L'assemblage des différents éléments de la station nécessite plusieurs dizaines de sorties EVA depuis la station elle-même ou depuis le Shuttle lorsqu'il est amarré.

Lorsque les astronautes sont amené à bord par le Shuttle, ils utilisent les scaphandres EMU pour leur EVA. Ainsi jusqu'en 2001, ce ne sont que des astronautes US et seulement un cosmonaute russe (Youri Malenchenko) qui assurent l'assemblage des premiers modules d'ISS. A bord d'ISS sont présents des scaphandres russes Orlan M amenés par les cargo Progress et des scaphandres américains EMU. Le premier "jeu" de scaphandre Orlan M, le 12 et le 23 (à bande rouge) est amené dans le module Zvezda en juillet 2000. 

LES SCAPHANDRES ORLAN

Les scaphandres Orlan "aigle de mer" ont été développé par NPO Zvezda à Tomilion près de Moscou pour le programme lunaire habité dans les années 1960-70. Dans les missions N1 L3, deux types de scaphandres étaient utilisés, le Krechet pour les excursions lunaire et le Orlan pour le transfert du cosmonaute entre le module lunaire et le vaisseau orbital. Le scaphandre Orlan était en fait une copie allégée du Krechet. Un scaphandre de type Orlan est développé en parallèle pour servir dans la station militaire Almaz. Orlan devient Orlan D pour DOS, station de longue durée. Les retards dans le développement de la station Almaz repousse son utilisation sur Saliout 6, DOS 3. Les premiers Orlan D, désignés n°33 et 34 sont amenés par progress 34 dans Saliout 6 en 1977 avec trois unités de secours (n° 35, 36 et 38). Ils sont utilisés pour la première fois le 20 décembre suivant. Suivront la version DM livré sur Saliout 7 en 1985 et DMA pour MIR.
Au début des années 1990, l'ESA et le NPO Zvezda ont travaillé ensemble au développement d'un scaphandre spatial commun appelé EVA SUIT 2000. Après l'annulation du programme en 1994, Zvezda décida de modifier les tenues Orlan DMA pour les utiliser dans MIR. Les Orlan M 4,5 et 6 ont servi sur MIR pour réaliser 36 EVA entre 1997 et 2001.

Les EVA à partir d'ISS utilisent principalement des scaphandres russes Orlan M. Zvezda et la firme US Hamilton Sundstrand qui fabrique les tenues américaines ont coopéré pour développer des tenues spatiale pour ISS. Deux Orlan sont livrées pour des tests en hydrolab à la NASA. Ils seront utilisé aussi bien des sas russes Pirs et américains Quest avec un sac dorsal BSS-2M.

Le scaphandre Orlan M est une tenue semi-rigide avec un torse en alliage d'aluminium et les bras et les jambes réalisé en matériaux souples. La tenue peut être portée par des hommes mesurant de 165 à 190 cm (185 pour le DMA) et 112 cm de tour de poitrine. Il est ajustable au niveau des bras et des jambes. En cas de dommages, les bras sont remplaçables. Le système de communication a été modifié pour que deux astronautes puissent parler ensemble. La visière a été agrandie. Globalement le scaphandre est plus mobile que le DMA et peut être utilisé des sas russes ou américain indépendamment. La durée du "pre breathing" est seulement de 30 minutes contre 4 heures pour l'EMU américain.

