การเบรกด้วยแรงต้านอากาศ (Aerobraking)เป็นเทคนิคการบินอวกาศ ที่ลดจุดสูงสุดของวงโคจรวงรี ( จุดอะโปแอพซิส ) โดยการบินผ่านชั้นบรรยากาศณ จุดต่ำสุดของวงโคจร ( จุดเพริแอพซิส ) แรงต้านที่เกิดขึ้น จะทำให้ ยานอวกาศช้าลงการเบรกด้วยแรงต้านอากาศถูกใช้เมื่อยานอวกาศต้องการวงโคจรต่ำหลังจากเข้าใกล้ดาวเคราะห์ที่มีชั้นบรรยากาศ เนื่องจากใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่าการใช้แรงขับเพื่อชะลอความเร็ว เทคนิคที่รุนแรงกว่าคือ การจับยึดด้วยแรงต้านอากาศ (Aerocapture ) ซึ่งยานอวกาศใช้ชั้นบรรยากาศในการเข้าสู่วงโคจรโดยลดความเร็วจากวิถีการบินผ่าน

เมื่อยานอวกาศเดินทางระหว่างดาวเคราะห์มาถึงจุดหมายปลายทาง มันจะต้องลดความเร็ว ลง เพื่อเข้าสู่วงโคจรหรือลงจอด การที่จะเข้าสู่วงโคจร ต่ำเกือบเป็นวงกลม รอบวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วง สูง (ซึ่งจำเป็นสำหรับการศึกษาทางวิทยาศาสตร์หลายอย่าง) การเปลี่ยนแปลงความเร็วที่ต้องการอาจอยู่ในระดับกิโลเมตรต่อวินาที การใช้ระบบ ขับเคลื่อนตามสมการ จรวดกำหนดว่ามวลส่วนใหญ่ของยานอวกาศจะต้องประกอบด้วยเชื้อเพลิง ซึ่งจะลดน้ำหนักบรรทุกทางวิทยาศาสตร์และ/หรือต้องใช้จรวดขนาดใหญ่และราคาแพง หากวัตถุเป้าหมายมีชั้นบรรยากาศ การใช้แรงต้านอากาศ (aerobraking) สามารถช่วยลดความต้องการเชื้อเพลิงได้ การเผาไหม้เชื้อเพลิงในปริมาณน้อยช่วยให้ยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรวงรี ที่ยาว จากนั้นการใช้แรงต้านอากาศจะทำให้วงโคจรสั้นลงเป็นวงกลม หากชั้นบรรยากาศหนาพอ การโคจรผ่านเพียงครั้งเดียวก็เพียงพอที่จะปรับวงโคจรได้ อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วการใช้แรงต้านอากาศต้องใช้การโคจรหลายรอบในชั้นบรรยากาศที่สูงขึ้น ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบจาก ความร้อน จากการเสียดทานผลกระทบจากความปั่นป่วนที่ไม่สามารถคาดเดาได้ องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศ และอุณหภูมิ

การใช้แรงต้านอากาศในลักษณะนี้ช่วยให้มีเวลาเพียงพอหลังจากแต่ละรอบเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงความเร็วและทำการแก้ไขสำหรับรอบต่อไป การเข้าสู่วงโคจรสุดท้ายอาจใช้เวลานานกว่าหกเดือนสำหรับดาวอังคารและอาจต้องผ่านชั้นบรรยากาศหลายร้อยรอบ หลังจากรอบสุดท้าย หากยานอวกาศต้องการคงอยู่ในวงโคจร จะต้องได้รับพลังงานจลน์ เพิ่มเติม จากเครื่องยนต์จรวดเพื่อยกจุด ใกล้ที่สุด ของวงโคจรให้สูงกว่าชั้นบรรยากาศ หากยานต้องการลงจอด จะต้องสูญเสียพลังงานจลน์โดยใช้เครื่องยนต์จรวดเช่นกัน

