挂帅航天员训练工作的，是已做了多年医学总体和选训工作的航天员选拔训练分系统主任设计师黄伟芬。1997年，就在吴杰和李庆龙赴俄罗斯训练的那一年，黄伟芬参与起草了航天员训练的总体方案设计，并作为任务组长赴俄罗斯学习了3个月。她对美、俄两国的航天员训练工作做了详细的分析调研，在汲取两国经验的同时，围绕中国第一次载人航天任务，从任务需求到飞船的安全性、可靠性都做了充分的考证，并对中国航天员的特点进行了全面分析，设计出了一套符合中国国情特点的航天员训练方案。
在复杂的选拔尘埃落定之前，14名预备航天员并不完全清楚“航天员”究竟是一个怎样的职业。直到训练陆续展开，他们才渐渐走进了载人航天这个勇气与梦想交织的领域。进入航天员大队，远不能说明冲过重重关卡的幸运者就是一名完整意义上的航天员，这只是拉开了航天员职业生涯的序幕。在飞天的征程上，不仅充满了艰辛和风险，许多勇士还为此付出了生命。踏上中国人从来没有走过的飞天之路，无疑是用生命去探险，用躯体去铺路。
国外培养的航天员分为三类——驾驶员、随船工程师（美国称任务专家）和载荷专家，执行任务时各有分工，通常由驾驶员兼任乘组的指令长。而我国目前培养的航天员都是驾驶员，他们不仅要操作飞船，还要兼顾随船工程师和载荷专家的工作，这就要求他们必须有过人的本领和超常的耐力。
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。航天员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。航天员要熟悉飞船的结构、组成，飞船各系统的工作原理和模式，甚至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。航天员要在与真实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，什么时候和地面联系。在这一阶段，航天员还要学会发现和排除紧急情况，以考察和锻炼他们的判断能力和对事物的迅速反应能力。这3个阶段的学习加起来一般需要3年至5年的时间。
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，除了飞船要具备适合人的生存条件外，必须用特殊的训练来主动适应这种太空生活。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。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，每一项都称得上是“魔鬼训练”……
在做离心机训练时，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逐渐加大到8个G，转瞬之间，在强大作用力的牵引下，受训者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，忽然心跳加快，呼吸困难，五脏六腑仿佛被压成了一张薄薄的纸片。当超重值加大到自身重量的8倍时，虽然持续时间只有短短的40秒，但受训者几乎要耗尽全部体力和精力。
这是大家公认的最痛苦的一项训练，也有着一定的危险性。训练时，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，14名航天员中（包括后来的7名第二批航天员），从没有谁因为主观原因停止过这项训练，报警器在他们的手中从来没有鸣响过。
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。第一次到新的环境中接受陌生训练，大家感到很新奇，都想借机展示一下中国航天员的风采。上飞机的前一天，俄罗斯的教练员对中方领队、时任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，连声说：“不行！不行！”他心里清楚，飞一个架次虽然只有几分钟的失重体验，却是用成堆的美元堆积起来的，一吐就停，那不是白白浪费钱吗？可无论宿双宁怎么请求，俄罗斯的教练员却始终不同意，坚持说是基于安全考虑。
宿双宁既心疼钱，更担心航天员的安危，他诚恳地对俄方驾驶员说：“我们的航天员是第一次做这种训练，希望你们升降幅度不要过大。”第二天训练前，翻译告诉宿双宁，他听到俄罗斯驾驶员私下嘀咕，他们就是要让动作大一点，看看中国人的前庭功能和身体素质到底行不行。
训练开始了，飞机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。尽管痛苦难忍，但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多秒的失重时间里做穿脱航天服、翻滚转圈的动作。飞行结束后，一个人都没有吐。这个结果有些出乎俄方的意料，他们不由得称赞说：“其他国家的航天员，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，不知不觉中，一年时间过去了，航天员即将转入新的学习阶段。在这之前，要进行一次全面考核。这好比是“升学考试”，如果谁不能通过，将没有资格进入下一阶段的学习。
考核一项项地进行着，理论、体能、文化课……当所有的考试结束后，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，获得了继续学习的资格。
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