Zajmował się też zagadnieniami rozwoju przyszłych pojazdów kosmicznych NASA. 2003–2004 – podczas lotu 8 stałej załogi Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wchodził w skład załogi wspierającej (Crew Support Astronaut). 2005 – w lutym został wyznaczony do załogi STS-116 jako specjalista misji. 2006 – w dniach 10–22 grudnia uczestniczył na pokładzie wahadłowca Discovery w misji STS-116. 2007 – w sierpniu dowodził 10-dniową podwodną misją NEEMO 13 (NASA Extreme Environment Mission Operations) realizowaną u wybrzeży Florydy przez NASA i NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). W eksperymencie wziął również udział Richard Arnold z korpusu astronautów NASA oraz japoński kandydat na astronautę Satoshi Furukawa. Rezultaty badań mają być wykorzystane przez NASA m.in. w pracach nad powrotem astronautów na Księżyc i ewentualnej misji załogowej na Marsa. 2010 – w dniach 8–22 lutego uczestniczył na pokładzie wahadłowca Endeavour w misji STS-130. W trakcie misji dostarczono na stację ISS łącznik Tranquility i moduł obserwacyjny Cupola.