美国宇航局的任务收集科学数据，以帮助科学家和工程师更好地了解地球和太阳系中其他行星和物体的特征和环境。这些任务为未来的探索提供了信息。火星上的那些人最终将帮助美国宇航局确定未来人类探索和火星基地的最佳地点。每次任务都会收集数据，激发更多问题——科学家们希望使用机器人探测器上的科学仪器来回答这些问题。
美国宇航局向太阳系发送了三种类型的机器人探测器：卫星、着陆器和漫游车。卫星，飞越或轨道航天器，从远处探索行星的特征，对行星的大片区域进行观测。着陆器在他们的着陆点进行观测，并在一个位置进行更深入的科学研究。漫游者在其行驶范围内的各个位置进行深入观察。每种类型的机器人探测器都有其优点，并且用于不同的目的，具体取决于所观察的行星和所需的观察类型。
所有机器人探测器都有一些共同点，包括主总线（航天器主体）、通信天线和电力系统。主总线可以是任何形状，并包含航天器的主要电子设备和计算机模块。常用的天线有低增益天线和高增益天线。低增益天线通常看起来像短旗杆，并以低数据速率进行通信。高增益天线呈抛物面形状，通常以更高的数据速率进行通信。它们对于远距离与地球通信特别有用。太阳能发电系统通常用于火星上的航天器，因为火星离太阳足够近，可以有效地收集太阳能。有时，火星航天器使用放射性同位素热电发电机电源。火星卫星目前使用太阳能。
本课程重点介绍卫星、轨道天文台，这些天文台提供全球背景并为未来的着陆器和漫游车任务提供信息。卫星携带仪器（有时称为“探测器”、“探测器”或“传感器”）进行观测。卫星仪器可以提供地表特征的详细地图和图像，帮助工程师和科学家决定下一个漫游车或着陆器的着陆点。卫星仪器还可以进行各种科学实验，包括频谱分析、重力测量和雷达观测，仅举几例。光谱分析，或研究各种表面材料发射或反射的光，可用于表征表面材料。重力测量可以为科学家提供有关卫星飞过的各种物质密度的线索。雷达可以通过反射率提供有关表面特征的信息，还可以穿透地面以确定裂缝和空隙等地下特征。
美国宇航局及其国际合作伙伴运营着几颗地球观测卫星，这些卫星沿着同一轨道“轨道”紧密跟随。这组协调的卫星被称为A-Train，其几乎同时进行的科学观测在推进我们对地球科学的了解并将其应用于造福社会方面发挥着关键作用。
每台仪器都由不同的工程师和科学家团队设计、测试和组装。仪器团队必须与主要卫星设计团队合作，以确保仪器质量合适、适合正确并维持环境测试。
一旦卫星建成，就会测试其承受发射振动的能力。如果卫星未能通过此测试，则必须重新设计卫星。美国宇航局的振动测试是在振动台上进行的，振动台是卫星连接和来回摇晃的装置，模拟发射过程中将遇到的力。还对航天器进行了其他环境测试，包括热和声学测试。对于此活动，学生将仅模拟振动测试。
在考虑小型航天器结构时，材料选择是最重要的。必须满足物理性能（密度、热膨胀和抗辐射性）和机械性能（模量、强度和韧性）的要求。典型结构的制造涉及金属和非金属材料，每种材料都有优点和缺点。金属往往更均匀和各向同性，这意味着每个点和每个方向的特性都是相似的。非金属，如复合材料，在设计上是不均匀和各向异性的，这意味着性能可以根据定向载荷进行定制。最近，基于树脂或光敏聚合物的增材制造已经发展到足以制造各向同性部件。一般来说，结构材料的选择取决于航天器的运行环境，同时确保发射和操作载荷有足够的余量。审议必须包括更具体的问题，例如热平衡和热应力管理。还必须考虑有效载荷或仪器对释气和热位移的敏感性。
增材制造 （AM） 增加了 SmallSats 的定制结构解决方案，并展示了复杂结构的高吞吐量。曾经无法触及增材制造的材料现在在高端系统中很容易获得。AM曾经只用于二级结构，现在已经看到了一级结构的扩展 - 特别是在小型CubeSat或PocketQube总线中。