Le "pre breathing" ou dénitrogénisation en français consiste à éliminer tout l'azote contenu dans les compartiments liquidiens de l'organisme par respiration d'oxygène O2 pur. L'objectif est de prévenir la maladie de décompression d'altitude: c'est un ensemble de symptômes dus à l'action de la diminution de la pression barométrique sur les gaz dissous de l'organisme l'azote est le gaz principal intervenant; il est présent dans les différents compartiments du corps et en particulier dans les graisses qui représentent 20% du poids du corps mais contiennent 70% de l'azote  total et de plus c'est dans ce compartiment que la vitesse d'élimination est la plus lente. Cette maladie est liée à la formation de bulles qui peuvent agir de façon mécanique - embols gazeux, dislocation de cellules, ou de façon chimique -dénaturation de protéines, agglutination des globules rouges et des plaquettes sanguines. Elle entraîne des atteintes articulaires bien connues des aviateurs (bends), des atteintes cutanées pulmonaires (graves) neurologiques osseuses voir un état de choc. Elle est liée à la baisse de la pression barométrique, tant en avion (montée en altitude) qu'en astronautique (sorties extravéhiculaires où la pression dans la combinaison est très inférieure à la pression dans l'astronef; pour les américains équivalent à une altitude de 10000m, pour les russes 7000m), et elle est liée à la vitesse de cette baisse de pression. Sommairement, il y a donc formation de ces fameuses bulles. On réalise donc une dénitrogénation qui est fastidieuse, longue (3h) et un peu délicate, sachant qu'à la fin de l'exercice, si on respire une seule bouffée d'air, il faut repartir pour 30 minutes de respiration d'O² pur. on peut améliorer le processus en diminuant la pression dans le vaisseau tout en compensant le risque d'hypoxie en élevant la proportion d'O² , puis en respirant l'O² pur 45 mn (au lieu de 3h) ou enfin en décomprimant dans le sas. Si la pression dans la combinaison est supérieure (400 à 450 hPa par exemple), la procédure peut être simplifiée en respirant l'O² pur après avoir enfilé la combinaison en passant dans le sas de l'ISS où la pression est de 730 hPa. Mais comme tout se tient et que rien n'est simple, l'augmentation de la pression dans la combinaison entraîne des complications en particulier sa rigification et sa "dilatation" dans le vide de l'espace. Dominique M

 

Les cosmonautes portes un sous vêtement réfrigéré de couleur bleu avant de rentrer dans le scaphandre par l'arrière comme un réfrigérateur. Les astronautes peuvent assurer la maintenance et lé réparation de leur scaphandre dans la station, mais il ne peut être redescendu sur terre dans le Soyouz par man,que de place. C'est le vaisseau Progress qui les amène en orbite et qui les récupère quand ils ont hors d'usage. Seuls les gants, la visière sont récupérés et ramenés sur terre pour être exposé dans des musées.

L'autonomie est de 7 heures pour une masse de 112 kg au sol. 6 Orlan ont été utilisé dans ISS depuis 2000. 3 ont été détruit après leur utilisation, trois sont toujours en service depuis 2004.

Le scaphandre américain EMU Extra Manoeuvering Unity est principalement composé de deux parties : le vêtement lui même (SSA : Space Suit Assembly) et le "sac à dos" PLSS (Portable Life Support System). L'ensemble pèse approximativement 130kg. L'EMU est un peu plus grand que l'Orlan et ceci ne lui permet pas d'accéder à la station par tous les ports possibles: l'astronaute équipé d'un EMU américain ne peut qu'emprunter l'écoutille du module Quest.

En juin 2001 a lieu la première EVA depuis ISS, qui ne dure que 19 minutes. Youri Ousachev et Jim Voss installent le cône d’arrimage qui permettra la jonction du port d’amarrage. C'est la 199ème marche spatiale réalisée depuis celle d’Alexeï Leonov, en 1965, et qui n’avait duré que 24 minutes — le record que viennent de battre Ousachev et Voss. Le 16 octobre suivant, après avoir fêter la 100 eme EVA russes depuis 1965 le 8 octobre dernier, les cosmonautes russes Vladimir Dezhurov et Mikhail Turin sortent de la station pendant près de 6 heures. Les cosmonautes installent des échantillons de matériels qui seront utilisés dans la construction d'engins spatiaux pour examiner l'influence qu'exerce sur eux le vide, les radiations et les micrométéorites". Ils installent à l'extérieur de la station un équipement russe pour étudier l'influence de la pollution émanant des moteurs de l'ISS, ainsi que d'un petit panneau publicitaire pour le compte de la firme Kodak.

