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  1992年,中國政府決定實施載人航天工程,並確定了中國載人航天工程「三步走」的發展計劃。第一步是發射載人飛船,神舟五號和神舟六號成功飛行,標誌第一步的完成。第二步是完善航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術,發射空間實驗室,解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題。神舟七號任務標誌著中國掌握了出艙活動關鍵技術;天宮一號與神舟八號和神舟九號交會對接,標誌著中國掌握了自動和手動交會對接技術;神舟十號飛行任務是工程第二步第一階段任務的收官之戰。第二階段為空間實驗室階段,包括髮射天宮二號、神舟十一號、天舟一號。第三步是建造空間站,解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。  原有訊息稱,天宮一號成功地完成了「三步走」規劃的第二步的第一階段,工程人員決定提高天宮二號的質量,約十三噸,即原計劃2017至2018年發射的天宮三號的質量級別。但最後因為天宮一號飛行壽命延長,完成任務超越預估,決定採用消耗燃料較少的方案,即計劃使用已完成研製的天宮一號目標飛行器的備份器,對其進行所要求的改進後,由長征二號F改進型運載火箭(T2)或長征七號運載火箭從酒泉衛星發射中心發射升空,即類似天宮一號目標飛行器的發射情況。

  天宮二號擔負的任務有地球觀測、太空地球系統科學、太空應用新技術、太空技術、航天醫學以及其他領域的應用和試驗。是在天宮一號備份目標飛行器基礎上改進研製而成,由實驗艙和資源艙組成,總長10.4米,艙體最大直徑3.35米,太陽帆板展開後翼展寬度約18.4米,起飛重量約8.6噸。  設計飛行壽命大於兩年。天宮二號總設計師朱樅鵬透露,儘管上級下達的任務是要求飛行兩年,但實際上會飛更長的時間。之前中國天宮一號設計壽命也是兩年,但是卻服役長達四年多時間。  2019年7月13日,中國載人航天工程辦公室釋出訊息稱,天宮二號完成全部拓展實驗,計劃於當月19日擇機受控離軌並再入大氣層,少量殘骸將落入南太平洋預定安全海域。當月19日21時06分,天宮二號成功受控離軌,在軌飛行時間為1036天22小時54分56秒,超期服役了近一年的時間。
天宮二號是中華人民共和國的一個太空實驗室,也是921-2空間站計劃的一部分。空間實驗室由中國太空技術研究院研製,設計可同時承載三名航天員在軌工作,用於取代2011年發射的天宮一號。