第 3.1 節 - 設計因素
本節介紹影響多種子系統元素設計的因素。最明顯的因素是定義系統應該做什麼的一組要求，以及用來評價設計好壞的標準。要求和標準在第 1.5 節中討論過。
這些因素涉及不同技術的效能水平及其成熟度。專案或設計應該為給定技術假定一致的效能值和假設。這需要在設計中的不同子系統之間以及不同的替代設計選項之間進行。例如，如果在一個備選方案中使用了 100W/kg 的太陽能電池板功率/質量比，那麼在其他設計備選方案中也需要使用相同的值。
技術的成熟度或準備度是衡量其從最初想法發展到普遍使用的程度。美國宇航局開發了技術準備度等級 (TRL) 來描述技術的現狀。TRL 越高，對給定技術的成本和效能的不確定性就越小。應該注意瞭解技術的實際狀態，並留出適當的風險裕度。
這些因素涉及給定的材料、元件、子系統、人力技能或設施是否可用於給定的專案。給定的設計選項可能需要供應有限的元件。即使它們效能更好，如果專案需要它們時不可用，它們會導致不可接受的延遲。供應有限的原因包括：具有生產該物品技能和能力的供應商數量、他們目前的訂單積壓、他們從供應商那裡需要的上游資源、進出口限制、可能的生產中斷、智慧財產權以及現有的合同協議。任何不明顯供應充足的物品都應核實其可用性，至少要確定一家能夠滿足專案需求的供應商。在某些情況下，專案本身可以開發能力來提供給定的物品，但這會帶來額外的任務。
- 材料選擇 - 這涉及如何為設計的不同部分選擇材料。通常，材料選擇會涉及除強度和熔點等明顯因素之外的多種因素。當重量很重要時，強度/密度比很重要，對於太空系統來說大多數時候都是這樣。材料成本。材料的合格意味著經過足夠的測試以瞭解給定的材料在給定的用途上的工作效果。新材料可能沒有經過足夠的測試。
- 設計裕量
- 設計壽命
- 腐蝕和疲勞
整合是將較低階元件組合成執行一組功能的較高階元素的過程。
- 設計預算
系統將對有限的物品（例如元件質量、維護時間、通訊或命令輸入）有預算。這些預算適用於多個子系統，必須進行估計、分配和跟蹤。
- 可測試性
- 子系統互動
這是對不同系統相互施加的影響的考慮。這些可能包括加速度、振動、熱量、電磁、輻射等。
你無法設計人類（至少現在還不行），因此你必須將人類特徵納入設計中。這包括加速度耐受性等物理因素，以及學習和執行操作任務的有限能力等心理極限。
人類有各種尺寸。因此，座椅和控制介面必須適應不同的眼睛位置、眼睛聚焦、手臂伸展範圍、手部尺寸和其他特徵。諸如宇航服之類的裝置要麼需要適合使用者範圍，要麼需要進行人員選擇以將尺寸範圍限制在適合裝置的範圍內。太空專案資料的一個來源是美國宇航局的人機系統整合標準，但是由於大多數系統都與人類互動，因此這個話題在地球上已經引起了很多關注，因此必須設計這些系統以與人類互動。
操作複雜系統不是直觀的，因此人類操作員必須接受任務培訓。它要求自然技能的數量加上培訓必須適合給定船員的能力。對於長時間執行，可能需要對不經常執行的任務進行再培訓。模擬器用於以較低的成本進行培訓，並用於訓練危險情況，例如發動機失效。因此，除了設計操作硬體外，還必須在設計中考慮培訓媒體、講師和模擬器。
任何設計都必須能夠經受住它所處的各種環境。這些將包括生產、儲存、運輸和操作環境。我們可以將環境大致分為兩類：物體和空間，因為前者具有不同的區域性條件。
太陽系及其以外存在著各種各樣的天體，地球就是其中之一。這些天體的環境條件差異很大，而且個體天體上的區域性環境條件也千差萬別，因此我們不會嘗試列出所有個體細節。相反，我們將重點關注在設計中應考慮的環境引數型別及其可能帶來的影響。對於特定地點，可以參考之前科學或其他資料來源獲取詳細資訊。如果這些資訊不可用，則可能需要新的觀測或訪問才能獲取當地資料。
如果一個天體擁有大氣層，則應考慮以下幾個條件。
- 靜壓 - 系統的內部元素，例如人類，可能需要特定的條件。如果外部壓力過高或過低，則設計需要包含一個壓力殼來維持所需的壓力水平。
- 動壓 - 這些是由運動中的大氣（風）或系統在大氣中運動產生的力。結構必須設計成除了靜壓以外還要承受這些力。輕型或大型結構可能會因動壓載荷而彎曲或發生整體位移。
- 成分 - 大氣層可能含有與系統硬體發生反應的氣體。例如，地球上的氧氣和水，以及金星上的硫酸。一些氣體易燃（快速反應）系統排放或洩漏的物質。例如，洩漏的氧氣罐在甲烷大氣中可能會發生燃燒。
- 塵埃 - 大氣層可以輸送塵埃和更大的顆粒。這些顆粒會磨損表面，或沉積在表面並積累。塵埃可能干擾機械裝置，並對生物體造成危害。
- 凝結 - 在某些條件下，大氣成分可以凝結成液體或固體形式，然後由於密度較高而以雨雪的形式降落。非常小的凝結顆粒可能以霧和雲的形式懸浮在空中。對設計的影響包括表面凝結以及降雨和積雪在裝置和地面上的積累。
