載人航天工程絕非飛上去、落回來那麼簡單，形形色色的空間實驗也是重要內容。
自1999年神舟一號飛船發射至今，我國載人航天工程進行了各項技術驗證試驗，開展了大量空間科學實驗，涵蓋空間環境、空間生命科學、空間材料、空間天文和物理等多個領域。
神舟十號發射在即，我們盤點過去神舟飛船開展的實驗，了解它們在太空中的工作。
神舟一號：開啟「太空誘變育種」實驗
神舟一號共在太空中飛行了21個小時，其實驗內容以驗證載人航天技術為主。
這次試驗取得了一系列技術成就，成功驗證了飛船關鍵技術和系統設計的正確性，以及發射、測控通信、著陸回收等地面設施在內的整個工程大系統工作的協調性，試驗各項目的均已達到。
但這次試驗也存在一些技術缺憾。例如火箭逃逸系統和故障檢測系統雖參加了任務，但不具備逃逸功能；飛船十三個分系統中，結構與機構、熱控、電源、制導導航與控制、數據管理、推進、測控通信、回收著陸、環控生保九個分系統全部參加試驗，有效載荷、乘員、儀表照明三個分系統只是部分設備參加了試驗，涉及航天員安全的應急救生分系統沒有參加試驗；航天員系統和飛船應用系統除個別設備參加試驗外，絕大部分設備是工藝件，不加電工作；著陸場系統沒有啟用副場等。
同時，神舟一號搭載了一些農作物種子，包括青椒、甜瓜、番茄、西瓜、豇豆、蘿蔔等，以及甘草、板藍根等中藥材。儘管科學實驗相對較少，但開啟了我國「太空誘變育種」實驗，對後續研究影響深遠。
神舟二號：我國第一個「太空實驗艙」
與神舟一號相比，神舟二號的系統結構有了新的擴展，技術性能有了新的提高。飛船共飛行了6天零18小時，其間開展了一系列空間科學及技術試驗。
神舟二號共搭載64件科學實驗設備，均為首次上天的正式產品。其中有進行空間材料科學試驗的多工位空間晶體生長爐和空間晶體生長觀察裝置；有進行空間生命科學試驗的空間蛋白質結晶裝置和空間通用生物培養箱；有進行空間天文觀測的太陽和宇宙天體高能輻射監測儀，包括超軟X射線探測器、X射線探測器和γ射線探測器；有進行空間環境探測的大氣成分探測器、大氣密度探測器和固體徑跡探測器；有有效載荷公用系統，還有微重力測量儀等。這些設備幾乎遍及三個艙段的各個角落，把飛船變成了名副其實的「太空實驗艙」。
藉助這些設備，我國首次在飛船上進行了微重力環境下空間生命科學、空間材料、空間天文和物理等領域的實驗，包括半導體光電子材料、氧化物晶體、金屬合金等多種材料的晶體生長，蛋白質和其他生物大分子的空間晶體生長，植物、動物、水生生物、微生物及離體細胞和細胞組織的空間環境效應實驗等。同時穿插進行了部分對地觀察設備的在軌測試，以及空間天文、環境監測儀器的試驗任務。這是我國首次在自己研製並發射的飛船上進行多學科、大規模和前沿性的空間科學與應用研究。
神舟三號：驗證艙內環境控制和生命保障系統
神舟三號裝載了10項44臺有效載荷設備，以對地觀測和科學實驗為主，主要有捲雲探測儀、中解析度成像光譜儀、地球環境監測系統、多工位空間晶體生長爐、空間蛋白質結晶裝置、空間細胞生物反應器、空間環境監測系統、窗口組件及有效載荷公用設備等。飛船自主飛行期間，空間應用系統主要進行了材料科學和生命科學試驗，同時穿插進行了部分光學遙感在軌測試，以及地球環境探測和空間環境高層大氣監測儀器的試驗任務。
同時，飛船上還乘坐了一位「船長」——這是個裝有人體代謝模擬裝置、擬人生理信號設備的人體模型，能夠定量模擬航天員在太空中的重要生理活動參數。結果表明，擬人載荷提供的生理信號和代謝指標正常，驗證了與載人航天直接相關的座艙內環境控制和生命保障系統，證明這套系統完全能滿足載人的醫學要求。
