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1965年3月18日，苏联的上升2号宇宙飞船进入地球轨道，环绕地球飞行。8时30分，航天员列昂诺夫离开上升2号飞船密封舱，系着安全带实现了第一次到茫茫太空中行走。
列昂诺夫穿着一种新型航天服，航天服是特制的橘黄色，有十几层厚，足以在太空中隔热和防辐射。内衣是由通心粉状的管子盘成的，管子总长100米。管内流过的冷水能吸去航天员身上散发的热量，并排放到宇宙空间去。在这种内衣外再罩上一层一层外套，套上同样多层的手套，穿上金属网眼靴子，戴上增强树脂盔帽，就能保证到密封舱外活动的安全了。
在灼热的太阳光中，列昂诺夫潇洒地迈开步伐，翻着前空翻，接着又做了几个体操动作，完成得轻松自如、毫不费力。不过他整个身体轻飘飘的，很不好控制自己。
12分钟后，他返回到了飞船舱口，可等待他的却是非常可怕的一幕：太空服变得异常庞大，已经无法穿越相对狭窄的舱门——他将无法回到飞船中了。列昂诺夫感到了事情的严重性，此时，他只觉得浑身发冷，头昏眼花，呼吸的频率增加了一倍！他对着话筒向留在飞船里的同伴失声喊道：“我回不去了！”就在这危急时刻，宇航员平时艰苦的训练对他起了作用。平时教练员提醒过：太空服的腰部设有四个按钮，每一个按钮都能释放四分之一的空气，当太空服压力过大时，这是唯一的减压办法。列昂诺夫迅速按动按钮减去了太空服中的气压，然后将头部对准舱口，顺利进入了飞船。
列昂诺夫在舱外停留了24分钟，自由飘浮12分钟，完成了人类历史上第一次系着安全带在太空行走。