2002年3月25日夜，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的載人航天發(fā)射塔架上，矗立著的新型長征二號F捆綁式火箭整裝待發(fā)。22時15分，火箭搭載神舟三號飛船一飛沖天，10分鐘后，飛船成功進入預定軌道。

與神舟一號、神舟二號飛船相比，神舟三號從外形和結(jié)構上并沒有什么區(qū)別，所不同的是神舟三號飛船在內(nèi)部做的一些改進。比如，飛船中安裝了形體假人及人體代謝模擬裝置、醫(yī)監(jiān)設備和艙內(nèi)輻射環(huán)境監(jiān)測設備等，并進行了相應試驗。

具體來說，神舟三號飛船仍由軌道艙、返回艙和推進艙三部分組成。

返回艙在飛船的中部：為密閉結(jié)構，其前端有艙門，供后續(xù)航天員進出軌道艙使用。

軌道艙位于飛船的前端：外形為兩端帶有錐角的圓柱形，在其兩側(cè)裝有可收放的大型太陽能電池陣、太陽敏感器和各種天線以及各種對接機構。這也是后續(xù)航天員在太空飛行期間的生活艙、試驗艙和貨艙。

推進艙位于飛船的后部：形狀像一個圓筒，主要用于飛船的姿態(tài)控制、變軌和制動。推進艙安裝有四臺大推力的主發(fā)動機和平移發(fā)動機，推進艙的兩側(cè)還裝有20多平方米的主太陽能電池陣。

飛船裝載10項44臺有效載荷設備，以對地觀測和科學實驗為主，主要包括：卷云探測儀、中分辨率成像光譜儀、地球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、多工位空間晶體生長爐、空間蛋白質(zhì)結(jié)晶裝置、空間細胞生物反應器、空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、窗口組件、有效載荷公用設備等，在軌開展了一系列空間試驗。

2002年4月1日，神舟三號飛船在環(huán)繞地球108圈、飛行了6天零18個小時后，著陸在內(nèi)蒙古自治區(qū)中部地區(qū)。飛船開艙后，經(jīng)檢測攜帶的科學實驗儀器運行狀態(tài)良好，完成了預定的全部科學實驗和探測任務，取得了圓滿成功。

“神舟三號”飛船技術狀態(tài)與載人狀態(tài)完全一致，同時增加了逃逸和應急救生功能，表明我國載人航天工程技術日臻成熟，為最終實現(xiàn)載人飛行打下堅實基礎；同時也表明我國利用飛船開展空間科學研究和空間資源開發(fā)進入了新的發(fā)展階段，對促進我國科學技術發(fā)展和國民經(jīng)濟建設有著重要的意義。