因为火星比地球远离太阳，所以从地球发射探测器到火星，对于绕日轨道来讲，是从低轨道转向高轨道。德国物理学家霍曼在1925年首先提出了一种最节能的方法：探测器在原先轨道1上A点瞬间加速后，进入一个椭圆形的转移轨道2,而这个椭圆轨道的远日点B点正好和高轨道3相切。探测器抵达远日点B点后再瞬间加速，进入另一个圆形轨道3,此即为目标轨道，也就是我们这个讨论个案中的火星轨道。

霍曼转移轨道只是给出了一个在低轨道和高轨道之间转移的方法。由于地球和火星都在不停运动中，它们的相对位置也一直在变化，所以，要使探测器到达火星轨道时，火星正好路过那里，探测器轨道的设计，就需要考虑行星的当前位置和运动轨迹以及探测器的速度和重量。就像在足球比赛中，中场队员一脚长传，前锋队员立马赶到，这要考虑前锋当时的位置、速度和足球的飞行速度。只是轨道设计比足球比赛更难，因为探测器到达火星轨道不能太早，探测器也不可能在轨道上等火星；当然也不能晚到，否则火星早就“绝尘而去”了。

上图为1964年美国火星探测器“水手”4号的轨道过程。图中分别标出了探测器发射时地球和火星的位置。地球、火星和霍曼转移轨道上的一格代表一个月时间。探测器在1964年11月28日发射，此时，地球、火星和太阳并不在同一条直线上，火星稍微超前，地球略微滞后。探测器经过两次加速后，于1965年的7月15日到达火星轨道。在这个方案中，从发射到抵达预定轨道需要228天。这个轨道的设计，经过科学家精密计算，考虑了地球和火星的位置、它们的公转周期和轨道、探测器的飞行速度以及霍曼转移轨道的参数。

正是因为这个原因，在电影《火星救援》里，当地面站的航天局官员知道马克还活着但给养不足时，非常着急却无能为力，因为此时地球和火星早已不在较佳的“传接位置”了，重新发射一架太空船到达火星需要的时间将远远超过400多天，根本来不及救援马克。