9 декабря 2025 года китайские космонавты Чжан Лу и У Фэй впервые вышли в открытый космос в рамках миссии «Шэньчжоу-21». Они покинули орбитальную станцию «Тяньгун» через шлюз, расположенный в лабораторном модуле «Вэньтянь». Внекорабельная работа, длившаяся приблизительно восемь часов, была завершена в 18:45 по пекинскому времени. Чжан Лу использовал стандартный скафандр красного цвета, а У Фэй, для которого это был дебютный выход, был одет в модернизированный скафандр синего цвета, доставленный на орбиту грузовым космическим кораблем «Тяньчжоу-9».
Выход был запланирован для установки дополнительных защитных панелей на модулях станции, предназначенных для защиты от космического мусора, а также для проведения внешних обследований основных и лабораторных модулей «Тяньхэ», «Вэньтянь», «Мэнтянь», и корабля «Шэньчжоу-22», в настоящее время находящегося у станции. Однако главным событием стала первая в истории непосредственная внешняя инспекция корабля «Шэньчжоу-20», на одном из иллюминаторов которого ранее были выявлены повреждения. Ранее дефект изучался исключительно изнутри станции или с использованием её роботизированного манипулятора. Для проведения осмотра космонавт Чжан Лу был доставлен манипулятором к спускаемому аппарату «Шэньчжоу-20», не оснащенному стандартными поручнями для проведения работ в открытом космосе. Полученные изображения и данные позволят специалистам оценить целесообразность установки защитного экрана на поврежденный иллюминатор, который уже доставлен на станцию, и определить дальнейшую судьбу корабля, включая возможные варианты его возвращения на Землю.
Координация всех действий на протяжении выходного дня осуществлялась третьим членом экипажа «Шэньчжоу-21» Чжан Хунчжаном изнутри станции, в то время как наземный центр управления в реальном времени осуществлял контроль над всеми операциями. Помимо проверки, космонавты провели запланированные работы по обслуживанию, в частности, заменили многослойную теплоизоляцию на одном из адаптеров системы терморегулирования. Установка противометеоритных защитных панелей, ставшая обычной практикой, призвана повысить безопасность станции в связи с увеличением количества объектов на околоземной орбите.
Полёт «Шэньчжоу-21» входит в план по регулярной замене экипажей на «Тяньгун» и одновременно предоставляет возможность для тестирования новейших разработок, включая модернизированные скафандры «Фэйтянь». Космонавты проведут на орбите приблизительно полгода, в течение которых будет реализована масштабная программа научных исследований, охватывающая космическую медицину, биотехнологии, изучение поведения жидкостей и материалов в условиях микрогравитации.
Внимание к кораблю «Шэньчжоу-20» усилилось после инцидента, произошедшего в ноябре. Возвращение корабля с тремя тайконавтами, которое изначально планировалось на 5 ноября 2025 года, было перенесено Китайским пилотируемым космическим агентством в связи с потенциальной угрозой столкновения с космическим мусором. Проведенный впоследствии осмотр показал наличие микротрещин в стекле одного из иллюминаторов, которые, вероятно, стали следствием этого происшествия. В результате экипаж «Шэньчжоу-20» вернулся на Землю 14 ноября на борту корабля «Шэньчжоу-21», а 25 ноября к станции был отправлен беспилотный «Шэньчжоу-22», предназначенный для обеспечения безопасного возвращения нынешнего экипажа после завершения их полугодовой миссии. Детальный анализ повреждений «Шэньчжоу-20» позволяет предположить, что Китай рассматривает возможность его управляемого спуска на Землю, но только после проведения комплексных проверок, подтверждающих сохранность его конструкции. Также рассматривается возможность доставки на Землю результаты научных исследований, однако сведения о его полезной нагрузке и предполагаемое место посадки пока не разглашаются.