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  天宫一号作为一个目标飞行器,有别于太空实验室或太空站核心舱和实验舱,其目的只是作为其他飞行器的接合点,并不会长时间逗留太空。天宫一号设计飞行寿命为两年,而实际飞行了四年时间。2011年11月3日,神舟八号与天宫一号于凌晨1时36分完成对接,是中国太空史上第一次太空飞行器对接,也使中国成为继苏联(俄罗斯)、美国后的第三个完成太空对接的国家。  2016年3月21日,中国载人航天工程办公室宣布天宫一号超期服役两年半,在完成各项在轨试验后已完成其历史任务,其功能于近日失效并终止了数据连接,将落入地球大气层烧毁。

  

  2011年6月29日,进入酒泉卫星发射中心的「天宫一号」目标飞行器目前的各项测试工作也同样顺利。2011年7月24日,中国《解放军报》报导,用于发射「天宫一号」目标飞行器的「长征二号F」运载火箭已抵酒泉卫星发射中心,飞行任务参试人员等已集结载人航天发射场,目前,各项准备工作进展顺利。为达成交会对接任务,「长征二号F」运载火箭共进行近170项技术更改,其中有5项技术是首次使用。2011年9月21日,中国载人航天新闻发言人宣布,天宫一号将于9月27日至30日择机发射。2011年9月25日,酒泉卫星发射中心负责人表示,在27日和28日两天,因为天气原因不适合进行航天发射,所以天宫一号发射窗口将在29日和30日之间进行选择。

  2011年9月29日,中共中央总书记胡锦涛等中共中央政治局常委亲临观看发射实况,其中胡锦涛等七位常委在北京航天飞行控制中心观看实况,温家宝和贺国强则前往酒泉卫星发射中心观看发射。北京时间21时16分3.507秒由长征二号F改进型运载火箭成功发射升空。

  2011年9月31日凌晨1时58分,「天宫一号」绕地飞行了四圈,到达近地点时顺利进行了第一次变轨,开机时长是32.3秒。2011年9月30日16时9分,在北京航天飞行控制中心精确控制下,天宫一号成功实施第二次轨道控制,近地点高度由两百公里抬升至约362公里,顺利进入在轨测试轨道。  2011年10月1日,天宫一号环境控制和生命保障系统启动,转入自主运行。2011年10月10日,天宫一号升空后首次对外发布太空中的照片。图片为其自身携带摄像机拍摄,其中可以看到天宫一号资源舱外表的局部和中继卫星天线。

  2011年11月3日,神舟八号与天宫一号于三日凌晨1时36分完成对接,是中国太空史上第一次太空飞行器对接,也使中国继前苏联(俄罗斯)、美国后,成为第三个完成太空对接的国家。2011年11月14日19时28分,天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船交会对接机构顺利解锁,组合体成功分离,神舟八号飞船缓缓撤离至一百四十米停泊点。20时00分,在北京航天飞行控制中心的精确控制下,天宫一号与神舟八号成功进行第二次交会对接。这次对接试验成功,进一步考核检验了交会对接测量设备和对接机构的功能与性能,获取了相关数据,达到了预期目的。2012年6月18日14时14分,在完成捕获、缓冲、拉近和锁紧程序后,神舟九号与天宫一号紧紧相牵,中国首次载人交会对接(自动交会对接)取得成功。对接完成、两飞行器形成稳定运行的组合体后,航天员于17时左右进入天宫一号目标飞行器。2013年6月24日,神舟九号航天员驾驶飞船与天宫一号目标飞行器顺利对接,中国首次空间手控交会对接试验成功。这意味着,中国完整掌握了空间手控交会对接技术,具备了以不同对接方式向在轨飞行器进行人员输送和物资补给的能力。

  天宫一号与神舟九号第一次组合体飞行期间,太空人短期驻留六天,开展载人环境维护操作、在轨航天医学实验和更换维修性试验等工作。2012年6月16日17时6分,景海鹏开启了天宫一号实验舱的舱门。景海鹏与刘旺于17时7分相继进入天宫一号。在此期间,刘洋在返回舱值守。十几分钟后,刘洋也进入天宫一号实验舱。  2013年6月18日,神舟十号航天员驾驶飞船与天宫一号目标飞行器顺利对接,航天员进入到天宫一号内部,将开展为期十五天的在轨生活和科研活动。2012年6月20日,中国航天员王亚平在天宫一号上进行了首次五十分钟的太空授课。  天宫一号实验舱内有不少电子设备。为了保证安全,飞行器内部气密隔舱,采用了大量圆角设计,避免太空人与舱壁碰撞而受伤。天宫一号内每个区域旁边,都设有数量不等的手脚限位器,总数达到三十余个,每个长约二十厘米,采用锦丝带材质的手脚限位器设置在舱壁四周。这种小型装置可以让太空人在失重飘移状态下,固定太空人。

  2016年3月21日,中国载人航天工程办公室宣布天宫一号超越了预期服役了两年半,在完成各项在轨试验后,其历史任务已完成,并终止了数据连接,天宫一号由于电池故障将进入地球大气层烧毁。经北京航天飞行控制中心和有关机构监测分析,2018年4月2日8时15分左右,天宫一号目标飞行器已再入大气层,加载落区位于南太平洋海域,绝大部分器件在再入大气层中被烧毁。

  天宫一号飞行器长十点四米、最大直径3.35米、重量约8.5吨。  天宫一号内部分为两个舱,包括了为航天飞行提供动力资源舱,也作为了航天员生活工作的密封舱。并在前半部分附设一个临时性质的实验舱,前端有一个对接机构,还有一些实验袋,可进行一些医学、再生生保实验等;
天宫一号是中华人民共和国的一个实验性轨道飞行器,重达8.5吨,设计寿命为两年。天宫一号于北京时间2011年9月29日21时16分3.507秒发射升空,2016年3月21日停止运行,2018年4月2日8时15分左右再入大气层,坠入南太平洋中部区域。