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“神箭”千里逐天疆
“保证航天员的安全”是载人航天工程的首要原则，其核心是要确保航天员的生命安全。火箭是飞船进入太空的运输工具，用最可靠的火箭将航天员安全地送入太空，是运载火箭系统研制者们的郑重诺言。
中国的火箭统称“长征”系列，此前主要用来发射卫星。在长征火箭的托举下，我国先后发射了近百颗卫星，广泛应用于广播电视、通信、气象预报、国土普查、海洋观测、导航定位、防灾减灾、远程教育、农业生产、环境监测等诸多领域。
1985年10月，中国政府宣布，长征火箭投放国际市场，承揽对外发射服务。在这之前，长征火箭已成功发射了19颗国内卫星，成功率高达93%。1986年，美国“挑战者号”航天飞机在发射过程中发生爆炸之后，“大力神”火箭、“德尔塔”火箭和欧洲的“阿里安”火箭又相继发射失利。一时间，国际上的许多商业卫星不能被及时地送入太空，出现滞留。但这恰恰为刚刚进入国际市场的中国航天提供了难得的机遇。当时，国际通信卫星大容量、重型化的趨势已很明显，而中国火箭的运载能力有限，只能运载中型卫星，难以满足多数卫星发射的要求。为了及时满足国际市场的需要，中国运载火箭技术研究院总体部的专家黄作义提出了一个创造性的设想，在长征二号丙火箭的基础上，将箭体作为芯级，再在芯级周围捆绑4个助推器，从而把火箭低地球轨道的运载能力从2.5吨提高到9.2吨。这个想法得到了时任中国运载火箭技术研究院院长的王永志的支持，这枚火箭研制成功后，被命名为“长二捆”。1988年，“长二捆”正式立项，1990年7月16日首飞成功。此后几年，长征火箭型号的系列化研制逐渐走向了成熟，与“阿里安”“德尔塔”“宇宙神”等火箭一起成为世界商业卫星发射的主要工具之一。1992年8月14日，“长二捆”为澳大利亚发射“澳星”获得成功后，中国航天真正迈出国门、走向了世界。
1992年，载人航天工程启动时，航空航天工业部将研制用于发射飞船的新型运载火箭的任务下达给中国运载火箭技术研究院。担负起这一重任的正是“长二捆”的研制队伍。
一般的运载火箭对安全性要求不是很高，可用于载人的火箭，就必须在安全性和可靠性方面有极高的要求。为此，王永志多次来到自己工作了几十年的中国运载火箭技术研究院，与运载火箭系统的“两总”商讨载人火箭的设计问题。他第一个找到的就是曾经的老搭档、运载火箭技术研究院副院长王德臣。这时，王德臣刚刚被任命为载人火箭系统的首任总设计师。
1933年出生的王德臣是一位杰出的火箭专家，先后担任远程运载火箭、长征二号、长征三号甲、长征二号捆绑式火箭的总设计师，特别是在长二捆运载火箭发射“澳星”等任务中，发挥了极为重要的作用。
没有寒暄，也没有客套，王德臣便知道了王永志的来意，他开门见山地说：“发射飞船，‘长二捆’的运载能力已经足够了，但人上天，就意味着火箭不能出问题，万一有问题也必须把航天员救出来。”
“总指挥部把上升段的逃逸救生任务也交给火箭系统了。你有什么好主意吗？”王永志急于知道王德臣的想法。
王德臣像是早就想好了似的，胸有成竹地说：“其实这并不难。只要在‘长二捆’的基础上，增加两个系统就够了。”
“哪两个系统？”王永志问。
“一，故障检测系统；二，逃逸救生系统”，王德臣脱口而出，“故障检测系统可以在火箭待发段和上升段出现故障时，自行检测，自行诊断，自动发出信号；逃逸救生系统能迅速实施自动逃逸或地面控制逃逸，这样就可以保证航天员的安全。”
王德臣说这番话时，王永志的思路拐了个弯儿，他想起不久前，苏联航天员斯特列洛夫曾经告诉过他的一段往事。
在斯特列洛夫执行一次任务的前一天，他的母亲似乎有了预感，心里掠过一丝不安，她对儿子说；“明天能请个假，不上天了吗？”斯特列洛夫安慰母亲说：“妈妈，这是国家的任务，哪儿能不去呢？火箭和飞船都很安全，不会有事的，您就放心吧！”第二天，斯特列洛夫按原计划坐进飞船出征太空。谁也没有想到，母亲的担忧在发射的瞬间成了现实。火箭刚一点火就出现了故障，逃逸救生系统立即启动，将飞船弹起来，落在了几公里之外。惊魂未定的斯特列洛夫转过头时，发现火箭已经爆炸，发射场已是一片火海。
王永志想到这儿，就把这个故事告诉了王德臣。王德臣顿时明白了老朋友心里想说的话，人命关天，不可小视。他笑了笑说：“放心吧，火箭系统一定会保质保量地完成任务。”
临别时，王永志转回身来再次嘱咐王德臣，“我们火箭的可靠性必须达到甚至要超过世界上最好的火箭。”
王德臣点点头，用有力的握手回应了王永志。
不久后，由王永志签署的工程总体设计要求正式下发。其中，对载人火箭的可靠性指标是0.97，航天员安全性指标为0.997，并要求逃逸救生系统在故障发生后的2秒钟之内必须将航天员带离危险区。
科学试验没有百分之百，出现问题在所难免。可靠性指标0.97是说，平均发射100枚火箭，要将故障率降低在3枚以内；航天员安全性指标0.997的意思是，平均发射1000艘飞船，要将发生航天员伤亡事故的可能性控制在3次以内。这一标准之高在中国航天史上是空前的，世界上也只有个别型号的火箭才能达到。如果中国的载人火箭能够研制成功，中国将是继美国和俄罗斯之后第三个拥有这种火箭的国家。
从1992年9月到1994年4月，是方案论证的阶段。按照工程总体的要求，用于载人飞行的火箭将是长征系列中起飞质量最大、长度最长、系统最复杂的火箭。王德臣提出要增加的故障检测诊断技术和逃逸技术是一项世界级的难题。设计之初，王德臣曾想过走一条捷径，向俄罗斯的航天同行们咨询一下，从他们的经验中获得一些灵感。但俄罗斯专家的回答却是，“咨询可以，但先交100万美元的咨询费”。他们甚至断言，“中国的生产和工艺根本无法达到这些技术要求”。他们还说，“只要中方肯出资，俄方可以直接提供图纸和产品”。这样傲慢的合作条件，王德臣想都没想就断然拒绝了，他选择了一条更为艰辛的自力更生、自主研制的道路。
1994年5月，有着丰富型号研制和管理经验的火箭专家黄春平被任命为载人火箭系统的总指挥。长征火箭对有着丰富研制经验的黄春平来说并不陌生，但因为要载人，他意识到，这是一项“不能失败的事业”。
故障检测处理系统和逃逸救生系统是载人火箭所独有的技术。它们一个是火箭的“自我诊断器”，一个是航天员的“生命保护神”。火箭飞行中随时都会出现故障，故障的种类还多种多样。判断火箭故障，就像医生诊断病情一样需要一系列的参数和判断逻辑，既不能漏也不能误。漏判了，火箭有可能发生爆炸，航天员的生命安全也就无法保证；误判了，导致发射失败，损失更是难以估量。美国和俄罗斯都是通过几十次的试验才总结出来一套参数。我们怎么办？也生产很多枚有各种故障的火箭进行试验？黄春平知道，不仅时间不允许，而且财力也达不到。唯一的办法，就是走自主创新的设计之路。
国内外发生的火箭故障无法满足载人火箭的故障模式，不能提供合理的参数。黄春平和王德臣就带领刘竹生、荆木春等一批研制人员，自己考虑了300多种火箭故障模式，分析什么情况下出现故障、会出现什么样的故障，再研究应该采取什么样的对策。这种区分并不容易，很难达成共识。向老专家请教，他们的意见也不一致，有的主张多用，有的主张少用。当时，黄春平、王德臣和荆木春满脑子都是参数和问号。每一个参数既有用的依据，也有不用的理由，究竟用哪一个？这样的难题常常使他们彻夜难眠。4年时间过去了，经过反复分析比较，综合各种意见后，荆木春确定选用包括火箭综合性能如飞行姿态、加速度以及火箭各级之间分离等大量参数，总结出了发生概率最高的11种故障，并进行了上万次的飞行仿真试验，最终确定了合理的判据。思路理清了，解决起来倒相对容易得多了。不久，荆木春他们就有效地解决了“该逃时不逃”和“不该逃时误逃”的技术难题，实现了可靠逃逸。
尽管火箭的可靠性达到了97%，但仍存在3%的危险，对待这个问题，火箭的设计者必须要保证箭上的逃逸系统在点火前15分钟起就开始待命，保证可以随时执行命令。逃逸救生系统的逃逸塔在飞船的顶部，从远处看像是火箭上安装的一枚避雷针。火箭起飞前1800秒到起飞后一段时间，万一火箭发生故障，逃逸系统的固体发动机将按照指令点火，迅速将飞船返回舱和轨道舱一起带离危险区，当到达安全位置时，飞船返回舱再与逃逸飞行器分离，返回地面。
如果火箭正常的话，在抵达39公里的高空时，就要抛掉逃逸塔。否则，一旦逃逸塔未能抛掉，飞船就不能准确入轨，发射任务也会失败。因此，逃逸塔的适时分离和紧急启用，是火箭出现故障或者正常飞行时都不可或缺的动作。前者失误，危及飞船入轨；后者失误，则会危及航天员的生命。因此，对运载火箭系统的研制人员来说，不管火箭飞行是否正常，逃逸系统都不能出任何问题，只能是100%成功。
工程立项初期，研制人员曾想过参考借鉴国外的技术，而出于保密方面的原因，有关飞船逃逸系统的技术材料公开得很少。有中国专家去俄罗斯访问时，想参观一下他们的飞船，看看人家的逃逸系统究竟是个什么样子，却被委婉地拒绝了。研制人员没有死心，又想出一个办法，花钱从国外买一套飞船的逃逸系统，作为研究设计的参考。几经谈判后，俄罗斯同意以80万美元的价格卖给中国一个逃逸系统发动机的外壳。外壳运回研究院，满心欢喜的研制人员纷纷围拢过来，迫不及待地打开包装，可眼前的一切让他们如同被一盆冷水浇在头顶一样，失望到了极点。80万美元买回来的竟是30年前“联盟号”飞船的逃逸发动机的外壳，技术过时不说，里面还什么东西都没有。黄春平和王德臣有些哭笑不得，依靠外援的路子彻底被堵死，他们唯一的选择只有自力更生，背水一战。
那时，研制人员所知道的有关飞船逃逸系统的资料，只有在一本画报上看到的国外飞船逃逸系统的照片。就是从这张照片开始，他们慢慢地摸索着走进了这个领域。可是，逃逸系统不仅技术新、难点多、协调关系复杂，光是需要进行攻关的关键技术就有十多项。火箭故障模式、故障判别准则、纵向解锁技术、整流罩上下支承机构、栅格翼阻尼器技术及栅格翼加工工艺等都有很大的难度。
为了突破这些技术，在黄春平和王德臣的带领下，研制人员采取并行工程方法和交叉作业“合二为一”的做法，1994年之内，先是完成了逃逸系统飞行器的模装、活动发射平台的缩比模型生产和三余度伺服机构等55项关键技术攻关，通过了总体及分系统的方案论证。由于航天部第四研究院曾提前开展了对飞船逃逸系统的研究，研制载人飞船逃逸系统固体发动机的任务就落在了他们肩上。
逃逸塔是个新事物，像王德臣这样搞了大半辈子火箭的研制者们都没有见过它的庐山真面目，更不要说了解它的构造和材料了。但尽管这样，他们还是勇敢地开始了艰难的探索。
逃逸塔最难的技术在于逃逸发动机的设计。逃逸发动机怎么工作，设计成什么结构，用什么材料，怎么推进……这些问题困扰着中国航天动力技术研究院逃逸系统总指挥王士宝和总设计师陈立学。
逃逸发动机结构特殊，可靠性要求高，技术难度大，是载人工程关键技术之一。按照载人火箭的设计要求，逃逸塔安装在飞船的顶部，这就决定了逃逸发动机的特殊结构。普通的发动机一般都是后置喷管，依靠尾部喷射的巨大力量，推动飞行器前进。而逃逸发动机却是前置喷管，20个不同类型、不同用途的喷管与发动机轴线分别成30°、20°夹角，这样的设计在国内是没有先例的。同样，逃逸塔要在发生故障的瞬间迅速启动、快速飞离，这对逃逸发动机的总体设计带来很高的技术难度。同样，在推进剂的选择、燃烧室的设计、装药设计、工艺设计、机加精度、绝热结构等方面，也都有特殊苛刻的要求。
困难像一座高不可攀的大山，摆在了王士宝和陈立学的面前，但为了航天员的安全，再难、再险也不能退缩。在王士宝、陈立学的带领下，设计人员夜以继日地对国外逃逸火箭技术进行研究，分析逃逸系统固体发动机设计上的独特性，并结合我国的技术加紧研制。固体燃料火箭发动机室主任设计师刘霓生和同事们顽强攻关，用了两年时间就设计出了逃逸发动机的总体技术方案——采用前置喷管的特殊结構、使用复合固体推进剂做燃料。因为是第一次，这个方案行不行，谁也说不清。发动机生产出来后，王士宝和陈立学决定安排一次热试车来检验一下。 1995年4月19日，王士宝、陈立学和刘霓生钻进了秦岭深处，进行逃逸系统发动机的第一次热试车。发动机点火后，烈焰升腾、轰鸣如雷，寂静的山谷被撼动了。然而，时间仅仅过了1.6秒，3000多度的高温就把4个前置喷管的弯管全部烧穿了，几分钟后，整个发动机的躯壳便被彻底熏黑，四射的火焰将试车台烧成一片火海，试车失败了。
虽说科学试验没有百分之百的成功，失败了也不要紧，可以从头再来，但有一个事实却让王士宝他们不得不面对，此时，距离上级要求的逃逸发动机进入正样研制的时间只剩下不到5个月了。中国航天动力技术研究院连夜召开故障分析会，临时成立10多个工艺技术攻关小组，从设计、材料、工艺、技术等方面多管齐下，争取在100天内攻下难关。
一场“百日攻关战”在古都西安悄然打响。
查找问题首先从被烧坏的主发动机躯壳开始。这个躯壳的内壳体是个异形面，燃气流场复杂，工作环境苛刻，特别是绝热层的成型工艺非常困难，成为攻关的重点。负责这项工作的工艺员王庆利是王士宝的女儿，这时恰好怀有身孕。但用于隔热层的复合材料是有毒的，加上工作环境恶劣，年轻力壮的工人干久了都会感到不适。在这样一个关键时刻，王士宝虽身为总指挥，但却无法让女儿退出战场，他唯一能做的就是加班时带上几个苹果，悄悄地交给女儿，叮嘱一句，“水果能除毒”。
就是这样，王士宝、陈立学带领攻关组的成员遴选了上百种材料，做了上千次试验，测试了上万个数据，终于在规定的时间里找到了新的绝热材料和成型工艺。
4个月后，重新生产的逃逸发动机矗立在了试车台上。王士宝生怕出现什么闪失，压力比第一次还要大。按照设计要求，发动机在试车台上至少要坚持3.2秒才算合格。点火后，时间每一秒都过得特别漫长，3.2秒过后，发动机躯壳经受住了考验。王士宝刚要松口气时，检查人员却报来一个让他再次紧张起来的消息。发动机躯壳虽然合格了，但高压高温的燃气却在喷管内部转了150度的弯，对喷管造成严重烧蚀，露出了包裹着的金属。如果这个问题不解决，发动机的可靠性就无从谈起。
王士宝和陈立学再次带领大家在这场攻坚战中冲锋陷阵，目标直指绝热材料。承担此项任务的航天四院43所试验了多种绝热材料，直到找出最合适的材料。之后，他们又在发动机的喷管里安装了新的绝热套，进一步完善了工艺。
1997年4月下旬，逃逸发动机进行第三次试车。点火后3.2秒，烈焰之下的发动机一切正常，绝热层也没有出现丝毫问题。试车成功了！发动机的震动刚刚停下来，陈立学就跑到试车台前，扑在发烫的发动机上面，一遍遍地抚摸着，一行老泪喷涌而出，对已经奋战了几百个日日夜夜的设计人员们大声喊道：“发动机不热，我们成功了！”
不久后，俄罗斯的专家来航天四院讲学，看到这台逃逸发动机后惊讶地说：“真没想到你们的发动机质量这么好，竟然比我们的水平还要高。”
除了发动机之外，整个逃逸系统的结构生产都很复杂。故障模式及其数据仿真、整流罩、栅格翼成为当时攻关的瓶颈。
火箭发射时的振动与空气摩擦生成的热量，大气中的尘埃或飞行的鸟类等障碍物，都会給卫星或者飞船带来致命的伤害，所以，需要有一种外包装来保护，这种外包装就是整流罩。整流罩由两瓣组成，合拢后形成一个头部是钝圆的圆柱体，将卫星或飞船包裹在里面，安装在火箭的顶端。飞船的整流罩和卫星的整流罩有着明显的不同，既要具备卫星整流罩的功能，还要成为逃逸系统的承载结构，也就是说，这个外包装还得承重。因此，它的双重功能决定了设计难度异乎寻常，许多部件的设计和加工都成为难啃的硬骨头。在总设计师王德臣、副总设计师张庆伟的带领下，以年轻人为主体的研制人员开始了艰难的探索。
1996年，第一个整流罩生产出来时，竟然超重了900多公斤。这就意味着，一旦火箭遇到紧急情况需要启动逃逸时，这么重的整流罩会让逃逸系统无法启动。解决这个问题的唯一办法就是给整流罩“减肥”。可如果减重，从零件生产、材料供应到工装的更改都需要大量的时间。然而，牵一发动全身，后续的试验计划早已排定，时间又拖延不得。怎么办？
两次火箭发动机试验失败的画面浮现在黄春平的眼前，心里不禁掠过一丝寒意，他和两总班子毫无争议地拍了板，调整计划，重新设计。
火箭研究院总体设计部的年轻科研人员接下了这个任务后，决定采用两种对策，一是深入查找“超重”的原因，通过设计进行减重。为此，他们对整流罩全身一步步地搜索，检查到底是哪个环节存在问题，然后由总体提出条件，相关部室重新计算，以满足逃逸指标；第二个办法是加强对整流罩的试验，通过结构进行减重。结构减重的唯一依据只能是建立在详细而准确的强度分析的基础上，经过两个月的分析，总体设计部取得了准确的强度计算结果，拿出了有效的“减肥”方案。但尽管减重见了成效，可整流罩的强度余量还很大。黄春平决定，两个对策双管齐下，为整流罩再次减重。这一轮的减重过程中，直到把整流罩的蒙皮减去一定的厚度之后，才完成了400多公斤的减重任务，剩下的分量也将由火箭发动机来消耗，最终实现“减肥”目标。
对于火箭总装厂来说，承担这种结构的整流罩生产，也是开天辟地第一次。看似简单的壳体却比飞机舱体结构还要复杂，不少部位的工艺状态都不稳定，精度要求极高，面对这个必须高质量完成的任务，火箭总装厂的设计人员和工艺人员在现场集体攻关、反复论证，拿出最佳方案，工人们消化技术、摸索规律，闯过道道难关，创造了1个月完成3个月任务的纪录。其中解锁机构的设计及加工工艺，还弥补了我国在这一领域的技术空白。
在长征二号F火箭的技术攻关中，难度最大的是栅格翼的研制。折叠在整流罩上的4块栅格翼是逃逸系统的重要结构，也是保证逃逸飞行器稳定性的特殊装置。如同羽毛球一样，因为羽毛起了稳定作用，无论怎么打，落下来都是尾部向下。火箭飞到高空，需要启动逃逸系统时，必须保证逃逸飞行器的稳定性，不能让航天员在里面翻滚或打转。所以，设计人员就在整流罩上安装了4片起到“羽毛”作用的栅格翼。火箭启动逃逸救生系统时，栅格翼打开后，可以将逃逸飞行器的气动力压心后移，从而实现稳定飞行。相反，如果没有它，逃逸系统就会失去平衡。可以说，栅格翼是决定逃逸能否成功的又一项关键因素。 对于仅在图片上见过栅格翼外形的设计者来说，研制之初根本不知道从哪里下手。为了设计栅格翼，中国运载火箭技术研究院主任设计师肖耘和同事们专门赴俄罗斯莫斯科航空学院学习培训。在宽敞的俄式古典风格的教室里，金发碧眼的教授们讲解了载人飞船的性能、作用和飞船系统的大致结构，但每当讲到最关键的技术时，课程就结束了，特别是对控制栅格翼角度的关键部件“阻尼器”，更是讳莫如深。“取经”的路被堵死了，火箭系统副总设计师张庆伟曾想从国外直接引进图纸和技术，但对方开口就要上千万美元。张庆伟清楚，上千万美元我们根本出不起，于是决心带领大家背水一战，创造奇迹。
肖耘和同事们面临着两大难题，一是研制出高可靠性的栅格翼“阻尼器”部件，以控制栅格翼准时打开，并开启到最佳角度；二是设计出最佳方案并找到最佳的耐热材料，避免栅格翼被逃逸发动机3000度的高温熔化。
苏联在研制发射“联盟号”的火箭时，仅攻克栅格翼阻尼器这道难关就用了5年时间。可我们没有这么长的时间。于是，肖耘他们不分昼夜，废寝忘食，经过大量试验，研制出了自动起爆的阻尼器。同时，火箭系统成立了一个全国性的攻关组，由庄逢甘主持，吸收国内研究机构和大学的专家共同参与设计、出谋划策。按照庄逢甘的建议，肖耘尽量把栅格翼的位置与逃逸火箭发动机的喷流错开，还给栅格翼涂上了新型的防热材料和防烧蚀材料。
为确保栅格翼的研制万无一失，除了进行常规的部件试验外，张庆伟还在哈尔滨飞机制造厂建立了一套栅格翼展开试验装置，模拟各个飞行阶段的外部载荷进行展开试验。在哈尔滨做试验时正逢寒冬，张庆伟每天和技术人员骑着自行车往返于住地和工厂之间，和两位老师傅一起设计了专门的焊枪，反复进行试验，最终取得了成功。
还有，由于栅格翼的每个方格空间都很小，手伸不进去，传统的手工氩弧焊无法进行焊接，只能采用直流氦弧自动焊的方法。尤其是翼片与边框厚度差大，不仅焊接困难，而且变形大。针对这个国内航空、机械部门的权威和厂家都感到棘手的难题，火箭总装厂副总工程师孙忠绍带领由工艺人员和工人组成的攻关组，在经历了前期技术准备及缩比件焊接工艺摸索之后，终于突破了自动焊接工艺的关键技术，焊接成型了1∶1的栅格翼试验件，达到了国际水平。
设计上的问题解決后，栅格翼的所有部件全部定型，进入了生产加工阶段。栅格翼的加工难度大，工装复杂，经历了不锈钢、钛合金和铝合金三种方案的技术攻关后，最终选定了由翼片焊接的铝合金方案。栅格翼的翼片材料很薄，焊缝数量多，极易产生变形。张庆伟带领技术人员几乎跑遍了国内焊接技术领域的所有厂家，才最终选定了加工厂，生产出了符合工程要求的合格产品。
被称为运载火箭心脏的发动机系统的研制任务，落在了航空航天工业部067基地。能不能按时拿出质量可靠的发动机系统，成为事关这个重大任务能否如期完成的关键。
1992年底，067基地的工程技术人员正式投入到载人航天火箭发动机的研制中。1993年研制工作全面展开后，困难接踵而来。由于火箭系统必须满足高可靠性要求，发动机的研制条件更苛刻，要求更高，而可靠性每增长一分，系统的技术要求也会相应提高。承担设计任务的技术人员翻阅了大量的资料，总结了发动机在以往生产、试验和使用方面的经验，进行了故障模式和影响分析，发动机总体、推力室、涡轮泵、阀门、火工品等分系统分别提出了各个组合件的设计方案和试验验证方案，评审通过后，成为载人火箭发动机研制的基础文件。
1993年9月，载人航天发动机的设计图纸陆续到达生产厂家。协作范围如此之广，技术难度如此之高，新技术如此之多，研制周期如此之紧，参考资料又如此缺乏，对生产厂家提出了严峻的考验。但每一家工厂、每一位总师、每一个技术员都有同一份“决不让宇宙飞船的航程在我们厂误点”的决心，他们相信，创造来源于技术和知识的储备；智慧总是在最困难的时候迸发；成功来源于精益求精的科学态度。
1994年12月，秦岭深山升腾起了绚丽的彩虹，载人航天火箭发动机的第一次试车获得成功。为保证发动机的绝对可靠，067基地对发动机试验提出了更恶劣、更苛刻的要求，主动加大推力、延长时间，让试车得以充分考验，确保万无一失。为此，他们在试验台上，把发动机的工作时间延长到了比实际飞行多一倍、甚至几倍，让每一个零件的耐温、耐压、耐磨等性能都能受到更加严格的考验，取得最为准确的数据。正是有了这样精益求精、主动加压的工作态度，1996年9月20日，火箭发动机高空模拟试车一遍成功，型号研制迈入了新的高度。
1996年是载人火箭初样研制的关键一年。在这一年中，火箭系统取得了突破性的进展：完成了箭体结构静力试验件生产并交付试验；完成了振动箭生产及总装，上塔开始全箭振动试验；箭上电气系统开始综合试验；活动发射平台通过技术设计评审并投入生产。经过五年的论证、设计和研制后，初具雏形的新型运载火箭被命名为“长征二号F”。
按照工程计划，长征二号F火箭将在1999年进行首飞，黄春平和王德臣满怀信心地期待着这一天的到来。然而，他们等来的却是“噩耗”频传——
2月15日，长征三号乙运载火箭发射国际通信卫星，点火起飞后2秒，飞行姿态出现异常，火箭低头并偏离发射方向。22秒后，火箭头部坠地，撞到离发射架不到2公里的山坡上，星箭俱毁；8月18日，长征三号运载火箭在发射中星七号通信卫星时，三级发动机二次点火发生故障，卫星未能进入预定轨道，致使发射失败。
这两次发射失利使中国航天的国际声誉受到重创，惨痛的教训将火箭研究院逼到了“失败不起”的境地，也给黄春平和王德臣敲响了警钟。此后很长一段时间里，他们都是沉默寡言，不露一丝笑容，但最终还是从心灵的煎熬中挺了过来。好在长征二号F型火箭还没有首飞，还有机会让他们查找不足，强化质量。 航空航天工业部组织的初样转试样评审即将进行，动员会上，黄春平和王德臣并非杞人忧天地告诫大家，要是火箭存在隐患，尽管目前没有发现，但迟早有一天会暴露。混过的只是“这次”，却逃不过“长久”。
在进行电气系统综合试验和匹配试验、控制系统半实物仿真试验、电气系统单机可靠性增长试验和电磁兼容试验、箭体结构静力试验和全箭振动试验等大型试验过程中，从设计、生产到元器件的采购和外协，无论哪一个环节，除了自己严把质量关之外，王德臣还请人来“挑毛病”。面对有些同志的不理解，他提醒设计人员说：“只有拿着这个‘双面放大镜’，才能把隐患消除在萌芽状态。”王德臣的这一举措让准备工作进行了很久。评审结束时，除了逃逸整流罩外，火箭的其他分系统全部通过了评审和复审。
1998年10月，国庆节还没有过完，中国运载火箭技术研究院和中国空间技术研究院的试验队伍就整装出发了。研制中的试验飞船、火箭整流罩、逃逸塔相继被运到了酒泉卫星发射中心。中国航天史上的第一次零高度逃逸救生飞行试验即将开始。这次试验是模拟运载火箭在发射台上出现故障时的逃逸飞行试验，也是对新研制的故障检测和逃逸系统所做的一次全面真实的考核，试验的成败直接关系到载人航天工程的总体进度。
火箭整流罩的对接调整、栅格翼安装、逃逸塔对接以及相应的测试、检查等工作完成后，王永志来到发射场和发射场总指挥张建启一起主持这次试验。
10月19日，零高度逃逸救生试验正式开始。“五分钟准备！”指挥员的口令回荡在空旷的戈壁。
“10、9、8、7……3、2、1，点火！”点火指令下达后，不同于以往任何一次火箭发射的场面呈现在王永志和参试人员面前。震天动地的轰鸣声中，火箭逃逸飞行器腾空而起。
“分离发动机点火！”
“逃逸塔分离！”
“整流罩分离！”
……
几组发动机接连启动，发动机喷射出耀眼的火焰，在大漠长空中划出了一道漂亮的烟云，整流罩一双巨大的栅格翼随即打开。不一会儿，分离出来的返回舱上空跳出一把引导伞，飞行到1900米的高空时，飞船返回舱与逃逸飞行器分离，鲜艳的大伞像一朵美丽的鲜花在空中绽放，带着返回舱缓缓降落……
1999年6月，经过长达7年的努力，长征二号F火箭的研制到了瓜熟蒂落的季节，露出了它的容颜，高58.3米，最大直径8米，起飞重量480噸，可将8.5吨的有效载荷送入近地轨道。
万众一心造神舟
在思考载人航天这艘巨轮怎样起航时，在总设计师王永志的心目中，关键是飞船。的确，在工程的七大系统中，技术最复杂、创新性最强、跨越性最大的非载人飞船系统莫属。别看与返回式卫星相比，载人飞船只是多了“人”，但两者的构造却大相径庭。人类在太空中生活工作直到安全返回地面，要求飞船具有密封的舱体结构、完善的生命保障系统、精准的制导导航与控制技术和比卫星更加安全的返回技术。
加加林乘坐的“东方号”是苏联研制的第一艘载人飞船，只能乘坐一名航天员；后来又研制了可以乘坐三人的“上升号”飞船，算作第二代；在此基础上完善改进的“联盟号”飞船就是最新的第三代。著名的“联盟T”“联盟TM”载人飞船都是“联盟号”的改进版。美国的首位航天员谢波德乘坐的“水星号”飞船是美国第一代载人飞船，后来又研制了“双子星号”和“阿波罗号”登月飞船。美苏两国的载人飞船相比，苏联的技术更为成熟和先进。
我国开始研制载人飞船的时候，苏联的“联盟TM”飞船刚刚问世不久，王永志把目光对准了这艘世界上最先进的飞船。
由哪个单位承担飞船的研制，关系到整个航天工业的生产布局和任务分工。当时，航空航天工业部所属的两家承担航天器研制的研究院的热情都很高涨，但意见分歧却很大。中国空间技术研究院以承担空间技术研究任务是本分为由，当仁不让；上海航天局则认为，他们平时研制任务少，可以集中精力来研制飞船。根据这两家单位的实际情况，航空航天工业部最终决定，飞船本体的总体设计和总装工作由空间技术研究院承担；飞船的各分系统由空间技术研究院和上海航天局共同承担。
大的原则定下来之后，飞船的13个分系统又进行了更加细致的分工。推进舱和推进、电源及测控通信分系统的主要仪器设备由上海航天局承担；环境控制与生命保障和乘员分系统由507所承担；其他系统由空间技术研究院承担。
飞船系统研制抓总的任务，落在了中国空间技术研究院。从东方红一号开始，这个研究院研制发射了60多颗不同类型的人造卫星，形成了返回式遥感卫星系列、东方红通信广播卫星系列、风云气象卫星系列、实践科学探测与技术卫星系列、地球资源卫星系列和北斗定位卫星系列。
上海航天技术研究院又称航天八院，我国第一枚探空火箭、风暴一号、长征二号丁、长征四号和长征四号乙运载火箭等，均由他们总负责研制。
1992年，飞船研制的任务下达后，王永志对他的老朋友、中国空间技术研究院院长戚发轫说：“飞船是整个工程的核心组成部分，难度最大，又没有基础和经验，你们的担子最重。”戚发轫是著名的航天专家、空间技术专家、中国工程院院士，自1957年大学毕业进入航天领域的60多年间，不仅作为主要技术负责人之一参加了“东方红”系列卫星的研制，还亲自组织了几十次的卫星发射任务。这一年，戚发轫刚刚卸下东方红三号通信卫星总设计师的担子，说心里话，他割舍不下与他一起栉风沐雨的卫星研制队伍和正处在辉煌阶段的卫星事业。如果离开了心爱的卫星，再接过载人飞船的重担，院长和飞船总设计师两副担子一肩挑，责任和风险都前所未有，在新的领域还能否像曾经那样发起有力的冲锋？
实事求是地说，对于这个任命，戚发轫最初并不积极。在这一点上，他与那些几十年一直搞飞船的专家完全不同，尽管他也有过飞天的梦想，但当飞船的总设计师却是他始料不及的。年近花甲的戚发轫已到了颐养天年的年纪，如果再到一个新的领域去拼搏，有可能抵达事业的高峰，但也有可能跌入人生的低谷。更何况，载人飞船白手起家，不仅周期长、要求高、难度大，还可能会面临难以预料的风险。 首先是研制队伍的组建问题。工程启动之际，正是中国市场经济兴起之时，不少航天人被席卷进了商海，人才流失相当严重。就连戚发轫自己亲自指导的两名博士生，他也未能说服他们继续留在航天系统打拼。其次，是研制经费不足的问题，尽管中央的拨款有所增加，但与欧美国家类似项目相比还有很大差距，而当时国内已开始市场经济转型，协作单位越来越多地面临来自市场的压力。再次，就是集智攻关的问题。搞载人飞船必须解决三大难题：一是“上得去”，二是“待得住”，三是“下得来”。为此，必须攻克18个重大技术难关，破解上千个技术难题。而且，工程指挥部要求飞船必须做到绝对安全。这意味着载人飞船的13个分系统、300多根电缆、600多台设备、8万多个接点、50多万行软件程序，还有300多家协作单位，哪一个都不能出现问题，其难度之高可想而知。
堆积如山的困难摆在了戚发轫的面前，他的心里充满了压力和顾虑，但比压力更沉重的是为国争光的责任，比顾虑更强烈的是为国图强的赤诚。既然国家把重任交给自己，就应该竭尽全力，59岁的戚发轫服从了组织的安排，走马上任了。
接过任命书的那天，戚发轫想起了几年前随中国航天代表团访问俄罗斯时，在著名的拜科努尔航天发射场观看“联盟号”飞船发射的情景。40米高的火箭整装待发，3名航天员即将进入飞船时，飞船的总设计师走到身旁，当着他们的面在“发射任务书”上郑重地签下自己的名字，然后与航天员一一握手道别，自信地对他们说：“放心地去吧，没有把握，我不会送你们上天的。”这一幕，给同样是飞船总设计师的戚发轫留下了难以忘怀的印象。他一个劲儿地问自己：将来为中国的航天员送行时，自己也能那样的坦然吗？一个承诺在这位老科学家的心里呼之欲出，只要能保证航天员的安全，花再大的代价也在所不惜。
在中央批准的方案中明确，中国载人航天从飞船起步。这就说明飞船系统在七大系统中是焦点也是中心。所以，工程总体开会时，戚发轫总会听到各级领导讲，希望飞船不要拖工程的后腿……每到这时，戚发轫虽然什么话都没有说，但心里却很不是滋味，可由于技术没有突破，自己又无法承诺什么。从此，戚发轫一直憋着一股劲，相信总有一天会用事实说话的。
在多年的卫星研制中，戚发轫有个经验，研制一个新的飞行器，必须要有一个好的技术方案，否则，一切无从做起或者后患无穷。在主持飞船总体方案论证时，对于究竟要造一艘什么样的飞船，专家们的意见分歧很大。有的认为走俄罗斯的路子，按照“联盟号”飞船仿制；有的认为按美国的方式，参考“双子星号”飞船来设计。两种意见各抒己见，争论得相当激烈，这让戚发轫常常陷入两难境地。
