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在天宮一號”目標飛行器升空一個月之後，“神舟八號”飛船於2011年11月1日發射升空，進入預定軌道。
天宮一號目標飛行器經過兩次變軌後進入高度約350公里的近圓軌道，並在神舟八號飛船發射前進入高度約343公里的對接軌道，等待與飛船交會對接。
空間交會對接是建立空間站最基本最關鍵的技術，其原理是利用軌道控制技術，讓兩個航天器在同一時間到達太空同一位置，然後通過專門的對接機構將其連爲一個整體。空間交會對接根據航天員介入的程度和智能控制水平，分爲手控、遙控和自主三種方式，分別用於交會過程中的不同階段。
此次交會對接過程分爲準備段、交會段、對接段、組合體飛行段和撤離段。神舟八號在地面測控系統引導下，經過5次變軌，到達距離天宮一號後下方約52公里處，此後，切換到自主控制方式，依靠微波雷達、激光雷達、CCD光學成像敏感器導航，逐步靠近目標飛行器。
對接段從對接機構接觸開始，包括捕獲、緩衝、拉近、鎖緊4個過程，最終實現兩個航天器的剛性連接，形成組合體。組合體飛行兩週左右，擇機進行第二次交會對接試驗。之後兩個飛行器再次分離，神舟八號返回艙返回地面，天宮一號變軌至高度約370公里的自主飛行軌道，轉入長期運行管理，等待未來與神舟九號、神舟十號交會對接。
設想一下，天宮一號和神舟八號，兩個七八噸重的飛行器，在茫茫太空中以比子彈還快數倍的速度飛行，要完成無縫對接，難度空前，天宮一號與神舟八號交會對接，好比百米之外“穿針引線”。
對接中，神舟八號追蹤天宮一號，最後接近時兩個飛行器的相對速度不能超過每秒0。2米，橫向偏差不能超過18厘米。對接時，神舟八號通過12把鎖緊緊鎖定天宮一號，使得對接面完全密封，對接艙門才能順利打開。
天宮一號和神舟八號都是在太空中高速運行，其時速可達28000公里，交會過程中，如果軌道測量或計算稍有偏差，就可能失之毫釐，差之千里。
神舟八號飛船在自主導航和控制的系統下，逐步接近天宮一號。對接過程中，神舟八號與天宮一號進行了多次精確的操作，包括對接環推出、對接準備完成、對接環接觸等步驟，最終在2011年11月3日完成了剛性連接，形成了組合體。
