¿Es posible que un astronauta retenga la respiración por un tiempo y se quite el casco como lo haría bajo el agua sin ahogarse o perder oxígeno?

Varias personas han estado expuestas al vacío, o cerca del vacío durante accidentes en la tierra. Por ejemplo:
Prueba temprana de la cámara de vacío de la NASA salió mal

También se realizaron pruebas con animales en el vacío y la conclusión fue que sería una experiencia extremadamente desagradable pero:

“Es muy poco probable que un humano expuesto repentinamente a un vacío tenga más de 5 a 10 segundos para ayudarse a sí mismo. Si hay ayuda inmediata, aunque la apariencia y la condición de la persona sean graves, es razonable suponer que la recompresión a un “La presión tolerable (200 mm Hg, 3.8 psia) dentro de 60 a 90 segundos podría resultar en la supervivencia, y posiblemente en una recuperación bastante rápida”.

Retener el aliento sería lo peor que podría hacer, pero si tuviera la oportunidad de exhalar antes de la exposición, podría ayudar.

Aquí hay un artículo más completo:
Descompresión explosiva

La presión en el traje espacial es de 5 psia. No es posible mantener esa presión en los pulmones. Sus pulmones se romperán a medida que se expandan hacia su abdomen. Tu sangre hervirá debido al vacío del espacio.
Podría ser posible exhalar fuertemente en el vacío y sobrevivir unos segundos de exposición al vacío espacial. Serás magullado y quemado por la exposición al vacío a la que podrías sobrevivir.

Aguante la respiración, no, por las razones que se indican a continuación. La conciencia útil se mide en aproximadamente 5-15 segundos, dependiendo de la cantidad de O2 que hay en su sangre.