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10月15日5时20分，航天员出征仪式在航天员公寓问天阁举行。中共中央总书记、国家主席、中央军委副主席胡锦涛等领导同志在此地亲切会见了首飞梯队的3名航天员。执行首飞任务的航天员杨利伟表示，要聚精会神地做好每一个动作，决不辜负祖国和人民的期望。
10月15日5时30分，身着银灰色太空服的我国首位航天员杨利伟向中国载人航天工程总指挥李继耐报告，请示出征。此前，中国首次载人航天飞行航天员梯队公开亮相。他们是：杨利伟、翟志刚、聂海胜。在接受新华社记者采访时，杨利伟表示有信心完成首次载人航天飞行任务。
10月15日6时15分，进入飞船返回舱的杨利伟坐到了用合成材料特制的座椅上。此时按计划离火箭升空还有2小时45分钟。起飞前，杨利伟在舱内进行各项准备，完成100多个动作。地面指挥控制中心屏幕显示，杨利伟生理参数正常。
10月15日8时50分，胡锦涛、黄菊、吴官正等领导同志来到试验指挥楼平台，现场观看飞船发射。与此同时，吴邦国、温家宝、贾庆林、曾庆红、李长春、罗干等领导同志在北京航天指挥控制中心观看飞船发射实况。
10月15日9时整，火箭在震天憾地的轰鸣中腾空而起，急速飞向太空。
10月15日9时10分左右，飞船进入预定轨道。从这一刻起，杨利伟成了浩瀚太空迎来的第一位中国访客。
10月15日9时31分许，停泊在南太平洋的“远望”二号测量船捕获飞船信息。“神舟”五号飞船的舱内图像清晰地显示在北京航天指控中心的大屏幕上，杨利伟在与医学监督医生通话时显得相当沉稳，他说：“我感觉良好！”
10月15日9时42分，载人航天工程总指挥李继耐宣布：“飞船已进入预定轨道，发射取得成功。”指挥控制大厅内顿时一片欢腾。在热烈的掌声中，胡锦涛发表了重要讲话。他指出，实施载人航天工程，是以江泽民同志为核心的党的第三代中央领导集体作出的重大战略决策。十多年来，在党中央、中央军委的领导下，经过广大科技人员和解放军指战员的不懈奋斗，我国载人航天事业取得了举世瞩目的成就，谱写了中华民族自强不息的壮丽诗篇。
10月15日10时许，在“神舟”五号飞船进行环绕地球第一圈飞行时，地面指挥人员报告舱内环境正常后，杨利伟得到指令，打开面罩，拿着书和笔，当他松开手时，笔在太空失重环境下立即飘浮起来。
10月15日10时31分，“神舟”五号飞船进入喀什测控站检测区域，在接到地面指令后，杨利伟摘下手套，并解开系在膝盖下方的束缚带。在北京航天指挥控制中心的大屏幕上可以看到，杨利伟的动作非常轻松熟练。
10月15日10时40分左右，飞船开始绕地球飞行第二圈，通过飞船传回的图像可看到，杨利伟由卧姿改为坐姿，并通过圆形舷窗向外观测。
10月15日11时过后，杨利伟开始在太空中进餐。他一边看书，一边用捏挤包装袋的方式享用这顿不同寻常的午餐。据悉，杨利伟的食谱颇具中国特色，包括八宝饭、鱼香肉丝、宫保鸡丁和用中药及滋补品制成的饮料等。
10月15日12时左右，杨利伟开始他在外太空的第一次休息。画面显示，仰面躺卧的杨利伟表情沉静，在环绕地球飞行的飞船中，他的这次酣眠持续了约3个小时。
10月15日15时52分，北京航天指挥控制中心向杨利伟了解了飞船工作状况和他的身体状况。航天员向地面报告：航天服气密性良好，飞船工作正常。
10月15日15时54分，飞船变轨程序启动，指挥控制大厅右侧大屏幕三维动画实时显示，飞船尾部喷出桔黄色的火焰，加速飞行。很快，飞船又进入平稳的飞行状态。整个过程中，航天员杨利伟始终神情镇定。南太平洋上的“远望”二号测量船向北京传来数据，表明变轨圆满成功。
10月15日17时26分，中共中央政治局委员、中央军委副主席、国务委员兼国防部长曹刚川在北京航天指控中心与正在太空飞行的航天员杨利伟进行实时通话。曹刚川说：“祖国和人民期待着你凯旋。”杨利伟浑厚的男中音清晰地回响在指挥大厅中：“请首长放心，我一定努力工作，把后续工作完成好，向祖国和人民交一份满意的答卷。”
