在天舟一號飛行任務中，天舟一號與目前正在軌飛行的我國首個空間實驗室——天宮二號將實施我國首次推進劑在軌補加，並計畫開展多次推進劑補加試驗，突破和掌握推進劑補加技術，為我國空間站組裝建造和長期運營掃清在能源供給問題上的最後的障礙。
焦點三：首次以天基測控體制為主實施飛行控制
以往，我們對航天器的跟蹤、測控以及在軌異常的及時監測處置，主要依賴陸基測控站和海基測量船。這就需要耗費大量的人力物力建造、維護地面測控站和海上測量船，研製人員奔波在各個站點之間開展相關試驗，並且受到跨國、跨境地域限制。
天舟一號貨運飛船首次採用了以天基測控體制為主的設計原則。簡單來說，就是將原本在地面或海上的測量系統“搬”到了天上，避免了在地面或海上的地域限制，實現了對航天器在軌飛行的關鍵事件的全程跟蹤，以確保對在軌異常的及時監測處置，降低了人力物力財力等成本。
焦點四：首次開展全自主快速交會對接試驗
在天舟一號之前，我國掌握的交會對接技術需要耗時兩天左右時間，天舟一號將開展自主快速交會對接試驗，將交會對接的時間控制在幾個小時內。快速交會對接的實現，有利於提高飛行器在軌飛行的可靠性，減少交會對接過程中包括軌道控制等在內的產生的資源消耗，同時，更大程度上地保障飛行器，主要是未來空間站的安全，方便空間站突發事件應急處理。一個形象的比喻是，天舟一號跨出了從“普通列車”邁向“高鐵”的一大步，能做到更快、更舒適、更穩妥地運輸貨物。
焦點五：首次搭載多項空間應用與技術試（實）驗載荷
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