“太空公民”的浪漫生活
首次载人航天飞行任务过后，人们对载人航天的热情并没有因为时间的流逝而有丝毫减少。中国人对辉煌成就感到自豪的同时，对未来的载人航天任务寄予了新的期待。
神舟五号的成功实现了“三步走”战略的第一步：突破和掌握了载人飞船的天地往返技术。紧接着第二步的目标是：突破和掌握太空出舱和空间飞行器的交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题。
还是在2003年9月备战神舟五号任务期间，温家宝总理主持召开了一次中央专委会议，专门研究载人航天工程的后续发展问题。专委成员都认为，按照中央批准的“三步走”战略决策，在完成第一步任务之后，实施工程第二步是必要的。第二步的重点，将放在航天器的交会对接和航天员空间活动等技术的突破上。
按照这次会议的部署，从2003年开始，总装备部组织进行了载人航天工程第二步任务的深入论证，提出了第二步第一阶段的任务目标。这一阶段的主要目标是：第一，实施航天员出舱活动，突破气闸舱、舱外航天服等关键技术，突破航天员空间出舱活动基本技术；第二，实施航天器空间交会对接，突破和掌握航天器交会对接技术；第三，开展有效的空间应用、空间科学与技术试验；第四，为载人航天后续任务技术发展创造基本条件。
2004年9月，中央军委决定，李继耐调任解放军总政治部主任，陈炳德任总装备部部长、载人航天工程总指挥。陈炳德上任时，正值航天战线备战神舟六号任务的关键时期，看到各大系统紧张有序的研制场面，他深有感触地对王永志说：“我以前在军区工作，虽然繁忙，但远没有今天负责载人航天这件事的责任大、影响大啊。”
2004年，国家把当年度的最高科学技术奖颁发给了72岁的王永志。奖励大会上，王永志说：“祖国的需要就是我们前进的方向，只有把自己的事业同祖国、同人民紧密联系在一起才能大有作为。”从1992年载人航天工程启动到神舟五号任务完成的十几年间，工程总指挥换了四任，七大系统的总指挥、总设计师也更换大半。但王永志仍作为工程的技术主帅与年轻的航天人一道向着新的目标冲刺。
2004年12月，中央专委批准启动载人航天工程第二步第一阶段任务。
神舟六号将进行我国的第二次载人航天飞行，担负着三大任务：一是继续突破载人航天的基本技术，主要是多人多天太空飞行的技术；二是继续进行空间科学实验，尤其是首次进行有人参与的空间科学实验；三是继续考核和完善工程各系统的功能和性能。具体地说，可以用多个“第一次”来概括：第一次进行两人多天太空飞行试验，为未来航天员在空间站生活和工作奠定基础；航天员将第一次进入轨道舱，并首次往返轨道舱，进行失重状态下的关闭返回舱门及检漏试验；航天员将第一次在太空完成压力服穿脱试验；第一次吃上热食和复水食品，喝上采自地下1700米的矿泉水；第一次在“太空马桶”解手，在睡袋里睡眠……
这时，发射场系统的原总指挥张建启已接替胡世祥担任了总装备部副部长、载人航天工程副总指挥。张建启说：“神舟六号任务，我只关注三件事。第一，火箭；第二，环控生保技术；第三，航天员。”这三件事正是影响任务成败的关键因素，代表着工程指挥部和全体技术人员的共识。
多人多天太空飞行技术是载人航天必须突破的一项基本技术，无论是航天员出舱活动、空间交会对接，还是建造空间实验室和空间站，都要有多名航天员飞行多天才能完成，这个问题不解决，后面的任务都無法展开。“两总”会议上，王永志详细地解析说：“多人多天太空飞行给我们带来的挑战是多方面的。最大的挑战是飞船的环境控制和生命保障系统的表现。简单地讲，就是保障多名航天员长时间在太空吃喝拉撒睡。这些在地面都很简单，但到了太空就成了棘手的问题。还有就是飞船内部的环境控制，如大气压力、湿度、噪声，尤其是大气湿度。飞船内的有效空间相对地面环境比较狭小，两个密封舱的容积合在一起也只有15立方米，而两名航天员正常生活所产生的湿气却一点不比地面少，如果不采取措施，飞船内的湿气很快就会饱和结露，不仅航天员感到不舒服，飘浮的水珠还可能使飞船的电气系统发生短路或断路。同时对航天员呼出二氧化碳和其他异味也要有处理措施……”
2004年1月一个冬阳普照的冬日，刚刚度过42岁生日的火箭专家刘宇被任命为火箭系统的总指挥。当初参加载人火箭研制时，刘宇还是个腼腆的年轻助理员，后来经过实践磨炼，担任了型号研制的副总指挥。这一天，刘宇接过的第一项任务就是在即将到来的一年间，研制完成用于发射神舟六号飞船的长征二号F火箭。
除了压力之外，还有一个长期困扰在刘宇心里的问题不得不面对。几个月前，杨利伟从太空返回后，曾告诉刘宇和刘竹生，火箭上升到三四十公里的高度抛掉逃逸塔后，出现了比预想要严重得多的箭体振动。长达26秒的强烈振动让他有濒临死亡的感觉。而在此之前，箭体的振动频率被认为是对航天员没有影响的。
杨利伟所描述的其实是一种共振现象。简单地说，就是当一个外力的振动频率与一个物体的固有频率相等时，会使这个物体的振动放大的现象。
第一次世界大战时，一队士兵迈着整齐划一的步伐通过一座大桥，由于行军脚步的频率与大桥自身的振动频率恰好相同，竟然致使一座大桥瞬间坍塌，人落谷底，全军覆没。人体对10赫兹以下的低频振动非常敏感，它会让内脏产生共振。而对飞船上的杨利伟来说，振动叠加在几倍体重的负荷上，自然更是难以忍受甚至是致命的。
这是长征系列运载火箭第一次载人上天，共振情况也是首次发现。从上级领导到普通的研制人员都很关注这个“陌生”的问题。可要准确判断出症结所在绝非易事。
航天科技集团公司副总经理许达哲作为主管领导，和刘宇、刘竹生商量后决定，在研制新的火箭之前，首先要解决旧的问题。许达哲特意把一批有丰富工程经验的老专家、老院士请来，成立联合分析小组，一起对问题进行“会诊”。他们收集了从发射神舟一号到神舟五号时火箭的所有数据，一步步分析查找、一项项加以验证。
数据分析工作不仅复杂，而且枯燥，面对不知从何下手的研制人员，刘竹生给大家举了一个钟和磬的例子。一座寺庙里的钟和磬因为发生了共振，总是同时响起来，和尚们都以为庙里在闹鬼，惶惶不可终日。后来，有人来到庙里，把磬锉掉了一小块儿后，钟和磬便相安无事，再也没有同时响起。大家听后明白了刘竹生的用意，火箭的振动和这个例子要说明的问题是一样的。但就是这个看起来并不复杂的问题，刘宇和刘竹生却带着大家苦干了一年多。400多个日日夜夜里，他们先是确定机理，之后从火箭一级发动机工作的0～140秒中，逐秒、逐段地查找振动频率，寻找问题“元凶”。
2005年3月，在火箭进入总装准备阶段时，这个困扰研制队伍一年多的问题终于得到了定位，火箭系统的副总设计师张智找到了原因。发射神舟五号时，火箭发动机造成的推力脉动与火箭结构振动频率在飞行的某一时间段接近和重合，造成了意外的共振，频率是8赫兹。而8赫兹的频率恰好是人体器官的频率，加剧了人体的不适感。这种现象在专业上被称为“谐振”或“耦合振动”。为了进一步确认这个结论，张智对火箭进行了真实状态的全箭振动试验和助推器振动试验，摸清了箭体结构纵向一阶频率和助推器、芯一级的管路液体脉动的频率范围，证明了判断的正确性。
为了消灭耦合振动现象，刘宇、张智和研制人员付出了很多。他们再次进行了助推器氧化剂管路的水介质和模拟介质振动试验、船罩组合体振动试验和全箭振动试验，在不同的飞行时段采取了不同的抑制参数。接下来，就是重新研制火箭发动机输送管路上的一个对振动频率有很大影响的装置——蓄压器。一般情况下，从画出图纸到拿出成品，研制蓄压器需要8个月时间，但为了赶进度，刘宇5次往返于试验场和协作厂家之间，亲自督战，日夜兼程，仅用了两个半月时间就完成了任务。2005年6月，新研制的蓄压器经过测试后，输送管路内液体的频率与火箭结构的振动频率已完全错开，谐振现象基本消失了。
故障解决了，正当大家要松口气时，刘竹生又下达了一项新的任务——为逃逸发动机配备安全点火机构。对于这项决定，大家有些不理解，毕竟火箭在设计中，已经安装了足够的保险措施，基本上可以保证航天员的安全。而刘竹生却说：“虽然我们已经做了很多，但安全性和可靠性没有终点，我们应该有一种思想，始终认为自己做得还不够。”听了刘竹生的话，大家释然了。不仅安全点火机构的研制任务提前完成，而且还制定出一套非常完善的故障对策。针对火箭在发射台上可能出现的问题，制定了4种逃逸模式；针对上升段飞行中可能出现的故障，制定了11种故障情况下的逃逸模式，这15种模式完全可以保证航天员迅速脱离危险区。
除此之外，图像测量系统是刘竹生增加在用于发射神舟六号的火箭上的一个新亮点。以往火箭发射时，地面只能根据遥测数据来判读它的表现，而不能直观地观测它的飞行状态和各种分离动作。而增加图像测量系统后，就可以第一时间近距离地看到火箭飞行的姿态。虽然刘竹生早就有为火箭加装这个系统的打算，但限于过去图像压缩技术水平低下的现实，一直没能付诸实施。现在条件成熟了，为了早日给火箭装上这只“神眼”，刘竹生组织人员从初样研制到产品生产，用了一年多的时间，逐一攻克了高动态下的传输延时和马赛克等高难度的技术问题，生产出令人惊叹的图像测量系统。这个系统安装后，用于观测火箭运行状态的两个摄像头，一个装配在整流罩内，一个安装到箭体上，不仅可以实时显示最直观的火箭飞行情况，还可以根据飞行环境监测为改进火箭的环境适应性提供依据。
神舟六号任务下达后，作为有着辉煌纪录的飞船系统新“掌门人”来说，他们面对的压力可想而知。神舟六号与神舟五号飞船的结构虽然没有改变，但技术状态却截然不同。两名航天员在太空生活工作多天，衣食住行、冷凝水的收集、进出轨道舱安全等诸多新问题，一下子凸显在了刚刚接任总指挥的尚志和总设计师的张柏楠面前。
尚志和张柏楠都是40出头的青年专家，他们在改革开放的年代中求学，在市场经济的大潮中参加工作。那时合资企业和外资企业的小汽车几乎整天停在航天单位的门口，很多人就此永远地走出了中国空间技术研究院的大门。尽管尚志和张柏楠已经把航天事业与自己的人生目标进行了焊接，但与钱学森、任新民等老一代航天人相比，还有很多欠缺的地方。这一点，他们有清醒的认识。20世纪80年代，虽然已经改革开放，但“冷战”并没有结束，很多领域还相对封闭。他们在这样的环境中长大，眼界不如老一代开阔。而且，老一辈的忧患意识和责任感是自发的，而他们是在干事业的过程中慢慢培养的。还有，相比老一辈，他们没受过什么苦，艰苦奋斗的精神不够……不过，在戚发轫他们老一代看来，两代人之间虽然年龄相差很大，但年轻一代更有优势，他们接受新事物的能力比老一代更强，知识面更广，也更富有创造力。
神舟六号任务的来临，对尚志和张柏楠和新一代的航天人来说，是一次机会，也是一次考验。
神舟六号飞船与之前的5艘神舟飞船相比，并不是简单的重复，其变化最大的当属航天员要从返回舱进入轨道舱。两舱之间有一道圆形的舱门，用于为返回舱提供密封环境，以确保返回舱的舱内压力。这扇门的开启和关閉对于航天员的安全非同小可。由于它连接的是两个独立的舱室，如果两个舱室气压不同，舱门要么无法开启，要么会被“弹开”，撞击到航天员身上，对航天员造成伤害。舱门的密封性也至关重要，飞船返回前，两舱分离后，舱门必须严丝合缝地关闭，一旦漏气，返回舱在几秒钟之内就会变成“真空世界”。航天员从返回舱进入轨道舱，首先要打开的就是这道门。打开舱门的风险相对不大，关键是关闭舱门后能不能够保证密封，再入过程中会不会出现问题。因此，航天员进入轨道舱，是对飞船整个生命保障系统的全程考核，而这道舱门可以说是一道航天员的“生命之门”。
