神舟三号飞船，由中国航天科技集团公司所属的中国空间技术研究院和上海航天技术研究院为主研制。2002年3月25日22时15分，神舟三号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空并成功进入预定轨道。神舟三号在轨运行7天，各系统工作正常，运行状态良好，完成了预定的全部科学实验和探测任务，取得了圆满成功。“长征二号F”运载火箭由中国运载火箭技术研究院为主研制。这次发射是长征系列运载火箭第66次飞行。自1996年10月以来，中国运载火箭发射已经连续24次获得成功。中国科学院和信息产业部等有关单位为这次发射研制了对地遥感、生命科学、空间科学等船载仪器和地面测控设备。
神舟三号是一艘正样无人飞船，飞船技术状态与载人状态完全一致。与第二次飞行试验相比，主要是增加了逃逸和应急救生功能。飞船具备待发段和上升段应急救生功能，完善了备份伞子系统;运载火箭具备了故障检测和逃逸功能，控制分系统采用了冗余技术。
飞船装载10项44台有效载荷设备，其中返回舱13件、轨道舱11件、附加段20件，以对地观测和科学实验为主，主要包括卷云探测仪、中分辨率成像光谱仪、地球环境监测系统、多工位空间晶体生长炉、空间蛋白质结晶装置、空间细胞生物反应器、空间环境监测系统、窗口组件、有效载荷公用设备等。飞船自主飞行期间，空间应用系统主要进行了材料科学和生命科学试验，同时穿插进行部分光学遥感在轨测试试验及地球环境探测和空间环境高层大气监测仪器的试验任务。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。
飞船上装有的人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人，能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。
“神舟”三号飞船由轨道舱、返回舱、推进舱和附加段组成。飞船进入太空后，将持续绕地球飞行若干天，进行一系列项目的科学试验。中国科学院将在飞船上进行多种空间应用试验。之后，飞船返回舱将返回地面，轨道舱继续留在太空飞行，直至完成预定的后续科学试验任务。“神舟”三号飞船由中国航天科技集团公司所属的中国空间技术研究院和上海航天技术研究院为主研制， “长征二号”运载火箭由中国运载火箭技术研究院为主研制。这次发射是长征系列运载火箭第66次飞行。自1996年10月以来，我国运载火箭发射已经连续24次获得成功。中国科学院和信息产业部等有关单位为这次发射研制了对地遥感、生命科学、空间科学等船载仪器和地面测控设备。
返回舱在飞船的中部，为密闭结构，其前端有舱门，供航天员进出轨道舱使用。其外形为大钝头倒锥体的钟。 “神舟”号的返回舱容器是世界上已有的近地轨道飞船中最大的一个。返回舱是航天员的座舱，是飞船唯一可舱段，舱内设置了可供三个航天员斜躺的座椅，座椅下方设有仪表盘和控制手柄、光学瞄准镜。
与前两艘“神舟”飞船一样，轨道舱也是位于飞船的前端，其外形为两端带有锥角的圆柱形，在其两侧装有可收放的大型太阳能电池阵、太阳敏感器和各种天线以及各种对接机构。轨道舱是航天员在轨道飞行期间的生活舱、试验舱和货舱。推进舱位于飞船的后部，形状像一个圆筒，主要用于飞船的姿态控制、变轨和制动。推进舱安装有四台大推力的主发动机和平移发动机，推进舱的两侧还装有20多平方米的主太阳能电池阵。
任务执行
神舟三号飞船于2002年3月25日22时15分，在酒泉卫星发射中心由“长征二号F”大推力运载火箭发射升空。飞船按照预定轨道，环绕地球飞行了108圈。 飞船在轨运行期间在北京航天指挥控制中心的统一调度下，分布在大西洋、太平洋、印度洋上的“远望”一、二、三、四号航天测量船及有关地面测控站，对飞船成功地实施了跟踪、测量与控制。
当神舟三号飞船环绕地球飞行第107圈到达南大西洋上空时，守候在那里的“远望”三号船向其发出了返回指令。飞船接受指令后，即由飞行姿态调整为返回姿态，返回舱与轨道舱分离，随即制动发动机点火，推动返回舱穿越大气层，在内蒙古中部地面成功着陆。
