登天之路并非一条平安大道，尽管地面的一切准备工作都朝着“零故障、零缺陷”的目标努力，但是客观条件所致，载人飞船工程的可靠性指标只能达到97％，仍然会有意外发生。
应急救生系统主任设计师李颐黎和他的攻关组把航天员从待发到返回分为待发射、上升、运行和返回着陆四大阶段，用心血和智慧编织了多种救生模式。
待发射段，是指航天员进入飞船座舱至火箭点火这一时段。设计师们根据世界载人航天史上各种情况的综合分析，认定此时的危险源主要是火箭或飞船推进剂泄漏、着火以及火箭发生故障等，一旦发生问题，救生以航天员迅速离开发射台为目的。
在点火指令下达前，如果出现紧急情况，火箭、飞船研制者设计了两种救生模式：一是通过特殊滑道或防爆电梯迅速撤离危险区，二是采用逃逸飞行器连人带船一起飞离危险区。
乘滑道和电梯撤离的前提是时间有余量，航天员迅速从座椅处攀上近2米高的舱口，在医保人员和发射塔勤务人员的帮助下，快速打开飞船舱门，以最快速度钻出飞船。飞船舱门正对着第九层发射塔架，旁边有一个航天员专用防爆电梯。如果塔架已经断电或时间实在紧迫，航天员就要赶紧跑到撤离滑道入口处不顾一切地跳下去。在中国航天员平时的训练中就有这个科目，紧急撤离的路线早就演练过多次。
如果险情一触即发，时间不允许航天员出舱进入滑道，火箭上的故检系统一个信号发出，逃逸塔就即刻点火升空，使航天员脱险。
在发射上升阶段，最大的危险来自火箭故障，比如发动机推力不足、姿态不稳或偏离预定轨道等。这时救生的办法分发射台救生、低空逃逸塔救生、高空无塔救生和大气层外救生四类共5种模式。
李颐黎主任设计师说，如果在发射台上发生意外，必须迅速使火箭终止飞行。这种情况并不鲜见，1964年12月8日，美国发射双子星座2号飞船时，火箭点火1秒后偶遇故障，实施了紧急关机，泄出推进剂后，推到第二年1月才实行再次发射。
大气层外的救生难度最大。这一段的救生时间跨度大、飞行距离远、速度快，直接导致箭船分离后返回舱落点散布范围很大。是实施全程救生呢，还是预设几个救生点？设计师们提出了一个大胆的设想：飞船一旦在大气层外遇险，应利用飞船的控制系统和自身动力尽量使飞船入轨，然后进入预定的返回程序，这就等于把茫茫大海上的搜救变成了在国内陆地上的回收；万一飞船入不了轨，也可利用船上控制系统让飞船进入预先选定的海上搜救圈。
飞船控制专家陈祖贵成功地把这一国内外首创的设想变成了现实。他们研制成功了自主瞄准技术，用陀螺输出的飞船姿态数值随时修正、调整飞船的方向，控制飞船准确返回到预定的回收区。4艘神舟号无人飞船的试验证明这一国内外首创的新技术完全成功。
进入轨道正常运行后，万一航天员座舱被流星或太空垃圾击穿，或船上某个阀门泄漏怎么办？
根据飞船绕地球飞行的时间，设计师们为飞船飞行的每一圈都设定了应急救生着陆区，涉及国内外十多个地区。具体来说，设计师针对不同的险情精心布置了三道防线。
当飞船局部发生故障，情况并不十万火急时，设计师为飞船设计了等待返回功能，飞船可充分利用这段时间尽量选择最近、环境最好的应急着陆区着陆。
当座舱发生泄漏时，航天员面前的控制面板会显示压力应急报警信号，航天员必须在10分钟内穿好航天服，接通供气管。航天服可连续多个小时保证航天员的氧气供应，利用这宝贵的时间，设计师为飞船设计了稍候返回功能，飞船仍然可以选择适当的飞行圈数，在应急着陆场中选择比较适宜的着陆。
飞船返回和着陆阶段是故障与事故的多发阶段，也是航天员罹难最多的阶段。世界载人航天历史上，在返程途中一共牺牲了10余名航天员，占所有遇难航天员的1／2。
返回着陆段的危险主要是：一旦船上惯导系统失灵，飞船无法建立制动姿态；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等。设计师根据上述可能发生的故障制定了不同的措施。
惯导系统失灵怎么办？船上备有光学瞄准镜，航天员可用这套设备获取飞船的姿态角，通过手动控制使飞船两次调姿转向180度，建立起制动姿态。
降落伞坏了怎么办？主飞船上备有2套降落伞，主伞按正常程序应当在距地面11公里高度开伞，此时返回舱就会减速。如果主伞不能正常工作，那么返回舱的速度就减不下来。这时，舱里静压高度控制器就会自动打开一个开关，迅速断开主伞，切换备份伞系统工作。
着陆后的许多细节，设计师们也安排得很周全。返回舱落地后，“接头信号”立即发出。信号有闪光灯和染色剂两种。闪光灯以每分钟55下的频率发出白色闪光，可以持续25小时，为夜间提供返回舱的位置信息；返回舱落水后，1千克染色剂溶于水中，在返回舱周围可形成一大片绿色荧光区，易于飞机搜索。返回舱里为航天员准备的救生物品也一应俱全，有远距离呼救电台、GPS定位仪、急救药包、食品饮水、救生船等。
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