为了保证这扇门开关准确自如、绝对密封，张柏楠带领飞船结构与机构分系统的技术人员做了上万次试验，从改进密封性能、在轨检漏、舱门清洁等方面摸索出了一套规律，增加了8道“安全锁”。
第一道“安全锁”，是要确保设计加工准确无误。神舟六号的舱门设计和加工工艺十分复杂，仅设计图纸就有100多张。张柏楠带领科研人员边攻关，边试验，边总结，找到最佳数据，保证每一个零件和每一个尺寸都准确无误。第二道“安全锁”，是在舱门安装密封锁。为了保证密封性，舱门设计了6把联动杆锁，只有这6把锁全部到位，舱门才能锁上。同样，打开舱门也必须完成一系列动作才可以解锁。为避免操作失误，还专门设计了一个防误开关，只有首先打开防误开关，才能进行下一个动作。第三道“安全锁”，是用双保险来保证密封性。科研人员为舱门加了两道密封圈，安装在舱门的金属面周围，确保密封。第四道“安全锁”，是利用“秘密武器”除掉绒毛。舱门金属圈上的密封圈上哪怕粘有细微的头发丝或绒毛，都可能导致舱门发生泄漏。而在太空飞行中，舱内飘浮物粘到密封圈上又不可避免。为此，科研人员找到了一种类似湿巾的无腐蚀、无气味、不掉毛的特殊材料，用这种材料擦拭密封圈不留水迹，不产生静电，又能一尘不染。第五道“安全锁”，是舱门快速检漏仪。按常规做法，舱门检漏的方法是先把舱门密封起来，过一两天后再检查舱门压力，看看降低了多少。但航天员在太空中不可能等这么长的时间。为此，他们专门设计了一套快速检漏装置，可迅速判断漏气状况。第六道“安全锁”，是为航天员设计了脚踏板。航天员在太空中常常是有劲没法使，为了保证操作方便，特意为航天员设置了许多着力点，手脚怎样用力，用多大的力，都有详细的规定。第七道“安全锁”，是采用多种手段试验可靠性。为了提高舱门的密封性和操作的灵活性，采用降低摩擦等手段控制加工精度，能觉察出小如毛发和绒毛的异物。同时，根据不同的故障模式，在专门的真空罐里做开关舱门试验，保证舱门性能标准高度可靠。第八道“安全锁”，就是让航天员在模拟失重条件下反复进行训练，熟练掌握操作要领。
除了舱门之外，飞船舱内的环境也是危及航天员生命的又一关口。从环境控制和生命保障技术来讲，两人的多天飞行，意味着产品规模和运行周期发生了很大变化，耗氧、产热、产湿、呼出二氧化碳都比“1人1天”多得多。飞船舱内的有效容积只有5.5立方米，两名航天员生活工作在里面，两三个小时湿度就会饱和。如果舱内空气不流通，呼出的二氧化碳就会自然堆积，滞留在口鼻附近，导致呼吸困难甚至窒息。所以，神舟六号任务对首次使用的生命保障系统也是一次考验。大到饮水储蓄箱、大小便收集箱，小到食品加热器、注水器等，160多件产品每一件产品都与航天员的太空生活及健康息息相关，这就对它们的整体性、匹配性，与外系统的协调性、接口关系等提出了很高的要求，尤其是调压供氧、通风净化等关键部件，一旦出现故障将直接危及航天员的生命安全。
为了“万无一失”，张柏楠率领队伍在地面营造了一个与太空相同的环境，进行了多次试验，模拟航天员太空七天七夜的生活，验证了湿度控制技术和通风换熱技术的合理性。为增强冷凝水收集能力，他们扩大了飞船上冷凝水箱的容积，增加了被动的吸湿材料，保证船上设备能在湿度90%的环境下正常工作。
2003年春节前夕，已经苦干了一年多的飞船研制人员都在盼着这个一年中唯一可以放假的节日能好好休息几天。有些家在外地的技术人员提前与同事倒班替换，想早走几天。可谁想被尚志得知后，不近情理地果断制止了。已经买了机票和车票的人，不管什么情况一律退票！此令一出，有的年轻人哭着找到尚志，说家里的老人在眼巴巴地等着团聚，希望通融一下。面对此情此景，尚志尽管心里理解同情，但仍下狠心坚持决定。这个“口子”不能开，一旦有人在正式放假前离开，必然导致更多的人“人心涣散”，产品质量肯定会受影响。经过层层做工作，大家对看似不近人情的尚志表示了理解。在这样的近乎“铁腕”的管理手段下，各个分系统的研制任务按照计划节点保质保量地完成了。
改进后的神舟六号飞船，发生了100多项技术改进，涉及硬件130多台、软件近20个，装船前都进行了大系统间的相互匹配、环境测试以及整船级工效学评价等试验，验证了更改的正确性和接口的匹配性，每一项技术状态的更改均形成了闭环控制，并进一步提高了可靠性。
2003年11月，北京航天医学工程研究所召开了一次全体航天员参加的任务动员会。胡世祥宣布：神舟六号载人飞行任务即将展开。听到这个消息，全体航天员们内心感到一阵激动。为实现飞天梦想，他们日复一日、年复一年地默默努力着、坚守着，但由于发射时间间隔大、任务密度低，让他们上天的机会并不多。而新的任务列入日程，就意味着又一次圆梦的机会即将到来。但大家都清楚，机会只能属于少数人，要想飞向太空，还要经历一次严格苛刻的训练和选拔。
按照工程进度，神舟六号任务定于 2005 年7、8月份完成总装工作，9月至10月之间发射。如此紧迫的时间注定了针对神舟六号任务的训练，从一开始就烙上了选拔的痕迹。
在航天员大队的公寓中曾有一条标语“祖国载人航天事业高于一切”。只要是祖国需要，不管付出多少血汗，不管结果如何，他们都无怨无悔。神舟六号的训练开始那天，航天员大队又多了一条更加醒目的标语——“质量就是生命”，这预示着他们将以最高质量的训练再次面对考验。
因为神舟六号任务增加了航天员对地观测、医学实验、设备操作等科学实验，所以，飞行程序也做了相应改动。根据新任务的特点，黄伟芬和教员们增加了地面模拟失重状态等3个重点科目的训练，预设了几十种故障模式，以强化航天员的应急处置能力。
人类40多年的航天实践表明，航天器中的微重力对航天员的健康、安全和工作能力会产生重要影响。针对神舟六号任务多天的特点，为了提高人体对失重状态的适应能力，航天员进行了首次微重力生理适应性测试。这是一项非常艰苦的训练，会带来头胀、鼻塞等很多不适。但在连续5昼夜大强度的测试过程中，每个人都经受住了从心理到生理全方位的考验，全部顺利过关。同时，飞行时间的延长，使得预防空间运动病和航天适应综合征更加重要，针对可能出现的疾病，医生们还对航天员们进行了必要的医学训练，既要做自己的保健医生，还要当“太空医生”，为同伴打针、喂药。
在遥远的太空中，航天员要协同配合才能完成任务，他们之间的性格是否相容、分工是否配合将直接关系到任务的成败。神舟六号的训练中，便有针对性地安排了一项“心理相容”训练。这项训练没有具体的考核标准，目的就是要在航天员中形成一种学习上相互切磋、品德上相互砥砺、工作上相互支持、技术上相互交流的氛围，使他们在潜移默化中达到性格相投、爱好相近、心意相通的和谐心理状态，从而保证在任务期间相互补位，紧密配合。
2005年2月，胡锦涛主持中央政治局常委会议，专题听取总装备部《关于我国载人航天工程有关情况》的汇报，正式做出了启动载人航天工程第二步第一阶段任务和实施神舟六号任务的决策，明确提出“精心组织、精心指挥、精心實施，确保成功、确保万无一失”的目标要求，这意味着神舟六号任务进入了加速推进的关键阶段。
虽然执行神舟六号任务的航天员只有两名，但在备战任务的两年时间里，每一名航天员都表现出惊人的毅力，力求以最好的成绩接受挑选。最终，在2005年进行的考核中，14名航天员都以“优秀”的成绩通过了考核，全部具备了执行任务的能力。
神舟六号任务前夕，北京航天医学工程研究所又多了一个更加响亮的名字——中国航天员科研训练中心，成为继俄罗斯加加林航天员训练中心、美国休斯敦航天中心之后的世界上第三个航天员中心。杨利伟被任命为航天员中心的副主任兼航天员系统的副总指挥，负责航天员选拔和训练工作。出征太空前，杨利伟是一名出色的“战斗员”，从此，他不仅要当好“战斗员”，更要做好“指挥员”。
在制定神舟六号航天员的选拔标准时，杨利伟提出了一个操作“零失误”的目标。这个想法提出后，当时就有人说，科学试验总是有失误的，“零失误”是不是太苛刻了？杨利伟却说：“飞船飞行的程序非常严密，如果因为人为的操作失误，不仅影响任务成败，甚至还会造成灾难性的后果，这是绝对不允许的。”但要实现这一目标，就需要有一支过硬的航天员教员队伍。为此，航天员系统的总指挥、总设计师陈善广进一步提出了教员“持证上岗”的要求。考航天员之前先考教员，经过培训、考核，取得《航天员教员上岗合格证》的教员才能任教。
神舟六号航天员的选拔工作从2005年初开始，主要依据的是神舟五号任务之后的成绩，以前的成绩将会被清零。也就是说，杨利伟和曾进入首飞梯队的翟志刚、聂海胜也同大家一样处在同一起跑线上。为了多让几位航天员有上天的机会，工程指挥部决定，杨利伟退出神舟六号任务的选拔。尽管杨利伟非常希望再次执行任务，但他清楚，一个人的飞行经验和多人的飞行经验对工程的帮助是不一样的，让更多的人去执行任务，对工程的完善和改进更为重要。杨利伟曾说过：“我会时刻准备执行祖国和人民赋予我的任何任务。”如果因为自己的退出，能够让更多的战友实现梦想，其意义不亚于再飞一次。所以，杨利伟愉快地服从了组织的决定，将更多的精力用在了指导和帮助战友上。
神舟六号乘组选拔主要有4个标准：身体状况、训练成绩、心理因素和思想品质。由于飞行时间加长，出现突发情况的可能性也随之增大，身体素质不再是唯一的要素，与之同样重要的是知识的积累与钻研的精神，特别是面对突发情况的临机处置能力。
选拔分为初选、复选、定选和确认4个阶段。先从13名航天员中初选出10位，然后再从10人中复选出6位。定选时，将6位航天员搭配成3个乘组，定为第一、第二、第三梯队。发射前的一两天，3个乘组进行“人—船—箭—地”联合检查后，最终确定执行飞行任务的乘组。
初选阶段主要以身体条件为依据，包括检测项目的确定和临床检查。初选于2005年3月份完成，从13名航天员里选出了身体条件较好的10人。
复选阶段主要以心理和训练成绩为标准。选拔以乘组形式进行，但搭配和角色都可以互换，考核也是单人进行。在飞行中，两名航天员的角色分工不同，但技术要求是一样的，都要熟悉所有的操作。因此，复选要分别考核一个人担任不同角色的成绩，从10名航天员中选出成绩靠前的6人。
在定选阶段，主要是进行与神舟六号任务相关的强化训练，然后根据训练成绩确定乘组梯队。这个阶段从一开始就确定了乘组搭配和乘组里两人的角色，考核以乘组形式算分。复选时，6名航天员的飞船操作技术全是满分，很难区分上下。所以，定选阶段引入了数学模型，利用辅助决策系统将他们的心理、思想、身体成绩化为数值指标，实行集体测评、科学选拔，最大限度地避免了个人因素的偏颇和个人好恶的影响。杨利伟当年是由评委投票选出的，按照这套新的选拔方法将神舟五号的选拔模拟重复了一遍，结果选出来的还是杨利伟，说明这套选拔方法是科学、可靠、公正的。
