STS-125 transporte un mécanisme de capture afin de l'installer sur le télescope. Une fois en place, ce mécanisme permettra à un engin robotisé de s'arrimer à Hubble, dans le but de le désorbiter de façon sécurisée à la fin de sa vie. C'est un mécanisme circulaire, comportant des structures d'arrimage et des cibles pour permettre l'approche automatique du désorbiteur.
La mission va aussi ajouter deux nouveaux instruments à Hubble. Le premier instrument est le Cosmic Origins Spectrograph, qui sera le spectrographe dans les ultraviolets le plus sensible installé dans le télescope. En effet, son canal dans les UV lointains est 30 fois plus sensible que les appareils précédents, et deux fois plus sensibles dans les UV proches. Le second instrument, la Wide Field Camera 3, est une caméra grand-angle panchromatique, capable d'enregistrer un large intervalle de longueurs d'ondes, incluant les infrarouges, le domaine visible, et les ultraviolets.
L'infrastructure du télescope est aussi contrôlée et améliorée par l'ajout d'un Fine Guidance Sensor, chargé de gérer les systèmes directionnels de Hubble, le remplacement complet des 6 gyroscopes (dont seulement 3 fonctionnaient encore), de nouvelles batteries, et enfin l'installation de nouveaux éléments d'isolation, plus efficaces et nécessaires pour le fonctionnement des nouveaux détecteurs.
Les modules de transport, utilisé pour stocker les charges utiles dans la soute, sont le Super Lightweight Interchangeable Carrier (SLIC), contenant la Wide Field Camera 3, les nouvelles batteries et un radiateur. Le module de transport ORU contient le Cosmic Origins Spectrograph et le FGS-3R. La Flight Support Structure (FSS) utilisé pour maintenir Hubble en place durant les réparations. Et, enfin, le Multi-Use Lightweight Equipement Carrier (MULE) qui sert à stocker les outils utilisés par l'équipage durant les sorties extra véhiculaires.
En plus des objets habituels, tels que les patchs, drapeaux et objets personnels de l'équipage, il y a un ballon de basketball officiel des Harlem Globetrotters, ainsi que celui qu'Edwin Hubble utilisait quand il jouait pour l'Université de Chicago en 1909.
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À la fin de Septembre 2007, Warner Bros. Pictures et IMAX Corporation ont annoncé une coopération avec la NASA pour la production d'un nouveau film qui racontera l'histoire du télescope spatial Hubble. Une caméra IMAX 3D voyagera vers le HST dans la soute d'Atlantis.
IMAX a déjà réalisé plusieurs films centrée sur l'espace, comme Destiny in Space, The Dream Is Alive, Mission to Mir, Blue Planet, Magnificent Desolation: Walking on the Moon 3D, et le premier voyage d'IMAX vers l'ISS en 2001, pour réaliser Space Station 3D.
L'astronaute Michael J. Massimino a utilisé la plateforme Twitter pour documenter et suivre l'entrainement ainsi que les préparatifs de la mission. Il a annoncé vouloir, durant ses pauses, expédier des notes depuis l'espace, ce qu'il a effectivement réussi à faire. En effet, la première note de Massimino après le lancement dit : "From orbit: Launch was awesome!! I am feeling great, working hard & enjoying the magnificent view, the adventure of a lifetime has begun!" ("Depuis l'espace : le départ a été fantastique ! Je me sens bien, je travaille dur, je profite de la vue superbe, l'aventure de ma vie a commencé !"). C'est la première personne à utiliser Twitter depuis l'espace.