L'orbite de transfert de Hohmann
Imaginée par Walter Hohmann en 1925, cette trajectoire utilise deux impulsions : une pour quitter l'orbite de départ et entrer sur l'ellipse de transfert, et une seconde pour s'insérer sur l'orbite d'arrivée. Le transfert Terre-Mars dure environ 259 jours. Le delta-v total est d'environ 5,6 km/s (depuis l'orbite basse terrestre). C'est le transfert le plus économique en carburant, mais pas le plus rapide. Des trajectoires plus directes existent mais consomment beaucoup plus de carburant.
Les fenêtres de lancement
Les planètes doivent être dans une configuration géométrique précise pour qu'un transfert de Hohmann fonctionne. La fenêtre de lancement revient à chaque période synodique : environ 780 jours (2 ans et 50 jours) pour Mars, 584 jours pour Vénus. Si une fenêtre est manquée, il faut attendre la suivante. C'est pourquoi les missions vers Mars sont lancées par grappes tous les 26 mois environ. La période synodique se calcule par : 1/P_syn = |1/P1 - 1/P2| où P1 et P2 sont les périodes orbitales.
Au-delà du transfert de Hohmann
Le transfert de Hohmann est optimal pour les orbites circulaires coplanaires, mais les orbites réelles sont elliptiques et inclinées. Les missions utilisent souvent des assistances gravitationnelles (flybys) pour économiser du carburant. Voyager 2 a utilisé les assistances de Jupiter, Saturne et Uranus pour atteindre Neptune. La sonde MESSENGER a effectué 6 survols (Terre, Vénus, Mercure) avant de se mettre en orbite. Les trajectoires à faible poussée (moteurs ioniques) suivent des spirales plutôt que des ellipses.