En enero de 1978 Judith Resnik fue seleccionada como candidata a astronauta de la NASA y en agosto de1979 completó un año de entrenamiento y evaluación. La doctora Resnik trabajó en la NASA para el desarrollo del Orbitador, incluyendo software experimental, el Sistema Manipulador Remoto (SMR) y técnicas de entrenamiento.
Su primera misión espacial fue en la misión STS 41-D del Discovery. En esta misión, la primera del Discovery, Resnik sirvió como especialista de misión. El lanzamiento tuvo lugar el 30 de agosto de 1984 en el Centro Espacial Kennedy, Florida.
La misión tuvo una duración de 7 días durante los cuales la tripulación activó con éxito el experimento del ala de celda solar OAST-1, lograron desplegar tres satélites: SBS-D, SYNCOM IV-2, y el TELSTAR 3-C, llevaron a cabo el experimento CFES-III, un experimento sobre cristales de estudiantes y un experimento de fotografía usando una cámara de película IMAX. La tripulación ganó entre sus compañeros el mote de “Icebusters” (“Cazahielos”) al retirar con éxito partículas de hielo que estaban suspendidas en las proximidades del Orbitador usando el SMR. La misión STS 41-D completó 96 órbitas alrededor de la Tierra para finalmente terminar la misión con el aterrizaje en la Base Edwards de la Fuerza Aérea en California el 5 de septiembre de 1984.
Con esta misión Resnik registró un total de 144 horas y 57 minutos en el espacio.
Resnik fue asignada a la misión STS 51-L del transbordador espacial Challenger que despegó del Centro Espacial Kennedy, Florida a las 11:38:00 EST (16:38:00 UTC) el 28 de enero de 1986. Los 7 tripulantes que había en la nave fallecieron instantáneamente al impactar la cabina del Challenger en aguas del océano Atlántico, tras una larga caída de casi tres minutos.
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