thumb|Todas as sondas espaciais do Sistema Solar ativas em 2024 (e uma lista das futuras)|310x310px
Voo espacial interplanetário ou viagem interplanetária é o voo espacial (tripulado ou não tripulado) entre corpos dentro de um único sistema planetário.Interplanetary Flight: an introduction to astronautics. London: Temple Press, Arthur C. Clarke, 1950 Os voos espaciais tornam-se interplanetários ao acelerar as naves espaciais além da velocidade orbital, atingindo a velocidade de escape em relação à Terra a 11,2 km/s, entrando em órbita heliocêntrica, possivelmente acelerando ainda mais, muitas vezes realizando sobrevoos de assistência gravitacional na Terra e noutros planetas. A maior parte dos voos espaciais de hoje permanece ligada à Terra, sendo uma parte muito menor interplanetária, todos realizados por naves espaciais não tripuladas, e apenas alguns voos espaciais tendo acelerado além disso, até a velocidade de escape do sistema, realizando eventualmente voos espaciais interestelares.
Sondas espaciais não tripuladas voaram para todos os planetas observados no Sistema Solar, bem como para os planetas anões Plutão e Ceres, e vários asteroides. Orbitadores e landers (módulos de aterragem) retornam muito mais informações do que missões de sobrevoo. Voos tripulados pousaram na Lua e foram planeados, de tempos a tempos, para Marte, Vénus e Mercúrio. Embora muitos cientistas apreciem o valor do conhecimento que os voos não tripulados fornecem, o valor das missões tripuladas é mais controverso. Escritores de ficção científica propõem uma série de benefícios, incluindo a mineração de asteroides, acesso à energia solar e espaço para colonização na eventualidade de uma catástrofe na Terra.
Várias técnicas foram desenvolvidas para tornar os voos interplanetários mais económicos. Avanços na computação e na ciência teórica já melhoraram algumas técnicas, enquanto novas propostas podem levar a melhorias na velocidade, economia de combustível e segurança. As técnicas de viagem devem levar em consideração as mudanças de velocidade necessárias para viajar de um corpo para outro no Sistema Solar. Para voos orbitais, um ajuste adicional deve ser feito para corresponder à velocidade orbital do corpo de destino. Outros desenvolvimentos são projetados para melhorar o lançamento e a propulsão de foguetões, bem como a utilização de fontes não tradicionais de energia. A utilização de recursos extraterrestres para energia, oxigénio e água reduziria os custos e melhoraria os sistemas de suporte de vida.
Qualquer voo interplanetário tripulado deve incluir certos requisitos de design. Os sistemas de suporte de vida devem ser capazes de sustentar vidas humanas por longos períodos de tempo. São necessárias medidas preventivas para reduzir a exposição à radiação e garantir a máxima fiabilidade.
Conquistas atuais nas viagens interplanetárias thumb|Timelapse da Voyager 2 aproximando-se de Júpiter. thumb|As planícies de Plutão, como vistas pela New Horizons após a sua viagem de quase 10 anos. Sondas espaciais guiadas remotamente sobrevoaram todos os planetas observados do Sistema Solar, de Mercúrio a Neptuno, com a sonda New Horizons a ter sobrevoado o planeta anão Plutão e a sonda Dawn a orbitar atualmente o planeta anão Ceres. As naves espaciais mais distantes, Voyager 1 e Voyager 2, entraram no espaço interestelar a partir de 8 de dezembro de 2018, enquanto a Pioneer 10, a Pioneer 11 e a New Horizons estão a caminho de lá entrar também.
