天宫二号成功分离，踏上归途。

神舟十一号是载人航天工程实施以来首艘在冬季返回的载人飞船。入冬后，内蒙古四子王旗气温持续下降，最低气温已是零下。由于航天员失重时间太长，返回地面后适应重力的难度会相应加大，尤其是医监医护要第一时间救援，给搜救工作带来了不小的难度。为此，测控系统新增配了性能更优的2套光学设备，从飞船返回开始，即对其进行跟踪拍摄，保证了返回全过程都有可靠的影像。着陆场系统则新增了无人机，从高到低形成固定翼飞机、无人机、直升机的多层次空中搜救力量，使得搜寻目标覆盖范围更广，搜寻成功概率更高。

2016年11月18日13时59分，冬日的阿木古郎草原这片在蒙古语中意为“平安”的地方，再一次将巡天归来的英雄迎接回家。返回舱着陆后，开舱门也是个技术活儿，先要用专用工具插入锁孔，再通过减压阀平衡舱内外气压。减压过程不能太快也不能太慢，太快了航天员的身体无法适应，太慢则会耽误出舱时间。所以，舱门一直是由专门的工作人员从舱外开启的。而这一次，舱门要由航天员从里面打开。要做到这个其实很不容易，首先需要位置合适，其次还要航天员状态好，才能自行解开安全束缚带，打开舱门。舱外的人们焦急地等待着，待舱门终于开启后，人们发现，景海鹏和陈冬相继微笑着自己走出了返回舱。这在飞船的历次返回中，还是第一次。

航天员在太空中停留时间越长，回到地球以后失重会给航天员带来一系列越来越复杂的不适应状况，因此必须进行重力再适应。在这次任务之前，航天员的重力再适应都是在舱内进行，随着条件的改善，神舟十一号的航天员在出舱后，被送到了条件更好的医监医保的直升机上进行。

这个冬日的午后，当两位航天员被送上直升机后，我国的第六次载人航天飞行在美丽的内蒙古草原画上了一个完美惊世的句号。

2016年11月18日深夜，空间应用系统的工作人员将神舟十一号搭载的金属单晶、纳米复合材料等最为热门的12个综合材料实验样品、高等植物培养实验返回单元连夜送回北京的实验室。其中有，天宫二号上特别携带的两种具有不同生长特征的植物——拟南芥和水稻。拟南芥是一种模式生物，个体小、发育快、生长周期短，便于在解剖镜下观察细节。它的作用就像动物里的小白鼠，对它进行研究具有普遍性的价值。拟南芥属于长日照植物，每天至少需要12小时的太阳光照才会开花。而水稻正好相反，属于短日照植物，太阳光照的时间必须要短于一定时间才会开花。让这两种植物都进入太空，就可以观察它们的不同反应，进行实验对比。经过48天的空间培育生长，拟南芥和水稻均已抽薹开花、结荚，完成了从种子到种子的全部发育过程。

天宫二号和神舟十一号载人飞行的任务结束了，但天宫二号的任务并没有完成，而是转至独立的运行轨道，又进行了60余项空间科学实验和技术试验。空间应用系统将激光冷却原子技术与微重力环境相结合，研制出的中国第一台空间冷原子钟经过天宫二号在轨实验，达到了10的负16次方秒量级的超高精度，3000万年才会产生1秒误差，可用于进一步提高授时和卫星导航的精度。天宫二号搭载的三维成像微波高度计，由两副天线向海面发射微波，通过接收回波和信号处理，精确地测量出海平面的高度，在世界上第一次实现了宽刈幅海面的高度测量。此外，空间应用系统还有6 个样品被留在天宫二号中，继续进行装置热特性测量实验，找到了地面重力环境下难以获知的材料物理和化学过程的规律，获得了优质材料的空间制备技术，有效地指导了地面材料加工工艺的改进与发展。

天舟，为中国梦加油续航

2014年5月9日，国家重大专项领导小组会议暨载人航天工程“两总”联席会议，审议通过了中国空间站进一步优化的设计方案，并上报中央专委批准。

9月10日，第27届太空探索者协会年会在北京召开。中方组委会主席、中国载人航天工程办公室副主任杨利伟说：“中国将在2022年前后完成空间站的建造……”

