9月中旬发射的天宫二号空实验室是在天宫一号靶机基础上研制的航天器，外形相同，但承担的任务不同。
空站间项目空实验室间系统总指挥何宇早前表示，天宫一号和天宫二号听起来像是一个系列，但定位和功能却大不相同，从目标飞行器变成了空实验室。天宫一号任务的主要目标是突破交会对接技术，控制组合，中期留航天员，都是先进的技术验证。天宫二号将是中国第一个官方空实验室平台。空实验室是全世界空实验室建设过程中必不可少的阶段。
天宫二号空实验室有三个主要任务:
第一，接受航天员中期停留期间的返航。根据计划，天宫二号将搭载两名男性宇航员在轨道上停留30天。为了满足这一点，在设计中增加了耗材的配置，进行了多项设计改进，以降低航天员在轨工作强度，提高航天员在轨生活舒适度，使航天员在逗留期间能够舒适地生活和工作。
二是突破和掌握货运飞船交会对接和推进剂补充技术。交会对接技术已经通过神舟飞船充分验证，但货运飞船是一种新型号，需要通过任务进一步验证。为了验证推进补充，需要在天宫二号上部署全新的补充系统，这是一个全新的设计。
三是为系统进行空科学实验提供了更强的负载支持能力。不仅要增加实验次数，还要增加实验设备，这就对天宫二号的承载能力、热控、供电、环境等方面提出了比天宫一号更高的要求。天宫二号要通过设计进一步挖掘潜力，减轻重量，使天宫二号在满足运载火箭发射能力的前提下，尽可能满足更多实验载荷应用能力的要求。
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