Per addestramento astronautico si intende il processo di preparazione degli astronauti per una missione spaziale svolto nelle Agenzie spaziali dei vari Paesi. Esso è composto in generale dagli addestramenti pre-volo (addestramento base, addestramento avanzato e addestramento specifico per la missione), addestramenti durante il volo (manovra il braccio robotico, pilotaggio di veicoli spaziali, addestramento medico) e la fase riabilitativa post volo.
Al 2019 gli unici avamposti umani nello spazio sono: la Stazione spaziale internazionale (ISS), occupata ininterrottamente dal 2000, e le stazioni spaziali cinesi Tiangong occupate per brevi periodi di tempo. La ISS è divisa in Segmento americano e Segmento russo, ed è nei Centri Spaziali di questi Paesi che viene svolto la maggior parte dell'addestramento astronautico. Per migliorare la qualità e l'efficienza dell'addestramento, la NASA, l'Agenzia Spaziale Europea (ESA), l'Agenzia spaziale giapponese (JAXA) e l'Agenzia spaziale canadese (CSA) hanno deciso di addestrare i propri astronauti insieme al Johnson Space Center (JSC), dato che anche gli astronauti non-NASA lavorano esclusivamente nel segmento americano della ISS. Inoltre, dal 2011 tutti gli astronauti della ISS si addestrano al Centro di addestramento cosmonauti Jurij Gagarin (GCTC) sul veicolo spaziale Sojuz e imparano la lingua russa, essendo esso l'unico veicolo al 2019 disponibile per portare in orbita gli astronauti. Le altre Agenzie partner (ESA, JAXA, CSA) svolgono nei loro Centri spaziali un addestramento specifico sui propri moduli a tutti gli astronauti ISS durante l'addestramento specifico di missione. Per questo motivo, di seguito è descritto l'addestramento delle varie Agenzie spaziali, nonostante siano la NASA e Roscosmos le uniche ad addestrare gli astronauti approfonditamente in tutti gli aspetti del volo spaziale sulla ISS.
Addestramenti della NASA
Alla NASA, dopo la fase di selezione, i candidati astronauti (cosiddetti ASCAN, Astronaut Candidate) devono seguire l'addestramento di base di due anni per diventare astronauti ufficialmente qualificati. Ciò viene fatto perché ogni candidato astronauta, prima di venir selezionato, era un esperto in un determinato campo scientifico, mentre per il lavoro di astronauta è indispensabile avere una conoscenza di base in numerosi e variegati campi.
Dal gruppo 20 degli astronauti selezionati nel 2009, poco prima del pensionamento dello Shuttle, l'addestramento si basa sui sistemi della ISS, operatività e sicurezza di volo, conoscenza di base di astronomia, meccanica orbitale, scienze della terra, medicina e biologia, esercitazioni di sopravvivenza in giungla e nell'acqua, addestramenti delle attività extraveicolari (EVA) e della tuta EMU, conoscenze robotiche, studio base della navicella Sojuz e dei suoi sistemi in lingua russa e, per gli ASCAN senza esperienze di pilotaggio degli aerei, corso di addestramento sul T-38. I gruppi precedenti invece di studiare la Sojuz, studiavano approfonditamente lo Space Shuttle. Completati i due anni di addestramento, i candidati astronauti vengono qualificati ufficialmente come astronauti. In attesa di una missione spaziale, vengono assegnati ai vari dipartimenti dell'Ufficio astronauti dove acquisiscono ulteriori conoscenze in quel campo dagli ingegneri e tecnici della NASA, come il dipartimento dell'Esplorazione, Robotico, Attività extraveicolari, Operazioni degli equipaggi, e così via. Oltre a ciò, svolgono il ruolo di CAPCOM nelle simulazioni dei controllori di volo in addestramento, in attesa di ottenere la qualifica di CAPCOM e ricoprire quel ruolo anche nella Sala di controllo missione della ISS durante le attività più dinamiche come l'attracco di veicoli e le EVA.