Début 2002, Carl Walz et le russe Youri Onufrienko restent 6 heures dehors afin de déplacer la grue russe ( l' équivalent du bras Américain qui servira pour connecter les panneaux solaire des futurs modules russe) et connecter l' antenne HAM. Onufrienko utilise le nouveau scaphandre Orlan M14 amené par Progress M S01 le le 17 septembre 2001. Il remplace le Orlan M12 qui est détruit avec Progress M 1-11 après 31 heures d'utilisation (7 EVA). Le 26 janvier, Youri Onoufrienko et Daniel Bursch installent à l'extérieur une antenne radio et des écrans destinés à protéger la station des gaz d'échappement de ses moteurs. En février,  Carl Walz et Daniel Bursch restent 6 heures dans le vide pour préparer l'arrivée de la navette Atlantis STS 110. Les deux astronautes installent sur l'ISS divers points d'attache et disposent l'outillage qui sera utilisé dans un peu plus d'un mois lorsque débutera la construction de l'immense armature de 110 mètres de long, destinée à recevoir ultérieurement les 16 grands panneaux solaires devant assurer l'alimentation électrique de la station. 

En août, Valery Korzoune et Peggy Whitson, sortent par le sas Pirs et installent six panneaux protecteurs autour de l'avant du module Zvezda. Une seconde EVA permet à Valery Korzoune et Sergey Treschev d'installer une variété d'équipements en plus de récupérer des collecteurs d'échantillons exposés aux rigueurs spatiales. Ils réalisent diverses améliorations sur la station (installation de panneaux de protection contre les micro-météorites) et terminer certaines tâches prévu lors de leur précédente sortie.

Début 2003, la NASA a interdit au cosmonaute russe Nikolaï Boudarine d'effectuer une sortie dans l'espace depuis ISS prévue pour le 15 janvier, estimant sa condition physique insuffisante. La sortie dans l'espace sera effectuée par les astronautes américains Don Pettit et Ken Bowersox. Le système cardio-vasculaire de Nikolaï Boudarine a "réagi excessivement" aux épreuves physiques lors d'un test médical effectué début décembre, obligeant la NASA à reporter à mi-janvier la sortie dans l'espace initialement prévue pour le 12 décembre. Le porte-parole de l'Agence aérospatiale russe Sergueï Gorbounov a souligné à la télévision NTV que les Russes et les Américains avaient des critères différents pour juger de la capacité physique des astronautes à sortir dans l'espace. L'astronaute russe se porte bien selon le centre de contrôle. La sortie sera réalisée avec des scaphandres américains depuis le sas US Quest. Le 17 janvier, Ken Bowersox, et Don Pettit sortent 6 h 51 mn hors de la station et commencent à libérer les attaches et à déployer l'énorme radiateur de la poutrelle externe P1, récemment installée sur l'ISS. Les deux hommes procédent à diverses tâches de préparation pour l'installation des futurs éléments de l'ISS. Seule l'installation d'une lampe externe n'est pas menée à bout, en raison d'un boulon réticent. Pour cette sortie, les deux Américains ont donc dû évoluer en "flottaison libre" dans l'espace, attachés toutefois par un filin de sécurité, le Russe Boudarine n'étant pas entraîné au maniement du bras robot effectué de l'intérieur de la Station. Ce bras devait servir de plateforme de soutien pour l'un des deux "marcheurs de l'espace". Il s'agi de la 50ème sortie dans l'espace consacrée à l'assemblage de l'ISS et la 25ème réalisée directement à partir du complexe orbital. Une dernière sortie est réalisée en avril pour réaliser quelques travaux (installation de lampes sur un chariot, remplacement une unité de télécommande sur un bras mécanique, modification de la configuration de l'alimentation électrique d'un gyroscope et remplacement des pièces d'un échangeur de chaleur sur le module américain Destiny). 