空间站建成后，需要不断为航天员输送生活、工作物资和空间站运转所需的推进剂。由此，载人航天工程的又一个大系统——货运飞船系统诞生了。

2010年底，货运飞船的立项论证工作正式启动，研制工作毫无悬念地交给了经验丰富的中国空间技术研究院。

按照工程总体要求，货运飞船要进行“型谱化”设计。所谓“型谱化”，并不是将已有的不同规格的同类产品简单罗列组合，或是改进现有产品的特性、功能，而是以最少数目的不同规格产品为标志的、能满足较长时间及一定范围内全部使用要求的产品系列。

20世纪中后期，部分发达国家就开始了航天通用产品型谱化的研制和应用。“联盟号”系列飞船自1966年首次设计以来，经过数次升级换代，衍生出货运飞船等多种适应不同任务需求的型谱，是型谱化应用的成功典范。

尽管从神舟一号到神舟十一号，我国的设计师们用连战连捷的成績打造了安全、可靠、稳定的载人飞船，但神舟系列飞船的设计理念还不能称为“型谱化”。真正迈出载人航天器型谱化设计第一步的是货运飞船。针对运输货物的不同类型和需求，为“天舟”系列飞船设计了“全密封”“半开放”和“全开放”三种型谱。

2017年新年过后，中国载人航天工程新闻发言人对外宣布，天舟一号货运飞船的发射进入倒计时。载人航天工程空间实验室阶段的收官之战，对于空间站工程后续任务的实施具有极为重要的意义，如果任务成功，将标志着“三步走”战略中的“第二步”任务的落幕。

2017年1月，白明生拿到了天舟一号的产品合格证。第一次“浮出水面”的天舟一号由货物舱和推进舱组成，重约13吨，总长10.6米，最大直径3.35米，太阳能帆板展开后最大宽度14.9米，物资上行能力约6吨，推进剂补加能力约2吨，具备独立飞行3个月的能力。

天舟一号的运载任务，由不久前首飞成功的长征七号火箭承担。2月5日，天舟一號从天津港启程，2月13日运抵海南文昌。3月2日，长征七号火箭从天津港启程，3月11日运抵发射场。

2017年4月10日，作为此次任务海上测控的唯一力量，承担着天舟一号入轨段和运行段海上测控通信任务的远望七号船从江阴码头起航。第二天，气象预报员提示：前方海域有一个热带低压气旋正在生成，极有可能发展成热带风暴，届时风力将达到8级，浪高将达到4米以上。面对大海，万吨巨轮也犹如扁舟。船领导经过紧急气象会商后决定，躲避风暴，调整航线，绕道而行。经过几个小时的全速奔袭，远望七号成功地躲过了风暴的围追堵截，大家终于松了口气。可谁想一波未平一波又起。4月12日下午，远望七号集控室主机显示面板突然显示主机燃油油压报警，这可是个致命的坏消息，燃油不足会直接导致船舶海上“停车”，而“停车”就意味着船舶失去动力，后果不堪设想。轮机部门岗位人员经过现场勘察，认为是泵体内部球形轴承损坏，导致机械密封破损漏油，影响了主机燃油进机压力。一场大洋上的紧急抢修战在狭窄的机舱迅速展开，5个多小时过去了，技术人员对供给泵本体进行拆解更换，最终使设备恢复了正常，远望七号再一次开足马力向大洋深处驶去。

4月20日19时11分，时隔一周，长达30秒的警铃又一次划破大洋上的宁静。从熟悉的铃声中，船上的人们听出这一次提示的不是事故，而是远望七号船进入了任务30分钟的准备程序。

