纵观世界载人航天国家进行载人航天实践，可以看出，载人航天国家在普遍注重载人航天的应用工作。促进载人航天的应用，提高工程综合效益，使载人飞船工程对我国的国民经济、科学技术力量的争强，提高综合国力起到实质性的促进作用，同样是我国高层决策者们在载人航天工程之初就确立的一个重要指导思想。在这个指导思想下，我国利用“神舟”飞船，开展一系列空间科学及技术试验。
设备繁多的“太空实验室”。在近几年陆续发射上天的“神舟”飞船里，安装大大小小几十件科学实验设备，这些设备和仪器简直就是一个“太空实验室。”
这些设备各有各的用途。有进行空间材料科学试验的多工位空间晶体生长炉；有空间晶体生长观察装置；有进行空间生命科学试验的空间蛋白质结晶装置和空间通用生物培养箱；有进行空间天文观测的太阳和宇宙天体高能辐射监测仪，包括超软X射线探测器和γ射线探测器；有进行空间环境探测的大气成份探测器、大气密度探测器和固体径迹探测器；有有效载荷公用系统，还有微重力测量仪等。
科学家试图通过这些设备进行材料科学、生命科学、空间天文、环境监测等试验任务。这些任务由中国科学院为主，全国几十个科研院所和大学承担。
为了发展、考核和完善各项实验技术，为开展较大规模的太空综合性实验积累经验，为新世纪的空间应用作准备，积极利用取得的各项成果，促进国民经济建设和科技进步，众多科学家为此进行了数年的辛勤劳作。
“太空高炉”中的材料生长试验。“神舟”飞船中，安装了一个可以进行多种晶体材料生长的“百宝箱”-多工位空间晶体生长炉。
由于太空中几乎没有重力，没有空气和水分，在这个特殊的环境中，各种比重不同的物体可以在一起“和平共处”，几乎没有地面上的对流、沉淀和流体静压力等现象，可以生长出地面上得不到的晶格缺陷少、组分均匀、结构完整和性能优良的晶体材料，因此，在飞船上进行空间材料科学实验，对于获取高质量的晶体材料，了解晶体材料生长过程中重力对流等因素对晶体品质的影响，指导地面批量生产具有重要意义。
进行空间微重力科学研究和实验，是当今载人航天实验的热点。空间材料实验向人们传递着这样一个信息，外层空间是发展研究新材料、新的加工工艺的理想场所。
作为人类文明进步的标志，材料是现代工业与高新技术领域的重要支柱之一，材料的进步，推动了科学技术的不断发展并一直在其中扮演了重要的角色。进行材料科学研究，是“神舟”飞船的使命之一。为此，科学家门在飞船上按装了空间材料科学通用装置---多工位空间晶体生长炉。在这个“高炉“中，科学家将制备半导体、氧化物和金属合金等多种晶体材料，研究太空微重力、超净和超高真空环境对晶体材料生长过程的影响规律。
由于在太空中克服了不利于获得高品质晶体材料生长的诸多因素，能够在空间获得在地面无法生长出的用于高新技术领域的晶体。这些材料都在高新技术领域有着重要的应用价值，例如二元半导体锑化镓晶体是制造微波器件、微波集成电路和超高速集成电路的关键电子材料，与目前普遍应用的硅单晶相比，该晶体具有电子迁移率高、工作温度高、抗辐照能力强和噪声低等优良性能；三元半导体碲锌镉晶体是制造红外探测器可不缺少的材料，我们现在通过“风云”气象卫星可以获得准确的天气预报，还可进行矿产资源勘探、指导农牧业生产和自然灾害预防等等，这其中红外探测器功不可没；氧化物激光晶体硅酸铋是光信息存储功能材料，随着信息时代的到来，信息存储材料的重要作用已是有目共睹。
地面的晶体生长过程可以通过肉眼直接观察，那么，在空间微重力环境下的晶体生长过程又是什么样的呢？我国科学家还设计了一种特殊的安装在飞船上的空间晶体生长观察装置，利用摄像机全过程拍摄空间微重力条件下氧化物单晶的生长历程，通过对空间晶体熔化和生长结晶过程的分析，研究晶体生长动力学和重力对流消失后各种次级效应对晶体生长的影响。通过在空间对晶体材料生长机理和生长工艺的深入研究，可以指导地面晶体材料生产过程，改进工艺，提高晶体质量，推进材料科学及工程的发展，造福全人类。
