למרות שיש למעבורות החלל לוח זמנים עמוס בהשלמת הקמת תחנת החלל הבינלאומית, יש עוד תפקיד אחד נוסף - שירות בטלסקופ החלל האבל. אם הכל מסתדר, מעבורת החלל אטלנטיס יבקר בהאבל זמן מה בסביבות אוגוסט 2008, כשהוא יוביל 7 אסטרונאוטים ואת החלקים הדרושים להם כדי להחזיר את האבל למצב ראשון במעלה.
במהלך 11 יום, האסטרונאוטים יבצעו בסך הכל 5 שבילי חלל. במהלך נסיעות אלה לשירות האבל, האסטרונאוטים יתקנו שני מכשירי מדע חדשים, ישדרגו מכשירים קיימים ויחליפו גירוסקופים, סוללות ושמיכות תרמיות כושלות. אטלנטיס גם יפרסם מחדש את מסלולו המתפורר של הטלסקופ.
אחת העבודות הקריטיות ביותר תהיה תיקון המצלמה המתקדמת לטלסקופ סקרים (ACS). זהו מכשיר האור הנראה שמייצר את התמונות היפות שהפכו את האבל למפורסם כל כך. המכשיר ספג תקלת חשמל בינואר 2007.
עם אוסף השדרוגים הזה, יש להאריך את חיי האבל לשנת 2013. דייוויד לקרון, מדען בכיר בפרויקט האבל ציין כי "כאשר האסטרונאוטים עוזבים את האבל בפעם האחרונה הם יהיו בקצה היכולות שלה - טוב יותר מאי פעם לפני." למעשה, עם השדרוגים הללו, האבל צריך להיות רגיש 90X מבעבר.
אחד האתגרים הייחודיים במשימה זו יהיה שהאסטרונאוטים יתקנו רכיבים שמעולם לא תוכננו לתיקון מסלול. במקרים מסוימים, האסטרונאוטים יצטרכו לפתוח ארגזים ולהחליף מעגלים.
האסטרונאוט הראשי ג'ון גרונספלד הסביר עד כמה מורכבת המשימה של תיקון המצלמה המתקדמת לסקרים, "אנו הולכים לעשות מעולם שלא נעשה מעולם. אנחנו הולכים להחליף מעגלים. אנו עובדים עם מאות ברגי מומנט מספר 4. אלה ברגים ממש זעירים. לא משנה מה תעשו, אל תאבדו בורג בתוך הטלסקופ. עלי לחתוך שמיכה אלקטרומגנטית במצלמות המתקדמות לסקרים שעלולה להשאיר קצוות חדים. אנחנו אסטרונאוטים, לובשים בלוני אוויר סביבנו ואנחנו לא אוהבים קצוות חדים. עם הסרתו, אז עלי להסיר 36 מהברגים האלה. אבל הם בזווית, כך שלא אוכל לראות או להגיע אליהם בקלות. התאמנתי במיכל מתחת למים ומתכנן להכיר כל אחד מהברגים האלה. "
כדי להדגים את הכלים שהוא עומד לעבוד איתם, ג'ון גרונספלד לבש את כפפות האסטרונאוט שלו במהלך הצגתו במסיבת העיתונאים של היום. "חשבתי שאני צריך כמה שיותר תרגול עם הכפפות האלה."
אפילו מותו של האבל מסודר. בשלב מסוים בשנת 2020, כאשר הטלסקופ מגיע סוף סוף לסוף חייו המשופרים, נאס"א מתכוונת לעגון רקטה לטלסקופ ואז להעביר אותו לאוקיאנוס. כחלק מתהליך זה, האסטרונאוטים יתקנו מודול עגינה מיוחד, כך שהרקטה המחסלת יכולה לחבר בקלות ולהשלים את משימתה העגומה.