10月15日18时40分许，“神舟”五号飞船运行到第七圈，杨利伟在太空中展示中国国旗和联合国旗。他在距地面343公里的太空中说：向世界各国人民问好，向在太空中工作的同行们问好，感谢全国人民的关怀。
10月15日19时58分，“神舟”五号飞船运行到第八圈时，稍早之前来到北京航天指挥控制中心指挥大厅的杨利伟妻子张玉梅、儿子杨宁康与太空中的杨利伟通话。杨利伟对妻子说：“在太空感觉很好，太空的景色非常美。”他对儿子说：“好儿子，我看到咱们美丽的家了！”
10月15日21时31分，“神舟”五号飞船进入第九圈。
10月15日23时08分，“神舟”五号飞船进入第十圈飞行，航天员杨利伟开始休息。
10月16日4时19分，“神舟”五号飞船进入第十四圈飞行。
10月16日5时35分，北京航天指挥控制中心成功向正在太空运行的“神舟”五号载人飞船发送返回指令。按照程序，飞船将在建立返回姿态后，经过返回制动、轨道舱与返回舱分离、推进舱与返回舱分离等一系列太空控制动作，开始返回内蒙古主着陆场。
10月16日5时36分，“神舟”五号飞船轨道舱与返回舱成功分离。返回舱与推进舱轨道高度不断降低，向预定落点返回。飞船轨道舱将留轨工作半年，开展相关的科学实验。
10月16日5时38分，“神舟”五号载人飞船制动火箭点火，飞船返回舱飞行速度减缓，轨道高度进一步降低。返回舱向预定着陆场降落。
10月16日5时56分，在北京航天指挥控制中心的组织指挥下，“神舟”五号载人飞船返回舱与推进舱成功分离，成功进入返回轨道。飞船返回舱失去动力后，按照升力控制技术向预定着陆场降落。
稍后，布设在新疆和田的活动测量站报告，“神舟”五号飞船进入中国国境上空。
10月16日6时04分，“神舟”五号飞船再入大气层。目前飞船处于“黑障”阶段。
10月16日6时07分，搜救直升机收到“神舟”五号飞船返回舱发出的无线电信号，机上的搜索人员目视到“神舟”五号返回舱。由5架直升机组成的空中搜救分队和14台专用车辆组成的地面搜救分队立即从不同的方向迅速向落点前进。
10月16日6时许，杨利伟报告身体状况良好。返回舱引导伞已打开。
稍后，杨利伟再次报告身体状况良好。主伞工作正常。
稍后，主着陆区直升机驾驶员目视到飞船降落伞，地面搜索人员看到了降落伞，返回舱主伞已脱落。五架直升机跟踪正常。
10月16日6时28分，地面搜索人员报告距“神州”五号返回舱落点7.5公里。
稍后，温家宝总理与杨利伟通话，祝贺他顺利返航。
10月16日6时36分，地面搜索人员找到了“神舟”五号返回舱。
10月16日6时38分，搜索人员报告，杨利伟身体状况良好。
稍后，杨利伟向人群挥手，正在出舱。
10月16日6时51分，杨利伟在“神舟”五号舱口向大家招手，神态自若。
10月16日6时54分，李继耐在北京航天指挥控制中心宣布：“神舟”五号载人飞船16日6时23分在内蒙古主着陆场成功着陆，实际着陆点与理论着陆点相差4.8公里。返回舱完好无损。我们的航天英雄杨利伟自主出舱。我国首次载人航天飞行圆满成功。
稍后，温家宝总理代表党中央、国务院、中央军委祝贺载人飞行圆满成功。
稍后，在飞船着陆点，杨利伟坐在专用的椅子上向大家挥手，并与工作人员说话。
10月16日7时23分，杨利伟在距返回舱约10米的一辆医疗检查车上进行体检。
10月16日7时29分，中央军委主席江泽民给中国载人航天工程总指挥李继耐打电话，祝贺我国首次载人航天飞行获得圆满成功。江泽民说，我国首次载人航天飞行的成功，是我国改革开放和社会主义现代化建设的又一伟大成就，是我国高技术发展的又一里程碑，是中国人民自强不息的又一非凡壮举。在以胡锦涛同志为总书记的党中央正确领导下，充分发挥社会主义制度的优势，自力更生、自主创新，大力协同、集智攻关，我们就一定能够谱写我国航天事业以及整个科技事业更加绚丽的篇章！
10月16日16日上午9时52分，杨利伟乘专机从内蒙古着陆场飞抵北京。中共中央政治局委员、中央军委副主席、国务委员兼国防部长曹刚川，中央军委委员、总装备部部长、载人航天工程总指挥李继耐，总装备部政委迟万春等到机场迎接。
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