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对接过程分为８个步骤：
第一步是“相撞”。在惯性作用下，８吨重的“神舟八号”与８．６吨重的“天宫一号”以每秒０．２米左右的速度进行相撞，当“神舟八号”上的主动对接机构碰撞上“天宫一号”上的被动对接机构，对接过程正式开始。
第二步是“捕获”。当“神舟八号”主动对接机构上的对接环，接到失衡传感器发出对接指令信号后，６根滚珠丝杆就会向外推出２００多毫米，对接环上安装的３对捕获锁，撞到“天宫一号”被动对接机构相对应的卡板器，就会被牢牢卡住。
第三步是“缓冲”。“神舟八号”对接环受到撞击后，将会通过一套传动机构，联向对接机构上的摩擦自动器和电磁阻尼器，分别吸收纵向和横向的撞击能量，进行缓冲。碰撞、捕获、缓冲三个步骤共需要大约６０秒时间。
第四步是“校正”。当“神舟八号”成功捕获“天宫一号”并实施缓冲后，“神舟八号”对接环的６根滚珠丝杆继续往外推至３００毫米，同时对两个航天器的姿态、位置和偏差等进行强行校准，校准时间约需８０秒。
第五步是“拉近”。校准后，“神舟八号”对接环的６根滚珠丝杆缓缓收缩，将两个飞行器“拉近”，这一过程约需２４０秒。
第六步是“拉紧”。“神舟八号”和“天宫一号”的对接面上，分别安装了６组共１２把对接锁，每把对接锁的拉力达３吨。当两个飞行器被拉近后，两个对接面的１２把对接锁一一相扣。
第七步是“密封”。两个飞行器拉紧后，对接机构上的驱动电机将带动钢丝绳系统，将两个连接器面上的密封圈压缩，保持密封。
第八步是“刚性连接”。通过对接锁使两个连接器贴合，实现“刚性连接”，将两个航天器组合成一体。拉紧、密封和刚性连接共需２２０秒。
连接后的“组合航天器”由“天宫一号”控制
据陶建中介绍，“神舟八号”和“天宫一号”实现刚性连接后，将通过制动控制系统，接通两个航天器的电气液路通道，进行信息和能源并网。“神舟八号”上的航天员和货物通过直径８００毫米的人孔通道进入“天宫一号”。连接后的“组合航天器”由天宫一号控制，“神舟八号”处于停靠状态，但如果出现故障，“神舟八号”则可以立即进行“替补”。
在联合飞行任务结束后，或在紧急状态下，实现两个飞行器的安全分离也至关重要。根据程序设计，“神舟八号”和“天宫一号”的对接锁可自动分离，一旦出现故障，宇航员可手动分离，将两个对接机构掰开；此外，还可以采用火工品将对接机构炸开，实行强行分离。
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