那些日子里，戚发轫食不甘味、夜不能寐，在听取意见的同时，他静下心来研究国外载人航天技术的发展，渐渐地有了自己的思考。根据苏联和美国经验，从发射无人飞船到建立长期性空间站，历时30多年，都不可避免地走过一些弯路。因此，中国完全可以借鉴他们的经验，从而缩短自己的研制过程。这时，苏联的“联盟TM”飞船问世不久，戚发轫和王永志一样，也把目光锁定在了这艘世界上最先进的飞船上，而且思路越来越清晰。戚发轫觉得中国的飞船必须要有鲜明的中国特色，虽然起步晚，但起点要高，且一步到位。一个中国飞船的雏形在戚发轫的脑海中形成了，这艘飞船的总体构型应为“三舱一段”，即由推进舱、返回舱、轨道舱和一个附加段构成。推进艙是飞船在空间运行及返回地面时的动力装置，在飞船的最下部；返回舱是飞船起飞、飞行和返回过程中航天员乘坐的舱段，也是飞船的控制中心，在中间；轨道舱是航天员工作和生活的场所，装有各种实验仪器和设备，在上部；附加段也叫过渡舱，是为将来与另一艘飞船或空间站交会对接做准备用的，安装在飞船的最前端。返回舱返回后，轨道舱相当于一颗对地观察卫星或太空实验室，继续留在轨道上工作一段时间。推进舱则成为太空垃圾，最终焚毁于大气层中。
戚发轫的这个“三舱一段”的方案中，轨道舱留轨利用是一大特色。俄罗斯飞船的轨道舱与返回舱分离后，一般是废弃不用的。而戚发轫觉得把它废弃有些可惜，于是为它加装了一对翅膀，也就是太阳能帆板，用来采集太阳光，把光能变为动能，为空间科学实验或对地观测提供能源。
戚发轫把他的这些想法一一写进了《载人飞船技术经济可行性论证报告》，并以“白皮书”的形式上报工程总体，获得顺利通过。
“飞船搞三舱构型，要体现中国特色，体现技术进步，就必须要创新，实现跨越式发展。这么高的起点给你们的研制带来了很大的难度。” 在进入方案设计阶段时，王永志的这番话为载人飞船的研制指明了方向、标定了起点。
高起点也必然带来高难度，一道道拦路虎摆在了既是院长又是总设计师的戚发轫面前。戚发轫对研制人员说，困难面前不能退缩，解决一个就前进一步。
尽管已经掌握了许多先进的技术，也积累了丰富的经验，但研制载人飞船毕竟与研制卫星有许多的不同，最大的区别在于载人，有人就必须以保证航天员的生命安全为第一要求。要达到这个目标，首先要攻克五大技术难题：一是要有环境控制和生命保障系统，为航天员提供适宜的温度、湿度和氧气浓度；二是要有应急救生系统，保证航天员在任何时候都能逃逸救生；三是要有仪表与照明系统，通过这个系统，航天员可以监视飞船的飞行状态，并在必要时通过手动操作控制飞船的状态；四是要有高性能的测控通信系统，保证航天员能及时与地面进行语音通话及舱内图像向地面传输；五是航天员乘坐的飞船返回舱在返回时受到的再入过载和着陆时的冲击力不能太大。
头一次制造飞船，需要解决的技术难点问题实在太多。戚发轫将这些难题分解成“载人飞船返回控制技术”“返回舱舷窗防热与密封结构技术”“主用特大型降落伞技术”“着陆缓冲技术”等17项关键技术，把总体任务分解成13个分系统，带领工程技术人员一步步地摸索，一点点地攻克。 载人飞船构型复杂、系统复杂，一艘飞船所用的元器件有10万多只、电缆网节点8万多个、计算机软件语句几十万条，哪怕是一点不起眼的小东西，也都让设计人员历尽千辛万苦。戚发轫提出的目标是，必须保证每一个焊点、每一根导线、每一行语句都不能出错。为此，他们专门安排了大量的可靠性与安全性试验。为考核飞船各舱段之间能否正常、安全地解锁分离，仅返回舱与推进舱连接面的火工锁，就进行了100多次可靠性试验和10多次舱段之间的解锁分离试验；为考核飞船关键电子设备的可靠性，对60多件关键电子设备进行了综合应力试验，达到了连续工作100小时无故障。
飞船“上得去”的问题解决了，“回得来”的问题也同样不容忽视。飞船返回舱的重量有3吨，着陆速度却不能超过3米/秒，还必须充分考虑到零高度、大气层内、大气层外等各种故障模式下的安全回收。这个难题像一个沉重的秤砣，压在了戚发轫和研制者的心上。
1993年开始，回收着陆分系统的技术人员成功地研制出了特大型降落伞、着陆缓冲装置以及程控器等上百件关键设备。载人飞船用的特大型降落伞是世界上最大的，仅主伞面积就有1200平方米。整个伞铺在地上有半个足球场大，叠起来却只有一个提包大，仅重90多公斤。降落伞用特殊的纺织材料制成，薄如蝉翼却非常结实，它的缝制也很特别，是由1900多块像鱼鳞一样的小布拼接而成，每块布的四边都用横竖两个方向的加强型编织袋缝牢，可以抵抗强烈的撕扯力。做伞的布料经过防灼烧处理，能够耐受400℃的高温。伞绳的材料也是特制的，直径比鞋带还细，却能承受300多公斤的重量。飞船降落时，近百根伞绳足以拉动3吨多重的飞船。
1994年底，正值天寒地冻时节，为了考核降落伞的性能，回收着陆分系统的技术人员来到陕西空军某基地进行第一次降落伞空投试验。试验开始后，飞机很快飞到了预定高度，飞行员按照预定的速度将模型投向地面。可眼前的景象却让所有在场的人失望了，减速伞和主伞都没有涨满，返回舱模型以超常的速度直接砸在地面上，空投试验失败了！
这次失败带给研制人员的精神压力非常大，他们原本是想等试验成功后，好好过个新年的。虽然希望落空了，但他们却丝毫没有气馁。返回北京后，一天都没有休息，就立刻投入实验室，改进设计，重新包伞。他们1995年的春节就这样在岗位上的日夜奋战中度过了。当人们还沉浸在阖家欢聚的团圆时刻时，他们却顶着刺骨的寒风又向试验营地进发了。这一次，空投试验获得了圆满成功。
尽管试验获得了成功，但现场工作人员却在返回舱中闻到一股异味，这一现象立即引起了戚发轫的警觉。经过检查，一个可怕的问题暴露了——舱内有害气体超标！戚发轫立即组织飞船总体与有关系统人员检查有害气体的来源。经过多次分析试验，最终查出问题出在舱内的多种火工产品上，是它们工作时产生的气体泄漏到返回舱内。
这是个事关航天员生命的问题，必须立即解决，否则将来会直接威胁航天员的生命。戚发轫带领大家做了无数次的试验，想了各种各样的办法，最后采用大禹治水的办法，先“疏”后“堵”，还新研制了一台有害气体过滤器，直到把有害气体全部排出舱外，消除了隐患。
这件事情之后，戚发轫要求设计人员，必须以严谨科学的态度来对待疑点、消灭疑点，凡是能预想出来的可能出现的问题，都要千方百计地去发现、去寻找，虽然这种发现和寻找有时像大海捞针，但決不能放弃。
有人提出，“火箭升空到一定高度，结束工作该与飞船分离的时候，万一分不开怎么办？”针对这个问题，飞船上增加了一项能保证航天员手控发送分离指令的功能。可这个指令要从飞船送到火箭上，就需要有独立的电源，这不是飞船系统可以独立解决的，还需要得到火箭系统的支持。有没有必要增加这个功能呢？火箭为什么要接收飞船的指令？当一些人带着抱怨的情绪议论纷纷的时候，戚发轫却不改初衷，“只要能保成功，保航天员安全，我们就一个字，干！”戚发轫亲自找到38岁的火箭系统副总指挥张庆伟请求支持。毕竟船箭相连，张庆伟给了戚发轫很大的支持，同意火箭接收飞船的指令并按要求设置一个独立电源。
1995年6月28日，航天界的领导和专家们经过两天认真而热烈的论证，宣布了一个令戚发轫无比欣慰的决定：飞船从设计阶段进入到工程实施的初样研制阶段。
1996年9月，第一艘无人初样飞船开始了桌面联试。这是飞船的各分系统产品进行的第一次电性能设备联试，共有600多台设备、300多根电缆、8万多个电缆网节点、20多个计算机软件模块参加了此次联试。经过200多个日日夜夜的苦战，联试获得成功。这次的成功，验证了飞船方案设计的正确性，可以投产了。
当时，国外曾有人说中国的飞船照搬了他们的东西。后来，王永志应邀去俄罗斯参加纪念加加林上天40周年的活动，回到他的母校莫斯科航空学院接受“荣誉博士”称号和“杰出毕业生金质奖章”。在这个仪式上，王永志用俄语做了一次报告，专门介绍中国的载人航天工程和飞船的特点。
与苏联和美国的飞船相比，中国飞船的特点非常鲜明。一是飞船的返回舱是世界上已有的近地轨道飞船中最大的，可同时容纳3名航天员；二是飞船具有留轨利用的特点，航天员返回地球后，留在轨道上的轨道舱可以继续工作半年以上；三是飞船的制导、导航控制和数据管理分系统具有三机容错能力，飞船能够“一次故障正常工作、二次故障安全返回”，提高了安全性；四是飞船上安装了自动和手动半自动两套应急救生装置，万一自动装置出现故障，手动半自动系统也完全可以应对；五是飞船上的许多系统应用了大量先进的计算机智能管理系统……
王永志的报告刚一做完，他当年的老师米申院士就站起身来，大声对俄罗斯的航天专家们说：“你们都听到了吧，中国飞船不是‘联盟’号，中国飞船就是中国飞船！”米申的这个声明引起了世界航天界的轰动，因为他当年就是“联盟号”飞船的总设计师。 1996年深冬的一个周末，一辆深黑色的轿车行驶在虹桥机场前往上海航天局的公路上。坐在车上的载人航天工程副总指挥、国防科工委副主任沈荣骏眉头紧锁，心事重重。
1992年，载人航天工程立项时，第一艘试验飞船争取1998年、确保1999年起飞的期限就已经确定，航天部门把这个承诺称为“争八保九”。
按照这个进度，飞船系统应该在1998年生产出4艘用于地面试验的“样船”，一艘用于整船振动试验，一艘用于结构静力和分离试验，一艘用于在真空罐里做热平衡试验，一艘用于电性能测试。1999年，火箭系统应结合卫星发射，发射一枚试验性质的火箭。
尽管飞船系统的研制团队几乎每天都在倾全力攻克难题，但是，苦干了4年多之后，到了1996年年底，飞船的研制进度仍比原定计划晚了一年半。
沈荣骏掐指一算，照这样下去，1998年发射第一艘无人飞船已无可能。“争八”不可能了，要是不采取对策，甚至连“保九”都实现不了。如果“争八保九”不能按时完成，工作延长一年，就要多花幾个亿的资金。沈荣骏十分着急，本来经费就很紧张，再一拖延，从哪里来钱？完不成对中央的承诺，有什么脸再向中央要钱？可没有钱，工程就无法继续进行下去。所以，无论如何“保九”这个底线不能突破！
沈荣骏的态度之所以这么坚决，还有另外一个深层次的原因。工程开展的这几年，各系统都在默默无闻地搞科研，一直没有很明显的标志性成果，所以，国内针对载人航天的“下马风”刮得很紧，一些专家甚至提出了质疑。
听到这样的议论，沈荣骏对当时的国防科工委主任、载人航天工程总指挥曹刚川说：“载人航天工程立项上马，是中央的政治决策，现在如果要是停下来，可就把中国人的面子给丢光啦，简直是滑天下之大稽。就算是有天大的困难也得克服！”曹刚川听后，果断地表示支持沈荣骏的想法，“对，咱们继续干，最终让事实说话！”
沈荣骏算了一笔账，按照火箭系统的研制进度，1999年进行首次发射应该不成问题。目前最关键的是飞船的发动机没有着落。飞船没造好，火箭打什么就成了首要问题。有人建议，1999年先送一颗卫星上天，这样可以避免浪费资源。而那段时间，我国的航天事业正处于调整期，一时难以找到合适的卫星来试验火箭，这个方案只能放弃。也有人说，只要有个配重就完全可以验证火箭的性能，按照飞船的样子做一个同等重量的“铁疙瘩”打上去就可以了。这个方案虽然可行，但沈荣骏却久久没有做出批示。他心想，载人航天的核心是飞船，这样做其实只试验了火箭的功能。对于经费有限的航天事业来说，真是太浪费了。于是，沈荣骏拿起电话接通了戚发轫，开口便问：“如果研制一艘功能简单一些的飞船，借火箭发射的机会进行一次试验，能不能做到？”
这个问题出乎戚发轫的意料，按照以往研制卫星的惯例，火箭试验不需要卫星一并参加，所以飞船系统并没有安排类似的试验。
戚发轫的回答令沈荣骏失望了，“飞船的研制进度没那么快，按照模样、初样、正样的顺序，现在才是初样阶段，无论如何也搭不上这趟‘快车’了！”戚发轫告诉沈荣骏，上海航天局承担了飞船“一舱两个半系统”的研制任务后，一直在按照时间节点加速推进，在完成两艘结构船、一艘热控船和一艘电性船生产的同时，还要全面完成任务书规定的单机和系统试验，工作量实在太大了。戚发轫从当时的进度分析，完成整船的所有工作再转入正样和发射第一艘飞船，时间可能要突破1999年。
“不行！‘争八保九’是我们对中央的承诺，困难再大也必须按时完成任务。”沈荣骏回答得毫无余地。
戚发轫沉默了一会儿，发现沈荣骏没有结束通话的意思，便说：“飞船的短线在推进舱，推进舱的短线在发动机，只要上海航天局能完成推进和电源系统，飞船总体就能赶上。”
“好，我这就去上海！”沈荣骏不容置疑的口气让戚发轫焦急万分。
放下电话，戚发轫立刻把年轻的飞船专家、载人飞船系统的副总指挥袁家军和飞船系统的副总设计师王壮、郑松辉等人请来一起研究方案。听了戚发轫的话，大家都感到意外，但也觉得如果沈荣骏的想法能得以实施，可以带来两大好处。一是通过这样一个近期的、明确的目标，可以激发和调动研制人员的积极性；二是可以让飞船的主要分系统得到实际考验，尤其是飞船的许多技术细节在地面难以模拟，提前进行试验能尽早暴露问题，及时改进。然而，想法虽好，但试验飞船从何而来？
“大家说说吧，怎么才能保证试验飞船按时上天？”戚发轫的话说完了，但却无人应答，一时谁也拿不出有效的方案，只好选择沉默。
“既然打不了正样，不行就把初样电性船打上去吧！”这句话一出口，虽然声音很小，但却像一声平地春雷震醒了在场的每个人。
戚发轫抬起头，向声音传来的方向望去，提出这个建议的是一个刚刚参加研制工作不久的小伙子。
“戚总，我只是随便一说，您别生气”，看到戚发轫紧锁的眉头，小伙子怯生生地说。“不，你说得有道理。”戚发轫从思考中醒过神来，这才想起来，自己的眼神可能吓着小伙子了。他笑着站起身来，走过去拍了拍小伙子的肩膀，转过头来对袁家军说：“我看咱们就这样定了吧，用电性船改装，按时首飞。”
电性船简单地说，就是仅用于地面电性能测试的试验飞船，其性能与上天的飞船相差很大。将电性船改装成试验船进行发射，等于跨越了一个研制阶段，跳过许多要做的试验和程序。
这样的改装在中国航天史上从来没有过，风险无疑是巨大的。不少人为此犯嘀咕，这样的飞船上得了天吗？谁敢去冒这个险？即便是总设计师，戚发轫也不敢说他有多大的把握与胜算，但这可能是实现“争八保九”的唯一办法。 曾经沉寂的会场开始变得热闹起来，所有的话题都围绕着怎样改装飞船展开了。袁家军想了想之后，对改装细节提出了设想：“电性船上的很多电器都是非上天产品，必须进行正式上天条件下的环境试验。机械件、模拟件按照上天产品的要求，寻找替代品或重新投产。”王壮和郑松辉提出了一个建议，把飞船的13个分系统简化成8个，组成一艘最小配置的飞船。具体地说，就是结构与机构、热控、导航与控制、测控与通信、数管、推进、电源和回收8个分系统必须保留，其他的5个分系统可暂时不在这次考核之列。戚发轫最后决定采用这个建议，先确保飞船能上得去、回得来。
虽然13个分系统简化成8个，已经大大减少了工作量，但是改装任务依然很艰巨。飞船到底能不能上天，推进分系统是关键。飞船上大大小小的发动机有52个，飞船与火箭分离后，全部的动力都来自推进分系统，飞船返回地面时需要进行的“刹车”，也是由推进分系统提供动力。确保飞船推进分系统的可靠性历来是航天器安全指标里的重中之重。据统计，世界载人航天史上的重大故障中，推进系统占的比例超过四分之一。我们的飞船发射升空后，是否能稳定飞行、准确变轨，是否能按照地面的指令实施制动和返回，这些都取决于发动机的工作情况。所以，即便是改裝，推进分系统的产品也必须是货真价实的正样产品。
根据国外惯例，飞船上天前，发动机需要进行10万秒的试车，就是按照中国其他航天器的要求，也至少需要几万秒的试车时间。然而，这时飞船的主发动机只进行过一次930秒的高空试车。
尽管上海航天局负责这两个系统的研究单位夜以继日地一步一步往前赶，但对于“争八保九”要求而言，在总体进度上，还有一定的差距。如果推进系统还按原来的计划，至少还需要4年时间，到2000年之后才能生产出飞船的发动机。
正是这样，促使沈荣骏一定要亲自去一趟上海。
在机场等候沈荣骏的人，是载人飞船系统的副总指挥兼副总设计师施金苗。施金苗是“863计划”的论证专家之一，长期负责上海地区的运载火箭研制工作，是“一箭三星”技术的主要设计师。载人航天工程立项后，施金苗负责上海地区的飞船推进系统、电源系统、测控通信系统以及推进舱的技术和项目管理。他对载人航天的感情就像对待自己的孩子一样，比谁都担心因为飞船的原因而耽误整个工程的进度。沈荣骏的到来，或许能让研制进度再提升一大块，但随之而来的，一定是一次凤凰涅槃般的攻关，这让施金苗既高兴又焦虑。
“我是来要军令状的。”沈荣骏一见到施金苗，没有一句客套话，便开宗明义地点明了这次到访的目的。
“我带您先到一线看看吧。回来咱们再说。”施金苗没有立刻给沈荣骏肯定的答复。他心里明白，回答这个问题，不能说不行，必须回答行。但这个“行”必须建立在科学论证和科学决策的基础上，一向严谨的施金苗不能不切实际地拍这个胸脯。沈荣骏看出了施金苗的心思，微微笑了一下，说了声：“那就走吧！”施金苗默默地陪着沈荣骏走遍了每一间实验室和每一座生产厂房。无论走到哪儿，沈荣骏反复说的都是同一句话：发动机是飞船的心脏，无论如何都要让它按时跳动起来。
考察过程中，沈荣骏发现，上海航天局拖延时间的原因，不是技术上不行，而是试验做得不够。试验需要时间，时间就是工作量，通过加班是可以解决的。至于条件差点，可以想办法改善。参观归来，沈荣骏心里有了数，连夜主持各分系统的“两总”会议，开门见山地说：“‘保九’是我们向中央的承诺，必须得实现。现在的短线就是上海航天局。我经过考察，认为你们经过努力是可以赶上进度的。希望你们能够顾全大局，千方百计赶上进度。从现在起，你们要钱给钱，要条件给条件。你们说怎么样？”
沈荣骏话一说完，就要求上海航天局的领导和施金苗立即做出承诺。会议室里一片沉寂，领导和专家们有的用手撑着前额闭目凝思，有的用牙齿紧紧咬住手中的笔杆……谁也不吭声。这种场面让施金苗感到非常尴尬，他想开口打破这种沉寂，但军中无戏言，没有十足把握的施金苗左右为难，迟迟没有开口。“老施，怎么样？你说！”沈荣骏直接点了施金苗的名，施金苗不表态就不散会。决不让工程在我们手里误事，是施金苗一直强调的。想到这一点，他硬着头皮说了句口头禅，“办法总比困难多”。
施金苗之所以这么说，是因为在陪沈荣骏考察的这两天时间里，他在心里默默地算了一笔账。他列清了所有的差距和困难，逐一考虑了解决措施，其中包括：产品加工短线迅速外协生产、试验测试能力加强、采取人休息而产品不休息等一系列生产组织管理办法，落实质量保障措施来确保后续工作一次成功等质量管理办法，加强组织调度力量，等等。如果采取这些措施，风险虽然很大，但拼一拼还是可以完成任务的。除此之外，施金苗还有另外一份盘算。如果这次攻坚成功了，将为上海航天局今后承接载人航天工程项目赢得良好的信誉，是一次锻炼队伍、培养人才的好机会。想到这里，施金苗决心要搏一下，啃下这块“硬骨头”，他向沈荣骏承诺：“我们一定千方百计地在1999年把试验飞船做出来，载人航天的列车决不会在上海晚点。”负责飞船发动机研制的801所所长黄瑞生、主任设计师臧家亮见施金苗表了态，也咬着牙说，“我们801所一定全力以赴，决不拖工程后腿”。
沈荣骏心里的一块石头总算落了地，他高兴地竖起了大拇指，“好，太好了！我们齐心协力，‘争八保九’，后墙不倒！”随后，沈荣骏宣布：“试验飞船的发射，按照原计划进行。”
把电性船改成无人试验船，等于抓住了工程当时最关键的环节。但是，接下来的事情并没有这么简单。工程“两总”联席会议还没有召开，就遭到了一些专家的反对，说沈荣骏是“蛮干”，甚至毫不客气地批评他，“初样怎么能上天？你这是违反科研程序！”沈荣骏对来向他汇报的人说：“第一，试验飞船是相对简化的飞船，主要系统都在上边，其他系统工作量实在完不成的，又不是急需的，这次先不上。第二，上船的产品全部按正样验收。这怎么叫违反科研程序？”随后，沈荣骏对有关同志说：“我的解释就到这儿，‘两总’会议之后，不管他们再说啥，定下来就干！” 根据沈荣骏的指示，中国空间技术研究院立即召开了飞船系统的总指挥、总设计师联席会，正式向总指挥部提交了《用电性船改装成试验船的建议》，此报告一上交，从沈荣骏到戚发轫再到施金苗，便再无退路。
1998年1月9日，载人航天工程总指挥、国防科工委主任曹刚川主持工程总指挥、总设计师第15次联席会议，正式决定：1999年利用长征二号运载火箭首次发射试验的机会，发射一艘试验性飞船，并同意以电性船为基础进行改装。会后，曹刚川和刘纪原联名给李鹏总理写信报告了这个决定，不久后，方案便获得中央专委的批准。
方案通过的那天，沈荣骏对大家开玩笑说：“从现在开始，从我做起，只有星期七，没有星期天！”整个飞船系统就像一部开足马力的机器，高速运转起来。沈荣骏叮嘱工程有关部门，如果上海航天局有什么困难，一定要全力以赴地解决。
施金苗更是一诺千金，背水一战，不仅重新分配了各部门的任务，下达了死命令，规定了完成的期限，还和科技人员一起商量方案，对关键的技术项目进行现场指导。在施金苗的“高压政策”和身体力行下，一场与技术难关较劲、与时间节点赛跑的战斗在黄浦江畔打响了。
各分系统的技术人员一方面抢试车进度，另一方面加紧生产产品。飞船推进系统进入了试验与生产同步进行的程序。801所承担着飞船上52台发动机和管路系统、气瓶、储箱、特种燃料加注等任务，在黄瑞生和臧家亮的带领下，经过充分试验，达到了预期目的。电源系统在主任设计师方国隆的主持下，利用土制的大真空罐进行了多次试验，攻克了太阳能帆板在阴影低温区展开锁定的技术难关。随后，金属膜片式贮箱技术难关被攻克；42公里高空模拟试车台建立起来；推进系统试车一次成功；数字图像压缩技术被攻克……施金苗带领的研制队伍只用一年的时间就完成了两年的工作量，为飞船如期首飞赢得了宝贵的时间。
与此同时，在北京的中国空间技术研究院，年轻的卫星专家杨宏被任命为电性船的总体技术负责人，他协调、理顺了飞船总体电子设备与总装、结构的关系，使电性船成为电子设备与结构、机构相容的一个整体。1998年11月，杨宏以电性船为载体，成功地进行了整船级的电磁兼容性試验，检验了飞船自身以及飞船系统与火箭、发射场等其他系统间的电磁兼容性，拿到了飞船的电磁兼容数据。
在电性船改装的过程中，非重点的5个分系统也不想错过这次上天试验的机会，他们的总指挥和总设计师们一次次找到戚发轫，向他请缨要求参加任务。经过飞船系统“两总”会议研究，戚发轫同意了这5个分系统在不影响主系统试验的前提下，可以上船。这样一来，这艘飞船实际上已经是一艘完整的飞船了，只是5个非重点分系统没有参加考核而已。
在载人航天飞行过程中，安全返回是飞船要经受的最后一道考验。在世界航天史上，飞船返回和着陆阶段是航天员罹难最多的阶段。从1967年到2003年的30多年间，全世界的航天员在返程途中一共牺牲了11人，占所有遇难者的一半之多。
返回着陆段的危险主要是三个方面：变轨发动机出现故障；降落伞发生问题；着陆缓冲发动机不工作。
变轨发动机出现故障怎么办？一、三发动机出现问题，有二、四发动机替补；4台发动机全部出现故障，还有另外8台小发动机，足以让飞船完成制动调姿，返回主、副着陆场。
降落伞发生问题怎么办？飞船上备有2套降落伞，按正常程序，主伞应当在距地面6公里的高度上打开。如果这时主伞不能正常工作，返回舱里的静压高度控制器就会自动启动开关，迅速切换到备份伞系统开始工作。
着陆缓冲发动机不工作怎么办？设计人员在返回舱底部安装了1台γ高度仪和4台缓冲发动机，当飞船距地面只有2米左右时，γ高度仪发出信号，指挥缓冲发动机点火，飞船落地速度减到了2～3米/秒，保证航天员安全着陆。万一发动机不点火，航天员的座椅下方还有一个胀环式的缓冲器，用来吸收震动的能量，保护飞船落地时航天员不会因为反弹而被蹾伤。
尽管一切准备工作都朝着“零故障、零缺陷”的目标努力，但受到客观条件限制，载人飞船工程的可靠性指标只能达到97%，仍然会有3%的意外可能发生。所以，飞船和火箭的设计师们必须为航天员的生命安全铺设最后一道防线。航天员一旦出现危险，能有一把起死回生的“撒手锏”。为了这个目标，飞船应急救生系统的主任设计师李颐黎和他的攻关组，从大气层内到大气层外救生，从境内到境外救生，从陆地到海上救生，把其间每一分每一秒中可能影响航天员安全的各种因素件件揽入胸中，一一制定了相应对策。
万一返回舱不能在预定地区着陆，返回舱里为航天员准备了远距离呼救电台、GPS定位仪、406示位标、信号枪、太阳反光镜、光烟信号管和海水染色剂等救生物品。返回舱落地后，“接头信号”就会立即发出。信号有两种，一种是闪光灯，一种是染色剂。闪光灯以每分钟闪动55下的频率发出白色的闪亮，可以连续闪光25小时，为夜间搜救准确提示返回舱的位置信息；染色剂由荧光素钠盐构成，溶于水中后迅速形成一大片绿色荧光区，在白天更便于救援飞机在高空发现目标。除此之外，返回舱内还备有急救药包、蛇伤自救盒、蚊虫驱避剂、食品和饮水、指北针、抗风火柴、防尘太阳镜、引火物，以及救生船、渔具、驱鲨鱼剂、抗浸防寒漂浮装备、救生手册等，特别为航天员配备了救生用的手枪和生存刀。
飞船的研制需要模拟它在太空中的真空状态，就得建造一种能够将整艘飞船放进去试验的空间环境模拟器，这是载人航天工程必备的八大实验室之一，也是当时飞船系统面临的难度最大的项目之一。戚发轫带领专家们组成多学科的研制队伍，选择一流的企业和一流的施工队伍进行大协作，用了长达3年的时间，终于解决了超大法兰盘、超大封头的成形、焊接和大型构件现场精加工等多项技术难关，完成了这项国家重大科研项目。 1999年盛夏的一天，随着一座高22.4米、直径12米的空间环境模拟器的巨大密封门缓缓开启，如同凤凰经历洗礼的试验飞船，以完美的涅槃通过了全部电气系统的严格测试。
然而，这时的飞船还只是一个躯壳。专家们还没有编好能让它的大脑活起来的控制程序。按照惯例，这些程序需要经过相当长一段时间的调试才能逐步完成。但这时距离1999年结束仅剩下5个多月的时间。根据以往的经验，这点时间别说是完成联试，就连程序编写也远远不够。无奈之下，戚发轫又做出了一个破天荒的决定，把原计划在北京进行的编程和调试工作转移到发射场，一边编程、一边测试，一边试验，一边演练。7月23日，装载着试验飞船的专列从北京出发了。8月15日，长征二号F火箭也装上专列驶向大漠深处。在热浪滚滚的戈壁滩，戚发轫带领试验队昼夜兼程，用了4个月的时间，提前完成了飞船的全部技术流程的演练，并与火箭和发射场系统进行了成功对接。至此，立项已7年之久的中国载人航天工程终于有了一艘达到上天要求的试验飞船。
科学创新的空间平台
探索太空奥秘，寻找可利用的空间资源为人类服务，开拓继陆地、海洋、大气层之后的第四生存空间，是开展载人航天应用的永恒目标。如今，载人航天作为探索空间、利用空间这一综合性高科技领域的前沿，成为世界各航天大国竞相发展的热点。
1987年，对于中国开发太空资源的事业来讲，是一个值得纪念的年份。在科技强国的国策下，航天科技工作者以返回式卫星为平台，迈开了开发利用太空资源的脚步。之后，他们在返回式卫星上，开展了80多项材料加工、生命科学和生物学方面的研究，进行了300多项不同形式的搭载试验，形成了一支以中国科学院为主，多家航天研究院所、高等院校共同参与的空间微重力科学应用实验研究队伍。
距离地球1000倍的地球半径的空间，就是微重力环境。在微重力环境中，重力水平只有地球表面处的百万分之一。在微重力环境中运行的飞行器上，会产生一种奇妙的现象，任何自然的东西在上面都会飘浮起来，这就是微重力状态。在这样的状态下，可以进行地面上难以进行的科学实验，利用微重力环境中的科学规律，把地面上被重力掩盖掉的许多现象揭示出来。
在飞船上天之前，先采用能够形成微重力环境的方法进行“彩排”，是科学家们长期以来渴望的机会。
20世纪80年代，在“863计划”的支持下，一批具有前瞻性认识的科学家走进了空间科学研究这个新领域，利用返回式卫星开展了空间科学探索性研究，但那时的空间应用实验是零星的、附加性的。直到载人航天工程启动后，才开始了真正有计划、成规模、涉及领域比较全面的空间应用实验，并系统研究载人航天及其应用的发展战略和规划。
20世纪80年代中期，著名科学家林兰英院士在进行新一代高速集成电路和光电子器件基础材料砷化镓的研究时遇到了困难，试图与国外同行进行真诚的合作，但却遭到了无情的拒绝。无奈之下，林兰英决定利用中国的返回式卫星去太空中寻找答案。于是，她与中国空间技术研究院院长闵桂荣和返回式卫星的总设计师王希季取得了联系。
林兰英的这个想法得到了闵桂荣和王希季的支持。1987年8月5日，中国首次搭载空间材料加工炉的返回式卫星飞上了太空。令人鼓舞的情景随之发生了，用降温凝固法在空间生长出直径和长度各约10毫米的掺碲砷化镓单晶体，其生长速度比地面快，杂质却明显减少，组分分布均匀。林兰英用在太空所获得的单晶制成了低噪声金属栅场效应管，与地面上生长的同类器件相比，噪声系数低31%，相关增益却要高23%。
1997年，林兰英在第17颗返回式卫星上第5次进行了搭载试验，生长出直径20毫米以上、长度超过40毫米的半导体砷化鎵单晶，使我国在大功率微波元器件和大规模集成电路应用方面取得了突破性的成果。
在这颗返回式卫星上，中国空间技术研究院还与日本早稻田大学联合进行了一项铟镓锑晶体生长及扩散机制实验。卫星返回后，搭载样品完好无损，遥测数据齐全。专家们欣喜地发现，锑化铟晶体在地面生长有明显的杂质条纹，而在空间生长试验，不仅克服了这个问题，而且电阻率的均匀性比地面样品提高了一个数量级，结构完整性也大为提高。
载人航天工程立项后，根据飞船的设计，轨道舱在飞船返回后将继续留轨飞行，这就为开展探索性、前瞻性和体制验证的空间科学与技术试验提供了独特的试验平台。从此，中国科学院把开展空间科学与技术试验作为一项基本任务，动员和组织了上千名科学家成立了飞船应用系统。航天科工集团、中国电子集团公司、国家海洋局、中国气象局等单位也参加了其中的部分研制任务。
作为我国规模最大、涉及领域最广的空间科学与应用工程，毕竟不是一个纯粹的科研攻关课题，由学术带头人组织攻关就行了，必须由一个强有力的班子来进行决策指挥和协调。
应用系统包括中国科学院在内的40多个研究所，集中了众多高水平的科学家。他们领受的具体任务是开展空间对地观测、空间科学研究和技术试验。1992年，中国科学院力学研究所的研究员胡文瑞院士受中国科学院的委托，担任“载人飞船应用系统技术经济可行性”论证组组长，在他的带领下，历经半年的论证，确定了应用系统在飞船的主载荷及其主研项目，包括对地观测、空间遥感、空间生命和空间监测和预报等，还有天上、地下技术支持系统。这些项目都瞄准了国际科技前沿，针对了国家战略需求。
中国科学院高技术局局长张厚英是应用系统的第一任总指挥。这位工程专家曾因出色参与组织北京正负电子对撞机这一巨大的科研工程而为世人所知。姜景山、胡文瑞、赵双林、杨文鹤、潘厚任、顾逸东任副总指挥，龚惠兴任总设计师。
龚惠兴为应用系统的方案论证和规划付出了大量的心血。由于应用系统是一个实用性的系统，与人们的生活、环境息息相关，龚惠兴利用载人飞船，安排了6大领域的28个项目的研究任务。其中包括对地观测和遥感应用，空间生命、材料科学和微重力流体物理，空间天文和物理，空间环境预报和监测以及天地技术支持系统。确定这些项目的同时，龚惠兴还组织起了一支设计师队伍，划分了各项任务之间的分工界面，给他们出了一份难度极高的考卷。 但由于龚惠兴院士当时在上海工作，而工程研制任务又很重，对于总设计师的工作有许多不方便。正在日本文部省宇宙科学研究所做高级访问学者的顾逸东奉命提前结束访问交流，赶回北京，接替龚惠兴担任空间应用系统的总设计师。1999年初，年满65岁的张厚英辞去总指挥的职务，顾逸东又兼任了总指挥一职。
顾逸东是著名经济学家顾准的儿子，他1970年毕业于清华大学工程物理系，原来的专业是宇宙线物理学和高能天体物理试验研究。1977年起，他曾组织领导了我国高空科学气球系统的建立，组织指挥了一百多次高空气球科学探测和试验，解决了气球设计研制中的关键技术问题，推动了我国高空气球科学探测，开拓了系留气球等应用气球技术领域。
