A peine leur première sortie terminée, VOLKOV et KONONIENKO se préparent pour la seconde, qui doit avoir lieu dès le 15 juillet. Une fois encore, CHAMITOFF devra se réfugier dans le vaisseau Soyouz TMA-12, car il ne sera plus accessible une fois que le sas de Pirs aura été ouvert.

La seconde sortie commence le 15 juillet 2008 à 09h08 GMT quand l'écoutille du sas du module Pirs est ouverte. Sergueï VOLKOV porte le scaphandre Orlan-M n°27 et Oleg KONONIENKO le Orlan-M n°26.

La première tâche des cosmonautes est d'aller sur le compartiment de transfert (PKhO) du module Zvezda pour installer une cible qui sera utilisée pour l'amarrage du module MRM-2.

L'installation se déroule sans incident, et quand elle est terminée les deux hommes prennent des photos de leur travail, qui seront étudiées par les ingénieurs à Moscou. Dans l'état actuel du calendrier, le module MRM-2 devrait décoller le 15 août 2009.

Ensuite, VOLKOV et KONONIENKO inspectent sur le PKhO deux emplacements possibles où pourra être installée une antenne (4AO-VKA) nécessaire au fonctionnement du système d'amarrage automatique Kours du MRM-2.

Le 22 février 2007, les cosmonautes Mikhaïl TIOURINE et Michael LOPEZ-ALEGRIA avaient installé deux cale-pieds Yakor sur le module Pirs. Aujourd'hui, VOLKOV et KONONIENKO doivent en démonter un et aller le remonter sur le PKhO de Zvezda. Mais quelque chose ne fonctionne pas correctement lors de l'installation, et le TsUP leur demande d'abandonner.

Cela étant fait, KONONIENKO s'attache à l'extrémité du bras Strela GStM-1, et son commandant prend les commandes pour l'éloigner du PKhO. Il peut ainsi prendre de bonnes photos de la cible d'amarrage qu'ils viennent d'installer, confirmant sa bonne visibilité pour un engin en approche.

La tâche suivante consiste à installer l'expérience scientifique Vsplesk sur la section de grand diamètre (RO) du module Zvezda. Vsplesk va étudier les radiations présentes dans l'environnement spatial. Les cosmonautes fixent l'instrument sur une main courante et connectent les câbles d'alimentation. Ils attendent ensuite de se trouver dans la zone de visibilité des stations de réception russes pour pouvoir avoir la confirmation du bon fonctionnement du dispositif.

Comme les deux hommes sont en avance sur l'horaire, le TsUP leur demande d'inspecter une antenne de radio-amateur sur Zvezda.

Ensuite, les deux cosmonautes se séparent. VOLKOV reste sur Zvezda pour terminer l'installation du cale-pieds pendant que KONONIENKO retourne sur Pirs pour réaliser la dernière tâche de la sortie : récupérer l'un des trois containers (le n°1) de l'expérience Biorisk-MSN. Celle-ci consiste à exposer des matériaux à l'environnement spatial; elle avait été installée en juin 2007 par les cosmonautes Oleg KOTOV et Fiodor YOURTCHIKHINE.

Durant les opérations, VOLKOV heurte l'un des panneaux solaires de Zvezda avec son sac à dos. KONONIENKO, lui, cogne une antenne Kours sur le module Pirs.

La sortie touche maintenant à sa fin. VOLKOV rentre dans le sas, suivi par KONONIENKO. L'écoutille est refermée à 15h02 GMT. La sortie a duré 5h54.

Après la repressurisation de Pirs, un problème au sol provoque la perte des communications en bande S. En conséquence, le centre de Houston n'est plus en mesure de commander la station et de communiquer avec l'équipage (dans le sens montant uniquement). Après quarante-cinq minutes, le problème est résolu.

Le 18 juillet, VOLKOV et KONONIENKO réintègrent le vaisseau Progress M-64 dans le segment russe de la station. Il en avait été déconnecté afin de pouvoir se séparer automatiquement dans l'éventualité où les sorties dans l'Espace s'étaient mal passées et où l'équipage n'avait pas pu rentrer dans la station.

Le 23 juillet 2008, à 16h37 GMT, les moteurs de l'ATV "Jules Verne" sont mis à feu pendant 1 237 s afin de rehausser l'orbite de la station, et de la mettre en phase en vue l'arrivée prochaine de Progress M-65 et de Soyouz TMA-13. L'altitude moyenne du complexe est relevée de 7,21 km et s'établit maintenant à 351 km.

Le 26 ou le 27 juillet, une erreur dans les procédures conduit les cosmonautes à charger le dispositif Elektron avec de l'eau non certifiée conforme. Il doit donc être arrêté et purgé à l'azote. En attendant qu'il soit à nouveau opérationnel, l'ATV est utilisé (le 29 juillet) pour relever le niveau d'oxygène de l'atmosphère. Elektron est redémarré dès le 30 juillet.

Ce même jour, l'équipage signale à Houston que le tapis roulant TVIS produit un bruit anormal. Son utilisation est suspendue en attendant d'en savoir plus. Les 1er et 2 août, les cosmonautes se livrent à des inspections et découvrent une déchirure sur une courroie. Après analyse au sol, il apparaît qu'un roulement à billes est à l'origine du problème.

L'équipage va devoir changer le roulement à billes, mais avant cela il devra solidifier la courroie afin d'éviter que la déchirure ne s'agrandisse. Les réparations ont lieu les 11 et 12 août. Elles sont menées à bien par VOLKOV et CHAMITOFF, et sont un succès. Dès le 13 août, le TVIS est déclaré opérationnel.

Les moteurs OCS de Jules Verne sont utilisés une nouvelle fois pour une réhausse de l'orbite de la station le 13 août 2008. Ils sont allumés à 11h58 GMT pour une durée de 16min35s, ce qui permet de remonter l'altitude moyenne de 5,8 km.

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