2002年3月25日我国成功发射了神舟3号飞船，应用任务安排以光学遥感对地探测和科学实验为主，自主飞行期间主要进行材料科学、生命科学试验，同时进行部分光学遥感对地探测试验任务及地球环境探测和空间环境高层大气监测试验任务。留轨期间主要进行中分辨率成像光谱仪、卷云探测仪和地球环境探测设备的光学遥感对地探测试验，并进行空间环境高层大气监测试验。装船应用有效载荷和有效载荷公用设备44件。
1、中分辨率成像光谱仪试验
在SZ-3飞船上安装的中分辨率成象光谱仪是当时我国最新研制的空间遥感器，采用双面摆镜扫描、双光学系统、棱镜分束直接耦合、光栅分光、红外焦平面集成组件、斯特林制冷的技术方案，和国际上相同设备比，具有质量、体积、功耗小等自身特点和先进性。中分辨率成像光谱仪在轨试验的目的是考核先进的成像光谱技术、红外焦平面技术和机械制冷等关键技术，对仪器的性能进行检验，为今后研制长寿命空间仪器积累经验。同时进行初步应用。这台仪器当时是继美国1999年发射的MODIS-N90（EOS卫星）之后第二台进入空间的中分辨率成像光谱仪。
中分辨率成像光谱仪采用从可见光、近红外(０.4μm—1μm) 30个波段、短波红外(2.15μm—2.25μm) 1个波段、热红外（.4μm—8.9μm；10.3μm—12.5μm；) 3个波段的34个通道组成，在轨探测内容为:
海洋——以海洋水色和水温探测为主，兼顾海冰和海岸带探测。海洋水色要素以叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、污染物探测为重点，兼顾水深和浅水地形探测；
大气——以水汽和气溶胶探测为主，兼顾卷云探测；
陆地——以大尺度土壤和植被分布等地表探测为主，兼顾大尺度地质构造探测。土壤探测主要是土壤沙化和土壤水份。
2、地球环境监测试验
地球是人类赖以生存的独特环境，其变化取决于非人类活动的地球环境自然变化和人类自身活动影响两大因素。为了预测未来的全球变化，需要从科学上建立地球系统定量模型，以具备描述发生于地球层圈的物理、化学、生物学耦合过程的能力，这是全世界地球环境物理学家共同关心的热门课题。
在神舟3号飞船上安装了地球辐射收支仪、太阳紫外光谱监视器、太阳常数监测器三套探测设备，主要科学目标是通过定量监测太阳常数与太阳紫外光谱绝对辐照度,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其垂直结构变化等，进行全球环境变化的监测，开展地球系统科学研究。通过地面模拟和数据分析，对探测结果进行初步评估，争取使我国相应的探测手段达到与国际同类探测绝对精度可比对的水平，为有关研究工作进入世界先进行列提供机会。
3、空间材料科学实验
神舟3号飞船继续使用多工位空间晶体生长炉,开展空间材料科学实验。使用的实验材料：
1工位：铝—硅镁(Al-Mg2Si)共晶合金;
钕-铁-铝-钴(Nd60Fe20Al10Co10)基块体亚稳材料；
2工位：钯-镍-铜-磷(Pd40Ni10Cu30P20) 非晶合金;
铝-铋(Al-Bi) 偏晶合金；
3工位：铝-铝镍(Al-Al3Ni) 定向凝固共晶合金;
银-锡/铁基(Ag-Sn/Fe)扩散与湿润性研究;
铜-银/铁基(Cu-Ag/Fe)扩散与湿润性研究;
银-锡/镍基(Ag-Sn/Ni)扩散与湿润性研究;
铜-锡/镍基(Cu-Sn/Ni)扩散与湿润性研究;
4工位: 掺锰 (Mn)锑化镓(GaSb)单晶生长;
5工位:掺铈 (Ce) 硅酸铋(BSO)晶体生长;
6工位:掺锗 (Ge)碲锌镉(CdZnTe)晶体生长。
4、空间生命科学
SZ-3飞船应用系统空间生命科学的重点是空间生物加工的方法、技术和应用研究。
（1）利用空间蛋白质结晶装置，进行蛋白质和其他生物大分子的空间晶体生长实验。主要试验样品是：
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蛋白质 |
实验目的与研究意义 |
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抗菌多肽LCI |
对动植物有抗菌功能，研究其与晶体结构的关系， |
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蝮蛇溶血毒素 |
晶体结构分析，研究其重要蛋白组分的作用机理和药物应用。 |
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钙调蛋白S100a1 |
生长大的晶体进行结构分析。研究其对癌变恶化、钙离子介导的信息传递、过敏反应、神经传导等机理。 |
