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俄罗斯空间站高级宇航员奥列克桑德·博格丹诺维奇在舱外工作时意外受伤。为了防止带伤返回地球时病情恶化甚至死亡,俄罗斯太空管理部门紧急选拔胸外科医生进行培训。影片的女主角热尼娅·贝尔亚耶娃(她的丈夫谢尔盖在车祸中丧生,夺走了她的女儿和母亲的生命)最终进入了太空。然而,开胸手术后却发现太空与地球完全不同,手术无法按照地球上的常规手术进行。但热尼娅拒绝停止手术的命令,敢于承担起医生救死扶伤的责任。航天系主任沃琳也坚决支持她。吉尼亚因地制宜,在医生男友的建议下自制了设备,最终与医护人员共同努力,取得了这次太空手术的胜利。观察期结束后,她和奥莱克成功返回地球,与亲人团聚。