2011年9月29日，天宫一号发射成功。它的发射标志着我国迈入航天“三步走”战略的第二步第二个阶段。
它的主要任务是，为实施航天器空间交会对接飞行试验、突破和掌握交会对接技术提供交会对接目标，初步建立长期无人在轨运行、短期有人照料的载人空间试验平台，为空间站研制积累经验，进行空间科学实验、航天医学实验和空间技术试验。
“天宫一号”在轨设计寿命2年，主体为短粗的圆柱型，全长10.4米，重约8吨，直径比神舟飞船更大，舱体最大直径3.35米，采用两舱构型，分别为实验舱和资源舱。其中实验舱由密封的前锥段、柱段和后锥段组成，可供2-3名航天员驻留，同时在前端安装被动式对接机构，用于支持与飞船实现交会对接。资源舱则可以为目标飞行器提供动力能源。
“天宫一号”携带有众多的材料，而且这些材料规格多样，形状各异，大的密封圈直径有一米多，最小的则有十几毫米。研制人员专门为“天宫一号”量身制作了一套模具，尺寸精度超差不超过0.01毫米，确保了产品的性能和精度。另外，科研人员专门研制了一种新型的包装箱，内部具有优良的减震系统，还有先进的温控系统，全部是为了保障“天宫一号”和所携带的产品在长途运输过程中的安全。
在“天宫一号”顺利升空并稳定运行之后，2011年11月，与神舟八号飞船成功对接；2012年6月，与神舟九号飞船实现自动交会对接，中国3位航天员首次进入在轨飞行器。2013年6月，与神舟十号飞船顺利完成了自动交会对接，顺利完成了预定交会对接任务。
另外，除了交会对接任务之外，当地球上发生地震、海啸或火山喷发等事件时，空间站上的航天员还可以在“天宫一号”中及时调整遥感器的各种参数，以获得最佳观测效果。更为重要的是，在“天宫一号”中还可以进行太空育种，培育出各种各样的蔬菜；制造出在地球上制造不出来的材料等等，为我国带来很大的经济价值。
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