用以计算天体或航天器任何时刻的位置和速度。基本常数的形式有多种，但不同形式的各组之间都有简单的换算关系。某一时刻天体或航天器位置的坐标和速度的3个分量就是其中的一组。常用的是开普勒轨道要素，它有明显的几何意义。人造地球卫星椭圆轨道的开普勒轨道要素共有6个。它们决定轨道的大小、形状和空间的方位，同时给出计量运动时间的起算点。这6个要素是：①轨道半长轴（a）。其长度是椭圆长轴的一半，可用千米或地球赤道半径或天文单位为单位。根据开普勒第三定律，半长轴与运行周期之间有确定的换算关系。②轨道偏心率（e）。为椭圆两焦点之间的距离与长轴的比值。偏心率为0时轨道是圆；偏心率在0～1之间时轨道是椭圆，这个值越大椭圆越扁；偏心率等于1时轨道是抛物线；偏心率大于1时轨道是双曲线。抛物线的半长轴是无穷大，双曲线的半长轴小于零。③轨道倾角(i)。轨道平面与地球赤道平面的夹角，用地轴的北极方向与轨道平面的正法线方向之间的夹角度量，轨道倾角的值从0°～180°。倾角小于90°为顺行轨道，卫星总是从西(西南或西北)向东(东北或东南)运行。倾角大于90°为逆行轨道，卫星的运行方向与顺行轨道相反。倾角等于90°为极轨道。④升交点赤经（Ω）。是一个角度量。轨道平面与地球赤道有两个交点，卫星从南半球穿过赤道到北半球的运行弧段称为升段，这时穿过赤道的那一点为升交点。相反，卫星从北半球到南半球的运行弧段称为降段，相应的赤道上的交点为降交点。在地球绕太阳的公转中，太阳从南半球到北半球时穿过赤道的点称为春分点。春分点和升交点对地心的张角为升交点赤经，并规定从春分点逆时针量到升交点。轨道倾角和升交点赤经共同决定轨道平面在空间的方位。⑤近地点幅角（ω）。它是近地点与升交点对地心的张角，沿着卫星运动方向从升交点量到近地点。近地点幅角决定椭圆轨道在轨道平面里的方位。⑥过近地点时刻（t_p）。它是卫星经过近地点的时刻，以年、月、日、时、分、秒表示，是运动时间的起量点。人造地球卫星的实际运行轨道比开普勒轨道复杂。在航天器轨道摄动中虽仍以轨道要素为基础，但是认为轨道要素不再是常数，而是随着时间变化。

图1 轨道平面中的轨道要素关系示意图

图2 地心天球上的轨道要素关系示意图