2013年6～8月，我国将择机发射载有3名航天员的神舟-10飞船。该飞船将与在轨运行的天宫-1目标飞行器进行载人交会对接。神舟-10和天宫-1将领衔主演2013年中国载人航天“大戏”，标志着我国突破和掌握了空间出舱活动和空间交会对接技术。
今年6～8月，载有3名航天员的“神舟十号”（以下简称神舟-10）飞船将与在轨运行的“天宫一号”（以下简称天宫-1）进行载人交会对接，完成四大目标：一是为天宫-1在轨运营提供人员和物资天地往返运输服务，进一步考核交会对接、载人天地往返运输系统的功能和性能；二是进一步考核天宫-1与飞船组合体对航天员生活、工作和健康的保障能力，以及航天员执行飞行任务的能力；三是进行航天员空间环境适应性、空间操作工效研究，开展空间科学实验、航天器在轨维修试验和空间站有关关键技术验证试验，首次开展面向青少年的太空科学讲座科普教育活动等；四是进一步考核工程各系统执行飞行任务的功能、性能和系统间协调性。因此，神舟-10和天宫-1将成为此次我国载人航天任务的两大明星，并由太空新秀成长为年富力强。
“神舟”首次应用飞行
神舟-10飞船的此次飞行和以前“神舟”飞船飞行的最大区别是首次进行应用性飞行。所谓应用性飞行，就是完成正常的天地往返运输任务。
为适应不同阶段的任务变化，我国“神舟”系列宇宙飞船先后有三种技术状态。第一种是初期试验技术状态，神舟-5、6飞船采用这种技术状态，由于其轨道舱要留轨利用，所以装有太阳电池翼；第二种是出舱活动试验技术状态，神舟-7飞船采用这种技术状态，为了航天员太空出舱，其轨道舱改为气闸舱，且不留轨利用，所以没装有太阳电池翼；第三种是天地往返运输器技术状态，神舟-8以后的所有飞船都采用这种技术状态飞船，最大特点是在飞船的轨道舱前端安装了用于交会的测量、运动控制等设备和用于对接的对接机构，且不留轨利用，所以也没装有太阳电池翼，主要用于交会对接试验，并作为天地往返运输器。
另外，采用第一种、第二种技术状态的“神舟”飞船都处于试验状态，结构不断变化和改进；第三种技术状态的“神舟”飞船实现了定型，所以能小批量生产。这不仅可以满足空间实验室和空间站的运输需求，提高可靠性，也有利于降低造价和缩短研制周期。
与采用第三种技术状态的神舟-9飞船一样，神舟-10全长9米，最大直径2.8米，起飞质量8.1吨。其轨道舱上装有微波雷达、激光雷达、CCD光学敏感器等交会测量设备，以及主动式对接机构，具备自动和手动交会对接与分离功能。其中的高精度测量设备用于测量神舟-10与天宫-1的距离、速度、角度和姿态，保证对接时两个航天器的相对位置误差不超过18厘米，姿态误差不超过5度；飞船上的光学系统用于保证在交会对接时能看得更清楚，从而平稳对接。其中的对接机构采用导向板内翻式的“异体同构周边”式构型，对接后可形成0.8米的航天员转移通道，是目前我国最复杂的机构，可以适应从8.5吨的小型空间实验室到数百吨的大型空间站各舱段间的对接，载荷适应能力非常高。
与试验性“神舟”飞船相比，定型后的“神舟”飞船改进了航天员手动控制设备，增加了8台平移发动机和4台反推发动机。这些发动机遍布飞船周身，可从各个角度和方向提供推力，使飞船不仅能向前运动，还可以平移（包括上下运动）和后退，用于控制飞船和目标飞行器的相对位置，保证对接时系统运行更自由，同时提供紧急避撞的动力，一旦飞船遇险，可以实现及时返回撤离。
第三种技术状态的“神舟”飞船既可独立飞行5～7天，又具有与天宫-1以及空间实验室或空间站对接后停靠180天的能力；其推进舱上的太阳电池翼发电能力比此前的“神舟”飞船增加了50%，由1.2千瓦增加到1.8千瓦；改进了降落伞和着陆缓冲系统，增加了牵顶伞，可在预定高度先后打开引导伞、副伞、牵顶伞、主伞，使得返回舱的回收能力具有50%以上的余量，同时降落伞的破损程度与以往相比也明显降低，进一步提高了整个回收系统的可靠性。
