在歐洲哥倫布實驗艙與國際空間站成功對接后,美國航天飛機緊接著的主要任務是放飛日本“希望”,為國際空間站繼續添磚加瓦。從2008年3月11日起,美國航天飛機將分3次發射日本希望號實驗艙與國際空間站對接,即先發射希望號實驗后勤艙增壓段,然后發射希望號實驗艙增壓艙和遙控機械臂,最后發射暴露設施和實驗后勤艙暴露段。

與歐洲哥倫布號實驗艙一樣,日本希望號增壓艙對接在和諧號節點艙-2上,內裝多個國際標準有效載荷機柜、儲物機柜和系統機柜。日本實驗艙的研究項目以材料加工、蛋白質晶體生長和流體動力學為主。艙內日常可容納2名航天員,最多可容納4名航天員。

希望號遙控機械臂用于把實驗設備和有效載荷移進和移出增壓艙,以及在暴露設施上移動和定位有效載荷。遙控機械臂分內外兩部分,外遙控機械臂是一個6自由度的主機械臂,裝有執行更精密定位任務的小型精密機械臂;內遙控機械臂是航天員在增壓艙內就可操縱機械臂的操作控制臺。

希望號暴露設施位于增壓艙后端的氣閘艙下方,它為科學家提供一個暴露在空間環境中的研究平臺,可進行科學觀測、對地觀測、通信以及需要暴露環境的技術研究。它由2個實驗臺組成,可安裝10個需要暴露在空間環境中的有效載荷。暴露設施上裝有遙控機械臂,實驗設備由機械臂操作和控制。

希望號實驗后勤艙是日本實驗艙的主要儲存艙,用來儲存和供給實驗樣品、各種氣體和液體以及日本實驗艙的備件。實驗后勤艙增壓段位于增壓艙的頂部,直徑4.2米,高3.9米,重約5噸,內有8個機柜,用于為增壓艙運輸和儲存各種物品,還可作為增壓艙的附加實驗室或安全救生容器。該艙暴露段位于暴露設施前端,可容納3個有效載荷,用于為暴露設施儲備和提供物資。


在希望號實驗艙成功組裝到國際空間站后,日本還將用H-2B火箭發射H-2轉移飛行器(HTV),它是大型無人貨運飛船,主要用來運送日本各種實驗設施和成果。