1985-ben Mukai-t az STS-47-es fedélzeten repült első anyagi feldolgozási teszt (Spacelab-J) három japán hasznos teher-szakértő jelöltje közül választották ki. Az STS-90. küldetésnél is szolgált biztonsági hasznos teher-szakértőként. Mukai több mint 566 órát töltött az űrben. 1994-ben az STS-65-ös és 1998-ban az STS-95-ös fedélzeten repült. Ő volt az első japán nő, aki az űrbe repült, és az első japán állampolgár, aki kétszer repült. NASDA űrhajósaként 1987-től 1988-ig látogató tudós volt a szív- és érrendszeri fiziológia részlegén, a NASA Johnson Space Center, Texas űrkutatóintézetében.
Japán