在初选的共同训练阶段，所有航天员都要参加，后面的阶段则随着选拔的开展，参训的航天员逐渐减少。在这个过程中，大家既是竞争的对手，也是相互支持的兄弟，在一个乘组里还是密切合作的伙伴。乘组在很长一段时间内都是不固定的，考核时算乘组成绩，就是为了锻炼航天员的相互配合的意识。
2005年6月，按照两人能力相当、水平接近的“一致性原则”，在性格和情况处理上能够互补、更为全面地应对各种飞行问题的“互补性原则”，适当考虑航天员个人搭配意愿的“尊重个人意愿原则”，从成绩排名和个人意愿两方面考虑，6名航天员两两配对，形成3个飞行乘组，组成了执行神舟六号任务的航天员乘组梯队：第一组是费俊龙和聂海胜；第二组是刘伯明和景海鹏；第三组是翟志刚和吴杰。
8月24日，航天员评选委员会举行神舟六号航天员面试定选会。陈炳德、王永志及评选委员会全体成员，现场对3个航天员乘组进行了面试和考核。考核开始后，先是由专家提问，航天员现场回答，全体委员进行无记名投票。之后，连同前期3个乘组的训练成绩及心理素质评价的计分，按不同的权重统一输入选拔辅助支持系统进行计算。一切都在现场公开进行，并当场公布3个乘组的排序。由费俊龙和聂海胜组成的乘组排名第一。费俊龙，40岁，江苏昆山人，身高1.70米；聂海胜，41岁，湖北枣阳人，身高1.72米，两人当时都是上校军衔。费俊龙比较活泼，空军航校教员出身，是14名航天员中唯一的特级飞行员，处理事情的协调能力很强；聂海胜在神舟五号任务时就是首飞梯队成员，性格稳重，做事踏实，有很好的配合精神。
在进行航天员乘组搭配的时候，教员们考虑到了两个人性格互补的问题。无论谁和谁搭档，除了两人训练成绩上要互补，而且还要愿意同对方一起执行任务。为此，选拔前让每个人都进行了个人意愿选择，费俊龙和聂海胜不约而同地把对方作为了首选。
乘组确定后，费俊龙和聂海胜不管训练中还是训练后，都尽量待在一起，努力熟悉对方。除了对自己的操作了如指掌，他们还反复换位练习，直到自己进行一项操作后，也清楚地知道对方下一步要做什么，无论是操作技能还是心理相容性，都如同“左手和右手”一样和谐，达到了“零失误”的要求。
2005年初，中共中央政治局又一次將“精心组织载人航天飞行任务”列入年度工作要点之中。9月23日，胡锦涛主持中央政治局常委会议，听取神舟六号载人航天飞行任务准备情况和实施意见汇报。胡锦涛嘱咐工程领导，神舟六号载人航天飞行任务试验内容新、技术要求高，任务艰巨，意义重大，务必要精益求精、确保成功。
2005年10月，中华人民共和国迎来了56岁的生日。酒泉卫星发射中心红旗飘扬，花团锦簇，洋溢着节日的喜庆气氛。秋阳下，已经5次成功放飞“神舟”飞船的发射塔用巨大的钢铁双臂，紧紧地把飞船和火箭组合体抱在怀中，静静地期待着又一声“惊天巨响”。
10月5日，载人航天工程总指挥部向媒体公开了神舟六号的发射日期，总指挥陈炳德向记者们介绍情况时说：“经过一系列的工作，专家们一致认为发射场具备了实施神舟六号载人航天飞行任务的条件，如果气象情况没有发生重大变化，我们确定12日的上午9点钟正式发射。”
谁也没有想到，一天之后，陈炳德说的“如果”真的发生了。10月6日，发射中心气象站接收到的国际数字气象预报显示：一股强冷空气正在向发射场区移动。
10月9日15时，距离神舟六号发射不到72个小时了。发射场系统总指挥张育林紧急召集专家们进行气象会商。专家们有的认为天气很好，不影响发射；也有的认为虽然到时可能风大一些、云重一些，但在窗口内还是符合发射条件的。听了专家们的话，张育林心里有了底，他向总指挥部建议，任务按原计划进行，11日火箭加注，12日上午发射。
总指挥部采纳了张育林的建议，准备在这天晚上发布神舟六号的发射公告。可就在这时，火箭系统和发射场系统的专家们在最后一次对火箭上的火工产品进行检查时，突然发现了一个问题：火箭上有一个插头出现了“缩针”现象，密密麻麻分布在插头上的64根针，竟然少了一根。如果缩回去的这根针和其他的针碰在一起，一旦发生短路，连接在插座上的设备就不能正常工作。怎么办？当然最好的办法就是更换插座。但如果这么一来，就得把已经装在火箭上的火工品和仪器全部拆卸下来，发射时间必然会推迟。换还是不换？专家们形成了两种意见。为了稳妥起见，陈炳德思考良久后拍了板，先进行“归零”，对插头全面检查后再做决定。
一天的时间过去了，10月10日中午，通过对同类插座的“解剖”分析，专家们发现，插头上的每根针都有独立的针孔，即使这根针缩回去也不会和其他的针碰在一起，不会引起短路。尽管这样，专家们还是抽取了5个同样的插座送到实验室里进行测试，经过反复验证，直到深夜才最终认定，缩回去的针对插座的工作状态没有任何影响，没必要更换。闻听此言，陈炳德当即决定，神舟六号按计划发射。
10月11日清晨，一条新华社电讯悄悄地飞向了天空：中国载人航天工程办公室新闻发言人宣布，神舟六号载人飞船将于10月12日发射。
火箭加注开始后，预测中的降温天气并没有如期而至，这让发射中心的气象室主任刘汉涛感到了不小的压力。17时，距离发射还有16小时，发射场起风了。一个半小时后，数字气象预报图显示，强冷空气将在12日清晨到来。看到这张预报图，张育林焦急万分地问刘汉涛：“你就明白地告诉我，风什么时候能停？”张育林问得有些苛刻，但刘汉涛的回答却出乎他的意料。“我保证，12日6点钟，风一定能停！”刘汉涛自信的眼神让张育林的心踏实了下来。
11日上午9时，航天员评选委员会在发射中心举行会议，做出了执行神舟六号任务飞行乘组最后排序的决议。费俊龙、聂海胜的组合依然排名第一。会后，陈善广在问天阁同航天员乘组的6名成员集体谈话，宣布了最后确认的航天员乘组名单：费俊龙、聂海胜。
两年前，神舟五号发射的前夜，杨利伟睡得很踏实，而这次轮到战友出征，他却彻夜未眠，凌晨2点多钟，他起身走出了问天阁。夜晚的东风航天城上空，若隐若现的月光衬映出厚厚的云层，透着一种独有的肃穆与神秘。远处，夜色中的发射塔架巍然耸立。杨利伟在院子里不停地走来走去，脑子里思绪万千。当初，自己飞行时可以保持平稳的心态。可如今，和他风雨同舟的战友即将踏上漫漫天路时，心里却怎么也放不下了。
杨利伟想起自己执行任务的前夜，聂海胜和翟志刚帮他穿航天服的时候，眼圈都是红的，让他永远难忘。这次发射，杨利伟要一直陪伴战友，直到把他们送上发射架。而且，这两名战友都是杨利伟直接参与选拔的，选得对不对、自己的工作做得怎么样，就要在不久后得到检验，同样压力不小。不过，将近10年的朝夕相处，他比任何人更了解这两位战友，他相信他们能够圆满完成任务。
神舟五号发射前，杨利伟摘下手表，托聂海胜捎给妻子。聂海胜说：“利伟，放心吧，家里有我们呢。”这次，战友们为费俊龙和聂海胜送行时，大家说的还是同一句话：“家里有我们，你们放心吧！”
12日1时，神舟六号任务进入了发射程序。一个小时后，气温骤然下降到0℃，风速上升到16米/秒，达到入秋后的最大值，超过了实施任务的条件。
此时，问天阁内，感受不到风速的航天员们按照计划做着最后的准备。3时，战友们为费俊龙和聂海胜举行了一个小小的“送行仪式”。他们围坐在一起，像杨利伟当年出征时一样，给费俊龙和聂海胜的杯中倒了半杯饮料，各滴了两滴红酒。费俊龙和聂海胜会心地喝下了这杯“壮行酒”。
星光笼罩着夜幕中的戈壁滩，忽然狂风大作，胡杨林在寒冷的夜风中疯狂地摇摆。来自各大媒体的记者和送行的群众聚集到了问天阁外的圆梦园广场上。
5时05分，航天员出征仪式即将开始，密切监视中的降雨云系到达发射场区上空。雪花洋洋洒洒地飘落了下来。这样的气象出乎刘汉涛的意料，无形的压力向他和张育林乃至发射场的每个人袭来。
温家宝走进问天阁为航天员送行的时候，有人悄悄地贴在张育林的耳边说：“下雪了。”张育林听出了话里的弦外之音，下雪了，飞船还能打吗？
这时，温家宝开口对两位航天员说话了：“两年前，我国自主研制的神舟五号载人飞船，把航天英雄杨利伟送入太空，中华民族的飞天梦想变成了现实。今天，你们将驾乘神舟六号载人飞船遨游太空，再次向世人昭示，中国人民有志气、有信心、有能力不断攀登科技高峰。相信你们一定会圆满完成这一光荣而神圣的使命。祖国和人民期待着你们胜利归来！”费俊龙和聂海胜表示，一定完成好这次载人航天飞行任务，决不辜负祖国和人民的期望。
箭在弦上，已经不允许轻易改变发射计划了。正在这时，刘汉涛打来电话说：“这团云半个小时之后就会过去。”看到雪花的时候，刘汉涛从资料和雷达回波上，已经看到冷空气即将结束影响的迹象了，立即把消息告诉了张育林。张育林焦灼不安的心情这才稳定了下来。
就在人们纷纷猜测神舟六号能否按时发射时，费俊龙和聂海胜已经走出了问天阁，他们把纷纷扬扬的雪花当作壮行的花瓣，将踏雪出征。
5时30分，费俊龙和聂海胜迎雪而立，并肩站在陈炳德面前，请示出征：“总指挥同志，我们奉命执行神舟六号载人航天飞行任务，准备完畢，请指示！”
“出发！”陈炳德下达命令。
“是！”银色的航天服，标准的军礼，还有费俊龙洪亮的声音和聂海胜憨厚的笑容，透着刚毅，透着信心，透着力量。
简朴的仪式过后，费俊龙和聂海胜即将前往发射场。登车的一刹那，雪花戛然而止，戈壁滩吹来了徐徐清风。半小时后，风速从14米/秒迅速降到了0.3米/秒，人们几乎感觉不到风的存在。这个时刻，比刘汉涛承诺的时间只差了15分钟。一小时后，作为发射场任务指挥部指挥长的张育林，最后一个在《发射命令书》上签了名。
7时20分，一轮硕大的朝阳喷薄而出。两名航天员在飞船中并肩仰卧，神情自若地对照《飞行手册》开始进行状态设置。
8时整，“1小时准备！”0号指挥员的倒计时口令回响在空旷的发射场上。
8时45分，测控指挥大厅内，陈炳德拿起电话，对飞船里的费俊龙和聂海胜说：“希望你们沉着冷静，准确操作，圆满完成好此次任务，以优异的成绩向党中央、国务院和全国人民汇报，向全世界展示中华民族的风采。”
“10、9、8、7……”当倒计时数到第6秒时，为了下压火箭点火时产生的高温高热，发射平台下方18米深的导流槽里，水流从密布槽壁的607个喷头里喷涌而出，在短短30秒内汇成200立方米的巨大水面。
9时整，倒计时指向0秒。随着“点火”命令的下达，长征二号F火箭喷着金黄色的尾焰，稳稳地离开了发射台。坐在飞船中的费俊龙、聂海胜用军礼向祖国和人民致敬、告别。几秒钟后，火箭破云而入，消失在云层里。第一次安装在火箭上的摄像头，把火箭一路飞行的画面实时传送到北京航天飞行控制中心的屏幕上。
此时，北京航天指挥控制中心、西安卫星测控中心、分布在三大洋的4艘“远望号”测量船和9个测控站，展开了一场追踪神舟的接力赛。
飞船发回的一组组抽象数据，在飞控大厅的巨幅显示屏上还原成真实的画面。每一个飞行弧段、每一回姿态调整、每一次轨道维持，都通过三维动画实时仿真显示。从航天员进入飞船的那一刻起，他们的每一次呼吸、每一次心跳、每一个动作，都可以在地面同步监测观察到，为操作人员直观地掌握情况、下达命令，提供了准确可靠的依据。