- 透明度 - 大氣層由於在特定波長上部分或完全不透明，可以降低能見度、通訊，並過濾進出光和熱。透明度可能是由大氣中的氣體、塵埃或凝結造成的，並且可能發生變化。
系統元素的平衡溫度包括太陽輻射、任何存在的大氣層的熱量傳輸以及來自固體或液體地面的熱量傳輸。大多數天體都在旋轉，因此太陽輻射量會隨時間而變化。如果它們的軌道是顯著的橢圓形，那麼太陽輻射量也會隨距離而變化。大氣可以透過輻射、對流和傳導傳輸熱量。在一定程度上，大氣是透明的或不存在的，熱量可以損失到宇宙的極冷背景溫度中。在物體表面附近、表面上或表面以下執行的系統，除了太陽輻射以外，還會從物體中獲得一些熱量。
一個正常執行的系統通常也會從元件的操作中產生內部熱量，因此平衡溫度是在內部和外部熱流平衡時產生的結果。如果該溫度高於或低於系統執行所需的溫度，則必須新增散熱器、加熱器和隔熱等元件，以將內部溫度控制在所需範圍內。
在地球上，所有地點的重力水平都在標準值（9.80665 m/s2）的幾個百分比之內。對於其他天體，除了氣態巨行星以外，重力水平通常更低，變化也更大。當水平低於生物或工業過程的需求時，可能需要透過旋轉產生人工重力。如果重力水平非常低，以至於摩擦力或重量錨定無法像在地球上那樣發揮作用，則可能需要特殊的運動和固定方法。當存在顯著的重力水平時，設計需要考慮由此引起的結構載荷，以及物體對載荷的承受能力以及物體支撐載荷的能力。
幾乎所有地點都會從放射性衰變、太陽風和耀斑、俘獲粒子帶以及宇宙射線等多種來源接收輻射。除了自然來源以外，系統中還可能包含人工來源，例如放射性同位素發生器、加速器以及各種型別的反應堆。人類和其他生物、敏感電子裝置以及某些儀器會受到高輻射水平的影響。對於點源，可以利用距離來進行防護，對於其他來源則需要使用各種型別的遮蔽。最佳遮蔽型別因輻射型別而異，設計中的其他部分可以透過其質量和排列來提供遮蔽。
太陽是太陽系的主要光源。它為加熱和供電、光合作用和其他化學反應以及自然照明提供來源。當沒有被大氣層過濾時，光譜的高能部分（紫外線及以上）對人類和其他生物體有害，並可能降解其他材料。由於物體上的夜間陰影或系統元素內部的陰影，缺乏陽光可能需要人工照明。
在沒有顯著大氣層的天體上，暴露位置的設計應考慮流星的自然通量。長期暴露會導致表面出現坑窪，在極少數情況下，更大的撞擊會導致更嚴重的損壞。
天體表面可能會經歷諸如地震、火山活動、強降雨和洪水、大風、沙塵暴、火災等瞬態事件。它們還會經歷季節性和長期變化，例如表面融化和地形變化。系統應透過設計特徵或對低頻事件進行財務保險來考慮此類事件的頻率和嚴重程度。
太空環境並沒有出現大型天體不存在的全新引數類別，但每個引數的細節將有所不同。
顯著的大氣層受重力的束縛，與巨大的天體相連，但它們會逐漸過渡到存在於不同天體之間的背景介質中。地球大氣的上層會延伸到最低穩定軌道之外。雖然稀薄，但該區域中的導電等離子體和原子物種會影響硬體。這組粒子不同於輻射組，因為它們能量較低，因此無法穿透固體物體。
由於太空環境中的密度較低，它具有較低的熱傳導率，因此它內部的溫度（由粒子速度決定）可能與嵌入其中的物體的溫度截然不同。出於設計目的，系統元素將主要受到太陽輻射、附近物體反射的光或陰影以及熱量損失到寒冷的宇宙背景的影響。
由於重力是透過平方反比定律作用的，因此它永遠不會完全消失，只是隨著距離的增加而減弱。對於軌道上的物體，重力表現為軌道的形狀，這會影響設計，例如變化的通訊距離、陽光和陰影時間以及到達所需目的地所需的時間。當硬體元素相對於巨大物體的距離很小時，系統不同部分的自由軌道軌跡幾乎相同。因此，設計需要考慮元素之間缺乏力的因素。大型結構會看到重力的差異，稱為潮汐，使用推進或旋轉的物體會看到類似於重力的作用力。
太空環境通常比地球表面具有更高的輻射水平。來源包括來自太陽的紫外線和粒子輻射以及宇宙射線。具有強磁場的星體，如地球和木星，可以捕獲粒子並形成具有特別高輻射水平的**輻射帶**。輻射水平可能會因太陽耀斑等短期事件而發生顯著變化。有關輻射的其他設計因素，請參閱之前“物體環境”部分下的“輻射”標題。
太空環境中的光通量與之前“物體環境”中提到的設計影響相同。不同之處在於它不受任何大氣的過濾，以及根據位置的不同，存在不同的晝夜迴圈或沒有晝夜迴圈。
太空環境包含從塵埃顆粒到各種尺寸的已追蹤物體的自然固體顆粒（通常為 1 米）。除了自然粒子外，還有人造碎片、失效硬體和仍在執行的硬體。設計需要考慮小顆粒的隨機撞擊，以及追蹤和避開較大物體，或以其他方式考慮因此類撞擊造成的損壞風險。