虽然团队不需要在太空城市设计挑战中计算轨道，但重要的是要认识到，轨道力学限制了物体在太空中的移动和停留。一些计算可以说明这一点。
轨道是椭圆，被环绕的物体(月球和大多数卫星绕地球运行;行星和行星际卫星绕太阳运行)是焦点之一。为了太空城市设计挑战的目的，只考虑圆形轨道就足够了.
T=2π√(a^3/GM), a为椭圆长半轴
轨道的一个有趣特征是，卫星移动得越快，其轨道的高度就越高。因为完全绕轨道运行所需的距离直接随着高度的函数而增长(圆的周长是π x d)，所以完成一个较高的轨道比完成一个较低的轨道需要更长的时间。这就产生了一个奇怪的现象:如果航天飞机在同一轨道上跟随国际空间站，航天飞机必须减速并下降到较低的轨道，以便赶上与空间站的交会。利用轨道方程，计算出轨道高度与完成一段轨道所需时间的关系。
轨道力学也决定了从一个地方到另一个地方需要多长时间。在太空中，从一个轨道(地点)到另一个轨道(地点)最有效的方式是进行“霍曼转移”(Hohmann Transfer);这是一种椭圆轨道，椭圆的一端在被左边的轨道上，椭圆的另一端在目的地轨道上，如图所示。以计算轨道为生的人，最感兴趣的是使卫星离开原来轨道在正确轨道上的能量，并将使它留在新的轨道上的能量。对于“太空城市设计挑战”，我们最感兴趣的是从太空的一个地方(轨道)到另一个地方所需的时间。
两个轨道之间的霍曼转移(Hohmann Transfer)的飞行时间由以下方程定义:
其中有一个练习，展示了如何使用这个方程来计算到达火星所需的时间。如果我们对其他轨道进行这样的计算，就会得到以下在太阳系中可能的目的地之间的旅行时间:
| 月亮 | 5天 |
|---|---|
| 金星 | 146天 |
| 火星 | 259天 |
| 小行星 | (平均1.23年) |
| 木星 | 2.74年 |
| 土星 | 6.04年 |
考虑这张从地球出发的转移时间表:
如果为了完成变轨需要消耗更多的能量(燃料)，这些任务的持续时间可以减少。消耗更少的能量将根本无法让卫星到达预定位置，因此这些代表了直接执行任务到这些目的地的最大持续时间。
到达这些目的地是复杂的，因为只有特定的时间你可以去——你必须选择你的出发时间，以便你和行星同时到达行星轨道上的同一点——如果你选择另一个时间，你将到达行星的轨道，但它不会在那里。对月球来说，这只是一个选择一天中合适的时间的问题。然而，对于行星而言，任务规划者可能要等上几年才能获得霍曼转移的机会。对于太空城市设计挑战，我们不期望参赛队选择实际的任务日期;然而，我们确实希望他们在时间表中考虑到太空城市的旅行时间。
通信卫星的轨道在哪里?
通信卫星在地球同步轨道上，这意味着它们围绕地球运行的速度与地球自转的速度相同。因此，它们似乎停留在地球上空的同一点上。
这是唯一的传统的地球同步圆形轨道。想象一下，如果卫星在这个高度，但相对于赤道倾斜，它的轨道从地球上的某一点看起来会是什么样子。记住，轨道必须围绕着地球的中心。(常规航天器不可能停留在赤道以外的单一点上方。然而，罗伯特·福尔德博士提出的一种设计将通过使用太阳帆使航天器保持在不同纬度上的固定位置;这种“堆叠轨道”技术尚未实现。)