顾逸东受命之时，应用系统刚刚完成技术调研，即将进入方案设计和模样阶段，是研制最为关键的时期。
太空在自然科学意义上的概念，是指大气层以外的整个空间。要在飞船上开展空间科学实验和应用研究，就要做出相应的仪器设备。按照工程计划，应用系统要研制135种188件设备，开发50多个软件。从科学技术的角度看，涉及学科多、领域宽、系统复杂，一些重大设备代表了国内最高技术和世界先进水平，研制难度更大；在目标和方案上，还要尽量体现国家需求与创新的有效结合。
顾逸东上任之初，发现对于几乎所有的有效载荷，他们都没有研制经验。特别与其他系统不同的是，每一艘飞船的空间应用的内容都不一样，有效载荷的配置也不相同，相当于4颗卫星的工作任务。
顾逸东从自身发展基础和国家科学发展的重大需求出发，有计划、成规模地安排了一期工程中的空间科学实验计划。这个计划涵盖了当时国际上学科前沿的若干重大项目，瞄准在未来10～20年间建立一套面向世界科学前沿、有一定规模的空间实验技术。
自从光学机械扫描仪和推帚式扫描仪被广泛应用到遥感探测之后，科学家一直在努力使遥感器的光谱分辨率更精细。如果能做到这一点，意味着遥感探测能更真实、更精确地反映目标的光谱特征，从而深化对地球万物的识别和精细分类。
20世纪80年代，遥感专家实现了这一设想，并在以飞机为平台的航空遥感中首先使用，取得了令人瞩目的探测成果，也使这一技术显现出巨大的应用潜力。如今，以这项技术为核心，已发展出一门专项遥感技术，这就是成像光谱遥感技术。
应用系统的对地观测，通俗地讲，就是从飞船或卫星上看地球目标，照出它的图像，测出光谱数据。飞船轨道离地面太远了，还隔着大气层，大气层下面还有风云雨雾，显然靠人的视力是无法完成的，但是，用科学仪器造就的“火眼金睛”却可以实现。这就是中分辨率成像光谱仪和多模态遥感器等空间对地遥感仪器。
地球上所有的物质都有一种特性，可以发射或辐射出从可见光到短波红外光，再到微波的能量，因此，分波段地探测地物目标，可以获取更加丰富的信息。中分辨率成像光谱仪就是利用这个原理遥感海洋、大气、陆地等地球目标，在拍摄图像的同时，获取目标的连续光谱，它可以在飞船上分辨出地球上的这一片是沙土还是泥土、是水稻还是小麦，还可以分辨出河流和海洋是否有污染、是什么污染……
成像光谱仪最神奇的特点是“图谱合一”，当它对物体成像时，同时能获得该物体的光谱特征。通俗地讲，一台成像光谱仪相当于许多台数码相机，这些相机在同一时刻对同一目标进行拍摄，每个相机负责收集很窄的一段光谱波段内的目标图像，并且这些光谱波段是连续的。这种光谱仪是目前世界上公认的监测地球环境最有效的空间遥感仪器之一，它的研制自然也是科学界公认的尖端难题。在任务立项之时，世界上还没有一台这样的仪器在太空中运行。
光谱仪的设计任务交给了中国科學院所属的上海技术物理研究所，第一任主任设计师搞到一半时，身体受了伤，遗憾地退出了研制，而其他的技术人员因为时间紧、技术难度大而无人愿意接手。原计划的研制进度无法保证，工程形势顿时变得严峻起来。
光谱仪是神舟三号任务的主载荷，在中央专委是挂了号的。1999年冬，载人航天工程办公室在《任务情况通报》中点了光谱仪的名。工程总指挥部向顾逸东下了死命令，无论如何都要保证光谱仪的研制速度不能影响工程进度。
接到这个通知，顾逸东心急如焚，在一次工作会议上，他向上海技术物理研究所的副所长徐如新发了火，逼着他立下“军令状”，重新“点将”继续攻关。
尽管徐如新表态说：“我愿立这个军令状，确保工程的完成。”但他内心其实并没有想好合适的人选来担此重任。
消息传到正在外地出差的研究员郑亲波的耳中。
1944年出生的郑亲波毕业于浙江大学精密光学仪器系，当时是中国科学院上海技术物理研究所的副总工程师，也是风云三号气象卫星的副总设计师。
郑亲波从方案论证时起，就断断续续地做着光谱仪的研究，对它有着一种难解的情结。他知道在遥远的太空，刚刚发射的一颗美国的EOS卫星正在运行，里面就装着一台成像光谱辐射计，这在当时是世界上独一无二的。另外，欧共体空间局也在加紧研制类似设备，几个月后就将进入太空。
郑亲波意识到，陆地、海洋、高山、湖泊，能否对这些资源留下光谱图像加以开发利用，已经成为一个国家科技进步水平的标志。从这个意义讲，光谱仪已经不仅仅是一个科研项目，还是国家的战略需要。作为一个科学家，特别是一个航天科学家，如果不能走出象牙塔去参加国家的重大工程，不说是一种悲哀，至少也是一大遗憾。
想到这里，郑亲波拨通了徐如新的电话，主动请缨担此重任。徐如新喜出望外，立即打电话告诉了顾逸东。顾逸东听到这个消息，也由衷地笑了，因为郑亲波正是他心目中最理想的人选。
不久，郑亲波就被任命为光谱仪分系统的主任设计师，率领队伍继续攻关。这是一支160人的队伍，为了这一台光谱仪，他们奋斗了整整十年。这期间，社会上和研究所有不少人出国留学或进行学术交流，但这160人中却没有一个踏出国门，他们不是没有机会，而是为了光谱仪能飞向太空，选择了放弃。 光谱仪的一个重要部件——红外焦平面探测器，外国对中国是禁运的，这个部件能够敏感到几百甚至上千公里外一根火柴所发出的热量，但是需要在零下173℃的极低温度下才能工作。能够实现这样低温要求的制冷机的活塞杆和活塞桶间隙只有头发丝的十分之一，而且不能有任何摩擦，听起来简直不可思议。4年攻关，研究资料堆积成山，最紧张时，他们连续108天吃住在实验室，终于研制成功了中国人自己的高质量红外焦平面探测器和精密制冷机。
郑亲波最终没有辜负工程总指挥部的厚望，没有辜负研究所的期望，也没有辜负自己的诺言，他把光谱仪成功送上太空的时间，比欧共体只差了27天。
世界上任何物体，无论何时何地都在发射微波，都是“明亮”的，所以，不管在什么地方的物体，无论在什么时候，都可以被拍成照片。人类在开辟太空时代以前，只能靠地面的局部条件和环境观测地球、靠最简单的望远镜观测空间，因而看到的也只能是“冰山一角，九牛一毛”。如果能在太空中有一只“火眼金睛”，就可以穿云透雾，测量海面高度，测出海洋洋流，测定海面风向和风速，研究海洋和预测全球气候。应用系统研制的多模态微波遥感器，便是这样具有展示度和显示度的重要对地观测项目产品，按照计划，是神舟四号飞船上试验的主载荷。
为了这台多模态微波遥感器，姜景山院士倾注了整整15年的心血。
姜景山是吉林延边的朝鲜族中唯一的院士，他1962年从苏联列宁格勒电子学院无线电技术专业毕业。1981年，作为中国科学院的访问学者，姜景山来到美國的堪萨斯大学，同世界著名的科学家、微波遥感技术的创始人R.K.莫尔教授一起进行科研工作。在那里，他和莫尔教授合作，共同在世界上第一次提出《遥感地物微波介电性现场测量方法》的新原理，为世界遥感技术的发展做出了重要贡献。
20世纪90年代，应用系统还处于论证阶段时，姜景山就先后担任了项目论证组副组长、副总指挥、国家“863计划”航天领域空间科学及应用专家组组长。当时，多模态微波遥感器在“863计划”中还只是一个科技创新的概念。姜景山为它做了前期研究，列入了神舟四号飞船的试验主载荷项目后，才把它正式变成了工程产品。
1995年初，应用系统按照设计方案做出了模样机，但重量、体积都大大超过了总体指标，大约有500公斤，总体部要求初样产品要降到120公斤以内。
总体部代表着中国科学院行使应用系统行政、技术方面的组织协调职能，是专门为载人航天工程专项任务设立的，可以说是工程技术的核心管理机构。
对于总体部的这个决定，攻关组的专家想不通，“根据资料，美国最初的遥感器也有500公斤重，我们为什么不行？”面对大家的质疑，姜景山却接受了这个现实，为了整体的需要，他耐心地给大家做工作，解除了大家的思想包袱，决定按要求一点一点地往下减。
但“减重”不是一件容易的事情，因为每改变一次结构及电布局，都要重新做环境试验，每个周期都要一个月时间，其中至少还有7天需要白天黑夜不间断地连续通电。而“减重”究竟需要多少个周期，谁也说不清。姜景山带领攻关组一次次推翻设计方案，一遍遍重新计算数据，所有参试人员每个月都要值好多次夜班。一个周期过去了，又一个周期过去了，经过无数次的实验，遥感器的重量终于达到了总体部要求的120公斤，但时间整整过去了两年半。
1997年末，姜景山如释重负地把做多模态微波遥感器正样机的申请报告呈送到应用系统总体部，但却没有收到任何批复。几天后，总体部突然派来了一个年轻的副总师，宣布了一个出乎所有人意料的决定，“为适应飞船工作运行模式，你们的运控模式也要改变。”听到这个决定，设计人员全部惊呆了。如果这么一来，遥感器的硬件和软件都要重新改动，有的还得重新设计。副总师的话还没有说完，攻关组的成员便已火冒三丈。经过两年半的结构改变，大家早已身心疲惫，从心理和身体上都再也经受不住折腾了，认为这纯粹是总体部故意找碴儿涮他们，更有人急红了眼，用极不礼貌的语言顶撞那个副总师，“你们总体部就知道瞎折腾，我们这是按姜院士的设计做的，你算老几呀？”
面对众人的起哄，副总师脸上有些挂不住了。总体部的权威受到了挑战，可论业绩比资历，副总师都无法与姜景山相抗衡，虽然心里不高兴，但却无言以对，只好一声不哼地回去了。
姜景山知道了这个消息后，也发了火。但他的火气不是因为总体部苛刻的决定，而是自己团队成员莽撞的态度和幼稚的想法。姜景山把项目总调度王栓荣、副主任设计师郑震潘和总体组长张德海叫到自己的办公室，把火压了下来，给他们讲了一个故事。当年，拿破仑进攻英国时，智囊团里有个人叫富尔顿，他建议要打英国必须先改造法国舰队，并且建造蒸汽轮船代替旧木船。但拿破仑不听，还坚持用普通木船，结果船队刚一下海，就全军覆没……
故事讲完了，姜景山问大家：“你们知道我为什么要讲这一段历史？”大家面面相觑，谁也不吭声。姜景山笑了一下，继续说：“总体部就是指挥部的智囊团和参谋部，是工程的龙头，人家的决定体现的是指挥部的意图，我们只能无条件服从，而没有第二个选择。这么大的系统工程没有总体部协调，底下的人本事再大，也将是一盘散沙，一事无成。”
“姜总，这个道理我们都懂，可两年半的时间就这么白白浪费了吗？”大家还是有些不太甘心。这句话也说到了姜景山的痛处。“多模态微波遥感器从概念创新到变成工程实施，又从500公斤降到120公斤，我们一起经历了无数个不眠之夜，承受了难以想象的精神压力。我们中的人，有的青年变中年，有的从满头黑发变成银丝罩顶。特别是减重这一仗，我们打得太艰难了……”姜景山的声音变得有些哽咽，指着自己的满头白发说：“你们看，这几年我的头发也白了。可我们不能因为自己太辛苦了，就不顾总体，不管大局，就不服从上头的决定。”姜景山说到这儿，大家都纷纷点头，心悦诚服地接受了这个事实。“我们知道错了，可是总体部的人已经走了，怎么办？” “明天，我去把人家请回来。我们坚决按照总体部的意见，从硬件到软件，一项项地改。”思想统一了，姜景山强调说：“今后，凡是总体部下达的技术指标，我们都要当作命令不折不扣地执行，说改就改，不打折扣地执行！”
当晚，姜景山拨通了总体部领导的电话，对白天发生的事诚恳地表示了歉意。
第二天，总体部的那位副总师再次来到了研究室。姜景山和研制团队的全体成员用友善的笑容和热情的握手对他的到来表示欢迎。“下命令吧”，姜景山真诚地对副总师说。副总师传达了总体部对修改运控模式的具体要求，依然是时间紧、任务重。这时，距离春节只剩下了几天。姜景山代表大家表了态：“今年春节不过了，按照总体部的要求，不达目的誓不罢休！”
春节真的到来时，姜景山还是让大家休息了一天。从大年初二起，他们就来到办公室，开始了夜以继日地工作，这一干又是整整半年。盛夏时分，姜景山终于和大家一起按照总体部的要求修改了方案，完成了初样机。
宇宙中有无数颗恒星，会有许多神秘的射线暴发现象，伽马暴是其中的一种。伽马暴是宇宙中一种异常奇特和神秘的天文现象，是一种能量超乎寻常的大爆炸。这种大爆炸在几秒钟或几百秒之内爆发辐射出来的总能量，至少相当于太阳在相同时段内辐射总能量的100亿倍。科学研究发现，伽马暴有可能是导致地球在过去10亿年间出现生物大灭绝事件的疑凶。美国的“威拉”卫星在1972年监测核爆炸时，利用伽马射线探测器第一次捕捉到了来自宇宙中的伽马暴现象。爆炸射線的能量大得惊人，当时的中国和苏联都不可能有这么多的原子弹同时爆炸。因此，科学家们分析认为，这种能量只能来自宇宙空间。迄今为止，全世界有记录的伽马暴达4000多次，伽马暴也成为天文学中最热门的话题之一。
对伽马暴的产生机理，国际上有几种主流认识：一种观点认为，它来自宇宙黑洞，在吞噬宇宙中的星球时，喷射出大量的伽马射线，将来地球也将被它吞没。另一种观点认为，伽马暴可能是两个相互吸引的中子星球经过上亿年的吸引，最终碰撞在一起，发生宇宙间的大爆炸。还有的科学家认为，伽马暴是恐龙灭绝的罪魁祸首。
1972年，紫金山天文台的一位专家在一次天文讲座上说，美国人正在研究奇特的伽马射线，瞬间爆发的能量相当于一千亿颗十万吨级的原子弹同时爆炸。听到这里，正坐在台下的大学生马宇倩被深深地吸引住了，对这种现象充满了好奇。从此，她关注起了伽马暴，并开始了废寝忘食的研究，成为当时中国对伽马暴知识懂得最多的人之一。
大学毕业后，马宇倩如愿地被分配到中国科学院高能物理研究所从事研究工作。没有丝毫犹豫，她就把研究方向定位在了伽马暴上。随着研究的深入，马宇倩发现，伽马暴是一种超级爆炸，由于地球被稠密的大气层包裹着，就像太阳耀斑无法在地球上进行试验一样，探测伽马暴只能通过卫星在太空进行。为此，马宇倩只要有机会，就在不同的时间、不同的场合建议有关单位特别是航天部门开展对伽马暴的研究。终于，马宇倩的建议受到了关注，中国科学院高能物理研究所决定研制一台观测伽马暴的探测器，装载在1982年发射的中国第一颗天文卫星上。
10年时间过去了，马宇倩没有想到，到了1982年，虽然探测器的正样完成生产，达到了上天的要求，但由于国家财力不足的原因，天文卫星的发射计划被取消了。
项目虽然下马了，但马宇倩对伽马暴的研究却没有止步。她相信下马只是暂时的，等将来国力雄厚起来，一定还会发射天文卫星甚至宇宙飞船的，自己要做的就是时刻准备着。有人劝她，“即使中国真有一天飞船上了天，也不会上这个项目的。原因很简单，伽马暴离地球太遥远了，离现实生活太渺茫了，国家不会为你花这笔钱的。”
马宇倩不这么看。虽然距离遥远，在地球附近观测到的宇宙伽马暴流量是比较小的，一般不会对人类造成伤害。但对伽马暴的观测和起源问题的研究是空间天文学中最热门最前沿的课题之一，宇宙中有数以千计的星系，几乎每天都有伽马暴的讯息，我们不能不研究它。在马宇倩看来，物质结构、生命起源、宇宙演化是人类认知自身和认识自然必不可少的基础性科学。空间技术的发展，为人类打开了认识宇宙的新视窗，既然能用可见光以外的“眼睛”去看天，我们为什么不去看看呢？为什么不去填补空白呢？
马宇倩的愿望没有落空。又一个十年过去了。1992年，载人航天工程启动时，应用系统决定，在飞船的轨道舱里为伽马暴探测器留下一块空间，并任命马宇倩为分系统的主任设计师。同时决定由中国科学院高能物理所和紫金山天文台合作研制“太阳和宇宙天体高能辐射监测仪”，这台仪器包括超软x射线，x射线和γ射线三个探测器。
整整20年，马宇倩终于梦想成真了。
自然界无论是动物还是植物，一般都是由雌雄受精来产生新一代生命。植物是通过花粉进行雌性和雄性结合产生新生命；动物则是通过雄性的精子和雌性的卵子相结合产生新的生命。
如果不是利用花粉、精子和卵子，而是采用动物或植物的体细胞，能否在太空中进行人工手段的细胞融合，产生新细胞、新生命呢？这是上海植物生物研究所的著名生物学家刘承宪长期探索的新课题。这种细胞电融合的过程，被人们形象地称为“太空婚礼”。在此之前，在太空中进行的细胞电融合试验，世界上只做过三次，其中德国两次、美国一次。载人航天工程立项后，应用系统将其列为神舟四号任务的轨道舱试验项目，刘承宪被任命为应用系统细胞电融合子系统的主任设计师。
体细胞的融合在地面上做是很难的，因为地面有重力，细胞在溶液中容易沉淀，两种细胞很难发生碰撞，融合在一起的机会很小。而在太空的微重力情况下，细胞能够均匀悬浮，两种细胞碰撞的机会增多，融合结果就会比地面好得多。但要想在太空试验成功，必须先在地面上做好模拟试验。模拟试验是利用生物试验吊舱来完成的，从高空快速坠落的几秒钟内，可以产生同太空失重相似的微重力状态。如果在这一瞬间，细胞完成结合，并且形成新生命活着，就算模拟太空试验成功。 第一次吊舱试验开始了。天空中，一只巨大的气球在万米之上随风飘荡着，下面的生物试验吊舱急速地降落。随着坠落速度的加快，吊舱接连打开了两只巨大的降落伞。正在车里等候的刘承宪见状立即命令司机赶快追过去，边走边目不转睛地盯着那只黑色的生物试验吊舱，生怕有个什么闪失。
吊舱轻轻地落到地面时，恰好刘承宪刚刚赶到跟前，他和助手们跳下车一拥而上，急不可待地打开吊舱，实验样品完好无损，成功回收了。但在进一步的实验分析中，研究人员却发现了许多他们没有认识到的现象，刘承宪意识到，未来飞船上了天，真正进行太空实验时，也将要面临重重障碍。新的技术难关使刘承宪感到非常困惑，眼看着工程进度周期逼近，如果技术难关不攻破，就算飞船上了天，这项研究也会以失败告终。
更加不幸的是，一种巨大的痛苦向刘承宪袭来。已经连续多日身体不适的刘承宪在家人和同事的劝说下，去了医院，一纸化验结果通知他：肺癌晚期。沉重的工作压力和病痛把刘承宪击倒了，同事们围在他的病床前，忍住泪水安慰他。刘承宪虽然没有丧失希望，但知道自己已无法再挑起这副担子了，他对中科院的领导说：“把郑惠琼请回来接我的班吧。”
郑惠琼曾是刘承宪研究组的成员，她从安徽师范大学生物系毕业后，在上海植物生物研究所取得博士学位后，去美国科罗拉多州大学分子生物系做博士后，专门研究重力对植物生长的影响。
“她虽然不是我的学生，但出国前，我和她有约，学成一定要回来参加这场战斗，我相信她不会不守诺言。”刘承宪介绍完郑惠琼的情况后，把一封早已写好的信交给了领导。
两个月后，郑惠琼带着刘承宪的信，从美国回来了，一下飞机就匆匆赶到刘承宪的病床前，看着瘦骨嶙峋的刘承宪大哭不已。
刘承宪见到郑惠琼，欣慰地留下了两行热泪，“别哭，我把你叫回来，是因为我们的实验还没有完成，我思来想去，只有你能担此重任。”刘承宪挣扎着起身，从床头取出厚厚的一叠资料递给郑惠琼。“看来，我原来的那个先电泳、后融合的方法在飞船上是行不通的。你到过德国和美国，可以吸取两家之长，搞一个新的技术方案出来。而且，要比德国和美国的好。这些资料，希望对你有用。”
郑惠琼接过前辈的技术方案，久久没有说话。刘承宪明白郑惠琼内心正在矛盾，正在比较，正在抉择。他接着说：“细胞电融合能够培养出新的物种，具有广阔的社会前景和经济效益。中国不仅是人的大基因库，也是物种的大基因库。我知道这也是你的梦想，回来主持这个‘太空婚礼’吧。”面对刘承憲恳切的目光，郑惠琼哽咽着表了态：“您放心吧，我一定把细胞电融合搞成功，把‘婚礼’办好。”
这时，郑惠琼在美国6年的博士后学习才刚满3年，面对突然中断学业的决定，她的博士后导师一再挽留她，但却没有能够阻止她的决心。面对导师的不解，她对导师说：“风光永远在故乡，在美国再风光，我也是属于祖国的。现在祖国需要我、召唤我，我没有理由不回去。”
郑惠琼回国后，立刻开始筹办这场特殊的“婚礼”。她对比了美国和德国的经验，发现在太空中进行细胞电融合，自始至终都要保持细胞体的鲜活状态，为此必须进行多次换液，由融合液换成营养液，否则即使融合了，也不能形成新生命新物种。尽管在密封下很难做到这几条，但要成功，这些条件就必须满足。
郑惠琼没有辜负刘承宪的期望，找到了症结所在，很快就拿出了新的试验方案。她按照国际上通行的把烟草作为细胞融合亲本的惯例，从研究所培育的黄花一号和革新一号两种烟草中提取出活体细胞，进行太空模拟试验，开始走向成功。
正在这关键时刻，郑惠琼的公公婆婆双双得了病，她的丈夫是个军人，驻地远离上海，他们已多年两地分居。研究所为便于她全身心投入工作，曾派人到部队协商，想把她的丈夫转业安置到上海工作。但部队方面却不同意，说她的丈夫是个好苗子正培养呢，反倒劝说郑惠琼能到部队工作，了却她丈夫的心愿。协商不成，只好继续现状。不久后，丈夫被部队选送到北京的国防大学深造，郑惠琼更没有理由了。
郑惠琼是顽强的，性格中没有丝毫的脆弱。此时，搞细胞电融合已倾注了她大量的心血，她不能没有这个事业，举行细胞的“婚礼”就是她的全部理想，就是她的人生价值。夫妻俩只好继续天各一方，相守相望。她把家事安排好后，便四处出差搞调研、做试验，用行动期待着神舟四号飞船载着她的梦想上天的那一天早日到来。
……
相比之下，载人航天工程中，应用系统的工作与百姓生活关系最密切，他们的研究成果将广泛用于医药发展、食品保健、防治疑难病症以及工业、农业等各行业之中。上面所讲的，仅是应用系统众多科学实验项目中的一部分。除此之外，“微重力流体物理实验”“空间蛋白质晶体生长实验”“空间细胞培养实验”“空间生物学效应研究实验”“多工体晶体生长炉”等应用任务选题，也在胡文瑞、丰美福、刘学明、江丕栋、张仲纶等一批专家的主持下，相继取得了突破性的成果。
当然，这类试验成果的应用，将有很长的路要走。我国空间应用研究投入的经费不到美国的百分之一，与欧洲强国和日本相比也有很大差距，从整体上讲，还处于起步阶段。但是，我们在空间科学的研究和试验技术水平都能紧跟国际前沿，并有自己的优势和特色，更重要的是涌现了一大批高水平的专业人才。
航天服，中国造
如果说戈壁大漠中的载人航天发射场是飞船起飞的地方，那么北京航天城里的航天医学工程研究所就是航天员成长的摇篮。面对未知的宇宙空间，中国航天员将在这里完成从学步到飞天的人生跨域。
20世纪90年代，载人航天工程立项，北京航天城落成后，航天医学工程研究所从中国农业大学校址搬进了北京航天城。1992年12月12日，航天医学工程研究所召开了一次科研工作会议，国防科工委的领导宣布，载人航天工程航天员系统在这一天组成，他们承担的研制工作开始启动。
航天员系统承担的任务主要是，对航天员实施有效的医学监督和医学保障，研究航天环境因素对人的影响，提出相应的防护措施；研制并提供航天服、航天食品、医监医保设备和物品、个人救生物品和其他个人设备；提供工程设计所需的医学和工效学要求和数据，进行相应的医学和工效学评价；积累载人航天经验，为工程的后续任务进行必要的技術储备……
航天员怎么适应太空环境？怎样操作航天器？派谁去执行任务？上天后穿什么、吃什么、用什么……每一个问题的背后，都是中国人此前不曾涉及的新天地，也是航天员系统需要逐一攻克的难关。
人要上天，先要在地面接受相关的训练。航天医学研究所要攻克的第一个难关，就是在地面创造出与太空环境相似的训练环境。有没有一个设备能够模拟太空中的一切——超重、失重、热真空？答案是否定的。不同的设备只能模拟太空的某个要素或某个环境。虽然围绕“曙光号”任务，航天医学研究所曾建立了一些大型的地面模拟设备。但20多年过去了，大部分设备已经老化，无法达到工程新的要求。如果新的模拟设备不能按时完成，其他系统的工作就无法开展。
是立足原有的设备进行改造，还是迎难而上生产新的产品？航天医学工程研究所所长、航天员系统总指挥沈力平决心从头再来。“从总体上对模拟设备进行重新设计和布局。具体的任务分为：改造原有的一号舱、小环境、离心机、天象仪等，重新研制环控生保试验舱、模拟超重设备、航天服试验舱和高压氧舱。”
在沈力平谈到的这些项目当中，离心机最为重要。这台用于航天员超重耐力选拔和超重适应性训练、对舱载工程产品进行超重试验的设备，也是开展超重生理学和超重工效学研究所必需的基础设备。“714”工程之时，航医所曾经研制过一台68型离心机，但在试车时由于没有达到设计指标而无奈放弃。到了90年代之后，这台68型离心机的运行G值和速率更是无法满足需要。怎么办？设计人员中间形成了两种意见，一是自主研制，二是从国外引进。自主研制，既有风险又充满困难，能否如期完成不好确定；而从国外引进，时间和技术都可以保证。
沈力平决定先同国外的生产厂家联系联系看看情况。经过多方了解和沟通，国外的一家公司可以生产离心机，并答应按照150万美元的价格卖给中国一台。但在进一步的谈判中，沈力平了解到，这台要价150万美元的离心机，半径只有6米，是针对航空飞行训练用的低性能离心机，根本无法完成航天员的选拔和训练。而且，这台离心机的吊舱还只是个空壳，座椅、仪表等内部部件，都需要重新配置。这样一来，东西是买回来了，但技术上仍要处处被人家牵着鼻子走。更重要的是，我们的航天员训练一旦受制于人，将会像无底洞一般，从经费到技术都没有保障，何时是个头？还有一点，设备如果完全依靠引进的话，我们自己的人才队伍就得不到锻炼。意识到这个深层次的问题后，沈力平决定放弃国外引进的方案，以68型离心机为基础，完全独立自主研制。
1992年底，航天员系统成立了以张福冬、薛亮两位专家为技术负责人的研制任务组，分析总结68型离心机的优势和不足，提出了新的离心机的设计指标和技术要求。方案出台后，沈力平带着张福冬去找沈荣骏汇报情况，请求批准立项。沈荣骏非常赞赏他们的决定和勇气，很痛快地就批准了这个当初在论证期间没有安排的漏项任务。
除了离心机之外，全任务飞行训练模拟器也是迫切需要研制的大型设备。它模拟的是飞船从发射到返回着陆场的全过程和各种应急状态。从三舱结构到内部仪器，模拟器与飞船一模一样，通过视觉模拟、音响模拟的方式，让航天员通过舷窗可以看到苍茫的太空和下方的地球，也能听到从待发段到着陆全过程中的各种声音，还可以了解飞船的显示和操作，熟悉各种指令，进行各个阶段的正常操作和故障处理，如同飞行前的一个“彩排”舞台。
此外，在对飞船系统提供的初样飞船进行评价试验的同时，为了弥补工程设计的不足，航天员系统的专家对防护飞船有害环境因素的个人产品进行了研制，如航天员赋形缓冲减震坐垫、防噪声耳塞、座舱大气自动采样装置、舱内辐射环境监测仪等。与此同时，航天员在太空飞行中所需要的各种药品，日常生活中用的梳子、镜子、剃须刀、口腔清洁剂、纸巾、呕吐袋、照相机、胶卷、电池、手表、日记本、书写笔、手电筒等产品的研制也同时展开，这些产品看似零碎简单，但对保障航天员的生命安全、身体健康却有着重要的作用和意义。
1997年底，南昌飞机制造公司、中航工业集团株洲608所、九江造船厂和中国船舶研究所等单位经过紧张的工作，按时完成了离心机和超重模拟设备各部件的生产。1998年底，这些部件经过组装安放在了航天医学工程研究所的离心机楼内，随即投入使用。
在航天员系统所有的研制任务中，航天服是重中之重。航天服分为舱内和舱外两种。舱内航天服是在飞船舱内压力异常的情况下，马上充气加压，保证航天员在有效时间内安全返回地面的服装；舱外航天服是航天员进行出舱活动时穿着的。航天员将身体完全暴露在太空环境中时，舱外航天服就如同一个小型的航天器，提供给航天员适应生存和保证工作的环境。
1971年6 月30日，苏联的“联盟11号”载人飞船把3 名宇航员送到“礼炮 1号”太空站中停留了23 天。当飞船脱离“礼炮号”返回地面后，人们惊讶地发现三名宇航员竟然死在了自己的座位上。事故的原因竟是在返回过程中，由于飞船震动导致返回舱压力阀门在168公里的高度上非正常打开。短短几秒钟时间里，飞船内的气压就下降到了致命程度。遗憾的是，三位宇航员都没有穿舱内航天服，导致体内严重缺氧和体液沸腾而不幸身亡。在总结这次苏联有史以来最为惨重的事故时，专家们惋惜地说：“如果他们穿上航天服，这场悲剧是完全可以避免的。”所以，从那以后，舱内航天服就成为天地往返运输系统的标准配置。国际航天界也达成了一个共识——在所有复杂飞行阶段，如发射、变轨、对接和返回过程中，航天员必须穿上航天服。一旦飞船座舱出现意外失压，启动舱内航天服系统救生，可在6小时内保证航天员的生命安全。由此可见，航天服实质上是航天员进入太空后的一套个人防护系统，在飞船出现意外时，将成为他们生命安全的最后防线。 中国的航天服的研制工作从1968年就开始了。当时，20多名技术人员花费10年心血生产出一套舱内航天服。但因为“曙光号”任务的下马，这套航天服还没来得及缝制，就成了历史陈列室中的展品。
1992年，载人航天工程立项后，曾经参与“曙光号”航天服研制的老专家陈景山被任命为航天服分系统的主任設计师。在此之前，陈景山只是从一些宣传图片和发表的论文上看到过航天服的构造和基本原理，却无法详细了解它的内部构造和设备细节。因此可以说，陈景山和他的团队是在完全空白的基础上开始研制的。
工程初期，他们首先要攻克的是舱内航天服的研制生产。舱内航天服式样看似简单，但制作起来难度可不小。舱内航天服由三部分组成：一是限制层，由耐高温、抗磨损材料制成，用来保护服装内层结构，并使航天服按预定形态膨胀，保证航天员穿着舒适合体；二是气密层，用涂有丁基或氯丁橡胶的锦纶织物制成，有良好的气密性，防止服装加压后气体泄漏；三是散温层，与内衣裤连接在一起，有许多管道，采用抽风或通风将气流送往头部，然后向四肢躯干流动，经肢体排风口汇集到总出口排出，带走人体代谢产生的热量。另外，航天员穿戴的头盔、手套和靴子更加特殊。头盔的盔壳由聚碳酸酯制成，不仅能隔音、隔热、防碰撞，而且还具有减震好、重量轻的特点。为防止航天员呼吸造成水汽凝结或低温环境中面窗结雾、结霜，头盔上还有特殊的气流和防雾涂层。手套和靴子与航天服相配套，充气加压后具有良好的活动功能和保暖性能。
随着航天头盔、压力服、通风和供氧软管、可脱戴的手套、靴子接连研制成功，并经过功能试验、环境力学试验、温度试验等验收和鉴定过程，一套乳白色、镶有天蓝色边线的航天服，呈现在人们面前，这是中国人自主研制的第一件舱内航天服。现在，这套航天服被收藏在中国军事博物馆，成为记录中国载人航天事业发展历程的珍贵文物。
载人航天之难，在于载人航天器进入的环境，是一个迥异于地球表面的空间。这里的特点是高真空、超低温、高辐射、低重力。这些既是空间资源，又会对航天员生存造成不利的影响。由此可见，“环境”，是载人航天工程的又一个关键词。用一句话来概括，飞船和航天员系统的重要任务之一，就是在地面上模拟与太空相似的环境、在太空中创造与地面相近的环境。航天员系统中的环境控制和生命保障分系统，就是针对这一问题而设置的，根据任务需求，又被细化为供气调压、温湿度控制、测量控制、水管理、食品管理、通风净化、烟检测、防灭火等子系统。
在环控生保分系统的最初设计方案中，采用了很多现代化的控制技术，原理图上布满了密密麻麻的电动控制开关。设计图送到总设计师王永志的案头，他仔细看后发现，这个方案的设计思想完全依靠自动控制。但如果飞船的电源出了问题，系统就会瘫痪，即使气瓶里有充足的氧气，航天员也无法使用，这显然是设计上的一大疏漏。王永志意识到这个问题后，立刻要求航天员系统重新设计，最重要的一条原则就是要发挥航天员的主观能动作用。按照王永志的要求，设计人员在飞船上增加了一个手动供氧开关，使航天员的生命安全又多了一道保障。
在对即将上天的神舟一号进行技术分析时，技术人员发现飞船舱内压力在逐步攀升，这说明舱内的压力环境没有达到设计要求。这一问题如果不及时解决，将来会对航天员的生命健康造成直接威胁。王永志决定，用“归零”的手段进行检查。
“归零”是中国载人航天创造的一个名词。在载人航天工程的管理规定中，这个可以简单解释为“从头开始查找故障原因”的词语被进一步细化为5个步骤，即定位准确、机理清楚、问题复现、措施有效、举一反三。
但几经“归零”，就是找不到问题出在哪里，专家们陷入了困境。正当大家一筹莫展时，航医所的老专家罗旭峰突然说：“会不会是冷却液出了问题？”对罗旭峰的话，大家很不以为然，因为这种冷却液是由国内权威部门花了多年时间才研制成功的，应当说技术过硬、质量可靠。看到大家不赞同，罗旭峰不再吭声了，而是按照他的猜测闷头做起了实验。等他从实验室走出来时，真相大白了，大量的实验数据表明，故障的原因正是由于冷却液与回路中的金属材料相容性差造成的。
