2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在重返大气层时发生爆炸，美国宇航局的首要任务是开发一种方法来检查航天飞机在轨道上的热保护系统。美国宇航局想要获得卫星外表面以前无法进入的区域的详细视图。它还希望宇航员能够到达这些区域进行维修。
为了达到这个目标，NASA在航天飞机现有的40英尺长的机械臂上增加了一个40英尺长的伸缩臂。这一额外的距离使宇航员能够在太空轨道上从飞船内部详细地观察航天飞机机翼的前缘和下腹部。除了摄像机，吊杆末端还有一个平台，可以在需要维修时容纳船员。
美国宇航局的工程师相信繁荣可以检查穿梭的整个外表面。但是，可以安全有效地支持宇航员进行维修吗？只有一种方法可以找到出来。当航天飞机发现从2006年7月4日从肯尼迪航天中心抬起时，它配备了新的繁荣，宇航员迈克尔E. FOSSUM和Piers J.卖家被分配了在模拟修理时使用它的任务。
为了了解宇航员及其工具在零重力状态下进行维修时对吊杆施加的力，NASA的工程师们在平台上安装了一种特殊的负载测量设备，称为现场仪表接口(IWIF)。该仪器被放置在吊杆和一个连接脚的约束装置之间，用于在太空行走时保护宇航员。
设计IWIF.
IWIF由Hamilton-Sundstrand公司(Windsor Locks, CT)、波音公司(芝加哥)和Oceaneering International公司(休斯顿)联合开发。传感器制造商JR3 Inc. (Woodland, CA)为该仪器提供了称重传感器。该测压元件是JR3的一款现成产品的定制版本，这种传感器通常用于装配线上的机器人。安装在手臂和末端执行器之间的测压元件使机器人在操作工具和部件时具有触觉。Oceaneering公司的项目工程师Greg Vaselakos说，对测压元件的主要要求是尺寸、范围和分辨率。Vaselakos说:“JR3有一个小型测压元件，符合项目所需的范围，尽管该公司以前没有(提供)航空航天硬件，但它愿意与我们合作进行我们要求的改变。”
测压元件位于宇航员脚下。这样做的目的不是测量宇航员用手在航天飞机表面施加的力，而是测量在宇航员的身体阻尼了施加的载荷后，作用于关节足部约束和吊杆结构上的力。
柯特·卡尔顿，波音公司的高级工程师，提出了把测压元件放在脚部约束装置底部的想法。脚的约束是一个靴子板类似于一对滑雪板的捆绑。它有一个插入航天飞机和国际空间站插座的探测器。插座和约束装置都是标准设计。该团队制作了一个适配器，测压元件在中间，可以插入吊杆末端的插座。适配器有另一个插座，足部约束插入。
“整个IWIF组件非常小，因为机组人员必须将设备搬到平台上并安装。为了使荷载均匀分布，大多数测压元件倾向于成为大而平的板。我们需要一些紧凑的东西，”卡尔顿说。
JR3的总裁John Ramming说:“我们的多轴测力元件相对较小，可以测量6个自由度。”“在笛卡尔坐标系中，它将测量施加在X、Y和Z轴上的力，然后测量施加在这三个轴上的扭矩，然后转换为所有6个自由度。”
NASA选择的原始JR3称重池直径为5英寸，约1英寸厚。“当我们进入负载牢房的实际设计和能力时，它有点大，”Vaselakos说。“最终设计直径约为7英寸，厚1.5英寸。”
JR3的标准测压元件是由铝制成的。不过，该公司也可以用钛来制造它们。“这对我们来说非常有趣，因为钛的强度使我们能够增加安全边际。钛的强度明显高于铝，”Vaselakos说。
钛在测量应变方面也具有良好的材料性能。它“给予”并返回到它原来的状态。IWIF需要一个灵活的结构，在加载后返回到原始配置。
最后的测压元件有32个应变片和6个双通道加速度计。“加速度计帮助我们理解运动。Vaselakos解释道。
IWIF上的数据记录器是电池供电。数据记录器中的电池还为装载电池中的加速度计和应变计激励。该系统由轨道器的后尾甲板上的笔记本电脑控制。命令和数据通过射频通信发送到录像机和录像机。
因为测压元件直接在宇航员的脚下，所以它是一个结构载荷路径，必须满足一系列严格的要求。所有设计用于太空的东西都必须满足高安全边际。卡尔顿说，规则总是为了安全而过度设计，这样宇航员就不会受伤。
最终的结果并不迷人。它看起来像一个长长的鞋盒，里面的仪器被包裹在多层绝缘毯里，但它做得很好。
模拟失重
航天飞机的机械臂经过了多年的测试，但测压元件必须进行压力测试，以确保它能像预期的那样在太空中继续记录数据。IWIF在美国宇航局的中性浮力实验室进行了测试，该实验室是一个620万加仑的游泳池，用来模拟零重力条件。这个实验室也是训练宇航员如何使用新仪器的地方。中性浮力实验室宽100英尺，长200英尺，深40英尺。水下是空间站、航天飞机的有效载荷舱和航天飞机的机械臂的复制品。
一个担忧是，如果宇航员在80英尺长的吊杆末端耗费太多的力，就会给手臂的关节施加非常大的负载，造成所谓的“刹车打滑”。这种效应会把宇航员推离航天飞机。美国宇航局的分析团队估计，在对吊杆末端进行维修时，手臂承受的力不应超过10磅。
“仔细想想，10磅的力是非常小的，”卡尔顿说。“有了IWIF的数据，我们计划能够修改电动工具和执行维修任务所需的运动。这些工作中的许多类似于填充石膏岩的裂缝。一种铲子式的工具用来打磨我们专门为在轨修复设计的特殊填充物。碳复合材料修复的另一个操作非常类似。宇航员使用的是从填缝枪中取出的陶瓷聚合物粘合剂。一旦铺好，它就会附着在表面。
“我们相信，我们的分析是保守的，手臂足够强大，能够承受大约10磅的力，这可能会导致刹车打滑。”
但是，每个人都不同。即使是在不同时间使用相同运动的同一个人也可以不同地施加力量，并且美国宇航局工程师几乎不可能分析。从轨道中运行IWIF的数据将是唯一可以肯定的方法。这些数据还将有助于培训宇航员进行太空散步，并有助于工程师设计零重力修复工作的设计工具。例如，该工具可能需要更灵活，或者它们可能需要某种类型的负载缓解设备。
使命取得了成就
在2006年7月的班车航班期间，宇航员被固定到铰接脚束缚，插入仪表包，然后进入80英尺繁荣的尖端。虽然宇航员模拟修复运动，但仪器测量的力，运动和加速度施加到延伸部的末端。主要目标是确定可以施加到臂的最大力，同时保持稳定的臂位置。即使是外部空间的失重的简单运动也可能导致远离最佳实验室环境中预测的反应。IWIF满足了所有的期望。它收集的数据现在正在海洋工程空间系统公司进行处理。7月的飞行证明，IWIF可以成功地用于检查和修复航天飞机的外表面。