Après l'accident de Columbia, la station n'est occupée que par deux astronautes au lieu de trois. Ils sont amenés par le vaisseau russe Soyouz avec un troisième passager payant. L'équipage 7 ne réalise pas de sortie dans l'espace durant son occupation en 2003. Il faut attendre février 2004 pour que Michael Foale et Valery Kaleri sortent d'ISS laissant pour la première fois leur station inoccupée. Kaleri est vêtu du scaphandre Orlan M 23, dont c'est la 8eme et dernière utilisation (32 h 39 mn) depuis sa venus sur ISS en juillet 2000 dans le module Zvezda et Foale est vtu du Orlan M14 utilisé pour la dernière fois après 5 EVA (25 h 42 mn). Ils installent sur la carlingue les deux mannequins apportés par le vaisseau Progress (Matryoshka) qui permettront aux scientifiques de recueillir des informations sur les doses de rayonnement cosmique auxquels les humains sont exposés pendant de longues périodes passées dans l'espace. Ils détachent aussi quelques uns des vieux panneaux utilisés pour des expériences russes et japonaises à bord de l'ISS, mais ils ne réussissent pas à mettre en place le système de radioguidage laser prévu pour le vaisseau cargo ATV de l'ESA qui doit être envoyé sur l'ISS l'an prochain. Foale et Kaleri avaient réussi à réaliser la plus grande partie du travail prévu lorsque le système permettant de contrôler la température de la combinaison du cosmonaute russe est tombé en panne, l'obligeant à retourner à la station. L'astronaute américain ne courait aucun risque, mais il a dû aussi interrompre sa sortie dans l'espace en raison de la réglementation qui interdit à un astronaute seul de travailler dans l'espace sans renfort. 

Lors des préparatifs en vue de leur première sortie dans l'espace du 16 juin 2004, des problèmes sur les scaphandres US sont découverts par l'équipage 9. La combinaison du commandant Padalka a une défectuosité au niveau de son système de refroidissement à l'eau. Des bulles d'air et de la mousse se promènent dans la tubulure circulant dans la combinaison. L'eau a été drainée et remplacée et des vérifications devaient avoir lieu par la suite pour confirmer la correction du problème. La combinaison de Fincke a aussi éprouvé un problème avec son système de refroidissement, mais une valve collée fut rapidement identifiée comme étant la coupable. Pour leur sortie du mois de juin, les astronautes devront porter les nouveaux scaphandres Orlan M 25 et 26 amené par Progress M1-11 en janvier. Cela signifie que le trajet pour se rendre à la section S0 de la grande poutre sera plus long que prévu, puisque la sortie s'effectuera depuis le sas du module Pirs. Ce module est plus éloigné de la poutre que le module Quest d'où les astronautes devaient sortir s'ils auraient enfiler les combinaisons américaines. Le 24 juin, la sortie de Gennaldy Padalka & Edward Fincke est rapidement interrompu au bout de 14 minutes en raison d'un défaut dans la combinaison de l'astronaute américain. Le 3 août, une nouvelle sortie permet de préparer l'arrivée du véhicule européen ATV en octobre 2005. Finckle et Padalka sortent du module PIRS et commencent à travaillé sur le module Zvezda. Ils déposent l'expérience SKK destinée à exposer des échantillons de matériaux au vide et remplacé l'unité  Kromka chargée de mesurer la contamination des tuyère des moteurs de contrôle du module  de service. Pour préparer l'arrivée de l'ATV, ils installent deux antennes et remplacent trois réflecteurs laser lancés en 2000 par un tri-dimensionel. La dernière EVA de l'expédition 9 a lieu le 3 septembre, Finckle et Guennaldi sortent dans l'espace durant 5 heures pour préparer l'arrivée du vaisseau ravitailleur ATV. Les astronautes remplacent aussi des points d'amarrage sur la coque du module Zvezda. 

En janvier 2005, Salijan Charipov et Leroy Chiao commencent l'installation sur la coque de la station d'une plateforme de travail (Universal Work Platform) et montent une expérience robotique allemande. Cette expérience appelée European commercial experiment Rokviss (Robotic Components Verification on ISS) va permettre de tester les joints de rotation d'un manipulateur manipulé depuis l'intérieur du module Zvezda ou du sol. L'expérience Japanese MPAC&SEED (Microparticle and Capture & Space Environment Exposure Device) est déplacée pour permettre la mise en place d'une antenne  Rokviss. Les systèmes de ventilation de secours de l'atmosphère de la station sont vérifié. Ils terminent leur travail en installant un paquet russe Russian Biorisk Experiment sur la coque de la station. En mars, une dernière autre EVA permet de réaliser divers travaux et aménagements sur ISS. Les deux hommes installent 3 antennes radio pour le guidage de l'ATV. Salijan Charipov lance manuellement un petit satellite expérimental d'un poids de 5 kilos, nommé NanoSputnik, conçu par un institut de recherches russe et qui restera en orbite près de trois mois. Shapirov est vêtu du nouveau scaphandre Orlan M27.

