2007年11月16日，中国运载火箭技术研究院在北京举行了一次纪念建院50周年的高峰论坛。王永志到会做了题为《中国载人航天工程可持续发展的研讨》的主题报告，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……
王永志的这个报告等于是对前一段专家们质疑的回答，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。后来，专家们逐渐达成了共识：建造空间站符合载人航天的发展规律，适合我国航天技术的发展需要。独立自主搞载人航天事业，建立自己的空间实验室，乃至长期有人照料的空间站，是中国航天必须走出的一步。
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、俄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，只发射了一个空间站。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“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。
长征五号火箭发射
迈向空间站时代，犹如行走在荆棘丛生的坎坷之路上，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，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。
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