聚焦任务突破关键技术
组合体控制与管理技术复杂。组合体控制与管理模式新载人飞船和目标飞行器对接形成组合体后，需要对组合体进行载人环境、姿态与轨道、信息传输、并网供电、驻留支持等方面的控制和管理。目标飞行器要适应无人独立飞行和无人/载人的组合飞行，飞船要适应独立交会对接飞行，组合体停靠飞行和故障时组合体飞行，实现从单一飞行器独立飞行到多飞行器组合飞行的转变，运行模式新。针对上述问题，载人飞船系统和空间实验室系统在两个飞行器平台基础上联合进行了船器联试、人船器地联试、组合体60人/天试验、组合体工效学试验、组合体人员物品转移试验、组合体并网供电试验、组合体真空热试验、对接放电试验等，系统验证了组合体控制与管理功能。
目标飞行器与运输飞船形成组合体后，其质心位置、质量特性和动力学参数等都发生了很大变化，具有大质量、大惯量、大柔性、变结构和低基频等特点，同时还要保持高精度的姿态控制。组合体同时还要进行组合体环境管理、组合体信息并网管理、组合体供电管理以及航天员工作生活管理及支持保障管理等多项管理。做好组合体的控制与管理，技术上要求很高。
天宫一号目标飞行器完全是按照空间实验室的技术特点研制的，具有组合体控制技术复杂和低轨道、长寿命两大技术难点。能否实现两年的设计寿命，能否通过两年时间的试验验证，建设我国首个空间实验室，进而突破空间站研制的关键技术，是对研制队伍智慧的严峻考验。在过去的几年时间里，技术人员紧密围绕两大难点开展技术攻关，突破了一系列关键技术。
1.实现“1 + 1=1”和“1-1 =2”
“1+1=1”和“1-1=2”，在数学上来说，这个结果是不成立的，而这恰恰是天宫一号研制中，突破组合体控制关键技术所要达到的目的和科技人员为此苦苦追求的结果。科技人员在形容突破组合体控制管理技术的时候，用一句很形象的话说，就叫作实现“1+1=1 ”和“1-1=2”。也就是说两个航天器对接在一起，成为一个航天器，在分离后又成为两个独立的航天器，只有这样才突破了组合体控制与管理技术。
两个航天器在太空中组合和分离，看起来是个很简单的事情，其实则不然，其中包含着大量的技术，包括姿态轨道控制、自主轨道控制、能源的控制、环境控制、热的控制和管理以及信息系统的建立和管理等等，对于天宫一号研制队伍来讲，都是全新的技术。
飞船与天宫30米交会|飞船与天宫正在交会对接
我们知道，我们通常发射的各类卫星进入太空后，依靠卫星上的控制系统来控制自己的运行姿态，而天宫一号则不同。天宫一号在未实现与神舟飞船对接前，就像在轨运行的卫星一样，担负控制自己运行姿态和轨道的任务，而当它实现与神舟八号对接后，两个航天器就变成了一个庞大的船器太空组合体，这个组合体要提供航天员居住、生活和开展一定规模的科学试验工作的条件，组合体往哪里飞，姿态怎样调整，都由天宫一号来承担，这才算是实现了“1+1=1”。
天宫一号目标飞行器和神舟八号载人飞船各有八吨多重，这样两个大家伙加起来，构成了一个17吨多重的庞然大物，无疑是我国目前最大的飞行器了。由于这个太空庞然大物本身重量大，因此，个性变量也大，两个如此庞大的飞行器加在一起，动力学特性将发生很大变化，对如此庞大的航天器进行控制，是我国从来没有过的。不仅如此，两个航天器上的各种管路，电源插头、信息沟通的传输等等，都要准确无误地连接到一起；密封环境的建立要绝对可靠，稍有不慎，就会产生严重的后果。还有，由于天宫一号目标飞行器是为将来我国空间站打基础的，所以不但要完成交会对接、完成轨道控制，还要试验和验证今后我国空间站建设过程中要用到的一些技术，比如，在供电方面，将来空间站建成后，给飞船的供电任务就要由空间站来担负，这就要求要实现两个航天器的电源并网，把两个各自独立的电源组合起来。这种供电方式在我国过去研制的航天器中，也从来没有研究过。上述种种环节，无疑都饱含着大量的新技术。