พลังงานจลน์ที่สูญเสียไปจากการเบรกด้วยแรงต้านอากาศจะถูกแปลงเป็นความร้อนซึ่งหมายความว่ายานอวกาศต้องระบายความร้อนนี้ออกไป ยานอวกาศต้องมีพื้นที่ผิวและความแข็งแรงของโครงสร้างที่เพียงพอเพื่อสร้างและทนต่อแรงต้านที่จำเป็น อุณหภูมิและความดันที่เกี่ยวข้องกับการเบรกด้วยแรงต้านอากาศนั้นไม่รุนแรงเท่ากับการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศหรือการจับยึดด้วยแรงต้านอากาศการจำลองการเบรกด้วยแรงต้านอากาศของยานMars Reconnaissance Orbiterใช้ขีดจำกัดแรง ที่ 0.35 นิ วตันต่อตารางเมตร โดยมีพื้นที่หน้าตัดของยานอวกาศประมาณ 37 ตารางเมตร^ซึ่งเทียบเท่ากับแรงต้านสูงสุดประมาณ 7.4 นิวตัน และอุณหภูมิ สูงสุดที่คาดการณ์ไว้ ที่ 170  องศาเซลเซียส^{[ 1 ]}ความหนาแน่นของแรง (เช่น ความดัน) ประมาณ 0.2 นิวตันต่อตารางเมตร^{[ 2 ]}ที่กระทำต่อยานMars Observerในระหว่างการเบรกด้วยแรงต้านอากาศนั้นเทียบได้กับแรงต้านอากาศของการเคลื่อนที่ที่ 0.6  เมตร/วินาที (2.16  กิโลเมตร/ชั่วโมง) ที่ระดับน้ำทะเลบนโลก ซึ่งเป็นปริมาณโดยประมาณที่ประสบเมื่อเดินช้าๆ^{[ 3 ]}

ในส่วนของการนำทางยานอวกาศMoriba Jahเป็นคนแรกที่สาธิตความสามารถในการประมวลผลข้อมูลหน่วยวัดความเฉื่อย (IMU) ที่รวบรวมได้บนยานอวกาศระหว่างการเบรกด้วยแรงต้านอากาศ โดยใช้ตัวกรอง Kalman แบบไม่เจาะจง เพื่ออนุมานวิถีโคจรของยานอวกาศทางสถิติโดยไม่ขึ้นกับข้อมูลการวัดจากภาคพื้นดิน Jah ทำเช่นนี้โดยใช้ข้อมูล IMU จริงจากMars OdysseyและMars Reconnaissance Orbiterยิ่งไปกว่านั้น นี่เป็นการใช้ตัวกรอง Kalman แบบไม่เจาะจงเป็นครั้งแรก เพื่อกำหนดวงโคจรของวัตถุอวกาศที่มนุษย์สร้างขึ้นรอบดาวเคราะห์ดวงอื่น^{[ 4 ]}วิธีนี้ซึ่งสามารถใช้เพื่อทำให้การนำทางด้วยการเบรกด้วยแรงต้านอากาศเป็นไปโดยอัตโนมัติ เรียกว่า การวัดความเฉื่อยสำหรับการนำทางโดยใช้แรงต้านอากาศ (IMAN) ^{[ 5 ]}และ Jah ได้รับ รางวัล NASA Space Act Award สำหรับงานนี้

ยานอวกาศหลายลำใช้แผงโซลาร์เซลล์ในการจ่ายพลังงานสำหรับการทำงาน แผงเหล่านี้สามารถใช้เพื่อปรับปรุงการเบรกด้วยแรงต้านอากาศเพื่อลดจำนวนวงโคจรที่จำเป็น แผงจะหมุนตามอัลกอริทึมที่ขับเคลื่อนด้วย AI เพื่อเพิ่ม/ลดแรงต้านอากาศและสามารถลดเวลาการมาถึงจากหลายเดือนเหลือเพียงไม่กี่สัปดาห์^{[ 6 ]}

