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北京时间2021年9月20日15时10分，搭载天舟三号货运飞船的长征七号遥四运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射，约597秒后，飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，15时22分，飞船太阳能帆板顺利展开且工作正常，发射取得圆满成功。后续，天舟三号货运飞船将与在轨运行的空间站组合体进行交会对接。 这是我国载人航天工程的第20次发射任务，也是长征系列运载火箭的第389次飞行。
在合家团圆的中秋佳节来临之际，天舟三号为坚守太空岗位的天和、天舟二号两位好兄弟，送上了来自家乡亲人们的中秋问候和“惊喜大礼”。 货运飞船的主要任务是为空间站运输、存贮货物;运输、补加推进剂;并将废弃物收集、存放，带回大气层销毁，天舟三号此行也不例外。天舟三号任务是空间站关键技术验证及建造阶段的第二次货物运输应用性飞行，货运飞船为满载状态，运载了可支持3名航天员6个月的在轨驻留物资、空间站备份设备、空间科学载荷等货物;此外，还携带了补加推进剂等上行物资，在停靠期间还具备并网供电能力，可以为空间站提供供电支持。
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