과학기술부가 2000년 12월 러시아와 공동으로 우주비행사 양성계획을 수립하고, 2006년 4월에 우주비행사 모집공고를 한 이래, 전체 지원자 3만 6206명중 고산과 함께 최종후보 2인으로 선발되었다. 두 사람은 2007년 3월부터 러시아의 가가린 훈련센터에서 우주적응과 우주과학 실험수행을 위한 고등 훈련을 받았다.

2007년 9월 5일 고산이 우주비행사로 선정, 이소연은 고산이 만일의 문제로 탑승할 수 없을 경우를 대비 예비우주인으로 선정되었으나, 2008년 3월, 관련 보안 규정 위반으로 인해 이소연이 우주비행사, 고산이 예비우주인으로 변경되었다. 2008년 4월 8일, 이소연은 소유즈 우주선을 타고 대한민국 최초의 우주인이 되었다. 이로써 이소연은 전 세계적으로는 475번째, 전 세계 여성으로는 49번째, 아시아인으로는 2번째 우주인이 되었다.

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