De um modo geral, os orbitadores e landers planetários devolvem informações muito mais detalhadas e abrangentes do que as missões de sobrevoo. Sondas espaciais foram colocadas em órbita à volta de todos os cinco planetas conhecidos na antiguidade: A primeira a ser Vénus (Venera 7, 1970), Marte (Mariner 9, 1971), Júpiter (Galileo, 1995), Saturno (Cassini/Huygens, 2004) e, mais recentemente, Mercúrio (MESSENGER, março de 2011), e retornaram dados sobre estes corpos e os seus satélites naturais.
thumb|upright=0.8|OSIRIS-REx a recolher uma amostra do asteroide 101955 Bennu— (Imagem em tamanho real)
A missão NEAR Shoemaker em 2000 orbitou o grande asteroide próximo da Terra 433 Eros, e aterrou lá com sucesso, embora não tivesse sido concebida com esta manobra em mente. A nave espacial japonesa de propulsão iónica Hayabusa, em 2005, também orbitou o pequeno asteroide próximo da Terra 25143 Itokawa, aterrando nele brevemente e retornando grãos do material da sua superfície para a Terra. Outra missão de propulsão iónica, a Dawn, orbitou o grande asteroide Vesta (julho de 2011 – setembro de 2012) e mais tarde moveu-se para o planeta anão Ceres, chegando em março de 2015.
thumb|O WISPR da sonda Parker Solar Probe captou estas imagens de luz visível do lado noturno de Vénus em 2021, mostrando a superfície quente e ligeiramente brilhante, e a sua Aphrodite Terra como uma grande mancha escura, através das nuvens, que proíbem tais observações no lado diurno quando estão iluminadas. Possivelmente representando a ilusória luz cinérea.
Landers controlados remotamente, como a Viking, Pathfinder e os dois Mars Exploration Rovers aterraram na superfície de Marte e várias naves espaciais Venera e Vega aterraram na superfície de Vénus, com as últimas lançando balões para a atmosfera do planeta. A sonda Huygens pousou com sucesso na lua de Saturno, Titã.
Nenhuma missão tripulada foi enviada a qualquer planeta do Sistema Solar. O Programa Apollo da NASA, no entanto, levou doze pessoas à Lua e trouxe-as de volta à Terra. A americana Visão para a Exploração Espacial, originalmente introduzida pelo presidente dos EUA George W. Bush e colocada em prática através do Programa Constellation, tinha como objetivo a longo prazo enviar eventualmente astronautas a Marte. No entanto, a 1 de fevereiro de 2010, o presidente Barack Obama propôs o cancelamento do programa no Ano Fiscal de 2011. Um projeto anterior que recebeu algum planeamento significativo pela NASA incluía um sobrevoo tripulado de Vénus na missão Manned Venus Flyby, mas foi cancelado quando o Programa de Aplicações Apollo foi encerrado devido a cortes no orçamento da NASA no final da década de 1960.
Razões para viagens interplanetárias thumb|Conceito de lançamento de uma missão interplanetária de retorno de amostras de Marte. Os custos e o risco das viagens interplanetárias recebem muita publicidade — exemplos espetaculares incluem as avarias ou falhas completas de sondas sem tripulação humana, como a Mars 96, Deep Space 2 e Beagle 2 (o artigo Lista de sondas do Sistema Solar dá uma lista completa).
Muitos astrónomos, geólogos e biólogos acreditam que a exploração do Sistema Solar fornece conhecimento que não poderia ser obtido por observações a partir da superfície da Terra ou da órbita da Terra. No entanto, discordam sobre se as missões tripuladas por humanos justificam o seu custo e risco. Os críticos dos voos espaciais humanos argumentam que as sondas robóticas são mais rentáveis, produzindo mais conhecimento científico por dólar gasto; os robôs não precisam de sistemas de suporte de vida dispendiosos, podem ser enviados em missões só de ida, e tornam-se cada vez mais capazes à medida que a inteligência artificial avança. Outros argumentam que os astronautas ou cientistas espaciais, aconselhados por cientistas na Terra, podem responder de forma mais flexível e inteligente a características novas ou inesperadas de qualquer região que estejam a explorar.
