利用太陽方向和地磁信息，伴星實時解算目標方位，并控制相機對飛船定向，首先進行彩色視頻觀測。
然后，寬視場相機每3秒獲得一幅飛船靜態圖像，經高效壓縮后存儲。
隨后，伴星逐漸遠離飛船，切換到窄視場相機，繼續從多角度獲取飛船在軌運行圖像。
20分鐘觀測任務完成后，伴星從對飛船定向轉為對地定向，在測控站上空將存儲圖像下傳地面。
返回艙返回后，軌道艙仍然在軌飛行。此時，伴星飛行在其后方100多公里的共面軌道上。
地面測控網通過測距測速確定伴星運行軌道，軌道艙與伴星的軌道數據統一匯集到北京航天飛行控制中心，經過運算分析，生成變軌參數，上注到伴星。
根據收到的參數，伴星自主調整變軌姿態，在預定時刻實施軌道機動，經過遠距離接近，近距離逼近，兼顧控制飄移軌跡形狀，伴星逐步接近軌道艙，達到對軌道艙的伴隨飛行目標。
最終通過對軌道參數的精確調整，形成并保持對軌道艙的同軌道面橢圓繞飛。
伴星成功完成伴飛技術試驗后，轉入長期管理階段。
在3個月留軌壽命期內，由我國航天測控網國內陸上站和北京中心對伴星進行測軌跟蹤、遙測、遙控、數據注入等工作，并根據軌道衰減和伴星剩余推進劑的情況合理考慮進行軌道維持。
