“载人为建站，建站为应用”，这是载人航天工程为之奋斗三十年的核心目标，神舟载人飞船、天舟货运飞船、天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室等一系列任务都是服务于天宫空间站的建设与应用。
载人航天工程二步走“空间实验室”阶段：伴飞二号卫星拍摄的神舟十一号与天宫二号组合体
科学实验柜的数量决定了空间站能支持多大规模的在轨空间科学实验，四百多吨的国际空间站共计部署了31台实验柜，而据神舟十四号载人飞行任务发布会介绍，天宫空间站将部署25台科学实验柜，这是什么概念？
天宫空间站完整构型加上各型飞船的在轨规模是近百吨级，而实际上其核心组成是天和核心舱、问天号实验舱、梦天号实验舱三个20吨级舱段，加起来没有超过70吨。
天宫空间站构型示意图
也就是说，天宫空间站用国际空间站约六分之一的重量提供了五分之四的实验机柜数量，展现了强大的应用支持能力。
应用支持能力之所以强大，是多方因素综合而成：
创新太阳翼布局设计，利用问天实验舱与梦天实验舱横置布局的大跨度，以及实验舱末端的短桁架设计，空间站以最小重量代价解决了太阳翼之间相互遮挡难题，提高了太阳翼整体受晒率。
天宫空间站独特的类桁架式太阳翼布局方案
天宫空间站太阳翼整体应用了三结砷化镓电池，光电转换效率超过30%，整站供电指标是27kW，其中服务有效载荷的供电指标是17kW，占总功率的63%，而国际空间站这一数据是45%。天宫空间站的功率重量比是0.41kW/t，国际空间站的功率重量比是0.26kW/t，领先优势突出，有了充足的能源供给是大规模部署科学实验柜的先决条件。
实验舱太阳翼展开测试
与此同时，天宫空间站还创新了双向供电设计，当空间站因光照因素影响降低发电功率时，靠泊飞船可以对空间站反向供电，进一步夯实空间站的能源供给条件。
天宫空间站各舱段最大直径是4.2米，加上各舱段的热控系统干涉，舱段内部空间容积设计相较于国际空间站NASA管理舱段实际上并没有优势，但是我们依然能够在部署25台科学实验柜基础上实现110立方米的可居住大空间，这也得益于科学实验柜小型化设计的成功。
天和核心舱
宽敞明亮的天和核心舱
小型化设计经过多次方案迭代，最终设计出来的科学实验柜高度1.8米、宽度1.05米、深度0.8米，对比早期设计方案缩小了一大圈，虽然身材缩小，但是能力丝毫没有被削弱。
右侧是经过小型化设计的在轨应用实验柜（备注：画面有广角镜头畸变）
目前，天和核心舱已经在轨部署了人系统研究机柜、无容器材料实验柜、医学样本分析与高微重力实验柜三台科学实验柜，作为载人空间站的核心控制舱段，既能满足空间站整站控制与航天员生活保障功能，又能部署功能完整的科学实验柜，这在人类载人航天史上也是头一次。
天和核心舱大柱段配置的“无容器材料实验柜”
无容器材料实验柜
除了前文所述的设计优势，具体到核心舱还有一项独特优势，那就是霍尔电推进系统的应用，使得资源舱能够尽可能缩小，为核心舱配置科学实验柜腾出了宝贵的空间。
问天号实验舱与梦天号实验舱是布置科学实验柜的主要场所，基于太空微重力条件，两个实验舱的四个象限均可用于科学实验柜的布放。
问天号实验舱配置有生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温储柜、变重力科学实验柜，以及航天基础试验机柜，该舱段主要面向空间生命科学研究。
