Hoạch định Nhiệm vụ & Kỹ thuật Hệ thống Không gian

Kỹ thuật hệ thống đóng vai trò "nhạc trưởng" trong một dự án không gian. Nó đảm bảo rằng tất cả các hệ thống con phức tạp (như động cơ đẩy, thông tin liên lạc, máy tính, tải trọng khoa học) hoạt động hài hòa với nhau, đáp ứng các yêu cầu tổng thể của nhiệm vụ và được phát triển trong giới hạn về chi phí và thời gian.

Mảnh vỡ không gian, từ các vệ tinh cũ hoặc các tầng tên lửa, di chuyển với tốc độ cực lớn và có thể gây ra va chạm thảm khốc cho các vệ tinh đang hoạt động hoặc các tàu vũ trụ có người lái. Việc giảm thiểu mảnh vỡ là rất quan trọng để đảm bảo sự an toàn và bền vững của các hoạt động trong không gian.

Cửa sổ phóng là một khoảng thời gian cụ thể mà một tên lửa phải được phóng để đạt được quỹ đạo mong muốn. Đối với các nhiệm vụ liên hành tinh, cửa sổ phóng có thể rất hẹp và chỉ xuất hiện vài tuần một lần sau mỗi vài năm, khi các hành tinh ở vị trí phù hợp.

Trong thiết kế nhiệm vụ, các kỹ sư thường phải đối mặt với các quyết định đánh đổi. Ví dụ, thêm nhiều nhiên liệu hơn sẽ tăng khả năng cơ động (delta-v) nhưng cũng làm tăng khối lượng, đòi hỏi tên lửa phóng mạnh hơn và tốn kém hơn. Phân tích đánh đổi là quá trình cân nhắc các lựa chọn này để tìm ra giải pháp tối ưu.

Một nhiệm vụ không gian thường bao gồm các giai đoạn: Concept & Feasibility (Ý tưởng & Khả thi), Design & Development (Thiết kế & Phát triển), Launch & Early Operations (Phóng & Vận hành ban đầu), Operations (Vận hành), và End-of-Life (Kết thúc vòng đời).

Quản lý rủi ro bao gồm việc xác định các rủi ro tiềm ẩn (kỹ thuật, chi phí, lịch trình), phân tích xác suất và tác động của chúng, và phát triển các kế hoạch để giảm thiểu hoặc ứng phó với chúng. Trong ngành không gian, việc có các hệ thống dự phòng (redundancy) là một chiến lược giảm thiểu rủi ro phổ biến.

Hợp tác quốc tế giúp chia sẻ chi phí và rủi ro khổng lồ của các nhiệm vụ không gian, tận dụng thế mạnh công nghệ của các quốc gia khác nhau, thúc đẩy ngoại giao khoa học và cho phép thực hiện các dự án đầy tham vọng mà một quốc gia đơn lẻ không thể tự làm được, như Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).

Quá trình này thường bắt đầu bằng các câu hỏi khoa học lớn (ví dụ: "Có sự sống trên sao Hỏa không?"). Cộng đồng khoa học sẽ đề xuất các khái niệm nhiệm vụ để trả lời những câu hỏi này. Các cơ quan không gian sau đó sẽ đánh giá các đề xuất này dựa trên tính khả thi kỹ thuật, chi phí và tiềm năng khoa học để lựa chọn nhiệm vụ sẽ được tài trợ và phát triển.

Một khi tàu vũ trụ đã được phóng, việc sửa chữa gần như là không thể. Do đó, mọi thành phần và toàn bộ hệ thống phải được thử nghiệm cực kỳ nghiêm ngặt trên mặt đất trong các điều kiện mô phỏng môi trường không gian (chân không, nhiệt độ khắc nghiệt, rung động) để đảm bảo chúng sẽ hoạt động như mong đợi.

Để tránh tạo thêm mảnh vỡ không gian, các vệ tinh hiện đại phải có kế hoạch xử lý khi hết nhiệm vụ. Đối với vệ tinh ở quỹ đạo thấp (LEO), kế hoạch thường là sử dụng nhiên liệu cuối cùng để giảm độ cao và tự đốt cháy trong khí quyển. Đối với vệ tinh địa tĩnh, chúng sẽ được đẩy lên một "quỹ đạo nghĩa địa" (graveyard orbit) cao hơn để không gây cản trở.