天宫一号是中国首个目标飞行器和空间实验室，于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心成功发射。该飞行器全长10.4米，最大直径3.35米，由实验舱和资源舱组成。它的发射标志着中国实施载人航天“三步走”战略的第二步第二阶段。[1]2011年11月3日凌晨，它成功实现了与神舟八号飞船的对接任务。2012年6月18日下午（14时14分），天宫一号再次与神舟九号对接成功。
天宫一号的设计寿命为2年，在完成与神舟八号、神舟九号和神舟十号的交会对接后，最终将主动离轨，坠入南太平洋。2016年3月21日，中国载人航天工程办公室表示，天宫一号的飞行轨道仍在持续、密切的跟踪监视之中。到了2018年3月25日，天宫一号运行在平均高度约216.2公里的轨道上，即将再入大气层烧毁。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，再入落区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。
在发射背景方面，1992年9月21日，中央正式批准实施中国载人航天工程，即“921工程”。该工程设计之初便确定了载人航天“三步走”的发展战略。1999年11月20日，中国成功发射第一艘无人试验飞船神舟一号，实现了第一步的航天器天地往返。随后，中国又先后发射了神舟系列的4艘飞船。在神舟五号发射、杨利伟成为中国“太空第一人”后，中国完成了“三步走”战略的第一步。2005年起，神舟六号和神舟七号相继发射，拉开了“三步走”战略第二步的序幕。天宫一号则完成了第二步后半部分的任务——进行空间交会对接，建立空间实验室。
在背后故事方面，“天宫一号”从2006年开始研制，整个过程从方案设计到初样再到正样，通过了大量的计算、仿真和各种地面试验的验证，确保了可靠性和安全性。研制团队为了万无一失，先假设某一系统失效，然后列出可能导致失效的故障，分析每种故障的原因，从单机到部件再到每一个零件，确保每件产品都考虑在内。此外，他们还考虑了如果某一个零部件失效，可能对系统造成的影响和问题，并制定了相应的应对措施。在研制的全过程中，只要是能想到的，验证试验能做的，都一次又一次地去做。
“天宫一号”的设计寿命是两年。在这两年时间里，它成功与“神八”“神九”“神十”顺利实现对接，电源系统是其中的关键。因为没有电能，任何太空飞行器都将变成太空垃圾。对于“天宫一号”来说，每24个小时就有16个昼夜；其中每个白天约30分钟，每个夜晚约60分钟。这面对太阳的30分钟时间，就是它的太阳能帆板发电的时候；其中一部分电能直接供用电器使用，其余的电能则储存在100多节镍氢电池里，供黑夜时使用。
“天宫一号”的太阳能帆板看起来和马路上太阳能路灯的帆板没有什么不同，都是银色的，薄薄的，一格一格的；但它所用的材料却相当尖端，并且始终跟着太阳转，角度保持在50～60度，确保有足够的日照可以发电。尽管“天宫一号”挺省电的，整个用电量只相当于两台家用空调。但问题的关键在于，如何确保这100多节镍氢电池在两年的时间里不“罢工”，不出任何一点小毛病？而且，为了安全起见，最少也要保持电池中有八成电量的储备。为此，研制团队模拟真空、上百度温差等极端太空环境，反复做了无数次实验。这还不够，还必须考虑火箭发射时的冲击、震动、热量等各种情况，反反复复进行试验。
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