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  這次飛行的主要目的是交付和安裝尋求號氣密艙。尋求號氣密艙是一種加壓飛行元件,由兩個圓柱形的艙室連線在一起,由一個連線艙壁和艙門。一旦安裝並啟動,國際空間站氣閘就成為國際空間站太空行走進出美國宇航服的主要路徑,這種航天服被稱為艙外移動單元,即EMU。此外,尋求號氣密艙的設計也支援俄羅斯的奧蘭太空服進行EVA活動。  尋求號氣密艙長20英尺(6.1米),直徑13英尺(4.0米),重6.5短噸(5.9公噸)。它是由空間站的馬歇爾太空飛行中心承建商波音公司建造的。尋求號氣密艙有兩個主要部件:一個機組氣閘和一個裝置氣密艙,用於儲存EVA齒輪和EVA的預飛前裝置。STS-104還攜帶一個帶有四個高壓氣體組裝容器的空間托盤,這些集裝箱附在氣閘外部。  任務專家邁克爾·格恩哈特和James Reilly進行了三次太空行走,亞特蘭提斯號太空梭被停靠在國際空間站。他們總共在外面呆了16個小時30分鐘。在第一次太空行走中,格恩哈特和Reilly協助安裝了氣密艙。在第二次和第三次艙外行走中,他們將工作重點放在四個高壓氣罐、扶手和其他重要裝置的外部裝備上。第三次太空行走是從尋求號氣密艙本體進行的。  STS-104是由五名宇航員編組的最後一次太空梭任務。此後所有成功的任務都有6或7名任務成員(不包括最後一次任務STS-135,僅有4名任務成員)。

  STS-104是第一次搭載“Block II”SSME飛行的太空梭飛行任務。發射後分析表明,發動機關閉時發生了異常現象。2001年11月,STS-108任務確定了原因,並驗證了緩解辦法。

  在雙子座計劃期間,美國宇航局開始了向宇航員演奏音樂的傳統,這項計劃最初是在阿波羅15號的時候用來喚醒宇航員的。每首曲子都是特別選取的,通常是由成員組的家人選擇的,對成員組中的個別成員有特殊的意義,或者適用於他們的日常活動。
STS-104是太空梭飛往國際空間站的亞特蘭提斯號太空梭飛行任務。其主要目標是安裝尋求號氣密艙並幫助在國際空間站進行維護。本次任務是成功的,並且在成功的對接、裝置安裝和三次太空行走之後,它成功地返回了地球。