第5次探検隊編集部
Expedition5のクルーはSTS-111で2002年6月5日に打ち上げられ、6月7日に国際宇宙ステーションにドッキングした。 6ヶ月の宇宙ステーション滞在中、ウィットソンは宇宙ステーションのリモートマニピュレーターシステムを使用してモバイルベースシステム、S1トラスセグメント、P1トラスセグメントを取り付け、ロシアのオーラン宇宙服を着てズベズダサービスモジュールにマイクロメテオロイドシールドを取り付けるために4時間25分の宇宙飛行を行い、施設クラスのペイロードラックである微小重力科学グローブボックスを起動しチェックアウトしました。
ウィットソンは滞在中にNASA初の科学担当者となり、人間の生命科学や微小重力科学、商業ペイロードの21項目の調査を実施しました。 第5次長期滞在クルーは、2002年12月7日、STS-113で地球に帰還しました。 4907>
Expedition 16編集部
2度目のミッションとなったExpedition 16は、2007年10月10日にSoyuz TMA-11で打ち上げられた。 第16次長期滞在クルーのユーリ・マレンチェンコ、宇宙飛行士のイ・ソヨンとともに、2008年4月19日にソユーズTMA-11で地球に帰還しました。 この再突入では、ソユーズ推進モジュールの分離がうまくいかず、「弾道再突入」と呼ばれる地表重力の約8倍の力がクルーに加わったことが大きな特徴である。 4907>
2007年12月18日、第16次長期滞在の4回目の宇宙遊泳でS4スターボードSARJ（Solar Alpha Rotary Joint）を点検していた際、ミッションコントロールの地上チームから、ウィットソンは5度目の船外活動でNASA史上最もEVA累積時間、およびEVA回数の多い女性飛行士となったことが知らされた。 船外活動の開始から3時間37分経過した時点で、ウィットソンはNASAのサニタ・ウィリアムズ宇宙飛行士を抜いて、29時間18分の累積時間を記録していたのです。 ISSの組み立てとメンテナンスのための100回目の船外活動が終了した時点で、船外活動の累積時間は32時間36分となり、船外活動の累積時間では第20位となった。 同じく第16次長期滞在中の6回目の宇宙遊泳で、船外活動の累積時間は39時間46分となり、2009年11月現在、船外活動の累積時間では23位となった。 Expedition 50、Expedition 51、Expedition 52
Peggy Whitsonが、2016年11月19日にカザフスタンのバイコヌール宇宙基地から17日に打ち上げたExpedition 50/51で国際宇宙ステーションに到着した。 第51次長期滞在のコマンダーとなった。 彼女を乗せたエクスペディション50/51の打ち上げにより、56歳のウィットソンは、宇宙飛行を行った女性として最高齢となった。 このミッションで彼女は、ジェフ・ウィリアムズが記録した534日を上回り、アメリカ人宇宙飛行士の累積宇宙滞在日数の記録を更新した。 2017年4月上旬、彼女のミッションは国際宇宙ステーションでさらに3カ月延長された。 9月3日、NASAのジャック・フィッシャーとロスコスモスのフョードル・ユルヒキンを伴って、ソユーズカプセルのそれまで空いていた席で帰還した。
2017年の1月にWhitsonはExpedition 50 commander Shane Kimbroughと7度目のEVA.を実施しました。 EVAでは、3つの新しいアダプタープレートを取り付け、ISSのバッテリーを交換するための方法を準備する電気コネクタを接続しました。 船外活動の所要時間は6時間32分。 ウィットソンは、女性宇宙飛行士の最高齢記録を更新し、サニタ・ウィリアムズと並ぶ女性宇宙飛行士の通算記録（7回）を更新しました。 7回目のEVA完了後、Whitsonの累積EVA時間は46時間18分となり、通算EVA時間13位となった
2017年4月24日、WhitsonはNASAの宇宙飛行士の最長宇宙滞在時間記録を公式に更新した。 その結果、彼女はアメリカのドナルド・トランプ大統領と大統領の娘イヴァンカ、そして同僚の宇宙飛行士キャスリーン・ルビンズから、大統領執務室からテレビ中継で電話を受けることになったのです。 その日のインタビューで彼女は『このような記録を破ることは実際に大きな名誉ですが、NASAのすべての人々を代表して戻ってきたことは私にとって名誉です』と宣言しました」
2017年5月12日、ウィットソンはジャック・フィッシャーと共にキャリア9回目の船外活動を行った。 機器の漏えいによる短い遅延の後、彼らはExPRESS Logistics Carrier（ELC）と呼ばれる右舷トラス上のアビオニクスボックスを交換し、ストレージプラットフォームとした。 時間は4時間13分で、ISSで実施された200回目のEVAだった。
2017年5月23日、WhitsonはFischerと共にキャリア10回目のEVAを実施した。 彼らは、2017年5月20日に故障したバックアップのマルチプレクサ・デマルチプレクサ（MDM）ユニットを交換した。 時間は2時間46分で、WhitsonのEVA累積時間は60時間を超え、EVA最多時間ランキングで3位となった。
2017年6月1日、Whitsonは国際宇宙ステーションの指揮をFyodor Yurchikhinに譲り、彼とWhitson、Jack Fischerが2017年9月にSoyuz MS-04で地球に帰還するまでExpedition 52の指揮官に任命されました
Whitson が彼女のキャリアを通じて合計665日の宇宙滞在を積んで、9月3日に地球に戻ってきました。 この合計日数は、世界中のどの女性よりも、そしてどのアメリカ人よりも、宇宙での滞在日数が多いものでした。 彼女は、宇宙での総滞在時間ランキングで8位にランクインしています。 50/51/52の探検期間中の彼女の宇宙滞在期間は289日と5時間1分であった。 2020年6月、ABC-TVのTo Tell the Truthのエピソードで、パティ・ラベルが彼女を宇宙滞在時間記録保持宇宙飛行士として正しく選んだ際に、ウィットソンはゲストとして（2人の偽者とともに）出演している
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