Expedice 5Edit
Posádka Expedice 5 odstartovala 5. června 2002 na palubě STS-111 a 7. června 2002 se připojila k Mezinárodní vesmírné stanici. Během svého šestiměsíčního pobytu na palubě vesmírné stanice Whitsonová instalovala systém mobilní základny, segment příhradové konstrukce S1 a segment příhradové konstrukce P1 pomocí systému dálkového manipulátoru vesmírné stanice; provedla 4 hodiny a 25 minut dlouhý výstup do volného prostoru v ruském skafandru Orlan, aby nainstalovala mikrometeoroidní stínění na servisní modul Zvezda; a aktivovala a prověřila Microgravity Sciences Glovebox, stojan na užitečné zatížení třídy facility.
Whitsonová byla během svého pobytu jmenována prvním vědeckým důstojníkem NASA a provedla 21 výzkumů v oblasti věd o životě člověka a věd o mikrogravitaci, jakož i komerčního nákladu. Posádka Expedice 5 se vrátila na Zemi na palubě STS-113 7. prosince 2002. Po dokončení svého prvního letu strávila Whitsonová ve vesmíru 184 dní, 22 hodin a 14 minut.
Expedice 16Upravit
Její druhá mise, Expedice 16, odstartovala 10. října 2007 na lodi Sojuz TMA-11. Spolu se svým členem posádky Expedice 16 Jurijem Malenčenkem a účastnicí kosmického letu Yi So-yeon se vrátila na Zemi v Sojuzu TMA-11 19. dubna 2008. Návrat byl pozoruhodný tím, že se nepodařilo správně oddělit pohonný modul Sojuzu a následně došlo k „balistickému návratu“, při němž byla posádka vystavena silám přibližně osmkrát větším, než je gravitace na zemském povrchu. Při této misi strávila ve vesmíru 191 dní, 19 hodin a 8 minut.
18. prosince 2007, během čtvrtého výstupu do volného prostoru v rámci Expedice 16, jehož cílem byla kontrola pravobočního kloubu SARJ (Solar Alpha Rotary Joint) S4, pozemní tým v řídicím středisku mise informoval Whitsonovou, že se svou pátou EVA stala astronautkou s největším kumulovaným časem EVA v historii NASA a také s největším počtem EVA. Po třech hodinách a 37 minutách výstupu do volného prostoru Whitsonová překonala astronautku NASA Sunitu Williamsovou, jejíž celkový čas v té době činil 29 hodin a 18 minut. Po dokončení Whitsonové páté EVA, sté na podporu montáže a údržby ISS, dosáhla Whitsonová celkového času EVA 32 hodin a 36 minut, což ji zařadilo na 20. místo v celkovém čase EVA. Při šestém výstupu do volného prostoru, rovněž během Expedice 16, dosáhla její kumulativní doba EVA 39 hodin a 46 minut, což ji v listopadu 2009 zařadilo na 23. místo v celkové době EVA.
Expedice 50/51/52Edit
Peggy Whitsonová dorazila 19. listopadu 2016 na Mezinárodní vesmírnou stanici v rámci Expedice 50/51, která odstartovala 17. listopadu 2016 z kosmodromu Bajkonur v Kazachstánu. Stala se velitelkou Expedice 51. Startem Expedice 50/51 s ní se Whitsonová ve svých 56 letech stala nejstarší ženou, která letěla do vesmíru. Během mise překonala rekord v souhrnné době strávené ve vesmíru americkým astronautem a překonala tak předchozí rekord Jeffa Williamse, který činil 534 dní. Na začátku dubna 2017 byla její mise na Mezinárodní vesmírné stanici prodloužena o další 3 měsíce. Dne 3. září se vrátila na dříve uvolněné místo v modulu Sojuz v doprovodu Jacka Fischera z NASA a Fjodora Jurčichina z Roskosmosu.
V lednu 2017 Whitsonová uskutečnila svůj sedmý EVA. spolu s velitelem Expedice 50 Shanem Kimbroughem. Během EVA nainstalovali tři nové adaptérové desky a připojili elektrické konektory připravující cestu k výměně baterií na ISS. EVA trvala 6 hodin a 32 minut. Whitsonová je nyní držitelkou rekordu v počtu výstupů do volného prostoru jako nejstarší žena a spolu se Sunitou Williamsovou drží rekord v celkovém počtu výstupů do volného prostoru uskutečněných ženou (sedm). Po dokončení sedmého výstupu do vesmíru dosáhla Whitsonová souhrnného času výstupů do vesmíru 46 hodin a 18 minut, čímž se zařadila na 13. místo v celkovém počtu výstupů do vesmíru.
Dne 24. dubna 2017 Whitsonová oficiálně překonala rekord v nejdelším čase stráveném ve vesmíru jakýmkoli astronautem NASA. Díky tomu obdržela televizní telefonát z Oválné pracovny od amerického prezidenta Donalda Trumpa, prezidentovy dcery Ivanky a kolegyně astronautky Kathleen Rubinsové. Při rozhovoru v ten den prohlásila: „Je to vlastně obrovská čest překonat takový rekord, ale pro mě je to zase čest reprezentovat všechny lidi v NASA.“
Dvanáctého května 2017 Whitsonová provedla s Jackem Fischerem svou devátou EVA v kariéře. Po krátkém zpoždění kvůli netěsnícímu zařízení vyměnili na pravoboku příhradové konstrukce skříňku s avionikou zvanou ExPRESS Logistics Carrier (ELC), což je skladovací platforma. Výstup trval 4 hodiny a 13 minut a jednalo se o 200. EVA na ISS.
Dne 23. května 2017 uskutečnila Whitsonová s Fischerem svůj desátý EVA v kariéře. Vyměnili záložní jednotku multiplexeru-demultiplexeru (MDM), která selhala 20. května 2017. Doba trvání byla 2 hodiny a 46 minut, čímž Whitsonová dosáhla kumulativního času EVA více než 60 hodin, čímž se zařadila na třetí místo v žebříčku nejdelších EVA.
1. června 2017 předala Whitsonová velení Mezinárodní vesmírné stanice Fjodoru Jurčichinovi, který byl jmenován velitelem Expedice 52, dokud se on, Whitsonová a Jack Fischer nevrátili v září 2017 na Zemi na palubě Sojuzu MS-04.
Whitsonová se vrátila na Zemi 3. září 2017, když během své kariéry nasbírala celkem 665 dní ve vesmíru. Tento součet představoval více času stráveného ve vesmíru než jakákoli jiná žena na světě a jakákoli jiná Američanka. V žebříčku celkového času stráveného ve vesmíru jí patří osmé místo. Doba jejího pobytu ve vesmíru během expedic 50/51/52 činila 289 dní, 5 hodin a 1 minutu. V červnu 2020 byla Whitsonová hostem (spolu se dvěma podvodníky) v epizodě televize ABC To Tell the Truth, v níž ji Patti LaBelleová správně vybrala jako rekordmanku v době pobytu ve vesmíru.
.