问题找到了，最有效的解决方式就是重新研制新型的冷却液。航天员系统把任务交给了罗旭峰和两位年轻的专家余青霓与赵成坚。当时，29岁的余青霓已怀有8个月的身孕，实验室里各种化学试剂对她有着怎样的影响不言而喻。但余青霓却无暇顾及，一头扎进了实验室。她在原有旧配方还处于保密状态的情况下，从零起步，夜以继日，以难以想象的速度研制出了新配方，从根本上解决了冷却液成分不均匀、性能不稳定的大难题。
在采集和分析飞船返回舱内的气体参数时，研究人员意外发现舱内残留着部分一氧化碳。在航天员还没有上天之前，这个发现是非常及时的，万一一氧化碳被吸入人体，轻则引起昏迷，重则导致死亡。所以，必须将它的源头切断。按照原来的设计，一氧化碳是可以通过气体净化装置转化为二氧化碳进行排除的。但在实际的模拟飞行中，船上的火工品发生爆炸后，会产生额外超量的一氧化碳气体。鉴于这种情况，工程总体明确要求，先从源头上减少一氧化碳释放，再研制一套一氧化碳滤除装置，双管齐下，一定要百分之百地确保航天员的安全。
余青霓和赵成坚再次临危受命，他们下煤矿、进大学，走遍了国内最权威的单位，取回了急需的技术资料，在各个分系统的集体攻关下，终于扼制住了一氧化碳的排放，实现了有害气体排放的“零出口”。
……
经过多年的艰苦研制，航天员系统逐步完成了十几个分系统的建设。航天服、航天员营养食品、航天员医学监督和医学保障设备、各种航天员训练模拟设备和航天员环境模拟试验设备等，都相继建立并投入实际工作当中，并且通过了质量体系认证和运行。
千里挑一的选拔 1961年4月12日，27岁的苏联航天员加加林乘坐“东方一号”飞船飞向太空，从此，人类又增添了一种新的职业——航天员。选拔和训练航天员被看作是一个国家可以独立自主开展载人航天的重要标志。过去，世界上只有美苏两个国家能够独立完成航天员的训练。
随着我国载人航天工程的立项，选拔航天员再次成为航天员系统的一项极为重要的任务。
国外一般把赴太空执行任务的人称为“太空人”或者“宇航员”，我们中国叫什么？早在“曙光号”研制时期就曾引起一些争论。钱学森建议说：“我们还是叫‘航天员’的好。中国有天、海、空的领域划分，这样称呼比较规范。”钱学森为我国这个最新的职业下了定义：航天员是指驾驶载人航天器和从事与太空飞行任务直接有关的各项工作的人员。这个职业既要与地面从事航天工作的人员相区别，也要和乘坐航天器进入太空的其他人员相区别。
什么人可以当航天员？航天员怎么适应太空环境？怎样操作飞船？上天后吃什么、穿什么、用什么……每一个问题的背后，都是中国人不曾涉足的新领域。特别是能否选拔出合适的航天员，直接影响这工程的进度和质量。
在钱学森系统科学观点的指导下，围绕航天员开展的工作被提炼为三个基本因素：人——航天员；机——载人航天器和生命保障系统；环境——太空的失重、超重、真空等环境。这三个因素相互联系、相互作用的“人—机—环境系统工程”学术思想，为千头万绪的航天员选训工作，建立了清晰的构架。
从技术要求来讲，驾驶飞船需要克服失重、超重、缺氧、孤独、火箭发动机的振动与噪声、宇宙射线的影响和流星体撞击航天器等一系列艰难险阻，对航天员的生理和心理素质要求都非常高。
从战斗机飞行员中选拔航天员，是世界公认的一条“捷径”。虽然飞行环境不同，但航空与航天对人的要求却有很多相似之处，特别是战斗机飞行员的工作环境和身心素质最接近于航天员。战斗机的超音速飞行、高空飞行和各种高难度的战斗特技，要求飞行员能够习惯高低气压迅速变化带来的不适，在承受数倍体重的载荷情况下，仍能对数百个复杂仪表和控制器进行正确的操作处理。更重要的是，很多战斗机飞行员都经受过空中特情的考验。高速喷气式战斗机的起飞和着陆速度快，操作复杂，稍有不慎即会造成生命威胁。当发生发动机空中停车、失火等故障时，很多飞行员就是因为具有冷静的头脑和出色的危机处理能力，才能驾驶着故障飞机安全返回地面或成功地跳伞救生。美苏两国的航天员，也都是从有经验的试飞员或优秀的歼击机飞行员中进行挑选的，加加林和阿姆斯特朗都曾是空军的优秀飞行员。
1995年8月，载人航天工程指挥部向中央军委呈报了一份关于选拔航天员的请示，建议从空军现役飞行员中选拔预备航天员。9月，中央军委批复同意了这一方案。一个月后，根据中央军委的指示，由当时的国防科工委和空军联合组成预备航天员选拔领导小组。航天员系统在广泛调研的基础上，制定出了航天员入选的基本条件和医学选拔、心理生理选拔的具体标准。
1996年初，空军部队接到了遴选航天员的通知。通知对组织领导、选拔程序、初选标准做了明确的规定，其中包括基本条件和临床医学、航天医学范畴内的特殊生理功能以及心理要求。最主要的是要确保入选人员没有可能影响航天职业活动的潜在健康问题，而且能够在特定的航天环境负荷下，保持心肺、前庭等器官和系统正常的生理功能。
1996年8月，国防科工委将航天员的选拔、管理和训练工作，交给了北京航天医学工程研究所负责。研究所专门成立了两个研究室，航天员选拔训练研究室负责制定航天员训练大纲、训练方案和编写训练教材，对航天员进行训练指导和飞行操作指导；航天员医学监督和医学保障研究室负责对航天员从训练、生活到飞行，进行全过程的健康维护、医学检查、鉴定和治疗。
人类第一个飞上太空的苏联航天员加加林，曾这样描述他参加选拔时的情景：除了检查健康状况之外，医生们在每一个人身上寻找是否有潜在的缺陷。他们借助于一切可能的生化的、生理的、脑电的、心理的方法和特别的功能试验进行检查……
中国航天员的选拔工作借鉴了国外的经验，但标准却更为苛刻，而且用了比苏联多近10倍的时间。基本条件包括：有坚定的思想意志、勇于献身的精神和与同伴间良好的相容性，身高在160～172厘米之间，体重在55～70公斤之间，年龄在25～35岁之间，职业必须是歼击机或强击机飞行员，累计飞行时间要在600小时以上，具备大专以上学历，飞行成绩优秀，无等级事故，无烟酒瘾，最近3年体检均要达到“甲等”。
在茫茫人海中，按照这个标准，与其说是选拔航天员，还不如说是寻找航天员。首先，空军机关调阅了所有現役飞行员的政治档案和技术档案，在全体飞行员中进行了第一轮筛选。然后，在师、团推荐的基础上，对入选对象的政治表现、思想作风、飞行技术、身体素质、工作表现、家庭状况等情况进行了严格审查。这一轮过后，共有1506名飞行员基本符合条件，进入了初选。
初选以“体检”的方式，1506名飞行员分别住在空军的10个疗养院里。之后的一个月时间里，医生动用了一切现代化的手段，对每一位参选者都进行了巨细无遗的检查，并对遗传性疾病等潜在疾病进行了排除。严格的检查过后，很多身体条件和知识水平都无可挑剔的飞行员，却因为微乎其微的小毛病被“刷”了下来。初选结束时，1506人中只剩下了886人。
不久后，他们中的一部分人接到复选通知，到北京空军总医院接受第二次住院检查。这次检查只有60人参加。十几天过后，又有20多人被淘汰出局。仅剩的30多人紧接着被转到了北京航天医学工程研究所，接受特殊生理功能检查。
航天员在身体上与飞行员或其他人群的本质区别在于，他们天生具有比普通人更强的航天生理功能。对于最终成为航天员的人来说，这次检查就是要发现他们是否具备这样的特殊功能，帮助他们发掘就连自己也不曾发现的潜在能力。所以，这是一项更高难度的选拔，也是迈入航天员队伍的最后一道门槛。第一，受检者要在离心机上进行超重考验，考察身体承受重力的能力。第二，在压力试验舱内接受缺氧耐力检测，随着低压舱内的氧气渐渐被抽走，空气状况相当于上升到了5000米的高空，如果谁不能适应，就将被淘汰；如果到了10000米，皮肤上有蚂蚁爬过的痒感，就说明有减压症，也不能入选。第三，在旋转座椅上检查抗晕的功能，受检者被蒙住双眼，在6米摆长的电动秋千上荡15分钟，考察有没有恶心反应，以此来检查前庭功能。第四，在噪音和振动里忍受着不间断的侵扰，观测是否烦躁不安。第五，受检者要在头低脚高的倾斜床上猛起、猛躺，测量颈动脉血流量和心脏负荷能力，进行下体负压等各种耐力测试…… 更令人毫无思想准备的还有心理功能测试。参选者除了要接受心理专家精心设计的问卷测试之外，还要接受很多突如其来的看似不是测试的测试。那些从没有见过的心理专家不知道什么时候就出现在他们面前，观察他们的言谈举止，了解他们的个性心理。有时，在谈话散步的时候，专家们会故意做个小动作来测试他们的反应能力。比方说，一位心理专家在聊天时，突然装作不小心的样子把茶杯碰倒，茶水洒满了桌子，如果测试者不慌不忙地凌空接住茶杯，从容地擦净桌子，续上水，继续交谈，就算过关。相反，如果谁手忙脚乱地没有做到这些，或者摔碎了茶杯，那就说明心理承受能力不强，反应速度慢，就会被淘汰。
这样的测试持续了几个月，在专家们犀利而又谨慎的评判中，只有20名候选者闯过了最后一关，但结果当时没有公布，只是让他们回部队等消息。
1997年春，北京航天医学工程研究所安排专人分别到各自的部队了解这20位候选者的情况，还到每个人家里征求他们家属的意见。因为一旦成为航天员，就要在毫无杂念和后顾之忧的状态下训练，所以家人是否支持也是很重要的。
调研结束后，4月14日至18日，载人航天工程指挥部先后召开了“住院检查结果鉴定会”和“中国首批预备航天员医学选拔鉴定会”。在后一个会上，集中了全国各大医院的著名医学专家。他们经过反复地研究和挑选，决定从20名候选人当中录取12人为预备航天员。这12人的平均年龄为32.8岁，全部是大专以上文化程度，驾机飞行都在800小时以上，都有成功处置空中险情的经历。他们还有一个共同的特点：少年时代都受过良好的教育，当飞行员期间又接受了系统的飞行训练，而身经百战的经历，特别是一次次近乎残酷的选拔更为他们奠定了良好的心理、生理和技术基础。他们自愿离开熟悉的工作环境和稳定的家庭生活，在飞行的黄金时期选择了比战斗机更具风险和挑战性的航天事业。
1997年底，杨利伟、翟志刚、费俊龙、聂海胜、刘伯明、景海鹏、刘旺、张晓光、陈全、潘占春、赵传东、邓清明等12名预备航天员正式到北京航天医学工程研究所报到。
与他们同时加入这支队伍的还有另外两名战友——吴杰和李庆龙。为了学习借鉴俄罗斯航天员训练的经验，1996年3月，这两位兼获工程学和军事学学士学位的空军飞行员，经过相似的选拔，率先走进北京航天医学工程研究所。
在中国航天员的选拔训练开始之前，世界上只有两家航天员训练中心，一个是美国休斯敦的约翰逊航天中心，一个是俄罗斯莫斯科的加加林训练中心。德国、法国、日本都还不能独立完成航天员的训练工作。
经过8个月的俄语强化学习后，吴杰和李庆龙以航天员教练员的身份被派往俄罗斯加加林航天员训练中心接受培训。因为中国飞船的设计参照的是苏联“联盟TM号”的模式，所以，航天员到莫斯科学习最为准确直接。
到加加林训练中心报到的那天，吴杰和李庆龙走进了训练中心主任、苏联航天英雄克里木克中将的办公室。他们用还不太流利的俄语向克里木克表达了一个申请：用1年时间学完全部课程。面对这个请求，克里木克连连摇头。根据俄方的计划，培训一名合格的航天员至少需要4年的时间，1年毕业简直就是天方夜谭。但看到他们真诚而坚定的眼神，克里木克又觉得无法拒绝这两位中国人的请求，便充满疑虑地说：“我可以考虑答应你们的请求，但我不会减少课时和训练内容，更不会降低难度标准，这对你们来说可能会很困难。”
“没有问题，我们保证一项训练都不会落下！”看到克里木克松了口，吴杰和李庆龙喜出望外，想都没想就异口同声地做出了承诺。
面对两个年轻人不容置疑的请求，克里木克将军最终同意了他们的请求。
起初，俄罗斯的教练员对这两位黄皮肤、矮个子的中国人很不以为然，甚至背地里嘲笑他们说：“这样的人也能成为航天员吗？”面对这样的怀疑，吴杰和李庆龙心里默默地告诫自己，就算掉层皮，也要做出个样子来，决不给中国人丢脸！他们像憋着一股劲儿似的，白天刻苦学习、细心观察，晚上潜心钻研、加班训练，开始了高负荷的学习、训练和生活。
同吴杰和李庆龙一起在俄罗斯学习的，还有美国、日本和欧洲一些国家的航天员。美国有关部门为他们的航天员在莫斯科修建了别墅公寓，每到节假日，他们就会带着家人去城里度假。但我们国家没有这样的条件，吴杰和李庆龙甚至连加加林训练中心的大门都很少出去。一年连一个完整的周末都没有休息过。他们心里清楚，国内在等着他们尽快回去，必须在最短的时间内学习到最精髓的东西，好早点儿回国开始训练我们自己的航天员。
除了常规的学习训练之外，加加林训练中心的野外生存训练异乎寻常的残酷。有一次，吴杰和李庆龙曾被拉到冰冷刺骨的北极圈，要求在1米多深的积雪中，经受零下52℃的低温考验，度过三天三夜。他们的第一个晚上在模拟的返回舱中度过，虽说返回舱可以挡风，但在那样低温的环境中，金属的返回舱很快就被冻透，吴杰和李庆龙意识到，如果再这么待下去，身体很快就会被冻僵，必须寻找别的生存手段。第二天一大早，他们穿上防寒服走出返回舱，顶着凛冽的寒风在冰雪中艰难地行走着。没过多久，防寒服就被风雪吹破了，脚步变得越来越艰难。如果不能立即进行有效的防寒保护，同样面临生命危险。吴杰和李庆龙决定建造防寒棚，可茫茫冰川除了雪之外，没有其他材料。他们就将雪切成块，搭建了一座漂亮的圆顶雪屋。谁想，还没等他们喘口气，雪屋就在一阵突如其来的大风中坍塌了……塌了盖，盖了又塌，在这样的反复中，他们靠着坚强的毅力，度过了冰冷彻骨的72个小时。这次训练，吴杰和李庆龙的体重都掉了几公斤。出乎人們意料的是，结束训练时，他们竟然还节省下了一天的口粮，通过我国驻俄罗斯大使馆的工作人员带回北京，为的是让国内的科研人员可以了解人家的航天食品是怎么做成的。在那样寒冷饥饿的环境里，没有谁要求他们这样做，他们也不知道国内是不是需要借鉴这些样品，就自觉地节省下来带了回来。
有了这样的精神和品质，1年学完4年的课程就完全在情理之中了。1年后，吴杰和李庆龙果然高标准、高质量地完成了全部学习训练的课目，以优异的成绩折服了俄罗斯的教练，兑现了自己的承诺。结业的那天，克里木克中将亲自为他们颁发了“国际航天员证书”。同时授予他们的还有一份珍贵的“联盟号飞船指令长最高证书”，这是俄罗斯第一次将这个荣誉授予外国人。克里木克还宣布了一条声明，“从今天起，中国的航天员吴杰和李庆龙可以胜任世界上任何飞船的飞行任务。” 在俄期间，吴杰和李庆龙除了完成训练之外，还对俄罗斯航天员的教育、训练、管理、保障等方面的情况进行了梳理和总结，撰写出了10万多字的专题报告，为我国航天员队伍的建设发展提出了很多有价值的意见建议。
20世纪90年代，当北京航天城建成后，按照沈荣骏当初的想法，为了便于工作和同其他系统的联络，航天医学工程研究所也搬进了航天城，有了自己稳定的办公场所和实验室。
1998年1月5日，包括吴杰和李庆龙在内的14名预备航天员进入北京航天城，由空军部队移交给国防科工委管理。交接仪式上，前来送行的空军部队参谋长对14名预备航天员说：“空军把你们送到这里，你们中间将会走出‘中国的加加林’‘中国的阿姆斯特朗’‘中国的列昂诺夫’。你们将代表祖国去完成一项伟大的事业，你们永远是空军的骄傲！”
就是这个小小的仪式，翻开了中国航天史册上的重要一页——中国人民解放军航天员大队宣告成立。14名航天员在一面鲜红的中国共产党党旗上签上了自己的名字，并面向国旗庄严宣誓：成为航天员是我无上的光荣，为了负起神圣的使命，我将英勇无畏，不怕牺牲，甘愿为载人航天事业奋斗终生……从那一天起，中华民族的飞天梦想、共和国几代航天人的希望，都落到了这14位优秀战士的肩上。
初次走进这支队伍，几乎每一位航天员都以为航天员和飞行员差不多，经过短期训练后，就可以像驾驶战斗机一样去驾驶飞船。但随着时间的推移，他们才认识到事实其实没那么简单。航天员不单单要掌握飞船驾驶技术，还要学习大量的科学知识，甚至对整个载人航天工程都要有所了解。这时的他们只能算是初步合格、尚未取得航天飞行资格的预备航天员，仍然有随时被淘汰的可能。
1998年8月，中央军委主席江泽民签署《中国人民解放军航天员条例》，对航天员的训练工作、生活待遇和安全保卫都做出了具体规定。
20世纪90年代，美国西点军校一位中将校长曾说过一句名言：“我们所教的历史的大部分都是我们教过的学生们创造的。”对中国航天员大队来说，所有的历史也都将由这一代航天员从头创造。
载人航天工程其他系统的工作都有一定的继承性，而航天员的培训却犹如在平地上盖楼、在白纸上绘画，一切都要从零开始。在中国航天员的选拔训练开始之前，世界上只有两家航天员训练中心，一个是美国休斯敦训练中心、一个是俄罗斯加加林训练中心。经过40多年的发展，美俄两国已拥有一整套完善的航天员训练方案和一批经验丰富的航天员教练员。而中国航天员的训练是一件前无古人的事情。
给航天员一碗水，教员就要有一桶水，要把蓝天骄子锤炼成飞天精英，就必须打造一支响当当、硬邦邦的教员队伍。挂帅航天员训练工作的，是航天员选拔训练分系统的主任设计师黄伟芬。黄伟芬毕业于北京航空航天大学飞机设计专业，后又考入著名生理学家刘光远教授门下攻读研究生，学习重力生理专业，参加过“863计划”中“载人航天器环境控制与生命保障”课题的预研以及返回式卫星的生物搭载试验，对航天医学工程学等众多专业都有全面的了解。
1996年，黄伟芬开始全面负责航天员的选拔训练工作。面对这项前无古人的工作，黄伟芬带着不足30人的教员队伍开始了艰难的跋涉。最先入手的工作就是学习研究有限的国外资料，光是查阅资料就花了半年多时间。为了对整个工程总体和七大系统进行充分考证，黄伟芬研读了各大系统的论证报告，一趟趟地调研情况、征求意见。
1997年，吴杰和李庆龙在俄罗斯学习的那年，黄伟芬也去俄罗斯学习了3个月。在对美俄两国的航天员训练工作做了详细的调研，并对中国航天员的特点进行了全面分析后，黄伟芬设计出了一套符合国情的航天员训练方案，撰写出了30多万字的《航天员训练大纲》。作为评审专家组的主要成员，王希季院士看过这部训练大纲之后，连连点头，“这个大纲周密详尽，如果照此训练，中国航天员上天没问题！”
在这部训练大纲的指导下，黄伟芬和同事们又陆续出炉了14个子大纲，几百份教案、讲义、实施细则，还设计制作了许多训练设备。
黄伟芬曾夸下“海口”：“中国要是选女航天员上天，我是毋庸置疑的最佳人选，因为航天员训练的内容，我全经历过，连培训费都省了。”这不是一句简单的“海口”，因为没有体验，就不能设计出完善、有序的训练流程。
航天员是国家的“宝贝”，不能让他们什么试验都亲自去做。航天员选拔训练许多项目危险性很高，为保证航天员安全，黄伟芬和教员们定了一条原则，凡是复杂危险的项目，教员先行试训。离心机、转椅、秋千训练……凡是挑战生理极限的训练和操作，教练员们都要第一个“吃螃蟹”，就连高空跳伞、海上救生这样颇具危险性的项目，也要亲自实践。
航天员训练时有一本《太空飞行手册》，分为正常飞行程序、应急飞行程序、故障飞行程序三部分，对飞船在飞行中的每个时间节点会发出什么指令，需要航天员做哪些操作都做出提示，可以说是航天员极为重要的工作指南。由于《手册》是依据飞船的技术状况编写的，与工程各大系统的工作同步进行，这就给编写工作带来很大的难度。飞船的技术状态经常在变化，而作为飞船飞行过程中的管理者、驾驶者和监控者，航天员必须对飞船有深入的了解，教练员们就得随时和研制单位沟通，及时掌握信息，对方案进行调整。几年过后，黄伟芬对飞船的了解已不亚于一个航天专家。
国外培养的航天员按分工分为了驾驶员、随船工程师（美国称任务专家）和载荷专家三类。担任驾驶员的航天员是指令长，负责飞行监视、操纵和控制；协助指令长的航天员叫副驾驶员；负责飞船维修、故障排除及執行特定任务的航天员叫随船工程师；管理实验设备和仪器并负责实验操作的航天员叫载荷专家。而我国目前培养的航天员都是驾驶员，不仅要操作飞船，还要兼顾随船工程师和载荷专家的工作。
中国航天员的训练分为3个阶段：第一阶段是基础理论培训，要学习火箭和飞船的设计原理、飞行动力学、气象学、天文学、通信、设备检测、航天医学知识等。第二阶段是专业技能训练，要熟悉飞船的结构、组成，飞船各系统的工作原理和模式，还要掌握重要部组件和单机的情况。第三阶段是飞行程序和任务训练，要在与飞船相同的训练模拟器上，通过实景仿真，掌握和知道应该注意观察什么，什么时候同地面联系。在这一阶段，航天员们还要学会发现和排除紧急情况，锻炼他们的判断能力和反应能力。这3个阶段的学习一般需要3～5年的时间，合格了才能达到执行飞天任务的标准。
航天员所要掌握的科学知识和飞行员要掌握的知识有很大的区别。航天员的课程是根据他们的文化基础、专业水平以及载人飞行的任务需要安排的，具有很强的针对性。除了高等数学、流体物理、力学、电工电子学、英语、哲学、医学等基础性课程外，还包括空气动力学、飞船设计原理及舱载系统等与航天技术有关的课程，天文学等与航天环境有关的课程，以及解剖生理学、航天医学、心理学等医学类的课程，共8大类58个专业。基础理论课没有固定的教员，授课的教师是航天领域的专家或知名高校的学者，他们上完课就走，再见到他们就要到考试的时候。这对航天员来说，更是难上加难，一旦课堂上没有搞明白，课后连可以请教的老师都没有，很多东西都要靠自学。
飞船遨游太空，航天员需要在密闭狭小的环境里经历超重、失重相互交替的过程。要克服这重重障碍，航天员必须用特殊的训练来主动适应这种太空生活。体能训练、特殊生理功能训练更是一直伴随着全部学习阶段。为了让航天员适应太空的特殊环境，提高他们对各种负荷的耐受性，教员们最大限度地模拟了太空舱内的各种环境。在这个非常艰苦的过程中，既有利用旋梯、滚轮、蹦床、旋转秋千等器材提高前庭功能的训练，也有为提高低压缺氧耐力的游泳、攀岩训练，还有为提高超重耐力专门进行的胸、腹部和四肢肌肉的训练等。
人类在地球生存，其重量归因于地球的引力。要克服地心引力束缚，就必须达到第一宇宙速度。第一宇宙速度是指物体脱离地球引力的束缚而绕地球运行，成为地球的人造卫星的速度，即7.9公里/秒。在这个加速过程中，航天员将会经历过载的考验，新的重力状态与静止在地球表面时的重力状态之比，可用G来表示。当G=1时，称为标准重力状态；当G >1时称为超重过载，G <1时称为低重；当G接近于0时，称为失重，或微重力。离心机训练是提高航天员超重耐力最有效的方法。在飞速旋转的离心机上，能形成不同G级的超重感觉。游乐场的“过山车”产生的超重只有2G左右，而离心机训练却要达到8个G。在圆形的大厅里，航天员要坐在一只8米多长铁臂夹着的圆筒里，在时速100公里的高速旋转中，不仅要练习坚持腹肌和鼓腹呼吸等抗负荷动作，而且还要随时回答问题，判读信号，保持敏捷的判断反应能力。
在做这项训练时，离心机像一只巨大的铁钳，紧紧夹住旋转舱，在圆形的超重实验室里飞速旋转。负荷从1个G开始逐渐加大，转瞬之间，受训者的面部肌肉开始变形下垂，眼泪不由自主地流下来。做头盆方向超重训练时，全身的血液好像被甩到脊柱上；做胸背方向超重时，前胸后背就像压了块几百斤重的巨石，心跳加快，呼吸困难，五脏六腑仿佛被压成了一张薄薄的纸片。在这样高负荷的情况下，航天员都还要判读信号、回答提问。当超重值加大到自身重量的8倍时，虽然只有短短的40秒，但在强大作用力的牵引下，几乎要耗尽全部体力和精力。每次训练前，教练员都会提醒航天员，他们每人都是一只手握着操作设备，另一只手握着报警器，只要感到不适，可以随时摁下报警器上的红色按钮，训练就会立即停止。但在长达十几年的训练中，所有的航天員从没有一个人摁下这个按钮。
空间运动病是航天员太空飞行时必须面对的一个难题。世界上半数以上的航天员在执行任务时都曾发生过空间运动病，出现头晕、肠胃不适、恶心、呕吐、失定向等现象。预防空间运动病，除了药物防护之外，更重要的是进行前庭功能训练。虽然训练不能从根本上改变生理功能，但可以使航天员的前庭功能稳定性保持在一定的水平上，在出现症状时，从心理上提高控制能力。前庭功能训练一般在电动秋千、转椅、旋转屋等专用设备上进行，让航天员按照一定的程序被动地承受线性加速度、角速度等刺激，从而提高和维持前庭功能的稳定性。
人类生存需要一定的压力环境，如果飞船出现失压故障，就会给航天员的生存带来危险。苏联电影《机组乘务员》里曾有这样惊险的一幕：飞机在万米高空飞行，舱壁突然裂开了一条小缝，转眼间，舱里的纸张、毛巾、衣物都被吸了出去。这是因为高空空气稀薄，气压比机舱里低许多，舱壁一旦出现破口，舱内就形成了巨大的负压。飞船在太空飞行，外部是真空环境，为了战胜可能出现的低压和缺氧威胁，航天员必须进低压舱锻炼超强的耐受力。
在飞船上，很多操作是不可逆转的，一旦指令发出，便无法撤回，造成的后果有可能是灾难性的。所以，在航天员所有的训练中，飞行程序和任务训练最为重要。航天员通过舱载飞行文件的学习，熟练掌握规定的飞船飞行程序、任务内容和技术要求，同时利用飞行训练模拟器等设备，进行正常飞行、应急飞行、飞行过程中各类故障的判断和处理等内容的训练。可模拟器只有一个，14个人轮一圈下来，训练时间十分有限。航天员们就把模拟器中的各种仪表盘、操作件拍成照片贴在房间里，还把模拟器和真正的飞船舱内的环境用摄像机录下来，再输入电脑，制作成更为直观的影像，随时观看、记忆。经过无数次训练，早已对每一个按钮和每一项操作烂熟于心的航天员们，一闭上眼睛，座舱里所有的仪表、电门的位置都能想得清清楚楚。操作手册，全部都能一字不差地背诵下来。训练时，模拟器中安装有6个摄像头，以便在指挥室里的教员可以清楚地看到舱内各个角度的情况。航天员在里面，每发出一个指令，每操作一项动作，都会被电脑记录。在模拟器中训练，赶上炎热的盛夏，航天员还要穿上厚重的航天服，一练就是三四个小时。所以，每一次训练对他们来说，都是精神和体力的巨大付出。
根据国外的经验，飞船在返回时，可能会降落到预定着陆区以外的地方，也许是沙漠、沼泽，也许是海洋、森林。苏联飞船就曾因为在返回时自动导航系统出现故障，多绕地球飞行了一圈，降落到了远离预定着陆点的一片森林中，航天员不得不在彻骨的寒冷中过夜，还要应付一群凶残的饿狼。为了让中国的航天员掌握在各种恶劣环境中生存的能力，他们还要奔赴沙漠、寒区、雨林、大海，训练在各种困难条件下的自救能力，并配合搜救部队进行搜救演习。这是一项非常考验个人意志和团队精神的训练。这种人与自然的较量，是对人的意志力、毅力和体能的最大挑战。 航空飞行是航天员的“老本行”，但也是所有训练项目中风险最大的。苏联航天员加加林就是在航天飞行训练中丧生的。尽管这样，这项对未来太空飞行发挥着重要作用的训练却从没有停下来。中国航天员大队也把这项训练当作重要内容贯穿于航天员的学习训练之中。
航天员在太空飞行，必须掌握足够的天文知识。只有快速确定星星的方位，才能在太空中确定自己的位置。在航天员的所有训练中，只有俗称“找星星”的星空识别训练是最富诗意、最浪漫的。“找星星”在一间穹隆式的大厅里进行，用幻灯把星空的图案投射到圆形的房顶。灯光熄灭后，屋顶上繁星密布，这时大家就开始仰着脖子寻找每一颗星星的方位：金星、火星、木星……
在航天员紧张训练的时候，飞船系统的研制工作也在紧锣密鼓地进行着。几年间，飞船的设计几经改造，技术不断完善。但对航天员来说，飞船每改造一次，学习就要重新进行一遍。很多时候，他们好不容易把飞船里密密麻麻、成百上千的手柄、按键、线路记熟了，但过不了多久，当他们再次钻进模拟舱时，却发现舱内的设置已和上次大相径庭。
最初，这种频繁的变化让航天员有些不理解。有一次，一位飞船系统的老专家来航天员大队讲课时，拿出一颗飞船上的螺丝钉说：“别小看这一枚螺丝钉，它最初有几十个甚至几百个样品，经过了上千次破坏性试验换取的数据，才能最终孕育一枚成品！”这句话震撼了每一位航天员。大家都是白手起家，要完成祖国交付的重任，就要脚踏实地一步一步地攀登，就算再苦再难也要咬牙坚持。于是，航天员们自觉地重新学习、重新记忆、重新消化，航天员公寓的窗口亮起了一盏盏长明灯……
俄罗斯航天员瓦列里·波利亚科夫曾在太空生活了438天，是目前人类在太空中连续生活时间最长的人。他到北京航天城和中国的同行见面时幽默地说：“失重是一张最柔软的床。”而事实上，失重除了有神奇美妙的感觉之外，更会给航天员的生活和工作带来意想不到的困难。失重时，人的血液集中到头部，会有许多不良反应，为了减轻太空失重环境对航天员的影响，提高他们的适应和对抗能力，就要在上天前进行多次血液重新分布训练。这项训练是在失重飞机上进行的。失重飞机通过进行抛物线飞行来产生短暂的失重效果。俄罗斯的“伊尔-76”失重飞机，一个起落可飞15～20个抛物线，每个抛物线可产生25～28秒的失重时间。美国的KC-135失重飞机，一个起落可飞20～30个抛物线，每个抛物线可产生25秒的失重时间。美国航天员曾把失重飞机称作是“呕吐彗星”，显然，这是一项并不轻松的训练。
我国曾在20世纪70年代研制过一架歼-5失重飞机，并在当时“曙光号”选拔航天员时立下了汗马功劳，但因为空间狭小，年代久远，早已不再使用。后来，中国再没有进行这方面的研制工作，所以，航天员的失重飞行训练要到国外去做。
1999年，中国航天员来到俄罗斯“加加林航天员培训中心”进行模拟失重飞行训练。俄罗斯的失重飞机由高性能喷气式飞机改装而成，可以容纳20多人同时训练。舱内两边装有把杆，地上铺有软垫，还备有救生用的降落伞。训练分为两类：一类是飘浮训练、定向能力训练等一般感受的体验性训练；另一类是航天服穿脱、进食饮水、转移物体、抛接重物、阅读书写、摄影录像、仪器设备操作等操作技能训练。
训练开始的前一天，俄罗斯的教练员对中方的领队、北京航天医学工程研究所所长、航天员系统总指挥宿双宁说：“你们的人只要有一个吐了，我们就立即停飞！”宿双宁一听就急了，他连声说：“不行！不行！”他心里清楚，每一个架次仅有的几分钟失重体验是用成堆的美金堆积起来的，一吐就停，那不是白白浪费钱吗？宿双宁既心疼钱，更担心航天员的安危，诚恳地对俄方教练员说：“我们的小伙子都是第一次做这种实际飞行实验，希望你们的动作不要太大。”可无论宿双宁怎么请求，俄方教练员就是不答应，坚持说是基于安全考虑，没有丝毫商量的余地。第二天，随行的翻译悄悄告诉宿双宁，他无意中听到俄方驾驶员们私下嘀咕，飞行时就是要让动作大一点，看看中国人的前庭功能和身体素質到底行不行。
让宿双宁揪心的训练开始了，巨大的轰鸣声中，飞机迅速冲出云外，到达了1.5万米的高空。接下来的一个小时里连续飞行了12个抛物线，交替产生超重、失重的模拟环境。第一次经受这样的体验，尽管痛苦难忍，但中国航天员们都咬着牙坚持了下来，而且还要在每一个抛物线产生的20多秒的失重时间里不断做着穿脱航天服、翻滚转圈的动作。
飞机按照预定的时间回到地面，宿双宁一路小跑登上舷梯，走进机舱时，他欣慰地发现，中国的航天员一个都没有吐。这个结果出乎俄方的意料，他们由衷地称赞说：“别的国家的航天员，不少人几个抛物线下来就不行了，像你们这样全部坚持下来的还没有见过。中国的航天员真了不起！”
冬去春来，一年的学习过去了，航天员即将转入到新的学习阶段。在这之前，要进行一次严格的全面考核。如果不能通过“升学考试”，就没有资格进入下一阶段的学习。理论、体能、文化课……当所有的考试结束，航天员杨利伟取得了14人中唯一的“全优”成绩，名列第一，其他13名航天员也都以优异的成绩通过了考核。
载人航天工程如此庞大的体系，要做到密切配合、环环相扣，是一个巨大的难题。或者可以说，各系统之间能否默契协作，是整个工程成败的关键。因此，协作与协调成为各系统的主要工作之一。不计得失，不计报酬与名利，一切服从任务、一切服务成功，无论是研制还是生产阶段，都有着一个个的时间节点，所有接受任务的单位无论面临什么困难，都要保质保量地完成，让全国各地区不相识的人们有了统一决心、统一意志、统一目标和统一行动。西安的火箭发动机、天津的飞船太阳能帆板、河南的电连接器、上海的推进器、四川的元器件……只要总指挥部一声令下，前一天还在工厂的设备，第二天就汇聚到了北京的总装车间。正是这样，数千家单位、数十万人都能始终站在国家和民族利益的高度来观察分析问题，局部服从全局，部分服从整体，当前服从长远，才构筑起了中国人壮美的飞天之路。
