主要任務
天宮三号空間實驗室将主要用于驗證再生生保技術，同時還将使用貨運飛船進行在軌補給燃料試驗，延長天宮三号空間實驗室的壽命。突破再生生保長時間運行的關鍵技術，外加軌道壽命的延長，航天員在天宮三号将驗證中期在軌駐留能力，開展更多的空間應用和科學試驗，尤其是航天醫學實驗，研究失重對于人體生理系統的影響。
貨運飛船對接
天宮三号将2017-2019年左右發射，天宮三号空間實驗室将主要驗證再生生保關鍵技術、航天員中期在軌駐留、飛行器長期在軌自主飛行和貨運飛船在軌試驗等技術，還将開展部分空間科學和航天醫學試驗。天宮三号空間實驗室很可能具備兩個對接裝置，它在軌飛行期間總計與兩艘載人神舟飛船和一艘貨運飛船對接。貨運飛船将輸送補給，并為天宮三号提升軌道，它以天宮一号為平台改進而來，總質量13噸，上行運貨能力不大于5.5噸，貨運能力兩倍于俄羅斯現有的進步号貨運飛船，但略小于日本的HTV和歐洲的ATV飛船。
中國的天舟貨運飛船，充分繼承神舟飛船和天宮一号目标飛行器已有技術，降低了研發成本，除能完成國際主流貨運飛船所承擔的貨運任務——為空間站補給物資，包括推進劑、航天員生活消耗品、空間科研設施設備、空間站維修備品備份，下行銷毀各種廢棄物質等外，天舟貨運飛船還要承擔空間站建造的任務，具有向空間站運送艙外較大設施設備的能力。發射天舟貨運飛船的，是擁有13噸以上運載能力的長征七号運載火箭。“這是中國采用新一代發動機的中型的長征七号運載火箭，将采用無害推進劑，并将大大提升運載能力”。
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對于空間實驗室任務，朱枞鵬表示，“原先規劃是要發射‘天宮二号’和‘天宮三号’兩艘空間實驗室的，後來為了加快工程步伐，減少經費，經過可行性研究，将‘天宮二号’和‘天宮三号’的任務合并到一起完成。在建造空間站之前，就發射一個空間實驗室。”