值得一提的是，神舟三號返回艙回到地面後，其軌道艙仍然在軌飛行，並在隨後約半年中開展了多光譜對地遙感觀測和地球環境監測等空間科學和應用試驗。相比美俄等國將分離後的軌道艙廢棄的做法，我國神舟飛船軌道艙留軌利用是一大特色，既節約了成本，又提高了空間科學研究及應用的效率。
神舟四號：別開生面的「太空婚禮」
2003年元旦剛過，兩場別開生面的「太空婚禮」在神舟四號上舉行。
神舟四號搭載了52件科研設備，除了參加過此前飛行試驗的大氣成分探測器等19件設備外，還有空間細胞電融合儀等33件設備首次上天。藉助這些生物實驗設備，一對動物細胞——B淋巴細胞和骨髓瘤細胞、一對植物細胞——黃花菸草原生質體和革新一號菸草原生質體，在飛船上「喜結連理」。專家介紹，在微重力條件下，細胞在融合液中的重力沉降現象將消失，更有利於細胞間進行配對、融合等「親熱舉動」，此項研究將為空間製藥探索新方法。
有趣的是，神舟三號的「船長」也跟隨神舟四號再度出徵。這個由仿真技術做成的模擬人體重70公斤，身體每一部分的形狀與真人太空人基本一致，能夠滿足航天服的穿脫，能以航天員的姿態「坐」飛船座椅上，還可以模擬太空人在太空生活時的脈搏、心跳、呼吸、飲食和排洩等多種重要生理參數，並隨時受到地面指揮中心的監控。飛船上還有不少「乘客」，包括有糧油作物、蔬菜、草、樹、藥材和真菌六大類上百個植物品種。
神舟五號：向太空送去第一位中國「訪客」
與之前的神舟飛船相比，神舟五號受到了空前關注，向浩瀚太空送去第一位中國「訪客」——楊利偉。
神舟五號任務中首次增加了故障自動檢測系統和逃逸系統，設定了幾百種故障模式，一旦發生危險會立即自動報警。即使在飛船升空一段時間後，航天員也能通過火箭逃逸塔脫離險境。飛船還具備自主應急返回的能力，在應急情況下允許航天員返回全球預定的10個應急著陸區。同時具備人工控制返回功能，在自動返回系統失效的情況下，航天員可以手動控制返回地面。
任務期間，航天員不進入軌道艙、不脫航天服，按預先規定的程序和地面指揮手動補發船箭分離、帆板展開、推返分離等指令，完成了飛船狀態監視、血壓測量、攝影攝像、飲食睡眠等工作。由於本次任務的主要目的是考察航天員在太空環境中的適應性，因此艙內的實驗項目及儀器儘量減少，以便騰出更多空間供航天員活動並進行科學觀察。
不過，當楊利偉乘坐返回艙回到地面之後，神舟五號軌道艙仍在太空中運行了100多天，開展了空間環境監測、空間定位等科學實驗，獲得了一大批有價值的科學數據。
神舟六號：實現我國首次有人參與的空間科學實驗
神舟六號是國第一艘執行「多人多天」任務的載人飛船，這次任務中，我國第一次實現了有航天員參與的空間科學實驗。
飛船升空8個多小時後，航天員費俊龍在聶海勝的配合下打開了返回艙與軌道艙之間的艙門，進入軌道艙開展空間科學實驗。第二天，兩位航天員開始有意識地加大動作幅度，以試驗人的擾動對飛船姿態的影響。在進行了開關艙門、穿脫壓力服、穿艙、抽取冷凝水四項「在軌幹擾力」試驗後，科研人員確定這些活動對飛船姿態的影響很小，飛船可保持正常飛行，無需糾正飛船姿態。
為滿足任務要求，神舟六號新增了40多臺設備和6個軟體，作出了110項技術改進。比如食品櫃得到真正使用，通過水箱和單獨的軟包裝兩種方式準備了航天員用水；放置了食品加熱裝置和餐具；軌道艙中掛有一個睡袋，供兩名航天員輪流休息；設置了專門的清潔用品櫃，航天員可以用裡面的溫巾等物品進行清潔等。同時，飛船上還首次使用了大小便收集裝置。
這次任務以太空人本身作為生理試驗的對象，考驗了人體在太空環境中的新陳代謝情況。這也是中國首次在自己的載人航天任務中進行航天醫學空間實驗研究，為人類將來在太空生存的航天醫學研究奠定了基礎。
神舟七號：將空間實驗從艙內移到艙外
