¿Los astronautas toman solo oxígeno o una mezcla de otros gases (aire normal) usando cilindros de oxígeno?

Depende de donde se encuentren.
Las primeras misiones de Estados Unidos volaron en atmósferas puras de O2, normalmente a presiones parciales. (de la parte superior de mi cabeza 3.4psi, pero no me cites en eso).
Después del incendio del Apolo 1, esto se cambió a una mezcla más normal de N2 / O2 en el suelo, pero después del lanzamiento, la atmósfera se redujo gradualmente a un ambiente de O2 puro. (El fuego del Apolo 1 fue en parte tan horrible porque la cápsula se presurizó a aproximadamente 17 psia (3 + psig sobre la presión atmosférica normal para simular la presión interna en el espacio) de O2 puro.

Esto se hizo para mantener las cosas menos complejas y ahorrar peso. Además, dado que cuanto mayor es la presión en un traje espacial, más difícil es trabajar, lo que facilitó que Apollo y Géminis pasaran de una cápsula presurizada directamente al espacio.

En el transbordador espacial por una variedad de razones, utilizaron una atmósfera de 2 gases de N2 y O2 a presiones atmosféricas normales. Esto fue en parte porque hizo mucho más fácil hacer muchos experimentos en el espacio. El aire era esencialmente el mismo que en el suelo para que pudieran controlarlo.

Esto es lo mismo en la estación espacial. Sin embargo, esto significa que los astronautas que planean realizar un EVA deben “acampar” en la cámara de aire durante 24 horas o más a medida que la presión del aire disminuye y se elimina el nitrógeno para que no se doblen cuando trabajan en los trajes espaciales de presión más baja. (Los diseños de trajes espaciales actuales requieren presiones más bajas para que el astronauta pueda doblar sus articulaciones más fácilmente (aunque los diseños generalmente tienen cambios de volumen cero para eso, pero para los dedos es especialmente importante).

Así que la respuesta es … en un traje espacial, es prácticamente O2 puro a una presión mucho menor, en la estación espacial y Soyuz (y presumiblemente Dragon V2) es una mezcla.

La atmósfera se mantiene a aproximadamente 760 mmHg (14.7 psi), con 78% de nitrógeno y 21% de oxígeno. El 1% restante está compuesto por productos metabólicos como el dióxido de carbono. La humedad se mantiene entre 40-70%.

Mirando la telemetría actual desde el Nodo 1, podemos ver:

Presión total: 755 mmHg
ppO2: 170.99 mmHg: 22.64%
ppN2: 580.72 mmHg: 76.90%
ppCO2: 3.4 mmHg: 0.45%