583秒后，船箭分离，飞船以每秒7.5公里的速度，在黄海上空200公里高的太空进入预定轨道。9时30分，远望二号测量船发现目标，当两位航天员清晰地出现在大屏幕上时，飞控大厅里的人们不由得鼓起掌来。9时33分，费俊龙和聂海胜打开舱内航天服的面窗，费俊龙向地面报告：“感觉良好。”总调度随即下达“太阳能帆板展开”的命令。遥控机房内的科技人员点击发令键，向飞船注入“入轨”指令。这是北京航天飞行控制中心采用透明控制方式向神舟六号发送的第一个关键指令。仅仅2秒钟后，指令就送达了神舟六号。轨道专家组立刻对计算结果进行了轨道根数选优，得出了准确的飞船入轨参数。陈炳德拿到报告后，立即宣布：“神舟六号载人飞船发射取得圆满成功！”
10月12日15时30分，北京航天飞行控制中心向两位航天员了解了飞船工作情况和他们的身体状况。随后，地面控制人员下达命令：“神舟六号注意，20分钟后变轨！”
费俊龙和聂海胜注视着飞船舱内各种仪器显示屏，关闭了航天服头盔的面窗。15时54分，变轨程序启动，飞控中心大屏幕上的实时三维动画显示，飞船尾部喷出橘黄色的火焰，开始加速飞行。约64秒后，正在南太平洋上的远望二号测量船传来数据，飞船已由椭圆轨道进入圆轨道。这是飞船正常运行的工作轨道，对费俊龙和聂海胜来说，平稳的太空生活开始了。
12日17时03分，神舟六号进入第6圈飞行时，进入远望四号测量船的测控区内。地面指挥人员同航天员核对了返回舱和轨道舱的压力后，下达“打开返回舱平衡阀”的指令。费俊龙拉着一根助力绳，离开返回舱座椅，聂海胜用手轻轻护着舱门，费俊龙把助力绳轻轻一拉，熟练地将舱门打开，和聂海胜缓缓穿过舱门，相继进入了轨道舱。
13日6时24分，费俊龙和聂海胜在太空中飞行了21小时24分钟，已超过了杨利伟在太空的飞行时间；9时，神舟六号已飞行了68万公里，超过了神舟五号的60万公里。这一天，聂海胜在亿万人的祝福中，以奇妙的太空体验度过了他的41岁生日。
航天员进入太空，由于失去地球重力影响，需要一段时间才能逐渐适应。14日16时，神舟六号已飞行了两天，北京航天飞行控制中心指挥大厅紧张严肃的气氛变得轻松起来，费俊龙在天上清理胡须的画面出现在了大屏幕上。可以看出，费俊龙和聂海胜已完全适应了太空生活。每次进入测控区域，他们都会向地面报告一切“正常”。但是，正常在哪儿呢？费俊龙要用行动来告诉地面上的人们。他想起曾在国外的视频资料中看到过外国航天员做空翻的镜头。他想，中国的航天员不比外国的差，他们能做到的，我们一样能做到。于是，费俊龙蜷曲身体，一连做了4个前空翻。这个画面通过电视直播，让千家万户都分享到了中国航天员浪漫舒适的太空生活。
10月15日下午，北京航天指挥控制中心指挥大厅内，电子大屏幕上交替显示着神舟六号的飞行曲线和技术参数，扬声器里不时传来与地面测控站和“远望号”测量船联络的通话声。当飞船又一次进入测控区，费俊龙、聂海胜在轨道舱内的图像清晰地显示在大屏幕上。专程赶来的胡锦涛拿起电话，与他们进行天地通话。聂海胜向总书记报告说：“神舟六号飞行正常，我们的身体感觉很好，空间科学实验正按计划进行。”胡锦涛听后非常高兴，“听到你们身体状况良好，各项实验顺利进行，我们十分高兴。你们作为担任这次飞行任务的航天员，做出了杰出贡献，祖国和人民为你们感到骄傲。希望你们沉着冷静，精心操作，圆满完成任务。祖国人民期盼着你们胜利凯旋。”胡锦涛饱含深情的瞩望，超乎寻常的关切，不仅大大鼓舞了两位航天员，也深深感动着每一个中国人。
神舟六号在轨飞行期间，费俊龙和聂海胜进行了大量工效学评价试验和在轨科学试验。第一是对飞船的运行狀况进行监测和管理；第二是对重要指令进行手动操作；第三是完成包括从分子细胞生物学角度探索人在太空中的生理变化规律、人在失重环境状态下的运动规律等在轨实验项目；第四是航天员自我检测了生理状况；第五是对航天员的太空运动病进行了考核评价。这一切，如果没有人的参与，内容和效果会受到很大限制，所以说，因为有了航天员的参与，使得空间科学实验实现了质的飞跃，他们获取的实验数据，也将为后续的飞行任务提供重要经验和改进依据。
与神舟五号任务时的着陆场系统相比，神舟六号任务最大的不同在于首次全面启用了位于酒泉的副着陆场。这是考虑到神舟六号飞行时间的加长，增加了气象条件的不确定性。而当时还不能对多天内的气象变化情况进行精确预报，所以，无法保证主着陆场的气象条件一定适合降落。副着陆场与主着陆场相隔1000公里，可以起到气象备份的双保险作用。主、副着陆场都配备了搜救装备和人员，在飞船运行期间全面启动，严阵以待……
10月17日凌晨，阿木古郎牧场的主着陆场星光灿烂。3时48分，神舟六号在飞行了325万公里之后，沿着既定的返回轨道开始返回。4时33分，返回舱垂直平稳地着陆在平坦的草原上，距理论着陆点仅差1公里。着陆场系统总指挥隋起胜从耳机中听到了费俊龙的声音：“我是神舟六号，我已着陆。”5时38分，费俊龙、聂海胜出舱后，欢呼声惊醒了牧场的黎明，刚刚跃出地平线的朝阳撒在了巡天归来的两位英雄的脸上。
当费俊龙、聂海胜回到北京航天城时，道路两旁早已是人山人海。两年前，杨利伟归来时坐的是面包车，只有一侧的群众能看到他。这一次在考虑欢迎仪式的细节时，陈炳德特意说：“换辆敞篷车吧，让大家都能看到英雄。”费俊龙和聂海胜登上了扎满鲜花的敞篷轿车，并肩站立在车上。面对热情的欢迎群众，他们不断挥手，含笑致意。从航天城大门到航天员公寓只有几百米的距离，却因为承载了太多的欢乐和激情，载着英雄航天员的车队走了整整十几分钟。
10月17日晚上，载人航天工程指挥部举行盛大的庆功宴会。先后担任工程总指挥的曹刚川、李继耐、陈炳德都出席了这次宴会。致完祝酒词后，陈炳德端起酒杯，欣慰地说：“今天，我才可以笑了！”
一个月后，在人民大会堂举行的“庆祝神舟六号载人航天飞行圆满成功大会”上，胡锦涛说：“在科技进步突飞猛进的今天，我们要在日趋激烈的国际竞争中赢得主动，就必须显著增强自主创新能力。”自强不息，自主创新——正是凭着这种勇气和精神，中华民族的千年梦想才奇迹般地在神州大地上再次变成了现实。那些曾不遗余力地对中国进行封锁的国家和机构，也在不知不觉中改变着态度。尤其是在神舟六号任务之后，欧洲很多国家立即表示愿意与中国合作发展载人航天，美国通过各种渠道伸出了合作之手，世界辐射中心安装了中国的两台太阳辐射监测仪器，还有很多国家也都表达了与我国开展航天领域合作的愿望。
从“海鹰”到“飞天”
1965年3月18日，苏联航天员列昂诺夫实现了人类的首次太空出舱活动后，截至2008年，人类共进行了300多次出舱活动。所谓出舱活动，是指航天员从载人航天器的舱体内出来，依靠自身携带的生命保障系统，在太空中或者其他天体表面进行工作或活动，然后再回到航天器中的一系列过程的总称，又被称为“太空行走”。美国航天员曾通过太空行走修复了“天空实验室”“哈勃望远镜”等价值高昂的航天器。苏联航天员曾通过太空行走修复过“礼炮号”空间站并组装、维修了“和平号”空间站。目前仍在建设的国际空间站更是进行了多次太空行走后才组装建成。在未来登月和深空探索活动中，太空行走也将发挥重要作用。
由此可见，航天员由舱内到舱外是载人航天技术的重要环节，也是载人航天工程需要突破的三大技术之一。掌握了出舱技术，就可以为下一步建造空间站、在轨维护航天器、开展外太空试验奠定技术基础。
按照中央批准的《关于实施载人航天工程第二步任务第一阶段研制建设工作的意见》，载人航天工程第二步第一阶段的任务是，发射神舟七号载人飞船，突破和掌握航天员出舱技术；此后，再开展空间交会对接试验，掌握相关技术。神舟七号作为载人航天发展战略第二步任务的首次飞行，在“三步走”中具有举足轻重的作用，是承上启下的关键之战。
周建平接过载人航天工程“总设计师”的帅旗时，正值舱外航天服是引进还是研制的争论阶段，矛盾的焦点自然集中在了他的案头。但周建平的思路非常明确，载人航天工程要想长期可持续发展，舱外航天服的技术就必须独立突破。于是，他对专家们说：“做一次飞行试验，要付出很大的研发代价，如果掌握的技术是不完整的，我们对国家、对百姓都没法交代啊，也影响后续工程研制工作，自立研发是必走的一步。”
经过与大家的再三斟酌与论证，周建平说服了大家，最终意见达成了一致，中国的航天员穿我们自己的舱外服进行太空漫步。但为了稳妥起见，采用“一中一俄”的模式，出舱活动的航天员穿中国的舱外航天服，另一名航天员则穿俄罗斯的舱外服进行协助和支持。
2004年7月，我国舱外航天服的研制工作正式立项，计划用3年时间完成，在2007年下半年投入使用。短短3年就要研制出世界顶尖级的航天产品，面对这个工程的难中之难、重中之重、急中之急，航天员系统向自己发起了一次前所未有的挑战。
7月27日的深夜，陈善广刚刚进入梦乡，忽然被一阵急促的电话铃声惊醒。电话是胡世祥打来的，他对陈善广说的第一句话就是：“现在我的压力很大，彻夜难眠，你们能不能按时把舱外航天服做出来，给我些信心？”胡世祥的话让陈善广睡意全无，穿上衣服下了床。围绕着舱外航天服研制的技术可行性和时间节点，两个人在电话的两头，一层一层地分析，一点一点地构想，一步一步地规划。但直到放下电话，陈善广都没有给胡世祥肯定的答复，他只是说：“我不能胡乱拍胸脯，还是让科学来说话吧。明早我找专家们碰一下头，再给您答复。”
第二天清晨，陈善广一到单位就召集相关专家及技术骨干开会，探讨和论证研制舱外航天服的可行性。从上午直到傍晚，会议开了整整一天。结束时，大家达成了共识——让我们培养的航天员穿着我们研制的舱外航天服出舱，中国航天人当仁不让。陈善广连夜赶到胡世祥的办公室，代表航天员中心正式领受了舱外航天服的研制任务，并汇报了大家的具体想法。第一，在技术层面，瞄准高目标做保底打算，最低目标是在技术状态和指标上要确保安全出舱；第二，在管理层面，希望在立项、报批、技术协调等方面简化程序和手续，强化协调保障；第三，在时间层面，对某些薄弱环节采取两条腿走路、多方案并行的方法，确保研制过程不反复。
胡世祥听后，对这一想法非常赞同，当即就表了态：全部同意，全力支持。
2004年9月23日，《舱外航天服系统研制总体技术方案》通过了专家评审。方案明确了几个要点：中国的舱外航天服采用软硬混合结构，形态呈拟人态，高2米左右，其中背包高度为1.3米，服装四肢可调节，适合1.6～1.8米的航天员穿着；在地面上自行穿脱约需2～3分钟，在太空从开始准备到完全穿好约需15分钟；加注状态下约重120公斤；出舱活动期间采用40千帕的纯氧压力制度，抗压能力为120千帕；外层耐温控制在±110℃之间；可独立工作4～6小时；可靠性指标为0.997；造价约3000万元人民币。
2005年3月，航天员系统完成了舱外服的系统总体方案设计和各分系统方案设计。中国载人航天工程办公室主任唐贤明对外宣布：2007年，中国要实现航天员出舱，在太空行走。国防科工委主任张云川在向中央专委汇报时表示，2007年11月可以具备发射神舟七号的条件。中央领导同志得知航天员系统要自主研制舱外航天服的打算后，并没有马上批准这个方案，而是对工程负责同志说，研制工作不要抢进度，一切服从质量。如果2007年有困难，发射时间可以推迟。根据中央领导的指示，工程总体决定，将神舟七号的发射时间从2007年调整到2008年。
