空间站从这里起飞
“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央在领导推进新时代中国特色社会主义事业进程中，高度重视和关心航天事业发展，明确提出航天梦，强调航天梦是强国梦的重要组成部分。党中央对航天人提出了新的希望——在航天事业发展征程上勇攀高峰、不断前行，为建设航天强国和世界科技强国建功立业。在党的坚强领导下，中国载人航天踏上了新征程。
载人航天工程第三步的主要任务便是“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”。
2001年11月22日清晨，中国载人航天工程的总设计师王永志站在办公室里，久久地凝视着墙上一张巨大的中国地图，他在寻找一个叫作“文昌”的地方。
就在这一天，国务院新闻办公室发布了《中国的航天》白皮书，描绘了一幅新一代大型运载火箭的发展蓝图：全面提高中国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。
尽管中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。而且，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，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能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“文昌”这个地名上停下了。
海南是航天专家们青睐的地方。这里是我国离赤道最近、纬度最低的地方，借助接近赤道的离心力，可以使火箭燃料消耗降低，卫星寿命延长，还可以通过海运解决巨型火箭的运输难题并提升残骸坠落的安全性。
航天发射场选在文昌，有着得天独厚的地理优势。其理由有三：一是纬度低、发射效费比高，同等条件下能够明显提升地球同步轨道卫星运载能力，延长卫星使用寿命；二是射向宽、安全性好，火箭射向1000千米范围内均为海域，火箭残骸落区均在海上，可以满足安全性的要求；三是海运便捷、可行性强，可以解决由于新一代运载火箭直径大、现有铁路和空运均无法运输的难题。
过去，火箭从完成生产到运送至发射场，全部依靠铁路。但由于中国铁路隧道直径限制，超过3.5米直径的火箭无法穿过隧道运抵内陆发射场进行发射。发射场选在海南，火箭就可以通过水路运输，不再受体积限制。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，直达海南文昌清澜港，再通过公路运至发射场。
2009年9月14日，文昌航天发射场破土奠基。5年时间过去了，2014年的盛夏，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。海岸线不远处，两座巨大的发射塔架直指苍穹。建成后的文昌航天发射场占地1.6万余亩，由测试发射、测量控制、通信、气象、技术勤务保障等五大部分组成，拥有长征五号和长征七号两型运载火箭发射工位、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，是一座发射能力强、运载效率高、射向范围宽、安全可靠、生态环保的现代化新型航天发射场，可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。7月、9月，发射场先后经历了17级超强台风“威马逊”和强台风“海鸥”的严峻考验。
长征七号近地轨道运载能力达到13.5吨，比长征二号F提高了近60％，是未来执行空间站建设任务的主力运载设备，也是发射货运飞船“天舟”的御用火箭。
2015年2月8日，长征七号火箭合练正式开始，这次协调接口、确定状态、锻炼队伍、形成能力的大会战进行了100多天。长征七号经受住了发射场自然环境条件的考核，进行了与有效载荷的接口匹配、与全模块垂直总装、与新型活动发射平台的匹配，通过了低温推进剂从加注、停放到泄出的全过程考验，顺利地通过考核。
长征七号火箭组合体垂直转运
2015年9月至2016年1月，文昌发射场又完成了长征五号火箭的合练任务，同样过程顺利，成绩优异。经过这两次合练任务的考验，文昌发射场已经完全具备了实战发射的能力。
2018年4月，在太空飞行了6年半的天宫一号目标飞行器再入大气层，前往位于南太平洋中部区域，绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。就在天宫一号绚烂卸任之际，天宫二号闪亮登场了。
