En 1985, Mukai estis selektita kiel unu el tri japanaj utilaj ŝarĝaj specialistoj kandidatoj por la Unua Materialo-Pretigado-Testo (Spacelab-J) kiu flugis sur STS-47. Ŝi ankaŭ funkciis kiel rezerva utila ŝarĝo-specialisto por la Neurolab (STS-90) misio. Mukai registris pli ol 566 horojn en spaco. Ŝi flugis sur STS-65 en 1994 kaj STS-95 en 1998. Ŝi estas la unua japana virino, kiu flugis en spaco, kaj la unua japana civitano, kiu flugis dufoje. Kiel NASA-astronaŭto, ŝi estis vizitanta sciencisto ĉe la Dividado de Kardiovaskula Fiziologio, Kosma Biomedicina Esplora Instituto, NASA Johnson Space Center, de 1987 ĝis 1988.
Japana