在航天员系统的11个分系统里，舱外航天服独立于其他分系统，实行单独管理。也就是说，舱外航天服是作为同飞船、火箭一样的大系统来进行资源配置的。为了保证研制进度和质量，上级机关专门成立了两个小组：机关工作组和专家组。机关工作组负责协调、解决研制过程中的计划、经费以及外协单位等方面的问题；专家组集中了载人航天和相关技术领域的著名专家，负责评审和把关。
为攻克舱外航天服技术难关，陈善广和舱外服研制团队核心成员宏峰、李潭秋等一起，结合我国实际情况，缜密开展技术可行性分析，提出了科学合理的舱外服研制总体技术方案和实施方案，制定了“优化系统设计，注重人机工效，强化试验验证，确保安全可靠”的舱外航天服整体设计指导思想。
对于从“零”开始的研制团队来说，舱外航天服的90多个关键部件没有一件成熟产品，无一不需要实现“零”的突破。其中，主要有4项关键技术和3项技术难点需要重点突破。关键技术分别为舱外航天服关节技术、舱外手套技术、水升华器技术和风机小型化技术；技术难点分别为外防护层织物材料技术、静态水气分离技术和二氧化碳传感器技术。每项技术都是空白、每个难点都关系着任务的成败。研制工作又下设了本体结构、环控生保、医监遥测和控制显示4个分系统，调动了全国相关领域的最优秀资源，吸纳了顶尖专家的意见。陈善广专门安排航天员系统的副总指挥刘新民和舱内航天服的主任设计师李潭秋来负责立项及方案设计，工作随即展开。
陈善广明白这不是一场轻易可以打赢的战役，一个很重要的原因，就是时间不足。根据美俄两国的经验，在技术储备缺乏的情况下，即便是拥有世界一流的研发力量，研制舱外服都至少要8到10年。但这时距离神舟七号发射的预定时间只剩下不到4年。之所以确定4年，是根据国际上的经验和教训，如果一个国家间隔太长没有进行载人飞行，就会出现资源闲置和人才流失，甚至影响未来的战略目标。对建设中的中国载人航天工程来说，4年已是极限。可用不足4年的时间跨越美俄几十年的研发水平，挑战无疑是巨大的。
针对这个问题，陈善广提出了一个“时间倍增器”的概念，时间还是那么多时间，但工作量要成倍统筹的增加，效率要突飞猛进的提高。李潭秋更是想尽一切办法争取时间，他对大家说：“我们就是倒也要倒在终点上。”为了实现承诺，李潭秋打破常规的研制节奏，采用并行迭代的工作模式，凭借“863计划”预研的少量成果和几张图纸，开始了背水一战的攻关历程。研制初期，刘新民和李潭秋遇到的最大难题是，尽管进行了前期預研，但舱外服的90多个部件没有一个是成熟产品，大到整体结构和外形，小到元器件、原材料的性能指标，每一个都是难点，一针一线都需要从头设计，所需的设施、设备也要边研制、边建设。在方案、初样、正样三个阶段，产品设计、工艺设计、生产制造，每一阶段研制成熟后，就分出一部分人员先期进行下一阶段的攻关。就是在这样的并行组织和统筹管理下，方案研制一般需要3～4年，他们仅用了两年多；初样研制一般需要3年，他们仅用了13个月；正样研制一般需要一年半至两年，他们只花了7个月。
尽管舱外航天服的研制困难重重，但面对质量问题，周建平一方面坚持原则，同时他也注重多方征求专家意见，遇到重大问题，成立专家组，虚心听取专家意见，从不盲目决策。舱外服的躯干是一个跟人体附形的铝合金薄壁硬体结构，设计壁厚仅1.5毫米，虽然薄如蝉翼却要求极高，抗压能力要超过120千帕，还要经得起地面运输、火箭发射时的振动，连接服装的各个部位要能够承受整套服装120公斤的重量。研制过程中，周建平到研制单位去考察，隐约感觉他们研制的金属材料不成熟。究竟到底行与不行，周建平当时并没有下结论。毕竟自己不是材料专家，不能凭着感觉去决策。考察回来后，周建平专门从航天、航空等领域，请了6名材料方面的专家再次来到这家单位，请大家一起看看怎么样。经过研究分析，专家们得出的结论和周建平的判断是一样的。当时，周建平还是工程的副总设计师，他当即与正在外地的王永志通话，建议更改方案，得到王永志的认可。材料问题解决了，躯干结构还有6个接口，焊接起来很容易变形，火箭总装厂、卫星制造厂和全国各行业最好的焊接技师集体攻关两年之久才攻克了这一难题。
航天员出舱活动的目的是到舱外进行维修安装等活动，所以，舱外服的上肢部分非常重要，既要保证气密性和强度，又要让关节灵活自如。这个难题曾经让李潭秋苦恼不已，经过了无数次的论证、推翻、再论证、再推翻，但还是一筹莫展。一天吃饭时，工艺师李智望着盘中的大虾，突然闪过一个想法，虾的全身也是硬壳，可为什么就能行动自如呢？他拿起一只大虾，仔细观察它的身体构造，发现虾的随动结构之所以好，是因为层叠的虾壳给了它很大的灵活性。李智心想，如果把“虾壳”的结构搬到舱外服上肢的部位，那航天员的活动会不会自如得多呢？第二天，李智把想法告诉了李潭秋，李潭秋像是久旱逢甘霖一般，立即组织人员仿照虾的构造试着做了一个套接式的关节结构。曾经看似矛盾的两个要求顿时迎刃而解，这个独特的“滚、旋、套、叠”结构的活动关节成为舱外服的创新亮点之一，而利用仿生学原理来设计舱外航天服的结构，也成为世界航天史上的首创。
舱外服手套是航天员舱外活动时最重要的装备，是人体移动、设备操作和取回有效载荷的关键部件，既要具有良好的操作灵活性和触感，又要具有长时间抓握±50℃、短时间抓握±110℃物体的热防护性能，还要具有良好的气密性和抗压性。所以，这双手套既不能太薄太软，又不能太厚太硬。为了挑选出合适的材料，李潭秋和研制人员跑遍全国所有具备技术能力的单位，仅橡胶材料这一项就进行了半年多、上百次的筛选试验。通过对比材料的拉伸强度、定伸应力、拉断伸长率等性能后，确定了最终的材料配方，集合了12种织物、8种橡胶、7种金属材料。为了使手套符合每位航天员的手形，他们采用白光扫描技术对全部航天员的手进行了三维扫描，提取了手部的数字特征，获得了精度达到微米级的三维手型数据，经航天员试戴后，可满足全部航天员的要求，总体技术达到了世界水平。同样，舱外航天服的最外层使用的防护材料是国内最昂贵的服装面料，可以在±100℃的温差范围内保持良好的强度。同样，整套服装既有硬结构也有软结构，既有机械工艺也有纺织工艺，经过全国数十家配套单位的齐心协力、分头攻关，终于攻克了这一个个科技堡垒。
航天服内小小的氧气瓶也是一项世界级的难题。氧气是一种活跃气体，航天服上的氧气瓶不可能像医用氧气瓶那样使用厚重的大铁罐。研制人员就利用復合压力等综合技术，使它的体积仅有一个小暖壶大小，内部压力却高达400个大气压，单瓶供氧量可持续六七个小时，双瓶在10小时以上，具备防太空辐射、抵抗微流星体或空间碎片的冲击等能力。
在舱外航天服中有一个叫作气液控制台的装置，用来控制气体和液体的流动，使航天员得到适宜的空气和温度。由于重量和体积的限制，只有一本字典大小的它集成了20多种阀门，每个阀门又都是一个外形奇特的精巧集合体，涉及特种不锈钢、特种铜材、特种橡胶和特种乙烯等材料，加工难度前所未有。
2005年4月至2006年4月，在李潭秋、宏峰、张万欣等主要技术人员的集体攻关下，舱外航天服的4项关键技术和3项技术难点的技术攻关和样机研制不仅全部完成，还并行完成了舱外航天服配套单机模样产品的设计和生产。
2006年4月，舱外航天服的研制即将进入方案末期时，由于材料和制造工艺不成熟，躯干结构制造过程中发生破损问题，工程总体明确要求躯干材料需要重新调整。舱外服的整体结构多由航天企业制造，此时，其他产品已完成模样研制，唯独等着躯干列入总装平台。面对这一突发情况，李潭秋和设计师、工艺师们没有一句怨言，全部自动留守加班，集中到现场，又经过上万次的尺寸测算，重新设计出了200多份高质量的图纸。三个月后，全新的躯干模样研制成功，模装舱外服配套单机产品齐套并交付总装。5月31日，模装舱外服通过了验收。这是我国第一套经过系统集成和调试的舱外航天服，虽然整体上还不够完善，但却实现了我国航天史上“零”的突破。
8月31日，舱外航天服的研制转入初样阶段。这是一个承上启下的关键阶段，对研制队伍来说，也是工作最繁重、考验最严峻的阶段。在不到一年半的时间里，不仅要完成结构服、环试服、电性服等5套初样舱外服的总装、改装和试验，还要完成低压试验服和2套常压训练服的研制。产品生产、服装总装、系统试验，以及试验设计与试验平台建设等过程始终处于交叉并行的状态。面对这些任务，既要按研制的客观规律办事，把风险控制在最低限度，又要千方百计地争分夺秒抢进度，最大限度地利用时间资源，确保各个环节紧密衔接。
2006年10月至2007年1月，初样状态舱外服的结构服完成总装，并通过了力学环境试验、常压综合测试和工效学测试。2007年1月至6月，舱外服完成了环试服、电性服总装，并进行了力学环境试验、常压综合测试、低压综合测试、接口匹配试验、电磁兼容性试验和安全性验证试验。5月至10月，结构服的热控服改装和强度服改装完成，并分别进行了系统热平衡试验和系统强度试验。10月，第一套舱外服的初样出炉亮相。2007年7月至2008年1月，在初样阶段后期至正样研制初期，完成了常压训练服A、低压试验服、常压训练服B的总装。
2007年10月31日，舱外服的研制转入正样阶段，这是经受试验考核的最终环节。根据方案和初样阶段的经验，单机产品的按期交付是確保研制进度的基础。按照一般的研制规律来说，必须先有设计方案，才能加工制造；先有样品试验，后有正式生产。但舱外服的生产如果按照这个规律，起码还需要一两年。为了赶进度，李潭秋他们早在2006年6月就开始了正样产品原材料、元器件的订购准备，一边试验一边摸索，常常是样品尚未造好，正品就开始订货；样品刚开始试验，正品已经生产。
2007年底，在进行舱外服的头盔面窗试验中，工作人员没有想到，面窗还没有达到规定的压力就破裂了。面窗和头盔是联系在一起的，用胶连接，还有绳子作为承力的一部分。做实验的时候，面窗碎了，绳子断了，而且还开胶了。如果这一问题不解决，会直接影响神舟七号的发射时间。
严格把关各个环节研制的质量，解决工程中可能存在的任何问题，保证任务的圆满完成，这是周建平必须确保的底线。消息传来，周建平深知，航天事业是一个高风险的事业，来不得半点马虎，他决定立即“归零”。尽管很多人有畏难情绪，说研制工作进入正样产品阶段，都要进入训练了，就别揪着不放了。但周建平的回答没有丝毫犹豫，“这问题必须彻底解决，说不清楚，决不能放行。”
于是，李潭秋成立了攻关小组，集中相关领域的院士和专家们接连开了4次质量“归零”会，从面窗基础材料试验到半球形头盔试验，再到头盔与躯干连接结构试验，连续三天三夜逐个检查，分析隐患，最终查明了工艺问题，提出了解决方案，赶在最后的时间节点前解决了这一重大问题。
在这次“归零”过程中，刘向阳和服装工程师还意外地发现玻璃管上忽然掠过一丝可疑的光纹。很多人认为这一丝光纹不影响继续进行实验，但刘向阳却坚持要彻底排查。最终，他从这丝光纹中发现了水流量计出现渗漏的现象，为及时排除隐患赢得了时间。
