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  1952年10月29日出生於阿斯特拉罕州卡普斯京亞爾靶場,父親伊萬·帕夫洛維奇·託卡列夫於1972年因車禍去世。他21歲從斯塔夫羅波爾高等航空軍事學校畢業,成為一名殲擊機飛行員。1983年,他以優異成績畢業於阿斯特拉罕州試飛員培訓中心,並於1987年通過空軍選拔宇航員的醫療檢查。之後接受了多項嚴格培訓,掌握了40多種飛機和直升機的駕駛技術,最終於1997年正式加入加加林宇航員培訓中心的宇航員隊伍,成為俄羅斯第91位宇航員,也是世界上第388位宇航員。

  1999年5月27日美國東部時間上午6時49分,託卡列夫等宇航員在美國肯尼迪航天中心乘坐發現號太空梭飛往國際空間站,完成了自己的首次太空飛行。此次任務時長為9日19時13分。

  2005年9月3日,他作為聯盟TMA-7號飛船的指令長、遠征12任務飛行工程師,與美國宇航員威廉·麥克阿瑟搭乘聯盟TMA-7號載人飛船抵達國際空間站。  莫斯科時間2005年11月7日18時32分(北京時間23時32分),他和麥克阿瑟走出國際空間站,開始艙外任務。他們在空間站美國艙段外安裝了一個攝像機並在站外拆除了一些裝置。在完成全部任務後於莫斯科時間23時54分(北京時間8日凌晨4時54分)返回空間站。整個過程共持續5小時22分鐘。  11月18日,他和麥克阿瑟駕駛聯盟TMA-7載人飛船,將其從碼頭號對接艙移到曙光號功能貨艙上,以保證順利從碼頭號對介面鑽出進行太空行走任務。2005年3月20日,他和麥克阿瑟駕駛飛船離開空間站曙光號功能貨艙,與星辰號服務艙重新完成對接,為空間站4月1日迎接聯盟TMA-8載人飛船讓出了曙光號功能貨艙對介面。  莫斯科時間2006年4月9日凌晨0時28分,乘坐有宇航員託卡列夫、麥克阿瑟和太空遊客馬庫斯·蓬蒂斯的聯盟TMA-7載人飛船與國際空間站星辰號服務艙分離,約2個半小時後開始減速,20分鐘後飛船軌道艙、儀器艙和返回艙分離並進入地球大氣層。飛船返回艙在距離地面10公里處開啟降落傘,最終於凌晨3時47分(北京時間7時47分)在哈薩克阿爾卡雷克市東北部實現軟著陸。
瓦列裡·伊萬諾維奇·託卡列夫(,1952年-10月29日)是俄羅斯已退役宇航員。