为了安全起见，航天员乘返回舱落地时要提升其座椅，以便减少落地时的冲击力，让航天员着陆时感觉更舒适。与神舟-9一样，神舟-10返回舱内航天员坐椅下的提升装置用压缩空气取代了燃气，并相应地增加了一套气源组件系统作为动力源。因为采用燃气一旦发生泄漏，后果将不堪设想。压缩空气的使用意味着即使发生泄漏也不会对航天员的身体产生任何不利影响。
由于交会对接对飞船的控制能力提出了更高的要求，神舟-9、10都配备了运算能力更大的计算机，对控制系统能力进行了升级。为满足交会对接和返回需求，它们均满载1吨推进剂，同时配备应急电池。
神舟-10舱外有摄像机，采用扩频通信方案，即先进的压缩编码体制和双路图像传输模式，大大提高了图像传输质量，保证了画面能够清晰地传回地面。
从神舟-5到神舟-9，它们的主要任务都是为了验证飞船自身的技术，属于试飞，然后根据试飞的情况不断改进，其中我国利用神舟-9突破和掌握了载人交会对接技术，使“神舟”飞船具备了为天宫-1和未来的天宫-2及空间站提供天地往返载人运输系统的能力。由于“神舟”飞船已经基本定型，所以与神舟-9相比，神舟-10没有新的大的技术变化，只做了一些小调整。神舟-10的任务已不再是试验飞船本身，而是投入正常运营，完成运输任务，扮演“太空班车”的角色，为天宫-1提供人员和物资运输保障。
载人飞船总设计师张柏楠认为，现在，在天上运行的载人轨道器只有两个，一个是“国际空间站”，一个是中国的天宫-1；目前，能使用的载人天地往返运输系统也只有两个，一个是俄罗斯的“联盟”飞船，一个是中国的“神舟”飞船。所以，中国载人航天事业排名全球前三是没有疑问的。
太空小屋寿命延长
神舟-10飞船将在轨运行15天，比神舟-9任务多两天，其中神舟-10与天宫-1组合体运行12天，所以航天员可以在太空完成更多的任务。它也表明，天宫-1的载人能力比设计的要高，因为天宫-1设计的载人能力为60人天，即1个人在天宫-1里可以呆60天，如果3个人则可以呆20天。神舟-9的3名航天员已在天宫-1里生活和工作了10天，按理说神舟-10的3名航天员也应在天宫-1里呆10天，而现在可以多呆2天。这是因为天宫-1的密封性很好，里面的环境与生命保障系统工作正常，能够提供足够的压力、氧气、温度、湿度等；另外，天宫-1的设计寿命是两年，但由于燃料消耗比较少，所以将延长工作寿命。
天宫-1实验舱前端安装了通信设备、交会测量设备和对接机构。实验舱直径为3.35米，包括前锥段、圆柱段和后锥段，是目标飞行器的控制舱，也是航天员的工作舱和生活舱，由密封舱和非密封舱两部分组成。前锥段、圆柱段是密封舱，可保证航天员生存条件，能提供舱压、温湿度、气体成分等航天员的基本生存条件，用于航天员驻留期间在轨生活和工作。后锥段为非密封舱，装有用于对地观测的遥感设备。
天宫-1的内部四壁都是机柜，里面全都是设备，有操作台、仪表板，有照明设备，也有生活要用的，还布置了航天员休息的小舱室。布置完设备以后，中间有一个2.2米高、1.8米宽、4米长的通道，是航天员运动、工作和生活的场所。
天宫-1的人机界面完全是按照载人的状态来设计的，所以在未来的载人飞行中，航天员可以借助仪表控制器应用软件与地面进行短信息编辑和收发电子邮件。如果有一些比较重要的文字和图像资料需要在飞行器与地面之间进行交换，那么航天员能通过电子邮件与地面进行信息交流。而这些界面与地面互联网的电子邮件系统一样智能，可以直接输入文字，并能添加8兆字节以内的附件，传递大量的数据信息。它还能在轨更新软件。
由于天宫-1在2012年6月28日以后至今一直进行无人运行，所以其内部的设备、材料会释放微量有害气体，对航天员健康不利。为此，将用微量有害气体净化装置对舱内气体高效净化，它能强力去除几十种有害气体。另外，实验舱内的微生物净化装置也可在短时间内为航天员打造高度洁净的环境。水汽会引起电器设备受潮短路，人在潮湿的环境中也不舒服，所以在上人以后将用冷凝水收集装置定时自动收集实验舱内的人体呼吸、排汗等代谢产生的水汽。