“保证航天员的安全”是载人航天工程的首要原则，其核心是要确保航天员的生命安全。火箭是飞船进入太空的运输工具，用最可靠的火箭将航天员安全地送入太空，是运载火箭系统研制者们的郑重诺言。
中国的火箭统称“长征”系列，此前主要用来发射卫星。在长征火箭的托举下，我国先后发射了近百颗卫星，广泛应用于广播电视、通信、气象预报、国土普查、海洋观测、导航定位、防灾减灾、远程教育、农业生产、环境监测等诸多领域。
1985年10月，中国政府宣布，长征火箭投放国际市场，承揽对外发射服务。在这之前，长征火箭已成功发射了19颗国内卫星，成功率高达93%。1986年，美国“挑战者号”航天飞机在发射过程中发生爆炸之后，“大力神”火箭、“德尔塔”火箭和欧洲的“阿里安”火箭又相继发射失利。一时间，国际上的许多商业卫星不能被及时地送入太空，出现滞留。但这恰恰为刚刚进入国际市场的中国航天提供了难得的机遇。当时，国际通信卫星大容量、重型化的趨势已很明显，而中国火箭的运载能力有限，只能运载中型卫星，难以满足多数卫星发射的要求。为了及时满足国际市场的需要，中国运载火箭技术研究院总体部的专家黄作义提出了一个创造性的设想，在长征二号丙火箭的基础上，将箭体作为芯级，再在芯级周围捆绑4个助推器，从而把火箭低地球轨道的运载能力从2.5吨提高到9.2吨。这个想法得到了时任中国运载火箭技术研究院院长的王永志的支持，这枚火箭研制成功后，被命名为“长二捆”。1988年，“长二捆”正式立项，1990年7月16日首飞成功。此后几年，长征火箭型号的系列化研制逐渐走向了成熟，与“阿里安”“德尔塔”“宇宙神”等火箭一起成为世界商业卫星发射的主要工具之一。1992年8月14日，“长二捆”为澳大利亚发射“澳星”获得成功后，中国航天真正迈出国门、走向了世界。
1992年，载人航天工程启动时，航空航天工业部将研制用于发射飞船的新型运载火箭的任务下达给中国运载火箭技术研究院。担负起这一重任的正是“长二捆”的研制队伍。
一般的运载火箭对安全性要求不是很高，可用于载人的火箭，就必须在安全性和可靠性方面有极高的要求。为此，王永志多次来到自己工作了几十年的中国运载火箭技术研究院，与运载火箭系统的“两总”商讨载人火箭的设计问题。他第一个找到的就是曾经的老搭档、运载火箭技术研究院副院长王德臣。这时，王德臣刚刚被任命为载人火箭系统的首任总设计师。
1933年出生的王德臣是一位杰出的火箭专家，先后担任远程运载火箭、长征二号、长征三号甲、长征二号捆绑式火箭的总设计师，特别是在长二捆运载火箭发射“澳星”等任务中，发挥了极为重要的作用。
没有寒暄，也没有客套，王德臣便知道了王永志的来意，他开门见山地说：“发射飞船，‘长二捆’的运载能力已经足够了，但人上天，就意味着火箭不能出问题，万一有问题也必须把航天员救出来。”
“总指挥部把上升段的逃逸救生任务也交给火箭系统了。你有什么好主意吗？”王永志急于知道王德臣的想法。
王德臣像是早就想好了似的，胸有成竹地说：“其实这并不难。只要在‘长二捆’的基础上，增加两个系统就够了。”
“哪两个系统？”王永志问。
“一，故障检测系统；二，逃逸救生系统”，王德臣脱口而出，“故障检测系统可以在火箭待发段和上升段出现故障时，自行检测，自行诊断，自动发出信号；逃逸救生系统能迅速实施自动逃逸或地面控制逃逸，这样就可以保证航天员的安全。”
王德臣说这番话时，王永志的思路拐了个弯儿，他想起不久前，苏联航天员斯特列洛夫曾经告诉过他的一段往事。
在斯特列洛夫执行一次任务的前一天，他的母亲似乎有了预感，心里掠过一丝不安，她对儿子说；“明天能请个假，不上天了吗？”斯特列洛夫安慰母亲说：“妈妈，这是国家的任务，哪儿能不去呢？火箭和飞船都很安全，不会有事的，您就放心吧！”第二天，斯特列洛夫按原计划坐进飞船出征太空。谁也没有想到，母亲的担忧在发射的瞬间成了现实。火箭刚一点火就出现了故障，逃逸救生系统立即启动，将飞船弹起来，落在了几公里之外。惊魂未定的斯特列洛夫转过头时，发现火箭已经爆炸，发射场已是一片火海。
王永志想到这儿，就把这个故事告诉了王德臣。王德臣顿时明白了老朋友心里想说的话，人命关天，不可小视。他笑了笑说：“放心吧，火箭系统一定会保质保量地完成任务。”
临别时，王永志转回身来再次嘱咐王德臣，“我们火箭的可靠性必须达到甚至要超过世界上最好的火箭。”
王德臣点点头，用有力的握手回应了王永志。
不久后，由王永志签署的工程总体设计要求正式下发。其中，对载人火箭的可靠性指标是0.97，航天员安全性指标为0.997，并要求逃逸救生系统在故障发生后的2秒钟之内必须将航天员带离危险区。
科学试验没有百分之百，出现问题在所难免。可靠性指标0.97是说，平均发射100枚火箭，要将故障率降低在3枚以内；航天员安全性指标0.997的意思是，平均发射1000艘飞船，要将发生航天员伤亡事故的可能性控制在3次以内。这一标准之高在中国航天史上是空前的，世界上也只有个别型号的火箭才能达到。如果中国的载人火箭能够研制成功，中国将是继美国和俄罗斯之后第三个拥有这种火箭的国家。
从1992年9月到1994年4月，是方案论证的阶段。按照工程总体的要求，用于载人飞行的火箭将是长征系列中起飞质量最大、长度最长、系统最复杂的火箭。王德臣提出要增加的故障检测诊断技术和逃逸技术是一项世界级的难题。设计之初，王德臣曾想过走一条捷径，向俄罗斯的航天同行们咨询一下，从他们的经验中获得一些灵感。但俄罗斯专家的回答却是，“咨询可以，但先交100万美元的咨询费”。他们甚至断言，“中国的生产和工艺根本无法达到这些技术要求”。他们还说，“只要中方肯出资，俄方可以直接提供图纸和产品”。这样傲慢的合作条件，王德臣想都没想就断然拒绝了，他选择了一条更为艰辛的自力更生、自主研制的道路。
1994年5月，有着丰富型号研制和管理经验的火箭专家黄春平被任命为载人火箭系统的总指挥。长征火箭对有着丰富研制经验的黄春平来说并不陌生，但因为要载人，他意识到，这是一项“不能失败的事业”。
故障检测处理系统和逃逸救生系统是载人火箭所独有的技术。它们一个是火箭的“自我诊断器”，一个是航天员的“生命保护神”。火箭飞行中随时都会出现故障，故障的种类还多种多样。判断火箭故障，就像医生诊断病情一样需要一系列的参数和判断逻辑，既不能漏也不能误。漏判了，火箭有可能发生爆炸，航天员的生命安全也就无法保证；误判了，导致发射失败，损失更是难以估量。美国和俄罗斯都是通过几十次的试验才总结出来一套参数。我们怎么办？也生产很多枚有各种故障的火箭进行试验？黄春平知道，不仅时间不允许，而且财力也达不到。唯一的办法，就是走自主创新的设计之路。
国内外发生的火箭故障无法满足载人火箭的故障模式，不能提供合理的参数。黄春平和王德臣就带领刘竹生、荆木春等一批研制人员，自己考虑了300多种火箭故障模式，分析什么情况下出现故障、会出现什么样的故障，再研究应该采取什么样的对策。这种区分并不容易，很难达成共识。向老专家请教，他们的意见也不一致，有的主张多用，有的主张少用。当时，黄春平、王德臣和荆木春满脑子都是参数和问号。每一个参数既有用的依据，也有不用的理由，究竟用哪一个？这样的难题常常使他们彻夜难眠。4年时间过去了，经过反复分析比较，综合各种意见后，荆木春确定选用包括火箭综合性能如飞行姿态、加速度以及火箭各级之间分离等大量参数，总结出了发生概率最高的11种故障，并进行了上万次的飞行仿真试验，最终确定了合理的判据。思路理清了，解决起来倒相对容易得多了。不久，荆木春他们就有效地解决了“该逃时不逃”和“不该逃时误逃”的技术难题，实现了可靠逃逸。
尽管火箭的可靠性达到了97%，但仍存在3%的危险，对待这个问题，火箭的设计者必须要保证箭上的逃逸系统在点火前15分钟起就开始待命，保证可以随时执行命令。逃逸救生系统的逃逸塔在飞船的顶部，从远处看像是火箭上安装的一枚避雷针。火箭起飞前1800秒到起飞后一段时间，万一火箭发生故障，逃逸系统的固体发动机将按照指令点火，迅速将飞船返回舱和轨道舱一起带离危险区，当到达安全位置时，飞船返回舱再与逃逸飞行器分离，返回地面。
如果火箭正常的话，在抵达39公里的高空时，就要抛掉逃逸塔。否则，一旦逃逸塔未能抛掉，飞船就不能准确入轨，发射任务也会失败。因此，逃逸塔的适时分离和紧急启用，是火箭出现故障或者正常飞行时都不可或缺的动作。前者失误，危及飞船入轨；后者失误，则会危及航天员的生命。因此，对运载火箭系统的研制人员来说，不管火箭飞行是否正常，逃逸系统都不能出任何问题，只能是100%成功。
工程立项初期，研制人员曾想过参考借鉴国外的技术，而出于保密方面的原因，有关飞船逃逸系统的技术材料公开得很少。有中国专家去俄罗斯访问时，想参观一下他们的飞船，看看人家的逃逸系统究竟是个什么样子，却被委婉地拒绝了。研制人员没有死心，又想出一个办法，花钱从国外买一套飞船的逃逸系统，作为研究设计的参考。几经谈判后，俄罗斯同意以80万美元的价格卖给中国一个逃逸系统发动机的外壳。外壳运回研究院，满心欢喜的研制人员纷纷围拢过来，迫不及待地打开包装，可眼前的一切让他们如同被一盆冷水浇在头顶一样，失望到了极点。80万美元买回来的竟是30年前“联盟号”飞船的逃逸发动机的外壳，技术过时不说，里面还什么东西都没有。黄春平和王德臣有些哭笑不得，依靠外援的路子彻底被堵死，他们唯一的选择只有自力更生，背水一战。
那时，研制人员所知道的有关飞船逃逸系统的资料，只有在一本画报上看到的国外飞船逃逸系统的照片。就是从这张照片开始，他们慢慢地摸索着走进了这个领域。可是，逃逸系统不仅技术新、难点多、协调关系复杂，光是需要进行攻关的关键技术就有十多项。火箭故障模式、故障判别准则、纵向解锁技术、整流罩上下支承机构、栅格翼阻尼器技术及栅格翼加工工艺等都有很大的难度。
为了突破这些技术，在黄春平和王德臣的带领下，研制人员采取并行工程方法和交叉作业“合二为一”的做法，1994年之内，先是完成了逃逸系统飞行器的模装、活动发射平台的缩比模型生产和三余度伺服机构等55项关键技术攻关，通过了总体及分系统的方案论证。由于航天部第四研究院曾提前开展了对飞船逃逸系统的研究，研制载人飞船逃逸系统固体发动机的任务就落在了他们肩上。
逃逸塔是个新事物，像王德臣这样搞了大半辈子火箭的研制者们都没有见过它的庐山真面目，更不要说了解它的构造和材料了。但尽管这样，他们还是勇敢地开始了艰难的探索。
逃逸塔最难的技术在于逃逸发动机的设计。逃逸发动机怎么工作，设计成什么结构，用什么材料，怎么推进……这些问题困扰着中国航天动力技术研究院逃逸系统总指挥王士宝和总设计师陈立学。
逃逸发动机结构特殊，可靠性要求高，技术难度大，是载人工程关键技术之一。按照载人火箭的设计要求，逃逸塔安装在飞船的顶部，这就决定了逃逸发动机的特殊结构。普通的发动机一般都是后置喷管，依靠尾部喷射的巨大力量，推动飞行器前进。而逃逸发动机却是前置喷管，20个不同类型、不同用途的喷管与发动机轴线分别成30°、20°夹角，这样的设计在国内是没有先例的。同样，逃逸塔要在发生故障的瞬间迅速启动、快速飞离，这对逃逸发动机的总体设计带来很高的技术难度。同样，在推进剂的选择、燃烧室的设计、装药设计、工艺设计、机加精度、绝热结构等方面，也都有特殊苛刻的要求。
困难像一座高不可攀的大山，摆在了王士宝和陈立学的面前，但为了航天员的安全，再难、再险也不能退缩。在王士宝、陈立学的带领下，设计人员夜以继日地对国外逃逸火箭技术进行研究，分析逃逸系统固体发动机设计上的独特性，并结合我国的技术加紧研制。固体燃料火箭发动机室主任设计师刘霓生和同事们顽强攻关，用了两年时间就设计出了逃逸发动机的总体技术方案——采用前置喷管的特殊结構、使用复合固体推进剂做燃料。因为是第一次，这个方案行不行，谁也说不清。发动机生产出来后，王士宝和陈立学决定安排一次热试车来检验一下。 1995年4月19日，王士宝、陈立学和刘霓生钻进了秦岭深处，进行逃逸系统发动机的第一次热试车。发动机点火后，烈焰升腾、轰鸣如雷，寂静的山谷被撼动了。然而，时间仅仅过了1.6秒，3000多度的高温就把4个前置喷管的弯管全部烧穿了，几分钟后，整个发动机的躯壳便被彻底熏黑，四射的火焰将试车台烧成一片火海，试车失败了。
虽说科学试验没有百分之百的成功，失败了也不要紧，可以从头再来，但有一个事实却让王士宝他们不得不面对，此时，距离上级要求的逃逸发动机进入正样研制的时间只剩下不到5个月了。中国航天动力技术研究院连夜召开故障分析会，临时成立10多个工艺技术攻关小组，从设计、材料、工艺、技术等方面多管齐下，争取在100天内攻下难关。
一场“百日攻关战”在古都西安悄然打响。
查找问题首先从被烧坏的主发动机躯壳开始。这个躯壳的内壳体是个异形面，燃气流场复杂，工作环境苛刻，特别是绝热层的成型工艺非常困难，成为攻关的重点。负责这项工作的工艺员王庆利是王士宝的女儿，这时恰好怀有身孕。但用于隔热层的复合材料是有毒的，加上工作环境恶劣，年轻力壮的工人干久了都会感到不适。在这样一个关键时刻，王士宝虽身为总指挥，但却无法让女儿退出战场，他唯一能做的就是加班时带上几个苹果，悄悄地交给女儿，叮嘱一句，“水果能除毒”。
就是这样，王士宝、陈立学带领攻关组的成员遴选了上百种材料，做了上千次试验，测试了上万个数据，终于在规定的时间里找到了新的绝热材料和成型工艺。
4个月后，重新生产的逃逸发动机矗立在了试车台上。王士宝生怕出现什么闪失，压力比第一次还要大。按照设计要求，发动机在试车台上至少要坚持3.2秒才算合格。点火后，时间每一秒都过得特别漫长，3.2秒过后，发动机躯壳经受住了考验。王士宝刚要松口气时，检查人员却报来一个让他再次紧张起来的消息。发动机躯壳虽然合格了，但高压高温的燃气却在喷管内部转了150度的弯，对喷管造成严重烧蚀，露出了包裹着的金属。如果这个问题不解决，发动机的可靠性就无从谈起。
王士宝和陈立学再次带领大家在这场攻坚战中冲锋陷阵，目标直指绝热材料。承担此项任务的航天四院43所试验了多种绝热材料，直到找出最合适的材料。之后，他们又在发动机的喷管里安装了新的绝热套，进一步完善了工艺。
1997年4月下旬，逃逸发动机进行第三次试车。点火后3.2秒，烈焰之下的发动机一切正常，绝热层也没有出现丝毫问题。试车成功了！发动机的震动刚刚停下来，陈立学就跑到试车台前，扑在发烫的发动机上面，一遍遍地抚摸着，一行老泪喷涌而出，对已经奋战了几百个日日夜夜的设计人员们大声喊道：“发动机不热，我们成功了！”
不久后，俄罗斯的专家来航天四院讲学，看到这台逃逸发动机后惊讶地说：“真没想到你们的发动机质量这么好，竟然比我们的水平还要高。”
除了发动机之外，整个逃逸系统的结构生产都很复杂。故障模式及其数据仿真、整流罩、栅格翼成为当时攻关的瓶颈。
火箭发射时的振动与空气摩擦生成的热量，大气中的尘埃或飞行的鸟类等障碍物，都会給卫星或者飞船带来致命的伤害，所以，需要有一种外包装来保护，这种外包装就是整流罩。整流罩由两瓣组成，合拢后形成一个头部是钝圆的圆柱体，将卫星或飞船包裹在里面，安装在火箭的顶端。飞船的整流罩和卫星的整流罩有着明显的不同，既要具备卫星整流罩的功能，还要成为逃逸系统的承载结构，也就是说，这个外包装还得承重。因此，它的双重功能决定了设计难度异乎寻常，许多部件的设计和加工都成为难啃的硬骨头。在总设计师王德臣、副总设计师张庆伟的带领下，以年轻人为主体的研制人员开始了艰难的探索。
1996年，第一个整流罩生产出来时，竟然超重了900多公斤。这就意味着，一旦火箭遇到紧急情况需要启动逃逸时，这么重的整流罩会让逃逸系统无法启动。解决这个问题的唯一办法就是给整流罩“减肥”。可如果减重，从零件生产、材料供应到工装的更改都需要大量的时间。然而，牵一发动全身，后续的试验计划早已排定，时间又拖延不得。怎么办？
两次火箭发动机试验失败的画面浮现在黄春平的眼前，心里不禁掠过一丝寒意，他和两总班子毫无争议地拍了板，调整计划，重新设计。
火箭研究院总体设计部的年轻科研人员接下了这个任务后，决定采用两种对策，一是深入查找“超重”的原因，通过设计进行减重。为此，他们对整流罩全身一步步地搜索，检查到底是哪个环节存在问题，然后由总体提出条件，相关部室重新计算，以满足逃逸指标；第二个办法是加强对整流罩的试验，通过结构进行减重。结构减重的唯一依据只能是建立在详细而准确的强度分析的基础上，经过两个月的分析，总体设计部取得了准确的强度计算结果，拿出了有效的“减肥”方案。但尽管减重见了成效，可整流罩的强度余量还很大。黄春平决定，两个对策双管齐下，为整流罩再次减重。这一轮的减重过程中，直到把整流罩的蒙皮减去一定的厚度之后，才完成了400多公斤的减重任务，剩下的分量也将由火箭发动机来消耗，最终实现“减肥”目标。
对于火箭总装厂来说，承担这种结构的整流罩生产，也是开天辟地第一次。看似简单的壳体却比飞机舱体结构还要复杂，不少部位的工艺状态都不稳定，精度要求极高，面对这个必须高质量完成的任务，火箭总装厂的设计人员和工艺人员在现场集体攻关、反复论证，拿出最佳方案，工人们消化技术、摸索规律，闯过道道难关，创造了1个月完成3个月任务的纪录。其中解锁机构的设计及加工工艺，还弥补了我国在这一领域的技术空白。
在长征二号F火箭的技术攻关中，难度最大的是栅格翼的研制。折叠在整流罩上的4块栅格翼是逃逸系统的重要结构，也是保证逃逸飞行器稳定性的特殊装置。如同羽毛球一样，因为羽毛起了稳定作用，无论怎么打，落下来都是尾部向下。火箭飞到高空，需要启动逃逸系统时，必须保证逃逸飞行器的稳定性，不能让航天员在里面翻滚或打转。所以，设计人员就在整流罩上安装了4片起到“羽毛”作用的栅格翼。火箭启动逃逸救生系统时，栅格翼打开后，可以将逃逸飞行器的气动力压心后移，从而实现稳定飞行。相反，如果没有它，逃逸系统就会失去平衡。可以说，栅格翼是决定逃逸能否成功的又一项关键因素。 对于仅在图片上见过栅格翼外形的设计者来说，研制之初根本不知道从哪里下手。为了设计栅格翼，中国运载火箭技术研究院主任设计师肖耘和同事们专门赴俄罗斯莫斯科航空学院学习培训。在宽敞的俄式古典风格的教室里，金发碧眼的教授们讲解了载人飞船的性能、作用和飞船系统的大致结构，但每当讲到最关键的技术时，课程就结束了，特别是对控制栅格翼角度的关键部件“阻尼器”，更是讳莫如深。“取经”的路被堵死了，火箭系统副总设计师张庆伟曾想从国外直接引进图纸和技术，但对方开口就要上千万美元。张庆伟清楚，上千万美元我们根本出不起，于是决心带领大家背水一战，创造奇迹。
肖耘和同事们面临着两大难题，一是研制出高可靠性的栅格翼“阻尼器”部件，以控制栅格翼准时打开，并开启到最佳角度；二是设计出最佳方案并找到最佳的耐热材料，避免栅格翼被逃逸发动机3000度的高温熔化。
苏联在研制发射“联盟号”的火箭时，仅攻克栅格翼阻尼器这道难关就用了5年时间。可我们没有这么长的时间。于是，肖耘他们不分昼夜，废寝忘食，经过大量试验，研制出了自动起爆的阻尼器。同时，火箭系统成立了一个全国性的攻关组，由庄逢甘主持，吸收国内研究机构和大学的专家共同参与设计、出谋划策。按照庄逢甘的建议，肖耘尽量把栅格翼的位置与逃逸火箭发动机的喷流错开，还给栅格翼涂上了新型的防热材料和防烧蚀材料。
为确保栅格翼的研制万无一失，除了进行常规的部件试验外，张庆伟还在哈尔滨飞机制造厂建立了一套栅格翼展开试验装置，模拟各个飞行阶段的外部载荷进行展开试验。在哈尔滨做试验时正逢寒冬，张庆伟每天和技术人员骑着自行车往返于住地和工厂之间，和两位老师傅一起设计了专门的焊枪，反复进行试验，最终取得了成功。
还有，由于栅格翼的每个方格空间都很小，手伸不进去，传统的手工氩弧焊无法进行焊接，只能采用直流氦弧自动焊的方法。尤其是翼片与边框厚度差大，不仅焊接困难，而且变形大。针对这个国内航空、机械部门的权威和厂家都感到棘手的难题，火箭总装厂副总工程师孙忠绍带领由工艺人员和工人组成的攻关组，在经历了前期技术准备及缩比件焊接工艺摸索之后，终于突破了自动焊接工艺的关键技术，焊接成型了1∶1的栅格翼试验件，达到了国际水平。
设计上的问题解決后，栅格翼的所有部件全部定型，进入了生产加工阶段。栅格翼的加工难度大，工装复杂，经历了不锈钢、钛合金和铝合金三种方案的技术攻关后，最终选定了由翼片焊接的铝合金方案。栅格翼的翼片材料很薄，焊缝数量多，极易产生变形。张庆伟带领技术人员几乎跑遍了国内焊接技术领域的所有厂家，才最终选定了加工厂，生产出了符合工程要求的合格产品。
被称为运载火箭心脏的发动机系统的研制任务，落在了航空航天工业部067基地。能不能按时拿出质量可靠的发动机系统，成为事关这个重大任务能否如期完成的关键。
1992年底，067基地的工程技术人员正式投入到载人航天火箭发动机的研制中。1993年研制工作全面展开后，困难接踵而来。由于火箭系统必须满足高可靠性要求，发动机的研制条件更苛刻，要求更高，而可靠性每增长一分，系统的技术要求也会相应提高。承担设计任务的技术人员翻阅了大量的资料，总结了发动机在以往生产、试验和使用方面的经验，进行了故障模式和影响分析，发动机总体、推力室、涡轮泵、阀门、火工品等分系统分别提出了各个组合件的设计方案和试验验证方案，评审通过后，成为载人火箭发动机研制的基础文件。
1993年9月，载人航天发动机的设计图纸陆续到达生产厂家。协作范围如此之广，技术难度如此之高，新技术如此之多，研制周期如此之紧，参考资料又如此缺乏，对生产厂家提出了严峻的考验。但每一家工厂、每一位总师、每一个技术员都有同一份“决不让宇宙飞船的航程在我们厂误点”的决心，他们相信，创造来源于技术和知识的储备；智慧总是在最困难的时候迸发；成功来源于精益求精的科学态度。
1994年12月，秦岭深山升腾起了绚丽的彩虹，载人航天火箭发动机的第一次试车获得成功。为保证发动机的绝对可靠，067基地对发动机试验提出了更恶劣、更苛刻的要求，主动加大推力、延长时间，让试车得以充分考验，确保万无一失。为此，他们在试验台上，把发动机的工作时间延长到了比实际飞行多一倍、甚至几倍，让每一个零件的耐温、耐压、耐磨等性能都能受到更加严格的考验，取得最为准确的数据。正是有了这样精益求精、主动加压的工作态度，1996年9月20日，火箭发动机高空模拟试车一遍成功，型号研制迈入了新的高度。
1996年是载人火箭初样研制的关键一年。在这一年中，火箭系统取得了突破性的进展：完成了箭体结构静力试验件生产并交付试验；完成了振动箭生产及总装，上塔开始全箭振动试验；箭上电气系统开始综合试验；活动发射平台通过技术设计评审并投入生产。经过五年的论证、设计和研制后，初具雏形的新型运载火箭被命名为“长征二号F”。
按照工程计划，长征二号F火箭将在1999年进行首飞，黄春平和王德臣满怀信心地期待着这一天的到来。然而，他们等来的却是“噩耗”频传——
2月15日，长征三号乙运载火箭发射国际通信卫星，点火起飞后2秒，飞行姿态出现异常，火箭低头并偏离发射方向。22秒后，火箭头部坠地，撞到离发射架不到2公里的山坡上，星箭俱毁；8月18日，长征三号运载火箭在发射中星七号通信卫星时，三级发动机二次点火发生故障，卫星未能进入预定轨道，致使发射失败。
这两次发射失利使中国航天的国际声誉受到重创，惨痛的教训将火箭研究院逼到了“失败不起”的境地，也给黄春平和王德臣敲响了警钟。此后很长一段时间里，他们都是沉默寡言，不露一丝笑容，但最终还是从心灵的煎熬中挺了过来。好在长征二号F型火箭还没有首飞，还有机会让他们查找不足，强化质量。 航空航天工业部组织的初样转试样评审即将进行，动员会上，黄春平和王德臣并非杞人忧天地告诫大家，要是火箭存在隐患，尽管目前没有发现，但迟早有一天会暴露。混过的只是“这次”，却逃不过“长久”。
在进行电气系统综合试验和匹配试验、控制系统半实物仿真试验、电气系统单机可靠性增长试验和电磁兼容试验、箭体结构静力试验和全箭振动试验等大型试验过程中，从设计、生产到元器件的采购和外协，无论哪一个环节，除了自己严把质量关之外，王德臣还请人来“挑毛病”。面对有些同志的不理解，他提醒设计人员说：“只有拿着这个‘双面放大镜’，才能把隐患消除在萌芽状态。”王德臣的这一举措让准备工作进行了很久。评审结束时，除了逃逸整流罩外，火箭的其他分系统全部通过了评审和复审。
1998年10月，国庆节还没有过完，中国运载火箭技术研究院和中国空间技术研究院的试验队伍就整装出发了。研制中的试验飞船、火箭整流罩、逃逸塔相继被运到了酒泉卫星发射中心。中国航天史上的第一次零高度逃逸救生飞行试验即将开始。这次试验是模拟运载火箭在发射台上出现故障时的逃逸飞行试验，也是对新研制的故障检测和逃逸系统所做的一次全面真实的考核，试验的成败直接关系到载人航天工程的总体进度。
火箭整流罩的对接调整、栅格翼安装、逃逸塔对接以及相应的测试、检查等工作完成后，王永志来到发射场和发射场总指挥张建启一起主持这次试验。
10月19日，零高度逃逸救生试验正式开始。“五分钟准备！”指挥员的口令回荡在空旷的戈壁。
“10、9、8、7……3、2、1，点火！”点火指令下达后，不同于以往任何一次火箭发射的场面呈现在王永志和参试人员面前。震天动地的轰鸣声中，火箭逃逸飞行器腾空而起。
“分离发动机点火！”
“逃逸塔分离！”
“整流罩分离！”
……
几组发动机接连启动，发动机喷射出耀眼的火焰，在大漠长空中划出了一道漂亮的烟云，整流罩一双巨大的栅格翼随即打开。不一会儿，分离出来的返回舱上空跳出一把引导伞，飞行到1900米的高空时，飞船返回舱与逃逸飞行器分离，鲜艳的大伞像一朵美丽的鲜花在空中绽放，带着返回舱缓缓降落……
1999年6月，经过长达7年的努力，长征二号F火箭的研制到了瓜熟蒂落的季节，露出了它的容颜，高58.3米，最大直径8米，起飞重量480噸，可将8.5吨的有效载荷送入近地轨道。
万众一心造神舟
在思考载人航天这艘巨轮怎样起航时，在总设计师王永志的心目中，关键是飞船。的确，在工程的七大系统中，技术最复杂、创新性最强、跨越性最大的非载人飞船系统莫属。别看与返回式卫星相比，载人飞船只是多了“人”，但两者的构造却大相径庭。人类在太空中生活工作直到安全返回地面，要求飞船具有密封的舱体结构、完善的生命保障系统、精准的制导导航与控制技术和比卫星更加安全的返回技术。
加加林乘坐的“东方号”是苏联研制的第一艘载人飞船，只能乘坐一名航天员；后来又研制了可以乘坐三人的“上升号”飞船，算作第二代；在此基础上完善改进的“联盟号”飞船就是最新的第三代。著名的“联盟T”“联盟TM”载人飞船都是“联盟号”的改进版。美国的首位航天员谢波德乘坐的“水星号”飞船是美国第一代载人飞船，后来又研制了“双子星号”和“阿波罗号”登月飞船。美苏两国的载人飞船相比，苏联的技术更为成熟和先进。
我国开始研制载人飞船的时候，苏联的“联盟TM”飞船刚刚问世不久，王永志把目光对准了这艘世界上最先进的飞船。
由哪个单位承担飞船的研制，关系到整个航天工业的生产布局和任务分工。当时，航空航天工业部所属的两家承担航天器研制的研究院的热情都很高涨，但意见分歧却很大。中国空间技术研究院以承担空间技术研究任务是本分为由，当仁不让；上海航天局则认为，他们平时研制任务少，可以集中精力来研制飞船。根据这两家单位的实际情况，航空航天工业部最终决定，飞船本体的总体设计和总装工作由空间技术研究院承担；飞船的各分系统由空间技术研究院和上海航天局共同承担。
大的原则定下来之后，飞船的13个分系统又进行了更加细致的分工。推进舱和推进、电源及测控通信分系统的主要仪器设备由上海航天局承担；环境控制与生命保障和乘员分系统由507所承担；其他系统由空间技术研究院承担。
飞船系统研制抓总的任务，落在了中国空间技术研究院。从东方红一号开始，这个研究院研制发射了60多颗不同类型的人造卫星，形成了返回式遥感卫星系列、东方红通信广播卫星系列、风云气象卫星系列、实践科学探测与技术卫星系列、地球资源卫星系列和北斗定位卫星系列。
上海航天技术研究院又称航天八院，我国第一枚探空火箭、风暴一号、长征二号丁、长征四号和长征四号乙运载火箭等，均由他们总负责研制。
1992年，飞船研制的任务下达后，王永志对他的老朋友、中国空间技术研究院院长戚发轫说：“飞船是整个工程的核心组成部分，难度最大，又没有基础和经验，你们的担子最重。”戚发轫是著名的航天专家、空间技术专家、中国工程院院士，自1957年大学毕业进入航天领域的60多年间，不仅作为主要技术负责人之一参加了“东方红”系列卫星的研制，还亲自组织了几十次的卫星发射任务。这一年，戚发轫刚刚卸下东方红三号通信卫星总设计师的担子，说心里话，他割舍不下与他一起栉风沐雨的卫星研制队伍和正处在辉煌阶段的卫星事业。如果离开了心爱的卫星，再接过载人飞船的重担，院长和飞船总设计师两副担子一肩挑，责任和风险都前所未有，在新的领域还能否像曾经那样发起有力的冲锋？
实事求是地说，对于这个任命，戚发轫最初并不积极。在这一点上，他与那些几十年一直搞飞船的专家完全不同，尽管他也有过飞天的梦想，但当飞船的总设计师却是他始料不及的。年近花甲的戚发轫已到了颐养天年的年纪，如果再到一个新的领域去拼搏，有可能抵达事业的高峰，但也有可能跌入人生的低谷。更何况，载人飞船白手起家，不仅周期长、要求高、难度大，还可能会面临难以预料的风险。 首先是研制队伍的组建问题。工程启动之际，正是中国市场经济兴起之时，不少航天人被席卷进了商海，人才流失相当严重。就连戚发轫自己亲自指导的两名博士生，他也未能说服他们继续留在航天系统打拼。其次，是研制经费不足的问题，尽管中央的拨款有所增加，但与欧美国家类似项目相比还有很大差距，而当时国内已开始市场经济转型，协作单位越来越多地面临来自市场的压力。再次，就是集智攻关的问题。搞载人飞船必须解决三大难题：一是“上得去”，二是“待得住”，三是“下得来”。为此，必须攻克18个重大技术难关，破解上千个技术难题。而且，工程指挥部要求飞船必须做到绝对安全。这意味着载人飞船的13个分系统、300多根电缆、600多台设备、8万多个接点、50多万行软件程序，还有300多家协作单位，哪一个都不能出现问题，其难度之高可想而知。
堆积如山的困难摆在了戚发轫的面前，他的心里充满了压力和顾虑，但比压力更沉重的是为国争光的责任，比顾虑更强烈的是为国图强的赤诚。既然国家把重任交给自己，就应该竭尽全力，59岁的戚发轫服从了组织的安排，走马上任了。
接过任命书的那天，戚发轫想起了几年前随中国航天代表团访问俄罗斯时，在著名的拜科努尔航天发射场观看“联盟号”飞船发射的情景。40米高的火箭整装待发，3名航天员即将进入飞船时，飞船的总设计师走到身旁，当着他们的面在“发射任务书”上郑重地签下自己的名字，然后与航天员一一握手道别，自信地对他们说：“放心地去吧，没有把握，我不会送你们上天的。”这一幕，给同样是飞船总设计师的戚发轫留下了难以忘怀的印象。他一个劲儿地问自己：将来为中国的航天员送行时，自己也能那样的坦然吗？一个承诺在这位老科学家的心里呼之欲出，只要能保证航天员的安全，花再大的代价也在所不惜。
在中央批准的方案中明确，中国载人航天从飞船起步。这就说明飞船系统在七大系统中是焦点也是中心。所以，工程总体开会时，戚发轫总会听到各级领导讲，希望飞船不要拖工程的后腿……每到这时，戚发轫虽然什么话都没有说，但心里却很不是滋味，可由于技术没有突破，自己又无法承诺什么。从此，戚发轫一直憋着一股劲，相信总有一天会用事实说话的。
在多年的卫星研制中，戚发轫有个经验，研制一个新的飞行器，必须要有一个好的技术方案，否则，一切无从做起或者后患无穷。在主持飞船总体方案论证时，对于究竟要造一艘什么样的飞船，专家们的意见分歧很大。有的认为走俄罗斯的路子，按照“联盟号”飞船仿制；有的认为按美国的方式，参考“双子星号”飞船来设计。两种意见各抒己见，争论得相当激烈，这让戚发轫常常陷入两难境地。
