人造地球卫星的动力学研究涉及三个关键阶段：发射段、轨道飞行段以及返航段。发射段是运载火箭将卫星送入轨道的初始阶段，需要解决火箭最优化问题，即在满足轨道要求下，以最小的动能消耗确定发射方式。火箭运动受地球引力、大气阻力和喷气推力影响，解决方法主要依赖数值计算来确定初始条件和最佳轨道。
轨道飞行段，即卫星绕地球运行阶段，主要受地球引力控制，尽管可能需要微调姿态，但火箭推力和大气阻力相对较小，可以视为典型的天体力学问题。在这个阶段，卫星在地球稠密大气层外运动，形成近似椭圆轨道。
返航段则是卫星完成任务后返回地面的过程，火箭发动机再次启动，以减速并进入大气层。这一阶段面临气动热问题，需要考虑卫星形状设计、耐高温材料和冷却措施。减速轨道的选择也至关重要，以确保安全返回。大气阻力制动在此期间扮演重要角色，尽管与地球引力相比不算小，但它与发射段的受力情况相似，却又增添了新的挑战。
地球的非均匀密度、形状不规则以及太阳辐射压力和天体影响等因素使得卫星运动成为更为复杂的广义限制性多体问题，与理想化的质点模型大相径庭。在计算卫星轨道时，需要考虑地影对光压摄动的影响，以及卫星快速运动导致的轨道快速变化，这就需要发展新的实用计算方法，以适应现实条件并满足观测精度需求，从而丰富了天体力学的理论内容，如变换理论、中间轨道理论和共振理论等。
天文动力学 astrodynamics 天体力学的一个新的分支，研究人类从地球上向空间发射的各种飞行器的运动，又称人造天体动力学。就目前情况来说，人造天体基本上分为三类：人造地球卫星、月球火箭和行星际飞行器。这三类人造天体在运动过程中出现的力学问题互不相同，从而又各自形成了人造地球卫星动力学、月球火箭动力学和行星际飞行器动力学。