2007年底到2008年初，第一套舱外航天服及各项配套产品陆续交付。2008年2月，正样舱外服A完成总装，并按计划完成了系统性能测试、工效测试、力学环境试验、电磁兼容性试验、接口匹配试验、综合性能测试等试验项目，顺利通过了可靠性和安全性评审。
2008年3月，正样低压训练服开始总装，并完成了无人低压舱试验，具备了交付航天员进行低压舱训练的条件。5月，正样舱外航天服B的总装工作完成。舱外航天服到底过不过关？需要进入低压舱进行有人试验。这是一项异常危险的试验，一旦出现故障，将直接威胁参试人员的生命。尽管研制团队对自己的产品充满信心，但毕竟人命关天，第一次有人参与试验，大家还是免不了有些担心。
5月14日，试验开始前，航天员中心一名叫黄大玮的科研人员自告奋勇地穿上舱外服、走进低压舱，在近似真空的环境下，一项项地验证相关技术指标。一个小时过去了，两个小时过去了，直到三个小时的试验全部完成，意外并没有发生，舱外航天服通过了首次验证试验。在场的领导和专家们这才松了口气，情不自禁地伸出双手为舱外服鼓掌。打开舱门的那一刻，张建启上前握住黄大玮的手说：“小伙子，你很棒，试验很成功，很出色，你辛苦了！”一个月后，航天员中心与空间技术研究院共同进行人—船—服联试，黄大玮再次身穿舱外服走进低压舱。这次试验获得成功后，紧接着又进行了船—服联试、人—服匹配试验等大型联合测试。经过这些试验，舱外航天服的综合性能、接口状态和安全可靠性指标均得到充分的考核和验证，达到了出厂放行准则的要求。
舱外航天服研制成功的喜讯传到了中南海，胡锦涛总书记非常高兴，他欣然挥笔题名“飞天”二字。“飞天”从此成为中国舱外航天服的名字。
神舟七号任务要攻克的第二项关键技术是气闸舱的改造。气闸舱也叫“气压过渡舱”，它的作用是支持航天员在气密舱与外太空之间的过渡，从而完成出舱活动。它的功能类似于长江三峡大坝的船闸，不同的是船闸用来调节水位，气闸舱用来调节气压。航天员出舱前，气闸舱快速泄出空气，使舱内压力接近真空状态下的零气压；航天员返回后，气闸舱又快速将压力恢复至一个标准大气压。
因为有神舟五号、六号的技术基础，气闸舱的研制曾被认为难度不会太大。在方案论证的时候，张柏楠想重新造一个气闸舱，但想法一提出，就引起了不小的争议。赞成的人认为，我们完全有能力、人力和物力来实现这一要求；反对的人觉得，我们虽然有能力、物力和人力，但时间却十分有限。如果增加一个气闸舱，整个飞船的构造就要重新设计。他们建议在轨道舱的基础上进行改造。
权衡了专家们的建议后，张柏楠改变了自己的初衷。如果在轨道舱的基础上进行改造，整个船体的改动就不会太大，无论是在方案设计上，还是在实际操作中，都会减少很多麻烦，节省大量时间。张柏楠的想法渐渐地偏向了后者，他和尚志商量后，决定在神舟六号飞船基础上进行改造，在保留轨道舱原有功能的基础上，添加气闸舱功能，实现气闸舱和生活舱一体化的设计。这种一物多用、投入少、效益高的做法，是中国航天不同于发达国家的最大特色，也对张柏楠他们的想象力和创造力提出了巨大考验。
尽管是改造，但“牵一发而动全身”，有两个条件必须保证。一是确保密封；二是要有泄复压功能，把“小隔间”内的局部环境变为空间环境和恢复为载人环境。其中，舱体的密封是成熟技术的继承，很容易解决。但泄复压的成功与否直接决定航天员能否按计划出舱。泄压并不是简单地把空气排放到太空，而是需要通过大量的分析计算和地面试验来找到最佳速度和压力控制点。这个过程复杂而漫长，不能有一丝一毫的疏忽。因此，泄复压系统的设计是改造工作的重心和支点。
气闸舱上有两个门，一个通向舱内，一个通向舱外。打得开、关得上、密封可靠这三个最重要的环节是舱门研制最重要的攻关点。这扇舱门虽然只有20公斤重，却有170多个零部件，设计人员画了80多张图纸，进行了10多项改进。
航天员出舱时，舱外服充压后体积会增大，神舟七号舱门的通径自然要比神舟六号有所增加，最宽处由原来的75厘米增加到85厘米。但研制新的舱门不仅仅是宽度更改这么简单。在真空和低温条件下，舱门能否打开？是向内开，还是向外开？开到多大角度……一系列问题都需要解决。2004年，为了获得舱门在太空环境中的数据，飞船系统专门研制了一个真空罐，把温度拉偏到-45℃和45℃。把舱门放在罐子中间，一边抽成真空，另一边有大气，用机械手臂模拟航天员开关舱门的动作。经过长达半年的试验，研制人员发现，门如果向外开，虽然不占用舱内空间，但真空压力会影响门的密封；相反，门如果向内开，虽然相对安全，但却要占用舱内空间。经过比较，舱门向内开启100°成为权衡之下的最佳选择。
开关舱门时，航天员转动开关手柄，力量通过机件传到中心主轴线上，再通过机件放大传到门框的压紧锁块上，从而实现舱门的开关。如果气闸舱泄压不充分，舱内压力差过大，舱门就打不开。为此，科研人员在压紧锁块上专门设计了一些突出物，当航天员把手柄转到60°时，突出物会把舱门顶起一条肉眼看不到的缝隙，等空气泄尽后，再继续旋转手柄，舱门就可以打开了。万一采用这个办法后舱门仍不能打开，舱内还备有一根L形的辅助工具，协助航天员打开舱门。
尽管飞船各系统的密封性已万无一失，但在座椅下有一个压力燃气包，神舟五号和六号采用的都是火工品爆燃提升的设计，万一里面的有害气体发生泄漏，后果不堪设想。在设计神舟七号的座椅时，研制人员希望将一种“绿色”理念运用在设计中。他们使用压缩空气来取代燃气，同时增加一套气源组件系统作为动力源。这样一来，即便压缩空气发生泄漏也不会对航天员产生任何影响。
经过这样一系列的系统改造，神舟七号飞船实际上已经是一个全新的航天器了。
2007年9月，神舟七号飞船的推进舱、返回舱和轨道舱分别在上海和北京的卫星生产厂家出厂。9月27日，神舟七号整船生产完成。从外形上看，轨道舱去掉了一对太阳能帆板，顶部安装了多个圆球形的气瓶，还捆绑了一颗伴飞小卫星。从内部结构上看，配备了复压气瓶、两套舱外航天服、泄复压控制设备和出舱保障控制台等舱载支持设备；为航天员提供了睡袋、食品加热、个人生活用品和个人卫生装置等生活设施。
在出舱活动飞行程序设计上，研制人员考虑到运行轨道、地面测控、能源平衡、姿态控制、空间环境适应性等多种约束条件，通过合理、优化配置飞船的资源，设计出了具备在轨飞行支持出舱活动的程序平台。
神舟七号任务要突破和攻克的第三项关键技术是航天员的选拔和训练。神舟七号最耀眼的亮点就是出舱，虽然舱内、舱外只有一步之遥，但对中国人来说，却是开天辟地头一回。因此，人们对于出舱的期待绝不亚于当年杨利伟的首飞。
神舟七号任务中，将有三名航天员飞向太空，是“神舟”飞船的第一次满员飞行。通过总结神舟五号和神舟六号两次任务的经验，黄伟芬对已有的训练和选拔标准进行了复核，确定哪些是可以去掉的，哪些是需要保留的，哪些是应该增加的，重新制定了培训教材和选拔方案。
目前，国外对航天员进行失重训练主要有两种方式：一是利用失重飞机；二是依靠失重水槽。真正的出舱活动需要几个小时，而失重飞机在进行抛物线飞行时，产生失重的时间只有短短30秒，因此不适合作为出舱活动的训练手段。为此，航天员系统专门在北京航天城内建造了一座亚洲最大、世界第三的中性浮力水槽。航天员浸入水中，通过增减配重和漂浮器使人体的重力和浮力相等，产生失重的感觉。虽然，水下并不能完全消除重力对人体的影响，但在其中进行模拟试验，可以检验飞船的气闸舱舱门、扶手、固定器等部件在失重环境下，是否能够正常工作、性能是否可靠、运动特性是否符合要求。在水槽中进行的舱外作业程序，包括正常情况下的出舱程序、舱外活动操作程序，异常情况下的返回气闸舱程序，故障情况下对飞行器的维修程序，以及大型空间结构的对接和组装等。美国就曾通过水槽试验发现了“天空实验室”太阳能帆板的设计问题。此外，美国航天飞机的外部支架结构也是先进行中性浮力试验后才被送入轨道的。
中性浮力水槽曾一度是我国航天环境模拟设备的空白项目，无论研制和使用都没有现成的经验。2002年，航天员系统就着手为研制模拟失重训练水槽做技术准备，对美国、日本和欧空局的水槽进行了比较和研究，并派出4名技术人员前往俄罗斯加加林航天员训练中心進行潜水培训。通过亲身实践，他们摸索出了服装水下配平的规律，为随后进行的出舱活动程序及轨道舱工效学水下验证试验打下了基础。
在做我国中性浮力水槽的设计方案时，陈善广明确了一条原则：立足国内水平自主创新，比国际水平做得更好。我国的水槽采用了圆柱体结构，直径23米，深10米，与俄罗斯加加林中心的规模相当，但比日本筑波航天员中心的要大，光水就有4000多吨。水槽的槽体选用厚度8～12毫米的不锈钢板，采用现场焊接方式制造。在距离槽底4.6米处均匀布置了12个直径460毫米的由双层石英玻璃制成的圆形照明窗；在距离槽底7.6米处均匀布置了12个直径600毫米的有机玻璃观察窗；在槽体外侧的各个照明窗处都配置了1000瓦的照明灯，为水槽补光。此外，槽体内部还安装了供潜水员出入的平台、爬梯和摄像机安装孔。
2007年底，这项庞大的研制工程宣告竣工。从制造到验收只用了3年时间，而国外同类项目所需要的周期一般是7～8年。
2008年春节过后，水槽正式投入使用。这时距离神舟七号的发射日渐临近，留给航天员训练的时间仅剩下不到半年了。
出舱是一项超大负荷和活动，上肢力量和手指力量一直很好的翟志刚并没有过多的担忧，然而，几天的舱外服训练下来，事实颠覆了他的想象。
水槽失重和太空失重状态有很大的区别，训练服要与地面保持30°角，通过高难度的平衡技术使重力和浮力平衡。这样一来，航天员的视野就小了很多，活动范围自然会受到限制，两只手握在一起，只能将手尖对上，手抬到眉毛处就再高不了了。在这样的状态下，翟志刚穿着250公斤重的水下训练服，每一次训练都要3个多小时，体力消耗很大。训练过后，他吃饭时连筷子都拿不起来。在一次水槽训练中，轻装下水的翟志刚还遭遇了一次险情。当他慢慢潜入水池底部时，突然听到身后的氧气瓶发出一声金属敲击般的清脆声音。同在池中的潜水员发现后，马上把应急气嘴塞到他的嘴里，这才带着他安全地脱离危险、浮上水面。氧气瓶漏气，这个看似并不严重的故障，造成的后果却一点也不轻。如果当时不能及时吸到氧气，或者被水呛住，翟志刚很可能因为影响了肺部功能而无缘神舟七号乘组的选拔了。
航天员在执行出舱活动任务前，先要在气闸舱中做足够的准备，返回后也需要在气闸舱做相应的恢复操作。为此，航天员中心专门研制了一台用于出舱活动程序训练的模拟器，这也是航天员进行出舱活动训练的又一个试验设备。
由于常压服是处于悬吊状态的，而且要保证上下左右低阻尼运动，这种运动方式放在气闸舱狭小的环境空间内，实现起来非常困难。因此，在出舱活动程序训练模拟器中，气闸舱采用了开放式的结构：与出舱活动相关的设备布局真实一致，舱门及附近的设备集中一起，各设备间的相对距离保持不变。真实的气闸舱是需要泄压和复压的，而模拟的气闸舱无法真正进行泄复压。航天员在出舱时，除了身体能够感受泄复压外，另一个信息获取的方法是依靠舱门的压力表。真实的压力表是通过传感器机械驱动指针，而在模拟器中，只要用计算机图像显示技术就可以实时绘制出图像模拟压力表的数值，根据仿真的压力值来驱动压力表指针，就可以给航天员足够的信息。
