天宫课堂中的水球实验（图源：新华社）
微重力环境中，液体流动时失去了重力的“导向”作用 。少量液体不会自然流走或汇集，必须靠强制风吹以及在流道结构设计上充分利用表面张力效应等措施起到导流的效果；大量的液体不会形成自然对流，在混有气体时气液两相流体也不再自动分层，气泡会分布在液体的各个部分 。因此，电解制氧、冷凝水和尿液的在轨收集与处理过程中必须进行水气分离，即流动的全程需要持续处理气液混合体 。天地环境的差异，导致根据微重力条件分析并设计的装置在地面试验中反映不出在轨运行状态，地面表现出的工作性能也不能体现天上的性能 。这就要求液体收集管理及水气分离技术和装置必须在天上进行真实工况的验证 。
（2）地面可有限模拟，但由于尺度效应已不适应天上情况 。
结构或机构动力学相关工况，是这一类情况的代表 。在地面试验时，我们通常采用悬吊、气浮平台等 *** 补偿结构或机构部件的自重 。这类 *** 对于尺寸重量不大或者运动自由度有限的机构是有效的，对小角度动作也可以线性近似，但对于大质量、大尺寸柔性设备或多自由度复杂三维运动机构就难以奏效了 。
比如太阳翼 。大尺寸柔性翼频率低，其基频是空间站姿态控制系统非常重要的设计条件 。核心舱太阳翼单翼十多米长，面积近70平米；实验舱太阳翼单翼近30米长，面积近140平米 。限于其结构形式和众多的伸展机构关节，地面难以通过悬挂或气浮方式消除其各部件的重力并排除工装干扰 。大幅面太阳翼在地面试验时还会受到空气阻力影响，进一步加大天地差异造成的频率偏差 。地面试验可以获得太阳翼的动力学特征和有一定准确度的估值，但无法精确测量在轨力学特性 。
再如机械臂 。空间站配置大（10米）小（5米）两个七自由度机械臂，并可组合使用 。臂的运动在三维空间中规划，大角度运动时呈现显著的几何非线性特征，如果要通过悬吊补偿自重，须有庞大的随动机构承载总重约1吨的臂杆、关节及其上的工装 。即便不惜代价以随动机构实现了整臂三维运动，也无法模拟微重力条件下各运动机构的间隙和空程，因而无法获得臂准确的动力学和运动特性 。可行的地面试验 *** 是以气浮平台支持大重量的臂和负载进行二维运动，三维运动情况则需要以数值仿真或半物理仿真进行 。机械臂的三维动力学特性需在轨进行真实动作验证 。
庞大的多舱段组合体的控制更不可能在地面实测动力学特性，也无法一一呈现空间站建造过程中各舱段及来访飞行器对接的过程及带来的数十种结构构型 。同时，在轨运行时，大型柔性太阳翼的低频特性直接影响组合体的姿态控制精度与稳定度；转位过程中，组合体的力学特性随转位机构或机械臂连接而动态变化 。控制算法及参数必须与这些情况匹配，才能获得期望的控制效果 。因此，组合体控制方案及实现情况需要在轨实测验证 。
2、第二类：人机工效相关的设计
载人航天器核心的设计指向，就是要保证人在太空安全地生活和工作 。人的工作状态和能力有显著的天地差异：受微重力影响，人无法像在地面一样借助重力固定身体并抵抗操作力，需要设计专门的装置进行肢体限位，航天员使用的工具也要有专门设计；航天员舱外活动期间，除了微重力，笨重的服装也会影响其动作施展；微重力下所有无束缚的物体都会自由漂移，大件物品在人工搬运和操作时会有难以控制、固定的问题，小件物品如螺母、垫片等则会漂走丢失甚至在不该出现的地方形成多余物 。苏美空间站还都出现过航天员出舱活动时失手将工具落在太空中的情况 。
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