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神舟九號與天宮一號交會對接示意圖（視頻截圖） |
火箭起飛後約五百八十多秒，飛船與火箭分離，神舟九號進入預定軌道，開始了它在茫茫太空尋找天宮一號的旅程。此時的神舟九號和天宮一號雖然處於同一軌道面上，但二者的直線距離大約有上萬公里，軌道高度相差幾十公里。
一天后，經過地面飛行控制人員的遠程導引，神舟九號要完成四到五次變軌，來到距離天宮一號100公里的位置上。
此時神舟九號將重復神舟八號與天宮一號已經成功完成的自動交會對接過程。在敏感設備的引導下，逐漸接近天宮一號。
從相距50公里開始，神舟九號要分別在距離天宮一號5公里、400米、140米和30米的位置上做短暫停留，不斷調整和檢查狀態，直到最終與天宮一號完成對接。
對接成功後，神舟九號和天宮一號也進入了第一次組合體飛行階段。航天員將穿過神九返回艙、軌道艙和天宮一號的門，進入天宮一號，完成貨物搬運和組合體環境控制等一系列實驗。
航天科技集團五院神舟九號總設計師 張柏楠：神舟八號飛船是完成對接以後我們驗證了組合體的包括姿態、能源等等這些控制能力，但是畢竟是無人飛行試驗，航天員沒有進入到天宮一號目標飛行器，所以作為組合體來講能否保證航天員的生活環境，這個需要神舟九號載人飛行任務來驗證。
按照計劃，大概六天之後，航天員將回到飛船返回艙，然後啟動撤離程序，神九就此撤離天宮一號，第一階段組合體飛行結束。
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