作为载人航天工程“三步走”战略第二步第二阶段的开山之作，天宫二号是我国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，都需要在天宫二号中逐步完善。
天宫二号要完成三大任务：一是接受神舟十一号载人飞船的访问，完成航天员30天的中期在轨驻留任务，考核面向长期飞行的乘组生活、健康和工作保障等相关技术；二是接受我国首艘货运飞船天舟一号的访问，验证推进剂在轨补加技术；三是开展大规模空间科学和应用实验，以及在轨维修和空间站技术验证等试验。因此，天宫二号可以说是中国载人航天迈向空间站时代的跳板。
2012年，中国空间技术研究院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。当时，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。
天宫二号的基本构型和天宫一号一样，设计在轨寿命也是2年，但比天宫一号“飞得更高、实验更多、驻留时间更长”。朱枞鹏带领研制人员在天宫一号的基础上，进行了30多项较大的改动。天宫二号依然采用实验舱和资源舱两舱构型，但在此基础上，实验舱增加了在轨维修试验系统和舱外观测平台，资源舱增加了推进剂补加系统。天宫二号最主要的改变是配备了智能化的“大脑”，通过一套控制计算机系统和操作系统，可自主进行航天器飞行轨道、姿态调整，运行状态的智能化诊断。
2016年，中国航天事业创建60周年之际，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……
8月6日下午，发射天宫二号的长征二号FT2火箭和发射神舟十一号的长征二号F火箭一同驶进发射场。载人航天工程有史以来的最长专列，在茫茫大漠中连接成一条“长龙”，成为难得一见的壮观场景。
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会，千年流淌的弱水河又一次目睹中国“天宫”的壮美出征。22点04分，伴随着巨大的轰鸣声，天宫二号在长征二号FT2火箭的托举下拔地而起，奔向苍穹。7分钟后，天宫二号进入近地点200千米、远地点347千米的预定轨道，太空中迎来了升级版的中国之“家”。
9月16日，天宫二号成功实施了两次轨道控制，进入测试轨道。10天后，又完成两次轨道控制，在距地面393千米的轨道上，静静地等待着神舟十一号的到来。
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343千米提高到393千米；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。
时隔三年多，随着神舟十一号任务的到来，中国航天员再次启程。这次的飞行乘组由2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。
10月17日4点40分，执行神舟十一号任务的航天员景海鹏和陈冬踏着浓浓的月色，缓缓走出“问天阁”出征通道。
此刻，千里之外的太平洋上，不久前刚刚入列的新一代大型航天远洋测量船—“远望七号”船已在待命。在火箭升空9分45秒后，“远望七号”将北京航天飞行控制中心传来的“太阳帆板展开”指令注入飞船，这是“远望七号”向飞船发出的第一个极其关键的指令，神舟十一号开始了在太空长达33天的探索之旅。
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距离天宫二号5千米的地方，在5千米、400米、120米和30米4个停泊点相继停泊后，中国式的“太空之吻”暂停3年之后再次在太空上演。
进入属于中国人的“太空之家”后，景海鹏通过新华社发表了第一篇《太空日记》，他说，这次是自己第三次上天、两次进入“天宫”。天宫二号比天宫一号更舒服，布局、装修、颜色搭配都非常好，一切都很温馨，真的像是太空中的一个家了。
除了必要的健身器材之外，借助天地链路，通过地面数据转换，航天员在轨时可以与地面实现视频互动，还能阅读电子书刊，收看电视节目。在睡眠区里，设计师还专门增加了“云插座”，可供航天员与家人进行私密通话。
在“失重33天”之中，景海鹏和陈冬身兼工程师、医生和菜农数职，“你种菜来我养蚕”，共进行了30多项的实验项目操作。景海鹏曾在飞行期间展示一件并不鲜亮的实验服，内含多个粘扣，可以随时打开需要的扣子进行B超、血压和心电的测量，这是航天员首次在太空进行自主医学指标测试，地面人员将根据他们在飞行前、飞行中和飞行后的数据对比，找出变化规律，从而更好地研究人类在轨的身体指标变化。