Le 19août, John Philips et Krykalev de l'expédition 11 réalisent leur première EVA. Les deux hommes récupèrent le paquet d'expérience russe Biorisk sur le Pirs ainsi que les pack MPAC (étude des débris micro météoritiques) and SEED (panneau d'exposition) sur le module Zvezda. L'expérience Matroska est aussi enlevé et sera rentrer dans la station. Les deux hommes installent une caméra sur Zvezda qui photographiera et contrôlera la tablette Korma exposée au vide sur une rampe d'accès. La dernière tache programmé n'est pas réalisé par manque de temps, les astronautes devaient enlever le système de fixation de la grue Strela du module Zarya vers le PMA 3. 

7 novembre, les astronautes Tokarev et Mc Arthur (Expédition 12) sortent 5 h 20 dans l'espace pour installer une nouvelle caméra et éjecter le Floating Potential Probe. La caméra a été installé sur la structure P1 en 2 h 10. Elle servira pour les manoeuvres de l'astronaute Mc Lean lors de l'assemblage des poutres P3 et P4 l'année prochaine. Avant le larguer le Floating Potential Probe, les astronautes récupérant le joint de contrôle moteur tombé en panne. C'est sur la poutre P6 entre les ailes solaires que se trouve le FPP qui sert à mesurer les charges électriques par rapport au plasma environnant. Il est déconnecté et jeter dans l'espace. Une dernière tache termine la sortie, le remplacement d'un module de télécommande sur les rails de guidage du bras de la station. C'était la première EVA en scaphandre US par le sas Quest depuis août 2003.

Le 6 février 2006, William MacArthur et Valery Tokarev tous deux revêtu d'un Orlan M avec bandes rouges Orlan M25 et 27) réalisent une sortie. Première tache, le largage du scaphandre Orlan M14 convertir en SuiSat équipé d'émetteurs, batteries et d'une antenne. Les 5 h 43 mn de leur EVA permettent aux astronautes de repositionner un adaptateur de la petite grue Strella du module Zarya au PMA 3, libérant la zone pour les panneaux de protection qui seront amenés par STS 116 sur Zvezda. Autre tache des astronautes, la réparation du Mobile transporter du bras robot d'ISS. Le 16 décembre dernier, un des deux ombilicaux alimentant le MT en électricité, vidéos et en données  a été coincé par un dispositif chargé de couper le câble en cas de blocage. Après quelques tentatives pour placer un boulon de sécurité avec un tournevis spécial, Mc Arthur a attaché le câble contre un rebord éliminant le risque de coupure. Le MT est donc pour le moment neutralisé en attendant le remplacement du câble au cours du vol STS 121 en mai. Le MT devra être de nouveau opérationnel pour STS 115 et la mise en place des panneaux solaires. De retour vers Zvezda, les astronautes récupèrent un Biorick exposé sur l'extérieur de la station avant de rejoindre le sas Pirs.

Le 1er juin, Pavel Vinogradov et Jeff Williams sortent 6 h 31 mn dans l'espace. Les deux hommes partent du sas Pirs et rejoignent aidés par la perche Strela le module Zvzda. Là, ils installent une nouvelle valve pour le générateur Elektron, prennent des photos des antennes installées pour l'ATV. L'une d'entre elles aété souillées par l'allumage d'un des moteurs de correction d'attitude. Les astronautes enlèvent l'expérience Kromba (collecte des rejets des tuyères des moteurs de manoeuvre) et le 3eme container Biorisk sur le sas russe. Ils rejoignent ensuite la structure porteuse de la station aidés par la perche et remplacent une caméra sur la base mobile du Canadarm 2.  