แอโรแคปเจอร์เป็นวิธีการที่เกี่ยวข้องแต่รุนแรงกว่า โดยไม่มีการจุดระเบิดเพื่อส่งยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรในขั้นต้น แต่ยานอวกาศจะพุ่งลงสู่ชั้นบรรยากาศโดยไม่มีการจุดระเบิดเพื่อส่งยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรในขั้นต้น และจะออกมาจากการผ่านชั้นบรรยากาศเพียงครั้งเดียวนี้โดยมีจุดสูงสุดของวงโคจรใกล้เคียงกับวงโคจรที่ต้องการ จากนั้นจึงใช้การจุดระเบิดแก้ไขเล็กๆ น้อยๆ หลายครั้งเพื่อเพิ่มจุดต่ำสุดของวงโคจรและทำการปรับแต่งขั้นสุดท้าย^{[ 7 ]}

เดิมทีวิธีการนี้ถูกวางแผนไว้สำหรับยานโคจรMars Odyssey ^{[ 8 ]}แต่ผลกระทบด้านการออกแบบที่สำคัญนั้นพิสูจน์แล้วว่ามีค่าใช้จ่ายสูงเกินไป^{[ 7 ]}

เทคนิคที่เกี่ยวข้องอีกอย่างหนึ่งคือการใช้แรงโน้มถ่วงช่วยซึ่งยานอวกาศจะบินผ่านชั้นบรรยากาศด้านบนและใช้แรงยกทางอากาศพลศาสตร์แทนแรงต้าน ณ จุดที่เข้าใกล้ที่สุด หากจัดวางอย่างถูกต้อง จะสามารถเพิ่มมุมเบี่ยงเบนให้สูงกว่าการใช้แรงโน้มถ่วงช่วย เพียงอย่างเดียว ส่งผลให้ค่าเดลต้า-วีมี ขนาดใหญ่ขึ้น ^{[ 9 ]}

แม้ว่าทฤษฎีการเบรกด้วยแรงต้านอากาศจะได้รับการพัฒนามาเป็นอย่างดี แต่การใช้เทคนิคนี้เป็นเรื่องยาก เนื่องจากจำเป็นต้องมีความรู้โดยละเอียดเกี่ยวกับลักษณะของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เป้าหมายเพื่อวางแผนการเคลื่อนที่ได้อย่างถูกต้อง ปัจจุบัน จะมีการตรวจสอบการลดความเร็วระหว่างการเคลื่อนที่แต่ละครั้ง และจะปรับเปลี่ยนแผนตามนั้น เนื่องจากยังไม่มียานอวกาศลำใดสามารถเบรกด้วยแรงต้านอากาศได้อย่างปลอดภัยด้วยตนเอง จึงจำเป็นต้องมีการเอาใจใส่อย่างต่อเนื่องจากทั้งผู้ควบคุมที่เป็นมนุษย์และเครือข่ายอวกาศห้วงลึกโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงท้ายของกระบวนการ เมื่อการผ่านของแรงต้านอากาศเกิดขึ้นถี่ขึ้น (ห่างกันเพียงประมาณ 2 ชั่วโมงสำหรับดาวอังคาร) NASA ได้ใช้การเบรกด้วยแรงต้านอากาศสี่ครั้งเพื่อปรับเปลี่ยนวงโคจรของยานอวกาศให้มีพลังงานต่ำลง ระดับความสูงของจุดสูงสุดของวงโคจรลดลง และวงโคจรเล็กลง^{[ 10 ]}

เมื่อวันที่ 19 มีนาคม พ.ศ. 2534 ยานอวกาศ ฮิเท็นได้สาธิตการเบรกด้วยแรงต้านอากาศ ซึ่งถือเป็นการเบรกด้วยแรงต้านอากาศครั้งแรกของยานสำรวจอวกาศลึก^{[ 11 ]}ฮิเท็น (หรือที่รู้จักกันในชื่อ MUSES-A) ถูกปล่อยโดยสถาบันวิทยาศาสตร์อวกาศและการบินอวกาศ (ISAS) ของญี่ปุ่น^{[ 12 ]}ฮิเท็นบินผ่านโลกที่ระดับความสูง 125.5  กิโลเมตรเหนือมหาสมุทรแปซิฟิกด้วยความเร็ว 11.0  กิโลเมตร/วินาที แรงต้านอากาศทำให้ความเร็วลดลง 1.712  เมตร/วินาที และระดับความสูงสูงสุดลดลง 8665  กิโลเมตร^{[ 13 ]}มีการดำเนินการเบรกด้วยแรงต้านอากาศอีกครั้งในวันที่ 30 มีนาคม