与此同时，海南文昌的发射平台上，高大挺拔的长征七号运载火箭静待出征。乳白色的箭体上，一面鲜艳的五星红旗图案在灯光照射下，格外醒目。

19时41分，随着发射场01指挥员下达“点火”口令，天舟一号货运飞船在长征七号火箭的托举下，以雷霆万钧之势飞向深邃浩渺的太空。

远望七号的甲板上，两个十多米直径的测控天线和大口径经纬仪一起“注视”着西北方地平线；指挥大厅里，大家目不转睛地盯着显示屏上不断变动着的各种数据。6分14秒后，电脑屏幕上突然闪现一个亮点，“长江七号发现目标”“长江七号双捕完成”，远望七号将捕获到的天舟一号初轨根数及时发送到了北京航天飞行控制中心。

19时51分许，天舟一号与长征七号成功分离，进入预定轨道。

2017年4月22日，是天舟一号与天宫二号首次交会对接的日子。与以往历次任务不同，这次交会对接有一个显著特点，就是新研制的光学成像敏感器将首次在阳照区开展工作。这就好比人们对着太阳找天上的飞鸟，要求光学成像敏感器在非常刺眼的环境下，能够快速找到目标。因此，这次交会对接也被形象地称为是一次“耀眼阳光下的牵手”。

“天舟转自主控制状态”，10时02分，北京航天飞行控制中心总调度一声令下，天舟一号开始向天宫二号靠拢。通过指挥大厅的屏幕，从天宫二号看天舟一号，是一个背光的景象，一个亮点闪着光晕逐渐变大、变亮，太阳能帆板渐渐显现出来。而从天舟一号看天宫二号，却是一片神奇的逆光，一条条光芒排列成时空隧道般的景象，色彩缤纷，无比震撼。

天舟一号抵达30米的停泊点时，大屏幕上能够清楚地看到它的十字准星正在向天宫二号的靶标逐渐对准。10米，7米，5米，3米，1米……当天舟一号捕获到天宫二号的对接轴之后，经过缓冲、校正、拉回等技术动作，两个航天器完成了舱内环境、信息传输总线、电源线和流体管线的连接，成为一个组合体。接下来，它们即将展开本次飞行的三项重大试验——推进剂在轨补加、快速交会对接和自主绕飞。

空间站长期在距离地面400公里左右的轨道上飞行，会因大气阻力导致轨道高度降低，需要补加推进剂来维持轨道高度。这项技术和关键设备是由航天科技集团公司六院801所自主研制的。他们在继承神舟飞船和空间实验室成熟经验的基础上，根据货运飞船的特点，优化了系统设计，提出了推进和补加系统一体化的设计方案，满足了任务需求。

天舟一号与天宫二号采用的是快速交会对接的方式。这种方式可以缩短航天员在飞船中的时间，减少不必要的体力与精力付出，还可以保障科研用品特别是生物制剂等无法长期运输的货品尽快送达空间站，如果空间站等航天器突遇紧急情况，通过快速交会对接可以迅速实施抢修与紧急救援。目前，2～3天交会对接策略是地面向国际空间站运送航天员的主要方式，“联盟号”飞船、航天飞机与国际空间站均采用此方式。

以往神舟飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要大约2天时间，过程中还有大量的人工参与，而天舟一号从入轨到对接成功只有几个小时，而且以飞船的自主制导和控制为主。这是因为，空间站建成后重量将达到百吨级，当有飞船造访时，不可能大幅度调整姿态与之对接，只能是飞船自动寻找对接口进行全自主绕飞。而自主绕飞难度极高，需要通过多次变轨和姿态机动来完成。所以，“自主”二字成了这次快速交会对接的核心和难点。与神舟十号在地面人员支持下进行的绕飞不同，此次绕飞中的制导、调姿及进入5公里保持点均由飞船上的软件自主规划完成。当指令发出，制导导航与控制系统的计算机便开始规划绕飞轨迹、进行变轨控制和姿态机动，全部自主完成。这样，不仅减轻了地面支持人员的工作强度，更重要的是飞船可以在测控区外进行自主绕飞。