神舟七號任務最大的特點，就是將空間實驗的地點從艙內移到了艙外。
2008年9月26日23時36分，航天員翟志剛身穿我國自主研發的飛天號艙外航天服在太空亮相，成為我國「太空漫步」第一人。
為了完成航天員出艙活動，神舟七號的軌道艙得到了改進，既保留滿足航天員生活的功能，又能充當出艙活動所需的氣閘艙。不論是航天員出艙還是返回，艙門打得開、關得上、密封可靠是至關重要的環節。在沿用此前成熟技術的基礎上，神舟七號的艙門作出了十多項改進，通徑也有所增加。
這次任務還驗證了伴飛衛星釋放支持及分離安全性設計技術。伴飛衛星是伴隨在太空飛行器附近作周期性相對運動的衛星。神舟七號上開展了我國首次在軌釋放伴飛衛星及其伴隨飛行試驗，為伴飛衛星提供了釋放平臺，驗證了釋放能力，解決了伴飛衛星釋放後對飛船的安全性影響問題。
此外，任務中還進行了固體潤滑材料試驗。固體潤滑材料試驗裝置是一件能可靠鎖緊和便利解鎖的鎖緊機構，在發射階段將樣品臺固定在艙外，航天員在出艙活動期間解鎖並回收樣品臺。這項實驗可為研發新一代高可靠性、長壽命空間固體潤滑材料與潤滑技術提供理論與技術支持。
神舟八號：與天宮一號實現太空「牽手」
2011年11月3日凌晨1點36分，神舟八號飛船與天宮一號目標飛行器成功實現太空「牽手」，完成了我國首次空間無人自動交會對接，標誌著我國成為繼蘇、美後第三個自主掌握自動交會對接技術的國家。
為了完成這次壯舉，神舟八號在前期飛船的基礎上進行了較大的技術改進。全船共有設備600多臺套，半數以上的技術狀態發生了變化，其中新研製的設備佔15%。這些變化主要體現在兩個方面，一是為使飛船具備自動和手動交會對接功能，新增加和改進了一些設備。比如新研製了異體同構周邊式構型和多種交會對接測量設備，全新設計和研發了用於交會對接自主控制的飛行軟體、控制軟體，飛船上增配了平移和反推發動機。同時，航天員的手動控制設備也進行了改進。二是提升了飛船的能力。神舟八號在前期具備57天自主飛行能力的基礎上，還具備停靠180天的能力。飛船電源帆板採用新的太陽能電池片，發電能力提高了50%。降落傘系統和著陸緩衝系統也得到改進，提高了使用的可靠性。
神舟八號上也有形體假人隨之上天，相關科學實驗數據用於為其他和天宮一號進行交會對接的載人飛船提供佐證。有關專家強調指出，只有神舟八號返回艙返回地面才能叫圓滿完成任務。若不能安全返回，對今後飛船是否載人會造成影響。
此外，飛船上首次實現了中外合作，由中德兩國共同開展了17項生命科學實驗項目。
神舟九號：航天員吃飯睡覺均為重要實驗內容
神舟九號與天宮一號實現了我國首次載人交會對接，在航天員進入「天宮」的同時，也意味著我國空間實驗擁有了更寬敞的場所。
天宮一號艙內空間約有40立方米，其中有效活動空間約15立方米，分為鍛鍊、休息等區域，餐廳和廁所則設在軌道艙裡。
「天宮」裡還有兩個「臥室」，採取私密性設計，可以拉上帘子隔擋，一位航天員值班時，其餘兩位可以同時休息。「臥室」裡有通風設備和獨立可調的照明設備，還首次配備天地雙向可視通話系統。床則是四角固定的睡袋，航天員睡覺時，就帶著自己的臥具鑽進去。
這些事情，在日常生活中再平凡不過，但在太空裡，航天員鍛鍊、吃飯、睡覺、打掃衛生，都是空間實驗的重要內容。在組合體駐留期間，航天員共承擔了15項航天醫學相關空間實驗。其中包括航天飛行對前庭眼動、心血管及腦高級功能影響研究，失重生理效應防護的細胞學機制研究，空間骨丟失防護技術研究，在軌有害氣體採集與分析，航天員在軌質量測量五個主要項目。
此外，神舟九號還首次搭載活體蝴蝶（卵和蛹）升空，並把天宮一號上搭載的種子帶回了地面。本報記者 付毅飛