El 1985, Mukai va ser seleccionat com un dels tres candidats especialistes en càrrega útil japonesa per a la primera prova de processament de materials (Spacelab-J) que va volar a bord de la missió STS-47. També va servir com a especialista en càrrega útil de reserva per a la missió Neurolab (STS-90). Mukai ha passat més de 566 hores a l'espai. Va volar a bord de la STS-65 el 1994 i la STS-95 el 1998. És la primera dona japonesa a volar a l'espai i el primer ciutadà japonès a volar dues vegades. Com a astronauta de la NASDA, va ser científica visitant a la Divisió de Fisiologia Cardiovascular, l'Institut de Recerca Biomèdica Espacial de la NASA, el Johnson Space Center, de 1987 a 1988.
Japones