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2536 ได้มีการใช้การเบรกด้วยแรงต้านอากาศในระหว่างภารกิจขยายเวลาไปยังดาวศุกร์ของยานอวกาศแมเจลแลน^{[ 14 ]}โดยใช้เพื่อปรับวงโคจรของยานอวกาศให้เป็นวงกลมเพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวัดสนามแรงโน้มถ่วงสนามแรงโน้มถ่วงทั้งหมดถูกทำแผนที่จากวงโคจรวงกลมในระหว่างรอบ 243 วันของภารกิจขยายเวลา ในช่วงสิ้นสุดภารกิจ ได้มีการทำการทดลอง "กังหันลม" โดยความดันโมเลกุลในบรรยากาศจะสร้างแรงบิดผ่านปีกเซลล์แสงอาทิตย์ที่วางตัวในแนวคล้ายใบพัดกังหันลม และวัดแรงบิดต้านที่จำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้ยานหมุน^{[ 15 ]}

ในปี 1997 ยานอวกาศ Mars Global Surveyor (MGS) เป็นยานอวกาศลำแรกที่ใช้เทคนิคการเบรกด้วยแรงต้านอากาศ (aerobraking) เป็นเทคนิคหลักในการปรับวงโคจร MGS ใช้ข้อมูลที่รวบรวมได้จาก ภารกิจ Magellanไปยังดาวศุกร์เพื่อวางแผนเทคนิคการเบรกด้วยแรงต้านอากาศ ยานอวกาศใช้แผงโซลาร์ เซลล์ เป็น " ปีก " เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศเบาบางของดาวอังคารและลดจุดสูงสุดของวงโคจรลงในช่วงหลายเดือน แต่โชคร้ายที่ความเสียหายทางโครงสร้างเกิดขึ้นไม่นานหลังจากการปล่อยยาน ทำให้แผงโซลาร์เซลล์แผงหนึ่งของ MGS เสียหายอย่างรุนแรง และจำเป็นต้องใช้ระดับความสูงในการเบรกด้วยแรงต้านอากาศที่สูงกว่า (และด้วยเหตุนี้จึงใช้แรงเพียงหนึ่งในสาม) มากกว่าที่วางแผนไว้ในตอนแรก ซึ่งทำให้ต้องใช้เวลานานขึ้นอย่างมากในการปรับวงโคจรให้ได้ตามต้องการ เมื่อไม่นานมานี้ ยานอวกาศ Mars OdysseyและMars Reconnaissance Orbiterได้ใช้เทคนิคการเบรกด้วยแรงต้านอากาศเช่นกัน โดยทั้งสองกรณีไม่มีเหตุการณ์ใดๆ เกิดขึ้น

ในปี 2557 การทดลองเบรกด้วยอากาศประสบความสำเร็จในการทดสอบในช่วงใกล้สิ้นสุดภารกิจของยานสำรวจVenus Expressของ ESA ^{[ 16 ] [ 17 ]}

ในปี 2017–2018 ยาน ESA ExoMars Trace Gas Orbiterได้ทำการเบรกด้วยแรงต้านอากาศที่ดาวอังคารเพื่อลดจุดไกลสุดของวงโคจร ซึ่งถือเป็นการเบรกด้วยแรงต้านอากาศที่ใช้งานได้จริงครั้งแรกสำหรับภารกิจของยุโรป^{[ 18 ]}

ภารกิจยานลงจอดบนดาวอังคารเป็นภารกิจในอนาคตของISROซึ่งเสนอให้ใช้การเบรกด้วยแรงต้านอากาศเพื่อลดระยะห่างระหว่างยานกับดาวฤกษ์^{[ 19 ] [ 20 ]}

