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双星分离是天都一号继星箭分离发射入轨、月球制动捕获后面临的第三个关键环节。天都一号首先进行姿态机动，建立双星组合体状态下的分离姿态。在分离过程中，天都一号向天都二号提供分离信号，控制双星分离装置解锁，实施双星分离操作。

双星分离后，天都一号于4月8日完成了轨道调整，确保与天都二号的星间距离维持在合适的范围，双星实现编队飞行。4月11日，天都一号在轨实现对天都二号高精度指向跟踪控制，成功完成双星微波测距试验。

利记集团4月18日，澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者从中国航天科技集团八院获悉，截至目前，天都一号、二号通导技术试验星顺利开展了月地高可靠传输与路由、月球轨道导航空间基准异源标定等新技术试验。经遥测数据计算结果表明，试验结果能够有效提高航天器环月轨道定轨精度，试验项目具有重要实用价值。

2024年3月20日8时31分，长征八号遥三运载火箭以一箭三星方式，在文昌航天发射场成功发射升空，将鹊桥二号中继星和天都一号、二号通导技术试验星准确送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。天都一号卫星由中国航天科技集团八院抓总研制，主要用于开展环月轨道测定轨试验验证与地月空间高速测控技术验证，为中国“鹊桥通导遥综合星座”建设提供技术支撑。

自3月20日发射以来，天都一号携带天都二号在经过地月长途飞行、月球制动捕获、环月大椭圆轨道修正后，于3月29日成功进入24小时环月大椭圆冻结轨道。4月3日，天都一号与天都二号顺利实现分离。