舱外航天服试验舱是航天员进行出舱活动训练的第三大试验设备。舱外服试验舱又叫低压舱，是航天员穿着舱外服进行太空适应训练的设备。它能够模拟外太空的真空环境，让航天员感受低压环境下的身体和心理感受。同时，低压舱也是舱外服进行试验的模拟设备。
2002年10月，舱外服试验舱的立项论证工作开始后，航天员系统在环境模拟设备专家的培训和指导下，历时两年完成了《舱外航天服试验舱可行性研究报告》。2005年7月，《舱外活动中心基建委托设计要求》通过总装备部组织的评审后，试验大楼开始破土动工。2007年，舱体和紧急复压管路、粗抽系统、循环水系统、服装氧源与冷源等各大系统陆续出厂验收。12月25日，舱外服试验舱热真空部分通过了验收测试。
随着模拟失重水槽、出舱活动程序模拟器、舱外航天服试验舱这三大训练设施的相继落成，中国航天员中心已完全囊括了航天员出舱活动训练所需的各项设备，具备了全部功能，进入世界先进行列。
在神舟七号飞船和舱外航天服研制的同时，即将穿上舱外服和操作飞船的航天员们也开始了新一轮的选拔。继杨利伟、费俊龙、聂海胜之后，谁将成为下一个？关注载人航天的人们乐此不疲地进行着新的猜测。
基于同样的原因，杨利伟再次退出了选拔，把全部心思都用在了航天员的训练和选拔中。那几年，杨利伟在与国外同行交流时，问得最多的就是，当你把舱门打开后是什么感觉？他们都说，那一瞬间对心理的冲击相当大。虽然国外已经进行过近300次出舱活动，而且基本上是安全的，但毕竟也出现了不少险情。不论是设备的问题，还是人为的失误，考验的都是航天员的心理素质和反应能力。
2007年10月，《神舟七号飞行乘组选拔总体方案》出台，选拔分三个阶段来实施，第一是初选阶段，从13名航天员中选出 6名；第二是定选阶段，对这6名航天员进行综合评价、排序，确定飞行乘组和乘组中的岗位，确定候补航天员；第三是确认阶段，在发射前两天，根据身体、训练、心理等综合表现，确认执行任务的飞行乘组。
从2007年10月25日到2008年2月5日，医学检查与评定组对13名航天员从临床和生理功能两个方面进行了全面的检查和评定。经鉴定，除一名航天员年度医学鉴定结果为“暂不合适，不参加综合评定”外，其余12名航天员均满足参与初选的基本条件。2月19日，初选工作结束，翟志刚、刘伯明、景海鹏等6人入选，但并不排序，统一进入下一轮选拔，开始针对出舱活动的特别训练。
5月29日，第二阶段的定选结束。在对6名航天员进行的定选综合评定中，翟志刚以98.9504分排第一位，刘伯明和景海鹏分别以97.7388分和97.0153分名列第二、第三名。
5月31日，航天员选评委员会对6名航天员组织了面试和考核后，全体委员进行了无记名投票，连同此前的训练成绩、医学检查和心理素质评价的记分，按不同的权重统一输入航天员选拔辅助支持系统进行计算，最终确定由翟志刚、刘伯明、景海鹏三人组成执行神舟七号任務的飞行乘组。其中，翟志刚为出舱岗位航天员、刘伯明为轨道舱岗位航天员、景海鹏为返回舱岗位航天员；另外3名航天员为备份航天员。定选结果出来，飞行乘组和备份航天员到酒泉卫星发射中心进行了“人—船—箭—地”演练后，最终确认了由翟志刚、刘伯明、景海鹏三人组成的乘组。“浩瀚太空迎访客，三匹‘骏马巡九州”，神舟七号发射前，张建启用他的诗句告诉人们，这三位航天员都属马，年龄都是42岁。
2007年9月，党的“十七大”之后，总装备部部长陈炳德调任总参谋长一职，常万全继任中央军委委员、总装备部部长、载人航天工程总指挥。上任伊始，常万全意识到，即将到来的神舟七号任务既是对我国航天科技水平的一次大检阅，也是对组织管理大型工程建设能力的一次大考核。
五星红旗太空飘扬
2008年7月10日，汶川大地震后不到两个月，新华社发布消息说：“神舟七号载人飞船今天从北京空运到酒泉卫星发射中心，神舟七号任务已经全面实施。”这一消息给沉浸在悲痛中的全国人民增添了战胜灾难的信心和勇气。
8月22日，舱外航天服完成了在发射场的所有技术测试，打包装船。9月21日，在飞船、火箭和逃逸塔组合体垂直转运至发射区的第二天，神舟七号航天员乘组飞抵发射场。
9月24日，任务总指挥部决定，神舟七号将于9月25日21时07分至22时27分之间择机发射。当天下午，在问天阁举行的航天员与记者见面会上，翟志刚代表乘组成员说：“执行神舟七号任务，是具有历史性意义的光荣使命，作为航天员，能够代表祖国出征太空，是我们的最高荣耀。”
2008年9月25日17时30分，航天员出征仪式上，胡锦涛又一次为航天员壮行，胡锦涛对翟志刚、刘伯明和景海鹏说：“神舟七号载人航天飞行是我国载人航天工程第二步任务的首次飞行，你们将穿着我国研制的舱外航天服进行首次空间舱外活动，这将是我国空间技术发展的一个重大跨越。我相信，有全国人民作坚强后盾，有各有关方面周密准备的坚实基础，有你们通过严格训练养成的过硬素质，你们一定能够圆满完成这一光荣而神圣的使命。祖国和人民等待着你们凯旋！”
翟志刚代表3名航天员表示，感谢胡主席，感谢党中央和全国人民对我们的关爱。我们一定服从命令，听从指挥，沉着冷静、精心操作，坚决完成神舟七号载人航天飞行任务。胡锦涛微笑着向3名航天员挥手致意，目送他们离开问天阁。
广场上响起雄壮的军乐声。翟志刚洪亮的报告声响彻了问天阁广场。“总指挥同志，我们奉命执行神舟七号载人航天飞行任务，准备完毕，请指示！”随着常万全的一声“出发”命令，3位航天员走上航天员专车，驶向发射塔架。
21时10分，长征二号F火箭准时点火，指控大厅两块巨大的电子显示屏瞬间被红黄色的烟雾填满。火箭升空后的120秒中，刘竹生和荆木春一直目不转睛地盯着大屏幕，密切注视着火箭的运行状况。21时19分43秒，神舟七号进入预定轨道。3位航天员对着镜头微笑着招了招手，似乎在说，我们感觉好极了。看到航天员自如的神情，刘竹生和荆木春紧紧揪着的心才算放了下来。
3年前，神舟六号发射后，因为事先知道可能会有8赫兹的共振现象，费俊龙和聂海胜特别留心，但并没有感到不适。可细心的张智却在对火箭飞行的遥测数据进行分析时，发现火箭从起飞后的126秒开始，还是出现了逐渐增大的纵向单频振动，频率约为8赫兹。虽然这次共振在振动量级和发散时间上明显小于第一次载人发射，但如果不解决，就等于留下了一个隐患。因此，刘竹生和荆木春决心在发射神舟七号的火箭上彻底解决这一问题。
经过反复的试验，结果表明，8赫兹是火箭在飞行过程中的一个固有频率，不可能消失，但通过变能蓄压器对助推器液体脉动频率进行抑制，就可以避免其与结构频率耦合，起到主动调节和被动抑制的作用。所以，张智采用变能蓄压器的技术，在不同的飞行时段采用最为适宜的抑制参数，基本消除了8赫兹的共振现象，彻底解决了共振的问题。
与此同时，刘竹生在发射神舟六号的火箭的后续遥测结果中发现，火箭飞行至415秒时，二级尾舱热环境参数出现较大幅度跳变，姿态控制系统、箭体轴向加速度以及动力系统的部分参数出现了异常。尽管除热环境参数外，其他系统的参数变化均未超出任务书规定的范围，但本着精益求精的态度，神舟六号任务结束后的两年半，刘竹生组织国防科技大学、中国科学院等单位进行了理论研究和技术攻关。经过真空喷流试验，最终确认“415秒”现象是由增压管路故障造成的。火箭“两总”决定采用把管路材料由铝合金改为不锈钢，将导管支架减振材料改用陶瓷纤维带和法兰连接施加力矩，在管路中增加补偿器和金属软管等措施，有效地解决了这个问题。
刘竹生还在长征二号F火箭上安装了3个摄像头，比发射神舟六号时多了1个。通过这些摄像头，可以清晰地看到火箭发射和飞行的全过程，有助于地面在必要时进行调整，保证火箭安全。
飞船刚入轨时，航天员可能会因生理功能紊乱而导致体液丢失、心血管功能失调，出现头晕、呕吐、恶心、困倦等反应。如果在飞行的72小时内出舱的话，更是会增加空间运动病、减压病和过度疲劳的发生概率。俄罗斯的飞船就曾发生过由于航天员心率异常而提前返回的情况。所以，出舱活动一般都安排在航天员进入太空的72小时之后。
在神舟七号飞行方案的设计阶段，曾有两个方案。第一个方案是乘坐2名航天员，飞行5天，在第4天出舱，这样就满足了入轨72小时后出舱的要求。第二个方案是乘坐3名航天员，一名航天员出舱，另一名协助支持，第三名航天员在返回舱值守。如果采用第一方案，那么两名航天员都进入轨道舱后，就没有人在返回舱值守了，显然存在隐患。但要采用第二方案，多一名航天员上天，受到携带的氧气、食物和水的重量限制，飞船只能飞行3天，必须在第2天完成出舱，而这个时间段，恰恰与空间运动病的高发期重合。经过反复比较、权衡利弊，出于安全考虑，总指挥部决定采用第二方案。
既要完成任务，又要保护航天员的健康，这对矛盾推动了航天医学的发展。从神舟五号任务开始，中医药就运用到了航天员的医监医保中。实验表明，中药对预防空间运动病、解决骨质流失具有一定的疗效。神舟五号、神舟六号的航天员在执行任务前后都服用了汤剂中药。神舟七号任务前夕，航天员中心又为航天员们增加了太空养心丸和口腔速崩片等新药。
9月27日，是神舟七号来到太空的第二天。翟志刚将要在这天的16时41分迈出中国人的太空第一步。
太空中的操作和地面有很大区别，在地面上很容易做到的事情，太空中就变得很艰难。比如在太空中拧一颗螺丝钉，如果着力点控制不好，有可能螺丝没有转动，人却旋转起来。在太空组装舱外航天服，原计划16个小时就可以完成，而实际上却用了20个小时，长时间的连续工作使翟志刚十分疲惫，而且对失重的适应还在继续，对他的体力和生理提出了严峻的挑战。
15时30分，经过检查，舱外航天服的气密性、气压阀都显示正常。15时48分，轨道舱开始第一次泄压。16时22分，翟志刚和刘伯明分别穿好舱外航天服。16时33分，北京航天飞行控制中心发出指令：“神舟七号，打开轨道舱门，按程序启动出舱。”这个动作翟志刚曾做过无数次模拟试验，从没出过问题，他很从容地将舱门解锁，把手柄转动60°，儀表显示已泄压到规定的1千帕，完全符合开舱门的条件。翟志刚伸出右手，胸有成竹地拉了三下，可舱门却没有丝毫反应。这是因为气闸舱泄压后，舱内的食品、未密封的设备和有机材料仍会排出气体，致使泄压过程变得十分缓慢。此刻，飞船即将飞出测控区，翟志刚不免有些着急，操作也感到吃力。这时，刘伯明压住他的右手大声说：“稳住，深吸一口气，压下来顶住！”翟志刚冷静下来，拿起L型的辅助工具连续撬了两次，刚刚打开一点缝隙，残留的气体又把舱门紧紧吸上了。但就是这一丝小小的缝隙，让翟志刚看到了胜利的希望。他把全身的力气都集中在手上，在刘伯明的帮助下，终于打开了通向浩瀚太空的舱门。正当翟志刚感到“心花怒放”，准备出舱时，飞船突然传来报警提示并不断重复，“轨道舱火灾！轨道舱火灾！”尽管后来确认这是一场虚惊的误报，但在当时还是令许多人捏了一把汗，如果飞船一旦出现火情，航天员将有去无回。此时，生死已经不在翟志刚考虑的范畴，他毫不犹豫地纵身出舱，不久后，太空中传来了他洪亮的声音：“我已出舱，感觉良好！”
