7月15日凌晨，搭载天舟九号货运飞船的长征七号遥十运载火箭在我国文昌航天发射场点火发射，飞船顺利进入预定轨道。约3小时后，天舟九号货运飞船与空间站组合体完成交会对接。
5时34分，长征七号遥十运载火箭准时点火起飞，约10分钟后，天舟九号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道，之后飞船太阳能帆板顺利展开，神舟二十号航天员乘组也在空间站观看了天舟九号发射实况。
天舟九号货运飞船入轨后顺利完成状态设置，8时52分，天舟九号采用3小时自主快速交会对接模式，成功对接于空间站天和核心舱后向端口，转入组合体飞行段。这次任务是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段后的第4次货运补给任务，天舟九号货运飞船上行物资总重约6.5吨，装载了航天员在轨驻留消耗品、推进剂、应用实（试）验装置等物资。其中，科学实验物资总重近780公斤，将支持在空间站开展23项科学实验。在空间生命科学与生物技术领域，将通过器官芯片技术展开空间环境对大脑作用机制研究等实验，深化对生物体生理病理的认知，为人类健康保障提供基础支持。此外，利用实验物资，中国空间站还将展开微重力环境下的新材料和燃烧等科学实验，为相关技术的创新发展提供支持。15日下午，神舟二十号航天员乘组已进入天舟九号货运飞船，按计划开展货物转运等相关工作。
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