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  2012年4月9日,神舟九號飛船於當天運抵酒泉衛星發射中心。2012年5月9日,用於發射飛船的長征二號F運載火箭運抵酒泉衛星發射中心。  2012年6月12日,“神九”已經完成全系統聯合演練。6月13日,發射之前最後一次檢查完成。  2012年6月14日上午,執行天宮一號與神舟九號載人交會對接任務的各大系統在酒泉衛星發射中心進行聯合演練,最後一次驗證了其工作狀態。聯合演練從進入發射前3小時程式開始,航天員、發射場、載人飛船、運載火箭以及測控通訊等系統全部參加,按照實際發射程式從綜合資訊檢查、火箭點火、助推器分離直到最後的船箭分離。

  2012年6月16日下午,航天員出征儀式在酒泉衛星發射中心舉行,中共中央政治局常委、全國人大常委會委員長吳邦國出席儀式為航天員壯行。隨後,航天員乘車來到發射塔架,在輔助人員的協助下,劉旺、劉洋和景海鵬依次進艙。

  

  神舟九號於北京時間2012年6月16日18時37分24秒在甘肅酒泉衛星發射中心成功發射升空。  6月16日18時40分,箭一二級分離成功,一級墜落。此時,火箭已經飛過了平流層和中間層,正在接近大氣層邊緣。18時49分,太陽帆板展開。

  6月17日凌晨1點半,神舟九號飛船進行了首次變軌,神九的軌控發動機經過短暫開機,對神九的軌道進行調整。3名航天員在飛船的返回艙內實時監控了神九的變軌全過程,他們的服裝從白色的航天員艙內壓力服裝改為藍色的航天員艙內工作服。神舟九號原計劃通過5次變軌來追趕天宮一號,但實際上神舟九號4次變軌後,就進入了距地面高度約343公里的近圓軌道,與天宮一號處在相同軌道面的交會對接點上,因此變軌只進行了4次。

  首次交會對接原定於6月18日11時左右進行,後推遲至當天14時許進行。根據既定的飛行方案,飛船將在軌飛行十餘天,與天宮一號目標飛行器進行兩次交會對接,第一次為自動交會對接,第二次由航天員手動控制完成。  6月18日14時14分,在完成捕獲、緩衝、拉近和鎖緊程式後,神舟九號與天宮一號緊緊相牽,中國首次載人交會對接取得成功,首位航天員於17時07分進入天宮一號。  在組合體飛行6天后(6月24日),神九和天宮一號將分離,準備完成第二次交會對接。

  6月24日12時許,航天員劉旺駕駛飛船,通過手柄控制飛船的姿態、速度和方向,使神舟九號從140米外向天宮一號緩緩接近,最終成功與天宮一號對接,中國首次空間手控交會對接試驗成功。

  6月26日上午10時許,中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席胡錦濤來到北京航天飛行控制中心,同正在天宮一號開展科學實驗的神舟九號航天員景海鵬、劉旺、劉洋通話,中共中央政治局常委賈慶林、李長春、習近平、李克強出席並見證此次通話。

  6月27日下午2點42分,在北京航天飛行控制中心的控制下,天宮一號與神舟九號組合體在太空中偏航180度,使其從交會對接的正飛狀態進入倒飛狀態,建立撤離姿態,為航天員手控撤離做好準備。  6月28日6時許,三位航天員告別天宮一號目標飛行器,陸續回到神舟九號飛船,做好組合體分離前的各項準備工作。6時37分,指令長景海鵬最後一個離開天宮。揮手作別後,他回到神舟九號飛船軌道艙,關閉天宮一號實驗艙艙門。9時22分,航天員劉旺手動控制神舟九號飛船與天宮一號目標飛行器分離。組合體成功分離後,航天員繼續手動控制飛船撤離至安全距離。  6月29日10時03分,神舟九號返回艙在四子王旗著陸場成功著陸,三名航天員安全返回。中共中央政治局常委、國務院總理溫家寶,中共中央政治局常委、中央紀委書記賀國強,中共中央政治局常委、中央政法委書記周永康在北京航天飛行控制中心觀看飛船回收實況。溫家寶總理宣讀了中共中央、國務院、中央軍委賀電。

  神舟九號飛船返回地面,需要經歷4個階段:

  2012年6月10日,神舟九號航天員梯隊隊員在位於酒泉衛星發射中心的航天員公寓“問天閣”舉行了隆重的升國旗儀式,並參加植樹活動,此為神舟九號航天員乘組首次亮相。

  6月15日,中國載人航天工程新聞發言人在酒泉衛星發射中心宣佈,經天宮一號與神舟九號載人交會對接任務總指揮部研究決定,中國人民解放軍航天員大隊男航天員景海鵬、劉旺和女航天員劉洋組成“神九”飛行乘組,執行中國首次載人交會對接任務。

  02號景海鵬作為本次任務的指令長,將在整個乘組中發揮核心作用。01號劉旺被分配的主要任務是“交會對接操作崗”。03號劉洋主要負責空間醫學實驗。

  神九的任務包括三個主要職能:

  神舟九號飛船搭載活體蝴蝶(卵和蛹)升空。

  此次任務中重點開展三個方面的航天醫學實驗研究:  通過這些實驗,可驗證失重生理效應相關防護技術,為後續空間站航天員長期飛行的健康保障奠定基礎。

  

