اذا لم تجد ما تبحث عنه يمكنك استخدام كلمات أكثر دقة.
عند عودتها إلى الولايات المتحدة بعد خدمتها في هيئة السلام، استقرت في لوس أنجلوس، كاليفورنيا، حيث فتحت عيادتها الخاصة والتحقت بدورات على مستوى الدراسات العليا في الهندسة. ألهمتها رحلات سالي رايد وجيون بلوفورد عام 1983 للتقدم إلى برنامج رواد الفضاء. فتقدمت جيمسون لأول مرة إلى برنامج تدريب رواد الفضاء التابع لناسا في أكتوبر عام 1985، لكن وكالة ناسا أجلت اختيار المرشحين الجدد بعد كارثة مكوك الفضاء تشالنجر عام 1986. قدمت طلبًا جديدًا عام 1987 واختيرت من بين ما يقرب من ألفي متقدم لتكون أحد خمسة عشر شخصًا في المجموعة الثانية عشر لرواد فضاء ناسا، أول مجموعة تم اختيارها بعد تحطم تشالنجر. غطتها وكالة أسوشييتد بريس لكونها أول رائدة فضاء سوداء عام 1987. وقدمتها قناة سي بي إس جيمسون كواحدة من "أكثر العاذببات المؤهلات" في البلاد في برنامج Best Catches، وهو عرض تلفزيوني خاص استضافته فيليشيا رشاد وروب ويلر عام 1989.
تضمن عمل جيمسون مع ناسا قبل إطلاق المكوك أنشطة دعم الإطلاق في مركز كينيدي للفضاء في فلوريدا والتحقق من برمجات حواسيب المكوك في مختبرالمكوك لإلكترونيات الطيران التكاملية. في 28 سبتمبر 1989، اختيرت للانضمام إلى طاقم STS-47 كإخصائية مهمة رقم أربعة وعُينت أيضًا كأخصائية مهمة علمية، وهو دور رائد فضاء جديد يتم اختبارته ناسا للتركيز على التجارب العلمية.
حلقت جيمسون في مهمتها الفضائية الوحيدة من 12 حتى 20 سبتمبر 1992، فيSTS-47 وهو بعثة تعاونية بين الولايات المتحدة واليابان، والبعثة المكوكية الخمسين. سجلت جيمسون 190 ساعة و 30 دقيقة و 23 ثانية في الفضاء ودارت حول الأرض 127 مرة. قُسم الطاقم إلى مناوبتين وعُينت جيمسون في المناوبة الزرقاء. طوال المهمة التي استمرت ثمانية أيام، كانت تبدأ الاتصالاتها في نوبتها بالتحية " Hailing frequencies open"، المقتبسة من فلم ستار تريك أخذت جيمسون معها ملصقًا من مسرح ألفين آيلي للرقص الأمريكي. كما أخذت تمثالًا من غرب إفريقيا وصورة لبيسي كولمان، أول أمريكي أفريقي يحمل رخصة طيران دولية.
حملت STS-47 وحدة مختبر الفضاء الياباني، وهي بعثة تعاونية بين الولايات المتحدة واليابان شملت 43 تجربة في علوم الحياة ومعالجة المواد في اليابان والولايات المتحدة. دربت جيمسون ورائد الفضاء الياباني مامورو موهري على استخدام تمارين التغذية الراجعة الانعكاسية. وهي تقنية طورتها باتريشيا س. كاوينغز التي تستخدم الارتجاع البيولوجي والتدريب الذاتي المنشأ لمساعدة المرضى على مراقبة وضبط أجسادهم كعلاج ممكن لأمراض الحركة والقلق والاضطرابات المرتبطة بالتوتر.
اختبرت جيمسون على متن وحدة مختبر الفضاء الياباني نظام المعالجة بالسوائل التابع لناسا، وهو مجموعة من الإجراءات والمعدات لإنتاج المياه للحقن، التي طورتها شركة ستيرماتكس، ثم استخدمت أكياس IV وطريقة خلط طورتها شركة باكستر للرعاية الصحية، لاستخدام الماء من العملية السابقة في إنتاج محلول ملحي في الفضاء. كانت جيمسون أيضًا باحثة مساعدة في تجربتين لأبحاث خلايا العظام. هناك تجربة أخرى شاركت فيها وهي حث الضفادع على الإباضة وتخصيب البيض، ثم رؤية كيفية تطور الضفادع الصغيرة في حالة انعدام الجاذبية.
استقالت جيمسون بعد عودتها إلى الأرض من وكالة ناسا في مارس 1993 بهدف إنشاء شركتها الخاصة. وعبرت لاحقًا هومر هيكام مديرة التدريب والمؤلفة في ناسا التي درّبت جيمسون على رحلتها، عن أسفها لأنها غادرت.