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固氮酶锰铁蛋白 |
厌氧结晶，生长较大晶体进行结构分析。对固氮酶系统中的两种蛋白质结构，固氮机理进行分析比较。 |
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固氮酶铬铁蛋白 |
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大肠杆菌羧基激酶 |
生长晶体进行结构分析。潜在应用于治疗糖尿病。 |
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DNA结合蛋白SSh10b |
晶体三维结构分析，研究在染色体组织、基因表达和调控中起作用的结构基础信息。 |
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人体氢异酮磺转移酶 |
酶晶体结构分析，研究因人体氢异酮磺转移酶功能紊乱而导致的性激素有关的肿瘤和疾病的机理。 |
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细胞色素b5 |
改进晶体质量，晶体结构分析，研究电子转移机理 |
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天花粉蛋白突变体 |
深化结构分析，研究其在治疗绒毛膜上皮癌、抗早孕、中期引产以及拟制人体免疫缺陷病毒等药用功能机理。 |
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F1－ATP酶 |
膜蛋白。具有水解ATP的功能，结晶方法研究如何减少晶核，生长较大晶体 |
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溶菌酶 |
用于方法研究的模型蛋白。液/液扩散结晶规律研究 |
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天麻抗真菌蛋白 |
可抗某些植物真菌，研究如何克服孪晶，改善晶体质量 |
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斑头雁氧合血红蛋白 |
生物体内氧载体蛋白。实验方法研究改进晶体镶嵌度及质量 |
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蛇毒出血毒素1 |
可使凝血因子失活。提高衍射分辨率，研究三维结构。 |
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蛇毒类凝血酶C |
具有凝血活性，多亚基酶。提高晶体分辨率，研究三维结构。 |
（2）利用细胞生物反应器，在微重力条件下，进行生物细胞培养实验。
细胞培养是生物工程的重要研究课题，特别是在生物制药方面有广泛的应用前景。在地面重力条件下的细胞培养由于重力干扰，在单位容积中的产量和防止污染等培养条件的控制均受制约。在微重力条件下则有利于细胞高密度、高产量的培养，有利于细胞的生长、分化、代谢调节，可改变其生长速度、生物合成和产物分泌作用。在飞船上进行空间细胞培养实验的目的是研究具有制药前景的动、植细胞空间培养方法，以及微重力条件对细胞生长、分化、代谢分泌生物活性物质的影响，为未来的空间制药，开展基础性研究。
SZ-3选择具有制药前景的4种细胞进行空间实验：
人体组织淋巴瘤细胞（U937）：一种单核/巨噬多活性的组织淋巴瘤细胞株，U937培养可产生一些具有重要药用价值的细胞因子，如恶性肿瘤杀死因子TNF-α、白介素IL-1、白介素IL-2、红细胞生成素EPO、前列腺素E2、前列腺素F、补体成分D等。
中国仓鼠卵巢基因工程细胞（CHO）：有重要药用价值，通过特殊处理可获得人的生长激素、可治疗垂体侏儒症、促进创伤组织愈合等。
小鼠同种异体淋巴细胞杂交瘤株（LE-1）：工程细胞。培养分泌抗天花粉蛋白(TCS)IgE抗体的杂交瘤细胞。研究细胞凋亡机理对研究多种疾病，如艾滋病、肿瘤、神经退化疾病、自身免疫性疾病的病理研究有关。
小鼠淋巴细胞杂交瘤细胞（L2）：骨髓样细胞、永久性细胞系，具有生成和分泌特异性抗体功能，有重要药用价值。如分泌抗衣原体抗体用于性病诊断。
左图：神舟三号上空间培养的人体淋巴细胞（NK92）细胞；右图：地面对比的人体淋巴细胞（NK92）培养，对比可见空间细胞增殖要比地面高出近12.5倍
产生抗衣原体抗体的淋巴细胞杂交瘤细胞
抗天花粉蛋白的淋巴细胞杂交瘤细胞激光共聚焦照片