  這次承擔海上測控任務的遠望三號,遠望五號和遠望六號測量船呈接力狀分別佈陣太平洋不同海域。整個遠望船隊肩負著飛船太陽帆板展開、入軌、變軌、交會對接等一系列重要海上測控任務。  經過數十天的海上航行,遠望六號測量船已經到達任務預定海域。為確保天宮一號與神舟九號載人交會對接海上測控任務萬無一失,3艘測量船分別進行了天地對接、角度標校及距離零值標定,組織了數百次各類聯調演練,還針對任務中可能遇到的突發情況,完善了近千項應急預案。

  

  神舟九號發射後,其整流罩殘骸預計於火箭升空後25分鐘左右墜落到榆林市榆陽區和神木縣境內。火箭整流罩殘骸墜落範圍同“天宮一號”、“神舟八號”基本相同,涉及榆陽區小壕兔、孟家灣、牛家樑、金雞灘、麻黃梁、大河塔、安崖7個鄉鎮和神木縣大保當、高家堡和喬岔灘3個鄉鎮,中心點位置為榆陽區麻黃梁鎮東清水河村。屆時,榆林將對神九整流罩墜落區域內實行臨時交通管制。神舟九號飛船發射期間,對陝蒙、榆神高速公路、204省道榆神段、210國道榆麻路口以北路段、榆西路、神佳路喬岔灘以北路段及整流罩墜落區域內支線道路實行臨時交通管制,對包茂高速公路榆靖段實行遠端分流管控,經上述路段通行車輛需提前擇路繞行。同時,對榆林城區的相關道路也實施道路交通管制。交通管制時間從神舟九號發射前3小時起實施至整流罩殘骸墜地50分鐘後解除。  19時20分許,首片整流罩殘骸在榆林市榆陽區麻黃梁鎮東河村的一塊空地上被找到,長約2米,重約200公斤。

  6月17日,“神九”載人飛船發射逃逸塔殘骸已在巴丹吉林沙漠腹地無人區找到,沒有給地面造成任何傷亡和財產損失。

  2012年6月16日下午,吳邦國委員長在神九出征儀式上表示,  2012年6月24日,神舟九號航天員駕駛飛船與天宮一號目標飛行器順利對接,中國首次空間手控交會對接試驗成功。這意味著中國完整掌握了空間交會對接技術,具備了以不同對接方式向在軌飛行器進行人員輸送和物資補給的能力,具備了建設空間站的基本能力。  2012年6月29日,中國國家高層在“中共中央、國務院、中央軍委對天宮一號與神舟九號載人交會對接任務圓滿成功的賀電”中表示:

  

  此次任務,搭載了首名中國女航天員劉洋進入太空。  據不完全統計,截至2012年“神九”發射前,全世界已經有56名女航天員上天,其中美國46名,前蘇聯和俄羅斯3名,加拿大和日本各2名,英國、法國和韓國各1名。

  本次任務的指令長,景海鵬成中國的首位再度飛天航天員。  2008年9月,景海鵬與翟志剛和劉伯明共同執行神舟七號載人飛行任務。

  與以往不同,此次神舟九號交會對接任務將飛船發射日期定在了夏季,高溫也是此次發射要克服的一大難題。對此,中國航天科技集團運載火箭研究院火箭系統總設計師荊木春表示,在經過一系列技術改進之後,發射時的溫度都能得到有效控制。

  3名航天員在太空停留13天,這是迄神舟九號任務為止,神舟系列飛船停留時間最長的。  航天員系統總指揮陳善廣表示,此次航天員在軌飛行10天以上,是中國曆次載人飛行中時間最長的一次,標誌著中國載人航天由短期飛行向中長期飛行過渡。  對於太空科學和應用研究來說,儘可能長時間地駐留太空是一個基本要求。自從有了空間站,人類航天飛行紀錄不斷被重新整理,最長記錄是俄羅斯宇航員波利亞科夫1995年創造的437天17小時58分17秒。

  

  為確保神舟九號宇航員的身體健康,升空前的食材均須經過多重安全檢驗。其中乳牛需先隔離1個月,讓乳牛體內藥物成分充分代謝排出。至於生豬飼養場裡,是採用全天然方式喂飼自行種植不受農藥等汙染的玉米和麩皮。據報導,被挑選宰殺的是一頭長白豬,產肉量可滿足6名太空人在升空前的食用需求。

  2012年6月15日,蛟龍號載人潛水器在馬裡亞納海溝進行7,000米級海試第一次下潛試驗時,3名潛航員在潛至水下6,000米時與水面指揮人員通話,遙祝次日的“神舟九號”發射成功。  2012年6月24日,神舟九號三名宇航員與創造了中國載人深潛7000米新紀錄的3位潛航員葉聰、劉開周、楊波分別在太空和海底互相表示祝賀和問候。一天之內,中國同時誕生了載人航天和載人深潛的新紀錄。

  在神舟九號發射升空4分11秒左右,由紅外線攝像裝置所跟蹤拍攝的畫面中突然出現了一個移動的發光體,並且該發光體與火箭之間的在螢幕上顯示出來的相對速度很大,並與之擦肩而過。這種畫面僅持續了不到2秒的時間,被媒體渲染為UFO事件,但實際上此光點有可能是距離比火箭近得多的熱源,比如飛機、飛鳥,甚至飛蟲。
神舟九號飛船(以下簡稱神九)是中國“神舟”號系列飛船之一。神舟九號載有3名航天員,是中國第四艘載人飛船,用以執行與天宮一號進行首次載人交會對接。