Dal 2009 tutti gli astronauti si qualificano come Ingegneri di volo, ma durante l'era Shuttle gli astronauti venivano selezionati secondo tre gruppi principali: piloti, specialisti di missione e educatori. I piloti, che precedentemente erano piloti militari, avevano il compito di pilotare e comandare lo Space Shuttle; gli specialisti di missione si occupavano delle attività extraveicolari, robotiche e conducevano esperimenti scientifici; gli educatori condividevano la conoscenza delle materie scientifiche e delle missioni spaziali con i cittadini più piccoli, nonostante ciò negli ultimi anni questo ruolo sia diventato secondario, avvicinandosi molto più al ruolo di specialista di missione.
Dopo l'assegnazione al volo gli astronauti Shuttle venivano sottoposti all'addestramento avanzato di un anno, durante il quale miglioravano le conoscenze dei sistemi delle navicelle e della ISS, dei moduli della Stazione, delle attività EVA che svolgevano durante la missione. Gli equipaggi Shuttle svolgevano degli addestramenti congiunti con i controllori di volo, per essere coordinati nelle attività che eseguivano nelle due settimane di missione. Naturalmente questo non può essere fatto con i voli di lunga durata della ISS e normalmente gli astronauti e il Centro di controllo di addestrano separatamente. Un'eccezione viene fatta per gli addestramenti delle situazioni d'emergenza (cioè, in presenza di fuoco, depressurizzazione e ammoniaca), durante i quali sono presenti i Direttori di volo assegnati all'Expedition. In questa fase vengono anche addestrati i responsabili medici dell'equipaggio, cioè quei membri dell'equipaggio con una conoscenza più avanzata nella medicina d'emergenza.
Conoscenza della ISS Oltre a studiare la struttura dei veicoli (ISS, Orion e, in passato Shuttle) e dei loro sistemi sui libri e in classe, gli astronauti passano molto tempo a svolgere simulazioni di attività quotidiana e d'emergenza nei mockup di dimensioni reali nel Space Vehicle Mock-up Facility del JSC. Nel mockup della ISS sono presenti i moduli pressurizzati di tutto il segmento americano della ISS e i due moduli principali russi, Zarja e Zvezda. Quando lo Shuttle era ancora in attività erano presenti simulatori del flight deck e del mid-deck dell'orbiter, dove gli astronauti prendevano confidenza degli ambienti e dei luoghi in cui si trovavano i sistemi a bordo, compresa la simulazione delle vibrazioni, del rumore e della vista che sperimentavano durante il lancio e l'atterraggio. Inoltre gli astronauti si preparavano al lancio, atterraggio, ai carichi utili, alle operazioni della ISS e alle attività di rendezvous al Jake Garn Training Facility. Prima della loro missione, gli astronauti in genere si allenano per un totale complessivo di 300 ore all'interno di questi simulatori.
Addestramento di volo L'addestramento di volo a bordo dell'aereo biposto T-38 è sempre stato presente nel programma di addestramento della NASA. I primi astronauti del Mercury Seven erano piloti militari, ed era quindi normale continuare l'addestramento aereo alla NASA. È un addestramento molto importante perché costringe gli astronauti a pensare velocemente al cambiare delle situazioni e rimanere concentrati per un periodo di tempo esteso, condizione fondamentale per partecipare ad un volo spaziale. Durante il volo inoltre sono soggetti alle forze aerodinamiche, abituandoli a pilotare la navicella anche mentre sono sottoposti fino a 7G. Gli astronauti piloti dello Shuttle mantenevano la competenza di volo volando 15 ore al mese sul T-38 mentre gli altri astronauti volano almeno 4 ore al mese.
Gli astronauti piloti dello Shuttle si addestravano anche a bordo di un altro aereo, il Shuttle Training Aircraft, un jet Gulfstream appositamente modificato per imitare l'avvicinamento e l'atterraggio dello Space Shuttle. Questo jet offriva un'esperienza di addestramento unica che aiutava gli astronauti nell'approccio della pista del veicolo spaziale, che era quasi sette volte più ripida di quella di un aereo di linea commerciale. I piloti dovevano svolgere almeno 1.000 ore di volo a bordo di quest'aereo prima di venir assegnati come piloti dello Shuttle.