那些日子里，戚发轫食不甘味、夜不能寐，在听取意见的同时，他静下心来研究国外载人航天技术的发展，渐渐地有了自己的思考。根据苏联和美国经验，从发射无人飞船到建立长期性空间站，历时30多年，都不可避免地走过一些弯路。因此，中国完全可以借鉴他们的经验，从而缩短自己的研制过程。这时，苏联的“联盟TM”飞船问世不久，戚发轫和王永志一样，也把目光锁定在了这艘世界上最先进的飞船上，而且思路越来越清晰。戚发轫觉得中国的飞船必须要有鲜明的中国特色，虽然起步晚，但起点要高，且一步到位。一个中国飞船的雏形在戚发轫的脑海中形成了，这艘飞船的总体构型应为“三舱一段”，即由推进舱、返回舱、轨道舱和一个附加段构成。推进艙是飞船在空间运行及返回地面时的动力装置，在飞船的最下部；返回舱是飞船起飞、飞行和返回过程中航天员乘坐的舱段，也是飞船的控制中心，在中间；轨道舱是航天员工作和生活的场所，装有各种实验仪器和设备，在上部；附加段也叫过渡舱，是为将来与另一艘飞船或空间站交会对接做准备用的，安装在飞船的最前端。返回舱返回后，轨道舱相当于一颗对地观察卫星或太空实验室，继续留在轨道上工作一段时间。推进舱则成为太空垃圾，最终焚毁于大气层中。
戚发轫的这个“三舱一段”的方案中，轨道舱留轨利用是一大特色。俄罗斯飞船的轨道舱与返回舱分离后，一般是废弃不用的。而戚发轫觉得把它废弃有些可惜，于是为它加装了一对翅膀，也就是太阳能帆板，用来采集太阳光，把光能变为动能，为空间科学实验或对地观测提供能源。
戚发轫把他的这些想法一一写进了《载人飞船技术经济可行性论证报告》，并以“白皮书”的形式上报工程总体，获得顺利通过。
“飞船搞三舱构型，要体现中国特色，体现技术进步，就必须要创新，实现跨越式发展。这么高的起点给你们的研制带来了很大的难度。” 在进入方案设计阶段时，王永志的这番话为载人飞船的研制指明了方向、标定了起点。
高起点也必然带来高难度，一道道拦路虎摆在了既是院长又是总设计师的戚发轫面前。戚发轫对研制人员说，困难面前不能退缩，解决一个就前进一步。
尽管已经掌握了许多先进的技术，也积累了丰富的经验，但研制载人飞船毕竟与研制卫星有许多的不同，最大的区别在于载人，有人就必须以保证航天员的生命安全为第一要求。要达到这个目标，首先要攻克五大技术难题：一是要有环境控制和生命保障系统，为航天员提供适宜的温度、湿度和氧气浓度；二是要有应急救生系统，保证航天员在任何时候都能逃逸救生；三是要有仪表与照明系统，通过这个系统，航天员可以监视飞船的飞行状态，并在必要时通过手动操作控制飞船的状态；四是要有高性能的测控通信系统，保证航天员能及时与地面进行语音通话及舱内图像向地面传输；五是航天员乘坐的飞船返回舱在返回时受到的再入过载和着陆时的冲击力不能太大。
头一次制造飞船，需要解决的技术难点问题实在太多。戚发轫将这些难题分解成“载人飞船返回控制技术”“返回舱舷窗防热与密封结构技术”“主用特大型降落伞技术”“着陆缓冲技术”等17项关键技术，把总体任务分解成13个分系统，带领工程技术人员一步步地摸索，一点点地攻克。 载人飞船构型复杂、系统复杂，一艘飞船所用的元器件有10万多只、电缆网节点8万多个、计算机软件语句几十万条，哪怕是一点不起眼的小东西，也都让设计人员历尽千辛万苦。戚发轫提出的目标是，必须保证每一个焊点、每一根导线、每一行语句都不能出错。为此，他们专门安排了大量的可靠性与安全性试验。为考核飞船各舱段之间能否正常、安全地解锁分离，仅返回舱与推进舱连接面的火工锁，就进行了100多次可靠性试验和10多次舱段之间的解锁分离试验；为考核飞船关键电子设备的可靠性，对60多件关键电子设备进行了综合应力试验，达到了连续工作100小时无故障。
飞船“上得去”的问题解决了，“回得来”的问题也同样不容忽视。飞船返回舱的重量有3吨，着陆速度却不能超过3米/秒，还必须充分考虑到零高度、大气层内、大气层外等各种故障模式下的安全回收。这个难题像一个沉重的秤砣，压在了戚发轫和研制者的心上。
1993年开始，回收着陆分系统的技术人员成功地研制出了特大型降落伞、着陆缓冲装置以及程控器等上百件关键设备。载人飞船用的特大型降落伞是世界上最大的，仅主伞面积就有1200平方米。整个伞铺在地上有半个足球场大，叠起来却只有一个提包大，仅重90多公斤。降落伞用特殊的纺织材料制成，薄如蝉翼却非常结实，它的缝制也很特别，是由1900多块像鱼鳞一样的小布拼接而成，每块布的四边都用横竖两个方向的加强型编织袋缝牢，可以抵抗强烈的撕扯力。做伞的布料经过防灼烧处理，能够耐受400℃的高温。伞绳的材料也是特制的，直径比鞋带还细，却能承受300多公斤的重量。飞船降落时，近百根伞绳足以拉动3吨多重的飞船。
1994年底，正值天寒地冻时节，为了考核降落伞的性能，回收着陆分系统的技术人员来到陕西空军某基地进行第一次降落伞空投试验。试验开始后，飞机很快飞到了预定高度，飞行员按照预定的速度将模型投向地面。可眼前的景象却让所有在场的人失望了，减速伞和主伞都没有涨满，返回舱模型以超常的速度直接砸在地面上，空投试验失败了！
这次失败带给研制人员的精神压力非常大，他们原本是想等试验成功后，好好过个新年的。虽然希望落空了，但他们却丝毫没有气馁。返回北京后，一天都没有休息，就立刻投入实验室，改进设计，重新包伞。他们1995年的春节就这样在岗位上的日夜奋战中度过了。当人们还沉浸在阖家欢聚的团圆时刻时，他们却顶着刺骨的寒风又向试验营地进发了。这一次，空投试验获得了圆满成功。
尽管试验获得了成功，但现场工作人员却在返回舱中闻到一股异味，这一现象立即引起了戚发轫的警觉。经过检查，一个可怕的问题暴露了——舱内有害气体超标！戚发轫立即组织飞船总体与有关系统人员检查有害气体的来源。经过多次分析试验，最终查出问题出在舱内的多种火工产品上，是它们工作时产生的气体泄漏到返回舱内。
这是个事关航天员生命的问题，必须立即解决，否则将来会直接威胁航天员的生命。戚发轫带领大家做了无数次的试验，想了各种各样的办法，最后采用大禹治水的办法，先“疏”后“堵”，还新研制了一台有害气体过滤器，直到把有害气体全部排出舱外，消除了隐患。
这件事情之后，戚发轫要求设计人员，必须以严谨科学的态度来对待疑点、消灭疑点，凡是能预想出来的可能出现的问题，都要千方百计地去发现、去寻找，虽然这种发现和寻找有时像大海捞针，但決不能放弃。
有人提出，“火箭升空到一定高度，结束工作该与飞船分离的时候，万一分不开怎么办？”针对这个问题，飞船上增加了一项能保证航天员手控发送分离指令的功能。可这个指令要从飞船送到火箭上，就需要有独立的电源，这不是飞船系统可以独立解决的，还需要得到火箭系统的支持。有没有必要增加这个功能呢？火箭为什么要接收飞船的指令？当一些人带着抱怨的情绪议论纷纷的时候，戚发轫却不改初衷，“只要能保成功，保航天员安全，我们就一个字，干！”戚发轫亲自找到38岁的火箭系统副总指挥张庆伟请求支持。毕竟船箭相连，张庆伟给了戚发轫很大的支持，同意火箭接收飞船的指令并按要求设置一个独立电源。
1995年6月28日，航天界的领导和专家们经过两天认真而热烈的论证，宣布了一个令戚发轫无比欣慰的决定：飞船从设计阶段进入到工程实施的初样研制阶段。
1996年9月，第一艘无人初样飞船开始了桌面联试。这是飞船的各分系统产品进行的第一次电性能设备联试，共有600多台设备、300多根电缆、8万多个电缆网节点、20多个计算机软件模块参加了此次联试。经过200多个日日夜夜的苦战，联试获得成功。这次的成功，验证了飞船方案设计的正确性，可以投产了。
当时，国外曾有人说中国的飞船照搬了他们的东西。后来，王永志应邀去俄罗斯参加纪念加加林上天40周年的活动，回到他的母校莫斯科航空学院接受“荣誉博士”称号和“杰出毕业生金质奖章”。在这个仪式上，王永志用俄语做了一次报告，专门介绍中国的载人航天工程和飞船的特点。
与苏联和美国的飞船相比，中国飞船的特点非常鲜明。一是飞船的返回舱是世界上已有的近地轨道飞船中最大的，可同时容纳3名航天员；二是飞船具有留轨利用的特点，航天员返回地球后，留在轨道上的轨道舱可以继续工作半年以上；三是飞船的制导、导航控制和数据管理分系统具有三机容错能力，飞船能够“一次故障正常工作、二次故障安全返回”，提高了安全性；四是飞船上安装了自动和手动半自动两套应急救生装置，万一自动装置出现故障，手动半自动系统也完全可以应对；五是飞船上的许多系统应用了大量先进的计算机智能管理系统……
王永志的报告刚一做完，他当年的老师米申院士就站起身来，大声对俄罗斯的航天专家们说：“你们都听到了吧，中国飞船不是‘联盟’号，中国飞船就是中国飞船！”米申的这个声明引起了世界航天界的轰动，因为他当年就是“联盟号”飞船的总设计师。 1996年深冬的一个周末，一辆深黑色的轿车行驶在虹桥机场前往上海航天局的公路上。坐在车上的载人航天工程副总指挥、国防科工委副主任沈荣骏眉头紧锁，心事重重。
1992年，载人航天工程立项时，第一艘试验飞船争取1998年、确保1999年起飞的期限就已经确定，航天部门把这个承诺称为“争八保九”。
按照这个进度，飞船系统应该在1998年生产出4艘用于地面试验的“样船”，一艘用于整船振动试验，一艘用于结构静力和分离试验，一艘用于在真空罐里做热平衡试验，一艘用于电性能测试。1999年，火箭系统应结合卫星发射，发射一枚试验性质的火箭。
尽管飞船系统的研制团队几乎每天都在倾全力攻克难题，但是，苦干了4年多之后，到了1996年年底，飞船的研制进度仍比原定计划晚了一年半。
沈荣骏掐指一算，照这样下去，1998年发射第一艘无人飞船已无可能。“争八”不可能了，要是不采取对策，甚至连“保九”都实现不了。如果“争八保九”不能按时完成，工作延长一年，就要多花幾个亿的资金。沈荣骏十分着急，本来经费就很紧张，再一拖延，从哪里来钱？完不成对中央的承诺，有什么脸再向中央要钱？可没有钱，工程就无法继续进行下去。所以，无论如何“保九”这个底线不能突破！
沈荣骏的态度之所以这么坚决，还有另外一个深层次的原因。工程开展的这几年，各系统都在默默无闻地搞科研，一直没有很明显的标志性成果，所以，国内针对载人航天的“下马风”刮得很紧，一些专家甚至提出了质疑。
听到这样的议论，沈荣骏对当时的国防科工委主任、载人航天工程总指挥曹刚川说：“载人航天工程立项上马，是中央的政治决策，现在如果要是停下来，可就把中国人的面子给丢光啦，简直是滑天下之大稽。就算是有天大的困难也得克服！”曹刚川听后，果断地表示支持沈荣骏的想法，“对，咱们继续干，最终让事实说话！”
沈荣骏算了一笔账，按照火箭系统的研制进度，1999年进行首次发射应该不成问题。目前最关键的是飞船的发动机没有着落。飞船没造好，火箭打什么就成了首要问题。有人建议，1999年先送一颗卫星上天，这样可以避免浪费资源。而那段时间，我国的航天事业正处于调整期，一时难以找到合适的卫星来试验火箭，这个方案只能放弃。也有人说，只要有个配重就完全可以验证火箭的性能，按照飞船的样子做一个同等重量的“铁疙瘩”打上去就可以了。这个方案虽然可行，但沈荣骏却久久没有做出批示。他心想，载人航天的核心是飞船，这样做其实只试验了火箭的功能。对于经费有限的航天事业来说，真是太浪费了。于是，沈荣骏拿起电话接通了戚发轫，开口便问：“如果研制一艘功能简单一些的飞船，借火箭发射的机会进行一次试验，能不能做到？”
这个问题出乎戚发轫的意料，按照以往研制卫星的惯例，火箭试验不需要卫星一并参加，所以飞船系统并没有安排类似的试验。
戚发轫的回答令沈荣骏失望了，“飞船的研制进度没那么快，按照模样、初样、正样的顺序，现在才是初样阶段，无论如何也搭不上这趟‘快车’了！”戚发轫告诉沈荣骏，上海航天局承担了飞船“一舱两个半系统”的研制任务后，一直在按照时间节点加速推进，在完成两艘结构船、一艘热控船和一艘电性船生产的同时，还要全面完成任务书规定的单机和系统试验，工作量实在太大了。戚发轫从当时的进度分析，完成整船的所有工作再转入正样和发射第一艘飞船，时间可能要突破1999年。
“不行！‘争八保九’是我们对中央的承诺，困难再大也必须按时完成任务。”沈荣骏回答得毫无余地。
戚发轫沉默了一会儿，发现沈荣骏没有结束通话的意思，便说：“飞船的短线在推进舱，推进舱的短线在发动机，只要上海航天局能完成推进和电源系统，飞船总体就能赶上。”
“好，我这就去上海！”沈荣骏不容置疑的口气让戚发轫焦急万分。
放下电话，戚发轫立刻把年轻的飞船专家、载人飞船系统的副总指挥袁家军和飞船系统的副总设计师王壮、郑松辉等人请来一起研究方案。听了戚发轫的话，大家都感到意外，但也觉得如果沈荣骏的想法能得以实施，可以带来两大好处。一是通过这样一个近期的、明确的目标，可以激发和调动研制人员的积极性；二是可以让飞船的主要分系统得到实际考验，尤其是飞船的许多技术细节在地面难以模拟，提前进行试验能尽早暴露问题，及时改进。然而，想法虽好，但试验飞船从何而来？
“大家说说吧，怎么才能保证试验飞船按时上天？”戚发轫的话说完了，但却无人应答，一时谁也拿不出有效的方案，只好选择沉默。
“既然打不了正样，不行就把初样电性船打上去吧！”这句话一出口，虽然声音很小，但却像一声平地春雷震醒了在场的每个人。
戚发轫抬起头，向声音传来的方向望去，提出这个建议的是一个刚刚参加研制工作不久的小伙子。
“戚总，我只是随便一说，您别生气”，看到戚发轫紧锁的眉头，小伙子怯生生地说。“不，你说得有道理。”戚发轫从思考中醒过神来，这才想起来，自己的眼神可能吓着小伙子了。他笑着站起身来，走过去拍了拍小伙子的肩膀，转过头来对袁家军说：“我看咱们就这样定了吧，用电性船改装，按时首飞。”
电性船简单地说，就是仅用于地面电性能测试的试验飞船，其性能与上天的飞船相差很大。将电性船改装成试验船进行发射，等于跨越了一个研制阶段，跳过许多要做的试验和程序。
这样的改装在中国航天史上从来没有过，风险无疑是巨大的。不少人为此犯嘀咕，这样的飞船上得了天吗？谁敢去冒这个险？即便是总设计师，戚发轫也不敢说他有多大的把握与胜算，但这可能是实现“争八保九”的唯一办法。 曾经沉寂的会场开始变得热闹起来，所有的话题都围绕着怎样改装飞船展开了。袁家军想了想之后，对改装细节提出了设想：“电性船上的很多电器都是非上天产品，必须进行正式上天条件下的环境试验。机械件、模拟件按照上天产品的要求，寻找替代品或重新投产。”王壮和郑松辉提出了一个建议，把飞船的13个分系统简化成8个，组成一艘最小配置的飞船。具体地说，就是结构与机构、热控、导航与控制、测控与通信、数管、推进、电源和回收8个分系统必须保留，其他的5个分系统可暂时不在这次考核之列。戚发轫最后决定采用这个建议，先确保飞船能上得去、回得来。
虽然13个分系统简化成8个，已经大大减少了工作量，但是改装任务依然很艰巨。飞船到底能不能上天，推进分系统是关键。飞船上大大小小的发动机有52个，飞船与火箭分离后，全部的动力都来自推进分系统，飞船返回地面时需要进行的“刹车”，也是由推进分系统提供动力。确保飞船推进分系统的可靠性历来是航天器安全指标里的重中之重。据统计，世界载人航天史上的重大故障中，推进系统占的比例超过四分之一。我们的飞船发射升空后，是否能稳定飞行、准确变轨，是否能按照地面的指令实施制动和返回，这些都取决于发动机的工作情况。所以，即便是改裝，推进分系统的产品也必须是货真价实的正样产品。
根据国外惯例，飞船上天前，发动机需要进行10万秒的试车，就是按照中国其他航天器的要求，也至少需要几万秒的试车时间。然而，这时飞船的主发动机只进行过一次930秒的高空试车。
尽管上海航天局负责这两个系统的研究单位夜以继日地一步一步往前赶，但对于“争八保九”要求而言，在总体进度上，还有一定的差距。如果推进系统还按原来的计划，至少还需要4年时间，到2000年之后才能生产出飞船的发动机。
正是这样，促使沈荣骏一定要亲自去一趟上海。
在机场等候沈荣骏的人，是载人飞船系统的副总指挥兼副总设计师施金苗。施金苗是“863计划”的论证专家之一，长期负责上海地区的运载火箭研制工作，是“一箭三星”技术的主要设计师。载人航天工程立项后，施金苗负责上海地区的飞船推进系统、电源系统、测控通信系统以及推进舱的技术和项目管理。他对载人航天的感情就像对待自己的孩子一样，比谁都担心因为飞船的原因而耽误整个工程的进度。沈荣骏的到来，或许能让研制进度再提升一大块，但随之而来的，一定是一次凤凰涅槃般的攻关，这让施金苗既高兴又焦虑。
“我是来要军令状的。”沈荣骏一见到施金苗，没有一句客套话，便开宗明义地点明了这次到访的目的。
“我带您先到一线看看吧。回来咱们再说。”施金苗没有立刻给沈荣骏肯定的答复。他心里明白，回答这个问题，不能说不行，必须回答行。但这个“行”必须建立在科学论证和科学决策的基础上，一向严谨的施金苗不能不切实际地拍这个胸脯。沈荣骏看出了施金苗的心思，微微笑了一下，说了声：“那就走吧！”施金苗默默地陪着沈荣骏走遍了每一间实验室和每一座生产厂房。无论走到哪儿，沈荣骏反复说的都是同一句话：发动机是飞船的心脏，无论如何都要让它按时跳动起来。
考察过程中，沈荣骏发现，上海航天局拖延时间的原因，不是技术上不行，而是试验做得不够。试验需要时间，时间就是工作量，通过加班是可以解决的。至于条件差点，可以想办法改善。参观归来，沈荣骏心里有了数，连夜主持各分系统的“两总”会议，开门见山地说：“‘保九’是我们向中央的承诺，必须得实现。现在的短线就是上海航天局。我经过考察，认为你们经过努力是可以赶上进度的。希望你们能够顾全大局，千方百计赶上进度。从现在起，你们要钱给钱，要条件给条件。你们说怎么样？”
沈荣骏话一说完，就要求上海航天局的领导和施金苗立即做出承诺。会议室里一片沉寂，领导和专家们有的用手撑着前额闭目凝思，有的用牙齿紧紧咬住手中的笔杆……谁也不吭声。这种场面让施金苗感到非常尴尬，他想开口打破这种沉寂，但军中无戏言，没有十足把握的施金苗左右为难，迟迟没有开口。“老施，怎么样？你说！”沈荣骏直接点了施金苗的名，施金苗不表态就不散会。决不让工程在我们手里误事，是施金苗一直强调的。想到这一点，他硬着头皮说了句口头禅，“办法总比困难多”。
施金苗之所以这么说，是因为在陪沈荣骏考察的这两天时间里，他在心里默默地算了一笔账。他列清了所有的差距和困难，逐一考虑了解决措施，其中包括：产品加工短线迅速外协生产、试验测试能力加强、采取人休息而产品不休息等一系列生产组织管理办法，落实质量保障措施来确保后续工作一次成功等质量管理办法，加强组织调度力量，等等。如果采取这些措施，风险虽然很大，但拼一拼还是可以完成任务的。除此之外，施金苗还有另外一份盘算。如果这次攻坚成功了，将为上海航天局今后承接载人航天工程项目赢得良好的信誉，是一次锻炼队伍、培养人才的好机会。想到这里，施金苗决心要搏一下，啃下这块“硬骨头”，他向沈荣骏承诺：“我们一定千方百计地在1999年把试验飞船做出来，载人航天的列车决不会在上海晚点。”负责飞船发动机研制的801所所长黄瑞生、主任设计师臧家亮见施金苗表了态，也咬着牙说，“我们801所一定全力以赴，决不拖工程后腿”。
沈荣骏心里的一块石头总算落了地，他高兴地竖起了大拇指，“好，太好了！我们齐心协力，‘争八保九’，后墙不倒！”随后，沈荣骏宣布：“试验飞船的发射，按照原计划进行。”
把电性船改成无人试验船，等于抓住了工程当时最关键的环节。但是，接下来的事情并没有这么简单。工程“两总”联席会议还没有召开，就遭到了一些专家的反对，说沈荣骏是“蛮干”，甚至毫不客气地批评他，“初样怎么能上天？你这是违反科研程序！”沈荣骏对来向他汇报的人说：“第一，试验飞船是相对简化的飞船，主要系统都在上边，其他系统工作量实在完不成的，又不是急需的，这次先不上。第二，上船的产品全部按正样验收。这怎么叫违反科研程序？”随后，沈荣骏对有关同志说：“我的解释就到这儿，‘两总’会议之后，不管他们再说啥，定下来就干！” 根据沈荣骏的指示，中国空间技术研究院立即召开了飞船系统的总指挥、总设计师联席会，正式向总指挥部提交了《用电性船改装成试验船的建议》，此报告一上交，从沈荣骏到戚发轫再到施金苗，便再无退路。
1998年1月9日，载人航天工程总指挥、国防科工委主任曹刚川主持工程总指挥、总设计师第15次联席会议，正式决定：1999年利用长征二号运载火箭首次发射试验的机会，发射一艘试验性飞船，并同意以电性船为基础进行改装。会后，曹刚川和刘纪原联名给李鹏总理写信报告了这个决定，不久后，方案便获得中央专委的批准。
方案通过的那天，沈荣骏对大家开玩笑说：“从现在开始，从我做起，只有星期七，没有星期天！”整个飞船系统就像一部开足马力的机器，高速运转起来。沈荣骏叮嘱工程有关部门，如果上海航天局有什么困难，一定要全力以赴地解决。
施金苗更是一诺千金，背水一战，不仅重新分配了各部门的任务，下达了死命令，规定了完成的期限，还和科技人员一起商量方案，对关键的技术项目进行现场指导。在施金苗的“高压政策”和身体力行下，一场与技术难关较劲、与时间节点赛跑的战斗在黄浦江畔打响了。
各分系统的技术人员一方面抢试车进度，另一方面加紧生产产品。飞船推进系统进入了试验与生产同步进行的程序。801所承担着飞船上52台发动机和管路系统、气瓶、储箱、特种燃料加注等任务，在黄瑞生和臧家亮的带领下，经过充分试验，达到了预期目的。电源系统在主任设计师方国隆的主持下，利用土制的大真空罐进行了多次试验，攻克了太阳能帆板在阴影低温区展开锁定的技术难关。随后，金属膜片式贮箱技术难关被攻克；42公里高空模拟试车台建立起来；推进系统试车一次成功；数字图像压缩技术被攻克……施金苗带领的研制队伍只用一年的时间就完成了两年的工作量，为飞船如期首飞赢得了宝贵的时间。
与此同时，在北京的中国空间技术研究院，年轻的卫星专家杨宏被任命为电性船的总体技术负责人，他协调、理顺了飞船总体电子设备与总装、结构的关系，使电性船成为电子设备与结构、机构相容的一个整体。1998年11月，杨宏以电性船为载体，成功地进行了整船级的电磁兼容性試验，检验了飞船自身以及飞船系统与火箭、发射场等其他系统间的电磁兼容性，拿到了飞船的电磁兼容数据。
在电性船改装的过程中，非重点的5个分系统也不想错过这次上天试验的机会，他们的总指挥和总设计师们一次次找到戚发轫，向他请缨要求参加任务。经过飞船系统“两总”会议研究，戚发轫同意了这5个分系统在不影响主系统试验的前提下，可以上船。这样一来，这艘飞船实际上已经是一艘完整的飞船了，只是5个非重点分系统没有参加考核而已。
在载人航天飞行过程中，安全返回是飞船要经受的最后一道考验。在世界航天史上，飞船返回和着陆阶段是航天员罹难最多的阶段。从1967年到2003年的30多年间，全世界的航天员在返程途中一共牺牲了11人，占所有遇难者的一半之多。
返回着陆段的危险主要是三个方面：变轨发动机出现故障；降落伞发生问题；着陆缓冲发动机不工作。
变轨发动机出现故障怎么办？一、三发动机出现问题，有二、四发动机替补；4台发动机全部出现故障，还有另外8台小发动机，足以让飞船完成制动调姿，返回主、副着陆场。
降落伞发生问题怎么办？飞船上备有2套降落伞，按正常程序，主伞应当在距地面6公里的高度上打开。如果这时主伞不能正常工作，返回舱里的静压高度控制器就会自动启动开关，迅速切换到备份伞系统开始工作。
着陆缓冲发动机不工作怎么办？设计人员在返回舱底部安装了1台γ高度仪和4台缓冲发动机，当飞船距地面只有2米左右时，γ高度仪发出信号，指挥缓冲发动机点火，飞船落地速度减到了2～3米/秒，保证航天员安全着陆。万一发动机不点火，航天员的座椅下方还有一个胀环式的缓冲器，用来吸收震动的能量，保护飞船落地时航天员不会因为反弹而被蹾伤。
尽管一切准备工作都朝着“零故障、零缺陷”的目标努力，但受到客观条件限制，载人飞船工程的可靠性指标只能达到97%，仍然会有3%的意外可能发生。所以，飞船和火箭的设计师们必须为航天员的生命安全铺设最后一道防线。航天员一旦出现危险，能有一把起死回生的“撒手锏”。为了这个目标，飞船应急救生系统的主任设计师李颐黎和他的攻关组，从大气层内到大气层外救生，从境内到境外救生，从陆地到海上救生，把其间每一分每一秒中可能影响航天员安全的各种因素件件揽入胸中，一一制定了相应对策。
万一返回舱不能在预定地区着陆，返回舱里为航天员准备了远距离呼救电台、GPS定位仪、406示位标、信号枪、太阳反光镜、光烟信号管和海水染色剂等救生物品。返回舱落地后，“接头信号”就会立即发出。信号有两种，一种是闪光灯，一种是染色剂。闪光灯以每分钟闪动55下的频率发出白色的闪亮，可以连续闪光25小时，为夜间搜救准确提示返回舱的位置信息；染色剂由荧光素钠盐构成，溶于水中后迅速形成一大片绿色荧光区，在白天更便于救援飞机在高空发现目标。除此之外，返回舱内还备有急救药包、蛇伤自救盒、蚊虫驱避剂、食品和饮水、指北针、抗风火柴、防尘太阳镜、引火物，以及救生船、渔具、驱鲨鱼剂、抗浸防寒漂浮装备、救生手册等，特别为航天员配备了救生用的手枪和生存刀。
飞船的研制需要模拟它在太空中的真空状态，就得建造一种能够将整艘飞船放进去试验的空间环境模拟器，这是载人航天工程必备的八大实验室之一，也是当时飞船系统面临的难度最大的项目之一。戚发轫带领专家们组成多学科的研制队伍，选择一流的企业和一流的施工队伍进行大协作，用了长达3年的时间，终于解决了超大法兰盘、超大封头的成形、焊接和大型构件现场精加工等多项技术难关，完成了这项国家重大科研项目。 1999年盛夏的一天，随着一座高22.4米、直径12米的空间环境模拟器的巨大密封门缓缓开启，如同凤凰经历洗礼的试验飞船，以完美的涅槃通过了全部电气系统的严格测试。
然而，这时的飞船还只是一个躯壳。专家们还没有编好能让它的大脑活起来的控制程序。按照惯例，这些程序需要经过相当长一段时间的调试才能逐步完成。但这时距离1999年结束仅剩下5个多月的时间。根据以往的经验，这点时间别说是完成联试，就连程序编写也远远不够。无奈之下，戚发轫又做出了一个破天荒的决定，把原计划在北京进行的编程和调试工作转移到发射场，一边编程、一边测试，一边试验，一边演练。7月23日，装载着试验飞船的专列从北京出发了。8月15日，长征二号F火箭也装上专列驶向大漠深处。在热浪滚滚的戈壁滩，戚发轫带领试验队昼夜兼程，用了4个月的时间，提前完成了飞船的全部技术流程的演练，并与火箭和发射场系统进行了成功对接。至此，立项已7年之久的中国载人航天工程终于有了一艘达到上天要求的试验飞船。
科学创新的空间平台
探索太空奥秘，寻找可利用的空间资源为人类服务，开拓继陆地、海洋、大气层之后的第四生存空间，是开展载人航天应用的永恒目标。如今，载人航天作为探索空间、利用空间这一综合性高科技领域的前沿，成为世界各航天大国竞相发展的热点。
1987年，对于中国开发太空资源的事业来讲，是一个值得纪念的年份。在科技强国的国策下，航天科技工作者以返回式卫星为平台，迈开了开发利用太空资源的脚步。之后，他们在返回式卫星上，开展了80多项材料加工、生命科学和生物学方面的研究，进行了300多项不同形式的搭载试验，形成了一支以中国科学院为主，多家航天研究院所、高等院校共同参与的空间微重力科学应用实验研究队伍。
距离地球1000倍的地球半径的空间，就是微重力环境。在微重力环境中，重力水平只有地球表面处的百万分之一。在微重力环境中运行的飞行器上，会产生一种奇妙的现象，任何自然的东西在上面都会飘浮起来，这就是微重力状态。在这样的状态下，可以进行地面上难以进行的科学实验，利用微重力环境中的科学规律，把地面上被重力掩盖掉的许多现象揭示出来。
在飞船上天之前，先采用能够形成微重力环境的方法进行“彩排”，是科学家们长期以来渴望的机会。
20世纪80年代，在“863计划”的支持下，一批具有前瞻性认识的科学家走进了空间科学研究这个新领域，利用返回式卫星开展了空间科学探索性研究，但那时的空间应用实验是零星的、附加性的。直到载人航天工程启动后，才开始了真正有计划、成规模、涉及领域比较全面的空间应用实验，并系统研究载人航天及其应用的发展战略和规划。
20世纪80年代中期，著名科学家林兰英院士在进行新一代高速集成电路和光电子器件基础材料砷化镓的研究时遇到了困难，试图与国外同行进行真诚的合作，但却遭到了无情的拒绝。无奈之下，林兰英决定利用中国的返回式卫星去太空中寻找答案。于是，她与中国空间技术研究院院长闵桂荣和返回式卫星的总设计师王希季取得了联系。
林兰英的这个想法得到了闵桂荣和王希季的支持。1987年8月5日，中国首次搭载空间材料加工炉的返回式卫星飞上了太空。令人鼓舞的情景随之发生了，用降温凝固法在空间生长出直径和长度各约10毫米的掺碲砷化镓单晶体，其生长速度比地面快，杂质却明显减少，组分分布均匀。林兰英用在太空所获得的单晶制成了低噪声金属栅场效应管，与地面上生长的同类器件相比，噪声系数低31%，相关增益却要高23%。
1997年，林兰英在第17颗返回式卫星上第5次进行了搭载试验，生长出直径20毫米以上、长度超过40毫米的半导体砷化鎵单晶，使我国在大功率微波元器件和大规模集成电路应用方面取得了突破性的成果。
在这颗返回式卫星上，中国空间技术研究院还与日本早稻田大学联合进行了一项铟镓锑晶体生长及扩散机制实验。卫星返回后，搭载样品完好无损，遥测数据齐全。专家们欣喜地发现，锑化铟晶体在地面生长有明显的杂质条纹，而在空间生长试验，不仅克服了这个问题，而且电阻率的均匀性比地面样品提高了一个数量级，结构完整性也大为提高。
载人航天工程立项后，根据飞船的设计，轨道舱在飞船返回后将继续留轨飞行，这就为开展探索性、前瞻性和体制验证的空间科学与技术试验提供了独特的试验平台。从此，中国科学院把开展空间科学与技术试验作为一项基本任务，动员和组织了上千名科学家成立了飞船应用系统。航天科工集团、中国电子集团公司、国家海洋局、中国气象局等单位也参加了其中的部分研制任务。
作为我国规模最大、涉及领域最广的空间科学与应用工程，毕竟不是一个纯粹的科研攻关课题，由学术带头人组织攻关就行了，必须由一个强有力的班子来进行决策指挥和协调。
应用系统包括中国科学院在内的40多个研究所，集中了众多高水平的科学家。他们领受的具体任务是开展空间对地观测、空间科学研究和技术试验。1992年，中国科学院力学研究所的研究员胡文瑞院士受中国科学院的委托，担任“载人飞船应用系统技术经济可行性”论证组组长，在他的带领下，历经半年的论证，确定了应用系统在飞船的主载荷及其主研项目，包括对地观测、空间遥感、空间生命和空间监测和预报等，还有天上、地下技术支持系统。这些项目都瞄准了国际科技前沿，针对了国家战略需求。
中国科学院高技术局局长张厚英是应用系统的第一任总指挥。这位工程专家曾因出色参与组织北京正负电子对撞机这一巨大的科研工程而为世人所知。姜景山、胡文瑞、赵双林、杨文鹤、潘厚任、顾逸东任副总指挥，龚惠兴任总设计师。
龚惠兴为应用系统的方案论证和规划付出了大量的心血。由于应用系统是一个实用性的系统，与人们的生活、环境息息相关，龚惠兴利用载人飞船，安排了6大领域的28个项目的研究任务。其中包括对地观测和遥感应用，空间生命、材料科学和微重力流体物理，空间天文和物理，空间环境预报和监测以及天地技术支持系统。确定这些项目的同时，龚惠兴还组织起了一支设计师队伍，划分了各项任务之间的分工界面，给他们出了一份难度极高的考卷。 但由于龚惠兴院士当时在上海工作，而工程研制任务又很重，对于总设计师的工作有许多不方便。正在日本文部省宇宙科学研究所做高级访问学者的顾逸东奉命提前结束访问交流，赶回北京，接替龚惠兴担任空间应用系统的总设计师。1999年初，年满65岁的张厚英辞去总指挥的职务，顾逸东又兼任了总指挥一职。
顾逸东是著名经济学家顾准的儿子，他1970年毕业于清华大学工程物理系，原来的专业是宇宙线物理学和高能天体物理试验研究。1977年起，他曾组织领导了我国高空科学气球系统的建立，组织指挥了一百多次高空气球科学探测和试验，解决了气球设计研制中的关键技术问题，推动了我国高空气球科学探测，开拓了系留气球等应用气球技术领域。
