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7時05分，天宮一號與神舟十號組合體順利分離，神舟十號撤離至距天宮一號相對一定距離處。隨後，神舟十號按照預定程序進行變軌控制，從天宮一號上方繞飛至其後方，期間，在地面科技人員的精確控制下，神舟十號轉為正飛姿態，天宮一號轉為倒飛姿態。此後，地面控制神舟十號接近天宮一號，順利完成近距離交會。
繞飛試驗實施期間，航天員聶海勝、張曉光、王亞平在神舟十號飛船返回艙值守，3名航天員身著艙內航天服，神情鎮定地密切監視飛船儀表上的各類數據，及時準確地向地面報告繞飛試驗進展情況。根據計劃安排，在完成後續試驗任務後，神舟十號飛船將於26日上午8時許返回地面。
據有關專家介紹，此次試驗的主要目的是驗證航天器繞飛及多方位交會技術，為後續空間站工程建設積累經驗。