天舟一号与天宫二号成功“牵手”后，一场被誉为“太空加油”的推进剂在轨补加试验随即开始。4月23日7时26分，在轨补加系统成功建立，北京航天飞行控制中心的大屏幕上呈现出了一幅“推进剂补加态势图”。蔚蓝色的星空里，一条条管路、一个个阀门、一个个参数以及不同颜色的贮箱清晰可见。这幅态势图出自飞控中心年轻的科研创新团队之手，是基于推进剂补加原理和管路原理而设计，采用模型构建和逻辑抽象方法，实现了推进剂补加过程的动态可视化展示。4月26日，试验进行到了第4天，天宫二号的“肚子”越来越满，而天舟一号已“两手空空”。4月27日22时，试验进行到最后的“状态恢复”步骤，要把“油管”中残留的推进剂清除干净，确保两个航天器分离时不会有残存的推进剂扩散到太空里污染对接机构和航天器表面。飞控大厅里的气氛开始炽热起来，每个人的脸上都带着微笑，透着自信，透着从容。不一会儿，总调度口令在大厅中如期响起：“推进剂在轨补加试验完成，后续工作按计划进行！”听到这个消息，现场所有的人都情不自禁地站起身来，为“太空加油”的成功而庆贺欢呼。

2017年6月15日18时28分，天舟一号与天宫二号进行了第二次推进剂在轨补加试验。两天的时间里，相继完成了浮动断接器插合、管路检漏、燃料贮箱补加、氧化剂贮箱补加、浮动断接器分离和状态恢复等工作。

2017年9月12日，天舟一号承担的又一项重要任务开始了。它要在这天深夜与天宫二号进行自主快速交会对接试验。在此之前，地面科技人员对天舟一号实施了4次轨道控制，保证了试验的初始轨道条件。17时24分，天舟一号转入自主快速交会对接的模式，先是自主导引到远距离导引终点，然后利用导航设备与天宫二号交会。接下来，两个航天器的对接机构成功接触完成对接。整个过程历时约6.5小时，在23时58分顺利完成。

9月16日20时17分，天舟一号与天宫二号进行了第三次也是这次飞行中的最后一次推进剂在轨补加。根据推进剂使用量的动态评估结果和天宫二号后续任务的需求，这次只是为一组贮箱进行补加。3天时间里，共补加推进剂250公斤，完成了浮动断接器插合、管路检漏、燃料贮箱补加、氧化剂贮箱补加、浮动断接器分离和状态恢复等工作。

9月22日18时，天舟一号完成了长达5个月的拓展应用和相关试验，完成其最后的使命受控离轨。在测控通信系统的精确控制和密切监视下，天舟一号经过两次制动，轨道高度不断下降，最后进入大气层烧毁。

天舟一号上安排的微重力对细胞增殖和分化影响研究等科学实验项目，成果可以应用于干细胞组织工程，再生医学、人类生殖以及骨质流失的预防和干预等方面。

特别值得一提的是，在空间实验室任务期间，围绕中国载人航天开展的国际合作陆续展开。天舟一号任务期间，联合国外空司司长及6个国家驻维也纳联合国办事处代表，应邀来华参观载人航天工程有关设施，并在文昌现场观摩天舟一号的发射。

近年来，中俄两国借助载人航天合作联委会机制，开展大量合作項目。与联合国外空司共同举办载人航天技术国际研讨会，并签订框架协议，将面向世界特别是发展中国家，提供空间微重力环境下实验平台，提供航天员选拔训练和飞行机会。与欧空局、意大利签订围绕中国空间站开展合作框架协议。与欧空局成员国家共同研制世界首台高灵敏度伽马暴偏振探测仪，由天宫二号搭载进入太空。与法国在神舟十一号上联合开展失重心血管功能研究。中欧航天员进行联合海上搜救训练。2016年10月24日，航天员景海鹏在“太空生日晚宴”上，享用了欧空局提供的蛋糕。不久后，在国际空间站上，欧洲航天员托马·佩斯凯也吃上来自中国的太空美食……

天舟一号任务的成功，标志着我国成功建立了完善的空间站货物运输系统，突破并掌握了推进剂在轨补加技术，为空间站的建造和运营打下了坚实的基础。

随着空间实验室飞行任务圆满收官，中国载人航天工程全面进入空间站研制和建设阶段，阔步迈进了“空间站时代”！