顾逸东受命之时，应用系统刚刚完成技术调研，即将进入方案设计和模样阶段，是研制最为关键的时期。
太空在自然科学意义上的概念，是指大气层以外的整个空间。要在飞船上开展空间科学实验和应用研究，就要做出相应的仪器设备。按照工程计划，应用系统要研制135种188件设备，开发50多个软件。从科学技术的角度看，涉及学科多、领域宽、系统复杂，一些重大设备代表了国内最高技术和世界先进水平，研制难度更大；在目标和方案上，还要尽量体现国家需求与创新的有效结合。
顾逸东上任之初，发现对于几乎所有的有效载荷，他们都没有研制经验。特别与其他系统不同的是，每一艘飞船的空间应用的内容都不一样，有效载荷的配置也不相同，相当于4颗卫星的工作任务。
顾逸东从自身发展基础和国家科学发展的重大需求出发，有计划、成规模地安排了一期工程中的空间科学实验计划。这个计划涵盖了当时国际上学科前沿的若干重大项目，瞄准在未来10～20年间建立一套面向世界科学前沿、有一定规模的空间实验技术。
自从光学机械扫描仪和推帚式扫描仪被广泛应用到遥感探测之后，科学家一直在努力使遥感器的光谱分辨率更精细。如果能做到这一点，意味着遥感探测能更真实、更精确地反映目标的光谱特征，从而深化对地球万物的识别和精细分类。
20世纪80年代，遥感专家实现了这一设想，并在以飞机为平台的航空遥感中首先使用，取得了令人瞩目的探测成果，也使这一技术显现出巨大的应用潜力。如今，以这项技术为核心，已发展出一门专项遥感技术，这就是成像光谱遥感技术。
应用系统的对地观测，通俗地讲，就是从飞船或卫星上看地球目标，照出它的图像，测出光谱数据。飞船轨道离地面太远了，还隔着大气层，大气层下面还有风云雨雾，显然靠人的视力是无法完成的，但是，用科学仪器造就的“火眼金睛”却可以实现。这就是中分辨率成像光谱仪和多模态遥感器等空间对地遥感仪器。
地球上所有的物质都有一种特性，可以发射或辐射出从可见光到短波红外光，再到微波的能量，因此，分波段地探测地物目标，可以获取更加丰富的信息。中分辨率成像光谱仪就是利用这个原理遥感海洋、大气、陆地等地球目标，在拍摄图像的同时，获取目标的连续光谱，它可以在飞船上分辨出地球上的这一片是沙土还是泥土、是水稻还是小麦，还可以分辨出河流和海洋是否有污染、是什么污染……
成像光谱仪最神奇的特点是“图谱合一”，当它对物体成像时，同时能获得该物体的光谱特征。通俗地讲，一台成像光谱仪相当于许多台数码相机，这些相机在同一时刻对同一目标进行拍摄，每个相机负责收集很窄的一段光谱波段内的目标图像，并且这些光谱波段是连续的。这种光谱仪是目前世界上公认的监测地球环境最有效的空间遥感仪器之一，它的研制自然也是科学界公认的尖端难题。在任务立项之时，世界上还没有一台这样的仪器在太空中运行。
光谱仪的设计任务交给了中国科學院所属的上海技术物理研究所，第一任主任设计师搞到一半时，身体受了伤，遗憾地退出了研制，而其他的技术人员因为时间紧、技术难度大而无人愿意接手。原计划的研制进度无法保证，工程形势顿时变得严峻起来。
光谱仪是神舟三号任务的主载荷，在中央专委是挂了号的。1999年冬，载人航天工程办公室在《任务情况通报》中点了光谱仪的名。工程总指挥部向顾逸东下了死命令，无论如何都要保证光谱仪的研制速度不能影响工程进度。
接到这个通知，顾逸东心急如焚，在一次工作会议上，他向上海技术物理研究所的副所长徐如新发了火，逼着他立下“军令状”，重新“点将”继续攻关。
尽管徐如新表态说：“我愿立这个军令状，确保工程的完成。”但他内心其实并没有想好合适的人选来担此重任。
消息传到正在外地出差的研究员郑亲波的耳中。
1944年出生的郑亲波毕业于浙江大学精密光学仪器系，当时是中国科学院上海技术物理研究所的副总工程师，也是风云三号气象卫星的副总设计师。
郑亲波从方案论证时起，就断断续续地做着光谱仪的研究，对它有着一种难解的情结。他知道在遥远的太空，刚刚发射的一颗美国的EOS卫星正在运行，里面就装着一台成像光谱辐射计，这在当时是世界上独一无二的。另外，欧共体空间局也在加紧研制类似设备，几个月后就将进入太空。
郑亲波意识到，陆地、海洋、高山、湖泊，能否对这些资源留下光谱图像加以开发利用，已经成为一个国家科技进步水平的标志。从这个意义讲，光谱仪已经不仅仅是一个科研项目，还是国家的战略需要。作为一个科学家，特别是一个航天科学家，如果不能走出象牙塔去参加国家的重大工程，不说是一种悲哀，至少也是一大遗憾。
想到这里，郑亲波拨通了徐如新的电话，主动请缨担此重任。徐如新喜出望外，立即打电话告诉了顾逸东。顾逸东听到这个消息，也由衷地笑了，因为郑亲波正是他心目中最理想的人选。
不久，郑亲波就被任命为光谱仪分系统的主任设计师，率领队伍继续攻关。这是一支160人的队伍，为了这一台光谱仪，他们奋斗了整整十年。这期间，社会上和研究所有不少人出国留学或进行学术交流，但这160人中却没有一个踏出国门，他们不是没有机会，而是为了光谱仪能飞向太空，选择了放弃。 光谱仪的一个重要部件——红外焦平面探测器，外国对中国是禁运的，这个部件能够敏感到几百甚至上千公里外一根火柴所发出的热量，但是需要在零下173℃的极低温度下才能工作。能够实现这样低温要求的制冷机的活塞杆和活塞桶间隙只有头发丝的十分之一，而且不能有任何摩擦，听起来简直不可思议。4年攻关，研究资料堆积成山，最紧张时，他们连续108天吃住在实验室，终于研制成功了中国人自己的高质量红外焦平面探测器和精密制冷机。
郑亲波最终没有辜负工程总指挥部的厚望，没有辜负研究所的期望，也没有辜负自己的诺言，他把光谱仪成功送上太空的时间，比欧共体只差了27天。
世界上任何物体，无论何时何地都在发射微波，都是“明亮”的，所以，不管在什么地方的物体，无论在什么时候，都可以被拍成照片。人类在开辟太空时代以前，只能靠地面的局部条件和环境观测地球、靠最简单的望远镜观测空间，因而看到的也只能是“冰山一角，九牛一毛”。如果能在太空中有一只“火眼金睛”，就可以穿云透雾，测量海面高度，测出海洋洋流，测定海面风向和风速，研究海洋和预测全球气候。应用系统研制的多模态微波遥感器，便是这样具有展示度和显示度的重要对地观测项目产品，按照计划，是神舟四号飞船上试验的主载荷。
为了这台多模态微波遥感器，姜景山院士倾注了整整15年的心血。
姜景山是吉林延边的朝鲜族中唯一的院士，他1962年从苏联列宁格勒电子学院无线电技术专业毕业。1981年，作为中国科学院的访问学者，姜景山来到美國的堪萨斯大学，同世界著名的科学家、微波遥感技术的创始人R.K.莫尔教授一起进行科研工作。在那里，他和莫尔教授合作，共同在世界上第一次提出《遥感地物微波介电性现场测量方法》的新原理，为世界遥感技术的发展做出了重要贡献。
20世纪90年代，应用系统还处于论证阶段时，姜景山就先后担任了项目论证组副组长、副总指挥、国家“863计划”航天领域空间科学及应用专家组组长。当时，多模态微波遥感器在“863计划”中还只是一个科技创新的概念。姜景山为它做了前期研究，列入了神舟四号飞船的试验主载荷项目后，才把它正式变成了工程产品。
1995年初，应用系统按照设计方案做出了模样机，但重量、体积都大大超过了总体指标，大约有500公斤，总体部要求初样产品要降到120公斤以内。
总体部代表着中国科学院行使应用系统行政、技术方面的组织协调职能，是专门为载人航天工程专项任务设立的，可以说是工程技术的核心管理机构。
对于总体部的这个决定，攻关组的专家想不通，“根据资料，美国最初的遥感器也有500公斤重，我们为什么不行？”面对大家的质疑，姜景山却接受了这个现实，为了整体的需要，他耐心地给大家做工作，解除了大家的思想包袱，决定按要求一点一点地往下减。
但“减重”不是一件容易的事情，因为每改变一次结构及电布局，都要重新做环境试验，每个周期都要一个月时间，其中至少还有7天需要白天黑夜不间断地连续通电。而“减重”究竟需要多少个周期，谁也说不清。姜景山带领攻关组一次次推翻设计方案，一遍遍重新计算数据，所有参试人员每个月都要值好多次夜班。一个周期过去了，又一个周期过去了，经过无数次的实验，遥感器的重量终于达到了总体部要求的120公斤，但时间整整过去了两年半。
1997年末，姜景山如释重负地把做多模态微波遥感器正样机的申请报告呈送到应用系统总体部，但却没有收到任何批复。几天后，总体部突然派来了一个年轻的副总师，宣布了一个出乎所有人意料的决定，“为适应飞船工作运行模式，你们的运控模式也要改变。”听到这个决定，设计人员全部惊呆了。如果这么一来，遥感器的硬件和软件都要重新改动，有的还得重新设计。副总师的话还没有说完，攻关组的成员便已火冒三丈。经过两年半的结构改变，大家早已身心疲惫，从心理和身体上都再也经受不住折腾了，认为这纯粹是总体部故意找碴儿涮他们，更有人急红了眼，用极不礼貌的语言顶撞那个副总师，“你们总体部就知道瞎折腾，我们这是按姜院士的设计做的，你算老几呀？”
面对众人的起哄，副总师脸上有些挂不住了。总体部的权威受到了挑战，可论业绩比资历，副总师都无法与姜景山相抗衡，虽然心里不高兴，但却无言以对，只好一声不哼地回去了。
姜景山知道了这个消息后，也发了火。但他的火气不是因为总体部苛刻的决定，而是自己团队成员莽撞的态度和幼稚的想法。姜景山把项目总调度王栓荣、副主任设计师郑震潘和总体组长张德海叫到自己的办公室，把火压了下来，给他们讲了一个故事。当年，拿破仑进攻英国时，智囊团里有个人叫富尔顿，他建议要打英国必须先改造法国舰队，并且建造蒸汽轮船代替旧木船。但拿破仑不听，还坚持用普通木船，结果船队刚一下海，就全军覆没……
故事讲完了，姜景山问大家：“你们知道我为什么要讲这一段历史？”大家面面相觑，谁也不吭声。姜景山笑了一下，继续说：“总体部就是指挥部的智囊团和参谋部，是工程的龙头，人家的决定体现的是指挥部的意图，我们只能无条件服从，而没有第二个选择。这么大的系统工程没有总体部协调，底下的人本事再大，也将是一盘散沙，一事无成。”
“姜总，这个道理我们都懂，可两年半的时间就这么白白浪费了吗？”大家还是有些不太甘心。这句话也说到了姜景山的痛处。“多模态微波遥感器从概念创新到变成工程实施，又从500公斤降到120公斤，我们一起经历了无数个不眠之夜，承受了难以想象的精神压力。我们中的人，有的青年变中年，有的从满头黑发变成银丝罩顶。特别是减重这一仗，我们打得太艰难了……”姜景山的声音变得有些哽咽，指着自己的满头白发说：“你们看，这几年我的头发也白了。可我们不能因为自己太辛苦了，就不顾总体，不管大局，就不服从上头的决定。”姜景山说到这儿，大家都纷纷点头，心悦诚服地接受了这个事实。“我们知道错了，可是总体部的人已经走了，怎么办？” “明天，我去把人家请回来。我们坚决按照总体部的意见，从硬件到软件，一项项地改。”思想统一了，姜景山强调说：“今后，凡是总体部下达的技术指标，我们都要当作命令不折不扣地执行，说改就改，不打折扣地执行！”
当晚，姜景山拨通了总体部领导的电话，对白天发生的事诚恳地表示了歉意。
第二天，总体部的那位副总师再次来到了研究室。姜景山和研制团队的全体成员用友善的笑容和热情的握手对他的到来表示欢迎。“下命令吧”，姜景山真诚地对副总师说。副总师传达了总体部对修改运控模式的具体要求，依然是时间紧、任务重。这时，距离春节只剩下了几天。姜景山代表大家表了态：“今年春节不过了，按照总体部的要求，不达目的誓不罢休！”
春节真的到来时，姜景山还是让大家休息了一天。从大年初二起，他们就来到办公室，开始了夜以继日地工作，这一干又是整整半年。盛夏时分，姜景山终于和大家一起按照总体部的要求修改了方案，完成了初样机。
宇宙中有无数颗恒星，会有许多神秘的射线暴发现象，伽马暴是其中的一种。伽马暴是宇宙中一种异常奇特和神秘的天文现象，是一种能量超乎寻常的大爆炸。这种大爆炸在几秒钟或几百秒之内爆发辐射出来的总能量，至少相当于太阳在相同时段内辐射总能量的100亿倍。科学研究发现，伽马暴有可能是导致地球在过去10亿年间出现生物大灭绝事件的疑凶。美国的“威拉”卫星在1972年监测核爆炸时，利用伽马射线探测器第一次捕捉到了来自宇宙中的伽马暴现象。爆炸射線的能量大得惊人，当时的中国和苏联都不可能有这么多的原子弹同时爆炸。因此，科学家们分析认为，这种能量只能来自宇宙空间。迄今为止，全世界有记录的伽马暴达4000多次，伽马暴也成为天文学中最热门的话题之一。
对伽马暴的产生机理，国际上有几种主流认识：一种观点认为，它来自宇宙黑洞，在吞噬宇宙中的星球时，喷射出大量的伽马射线，将来地球也将被它吞没。另一种观点认为，伽马暴可能是两个相互吸引的中子星球经过上亿年的吸引，最终碰撞在一起，发生宇宙间的大爆炸。还有的科学家认为，伽马暴是恐龙灭绝的罪魁祸首。
1972年，紫金山天文台的一位专家在一次天文讲座上说，美国人正在研究奇特的伽马射线，瞬间爆发的能量相当于一千亿颗十万吨级的原子弹同时爆炸。听到这里，正坐在台下的大学生马宇倩被深深地吸引住了，对这种现象充满了好奇。从此，她关注起了伽马暴，并开始了废寝忘食的研究，成为当时中国对伽马暴知识懂得最多的人之一。
大学毕业后，马宇倩如愿地被分配到中国科学院高能物理研究所从事研究工作。没有丝毫犹豫，她就把研究方向定位在了伽马暴上。随着研究的深入，马宇倩发现，伽马暴是一种超级爆炸，由于地球被稠密的大气层包裹着，就像太阳耀斑无法在地球上进行试验一样，探测伽马暴只能通过卫星在太空进行。为此，马宇倩只要有机会，就在不同的时间、不同的场合建议有关单位特别是航天部门开展对伽马暴的研究。终于，马宇倩的建议受到了关注，中国科学院高能物理研究所决定研制一台观测伽马暴的探测器，装载在1982年发射的中国第一颗天文卫星上。
10年时间过去了，马宇倩没有想到，到了1982年，虽然探测器的正样完成生产，达到了上天的要求，但由于国家财力不足的原因，天文卫星的发射计划被取消了。
项目虽然下马了，但马宇倩对伽马暴的研究却没有止步。她相信下马只是暂时的，等将来国力雄厚起来，一定还会发射天文卫星甚至宇宙飞船的，自己要做的就是时刻准备着。有人劝她，“即使中国真有一天飞船上了天，也不会上这个项目的。原因很简单，伽马暴离地球太遥远了，离现实生活太渺茫了，国家不会为你花这笔钱的。”
马宇倩不这么看。虽然距离遥远，在地球附近观测到的宇宙伽马暴流量是比较小的，一般不会对人类造成伤害。但对伽马暴的观测和起源问题的研究是空间天文学中最热门最前沿的课题之一，宇宙中有数以千计的星系，几乎每天都有伽马暴的讯息，我们不能不研究它。在马宇倩看来，物质结构、生命起源、宇宙演化是人类认知自身和认识自然必不可少的基础性科学。空间技术的发展，为人类打开了认识宇宙的新视窗，既然能用可见光以外的“眼睛”去看天，我们为什么不去看看呢？为什么不去填补空白呢？
马宇倩的愿望没有落空。又一个十年过去了。1992年，载人航天工程启动时，应用系统决定，在飞船的轨道舱里为伽马暴探测器留下一块空间，并任命马宇倩为分系统的主任设计师。同时决定由中国科学院高能物理所和紫金山天文台合作研制“太阳和宇宙天体高能辐射监测仪”，这台仪器包括超软x射线，x射线和γ射线三个探测器。
整整20年，马宇倩终于梦想成真了。
自然界无论是动物还是植物，一般都是由雌雄受精来产生新一代生命。植物是通过花粉进行雌性和雄性结合产生新生命；动物则是通过雄性的精子和雌性的卵子相结合产生新的生命。
如果不是利用花粉、精子和卵子，而是采用动物或植物的体细胞，能否在太空中进行人工手段的细胞融合，产生新细胞、新生命呢？这是上海植物生物研究所的著名生物学家刘承宪长期探索的新课题。这种细胞电融合的过程，被人们形象地称为“太空婚礼”。在此之前，在太空中进行的细胞电融合试验，世界上只做过三次，其中德国两次、美国一次。载人航天工程立项后，应用系统将其列为神舟四号任务的轨道舱试验项目，刘承宪被任命为应用系统细胞电融合子系统的主任设计师。
体细胞的融合在地面上做是很难的，因为地面有重力，细胞在溶液中容易沉淀，两种细胞很难发生碰撞，融合在一起的机会很小。而在太空的微重力情况下，细胞能够均匀悬浮，两种细胞碰撞的机会增多，融合结果就会比地面好得多。但要想在太空试验成功，必须先在地面上做好模拟试验。模拟试验是利用生物试验吊舱来完成的，从高空快速坠落的几秒钟内，可以产生同太空失重相似的微重力状态。如果在这一瞬间，细胞完成结合，并且形成新生命活着，就算模拟太空试验成功。 第一次吊舱试验开始了。天空中，一只巨大的气球在万米之上随风飘荡着，下面的生物试验吊舱急速地降落。随着坠落速度的加快，吊舱接连打开了两只巨大的降落伞。正在车里等候的刘承宪见状立即命令司机赶快追过去，边走边目不转睛地盯着那只黑色的生物试验吊舱，生怕有个什么闪失。
吊舱轻轻地落到地面时，恰好刘承宪刚刚赶到跟前，他和助手们跳下车一拥而上，急不可待地打开吊舱，实验样品完好无损，成功回收了。但在进一步的实验分析中，研究人员却发现了许多他们没有认识到的现象，刘承宪意识到，未来飞船上了天，真正进行太空实验时，也将要面临重重障碍。新的技术难关使刘承宪感到非常困惑，眼看着工程进度周期逼近，如果技术难关不攻破，就算飞船上了天，这项研究也会以失败告终。
更加不幸的是，一种巨大的痛苦向刘承宪袭来。已经连续多日身体不适的刘承宪在家人和同事的劝说下，去了医院，一纸化验结果通知他：肺癌晚期。沉重的工作压力和病痛把刘承宪击倒了，同事们围在他的病床前，忍住泪水安慰他。刘承宪虽然没有丧失希望，但知道自己已无法再挑起这副担子了，他对中科院的领导说：“把郑惠琼请回来接我的班吧。”
郑惠琼曾是刘承宪研究组的成员，她从安徽师范大学生物系毕业后，在上海植物生物研究所取得博士学位后，去美国科罗拉多州大学分子生物系做博士后，专门研究重力对植物生长的影响。
“她虽然不是我的学生，但出国前，我和她有约，学成一定要回来参加这场战斗，我相信她不会不守诺言。”刘承宪介绍完郑惠琼的情况后，把一封早已写好的信交给了领导。
两个月后，郑惠琼带着刘承宪的信，从美国回来了，一下飞机就匆匆赶到刘承宪的病床前，看着瘦骨嶙峋的刘承宪大哭不已。
刘承宪见到郑惠琼，欣慰地留下了两行热泪，“别哭，我把你叫回来，是因为我们的实验还没有完成，我思来想去，只有你能担此重任。”刘承宪挣扎着起身，从床头取出厚厚的一叠资料递给郑惠琼。“看来，我原来的那个先电泳、后融合的方法在飞船上是行不通的。你到过德国和美国，可以吸取两家之长，搞一个新的技术方案出来。而且，要比德国和美国的好。这些资料，希望对你有用。”
郑惠琼接过前辈的技术方案，久久没有说话。刘承宪明白郑惠琼内心正在矛盾，正在比较，正在抉择。他接着说：“细胞电融合能够培养出新的物种，具有广阔的社会前景和经济效益。中国不仅是人的大基因库，也是物种的大基因库。我知道这也是你的梦想，回来主持这个‘太空婚礼’吧。”面对刘承憲恳切的目光，郑惠琼哽咽着表了态：“您放心吧，我一定把细胞电融合搞成功，把‘婚礼’办好。”
这时，郑惠琼在美国6年的博士后学习才刚满3年，面对突然中断学业的决定，她的博士后导师一再挽留她，但却没有能够阻止她的决心。面对导师的不解，她对导师说：“风光永远在故乡，在美国再风光，我也是属于祖国的。现在祖国需要我、召唤我，我没有理由不回去。”
郑惠琼回国后，立刻开始筹办这场特殊的“婚礼”。她对比了美国和德国的经验，发现在太空中进行细胞电融合，自始至终都要保持细胞体的鲜活状态，为此必须进行多次换液，由融合液换成营养液，否则即使融合了，也不能形成新生命新物种。尽管在密封下很难做到这几条，但要成功，这些条件就必须满足。
郑惠琼没有辜负刘承宪的期望，找到了症结所在，很快就拿出了新的试验方案。她按照国际上通行的把烟草作为细胞融合亲本的惯例，从研究所培育的黄花一号和革新一号两种烟草中提取出活体细胞，进行太空模拟试验，开始走向成功。
正在这关键时刻，郑惠琼的公公婆婆双双得了病，她的丈夫是个军人，驻地远离上海，他们已多年两地分居。研究所为便于她全身心投入工作，曾派人到部队协商，想把她的丈夫转业安置到上海工作。但部队方面却不同意，说她的丈夫是个好苗子正培养呢，反倒劝说郑惠琼能到部队工作，了却她丈夫的心愿。协商不成，只好继续现状。不久后，丈夫被部队选送到北京的国防大学深造，郑惠琼更没有理由了。
郑惠琼是顽强的，性格中没有丝毫的脆弱。此时，搞细胞电融合已倾注了她大量的心血，她不能没有这个事业，举行细胞的“婚礼”就是她的全部理想，就是她的人生价值。夫妻俩只好继续天各一方，相守相望。她把家事安排好后，便四处出差搞调研、做试验，用行动期待着神舟四号飞船载着她的梦想上天的那一天早日到来。
……
相比之下，载人航天工程中，应用系统的工作与百姓生活关系最密切，他们的研究成果将广泛用于医药发展、食品保健、防治疑难病症以及工业、农业等各行业之中。上面所讲的，仅是应用系统众多科学实验项目中的一部分。除此之外，“微重力流体物理实验”“空间蛋白质晶体生长实验”“空间细胞培养实验”“空间生物学效应研究实验”“多工体晶体生长炉”等应用任务选题，也在胡文瑞、丰美福、刘学明、江丕栋、张仲纶等一批专家的主持下，相继取得了突破性的成果。
当然，这类试验成果的应用，将有很长的路要走。我国空间应用研究投入的经费不到美国的百分之一，与欧洲强国和日本相比也有很大差距，从整体上讲，还处于起步阶段。但是，我们在空间科学的研究和试验技术水平都能紧跟国际前沿，并有自己的优势和特色，更重要的是涌现了一大批高水平的专业人才。
航天服，中国造
如果说戈壁大漠中的载人航天发射场是飞船起飞的地方，那么北京航天城里的航天医学工程研究所就是航天员成长的摇篮。面对未知的宇宙空间，中国航天员将在这里完成从学步到飞天的人生跨域。
20世纪90年代，载人航天工程立项，北京航天城落成后，航天医学工程研究所从中国农业大学校址搬进了北京航天城。1992年12月12日，航天医学工程研究所召开了一次科研工作会议，国防科工委的领导宣布，载人航天工程航天员系统在这一天组成，他们承担的研制工作开始启动。
航天员系统承担的任务主要是，对航天员实施有效的医学监督和医学保障，研究航天环境因素对人的影响，提出相应的防护措施；研制并提供航天服、航天食品、医监医保设备和物品、个人救生物品和其他个人设备；提供工程设计所需的医学和工效学要求和数据，进行相应的医学和工效学评价；积累载人航天经验，为工程的后续任务进行必要的技術储备……
航天员怎么适应太空环境？怎样操作航天器？派谁去执行任务？上天后穿什么、吃什么、用什么……每一个问题的背后，都是中国人此前不曾涉及的新天地，也是航天员系统需要逐一攻克的难关。
人要上天，先要在地面接受相关的训练。航天医学研究所要攻克的第一个难关，就是在地面创造出与太空环境相似的训练环境。有没有一个设备能够模拟太空中的一切——超重、失重、热真空？答案是否定的。不同的设备只能模拟太空的某个要素或某个环境。虽然围绕“曙光号”任务，航天医学研究所曾建立了一些大型的地面模拟设备。但20多年过去了，大部分设备已经老化，无法达到工程新的要求。如果新的模拟设备不能按时完成，其他系统的工作就无法开展。
是立足原有的设备进行改造，还是迎难而上生产新的产品？航天医学工程研究所所长、航天员系统总指挥沈力平决心从头再来。“从总体上对模拟设备进行重新设计和布局。具体的任务分为：改造原有的一号舱、小环境、离心机、天象仪等，重新研制环控生保试验舱、模拟超重设备、航天服试验舱和高压氧舱。”
在沈力平谈到的这些项目当中，离心机最为重要。这台用于航天员超重耐力选拔和超重适应性训练、对舱载工程产品进行超重试验的设备，也是开展超重生理学和超重工效学研究所必需的基础设备。“714”工程之时，航医所曾经研制过一台68型离心机，但在试车时由于没有达到设计指标而无奈放弃。到了90年代之后，这台68型离心机的运行G值和速率更是无法满足需要。怎么办？设计人员中间形成了两种意见，一是自主研制，二是从国外引进。自主研制，既有风险又充满困难，能否如期完成不好确定；而从国外引进，时间和技术都可以保证。
沈力平决定先同国外的生产厂家联系联系看看情况。经过多方了解和沟通，国外的一家公司可以生产离心机，并答应按照150万美元的价格卖给中国一台。但在进一步的谈判中，沈力平了解到，这台要价150万美元的离心机，半径只有6米，是针对航空飞行训练用的低性能离心机，根本无法完成航天员的选拔和训练。而且，这台离心机的吊舱还只是个空壳，座椅、仪表等内部部件，都需要重新配置。这样一来，东西是买回来了，但技术上仍要处处被人家牵着鼻子走。更重要的是，我们的航天员训练一旦受制于人，将会像无底洞一般，从经费到技术都没有保障，何时是个头？还有一点，设备如果完全依靠引进的话，我们自己的人才队伍就得不到锻炼。意识到这个深层次的问题后，沈力平决定放弃国外引进的方案，以68型离心机为基础，完全独立自主研制。
1992年底，航天员系统成立了以张福冬、薛亮两位专家为技术负责人的研制任务组，分析总结68型离心机的优势和不足，提出了新的离心机的设计指标和技术要求。方案出台后，沈力平带着张福冬去找沈荣骏汇报情况，请求批准立项。沈荣骏非常赞赏他们的决定和勇气，很痛快地就批准了这个当初在论证期间没有安排的漏项任务。
除了离心机之外，全任务飞行训练模拟器也是迫切需要研制的大型设备。它模拟的是飞船从发射到返回着陆场的全过程和各种应急状态。从三舱结构到内部仪器，模拟器与飞船一模一样，通过视觉模拟、音响模拟的方式，让航天员通过舷窗可以看到苍茫的太空和下方的地球，也能听到从待发段到着陆全过程中的各种声音，还可以了解飞船的显示和操作，熟悉各种指令，进行各个阶段的正常操作和故障处理，如同飞行前的一个“彩排”舞台。
此外，在对飞船系统提供的初样飞船进行评价试验的同时，为了弥补工程设计的不足，航天员系统的专家对防护飞船有害环境因素的个人产品进行了研制，如航天员赋形缓冲减震坐垫、防噪声耳塞、座舱大气自动采样装置、舱内辐射环境监测仪等。与此同时，航天员在太空飞行中所需要的各种药品，日常生活中用的梳子、镜子、剃须刀、口腔清洁剂、纸巾、呕吐袋、照相机、胶卷、电池、手表、日记本、书写笔、手电筒等产品的研制也同时展开，这些产品看似零碎简单，但对保障航天员的生命安全、身体健康却有着重要的作用和意义。
1997年底，南昌飞机制造公司、中航工业集团株洲608所、九江造船厂和中国船舶研究所等单位经过紧张的工作，按时完成了离心机和超重模拟设备各部件的生产。1998年底，这些部件经过组装安放在了航天医学工程研究所的离心机楼内，随即投入使用。
在航天员系统所有的研制任务中，航天服是重中之重。航天服分为舱内和舱外两种。舱内航天服是在飞船舱内压力异常的情况下，马上充气加压，保证航天员在有效时间内安全返回地面的服装；舱外航天服是航天员进行出舱活动时穿着的。航天员将身体完全暴露在太空环境中时，舱外航天服就如同一个小型的航天器，提供给航天员适应生存和保证工作的环境。
1971年6 月30日，苏联的“联盟11号”载人飞船把3 名宇航员送到“礼炮 1号”太空站中停留了23 天。当飞船脱离“礼炮号”返回地面后，人们惊讶地发现三名宇航员竟然死在了自己的座位上。事故的原因竟是在返回过程中，由于飞船震动导致返回舱压力阀门在168公里的高度上非正常打开。短短几秒钟时间里，飞船内的气压就下降到了致命程度。遗憾的是，三位宇航员都没有穿舱内航天服，导致体内严重缺氧和体液沸腾而不幸身亡。在总结这次苏联有史以来最为惨重的事故时，专家们惋惜地说：“如果他们穿上航天服，这场悲剧是完全可以避免的。”所以，从那以后，舱内航天服就成为天地往返运输系统的标准配置。国际航天界也达成了一个共识——在所有复杂飞行阶段，如发射、变轨、对接和返回过程中，航天员必须穿上航天服。一旦飞船座舱出现意外失压，启动舱内航天服系统救生，可在6小时内保证航天员的生命安全。由此可见，航天服实质上是航天员进入太空后的一套个人防护系统，在飞船出现意外时，将成为他们生命安全的最后防线。 中国的航天服的研制工作从1968年就开始了。当时，20多名技术人员花费10年心血生产出一套舱内航天服。但因为“曙光号”任务的下马，这套航天服还没来得及缝制，就成了历史陈列室中的展品。
1992年，载人航天工程立项后，曾经参与“曙光号”航天服研制的老专家陈景山被任命为航天服分系统的主任設计师。在此之前，陈景山只是从一些宣传图片和发表的论文上看到过航天服的构造和基本原理，却无法详细了解它的内部构造和设备细节。因此可以说，陈景山和他的团队是在完全空白的基础上开始研制的。
工程初期，他们首先要攻克的是舱内航天服的研制生产。舱内航天服式样看似简单，但制作起来难度可不小。舱内航天服由三部分组成：一是限制层，由耐高温、抗磨损材料制成，用来保护服装内层结构，并使航天服按预定形态膨胀，保证航天员穿着舒适合体；二是气密层，用涂有丁基或氯丁橡胶的锦纶织物制成，有良好的气密性，防止服装加压后气体泄漏；三是散温层，与内衣裤连接在一起，有许多管道，采用抽风或通风将气流送往头部，然后向四肢躯干流动，经肢体排风口汇集到总出口排出，带走人体代谢产生的热量。另外，航天员穿戴的头盔、手套和靴子更加特殊。头盔的盔壳由聚碳酸酯制成，不仅能隔音、隔热、防碰撞，而且还具有减震好、重量轻的特点。为防止航天员呼吸造成水汽凝结或低温环境中面窗结雾、结霜，头盔上还有特殊的气流和防雾涂层。手套和靴子与航天服相配套，充气加压后具有良好的活动功能和保暖性能。
随着航天头盔、压力服、通风和供氧软管、可脱戴的手套、靴子接连研制成功，并经过功能试验、环境力学试验、温度试验等验收和鉴定过程，一套乳白色、镶有天蓝色边线的航天服，呈现在人们面前，这是中国人自主研制的第一件舱内航天服。现在，这套航天服被收藏在中国军事博物馆，成为记录中国载人航天事业发展历程的珍贵文物。
载人航天之难，在于载人航天器进入的环境，是一个迥异于地球表面的空间。这里的特点是高真空、超低温、高辐射、低重力。这些既是空间资源，又会对航天员生存造成不利的影响。由此可见，“环境”，是载人航天工程的又一个关键词。用一句话来概括，飞船和航天员系统的重要任务之一，就是在地面上模拟与太空相似的环境、在太空中创造与地面相近的环境。航天员系统中的环境控制和生命保障分系统，就是针对这一问题而设置的，根据任务需求，又被细化为供气调压、温湿度控制、测量控制、水管理、食品管理、通风净化、烟检测、防灭火等子系统。
在环控生保分系统的最初设计方案中，采用了很多现代化的控制技术，原理图上布满了密密麻麻的电动控制开关。设计图送到总设计师王永志的案头，他仔细看后发现，这个方案的设计思想完全依靠自动控制。但如果飞船的电源出了问题，系统就会瘫痪，即使气瓶里有充足的氧气，航天员也无法使用，这显然是设计上的一大疏漏。王永志意识到这个问题后，立刻要求航天员系统重新设计，最重要的一条原则就是要发挥航天员的主观能动作用。按照王永志的要求，设计人员在飞船上增加了一个手动供氧开关，使航天员的生命安全又多了一道保障。
在对即将上天的神舟一号进行技术分析时，技术人员发现飞船舱内压力在逐步攀升，这说明舱内的压力环境没有达到设计要求。这一问题如果不及时解决，将来会对航天员的生命健康造成直接威胁。王永志决定，用“归零”的手段进行检查。
“归零”是中国载人航天创造的一个名词。在载人航天工程的管理规定中，这个可以简单解释为“从头开始查找故障原因”的词语被进一步细化为5个步骤，即定位准确、机理清楚、问题复现、措施有效、举一反三。
但几经“归零”，就是找不到问题出在哪里，专家们陷入了困境。正当大家一筹莫展时，航医所的老专家罗旭峰突然说：“会不会是冷却液出了问题？”对罗旭峰的话，大家很不以为然，因为这种冷却液是由国内权威部门花了多年时间才研制成功的，应当说技术过硬、质量可靠。看到大家不赞同，罗旭峰不再吭声了，而是按照他的猜测闷头做起了实验。等他从实验室走出来时，真相大白了，大量的实验数据表明，故障的原因正是由于冷却液与回路中的金属材料相容性差造成的。