ใน นวนิยายเรื่อง Space CadetของRobert A. Heinlein ในปี 1948 มีการใช้แอโรเบรกเพื่อประหยัดเชื้อเพลิงในขณะที่ชะลอความเร็วของยานอวกาศAes Triplexสำหรับภารกิจที่ขยายเวลาโดยไม่ได้วางแผนไว้และการลงจอดบนดาวศุกร์ ระหว่างการเดินทางจากแถบดาวเคราะห์น้อยไปยังโลก^{[ 21 ]}

ยานอวกาศCosmonaut Alexei Leonovใน นวนิยาย เรื่อง 2010: Odyssey TwoของArthur C. Clarke ใน 1982 และภาพยนตร์ที่ดัดแปลงมาจากนวนิยายเรื่องนี้ในปี 1984ใช้เทคนิคการเบรกด้วยแรงต้านอากาศในชั้นบรรยากาศด้านบนของดาวพฤหัสบดีเพื่อเข้าสู่จุด Lagrangian L1 ของ ระบบดาวพฤหัสบดี- ไอโอ

ในซีรีส์โทรทัศน์เรื่องSpace Odyssey: Voyage to the Planets ปี 2004 ลูกเรือของยานอวกาศนานาชาติเพกาซัสได้ทำการเบรกด้วยแรงต้านอากาศในชั้นบรรยากาศตอนบนของดาวพฤหัสบดีเพื่อลดความเร็วให้มากพอที่จะเข้าสู่วงโคจรของดาวพฤหัสบดีได้

ในตอนที่สี่ของStargate UniverseยานอวกาศDestiny ของชาวโบราณประสบปัญหาพลังงานหมดเกือบทั้งหมด และต้องใช้การเบรกด้วยแรงต้านอากาศเพื่อเปลี่ยนเส้นทาง ตอนที่ออกอากาศในปี 2009 จบลงด้วยฉากที่ค้างคา โดยDestinyกำลังมุ่งหน้าตรงไปยังดวงดาวดวงหนึ่ง

ในเกมจำลองอวกาศKerbal Space Programวิธีนี้เป็นวิธีทั่วไปในการลดความเร็วในการโคจร ของยานอวกาศ บางครั้งก็เรียกกันอย่างขบขันว่า " การเบรก ด้วยแรงต้านอากาศ " เพราะแรงต้านอากาศสูงบางครั้งทำให้ยานขนาดใหญ่แตกออกเป็นหลายส่วน

ในไตรภาคดาวอังคารของคิม สแตนลีย์ โรบินสัน ยานอวกาศ เอเรสที่บรรทุกมนุษย์ร้อยคนแรกที่เดินทางไปถึงดาวอังคารใช้การเบรกด้วยแรงต้านอากาศเพื่อเข้าสู่วงโคจรของดาวเคราะห์ ต่อมาในหนังสือเล่มเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์พยายามเพิ่มความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศโดยการนำดาวเคราะห์น้อยเข้ามาใกล้เพื่อทำให้มันระเหยและปล่อยสารภายในสู่ชั้นบรรยากาศ

ในภาพยนตร์เรื่อง Interstellar ปี 2014 นักบินอวกาศคูเปอร์ใช้การเบรกด้วยแรงต้านอากาศเพื่อประหยัดเชื้อเพลิงและชะลอความเร็วของยานอวกาศเรนเจอร์ขณะออกจากรูหนอนเพื่อเข้าสู่วงโคจรเหนือดาวเคราะห์ดวงแรก

• แอโรแคปเจอร์
• บูสต์-ไกลด์
• การบดหิน

• รายงานการเบรกด้วยอากาศของ JPL สำหรับ MGS
• คำอธิบายเกี่ยวกับวิธีการทำงานของระบบเบรกอากาศ (PDF)
• Hoffman, S. (20–22 สิงหาคม 1984). การเปรียบเทียบยานที่ใช้การเบรกด้วยแรงต้านอากาศและยานที่ใช้การจับยึดด้วยแรงต้านอากาศสำหรับภารกิจระหว่างดาวเคราะห์ . การประชุมดาราศาสตร์พลศาสตร์ AIAA และ AAS. ซีแอตเติล รัฐวอชิงตัน: ​​สถาบันการบินและอวกาศแห่งอเมริกา.  25 หน้า. สืบค้นเมื่อ 31 กรกฎาคม 2007.