航天动力学是研究航天器和运载器、运输器在飞行中所受的力及其在力作用下的运动的学科。又称星际航行动力学。

航天动力学的研究内容包括：航天器的质心运动，称轨道运动；航天器相对于自身质心的运动，称姿态运动；与航天器发射、航天器轨道机动有关的火箭的运动。

航天器的飞行过程一般可以分为三个阶段：①发射段。航天器由运载火箭、航天飞机携带，从地面起飞达到预定的高度和速度的阶段。②运行轨道段。航天器主要在万有引力等自然界外力作用下运动的阶段。有时为了保持预定的轨道，需要施加一定的推力；有时作轨道机动则需要对航天器施加比较大的推力。③降落轨道段。一些航天器需要返回地球表面或降落在目标天体的表面。这时航天器在火箭推力、气动阻力（或升力）等作用下，离开运行轨道向天体表面降落。在以上各阶段中，航天器运动都包含轨道运动和姿态运动两个部分。

按研究内容可分为航天器动力学和火箭动力学。航天器动力学又分为航天器轨道动力学、航天器姿态动力学和航天器再入动力学。研究航天器质心运动的学科。经典天体力学研究自然界天体的运动，在研究大行星、月球运动的基础上，总结出轨道摄动理论。航天器轨道动力学是在这个基础上发展起来的。

20世纪50年代末在一些航天器相继发射成功后，轨道动力学发展成为与工程实践密切联系的应用学科，其研究内容也超出了传统的天体力学范围。主要包括轨道理论研究和轨道应用研究。

①轨道理论研究。目的在于精确地求出航天器任意时刻的位置和速度。轨道理论以天体力学中的摄动理论为基础。将航天器轨道分为两部分：一部分是简化理论轨道；另一部分是实际轨道和简化理论轨道的差，称为轨道摄动。求解轨道摄动的方法有近似解析法和数值积分法。轨道理论研究是轨道应用研究的基础。

②轨道应用研究。包括轨道设计、轨道确定、摄动因素研究等。航天器与自然天体的区别是其轨道可以人为地选择和控制，业已设计成功的实用轨道主要有地球静止轨道、回归轨道、太阳同步轨道、极轨道、冻结轨道等。根据测量数据确定航天器轨道的过程称为轨道确定。与自然天体相比，航天器的运动角速度大，且与地球站保持无线电联系。在以自然天体为研究对象的古典轨道确定方法基础上，逐步形成了更实用的方法，满足了精度高、实时性强的要求。精确测得的轨道又为研究摄动因素提供信息，用以研究天体引力场、天体形状、大气密度等。研究航天器绕其质心运动或航天器各部分之间的相对运动的学科。求出任意时刻的航天器姿态是姿态动力学的基本任务。其具体过程是：建立动力学模型，分析作用力和力矩，建立和求解运动方程。根据航天器的任务，航天器在运行过程中要求保持一定的姿态或改变姿态。为此，要寻求简单、经济的稳定方式和机动方法。姿态稳定和姿态机动方法可根据消耗能源的情况分为：①被动式。不需要供给能源，利用自然环境和航天器运动的特性，如重力梯度稳定、自旋稳定等。

②主动式。需要消耗能源，如采用推力系统的三轴稳定、以飞轮为主的三轴稳定。

③半主动半被动式。是前两种方式的合理组合，适时地施加控制力矩用以克服自然界的干扰，实现姿态长期稳定。研究航天器进入行星大气层或再入地球大气层时的质心运动和姿态运动的学科。航天器再入动力学的基础是经典力学、变质量力学、空气动力学、控制理论。其任务是求出任意时刻航天器的质心运动参数和姿态运动参数。求解方法主要是数值积分法。设计的目标是寻求一条在着陆点精度、过载峰值、气动力加热等方面均满足设计要求的再入（或进入）轨道。研究运载器、运输器质心运动和姿态运动的学科。火箭动力学的基础是经典力学、变质量力学、空气动力学、控制理论。任务是求出任意时刻火箭的运动状态，分析火箭姿态运动的稳定性。

研究内容包括：①建立和求解火箭运动方程。包括轨道方程和姿态方程。求解方法主要是数值积分法。②火箭轨道优化。能完成使命的火箭轨道往往有许多条，在满足航区安全和地面跟踪测量的前提下，选出一条最佳轨道。所谓最佳，有时指运载量最大，有时指精度最高，有时指飞行时间最短等。③姿态稳定性分析。在外界干扰力矩作用下并考虑箭体弹性、液体晃动等情况下分析火箭飞行的稳定性。

轨道测定是利用观测数据测定航天器轨道的过程。工作内容包括初轨测定和轨道改进。测定出的轨道为轨道控制、轨道修正、目标定位、观测预报和其他学科的研究提供基本参数。轨道测定的方法来源于天体力学。早期天体力学中，轨道测定的对象是自然天体，已形成了完整的测定方法。这些方法原则上都适用于航天器的轨道测定。但是，与自然天体相比，航天器运动角速度大，与地面站保持有无线电联系，适时性往往很强，因而逐步形成了一些独特的方法。轨道测定的基本理论包括轨道摄动理论、轨道误差估算理论和高维线性方程组的计算方法等。