问题找到了，最有效的解决方式就是重新研制新型的冷却液。航天员系统把任务交给了罗旭峰和两位年轻的专家余青霓与赵成坚。当时，29岁的余青霓已怀有8个月的身孕，实验室里各种化学试剂对她有着怎样的影响不言而喻。但余青霓却无暇顾及，一头扎进了实验室。她在原有旧配方还处于保密状态的情况下，从零起步，夜以继日，以难以想象的速度研制出了新配方，从根本上解决了冷却液成分不均匀、性能不稳定的大难题。
在采集和分析飞船返回舱内的气体参数时，研究人员意外发现舱内残留着部分一氧化碳。在航天员还没有上天之前，这个发现是非常及时的，万一一氧化碳被吸入人体，轻则引起昏迷，重则导致死亡。所以，必须将它的源头切断。按照原来的设计，一氧化碳是可以通过气体净化装置转化为二氧化碳进行排除的。但在实际的模拟飞行中，船上的火工品发生爆炸后，会产生额外超量的一氧化碳气体。鉴于这种情况，工程总体明确要求，先从源头上减少一氧化碳释放，再研制一套一氧化碳滤除装置，双管齐下，一定要百分之百地确保航天员的安全。
余青霓和赵成坚再次临危受命，他们下煤矿、进大学，走遍了国内最权威的单位，取回了急需的技术资料，在各个分系统的集体攻关下，终于扼制住了一氧化碳的排放，实现了有害气体排放的“零出口”。
……
经过多年的艰苦研制，航天员系统逐步完成了十几个分系统的建设。航天服、航天员营养食品、航天员医学监督和医学保障设备、各种航天员训练模拟设备和航天员环境模拟试验设备等，都相继建立并投入实际工作当中，并且通过了质量体系认证和运行。
千里挑一的选拔 1961年4月12日，27岁的苏联航天员加加林乘坐“东方一号”飞船飞向太空，从此，人类又增添了一种新的职业——航天员。选拔和训练航天员被看作是一个国家可以独立自主开展载人航天的重要标志。过去，世界上只有美苏两个国家能够独立完成航天员的训练。
随着我国载人航天工程的立项，选拔航天员再次成为航天员系统的一项极为重要的任务。
国外一般把赴太空执行任务的人称为“太空人”或者“宇航员”，我们中国叫什么？早在“曙光号”研制时期就曾引起一些争论。钱学森建议说：“我们还是叫‘航天员’的好。中国有天、海、空的领域划分，这样称呼比较规范。”钱学森为我国这个最新的职业下了定义：航天员是指驾驶载人航天器和从事与太空飞行任务直接有关的各项工作的人员。这个职业既要与地面从事航天工作的人员相区别，也要和乘坐航天器进入太空的其他人员相区别。
什么人可以当航天员？航天员怎么适应太空环境？怎样操作飞船？上天后吃什么、穿什么、用什么……每一个问题的背后，都是中国人不曾涉足的新领域。特别是能否选拔出合适的航天员，直接影响这工程的进度和质量。
在钱学森系统科学观点的指导下，围绕航天员开展的工作被提炼为三个基本因素：人——航天员；机——载人航天器和生命保障系统；环境——太空的失重、超重、真空等环境。这三个因素相互联系、相互作用的“人—机—环境系统工程”学术思想，为千头万绪的航天员选训工作，建立了清晰的构架。
从技术要求来讲，驾驶飞船需要克服失重、超重、缺氧、孤独、火箭发动机的振动与噪声、宇宙射线的影响和流星体撞击航天器等一系列艰难险阻，对航天员的生理和心理素质要求都非常高。
从战斗机飞行员中选拔航天员，是世界公认的一条“捷径”。虽然飞行环境不同，但航空与航天对人的要求却有很多相似之处，特别是战斗机飞行员的工作环境和身心素质最接近于航天员。战斗机的超音速飞行、高空飞行和各种高难度的战斗特技，要求飞行员能够习惯高低气压迅速变化带来的不适，在承受数倍体重的载荷情况下，仍能对数百个复杂仪表和控制器进行正确的操作处理。更重要的是，很多战斗机飞行员都经受过空中特情的考验。高速喷气式战斗机的起飞和着陆速度快，操作复杂，稍有不慎即会造成生命威胁。当发生发动机空中停车、失火等故障时，很多飞行员就是因为具有冷静的头脑和出色的危机处理能力，才能驾驶着故障飞机安全返回地面或成功地跳伞救生。美苏两国的航天员，也都是从有经验的试飞员或优秀的歼击机飞行员中进行挑选的，加加林和阿姆斯特朗都曾是空军的优秀飞行员。
1995年8月，载人航天工程指挥部向中央军委呈报了一份关于选拔航天员的请示，建议从空军现役飞行员中选拔预备航天员。9月，中央军委批复同意了这一方案。一个月后，根据中央军委的指示，由当时的国防科工委和空军联合组成预备航天员选拔领导小组。航天员系统在广泛调研的基础上，制定出了航天员入选的基本条件和医学选拔、心理生理选拔的具体标准。
1996年初，空军部队接到了遴选航天员的通知。通知对组织领导、选拔程序、初选标准做了明确的规定，其中包括基本条件和临床医学、航天医学范畴内的特殊生理功能以及心理要求。最主要的是要确保入选人员没有可能影响航天职业活动的潜在健康问题，而且能够在特定的航天环境负荷下，保持心肺、前庭等器官和系统正常的生理功能。
1996年8月，国防科工委将航天员的选拔、管理和训练工作，交给了北京航天医学工程研究所负责。研究所专门成立了两个研究室，航天员选拔训练研究室负责制定航天员训练大纲、训练方案和编写训练教材，对航天员进行训练指导和飞行操作指导；航天员医学监督和医学保障研究室负责对航天员从训练、生活到飞行，进行全过程的健康维护、医学检查、鉴定和治疗。
人类第一个飞上太空的苏联航天员加加林，曾这样描述他参加选拔时的情景：除了检查健康状况之外，医生们在每一个人身上寻找是否有潜在的缺陷。他们借助于一切可能的生化的、生理的、脑电的、心理的方法和特别的功能试验进行检查……
中国航天员的选拔工作借鉴了国外的经验，但标准却更为苛刻，而且用了比苏联多近10倍的时间。基本条件包括：有坚定的思想意志、勇于献身的精神和与同伴间良好的相容性，身高在160～172厘米之间，体重在55～70公斤之间，年龄在25～35岁之间，职业必须是歼击机或强击机飞行员，累计飞行时间要在600小时以上，具备大专以上学历，飞行成绩优秀，无等级事故，无烟酒瘾，最近3年体检均要达到“甲等”。
在茫茫人海中，按照这个标准，与其说是选拔航天员，还不如说是寻找航天员。首先，空军机关调阅了所有現役飞行员的政治档案和技术档案，在全体飞行员中进行了第一轮筛选。然后，在师、团推荐的基础上，对入选对象的政治表现、思想作风、飞行技术、身体素质、工作表现、家庭状况等情况进行了严格审查。这一轮过后，共有1506名飞行员基本符合条件，进入了初选。
初选以“体检”的方式，1506名飞行员分别住在空军的10个疗养院里。之后的一个月时间里，医生动用了一切现代化的手段，对每一位参选者都进行了巨细无遗的检查，并对遗传性疾病等潜在疾病进行了排除。严格的检查过后，很多身体条件和知识水平都无可挑剔的飞行员，却因为微乎其微的小毛病被“刷”了下来。初选结束时，1506人中只剩下了886人。
不久后，他们中的一部分人接到复选通知，到北京空军总医院接受第二次住院检查。这次检查只有60人参加。十几天过后，又有20多人被淘汰出局。仅剩的30多人紧接着被转到了北京航天医学工程研究所，接受特殊生理功能检查。
航天员在身体上与飞行员或其他人群的本质区别在于，他们天生具有比普通人更强的航天生理功能。对于最终成为航天员的人来说，这次检查就是要发现他们是否具备这样的特殊功能，帮助他们发掘就连自己也不曾发现的潜在能力。所以，这是一项更高难度的选拔，也是迈入航天员队伍的最后一道门槛。第一，受检者要在离心机上进行超重考验，考察身体承受重力的能力。第二，在压力试验舱内接受缺氧耐力检测，随着低压舱内的氧气渐渐被抽走，空气状况相当于上升到了5000米的高空，如果谁不能适应，就将被淘汰；如果到了10000米，皮肤上有蚂蚁爬过的痒感，就说明有减压症，也不能入选。第三，在旋转座椅上检查抗晕的功能，受检者被蒙住双眼，在6米摆长的电动秋千上荡15分钟，考察有没有恶心反应，以此来检查前庭功能。第四，在噪音和振动里忍受着不间断的侵扰，观测是否烦躁不安。第五，受检者要在头低脚高的倾斜床上猛起、猛躺，测量颈动脉血流量和心脏负荷能力，进行下体负压等各种耐力测试…… 更令人毫无思想准备的还有心理功能测试。参选者除了要接受心理专家精心设计的问卷测试之外，还要接受很多突如其来的看似不是测试的测试。那些从没有见过的心理专家不知道什么时候就出现在他们面前，观察他们的言谈举止，了解他们的个性心理。有时，在谈话散步的时候，专家们会故意做个小动作来测试他们的反应能力。比方说，一位心理专家在聊天时，突然装作不小心的样子把茶杯碰倒，茶水洒满了桌子，如果测试者不慌不忙地凌空接住茶杯，从容地擦净桌子，续上水，继续交谈，就算过关。相反，如果谁手忙脚乱地没有做到这些，或者摔碎了茶杯，那就说明心理承受能力不强，反应速度慢，就会被淘汰。
这样的测试持续了几个月，在专家们犀利而又谨慎的评判中，只有20名候选者闯过了最后一关，但结果当时没有公布，只是让他们回部队等消息。
1997年春，北京航天医学工程研究所安排专人分别到各自的部队了解这20位候选者的情况，还到每个人家里征求他们家属的意见。因为一旦成为航天员，就要在毫无杂念和后顾之忧的状态下训练，所以家人是否支持也是很重要的。
调研结束后，4月14日至18日，载人航天工程指挥部先后召开了“住院检查结果鉴定会”和“中国首批预备航天员医学选拔鉴定会”。在后一个会上，集中了全国各大医院的著名医学专家。他们经过反复地研究和挑选，决定从20名候选人当中录取12人为预备航天员。这12人的平均年龄为32.8岁，全部是大专以上文化程度，驾机飞行都在800小时以上，都有成功处置空中险情的经历。他们还有一个共同的特点：少年时代都受过良好的教育，当飞行员期间又接受了系统的飞行训练，而身经百战的经历，特别是一次次近乎残酷的选拔更为他们奠定了良好的心理、生理和技术基础。他们自愿离开熟悉的工作环境和稳定的家庭生活，在飞行的黄金时期选择了比战斗机更具风险和挑战性的航天事业。
1997年底，杨利伟、翟志刚、费俊龙、聂海胜、刘伯明、景海鹏、刘旺、张晓光、陈全、潘占春、赵传东、邓清明等12名预备航天员正式到北京航天医学工程研究所报到。
与他们同时加入这支队伍的还有另外两名战友——吴杰和李庆龙。为了学习借鉴俄罗斯航天员训练的经验，1996年3月，这两位兼获工程学和军事学学士学位的空军飞行员，经过相似的选拔，率先走进北京航天医学工程研究所。
在中国航天员的选拔训练开始之前，世界上只有两家航天员训练中心，一个是美国休斯敦的约翰逊航天中心，一个是俄罗斯莫斯科的加加林训练中心。德国、法国、日本都还不能独立完成航天员的训练工作。
经过8个月的俄语强化学习后，吴杰和李庆龙以航天员教练员的身份被派往俄罗斯加加林航天员训练中心接受培训。因为中国飞船的设计参照的是苏联“联盟TM号”的模式，所以，航天员到莫斯科学习最为准确直接。
到加加林训练中心报到的那天，吴杰和李庆龙走进了训练中心主任、苏联航天英雄克里木克中将的办公室。他们用还不太流利的俄语向克里木克表达了一个申请：用1年时间学完全部课程。面对这个请求，克里木克连连摇头。根据俄方的计划，培训一名合格的航天员至少需要4年的时间，1年毕业简直就是天方夜谭。但看到他们真诚而坚定的眼神，克里木克又觉得无法拒绝这两位中国人的请求，便充满疑虑地说：“我可以考虑答应你们的请求，但我不会减少课时和训练内容，更不会降低难度标准，这对你们来说可能会很困难。”
“没有问题，我们保证一项训练都不会落下！”看到克里木克松了口，吴杰和李庆龙喜出望外，想都没想就异口同声地做出了承诺。
面对两个年轻人不容置疑的请求，克里木克将军最终同意了他们的请求。
起初，俄罗斯的教练员对这两位黄皮肤、矮个子的中国人很不以为然，甚至背地里嘲笑他们说：“这样的人也能成为航天员吗？”面对这样的怀疑，吴杰和李庆龙心里默默地告诫自己，就算掉层皮，也要做出个样子来，决不给中国人丢脸！他们像憋着一股劲儿似的，白天刻苦学习、细心观察，晚上潜心钻研、加班训练，开始了高负荷的学习、训练和生活。
同吴杰和李庆龙一起在俄罗斯学习的，还有美国、日本和欧洲一些国家的航天员。美国有关部门为他们的航天员在莫斯科修建了别墅公寓，每到节假日，他们就会带着家人去城里度假。但我们国家没有这样的条件，吴杰和李庆龙甚至连加加林训练中心的大门都很少出去。一年连一个完整的周末都没有休息过。他们心里清楚，国内在等着他们尽快回去，必须在最短的时间内学习到最精髓的东西，好早点儿回国开始训练我们自己的航天员。
除了常规的学习训练之外，加加林训练中心的野外生存训练异乎寻常的残酷。有一次，吴杰和李庆龙曾被拉到冰冷刺骨的北极圈，要求在1米多深的积雪中，经受零下52℃的低温考验，度过三天三夜。他们的第一个晚上在模拟的返回舱中度过，虽说返回舱可以挡风，但在那样低温的环境中，金属的返回舱很快就被冻透，吴杰和李庆龙意识到，如果再这么待下去，身体很快就会被冻僵，必须寻找别的生存手段。第二天一大早，他们穿上防寒服走出返回舱，顶着凛冽的寒风在冰雪中艰难地行走着。没过多久，防寒服就被风雪吹破了，脚步变得越来越艰难。如果不能立即进行有效的防寒保护，同样面临生命危险。吴杰和李庆龙决定建造防寒棚，可茫茫冰川除了雪之外，没有其他材料。他们就将雪切成块，搭建了一座漂亮的圆顶雪屋。谁想，还没等他们喘口气，雪屋就在一阵突如其来的大风中坍塌了……塌了盖，盖了又塌，在这样的反复中，他们靠着坚强的毅力，度过了冰冷彻骨的72个小时。这次训练，吴杰和李庆龙的体重都掉了几公斤。出乎人們意料的是，结束训练时，他们竟然还节省下了一天的口粮，通过我国驻俄罗斯大使馆的工作人员带回北京，为的是让国内的科研人员可以了解人家的航天食品是怎么做成的。在那样寒冷饥饿的环境里，没有谁要求他们这样做，他们也不知道国内是不是需要借鉴这些样品，就自觉地节省下来带了回来。
有了这样的精神和品质，1年学完4年的课程就完全在情理之中了。1年后，吴杰和李庆龙果然高标准、高质量地完成了全部学习训练的课目，以优异的成绩折服了俄罗斯的教练，兑现了自己的承诺。结业的那天，克里木克中将亲自为他们颁发了“国际航天员证书”。同时授予他们的还有一份珍贵的“联盟号飞船指令长最高证书”，这是俄罗斯第一次将这个荣誉授予外国人。克里木克还宣布了一条声明，“从今天起，中国的航天员吴杰和李庆龙可以胜任世界上任何飞船的飞行任务。” 在俄期间，吴杰和李庆龙除了完成训练之外，还对俄罗斯航天员的教育、训练、管理、保障等方面的情况进行了梳理和总结，撰写出了10万多字的专题报告，为我国航天员队伍的建设发展提出了很多有价值的意见建议。
20世纪90年代，当北京航天城建成后，按照沈荣骏当初的想法，为了便于工作和同其他系统的联络，航天医学工程研究所也搬进了航天城，有了自己稳定的办公场所和实验室。
1998年1月5日，包括吴杰和李庆龙在内的14名预备航天员进入北京航天城，由空军部队移交给国防科工委管理。交接仪式上，前来送行的空军部队参谋长对14名预备航天员说：“空军把你们送到这里，你们中间将会走出‘中国的加加林’‘中国的阿姆斯特朗’‘中国的列昂诺夫’。你们将代表祖国去完成一项伟大的事业，你们永远是空军的骄傲！”
就是这个小小的仪式，翻开了中国航天史册上的重要一页——中国人民解放军航天员大队宣告成立。14名航天员在一面鲜红的中国共产党党旗上签上了自己的名字，并面向国旗庄严宣誓：成为航天员是我无上的光荣，为了负起神圣的使命，我将英勇无畏，不怕牺牲，甘愿为载人航天事业奋斗终生……从那一天起，中华民族的飞天梦想、共和国几代航天人的希望，都落到了这14位优秀战士的肩上。
初次走进这支队伍，几乎每一位航天员都以为航天员和飞行员差不多，经过短期训练后，就可以像驾驶战斗机一样去驾驶飞船。但随着时间的推移，他们才认识到事实其实没那么简单。航天员不单单要掌握飞船驾驶技术，还要学习大量的科学知识，甚至对整个载人航天工程都要有所了解。这时的他们只能算是初步合格、尚未取得航天飞行资格的预备航天员，仍然有随时被淘汰的可能。
1998年8月，中央军委主席江泽民签署《中国人民解放军航天员条例》，对航天员的训练工作、生活待遇和安全保卫都做出了具体规定。
20世纪90年代，美国西点军校一位中将校长曾说过一句名言：“我们所教的历史的大部分都是我们教过的学生们创造的。”对中国航天员大队来说，所有的历史也都将由这一代航天员从头创造。
载人航天工程其他系统的工作都有一定的继承性，而航天员的培训却犹如在平地上盖楼、在白纸上绘画，一切都要从零开始。在中国航天员的选拔训练开始之前，世界上只有两家航天员训练中心，一个是美国休斯敦训练中心、一个是俄罗斯加加林训练中心。经过40多年的发展，美俄两国已拥有一整套完善的航天员训练方案和一批经验丰富的航天员教练员。而中国航天员的训练是一件前无古人的事情。
给航天员一碗水，教员就要有一桶水，要把蓝天骄子锤炼成飞天精英，就必须打造一支响当当、硬邦邦的教员队伍。挂帅航天员训练工作的，是航天员选拔训练分系统的主任设计师黄伟芬。黄伟芬毕业于北京航空航天大学飞机设计专业，后又考入著名生理学家刘光远教授门下攻读研究生，学习重力生理专业，参加过“863计划”中“载人航天器环境控制与生命保障”课题的预研以及返回式卫星的生物搭载试验，对航天医学工程学等众多专业都有全面的了解。
1996年，黄伟芬开始全面负责航天员的选拔训练工作。面对这项前无古人的工作，黄伟芬带着不足30人的教员队伍开始了艰难的跋涉。最先入手的工作就是学习研究有限的国外资料，光是查阅资料就花了半年多时间。为了对整个工程总体和七大系统进行充分考证，黄伟芬研读了各大系统的论证报告，一趟趟地调研情况、征求意见。
1997年，吴杰和李庆龙在俄罗斯学习的那年，黄伟芬也去俄罗斯学习了3个月。在对美俄两国的航天员训练工作做了详细的调研，并对中国航天员的特点进行了全面分析后，黄伟芬设计出了一套符合国情的航天员训练方案，撰写出了30多万字的《航天员训练大纲》。作为评审专家组的主要成员，王希季院士看过这部训练大纲之后，连连点头，“这个大纲周密详尽，如果照此训练，中国航天员上天没问题！”
在这部训练大纲的指导下，黄伟芬和同事们又陆续出炉了14个子大纲，几百份教案、讲义、实施细则，还设计制作了许多训练设备。
黄伟芬曾夸下“海口”：“中国要是选女航天员上天，我是毋庸置疑的最佳人选，因为航天员训练的内容，我全经历过，连培训费都省了。”这不是一句简单的“海口”，因为没有体验，就不能设计出完善、有序的训练流程。
航天员是国家的“宝贝”，不能让他们什么试验都亲自去做。航天员选拔训练许多项目危险性很高，为保证航天员安全，黄伟芬和教员们定了一条原则，凡是复杂危险的项目，教员先行试训。离心机、转椅、秋千训练……凡是挑战生理极限的训练和操作，教练员们都要第一个“吃螃蟹”，就连高空跳伞、海上救生这样颇具危险性的项目，也要亲自实践。
航天员训练时有一本《太空飞行手册》，分为正常飞行程序、应急飞行程序、故障飞行程序三部分，对飞船在飞行中的每个时间节点会发出什么指令，需要航天员做哪些操作都做出提示，可以说是航天员极为重要的工作指南。由于《手册》是依据飞船的技术状况编写的，与工程各大系统的工作同步进行，这就给编写工作带来很大的难度。飞船的技术状态经常在变化，而作为飞船飞行过程中的管理者、驾驶者和监控者，航天员必须对飞船有深入的了解，教练员们就得随时和研制单位沟通，及时掌握信息，对方案进行调整。几年过后，黄伟芬对飞船的了解已不亚于一个航天专家。
国外培养的航天员按分工分为了驾驶员、随船工程师（美国称任务专家）和载荷专家三类。担任驾驶员的航天员是指令长，负责飞行监视、操纵和控制；协助指令长的航天员叫副驾驶员；负责飞船维修、故障排除及執行特定任务的航天员叫随船工程师；管理实验设备和仪器并负责实验操作的航天员叫载荷专家。而我国目前培养的航天员都是驾驶员，不仅要操作飞船，还要兼顾随船工程师和载荷专家的工作。
中国航天员的训练分为3个阶段：第一阶段是基础理论培训，要学习火箭和飞船的设计原理、飞行动力学、气象学、天文学、通信、设备检测、航天医学知识等。第二阶段是专业技能训练，要熟悉飞船的结构、组成，飞船各系统的工作原理和模式，还要掌握重要部组件和单机的情况。第三阶段是飞行程序和任务训练，要在与飞船相同的训练模拟器上，通过实景仿真，掌握和知道应该注意观察什么，什么时候同地面联系。在这一阶段，航天员们还要学会发现和排除紧急情况，锻炼他们的判断能力和反应能力。这3个阶段的学习一般需要3～5年的时间，合格了才能达到执行飞天任务的标准。
航天员所要掌握的科学知识和飞行员要掌握的知识有很大的区别。航天员的课程是根据他们的文化基础、专业水平以及载人飞行的任务需要安排的，具有很强的针对性。除了高等数学、流体物理、力学、电工电子学、英语、哲学、医学等基础性课程外，还包括空气动力学、飞船设计原理及舱载系统等与航天技术有关的课程，天文学等与航天环境有关的课程，以及解剖生理学、航天医学、心理学等医学类的课程，共8大类58个专业。基础理论课没有固定的教员，授课的教师是航天领域的专家或知名高校的学者，他们上完课就走，再见到他们就要到考试的时候。这对航天员来说，更是难上加难，一旦课堂上没有搞明白，课后连可以请教的老师都没有，很多东西都要靠自学。
飞船遨游太空，航天员需要在密闭狭小的环境里经历超重、失重相互交替的过程。要克服这重重障碍，航天员必须用特殊的训练来主动适应这种太空生活。体能训练、特殊生理功能训练更是一直伴随着全部学习阶段。为了让航天员适应太空的特殊环境，提高他们对各种负荷的耐受性，教员们最大限度地模拟了太空舱内的各种环境。在这个非常艰苦的过程中，既有利用旋梯、滚轮、蹦床、旋转秋千等器材提高前庭功能的训练，也有为提高低压缺氧耐力的游泳、攀岩训练，还有为提高超重耐力专门进行的胸、腹部和四肢肌肉的训练等。
人类在地球生存，其重量归因于地球的引力。要克服地心引力束缚，就必须达到第一宇宙速度。第一宇宙速度是指物体脱离地球引力的束缚而绕地球运行，成为地球的人造卫星的速度，即7.9公里/秒。在这个加速过程中，航天员将会经历过载的考验，新的重力状态与静止在地球表面时的重力状态之比，可用G来表示。当G=1时，称为标准重力状态；当G >1时称为超重过载，G <1时称为低重；当G接近于0时，称为失重，或微重力。离心机训练是提高航天员超重耐力最有效的方法。在飞速旋转的离心机上，能形成不同G级的超重感觉。游乐场的“过山车”产生的超重只有2G左右，而离心机训练却要达到8个G。在圆形的大厅里，航天员要坐在一只8米多长铁臂夹着的圆筒里，在时速100公里的高速旋转中，不仅要练习坚持腹肌和鼓腹呼吸等抗负荷动作，而且还要随时回答问题，判读信号，保持敏捷的判断反应能力。
在做这项训练时，离心机像一只巨大的铁钳，紧紧夹住旋转舱，在圆形的超重实验室里飞速旋转。负荷从1个G开始逐渐加大，转瞬之间，受训者的面部肌肉开始变形下垂，眼泪不由自主地流下来。做头盆方向超重训练时，全身的血液好像被甩到脊柱上；做胸背方向超重时，前胸后背就像压了块几百斤重的巨石，心跳加快，呼吸困难，五脏六腑仿佛被压成了一张薄薄的纸片。在这样高负荷的情况下，航天员都还要判读信号、回答提问。当超重值加大到自身重量的8倍时，虽然只有短短的40秒，但在强大作用力的牵引下，几乎要耗尽全部体力和精力。每次训练前，教练员都会提醒航天员，他们每人都是一只手握着操作设备，另一只手握着报警器，只要感到不适，可以随时摁下报警器上的红色按钮，训练就会立即停止。但在长达十几年的训练中，所有的航天員从没有一个人摁下这个按钮。
空间运动病是航天员太空飞行时必须面对的一个难题。世界上半数以上的航天员在执行任务时都曾发生过空间运动病，出现头晕、肠胃不适、恶心、呕吐、失定向等现象。预防空间运动病，除了药物防护之外，更重要的是进行前庭功能训练。虽然训练不能从根本上改变生理功能，但可以使航天员的前庭功能稳定性保持在一定的水平上，在出现症状时，从心理上提高控制能力。前庭功能训练一般在电动秋千、转椅、旋转屋等专用设备上进行，让航天员按照一定的程序被动地承受线性加速度、角速度等刺激，从而提高和维持前庭功能的稳定性。
人类生存需要一定的压力环境，如果飞船出现失压故障，就会给航天员的生存带来危险。苏联电影《机组乘务员》里曾有这样惊险的一幕：飞机在万米高空飞行，舱壁突然裂开了一条小缝，转眼间，舱里的纸张、毛巾、衣物都被吸了出去。这是因为高空空气稀薄，气压比机舱里低许多，舱壁一旦出现破口，舱内就形成了巨大的负压。飞船在太空飞行，外部是真空环境，为了战胜可能出现的低压和缺氧威胁，航天员必须进低压舱锻炼超强的耐受力。
在飞船上，很多操作是不可逆转的，一旦指令发出，便无法撤回，造成的后果有可能是灾难性的。所以，在航天员所有的训练中，飞行程序和任务训练最为重要。航天员通过舱载飞行文件的学习，熟练掌握规定的飞船飞行程序、任务内容和技术要求，同时利用飞行训练模拟器等设备，进行正常飞行、应急飞行、飞行过程中各类故障的判断和处理等内容的训练。可模拟器只有一个，14个人轮一圈下来，训练时间十分有限。航天员们就把模拟器中的各种仪表盘、操作件拍成照片贴在房间里，还把模拟器和真正的飞船舱内的环境用摄像机录下来，再输入电脑，制作成更为直观的影像，随时观看、记忆。经过无数次训练，早已对每一个按钮和每一项操作烂熟于心的航天员们，一闭上眼睛，座舱里所有的仪表、电门的位置都能想得清清楚楚。操作手册，全部都能一字不差地背诵下来。训练时，模拟器中安装有6个摄像头，以便在指挥室里的教员可以清楚地看到舱内各个角度的情况。航天员在里面，每发出一个指令，每操作一项动作，都会被电脑记录。在模拟器中训练，赶上炎热的盛夏，航天员还要穿上厚重的航天服，一练就是三四个小时。所以，每一次训练对他们来说，都是精神和体力的巨大付出。
根据国外的经验，飞船在返回时，可能会降落到预定着陆区以外的地方，也许是沙漠、沼泽，也许是海洋、森林。苏联飞船就曾因为在返回时自动导航系统出现故障，多绕地球飞行了一圈，降落到了远离预定着陆点的一片森林中，航天员不得不在彻骨的寒冷中过夜，还要应付一群凶残的饿狼。为了让中国的航天员掌握在各种恶劣环境中生存的能力，他们还要奔赴沙漠、寒区、雨林、大海，训练在各种困难条件下的自救能力，并配合搜救部队进行搜救演习。这是一项非常考验个人意志和团队精神的训练。这种人与自然的较量，是对人的意志力、毅力和体能的最大挑战。 航空飞行是航天员的“老本行”，但也是所有训练项目中风险最大的。苏联航天员加加林就是在航天飞行训练中丧生的。尽管这样，这项对未来太空飞行发挥着重要作用的训练却从没有停下来。中国航天员大队也把这项训练当作重要内容贯穿于航天员的学习训练之中。
航天员在太空飞行，必须掌握足够的天文知识。只有快速确定星星的方位，才能在太空中确定自己的位置。在航天员的所有训练中，只有俗称“找星星”的星空识别训练是最富诗意、最浪漫的。“找星星”在一间穹隆式的大厅里进行，用幻灯把星空的图案投射到圆形的房顶。灯光熄灭后，屋顶上繁星密布，这时大家就开始仰着脖子寻找每一颗星星的方位：金星、火星、木星……
在航天员紧张训练的时候，飞船系统的研制工作也在紧锣密鼓地进行着。几年间，飞船的设计几经改造，技术不断完善。但对航天员来说，飞船每改造一次，学习就要重新进行一遍。很多时候，他们好不容易把飞船里密密麻麻、成百上千的手柄、按键、线路记熟了，但过不了多久，当他们再次钻进模拟舱时，却发现舱内的设置已和上次大相径庭。
最初，这种频繁的变化让航天员有些不理解。有一次，一位飞船系统的老专家来航天员大队讲课时，拿出一颗飞船上的螺丝钉说：“别小看这一枚螺丝钉，它最初有几十个甚至几百个样品，经过了上千次破坏性试验换取的数据，才能最终孕育一枚成品！”这句话震撼了每一位航天员。大家都是白手起家，要完成祖国交付的重任，就要脚踏实地一步一步地攀登，就算再苦再难也要咬牙坚持。于是，航天员们自觉地重新学习、重新记忆、重新消化，航天员公寓的窗口亮起了一盏盏长明灯……
俄罗斯航天员瓦列里·波利亚科夫曾在太空生活了438天，是目前人类在太空中连续生活时间最长的人。他到北京航天城和中国的同行见面时幽默地说：“失重是一张最柔软的床。”而事实上，失重除了有神奇美妙的感觉之外，更会给航天员的生活和工作带来意想不到的困难。失重时，人的血液集中到头部，会有许多不良反应，为了减轻太空失重环境对航天员的影响，提高他们的适应和对抗能力，就要在上天前进行多次血液重新分布训练。这项训练是在失重飞机上进行的。失重飞机通过进行抛物线飞行来产生短暂的失重效果。俄罗斯的“伊尔-76”失重飞机，一个起落可飞15～20个抛物线，每个抛物线可产生25～28秒的失重时间。美国的KC-135失重飞机，一个起落可飞20～30个抛物线，每个抛物线可产生25秒的失重时间。美国航天员曾把失重飞机称作是“呕吐彗星”，显然，这是一项并不轻松的训练。
我国曾在20世纪70年代研制过一架歼-5失重飞机，并在当时“曙光号”选拔航天员时立下了汗马功劳，但因为空间狭小，年代久远，早已不再使用。后来，中国再没有进行这方面的研制工作，所以，航天员的失重飞行训练要到国外去做。
1999年，中国航天员来到俄罗斯“加加林航天员培训中心”进行模拟失重飞行训练。俄罗斯的失重飞机由高性能喷气式飞机改装而成，可以容纳20多人同时训练。舱内两边装有把杆，地上铺有软垫，还备有救生用的降落伞。训练分为两类：一类是飘浮训练、定向能力训练等一般感受的体验性训练；另一类是航天服穿脱、进食饮水、转移物体、抛接重物、阅读书写、摄影录像、仪器设备操作等操作技能训练。
训练开始的前一天，俄罗斯的教练员对中方的领队、北京航天医学工程研究所所长、航天员系统总指挥宿双宁说：“你们的人只要有一个吐了，我们就立即停飞！”宿双宁一听就急了，他连声说：“不行！不行！”他心里清楚，每一个架次仅有的几分钟失重体验是用成堆的美金堆积起来的，一吐就停，那不是白白浪费钱吗？宿双宁既心疼钱，更担心航天员的安危，诚恳地对俄方教练员说：“我们的小伙子都是第一次做这种实际飞行实验，希望你们的动作不要太大。”可无论宿双宁怎么请求，俄方教练员就是不答应，坚持说是基于安全考虑，没有丝毫商量的余地。第二天，随行的翻译悄悄告诉宿双宁，他无意中听到俄方驾驶员们私下嘀咕，飞行时就是要让动作大一点，看看中国人的前庭功能和身体素質到底行不行。
让宿双宁揪心的训练开始了，巨大的轰鸣声中，飞机迅速冲出云外，到达了1.5万米的高空。接下来的一个小时里连续飞行了12个抛物线，交替产生超重、失重的模拟环境。第一次经受这样的体验，尽管痛苦难忍，但中国航天员们都咬着牙坚持了下来，而且还要在每一个抛物线产生的20多秒的失重时间里不断做着穿脱航天服、翻滚转圈的动作。
飞机按照预定的时间回到地面，宿双宁一路小跑登上舷梯，走进机舱时，他欣慰地发现，中国的航天员一个都没有吐。这个结果出乎俄方的意料，他们由衷地称赞说：“别的国家的航天员，不少人几个抛物线下来就不行了，像你们这样全部坚持下来的还没有见过。中国的航天员真了不起！”
冬去春来，一年的学习过去了，航天员即将转入到新的学习阶段。在这之前，要进行一次严格的全面考核。如果不能通过“升学考试”，就没有资格进入下一阶段的学习。理论、体能、文化课……当所有的考试结束，航天员杨利伟取得了14人中唯一的“全优”成绩，名列第一，其他13名航天员也都以优异的成绩通过了考核。
载人航天工程如此庞大的体系，要做到密切配合、环环相扣，是一个巨大的难题。或者可以说，各系统之间能否默契协作，是整个工程成败的关键。因此，协作与协调成为各系统的主要工作之一。不计得失，不计报酬与名利，一切服从任务、一切服务成功，无论是研制还是生产阶段，都有着一个个的时间节点，所有接受任务的单位无论面临什么困难，都要保质保量地完成，让全国各地区不相识的人们有了统一决心、统一意志、统一目标和统一行动。西安的火箭发动机、天津的飞船太阳能帆板、河南的电连接器、上海的推进器、四川的元器件……只要总指挥部一声令下，前一天还在工厂的设备，第二天就汇聚到了北京的总装车间。正是这样，数千家单位、数十万人都能始终站在国家和民族利益的高度来观察分析问题，局部服从全局，部分服从整体，当前服从长远，才构筑起了中国人壮美的飞天之路。