11月17日，景海鹏和陈冬已在太空飞行了整整30天，他们依依不舍地关上天宫二号舱门，回到飞船轨道舱。12点41分，神舟十一号同天宫二号成功分离，踏上归途。11月18日13时59分，冬日的内蒙古阿木古郎草原这片在蒙古语中意为“平安”的地方，又一次将巡天归来的航天员迎接回家。此后，天宫二号转至独立运行轨道，等待天舟一号货运飞船的到来。
神舟十一号与天宫二号自动交会对接组图
神舟十一号飞船返回舱着陆示意图
内蒙古中部主着陆场，气象人员正在放飞气象测量探空气球与测量设备
建设空间站，需要不断为在轨的航天员输送生活、工作物资和空间站转运所需的推进剂。由此，载人航天工程的又一个大系统—货运飞船系统诞生了。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，是型谱化应用的典范。
尽管从神舟一号到神舟十一号，设计师们用连战连捷的成绩打造了安全、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，为取“天地之舟”之意，被命名为“天舟”的系列飞船设计了“全密封”、“半开放”和“全开放”三种型谱。
中国空间技术研究院的卫星专家白明生被任命为货运飞船的总设计师。从拿到研制任务书的那一刻开始，他和各个部门像一部机器里的零部件似的，相互配合着开始了高效而有序的运转，从系统方案、飞行方案到技术状态、大型试验、技术流程，再到可靠性安全性、货物装载方案，并行完成了全密封、半开放两种构型货船的详细设计方案。在完成初样力学、热学、电磁兼容性、大系统联式等大型试验后，他们开始了紧张的双线作战，一部分人员奔赴文昌进行全密封构型船的合练，另一部分人留在北京开展半密封构型船的研制试验。
2011年1月27日，货运飞船的立项论证工作结束，货运飞船被命名为“天舟”。经过比较，我国的首艘货运飞船采用的是全密封的型谱状态，由结构与机构、制导、导航与控制、测控与通信、数管、电源、仪表与照明、推进、对接机构、热控、环控、货运保障、空间技术试验和总体电路13个分系统组成。进入正样研制后，白明生和研制团队再次兵分两路，一方面将初样船改造成综合验证平台，进行飞船和载荷可靠性增长测试验证，一方面投入正样船的研制……
在天舟一号任务中，在轨推进剂补加是关键，从技术要求到实施方案，从通信协议到系统级验证，从试验的策划到覆盖性的检查，白明生倾注了大量心血，他提出的推进与补加融合/隔离功能方案，实现了飞行器间燃料的共用和分配；组合体补加自主故障诊断与处置功能方案，最大限度地保证了飞船的安全；组合体补加程序涵盖了正常和故障的各种情况，让飞船在轨可能出现的全部情况都在预案的掌握之中。由于货运飞船装载的货物多，带来了舱内货物状态变化，针对交会对接要适应质心位置大范围变化这一特点，白明生从布局控制和姿态控制能力联合攻关，通过优化设计平台飞行模式，使得货运飞船发射窗口的适应能力更加宽泛，两个发射周期的间隔进一步缩短，做到了发射周期内每天都有窗口时间，极大地提升了货运飞船对发射和货物运输任务需求的适应性。同时，白明生还为飞船设计了一条更节省燃料、对接适应能力更强的轨道。这条轨道不同于以往的载人飞船，可以根据“天宫”的飞行轨道灵活调整飞船自身的轨道控制策略，适应各种条件下的交会对接。
天舟一号还是我国第一个实现天地一体化互联网络的航天器，测控与通信分系统用七大链路搭建起了天地间的互联网。天舟一号新增的舱内通信网配合着中继Ka波段高速数传链路，成为搭建载人航天器天地一体化互联网最关键的一环。舱内通信网由高速通信处理器、以太网交换机和2台高清网络摄像机，以及其他一些网络终端设备组成。这样的天地一体化以太网高速通信系统，实现了货运飞船内部数据的百兆交互，并且支持商用以太网接口产品的直接接入，是我国载人航天器平台信息系统通用性建设上的一大进步，为将来建立行星际互联网迈出了扎实的第一步。
货运飞船上的三条中继链路借助“天链一号”中继卫星构建起以天基为主的测控通信体系，实现交会对接、推进剂补加等关键事件的全程跟踪测控，既方便了对在轨设备状态的及时监测、处置，减少了对陆基测控站和海基测量船的依赖，将测控跟踪的覆盖率由15%左右提高到80%以上，同时极大地提高了测控通信的效率，减少了经费投入，为后续空间站的长期运营开创了经济高效的道路。
货运飞船的空间技术试验分系统是随着工程的发展应运而生的。“神舟”飞船没有这个分系统。这一状况到了天舟一号任务时发生了改变，增加了这个分系统后，在满足运输货物需求的同时，可以最大限度地发挥平台效能。
天舟一号任务的5个载荷方、10多个试验项目、30余台载荷设备，全部被纳入到空间技术试验分系统管理的范围中。货运飞船系统总体通过载荷运控方案设计，编制了相应的飞行程序，用“最强大脑”载荷公用平台控制包括空间应用实验、特殊技术试验、航天技术试验等各类试验项目的开展。一旦载荷设备出现异常，平台能快速反应，采取措施，确保安全。