Addestramento alle EVA
Per prepararsi a svolgere le attività extraveicolari (EVA) gli astronauti si addestrano nella piscina interna più grande del mondo, il Neutral Buoyancy Laboratory (NBL), situata nel Sonny Carter Training Facility del JSC. Nel fondale della piscina sono posizionati i moduli, sia pressurizzati che non, della ISS per abituare gli astronauti alle coreografie delle attività extraveicolari simulando l'ambiente di microgravità (assetto neutro) dello spazio mentre indossano la tuta spaziale EMU. Gli astronauti Shuttle avevano il compito principale di svolgere le EVA sulla ISS per installare moduli e elementi della Stazione e per questo passavano molto tempo nel NBL svolgendo EVA specifiche per la missione. Dal pensionamento dello Shuttle, le EVA vengono svolte esclusivamente dagli astronauti della ISS che si addestrano principalmente alle EVA di emergenza, cioè si addestrano in modo generale nella sostituzione dei componenti chiave dei sistemi della Stazione. Nell'addestramento specifico della missione, quando sono già stati definiti gli obiettivi della Expedition e quindi gli astronauti sanno se dovranno svolgere o meno una o più EVA durante la missione, si addestrano come facevano gli astronauti Shuttle alle singole EVA che svolgeranno nello spazio. In generale, gli astronauti si addestrano circa dieci ore sott'acqua per ogni ora che trascorrono in EVA nello spazio e ogni EVA di solito ha una durata di 6 ore. Oltre all'addestramento in acqua, ormai è prassi addestrare gli astronauti anche con la realtà virtuale, sia per vedere i percorsi che dovranno seguire lungo l'esterno della Stazione durante un'EVA, sia per addestrarsi con il SAFER della tuta EMU in caso di incidente.
Esercitazioni di sopravvivenza Uno dei primi addestramenti che i candidati astronauti svolgono dopo esser stati selezionati è l'addestramento di sopravvivenza. Di solito viene svolto in giungla e gli astronauti devono sopravvivere per tre giorni andando da un punto di partenza ad un punto di arrivo con i pochi mezzi di orientamento che gli vengono forniti imparando a lavorare in squadra per superare le difficoltà. Era abitudine degli equipaggi Shuttle assegnati ad una missione svolgere insieme un'esercitazione di sopravvivenza NOLS di una settimana per conoscersi a vicenda e capire le migliori e peggiori qualità di ogni membro dell'equipaggio per poter migliorare. Altre esercitazioni simili sono NASA NEEMO, permanenza nel laboratorio Aquarius fondo dell'Oceano atlantico; ESA CAVES, una settimana all'interno di una grotta; addestramento invernale del GCTC.
Voli parabolici Per imparare a muoversi in microgravità, ma non all'interno di una tuta spaziale con l'acqua intorno, gli astronauti partecipano ai voli parabolici conosciuti come Weightless Wonder o Vomit Comet. Durante un volo a bordo di questo aereo, per 20 secondi ripetuti per quaranta volte in un giorno si può sperimentare l'assenza di gravità. Il nome Vomit Comet deriva dal fatto che a volte bastano anche solo i voli parabolici per mandare in confusione il sistema vestibolare degli astronauti, che di conseguenza si sentono male come accadrebbe all'inizio di un volo spaziale.
Addestramenti dell'ESA
A partire dagli astronauti dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) della Classe 2009 l'addestramento viene svolto congiuntamente con gli astronauti della NASA, svolgendo quindi di fatto l'addestramento NASA. Il tempo che gli astronauti europei trascorrono all'European Astronaut Centre (EAC) è finalizzato all'apprendimento dei sistemi e esperimenti del Modulo Columbus e, in passato del veicolo cargo ATV. L'addestramento che si svolgeva in passato era composto da addestramento di base, addestramento avanzato e addestramento specifico per la missione.