1961年4月12日，苏联宇航员加加林少校乘坐“东方”号宇宙飞船在太空飞行了108分钟。第二个是他的同胞季托夫少校，他于1961年乘“东方”2号宇宙飞船飞行了一天多——25小时18分钟。1965年12月4日，美国宇航员弗兰克、博尔曼和洛弗尔突破了10天大关，他们二人在轨道上待了13天18小时35分31秒。1971年6月，苏联宇航员多布罗沃斯基和帕查耶夫又夺回了纪录；他们乘“联盟”11号飞船飞上“礼炮”号空间站，并随其飞行了23天18小时21分43秒。后来，宇宙飞行时间纪录在苏联人的“礼炮”号和“和平”号空间站与美国人及其空间站“天空实验室”之间易手。
1987年12月21日，由季托夫、马纳罗夫和列夫钦科组成的三人乘员组，乘坐“联盟”TM–4号飞船升空，两天后飞船与“和平”号空间站对接，他们与早在站上工作的宇航员罗曼年科、亚历山德罗夫会合，共同进行了为期7天的联合研究工作。12月29日，列夫钦科随罗曼年科、亚历山德罗夫返回地面，“和平”号空间站上留下季托夫和马纳罗夫继续在太空飞行。季托夫和马纳罗夫在一年的太空飞行中，先后有“进步”34—39号6艘货运飞船飞抵“和平”号空间站并与之对接，给他们运去了食品、饮用水、仪器、设备、燃料和邮件。同时，他们还接待了3艘飞船9名宇航员到站上进行短期科学考察，开展联合科学实验活动。
1988年8月29日，波利亚科夫作为医生与其他4名宇航员乘坐“联盟”TM–6号飞船发射上天，两天后该飞船与“和平”号轨道站对接。5名宇航员联合进行了20多项实验，包括观察棉花、亚麻种子在太空的生长情况，观测太空中植物和土壤细菌的相互作用，研究宇航员在失重状态的生理心理反应等。为期7天的科学考察结束后，其他宇航员返回，而波利亚科夫则继续留在轨道站上参加季托夫和马纳罗夫的科学实验工作。这一次，波利亚科夫在“和平”号空间站上工作了239天，而季托夫和马纳罗夫两名宇航员则创下了在空间站上工作、生活366个昼夜的纪录。这个纪录一直到了1995年才被打破，而完成这次太空长期飞行壮举的正是曾多次负责“联盟”号飞船与“礼炮”号空间站上载人飞行的医疗保障工作的波利亚科夫医生。
1994年1月8日，在拜科努尔发射场，“联盟”TM–18号宇宙飞船把指令长阿法纳西耶夫上校、随船工程师乌萨切夫和波利亚科夫送往“和平”号空间站，开始了第十五次太空考察。按照计划，在这次飞行中，波利亚科夫将进行人类历史上时间最长的宇宙飞行，要在空间轨道上连续工作400天以上，这是前所未有的壮举。
波利亚科夫当时是生物医学研究所副所长、宇航指挥中心负责医疗的副主任。这次飞行，他的主要任务是探索长时间失重对人体带来的影响，检验宇航员防护系统的效能。
“和平”号空间站经常出现一些异常情况，如控制系统的仪器失灵。此时，空间站内的生存保障能力降低，宇航员生命受到威胁，需要尽快修复。然而，修复有时要持续一天、两天甚至更多。这是对宇航员精神和意志的考验。每逢这种时候，宇航员们总是把目光投向波利亚科夫，因为他在太空飞行中资历最老，最有经验。在关键时刻，波利亚科夫总能发挥出临危不乱、镇定解决棘手问题的能力。
在远离祖国、远离家乡、远离亲人的14个月里，波里亚科夫完成了950项医学实验，他的结论是：“人的能力要比想象的大得多，人完全能够在宇宙中停留很长时间，并且保持身体健康、具备工作能力。”波利亚科夫为完成神经生理学和代谢研究，首次动用了一整套站上医学装置。通过一系列实验获得了有关人的淋巴细胞活性、神经心理活动变化以及人体生物节律等方面的新资料。
1995年3月22日，波利亚科夫结束了在“和平”号空间站的飞行，顺利返回地面。这一次，波利亚科夫在“和平”号空间站上连续工作了437天17小时58分17秒。也就是说，他在太空“居住”了一年多——14个半月，共绕地球飞行了7000多周，航程达2亿9000万公里，创下了人类历史上宇宙飞行时间最长的纪录。除此之外，波利亚科夫结束太空飞行以后的身体状况之好，令人吃惊。他并不是二三十岁的年轻人，而是年过52岁的人了，可着陆后他竟奇迹般地从舱内自行出来，然后才坐下，回收小组工作人员忙给他端上一杯热茶，又给他披上一条暖和的毛毯。第二天，人们惊异地发现波利亚科夫在莫斯科附近宇航员训练基地的一个湖边散步。在此之前，为了实现这一切，科学家和宇航员们花费了33年的时间。
1995年4月12日，俄罗斯宇航节这一天，叶利钦总统授予波利亚科夫“俄联邦英雄”荣誉称号。
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目前为止，波利亚科夫仍然保持着在一次太空飞行中，在太空停留时间最久的纪录。而在一次太空行走中停留时间最长的是两名宇航员赫尔姆斯和沃斯，他俩于2001年3月11日在太空从国际空间站出舱，在太空停留8小时56分钟。
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