2014年9月，货运飞船的初样研制完毕，“天舟”系列基本定型，进入正样研制阶段。正样投产的只有一艘全封闭状态的货运飞船，任务定位为空间站货物运输系统的首次飞行试验。
2015年4月，天舟一号正样投产。即将出厂前，白明生带领总体部的技术人员集中在一间会议室里，沉下心来进行系统总结验证、检查产品状态，把148项系统级试验项目的海量数据，飞行任务中107项关键事件、4800余项指令级动作和328项飞控预案逐个进行复查和推演……
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，天舟一号从天津港启程，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。
作为载人航天工程空间实验室阶段的收官之战，4月20日19时41分，携带着天舟一号货运飞船的长征七号火箭在剧烈的轰鸣中拔地而起……
4月22日，是天舟一号与天宫二号首次交会对接的日子。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，大屏幕上清楚地看到它的十字准星正在逐渐向天宫二号的靶标对准。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，成为组合体。接下来，它们展开了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。
就像汽车需要加油，空间站长期在距离地面400千米左右的轨道上飞行，会因大气阻力导致轨道高度降低，也需要补加推进剂来维持轨道高度。只有突破“加油”技术，才能确保空间站持续稳定运行。空间站太空“加油”这项任务将由“天舟”货运飞船来完成。这项技术和关键设备是由航天科技集团公司六院八〇一所自主研制的。要想在太空顺利“加油”，首先要保证两个航天器精准对接。在轨推进剂补加，主要通过安装在对接机构上的4路推进剂补加液路浮动断接器来实现。这就相当于“加油的管路”和“油枪”都安装在了对接机构产品上。而航天器交会对接会产生巨大的对接能量，对于对接机构的缓冲耗能能力提出了很高的要求，但也是空间站建设必须突破的。研制团队在继承“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，还可以保障把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”二字成为了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5千米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，“太空加油”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。这幅态势图出自飞行控制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。
利用天宫二号与天舟一号燃料贮箱的压力差，推进剂自动地从天舟一号输送到天宫二号中。
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。
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。
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。在此之前，地面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。
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。三天时间里，共补加推进剂250千克，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，开始进行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。
天舟一号任务的成功，标志着我国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。
天宫二号在完成原定任务之后，又超期服役近10个月，超额完成了一系列补充试验。天宫二号创造了中国载人航天史上最长的驻留纪录，创造了中国航天史上的多个第一。2019年7月19日。天宫二号受控离轨，再入大气层，首入南太平洋预定的安全海域。
随着空间实验室飞行任务圆满收官，中国载人航天工程“三步走”战略的第二步已圆满竣工，将全面进入空间站研制和建设阶段，阔步迈进“空间站时代”！