天宫-1的资源舱为直筒构型非密封舱段，直径为2.25米。其舱外太阳电池翼的发电效率高达27%～28%，与国际先进水平相差无几。为了能更好地看到太阳电池翼展开，舱外装有小型摄像机。舱内主要装有推进剂贮箱、镍氢蓄电池以及环境控制气瓶等设备，姿态控制系统的6个控制力矩陀螺也装在资源舱，每个力矩陀螺只有一个装A4纸的箱子那么大，但重达50多公斤。首次应用的低轨长寿命高充放电倍率氢镍电池组拥有自主知识产权。整个电源分系统重量比飞船减轻了40%。尾部和侧壁装有2台490千牛轨控发动机（还有4台150牛备用发动机）和多台姿控发动机等装置，为天宫-1提供能源和动力。
为了使航天员生活舒适，专家对天宫-1的实验舱进行了装修。例如，采用圆角设计，即所有设备都不能有尖角，避免航天员与设备之间的磕碰。为了使航天员有方向感，天宫-1内正对着地球的方向采用土黄色，有“地”的稳重感；舱顶运用了柔和的灰白色，有“天”的轻盈感。为了给航天员营造一个健康、舒适的睡眠环境，天宫-1设了两个专用睡眠区，里面有独立的照明系统，航天员可自主调节光线。采用冷光源的白光灯由一组灯束组成，发出的光均匀不刺眼。睡眠区内除了长方形睡袋，在舱壁上还贴有一个非常居家的挂袋，可供航天员存放细软小物品。睡眠区正中间的可折叠小桌板用来摆放书籍和电脑。
由于天宫-1的使用寿命至少有2年，是我国第一个长期在低轨道运行的载人航天器，所以如何能保障它在恶劣的太空环境中长寿命工作是一项技术难关。在轨运行的2年中，除去分别与3艘“神舟”飞船交会对接外，天宫-1多数时间都是无人状态下的自主飞行。在这么长的时间内要保证它上天时所携带的资源，如气体等不向外泄露而影响航天员的使用，这对天宫-1的舱体密封性提出了很高要求，以保证天宫-1所携带资源的泄漏微乎其微，同时携带足够的气源进行泄漏补偿。通过攻关和试验表明，天宫-1舱体的密封性很好，所携带的资源足以供应航天员的需要。
为了防止空间碎片等的撞击，天宫-1实验舱侧壁加有特殊的防护板，具有吸收和弹射的功能，能遮挡微小碎片对飞行器的撞击，而其自身2～3毫米厚的金属外衣，也能起到很好的防护作用。万一出现5毫米的漏孔，可维持舱压不小于70千帕约80分钟，为航天员赢得充足的逃生时间。如果遇到较大的空间碎片，地面将向天宫-1发出指令，改变其飞行轨道及速度，避开危险物后再回到预定的轨道继续飞行。
这两年是太阳活动高峰年，天宫-1有可能会遭遇太阳风暴的影响，致使其轨道的衰减速度加快，进而影响到下次与下一艘飞船的交会对接。为此，进行了有效的设计，能适时通过地面控制系统，启动天宫-1上的推进器将自身往高处托举，使之维持在要求的轨道高度。即使不发生太阳风暴，天宫-1在太空中运行的轨道高度也不是一成不变的：在与“神舟”飞船交会对接时，它会飞得低一些，大约距地面343公里；无人期间则会飞得高一些，距地面约370公里。因为越高的地方空气密度越小，轨道衰减越少，从而更加节约能源。
由于在低轨道运行的航天器附近原子氧浓度非常高，所以在长期运行中不耐腐蚀的东西会被它腐蚀掉，尤其是太阳电池翼。还有，虽然低轨道上等离子体能量少，但浓度非常高，容易在太阳电池翼上集聚，形成电场，容易使太阳电池翼放电。再加上今明两年是太阳活动高峰期，当天宫-1飞到北极或南极上空时，必须做好防护。这两个问题经过科研攻关，都得到了妥善应对和解决。
据有关专家透露，天宫-1的状态目前非常好，所有设备正常，尚未使用当初设计的冗余备份设备，资源也比较充足，推进剂剩余量还相当多。完成与神舟-10的交会对接以及科学实验项目后，将对天宫-1的后续任务进行评估研究，争取最大限度地发挥其效益。与神舟-10飞船进行载人航天交会对接后，天宫-1不会再与其他载人飞船对接，将继续用于进一步考核航天器领域的一些技术，包括产品的可靠性和寿命等方面的技术。天宫-1任务一旦结束，会按国际惯例做主动离轨，返回到大气层烧掉。
神舟-10与天宫-1对接任务完成后，将标志着中国载人航天第二步任务第一阶段结束，即突破和掌握了空间出舱活动和空间交会对接技术。此后将开展第二步任务第二阶段工作，即突破和掌握空间实验室和货运飞船等技术。
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