Năm 1985, Mukai được chọn là một trong ba ứng cử viên Chuyên gia tải trọng Nhật Bản cho Thử nghiệm xử lý vật liệu đầu tiên (Spacelab-J) bay trên tàu STS-47. Cô cũng từng là chuyên gia tải trọng dự phòng cho nhiệm vụ Neurolab (STS-90). Mukai đã log hơn 566 giờ trong không gian. Cô đã bay trên tàu STS-65 vào năm 1994 và STS-95 vào năm 1998. Cô là người phụ nữ Nhật Bản đầu tiên bay vào không gian, và công dân Nhật Bản đầu tiên bay hai lần. Là một phi hành gia NASDA, cô là một nhà khoa học khách mời tại Bộ phận Vật lý tim mạch, Viện Nghiên cứu Y sinh Vũ trụ NASA, Trung tâm Vũ trụ Johnson, Texas, từ năm 1987 đến năm 1988.
Nhật Bản