2011年9月29日21時16分，中國航天迎來了一個重要的時刻。重達八噸的“天宮一號”目標飛行器被長征二號FT1火箭託舉升空。它的發射標誌著中國擁有了自己的空間實驗室，也在浩瀚宇宙中安下了第一個“中國之家”。
2011年11月1日5時58分，承載著首次交會對接使命的“神舟八號”飛船按計劃準時起飛，追逐“天宮一號”。“天宮一號”在剛升空不到3個月，就迎來了它的第一次挑戰。
2011年11月3日1時36分，神舟八號飛船經過5次變軌，經過接觸、捕獲、緩衝、校正、拉回等技術動作與“天宮一號”目標飛行器緊緊連接成一個組合體，中國載人航天首次空間交會對接試驗獲得成功。
2012年6月18日14時左右，“天宮一號”再次迎來了一位新搭檔，“神舟九號”飛船搭載3名航天員，與“天宮一號”實施了兩次交會對接，第一次為自動交會對接，第二次由航天員手動控制完成。這一次，“天宮一號”迎來第一批中國航天員景海鵬、劉旺、劉洋，這一步，昭示著中國進入空間站時代。
2013年6月，“天宮一號”目標飛行器與“神舟十號”飛船再次交會對接成功。而這堂特殊的“太空授課”，由女航天員王亞平主講，指令長聶海勝輔助授課，張曉光擔任攝像師。他們開展了一系列基礎物理實驗，展示了失重環境下物體運動特性、液體表面張力特性等物理現象，而這堂課也拉近了許多人與太空的距離，中華民族的太空夢，不知在這一刻，又會在多少人心中埋下了種子。
2016年3月16日，“天宮一號”正式終止數據服務，全面完成歷史使命，進入軌道衰減期，並於2018年4月2日榮歸故里。
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