担负飞船回收任务的西安卫星测控中心着陆场站，在陆军航空兵部队和有关部门的配合下，对飞船返回舱成功地进行了回收。科技人员在回收现场开启返回舱，取出细胞生物反应器和蛋白质实验装置，对其实施了保护措施并送上专机运回北京。
神舟三号飞船在完成空间科学和技术试验任务后在内蒙古中部预定区域准确降落，我国载人航天工程第三次飞行试验获得圆满成功。
飞船装载10项44台有效载荷设备，其中返回舱13件、轨道舱11件、附加段20件，以对地观测和科学实验为主，主要包括：卷云探测仪、中分辨率成像光谱仪、地球环境监测系统、多工位空间晶体生长炉、空间蛋白质结晶装置、空间细胞生物反应器、空间环境监测系统、窗口组件、有效载荷公用设备等。飞船自主飞行期间，空间应用系统主要进行了材料科学和生命科学试验，同时穿插进行部分光学遥感在轨测试试验及地球环境探测和空间环境高层大气监测仪器的试验任务。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。 飞船中安装了形体假人及人体代谢模拟装置、医监设备和舱内辐射环境监测设备等，并进行了相应试验。飞船上装有的人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人，能够定量模拟航天员在太空中的重要生理活动参数。
飞船在轨飞行期间，各分系统和有效载荷性能稳定，运行良好，取得了大量宝贵的飞行试验和科学实验数据，圆满完成了预定试验任务。其中，飞船拟人载荷提供的生理信号和代谢指标正常，验证了与载人航天直接相关的座舱内环境控制和生命保障系统，证明这套系统完全能满足载人的医学要求。飞船轨道舱继续在轨运行，并进行多光谱对地遥感观测和地球环境监测等空间科学和应用试验。
实验成果
神舟三号发射架从中国科学院空间与应用总体部获悉，成功返回地面的“神舟”三号试验飞船上的科学实验仪器运行完全正常，为中国从事空间科学与应用技术研究的科学家们带回了一批具有重要价值的科研样品。初步研究表明，中国在空间生命与空间材料科学领域的研究取得了重要进展。
中国科学院的研究人员发现，在空间环境独特的微重力条件下，此次重点进行的空间生命与空间材料科学领域的相关实验，获得了地面环境条件下无法取得的重要结果。
据介绍，在“神舟”三号飞船上进行的空间生命科学研究，包括蛋白质和其他大分子的空间晶体生长实验以及生物细胞培养实验。飞船上装载有中国自行研制的第二代空间蛋白质结晶装置，具有两种不同的蛋白质结晶方法和双温控特点，所选用的16种蛋白质大部分是利用中国现有的生物资源制备得到的。经过飞行实验，研究人员在空间微重力环境中获得了结构完整的蛋白质晶体样品，这将有利于研究蛋白质结构与其特殊功能信息的关系。这些研究成果对于获取以至生产高纯、高效的生物制品和进行生物药品研制具有重要意义。
在生物细胞培养实验方面，专家们对具有制药前景的动植物细胞的空间培养方法，以及微重力对细胞生长增殖代谢合成和分泌生物活性物质等方面进行了研究。用于本次实验的4个细胞样品中有两个样品可产生抗天花粉蛋白抗体和抗衣原体类性病的抗体。
此外，专家们还进行了多种材料的空间晶体生长和制备以及工艺方法的探索研究。如用于制造微波器件、微波集成电路和超高速集成电路关键电子材料的锑化镓晶体；用于制造红外探测器基底材料的碲锌镉晶体；用于光信息存储功能材料的氧化物激光晶体硅酸铋，以及其它在航空、航天领域具有重要应用前景的新型合金材料。对于这些空间材料的研究，有助于加深对材料制备过程物理本质的认识，指导和改进地面材料的制备工艺，具有潜在的重大经济效益。
截至2002年4月3日，“神舟”三号飞船轨道舱仍然在轨飞行。轨道舱上装载的中国第一台中分辨率成像光谱仪，将进行大范围的海洋、陆地和大气的多光谱遥感实验，还有太阳紫外光谱仪、太阳常数监测器、地球辐射收支仪等地球环境监测仪器试验和空间环境高层大气监测等。这些仪器将随飞船轨道舱进行约半年的在轨实验和应用研究。
神舟三号在轨运行167天，各系统工作正常，运行状态良好，完成了预定的全部科学实验和探测任务，取得了圆满成功。这次发射成功标志着我国载人航天工程取得了新的重要进展，为把中国的航天员送上太空打下了坚实的基础。