Alguns membros do público em geral valorizam principalmente as atividades espaciais por quaisquer benefícios tangíveis que possam trazer para si próprios ou para a raça humana como um todo. Até agora, os únicos benefícios deste tipo foram tecnologias "derivadas" (spin-offs) que foram desenvolvidas para missões espaciais e depois revelaram ser pelo menos tão úteis noutras atividades. No entanto, o apoio público, pelo menos nos EUA, continua a ser maior para a investigação científica básica do que para voos espaciais humanos; um inquérito de 2023 concluiu que os americanos classificam a investigação básica como a sua terceira maior prioridade para a NASA, a seguir à monitorização de asteroides que ponham em perigo a Terra e à compreensão das alterações climáticas. O apoio à pesquisa científica é cerca de quatro vezes maior do que a voos humanos para a Lua ou Marte.
Para além dos spin-offs, outras motivações práticas para as viagens interplanetárias são mais especulativas. Mas os escritores de ficção científica têm um histórico bastante bom na previsão de tecnologias futuras — por exemplo, satélites de comunicações geossíncronos (Arthur C. Clarke) e muitos aspetos da tecnologia informática (Mack Reynolds).
Muitas histórias de ficção científica apresentam descrições detalhadas de como as pessoas poderiam extrair minerais de asteroides e energia de fontes que incluem painéis solares orbitais (sem o impedimento das nuvens) e o fortíssimo campo magnético de Júpiter. Alguns afirmam que tais técnicas podem ser a única forma de proporcionar níveis de vida crescentes sem ser travados pela poluição ou pelo esgotamento dos recursos da Terra (por exemplo, o pico do petróleo).
Existem também motivos não científicos para os voos espaciais humanos, como a aventura ou a crença de que os humanos têm um destino espiritual traçado no espaço.
Por último, a criação de colónias completamente autossuficientes noutras partes do Sistema Solar poderia, se viável, evitar que a espécie humana fosse exterminada por vários eventos possíveis (ver Extinção humana). Um desses eventos possíveis é um impacto de um asteroide como aquele que pode ter resultado no evento de extinção do Cretáceo-Paleogeno. Embora vários projetos da Spaceguard monitorizem o Sistema Solar em busca de objetos que se possam aproximar perigosamente da Terra, as atuais estratégias de desvio de asteroides são cruas e não testadas. Para tornar a tarefa mais difícil, os condritos carbonáceos são bastante fuliginosos e, portanto, muito difíceis de detetar. Embora se pense que os condritos carbonáceos são raros, alguns são muito grandes e o suspeito "matador de dinossauros" da Cratera de Chicxulub pode ter sido um condrito carbonáceo.
Alguns cientistas, incluindo membros do Instituto de Estudos Espaciais (Space Studies Institute), argumentam que a vasta maioria da humanidade acabará por viver no espaço e beneficiará disso.
Técnicas de viagem económicas thumb|250px|Vista da Terra pela MESSENGER enquanto executa um sobrevoo para chegar a Mercúrio via assistência gravitacional. thumb|center|600px|Mapa de delta-v (mudança de velocidade) do Sistema Solar.
Um dos principais desafios nas viagens interplanetárias é a produção das enormes variações de velocidade necessárias para viajar de um corpo para outro no Sistema Solar.
Devido à atração gravitacional do Sol, uma nave espacial que se mova para mais longe do Sol irá abrandar, enquanto uma nave espacial que se mova para mais perto irá acelerar. Além disso, uma vez que quaisquer dois planetas estão a distâncias diferentes do Sol, o planeta do qual a nave espacial parte move-se à volta do Sol a uma velocidade diferente da do planeta para o qual a nave viaja (de acordo com a Terceira Lei de Kepler). Por causa destes factos, uma nave espacial que deseje transferir-se para um planeta mais próximo do Sol tem de diminuir consideravelmente a sua velocidade em relação ao Sol para o intercetar, enquanto uma nave espacial que viaja para um planeta mais distante do Sol tem de aumentar substancialmente a sua velocidade. Posteriormente, se a nave espacial quiser entrar em órbita à volta do planeta de destino (em vez de apenas o sobrevoar), deve igualar a velocidade orbital do planeta em redor do Sol, o que normalmente exige outra grande alteração da velocidade.