En 2013, elle est sélectionnée par la NASA en tant que membre du groupe d'astronautes 21. Elle termine son entraînement de candidat‑astronaute en 2015, et s'envole le à bord de Soyouz MS-12 depuis le cosmodrome de Baïkonour au Kazakhstan pour sa première mission à bord de la Station spatiale internationale. Durant son séjour elle réalise, avec Jessica Meir la première sortie spatiale exclusivement féminine. À son retour le , elle détient avec 328 jours le record du plus long vol continu dans l'espace pour une femme.
En avril 2023 elle est assignée à l'équipage de la mission Artemis II prévue fin 2024, et devrait ainsi devenir la première femme à aller au delà de l'orbite terrestre basse et à survoler la Lune.
Christina Koch allumant un feu lors d'un entraînement de survie en 2013 .
En , elle est sélectionnée en tant qu'un des huit membres du groupe d'astronautes 21 de la NASA. Lors de sa formation, elle apprend le fonctionnement des systèmes de la station spatiale internationale, le pilotage d'avions T-38 Talon et T-6 Texan II et la manipulation du bras robotique Canadarm 2. Elle est également formée aux sorties extravéhiculaires (EVA) et apprend le russe. En 2018, elle est assignée à sa première mission, un vol de longue durée à bord de la station spatiale internationale[1]. Le elle est nommée en tant qu'une des 18 membres de l'Artemis Team, la rendant éligible à une mission du programme Artemis à destination de la Lune[2].
Expéditions 59/60/61
Jessica Meir et Christina Koch avant la première sortie spatiale entièrement féminine.
Elle s'envole à bord de Soyouz MS-12 le avec l'astronaute Nick Hague et le cosmonaute russe Alexeï Ovtchinine depuis le cosmodrome de Baïkonour au Kazakhstan pour une mission de longue durée à bord de la station spatiale internationale. Durant son séjour, l'équipage réalise des centaines d'expériences portant sur la biologie, l'étude de la Terre, la médecine, les sciences physiques et le développement de nouvelles technologies. Sa mission connaît également des points forts scientifiques tel que l'amélioration du spectromètre magnétique Alpha étudiant la matière noire, la croissance de cristaux de protéines pour la recherche pharmaceutique, et le test de l'impression 3D de tissus biologiques en microgravité[1].
Christina Koch s'extrayant de la capsule Soyouz à son retour sur Terre.
Au cours de sa mission elle participe à six sorties extravéhiculaires (EVA) sur les flancs de la station. La première a lieu le avec Nick Hague et dure 6 heures 45 minutes, les deux astronautes installant avec succès trois batteries lithium-ion en remplacement de six anciennes batteries nickel-hydrogène. Christina Koch participe ensuite à une série de deux EVA en compagnie de l'astronaute Andrew Morgan les 6 et d'une durée respective de 7 heures 01 minutes et 6 heures 45 minutes afin de continuer le remplacement des batteries, cette fois-ci sur le segment P6, tout à l'extrémité de la poutre de la station spatiale internationale. Le , elle participe avec Jessica Meir à la première sortie dans l'espace entièrement féminine d'une durée de 7 heures et 17 minutes afin de remplacer un contrôleur de batterie[Note 1] installé lors de la précédente EVA ayant échoué à s'activer. Pendant l'EVA elle reçoivent par ailleurs un appel du président Donald Trump depuis la Maison-Blanche pour les féliciter de cette première[3]. Elles effectuent ensemble deux EVA supplémentaires les 15 et d'une durée respectives de 7 heures29 minutes et 6 heures58 minutes pour compléter le remplacement des batteries[4].
Après avoir participé aux expéditions 59, 60 et 61, elle rentre sur Terre le à bord de Soyouz MS-13 avec l'astronaute de l'ESALuca Parmitano et le cosmonaute russe Alexandre Skvortsov. Avec 328 jours13 heures et 58 minutes, il s'agit du plus long vol spatial jamais réalisé par une femme[1],[5].
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