空间实验室是用于开展各类空间科学实验的实验室。空间实验室的建设过程是先发射无人空间实验室，而后再用运载火箭将载人飞船送入太空，与停留在轨道上的实验室交会对接，航天员从飞船的附加段进入空间实验室，开展工作。

航天员的生活必需品和工作所需的材料、设备均由飞船运送，载人飞船停靠在实验室外边，作为应急救生飞船。如果实验室发生故障，可随时载航天员返回地面，航天员工作完成后，乘飞船返回。

空间试验室是一种载人的，可重複使用的，费用低廉，多用途的试验室。室内充一个大气压的氮氧混台体，带有多种试验仪器设备和一个U形试验工作檯。它是太空梭最重要的有效载荷。空间试验室可重複使用50次左右，工作寿命为十年。它被航天飞讥运载到近地轨道后，只能附着在太空梭上一起飞行并一起返回。空间试验室的试验人员也需要在太空梭的座舱内生活、休息、睡眠和进行其它活动，工作寸经过气闸舱和专门通道到试验室去工作。试验室中的能源、数据传输、冷却等系统都利用太空梭上的相应分系统，不再单独配备。这样，可以充分地利用和发挥空间试验室的效用，使空间试验室可以进行纯试验性工作，许多服务性的工作均由太空梭的各个分系统提供。因此，空间试验室虽然比天空试验室小得多，但它与太空梭相结合，却可以成为一个高效率的空间科学试验装置。

空间试验室的设计必须与太空梭相适应，例如试验室的最大外部尺寸绝不能超过货舱4.5X18米的尺寸。试验室的基本设计思想之一，是採用积木式结构，以使试验设备易于更换，适于进行多种科研任务。为了使空间试验室适应多次重複使用的要求，必须把它设计得具有最大的适应性和灵活性。例如试验室不仅能容纳许多小型试验仪器，而且能装载大型试验设备，既能把各种研究和试验设备装到试验室中的一间空调舱内，也能把全部试验设备暴露于宇宙空间。

空间试验室主要由2个基本部件所组成。一是实验舱，一是暴露在空间的U形工作檯。这2个部件既可单独使用，也可联合使用。

实验舱由密封的前锥段、圆柱段和后锥段组成，密封舱可保证舱压、温湿度、气体成分等航天员生存条件，可用于航天员驻留期间在轨工作和生活，密封的后锥段安装再生生保等设备。实验舱前端安装一个对接机构，以及交会对接测量和通信设备，用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。一般包括发动机和电源装置等，外部安置太阳翼，用于提供轨道与姿态控制、电力能源供应、热控环控。

空间实验室阶段关键要突破飞船空间交会对接技术。空间交会对接技术难度很大，在对接过程中，如果计算不準，就可能发生飞船相撞事故。因此，需要进行大量试验才能掌握这一技术。

两个或两个以上的太空飞行器通过轨道参数的协调，在同一时间到达太空同一位置的过程称为交会。对接是在交会的基础上，通过专门的对接机构将两个太空飞行器连线成一个整体。实现两个太空飞行器在太空交会对接的系统称为交会对接系统。

交会对接系统通常包括跟蹤测量系统、姿态与轨道控制系统、对接机构系统等。两个太空飞行器在太空进行对接，其初始条件是两者保持对接机构的同轴接近方式和确定的纵向速度，以及在其他线坐标和角坐标上的速度为零。但两个太空飞行器之间的实际相对运动参数总是有偏差的。

一般情况下，两个太空飞行器之间的相对位置及其平动速度通常是靠主动太空飞行器轨道控制系统和两个太空飞行器的姿态控制系统来维持的，前者适用于控制质心的平动运动，后者适用于控制绕质心的转动运动。太空飞行器的空间交会对接控制方法有两种，一种是人工控制、另一种是自动控制。用人工控制来完成太空交会对接可以提高交会对接的成功率。自动控制交会对接可靠性高，不需考虑人员的安全和救生问题。在太空飞行器的交会对接技术方面，未来的发展趋势是人工控制和自动控制相结合，以提高交会对接的灵活性、可靠性和成功率。

空间实验室长期在太空运行，暴露在舱外的各种设备、部件等容易受到太空环境的损坏，发生老化和故障，因此需要航天员到舱外去维修或更换，进行这一工作，必须对航天员进行在失重环境下穿航天服、打开舱门、在太空环境下使用工具、在太空环境下走路等必要技术的训练。

空间试验室是试验性的空间站，以突破和验证空间站关键技术为主要任务目标，以“短期有人照料、长期无人值守”为主要工作模式，具有相对较短寿命(1年左右)的低轨道中小型载人太空飞行器。空间试验室一般具有如下主要特性：

（1）通过一次性携带的物资，可实现少批量、短时间航天员在轨驻留，不支持长期载人；

（2）一般没有在轨补给和补加功能，寿命较短；

（3）规模小，不具有可扩展性；

（4）只能进行空间站关键技术的验证试验，可开展有限的空间套用。

从任务目标、功能、基本指标等方面看，空间试验室与空间站均存在较大差异。