太空生物实验揭示生命奥秘。空间环境的微重力、高能辐射、节律变化等特殊的极端条件，给生命科学、生物技术实验提供了地面不能或不能完全模拟的条件。利用这种独特环境，进行生物组织培养，可以避免地面重力作用所造成的对流和积淀作用，获得比地面更好的效果。因此，进行空间生命科学研究，不仅有助于揭示生命科学中不可能在地面环境下获知的一些本质特征，而且在应用上可望获取空间生物工程方法。生产高质量单晶、高效生物制品等。
另外，科学家发现，在空间失重的条件下，蛋白质晶体可以比在地球上生长的个大，且更为纯净，可以很方便地进行分析，通过对这些晶体进行分析，能更深入地揭开蛋白质、酶和一些病毒的秘密，并由此研制出新的药物。
生命体的一切活动都是通过它的基本构成物质，特别是蛋白质和核酸的功能来实现的，而这些生物大分子的功能又直接取决于它们的结构。因此，测定这些生物大分子的结构，并研究其结构与功能的关系，对于揭示生命奥秘和理解疾病十分重要，而且也是发展蛋白质工程及理性药物设计等生物高技术所必需的基础。特别是在人类基因组计划完成之后，这类研究的意义将更加突出。
我国科学家利用“神舟”飞船装载的蛋白质结晶装置，装载天麻抗真菌蛋白、碱性磷脂酶A2、细胞色素B5等蛋白质，进行这些试验，对于抗农作物病害、治疗顽症、设计新型药物、揭示生命的奥秘具有重要意义。
在“神舟”飞船中进行的空间生物学研究，是我国航天领域首次多物种、多种生物综合性生物学研究。飞船上将携带石刁柏，圆红萝卜，蛋白核小球藻，鱼星藻，螺旋藻，果蝇，心肌组织小型动物龟，灵芝大肠杆菌，大鼠心肌细胞、胚胎、腿部肌肉等植物、动物、水生生物、微生物、细胞和细胞组织的空间通用生物培养箱，真可谓是一个进军太空的“生物军团”。
因为重力的干扰对活细胞的体外生长会产生一定的影响，空间不受重力干扰更容易进行细胞的培养，所以进行这种实验，可使医生在不危害病人的条件下，精确地实验治疗癌症的新方法。同时，高质量的组织培养，也已用于生长胰腺细胞，使糖尿病人在不按常规使用胰岛素的情况下得到治疗。
同时，可望培养出优于地面的单晶体，获得具有优良性状和经济价值的生物品系，选取新颖生物材料，可以促进高效、高抗体、优质物种在相关生产领域的应用，可以产生利用空间特殊条件的新技术，新思路，新工艺，通过建立生物反应器原理模型和生态管理模型，可以解决我国和世界当前面临的严峻的环境问题。
进行空间蛋白质晶体生长和细胞培养，是“神舟”飞船的一项重要试验任务，其目的是利用空间微重力环境，可以为细胞培养提供理想的途径和条件，进行各种有益的试验，比如，科技工作者选择了具有制药前景的四种细胞，研究微重力对细胞的生长。增殖、合成和分泌活性因子等方面的影响，以试图揭示空间环境对人类的影响，其中的成果可用于高效率的药物设计。为开发新型药物开拓新所途径。在飞船发射前8小时，科学家将装着样品的试验装置细胞生物反应器装入舱内。
乌鸡是一种营养价值很高的补品，又有极高的经济价值。随飞船上天的还有一盒乌鸡蛋，它的主人是中科院研究生院和中国农业大学。试验的目的是研究空间环境对胚胎生长发育遗传变异的影响，试图从中选出优良的新品种，这些在太空中处于休眠状态的鸡蛋，返回地面后再孵化，他们本来是准备空间孵化装置的，处于搭载重量的考虑，就没有实现，不然的话，飞船落地后，也许你就可以看到一群欢蹦乱跳的乌鸡从舱内爬出来。
天花粉蛋白，对治疗艾滋病有一定的疗效，还可以作为人工流产的药物，在“神舟三号”上进行的细胞试验，能够产生抗天花粉蛋白抗体，这些抗体可用于天花粉蛋白的分离纯化，是有用的蛋白。
通过进行的空间生命科学试验，还可以产生抗衣原体类性病的抗体，这些抗体已成为临床上特异性诊断试剂。
