立项背景早在1992年，中国就确立了以建立空间站为目标的航天计划。这一计划分三步，第一步是载人飞船阶段，目标是能够把宇航员送到太空，正常运行若干天，并成功返回。
第二步是空间实验室阶段。在这个阶段要解决组装、交互对接、补给以及循环利用等四大技术。这些技术关系到空间站的组装、宇航员在空间站的生存等关键问题。天宫一号就是中国在第二步计划中为了解决交互对接问题而发射的一个目标飞行器。天宫一号被运往太空之后，通过对接可以被改造成一个短期有人照料的空间实验室。
对接技术成熟之后，就可以发射真正的空间实验室--天宫二号。天宫二号将完成再生式循环系统、有效载荷和应用系统的实验以及其他一些科研项目。经过空间实验室阶段，在中国的载人航天"三步走"计划中，我国最终要建设的是一个基本型空间站，为此，我国会在海南文昌新建继酒泉、太原、西昌之后的第四个航天发射场，主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。
发射计划2011，中国成功年发射了"天宫一号"目标飞行器。"天宫一号"实际上是空间实验室的实验版，采用两舱构型，分别为实验舱和资源舱。之后又成功发射了发射"神舟八号"、"神舟九号"、"神舟十号"。"神九"、"神十"分别是两艘有人的神舟飞船，与"天宫一号"顺利完成了有人及无人自动对接试验。
2014年3月2日，全国政协委员、中国载人航天工程总设计师周建平表示，按照我国载人航天计划，在2020年前后建成空间站之前，将发射天宫二号空间实验室，目标是建成我国正式的空间实验室大系统。
2014年9月10日上午，太空探索者协会第27届年会开幕，中方大会主席杨利伟透露:2016年我国将发射"天宫二号"空间实验室，并发射神舟11号载人飞船和"天舟一号"货运飞船，与"天宫二号"交会对接。突破和掌握推进剂补加等空间站关键技术，并开展一定规模的空间应用。
2014年9月，天宫二号空间实验室、长征七号运载火箭、天舟货运飞船，以及神舟十一号、长征二号F运载火箭等主要产品已进入研制关键阶段，航天员地面训练和地面设施设备准备工作，包括空间站组成模块中的核心舱和两个实验舱研制工作也正在按计划进行。海南航天发射场已基本完工，具备发射条件。
自2014年10月初天宫二号空间实验室本阶段总装工作开始以来，实验舱、资源舱单舱总装分别完成了空间应用系统配套设备安装、电缆安装等总装工作，充分验证了空间应用系统载荷设备与整器的机械接口匹配性，并顺利完成正样实验舱的质量特性测试，为保证总装交付电测顺利进行，打下坚实基础。
2015年1月，中国航天科技集团公司五院完成天宫二号空间实验室空间应用系统载荷设备安装并交付电测。这是空间实验室本阶段总装的标志性节点。
2016年前，中国再陆续发射"天宫二号"、"天宫三号"两个空间实验室。
2016年前后，按照计划将发射天宫二号空间实验室，随后发射神舟十一号飞船、天舟一号货运飞船，与之对接。
2016年中国计划发射空间实验室"天宫二号"，天宫二号发射将与神舟十一号交会对接，天宫二号入轨并完成在轨测试后，将与之后发射的神舟十一号完成交会对接。在天宫二号发射之前，中国将在海南发射场发射新研制的长征七号运载火箭的试验箭。此外，中国空间天文界还提出了"天体号脉"和"天体肖像"计划。
2018年前后发射空间站核心舱进行试验工作，2022年前后完成空间站建设工作。
2020年之前，中国计划初步完成空间站建设，预计空间站届时将在中国新建的海南航天发射场发射。
2020年前，将再陆续发射"天宫二号"、"天宫三号"两个空间实验室。按照规划，我国真正意义上的载人空间站将在2020年前后建成。
天宫二号是在天宫一号目标飞行器备份的基础上，根据天宫二号的任务的需要改装研制而成。规模与天宫一号基本一致，也是一个长期在轨自动运行、短期载人的飞行器，是我国建造空间站之前进行技术验证的重要阶段。天宫二号将携带国际首个专用的高灵敏度伽马射线暴偏振测量仪器。这项中国-瑞士合作开展的"伽马暴偏振探测项目"(POLAR)是中国空间天文"黑洞探针"计划的组成部分。
天宫二号空间实验室相对于天宫一号目标飞行器，其上搭载了全新配套的空间应用系统载荷设备，无论配套设备数量还是安装复杂度均创造了历次载人航天器任务之最。
我国最终要建设的基本型空间站，它的规模不会超过国际空间站。基本型空间站大致包括一个核心舱、一架货运飞船、一架载人飞船和两个用于实验等功能的其它舱，总重量在100吨以下。其中的核心舱需长期有人驻守，能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。具备20吨以上运载能力的火箭，才有资格发射核心舱。
"天宫一号"是空间实验室的特例，主要为了完成交会对接任务，而"天宫二号"则完全是小型空间实验室，科学家、航天员们将在里面展开各种工作和试验，"天宫二号"将解决一定规模、短期有人照料的空间应用问题，航天员在天宫二号上生活的时间将比在神舟九号、神舟十号生活的时间更长。
天宫二号，计划以黑洞等极端天体作为恒星和星系演化的探针，理解宇宙极端物理过程和规律，解答宇宙组成和演化。天宫二号上将开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验，是中国第一个真正意义上的空间实验室，发射时释放伴飞小卫星，将有飞船与之对接，将完成验证空间站的技术，也将接受航天员的访问。
将来随着空间实验室体积的增大、可靠性的提高，将逐步发展成为空间站的核心舱或者实验舱，增加太空实验的项目和种类，为建成空间站奠定基础。空间站可以允许若干个宇航员同时长期驻守太空，吨位可重达20吨。发射这样重的物体需要使用重型火箭，由于使用的火箭直径较大，无法通过铁路运输，所以用海路运往海南航天发射中心发射。同时，海南航天发射场靠近赤道，有利于增强火箭的运载能力。
天宫二号空间实验室按流程完成了出厂前所有研制工作，2016年7月7日从北京启程，经铁路运输，于9日安全运抵酒泉卫星发射中心载人航天发射场，开展发射场区总装和测试工作。
发射天宫二号空间实验室的长征二号FT2火箭，以及发射神舟十一号载人飞船的长征二号F遥十一火箭，于8月上旬运往酒泉卫星发射中心。神舟十一号载人飞船已完成出厂测试，执行任务的航天员乘组已完成定选，正在进行任务强化训练。
按计划，天宫二号空间实验室于2016年9月中旬发射，之后开展在轨测试并建立自主运行模式，做好迎接神舟十一号载人飞船访问的准备[2]。
据中国载人航天工程办公室消息，天宫二号空间实验室按流程完成了出厂前所有研制工作，2016年7月7日从北京启程，经铁路运输，于9日安全运抵酒泉卫星发射中心载人航天发射场，开展发射场区总装和测试工作
测试阶段
今年载人航天任务中，航天员将完成长达30天的在轨驻留，这个时间长度对于技术和人员来说，都具有较大的挑战，在国际上也是公认的门槛，天宫二号对此已经做好准备。
在“天宫二号”装载的设备中，有很多是用来开展空间科学实验或者验证一些应用新技术的，这些设备一起被称作空间应用有效载荷。这次，“天宫二号”上要进行的各类实验达到了史无前例的14项，堪称中国载人航天最忙碌的空间实验室[1]。
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