2012年6月16日，神舟九号运输飞船成功发射升空，据报道，此次任务具备了“四个第一”：第一次实施手控交会对接，第一次航天员进入天宫一号驻留，第一次有女航天员飞行，中国航天员要第一次完成十多天的太空飞行。此次载人航天任务无疑将为我国航天史掀开极具突破性的一章。
6月18日，神舟九号与天宫一号成功完成首次交会对接。继2011年成功见证“神八天宫”对接后，西安光机所为我国载人航天工程研制的设备再次应用于神舟九号飞船，见证了我国航天史上首次载人交会对接。
西安光机所研制的箭载、船载监测摄像装置安装于“长征-2F”运载火箭及神舟九号运输飞船上，成功获取了“神舟九号”发射过程中助推器分离、一二级火箭分离、整流罩分离、星箭分离以及推进舱外图像等画面。在此后的神九太空之旅中，船载摄像装置还拍摄到神九与天宫对接实时画面及宇航员舱内工作的精彩画面。
箭载摄像装置
此次神舟九号运输飞船搭载于“长征-2F”运载火箭升空。为了更好的实现对火箭发射、飞行状态的监测，火箭上安装了西安光机所研制的四台摄像装置，随火箭一起飞行，对火箭发射时的各个关键动作进行监测。
第一台用于观测助推分离、一二级火箭分离动作；此次发射任务中，拍摄到清晰、完整的火箭从发射架起飞到穿过云层进入高空的宝贵画面。
第二台用于观测整流罩分离、星箭分离动作；此次发射任务中拍摄到火箭进入轨道后与飞船分离的精彩画面；
第三台用于观测发动机游机工作状态；
第四台为红外摄像装置，工作于长波红外谱段，用于监测飞行过程中发动机及附近管道温度热场。
船载摄像装置
在神舟九号运输飞船上，亦配置了多台西安光机所研制的光电成像设备。其中舱外摄像装置能够在真空、高低温、空间辐照等恶劣环境中工作，用于实时地获取舱外设备工作状态的视频图像，此次任务中成功拍摄到太阳能电池帆板展开的动作及舱外设备工作状况；此外，“神舟九号”运输飞船舱外摄像装置配合“天宫一号”目标飞行器舱外摄像装置，还拍摄到了“神舟九号”与“天宫一号”对接的实时动作。
此外，西安光机所研制的舱内摄像机镜头，用于与CCD成像组件配套组合为舱内摄像机，安装于“神舟九号”运输飞船舱内，用于监测舱内宇航员、设备工作状况。在此次神舟九号飞行任务中，舱内摄像机拍摄到包括首位女宇航员在内的三位宇航员在太空舱内工作的精彩场景。
光学成像敏感器光学系统导航天链
西安光机所研制的另一精密设备、曾成功导航神八天宫深情之吻的“光学成像敏感器光学系统”此次随神九飞天，再次导航天链，见证了神九与天宫的首次自动交会对接。
在神九与天宫自动交会对接的最后接近段和对接逼近段，要求高精度的测出两航天器的相对位置和相对姿态。CCD光学成像敏感器（包括CCD相机和目标标志器）作为主要的导航敏感器，用于“神州九号”运输飞船与“天宫一号”目标飞行器交会对接的近距离光学测量，其测量的有效性直接关系到交会对接导航信息获取的准确性。而西安光机所承担研制的光学成像敏感器光学系统则被称为CCD相机的“眼珠”，为CCD相机提供了关键的光学信息，成功导航天链。
据报道，神舟九号与天宫一号第二次交会对接将由航天员手动控制完成。
