4月20日19时41分，搭载天舟一号货运飞船的长征七号遥二运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射，约 596秒后，飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，发射取得圆满成功。
这是天舟货运飞船和长征七号运载火箭组成的空间站货物运输系统的首次飞行试验。飞船入轨后，将按预定程序与在轨运行的天宫二号先后进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接，3次推进剂在轨补加，以及空间应用和航天技术等领域的多项实（试）验。期间，天舟一号与天宫二号组合体在轨飞行约2个月，天舟一号独立飞行约3个月。完成既定任务后，天舟一号将受控离轨，陨落至预定安全海域；天宫二号留轨继续开展拓展试验和应用。
目前，天宫二号运行在距地面393公里的近圆对接轨道，设备工作正常，运行状态良好，满足交会对接任务要求。
长征七号遥二运载火箭与之前执行首飞任务的长征七号遥一运载火箭技术状态基本一致，为满足发射货运飞船要求，进行了部分技术状态更改，进一步提高了安全性与可靠性。这是长征系列运载火箭的第247次飞行。
另外，飞船升空时间与一天前对外公布的一分钟不差，完美诠释了什么叫做“零窗口”；升空过程的直播显示了中国航天人的自信和实力。外媒称，这是中国太空载人航天项目的又一次重大进步，是中国建造永久空间站雄心的一部分，也是里程碑。美国《太空日报》称，近年来中国所有的载人发射任务都围绕着一个长期目标：建立自己的永久性空间站，“不久的将来，这个空间站将飞过美国上空”。
印度航天专家娜拉塔•哥丝瓦米20日撰文称，西方学者总是从太空竞赛的角度理解中国的太空计划，但中国并非将它当成征服和炫耀的舞台，而是将太空视为通过进驻与开发资源，成为生活、工作和创造财富的地方。
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