然而，对于较大的立方体卫星和进化的消耗性运载火箭（EELV）二级有效载荷适配器（ESPA）小型卫星，由铝合金制成的传统加工组件仍然在主要结构中占有一席之地。二级结构，如太阳能电池板、保温毯和子系统，附着在主要结构上。它们独立存在，几乎不传递关键的结构载荷。当一个主要结构失效时，就会发生任务的灾难性失效，虽然次级结构的失效通常不会影响航天器的完整性，但它会对整个任务产生重大影响。这些结构类别可以作为很好的参考，但对于特别受体积限制的小型航天器来说可能很难区分。对于SmallSats来说尤其如此，因为这些航天器的功能可能与全尺寸总线相似，但分配器或展开环提供的体积成为限制因素。因此，结构部件必须尽可能提高体积效率。主要结构部件需要具有多种功能，以最大限度地提高体积效率。这些功能可能包括热管理、辐射屏蔽、压力控制，甚至应变驱动。这些通常被分配给大型航天器中的二级结构部件。
结构设计不仅受不同子系统和发射环境的影响，还受航天器应用和预期环境的影响。自旋稳定和 3 轴稳定系统有不同的配置，所使用的仪器对结构提出了要求。一些仪器需要机制，例如可展开的吊杆，以在磁力计和航天器之间产生足够的距离，以尽量减少对测量的结构影响。航天器外部和内部材料以及电子子系统需要在特定的任务环境中理解（例如，空间充电效应）。
在快速周转产品中，高度可配置或模块化系统可能是可取的，因为原型设计、固件和软件开发可以进一步扩展到航天器设计周期中，飞行硬件在循环中。卡槽系统不仅提供这些优势，而且当与某些标准配对时，它们仍然可以满足与当前 CubeSat “堆叠”电子设备和有效载荷的方法相同的结构、机械和散热要求。
小型卫星机构在可展开的结构、执行器和开关方面取得了进步。可展开的结构能够以最小的体积要求实现大型结构应用。执行器和开关机构通过运动和部署应用扩展了小型卫星的功能。这些机制使小型卫星的能力得到提高，超出了原来的结构体积限制。
本章概述了辐射效应和一些缓解策略，因为辐射暴露会影响小型航天器的结构设计。对于在低地球轨道外运行且辐射暴露增加的小型卫星，任务规划者可能还需要考虑与特定辐射环境相关的风险缓解策略。这包括以太阳辐射为主的行星际任务和极地低地球轨道（PLEO）任务，其中太阳辐射风险在两极上空增加。此外，随着2025年太阳极大期的临近（1），随着太阳粒子事件（SPE）数量的增加，任务规划者将需要考虑许多轨道环境。
下文所述信息并非详尽无遗，但概述了当前最先进的技术及其对特定小型航天器子系统的发展状况。应该注意的是，技术准备级别 （TRL） 名称可能会随着特定于有效载荷、任务要求、可靠性考虑和/或性能展示环境的变化而变化。强烈建议读者与公司联系，以获取有关所述技术的性能和 TRL 的更多信息。无意提及某些公司，而根据其技术或与NASA的关系而省略其他公司。
在小型航天器市场中，主要结构（通常称为框架或底盘）通常有两种通用方法：商用现成 （COTS） 结构和定制加工或印刷部件。大多数COTS产品都是针对CubeSat市场的，这并不奇怪。通常，COTS结构可以简化开发，但前提是任务、子系统和有效载荷要求的复杂性符合特定COTS结构的设计意图。定制的机加工结构使特定任务的系统和有效载荷设计具有更大的灵活性。典型的商用结构是为低地球轨道应用和有限的任务持续时间而设计的，其中屏蔽要求仅限于范艾伦带的有限辐射防护。
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