Wymiana żyroskopów jest jednym z najważniejszych celów misji Atlantisa. Tworzą one system ustawiania teleskopu, a połowa z nich nie działa. Astronauci Michael Massimino i Michael Good wymienią w piątek wszystkie sześć żyroskopów i trzy prawie dwudziestoletnie baterie Hubble'a. Dzień wcześniej inny zespół zainstalował w teleskopie nową kamerę i komputer pokładowy. Misja Atlantisa jest piątą i ostatnią misją, mającą na celu naprawę teleskopu Hubble'a, który został umieszczony na orbicie okołoziemskiej w 1990 roku. NASA chce wymienić jak najwięcej jego elementów w nadziei, że uda się przedłużyć jego funkcjonowanie do 2014 roku, kiedy gotowy będzie następca słynnego teleskopu. Planowanych jest w sumie sześć wyjść w przestrzeń kosmiczną, tak aby teleskop pozostał w pełni sprawny w trakcie ostatnich lat swojej służby. Ostatnim zadaniem astronautów Atlantisa będzie przymocowanie pierścienia dokującego, za pomocą którego w przyszłości automatyczny pojazd kosmiczny połączy się z teleskopem i pokieruje nim tak, aby spadł do morza.