Během prosince 1990 a ledna 1991 proběhla zpětná montáž modulů RCS a OMS, spojená s nezbytnými prověrkami. V sobotu 9. února byla Discovery přemístěna do VAB ke spojení s motory SRB a s odhazovací nádrží ET. O šest dní později (15. února) se kompletní sestava přesunula na rampu 39A. Zde ji již od 7. února očekávala převážná většina užitečného zatížení.

V podstatě šlo o tři velké bloky. První z nich představoval sledovací systém IBSS (Infrared Backgroung Signature Survey), situovaný na kostře německé víceúčelové družice SPAS (od firmy MBB). Tato družice o celkové hmotnosti 1805 kg, použitá poprvé v únoru 1984, nesla řadu dalších zařízení: především dvě vysoce citlivé televizní kamery, schopné zachytit raketoplán i na noční straně oběžné dráhy, čehož astronauti později použili ke zpětnému zaměřování přístrojů SPAS. Dále tu byly dva rastrující infračervené detektory, chlazené 300 litry kapalného hélia kvůli zvýšení citlivosti. Potom komplex přístrojů pracujících bez podchlazení, který sestával ze dvou dalších detektorů infračerveného zaření, z osmi detektorů záření v ultrafialové oblasti a ze dvou čidel schopných registrovat viditelné světlo. Paletu na víceúčelové kostře družice uzavíral spektrometr. Celý tenhle soubor měl za úkol ověřit možnoost identifikace útočných prostředků případného protivníka, což patřilo do rámce strategické obranné iniciativy (SDI), známější pod pojmem příprav na "hvězdné válku".

Druhý blok nákladu, o rozměrech 4,6 x 4,6 m a celkové hmotnosti 4458 kg, nesl souhrnný název AFP-675 (Air Force Program 675) s úkoly podobnými jako IBSS. Jeho hlavní část tvořil infračervený dalekohled CIRRIS-1A (Cryogenic Infrared Radiance Instrumentation for Shuttle). Také on byl chlazen kapalným héliem. Poprvé putoval do vesmíru za podmínek přísného utajení již v roce 1982 pod hlavičkou CIRRIS 1, ale pro selhání záklopky na apertuře nic nenaměřil. Kromě jeho inovované verze 1A o průměru zrcadla 570 mm se na paletě druhého bloku nacházely ještě další přístroje: kamera FAR-UV, pracující ve vzdálené ultrafialové oblasti spektra, kamera URA (Uniformly Reduindant Array) pro zachycení velmi slabých hvězdných zdrojů rentgenového záření, HUP, přístroj pro měření ultrafialového záření zemského horizontu (Horizon Ultraviolet Program) a konečně hmotnostní spektrometr QINMS (Quadrupole Ion Neutral Mass Spectrometer) vhodnýá ke zjištění výskytu ionizovaných i neutrálních plynů v okolí raketoplánu.

Třetí souhrn přístrojů o hmotnosti 1926 kg byl umístěn na speciální příhradové konstrukci ukotvené v zadní části nákladového prostoru. Patřil sem především komplet STP-1 (Space Test Program 1), který v sobě zahrnoval společné geofyzikální přístroje NASA a USAF: kameru UVLI (Ultraviolet Limb Imaging Experiment), určenou ke snímkování horizontu Země v ultrafialovém světle, dále zkušební zařízení ALFE (Advanced Liquid Feed Experiment) pro studium transportu kapalin v beztížném stavu, se speciálním zaměřením na palivové nádrže, pak systém SKIR (Shuttle Kinetic Infrared Test), sloužící ke sledovéní infračerveného záření samotného raketoplánu, dále APM, detektor částic poletující uvnitř nákladového prostoru v průběhu startu (Ascent Particle Monitor) a konečně i magnetooptický disk, spojený s počítačem, jenž měl sledovat chování této vysokokapacitní paměti za podmínek kosmického letu v rámci experimentu DSE (Data System Experiment).

Tato komplikovaná sestava užitečného zatížení očekávala na příjezd raketoplánu na rampě 39A, uzavřená v klimatizované prostoře PCR (Payload Changeout Room) v nitru obslužné věže a teprve 16. února ji technici se vší opatrností přemístili do nákladového prostoru Discovery.

Vedle uvedených přístrojů byly sem ještě umístěny již dříve tři malé družice typu CRO-A, -B, -C (Chemical Release Object) o hmotnosti od 75 do 85 kg, obsahující monometylhydrazin (A), asymetrický dimetylhydrazin (B) a oxid dusičitý (C). K nim patřila ještě další, v pořadí čtvrtá družice STP-1 (Space Test Program 1), která představovala jedinou přísně utajenou složku tohoto letu.