翟志刚这次出舱有两项任务，一是沿飞船表面进行行走，二是取回挂在舱壁上的固体润滑材料。在太空中展示国旗是发射前20天才定下来的，最初的任务计划中并没有这个动作。什么时候展示国旗最为合适？指挥部把权力交给了航天员，由他们自己决定。
按照翟志刚原来的想法，是准备先取回润滑材料后再挥舞国旗的。但“灾情”不断传来，刘伯明心想，如果轨道舱出现火灾，润滑材料就算取回来也没什么用了，我们回不去，材料肯定也回不去。想到这儿，他便将国旗递给了翟志刚，“即使我们回不去，也要让五星红旗在太空高高飘扬！”
这面用“十字绣”一针一线绣成的五星红旗，源于任务准备期间的一次偶然创意。飞船系统试验队的很多女队员业余时间迷上了“十字绣”。一位专家见状对尚志说：“我们一起绣一面国旗吧，让航天员带上太空。”尚志非常赞同这个建议。张建启听说后，倡议各大系统的试验队员一起参与国旗的绣制。于是，张建启、马兴瑞、周建平和飞船系统的三任总指挥戚发轫、袁家军、尚志带着试验队员们一起飞针走线，很快一面精雕细琢的五星红旗便绣好了。
在黑色天幕和蓝色地球的映衬下，翟志刚挥动着这面凝聚着中国航天人心血的国旗向全国人民、全世界人民问好。鲜红的五星红旗、雪白的飞天舱外服与茫茫宇宙一起构成了一幅无与伦比的中国画卷。
这一刻，地面上的中国航天员中心监控大厅成了一片欢乐的海洋。陈善广、杨利伟、宏峰、白延强、邓一兵、王宪民、黄伟芬、李潭秋、杨连启等，或击掌相庆，或相拥而泣……
而此时，正在北京航天指挥控制中心的尚志没有心思欣赏由他创意的这幅美丽图画，脑子里全部被一场“火灾”的事情占满了。尽管他知道，火需要氧气才能点燃，而舱门打开后，飞船和外界的真空环境已经连通，既没有空气，更没有氧气，是不可能着火的。可为什么会出现报警提示呢？尚志急于找到原因，便快步走出指挥大厅，径直来到飞船控制室。“天上出了什么事，火警是怎么发生的？”尚志焦急地问值班的技术人员。技术人员经过分析后告诉尚志，舱门打开后，飞船上的感烟探测器在低压和真空环境下，电性能出现了异常，致使传感器发出高电压信号，误报为“出现火警”。听到这里，尚志被提到嗓子眼的心才算放了下来。
此时，太空中的翟志刚也冷静了下来，当他意识到真空环境中不可能有火警发生时，便一心一意地开始继续舱外的工作。他接下来要做的是取回暴露在太空中已达40多个小时的固体润滑材料。翟志刚按照“拨、拉、压、提”四字口诀，一气呵成，回收操作十分顺利。
由于我国载人航天发射密度较低，能够为空间科学实验提供的平台资源十分有限，因此，每次飞行任务对研究空间科学的专家们来说都弥足珍贵。争论到最后，只有那些国家急需又是国际前沿的项目能够入选。神舟七号航天员能够出舱活动，利用这一点可进行的科学项目也很多，空间应用系统一共提出了10多个设想，其中一个就是固体润滑材料的外太空暴露试验。
大到汽车、飞机，小到自行车、缝纫机，几乎所有的运动机构都需要润滑。航天器也不例外，只不过暴露在太空中的航天器对润滑材料的要求要高得多。因为太空的高真空环境会让液体挥发、超低温环境会让液体凝固，还有紫外光辐射、活性很高的原子态氧，都会让润滑材料老化失效。所以，固体润滑材料的性能是影响航天器寿命的主要因素之一。
1992年，美国“亚特兰蒂斯号”航天飞机搭载了一种固体润滑材料，在太空环境中暴露之后，由航天员出舱收回。这是人类首次利用太空环境研究润滑材料的科学试验。1994年，英国也进行了类似的试验，但他们都只搭载了一种材料。相比之下，翟志刚取回的试验样品可以用“种类繁多”来形容，包括4大类11种材料，还装了4种太阳能电池机底膜材料，共80块。这些材料有的已在航天器上使用，有的从未使用，性能尚不清楚，带回地面后，就可以获得外太空环境对材料影响机理的原始数据。
这次试验还能起到的另外一个作用，就是通过天上的试验获得的基准数字，对地面在什么模拟条件下，能获得跟外太空一样的效果提供基准，用以研究固体润滑材料在太空环境中的性能变化，以及怎样有效利用太空环境制造出性能更好的润滑材料。当年，负责这次试验的专家粗略地算了一笔账，如果将高性能的太空润滑材料用于汽车的传动机构，每台汽车减少20%的阻力，就可以节省2%的燃油，那么，我国每年将因此产生200亿到300亿元的利润。
取回润滑材料后，翟志刚才开始了真正的“太空行走”。在没有重力的状态中“行走”，被人们看作是一件惬意美妙的事情。而实际上，身体在太空中处于漂浮状态，要按照规定的方向和路线活动，并不容易。翟志刚在安全系绳挂钩的帮助下，一手拉着扶手，让整个身子都飘离轨道舱，潇洒自由，浪漫无比，直到接到地面“返回轨道舱”的命令后，才结束了他的舱外之旅。
翟志刚的这次太空行走共进行了19分35秒，飞过9165公里。套用阿姆斯特朗的话来说，這是翟志刚个人的一小步，但却是中国人和平利用太空的一大步。
翟志刚和刘伯明返回座舱后，虽然已经很累，但还是在飞船进入测控区时，特意展示失重环境下饭勺、手册的飘动。经历了两个意外后，他们想用这种轻松的举动让地面的人们放心。看到这一切，一直焦急守候在北京指挥大厅的陈善广和李潭秋欣慰地笑了。飞控数据显示，出舱活动进行了19分钟，“飞天”舱外服消耗的资源还不到携带资源的十分之一，这足以证明，他们研制的舱外航天服完全具备了支持长时间出舱活动的能力。
18点32分，胡锦涛来到北京航天飞行控制中心，与神舟七号航天员进行天地通话，当听到翟志刚报告“太空漫步的感觉良好”“‘飞天舱外航天服穿着舒适”时，他欣慰地笑了。胡锦涛说：“你们空间出舱活动的圆满成功，标志着我国载人航天事业发展有了新的重大突破。你们作为担负本次任务的航天员，为我国航天事业做出了突出贡献，祖国和人民感谢你们。希望你们再接再厉，圆满完成后续任务，祖国人民期待你们的凯旋。”
这次天地通话是在5个月前发射的天链一号01星的保障下进行的。天链一号是我国第一颗地球同步轨道数据中继卫星，作为“卫星的卫星”，主要用于为载人飞船及后续中、低轨道资源卫星提供数据中继服务，为航天器发射提供测控支持。
神舟七号上装有中继卫星的终端，飞船在距地面350公里、倾角42°的近地轨道上运行，中继卫星在36000公里、倾角为0的轨道上运行。在两颗相对运动复杂、倾角各异的空间飞行器之间进行无线通信，我国尚属首次。有了这颗中继卫星，中国航天的测控覆盖率提高到60%左右。过去，“远望”号测量船队加上十余个地面站，才能提供12%的测控覆盖率，而一颗中继卫星就可覆盖飞船50%的飞行轨道，无论是经济效益还是使用效率都是质的飞跃。
同时，针对神舟七号的测控通信规模超过了之前的任何一次航天任务。国内部分虽然仍采用5个固定测控站和2个活动测控站，但其中位于主着陆场的活动测控站是首次为测控通信系统提供支持，承担伴飞卫星的测控通信任务。国外测控站则在原有的纳比米亚站、马林迪站和卡拉奇站的基础上，增加了智利的圣地亚哥站。同时，参加任务的远洋测量船达到了5艘，特别是新入列的远望五号和远望六号也加入其中，创造了“远望号”船队使用规模上的纪录。此外，参加测控任务的北京航天飞行控制中心、西安卫星测控中心和酒泉卫星发射中心的设备技术也有了很大改进。
在神舟七号飞行过程中，还放飞了一颗伴飞小卫星。伴飞小卫星是指伴随在另一航天器附近做周期性相对运动的微小型卫星，具有一定的轨道机动能力，以空间站、航天飞机、载人飞船和大卫星等大型航天器作为伴随对象，并与其按照一定的空间相对关系共同在轨飞行。利用伴星的相对近距离绕飞能力，可以对主航天器的工作状态进行监视，诊断外部故障；在航天器的交会对接、航天员出舱活动时，伴飞小卫星可以提供舱外现场监视、航天员安全监视、空间环境突发事件监测；单颗或多颗组网的伴飞卫星还可以对空间碎片、流星体等对主航天器构成威胁的物体，进行长期观测、跟踪、预报、预警，以保障主航天器的安全。
自从美国在1997年由“奋进号”航天飞机将一颗Inspector卫星释放并成功实现绕飞后，俄罗斯、德国、日本等国也都先后释放过伴飞卫星。由于小卫星的研制周期短，成本低，所以发展十分迅速，用途也越来越广泛，甚至可以完成大卫星无法实现的任务。还有，小卫星重量轻，一枚火箭能发射多个功能不同的小卫星，将成为未来卫星技術发展的主流方向。
神舟七号释放的伴飞小卫星是由中国科学院上海卫星工程中心研制的，虽然重量仅有40公斤，却具有光学成像、大容量压缩存储、机动变轨、伴随飞行、自主导航、多模式指向、测控数传等多项功能。
9月27日19时24分，在北京航天指挥控制中心的仿真画面上，可以看到小卫星缓缓离开飞船，在太空中留下了一条绿色的抛物线。6秒后，伴飞小卫星拍下了第一张神舟七号的彩色照片，从此，中国人在太空中多了一双既能看天、又能看地的“眼睛”。神舟七号返回舱返回后，伴星还将由地面测控系统控制，择机进行对轨道舱形成伴随飞行轨道的试验，为载人航天工程在后续任务中拓展空间应用领域奠定技术基础。
9月28日16时47分，当神舟七号飞临南大西洋海域上空时，正在那里待命的远望三号测量船向其发出返回指令。16时49分，飞船返回舱与轨道舱分离。随后，飞船制动发动机点火。
与前六次任务相比，神舟七号任务中，着陆场系统在信息获取、快速反应能力、通信等方面都有了很大变化。一是使用机动高效的空中搜救指挥平台，将“空中为主，地面为辅”的模式改为“空中救援航天员，地面处置返回舱”的组织指挥模式。二是利用已有的应急机制，最大限度地压缩了地面搜救队伍、车辆和相关设备，进行了优化整合。三是应用北斗卫星导航定位系统，在北京任务联合指挥所和主副着陆场配置指挥型用户终端，在搜救直升机和固定翼飞机等搜救载体上安装机载用户终端。由于北斗卫星导航定位系统兼有短信功能，指挥员可通过发短信的方式搜集搜救信息和发布指令，实现快速、有效搜救返回舱和营救航天员的目的。四是通过新研制的无线电测量定位设备，利用GPS定位系统和北斗卫星导航定位系统，使目标定位更加精确，不管返回舱着陆姿态如何变化、地形如何，在一定距离内的高空、中空和地面的定向设备都能准确捕获到返回舱的信号，确保救援人员在第一时间赶到现场。五是在搜索直升机上安装了机载红外助降和大功率搜索探照灯，保证300～500米的范围内，驾驶员能准确辨别出地形地貌，可在较大的范围内找到理想的降落地。
17时19分，位于内蒙古主着陆场主测控阵地300公里外的雷达站第一时间“捕获”到飞船。17时30分，一朵红白纹相间的降落伞在灰蓝色的天空中渐渐清晰起来，7分钟后，返回舱的反推发动机喷射出一道明亮的光焰，神舟七号飞船成功着陆。翟志刚右脚迈出返回舱，留下了他从太空归来后在地球上的第一个脚印。
神舟七号任务的成功，实现了“准确入轨、正常飞行、出舱活动圆满、安全健康返回”的目标，我国从此成为世界上第三个掌握出舱技术的国家。在刚刚经受重大冰雪、地震灾害考验的“奥运之年”，这一步的跨越在另一个赛场上，为中国又赢得了一枚宝贵的金牌。
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