探测宇宙深处的神秘景观。宇宙γ射线暴是宇宙中一种突发的巨大能量的爆发现象，其巨大能量的来源及其发射机制，无法用现有科学理论解释，至今还是一个谜，也是一个重要的国际前沿热点课题。我国科学家将利用“神舟”飞船上携带的进行空间天文观测的超软X射线探测器、X射线探测器和γ射线探测器，目的就是解开这一谜底。
通过对X射线和γ射线的控测和分析，对研究宇宙γ射线暴的起源、产生机制、爆发的能谱及时变特征、内在性质等有重要的科学意义。在活动星系核、黑洞、致密天体吸积理论等领域的研究有望取得一批重大成果。
太阳耀斑中质子耀斑(质子事件)产生的高能质子辐射，对载人飞船有很大威胁，对短波通讯、洪涝灾害等也有直接影响。通过对太阳高能辐射变化的观测研究可以判断耀斑性质，可能提前几十小时对质子事件发出警报，在太阳活动高年期间对太阳高能电磁辐射进行监测，具有重要的科学意义和对载人航天器的安全保障作用。因此，我国天文学家将以“神舟”飞船为平台，同样利用由上述设备组成的宽能区、高时间分辨率谱仪，在进行宇宙γ射线暴的探测研究的同时兼顾太阳耀斑高能辐射监测。
这一项目是我国首次对g暴和太阳耀斑进行空间探测。在观测的能谱段设置、时间分辨率及观测任务所处时间(太阳第23周活动高年)上均有我国自己的特色。
随“神舟”飞船一同飞天的光学遥感对地探测仪，是一台中分辨率成像光谱仪，是20世纪80年代发展起来的新一代对地观测设备，目前，只有美国在1999年送入太空一台。由中科院上海技术物理所研制的这台成像光谱仪，与国际上同类设备相比，无论质量、体积还是功耗方面，都有自己的特点和先进性。它被安装在飞船的附加段上，将在太空中工作的半年的时间内，接受成像光谱技术、红外焦平面技术和机械制冷技术等方面的考核。它观测的主要对象是大海、大气和大地。看水色、水温、海冰和海岸带。这项试验通过仪器，科学家可以获得34个波段，仅比美国少2个。
太阳紫外线过多地照射到人的脸上，容易造成伤害，如今，保护地球不让更多的太阳紫外线辐射到地球的臭氧层已经受到严重 的破坏，而为了预测未来，则要从科学上建立一个地球系统定量模型，用来研究地球圈层的一系列变化。在“神舟三号”上安装的三套探测设备即地球辐射收支仪、太阳紫外线光谱监视器和太阳常数监视器，就是通过定量监测太阳常数与太阳紫外线光谱绝对辐照度，定量监测地球对太阳短波辐射的反辐射和地气系统自身的长波热辐射，以及定量监测大气臭氧总浓度分布及垂直结构变化等，为我国有关研究进入世界先进水平提高机会，同时，为政府治理国家提供重要的决策依据，加速地球环境保护的立法工作进程。
此外，科学家还将用安装在“神舟”飞船上的大气成分探测器、大气密度探测器、径迹探测器，监视空间环境的变化，为空间环境预报和警报提供实时监测数据。即利用空间环境预报中心，收集、综合分析国内外卫星和地面观测数据，提供飞船运行轨道的有关大气参数及太阳活动和地磁活动参数，预报飞船发射、运行期间空间环境状况和可能出现的空间环境异常，并在出现危急情况时发布警报，在载人航天工程各阶段发布远期、中期、近期预报，为载人航天器运行的空间环境提供安全保障。它是将来航天员出舱活动的“空间天气预报”系统。
尽管在我国实现载人航天初期的航天员中，还没有配备载荷专家，但随着载人航天的深入进行，相信以后的航天员中，将会出现载荷专家的身影。到那时，我国的空间实验将是另一番景象。而今天的一切活动，则是以后有载荷专家参与的大规模空间实验应用活动的前奏。
中国科学院的专家说，“神舟”飞船最初的应用系统，尽管实验项目、手段等都是初步的，效益也不可能在短时间内明显出现，但所选择的项目涉及到空间材料科学、生命科学、空间天文学、流体物理等，几乎囊括了国际上空间实验的各个学科领域，带动了一大批高新技术，特别是促进了一批基础项目的巨大变化。同时，巩固和培养了一代勤奋苦干的我国空间科学研究队伍，牵引和带动了相关领域学科的发展和进步，其带动作用可能比项目本身意义更大。
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