我们再来看看“ 1-1=2”。
在执行完预定的任务后，天宫一号目标飞行器与神舟飞船两个航天器还要成功分开，此时，目标飞行器将在太空中等待下一次任务的到来，而神舟飞船将返回地面。这就要求两个航天器分离以后，又要实现“1-1 =2”，也就是说，由一个航天器变成两个能够在太空中独立飞行，功能完备的航天器。
这看似简单的一加一减，无论是总体设计，还是能源分配、信息传输、姿态控制等等，方方面面都蕴涵着大量的新技术，对科技人员推出了新的挑战。他们就是在这样的陌生的世界里，默默无闻地攀登，向着载人航天技术的高峰挺进！
2.350千米上的720天
我们知道，我国在近地轨道上发射的航天器有返回式卫星和神舟飞船两种。我国返回式卫星在轨道上工作时间最长不过27天，而神舟飞船载人航天飞行的时间是5天多，最大余量是飞行7天，飞船轨道舱留轨试验飞行只有半年多的时间。而完成我国载人航天二期工程任务要求天宫一号目标飞行器的在轨运行寿命是两年时间，我国航天科技人员首次遇到低轨道、长寿命的挑战。
为实施对组合体的控制，在目标飞行器里，采用了很多新的机电部件和设备，这些部件和设备都是第一次上天。比如，太空组合体庞大和运行寿命长，以前用于神舟飞船和应用卫星姿态控制的的发动机、动量轮，在天宫一号上就不能使用了，由于要控制17～18吨重的大家伙，科技人员使用了新型陀螺，只有这种输出力矩比较大的陀螺，才能担当重任。但是，这又带来一个问题，这种陀螺为了实现它的性能指标，就对低速轴承精度指标要求比较高，因为只有这个指标高了，对组合体的姿态控制精度才能高，而达到这个指标，绝不是一件简单的事情。另外新型陀螺里面还有高速轴承，这个高速轴承的转速是每小时8000～10000转。在这个转速下，它要日夜不停地工作两年，这就给如何保证长寿命和可靠性带来很大的考验。目标飞行器的舱体外部，有很多暴露在宇宙空间的新材料。太空环境对这些材料会有什么影响，也是一个以前我国所没有遇到的新问题。另外，我们知道，人类发射的航天器，有许多运行近地轨道上，在相同的轨道上有很多航天器在运行，再加上在太空中运行着许多太空垃圾，航天器的运行轨道越低，遭受太空垃圾的危险性越大。这种情况也给天宫一号提出了一个如何防护在相同轨道运行的卫星和对付太空垃圾的问题。由于从神舟一号到神舟七号在轨运行时间短，是不考虑对飞船进行防护的，而天宫一号要保证两年的寿命，必须要考虑这个问题。因此，天宫一号也是我国第一个开展对卫星防护预先研究的飞行器。
在两年的时间里，科技人员夜以继日地向困难挑战，向胜利进军，把对祖国和人民的忠诚写在一项项技术的突破上，用行动书写着成功的铭文。
3.进行了大量的新技术验证
为了完成交会对接任务和为建设大型空间站进行技术验证，积累宝贵的经验，天宫一号目标飞行器上采用了很多新技术，这些新技术，都是第一次上天。比如说，为了验证空间站电源体式，采用了新型电源技术；采用了一体化设计，实现了先进的热管理技术，把传统意义上的环境控制、仪器设备的热控制统一起来进行管理；另外对停靠期间的飞船提供热量支持，也是为了验证空间站的技术。
4.采用了大量的新技术
比如，电源系统采用半刚性帆板加内性电池等。
天宫一号还有一个亮点就是采用整体壁板结构形式。我国以前的返回式卫星和飞船都是采用金属蒙皮和隔框横条结构，这种结构工艺比较复杂，不好控制，且比较重。天宫一号采用金属壁板的整体结构，加工的精度也很高。在焊接方面也采用了新的焊接技术，焊缝质量也大大提高，这些都给长寿命带来很多好的地方。因此，天宫一号配备了很多新的试验设备，开展了多项暴露试验。半刚性太阳能帆板，也是第一个上天的。