Lancez une balle et elle retombe en décrivant une courbe. Lancez-la suffisamment vite et sa courbe épouse la surface de la Terre ; elle continue donc à tomber indéfiniment. C'est ce qu'on appelle une orbite, et la mécanique orbitale décrit le mouvement des objets sous l'effet de la gravité dans l'espace.

Ce domaine est impitoyable. Une petite erreur au mauvais moment peut se transformer en un grave échec par la suite. Les planificateurs de mission calculent les trajectoires des planètes des semaines, voire des mois à l'avance, en tenant compte de la gravité des différents corps célestes et des effets de la pression de radiation solaire.

Concepts fondamentaux

• Les lois de Kepler sur le mouvement planétaire
• Delta-v, la variation de vitesse nécessaire pour une manœuvre
• Transfert d'orbites entre deux corps
• L'assistance gravitationnelle des planètes

Tout dépend du delta-v. Le carburant représente une masse, la masse un coût, et chaque manœuvre doit être justifiée. Les concepteurs de missions optent souvent pour des itinéraires plus lents et plus complexes car ils consomment moins de propergol.