William en Orlan 26 bleu

Le 3 août, Jeff Williams et l'astronaute allemand de l'ESA Thomas Reiter (amené par STS 121) sortent du sas russe pour réaliser divers travaux d'entretien sur la station (installation d'un joint sur un panneau radiateur de S1 et remplacer un ordinateur, enlever une antenne GPS) et installer diverses expériences (l'unité FPM, MISSE 3). les astronautes préparent aussi la poutre S1 pour les sorties qui seront réalisées au cours du vol STS 115-116 (mise en service du système de refroidissement) et installent une caméra IR pour photographier les bord d'attaque de l'aile des Orbiter lorsqu'ils sont amarré à la station. La sortie dure 5 h 54 mn.

Williams et Reiter avec leur scaphandres EMU

Le  22 novembre, première sortie pour l'équipage de l'expédition 14 Mike Lopez-Alegria et Mikhail Tyurin. Les deux hommes vêtus des Orlan M25 et M27 sortent 5 h 38 mn du sas Pirs pour réaliser un tir d'une balle de golf pour une firme canadienne. Les astronautes essaie de rétracter à la main l'antenne de rendez vous du Progress M58 qui ne s'était pas rétracté lors de la jonction en octobre, mais sans succès. Des photos sont prises pour étudier une solution. Une antenne de communication pour l'ATV placée sur Zvezda est déplacée car elle gênait l'ouverture d'un cache d'une tuyère toute proche. L'expérience BTN Neutron est installée à l'avant de Zvezda. 

31 janvier 2007, Mike Lopez-Alegria et Sunita Williams sortent 7 h 55 minutes pour effectuer les branchements du nouveau système électrique et de climatisation de la Station. 
Le 4 février, les astronautes sortent pour terminer le branchement du circuit de refroidissement et rétracter le panneaux radiateur de P6. Le 8, Michael Lopez-Alegria et Sunita Williams sortent une 3eme fois dans l'espace. En 9 jours, les astronautes ont cumulé plus de 20 heures dehors la station, Michael Lopez-Alegria battant le record américain de durée cumulée avec 61 heures et 22 minutes de sorties orbitales en 10 fois. Sunita Williams totalise 29 h 17 mn en 4 EVA battant le record féminin. Ces 3 EVA sont  les 6eme, 7eme et 8eme réalisées depuis le sas Quest (EVA 6, 7 et 8) 22 février, Michael Lopez-Alegria et Mikhaïl Tiourine sortent 6 heures 18 minutes dans l'espace pour débloquer l'antenne du vaisseau Progress qui avait refusé de se replier après son amarrage à la station en octobre dernier.

Mikhail Tyurin et Michael E. Lopez-Alegria le 22 février vêtu des Orlan 27 et 25

En mai et juin, deux autres EVA sont réalisées par l'équipage de l'expédition 15 Fyodor Yurchikhin et
Oleg Kotov pour installer des panneaux protecteur sur le module de service russe Zvezda, rerouter une antenne GPS, installer un câble Ethernet sur Zarya et déployer une expérience scientifique russe.
La mission STS 117 en juin permet de déployer les poutres S3-S4 et rétracter P6 sur la poutre Z1. Lors de la mission, les astronautes réparent aussi la protection thermique d'un pod OMS de l'Orbiter.
Le 23 juillet, l'expédition 15 fait une EVA pour divers travaux de maintenance (entretien du MT, éjection d'un réservoir d'ammoniaque et nettoyage du système de jonction CBM de Destiny).
En août, STS 118 permet d'attacher la poutre S5, récupérer l'expérience MISSE 3 et 4 et mettre en place le système d'attache du bras OBSS qui sera laisser lors du vol 120. Un nouveau gyroscope est changé sur Z1.
STS 120 apporte en octobre le NOde 2 Harmony et permet de déplacer la poutre P6 sur P5.
3 EVA de l'expédition 16 permet de terminer l'installation d'Harmony et du PMA 2. En décembre, une dernière sortie de Peggy Whitson et Daniel M. Tani a pour but l'inspection du joint de rotation SARJ de la poutre S4. c'est la 100eme EVA destinée à l'assemblage d'ISS. Whitson devient la première astronaute femme avec à son actif 5 EVA et 32 heures 36 minutes passés dans le vide.