Misja STS-110 (Atlantis F-25) Po raz pierwszy poleciał w kosmos jako specjalista misji (MS-1) w składzie załogi wyprawy STS-110. 8 kwietnia 2002 wystartował z Przylądka Canaveral. Na pokładzie promu Atlantis znajdowali się także: Michael J. Bloomfield (dowódca misji), Stephen N. Frick (pilot wahadłowca), Ellen L. Ochoa (MS-2), Lee M. E. Morin (MS-3), Jerry L. Ross (MS-4) oraz Steven L. Smith (MS-5). 10 kwietnia prom przycumował do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Po ok. dwóch godzinach astronauci przeszli z wahadłowca na jej pokład. Następnego dnia Walheim i Smith przez blisko osiem godzin pracowali w otwartej przestrzeni kosmicznej przy montażu dwunastotonowej kratownicy. 13 kwietnia Ross i Morin podczas EVA-2 kontynuowali rozpoczęte prace. Dzień później Walheim i Smith ponownie pracowali na zewnątrz stacji, tym razem przez sześć i pół godziny. W tym czasie przygotowywali do jazdy próbnej wózek poruszający się po zamontowanej uprzednio kratownicy. 16 kwietnia Ross i Morin zainstalowali czterometrową drabinę, służącą astronautom do przechodzenia ze śluzy Quest na kratownicę. Ponadto zamontowali oświetlenie zewnętrzne. 17 kwietnia wahadłowiec odcumował od ISS, pozostając jeszcze przez dwa dni na orbicie okołoziemskiej.