天宫一号有效载荷仪器
高光谱成像仪是天宫一号搭载的有效载荷之一。在轨运行期间，多个应用单位利用它的“火眼金睛”开展了地质调查、矿产和油气资源勘查、森林监测、水文生态监测、环境污染监测分析等，取得了丰硕的成果。
其由中科院长春光学精密机械与物理研究所和中科院上海技术物理研究所共同研制，是目前我国空间分辨率和光谱综合指标最高的空间光谱成像仪，可实现纳米级光谱分辨率的地物特征和性质的成像探测，在空间分辨率、波段范围、波段数目以及地物分类等方面达到了国际同类遥感器先进水平。
相对传统的多光谱遥感受到光谱通道数量和光谱分辨率的限制，高光谱遥感通过连续测量地物相邻的光谱信号，可以反映不同地表物质与电磁辐射相互作用的差异，因此在农情监测、作物估产、国土资源调查、环境评价和监测、城市动态变化监测、地质调查等领域具有巨大的应用潜力。在天宫一号目标飞行器上安排高光谱遥感对地观测，主要是利用高光谱成像仪‘图谱合一’的特点以及在地表覆盖识别能力、蕴含地物光谱信息等方面优势，有针对性开展研究。
在林业方面，高光谱成像仪在森林覆盖制图与变化监测方面有广阔的应用前景。由于空间遥感可以获得较大范围的数据，因此利用遥感数据可较好地估算森林的生物量和碳储量。另外，高光谱成像仪在森林防火中发挥着重要作用。目前我国森林防火主要应用的是中低空间分辨率、高时间分辨率的卫星数据，对于较大面积火场非常敏感，但对燃烧初期的明火通常较难探测到。天宫一号高光谱成像仪可同时获取不同波谱范围的数据，更好地满足我国森林防火预警扑救的需求。
天宫一号仪器玻璃可耐千度高温
普通玻璃乃至普通石英玻璃在高强度的宇宙射线辐照下都会变黑不透光，从而造成姿控定位的失误。在技术完全空白的情况下，1987年，顾真安院士和他的科研团队开始啃耐辐照石英玻璃这个硬骨头，通过几年的研究和反复试验，解决了在高纯石英玻璃内部进行掺杂的技术问题，攻克了高温熔融不均体、耐宇宙射线辐照等多个技术难关。1995年，“耐辐照石英玻璃”首次应用于卫星并取得了良好效果。此次用于天宫一号的玻璃，在后期热处理等工序上做了新的改进，大大提高了产品的成品率。
如果把天宫一号比作鸟儿，那么飞行器要像鸟儿那样轻松地飞遍千山万水并在空中变换各种飞翔姿势，就得靠资源舱了。资源舱推进分系统先进复合材料承力锥台是天宫一号的重要结构件。天宫一号空间实验室资源舱包括发动机和电源装置等，用于提供轨道与姿态控制、电力能源供应、热控环控，为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。但是资源舱推进分系统主承力结构件外形尺寸大，可分配的结构空间和结构重量小，载荷条件苛刻，设计和制造的技术难度较大。
同样，应用系统空间光学相机结构传动轴的安装支座也是主要由碳纤维复合材料制成，由碳纤维主轴、副轴轴盖、底座以及钛合金轴套等零部件组成。因为它对尺寸的稳定性要求更高，主体结构则由高模量、低膨胀系数的碳纤维制造。
遥感监测飞行器实施对接
海洋遥感是20世纪后期海洋科学取得重大进展的关键技术之一。国家卫星海洋应用中心对天宫一号高光谱遥感数据进行解译、信息提取，用于海岸带信息与海冰信息监测，同时针对土地利用、滨海湿地、潮间带、岸线变迁、保护区、石油平台监测等信息进行了制图。
在数字化土地利用监测方面，目前大多光谱数据由于受空间、光谱分辨率等限制，难以满足现实需要。天宫一号高光谱成像仪具有较高光谱分辨率，在类别细分方面具有一定优势。
中科院遥感与数字地球所研究人员利用天宫一号高光谱数据对北京通州地区城市土地利用类型进行监测，并与同一时期其他来源的遥感数据进行了对比。“对比显示，天宫一号高光谱数据分类结果更精细，可清晰识别出主干道、细小河流、田块边界等。”遥感地球所研究员刘良云说。
天宫一号目标飞行器上搭载的另一有效载荷——空间环境监测及物理探测设备由中科院空间科学与应用研究中心研制，其主要功能是综合监测高能带电粒子辐射、轨道大气环境参数，为空间环境预报、空间环境变化机理研究以及目标飞行器、飞船和航天员的安全保障提供准实时监测数据。
该套设备由带电粒子辐射探测器、轨道大气环境探测器和空间环境控制单元共3台仪器组成。其中带电粒子辐射探测器是国际上首次在近地轨道开展多方向带电粒子探测的仪器。该探测器突破了多方向传感、多传感集成、抗干扰等关键技术，为实现空间粒子辐射实时监测和警报以及粒子分布和变化规律研究提供了依据，也使我国的高能粒子辐射探测技术实现跨越式发展。
轨道大气环境探测器采用多探头组合等技术，在实时监测轨道大气密度、成分、微质量及其时空分布变化的同时，兼具原子氧及其它空间环境污染效应监测的功能，这些功能对于目标飞行器和飞船轨道、姿态控制以及精确变轨的实施提供了重要保障。
结合探测数据，空间应用系统开展了利用轨道大气密度实测值修正大气密度模式预测值的研究和太阳与地磁活动指数的中期预测研究，这些研究成果直接应用于天宫一号、神舟九号载人交会对接任务空间环境预报，提高了轨道大气密度预测精度，服务于高精度轨道预报。