međuplanetarne letjelice, svemirske letjelice namijenjene istraživanju Sunčeva sustava izvan Zemljine orbite. To su potpuno automatizirane, robotske letjelice (sonde) predviđene za autonoman višegodišnji rad; nerijetko se sastoje od nekoliko dijelova koji se tijekom misija razdvajaju te zasebno izvršavaju različite zadaće pa se međuplanetarne letjelice nazivaju i međuplanetarnim stanicama. Međuplanetarnim se letjelicama tek u širem smislu mogu smatrati i svemirski brodovi s ljudskom posadom, kakvima je do sada izvan Zemljine orbite izvršeno samo nekoliko letova čovjeka na Mjesec. Tehnička rješenja i konstrukcija prilagođeni su objektu koji se istražuje (Mjesec, planeti i njihovi mjeseci, Sunce, kometi, planetoidi), no njihova je znatna raznolikost ponajviše uvjetovana programom istraživanja, odn. načinom na koji se ono provodi. Tako neke međuplanetarne letjelice provode istraživanja iz daljine, npr. tijekom proleta kraj planeta, snimajući ga i izvodeći druga mjerenja (→ daljinska istraživanja). Dok lete nekom povoljno odabranom stazom, takvim se letjelicama obično može proučavati nekoliko planeta tijekom jedne misije. Preciznije podatke prikupljaju, daljinskim istraživanjima, međuplanetarne letjelice koje ulaze u orbitu oko promatranoga tijela (tzv. orbiteri) te katkad i više godina kruže oko njega. Tako dobiveno obilje podataka koristi se za izradbu preciznih karata površine i sl. Ispitivanje uzoraka tla ili atmosfere provode letjelice koje se spuštaju na površinu. Neke od njih predviđene su za meko spuštanje, pri čem im se brzina dovoljno smanji da bi ostale neoštećene. Takve letjelice nose instrumente na nepokretnoj platformi, ili su opremljene automatskim terenskim vozilom. Neke letjelice o površinu udaraju znatnom brzinom (tzv. penetratori), kako bi se, nalik projektilu, zarile u tlo te tako mogle proučiti uzorke tla i na nekoliko metara dubine. Letjelice namijenjene istraživanju atmosfere obavljaju mjerenja tijekom leta padobranima ili balonima. Katkad su međuplanetarne letjelice predviđene i za povratak na Zemlju s prikupljenim uzorcima ili pak te uzorke vraćaju posebnim sondama. Gl. dio međuplanetarnih letjelica čine istraživački instrumenti, a sve su letjelice opremljene i pomoćnim sustavima koji omogućuju odvijanje njihove misije.
Međuplanetarne letjelice novijih generacija nose mnogobrojne istraživačke instrumente, kako bi se odjednom prikupilo što više različitih podataka. To je omogućeno napretkom u konstruiranju instrumenata, povećanjem njihove preciznosti i razlučivosti, a napose njihovom minijaturizacijom. Uobičajeni su instrumenti za daljinska istraživanja kamere u vidljivom i infracrvenome dijelu spektra, spektrometri i detektori zračenja u različitim spektralnim područjima (npr. gama-spektrometri), laserski visinomjeri, radari, magnetometri itd. Kod letjelica predviđenih za spuštanje na površinu, dodatno se ugrađuju uređaji za prikupljanje uzoraka tla, instrumenti za određivanje njegovih kemijskih i fizičkih svojstava i dr.
Početnu brzinu i kinetičku energiju međuplanetarne letjelice dobivaju lansiranjem izravno sa Zemlje ili iz njezine orbite, uz pomoć rakete nosača, odn. raketnih motora. Kako bi pri letu do cilja utrošak energije bio minimalan, koriste se precizno proračunane, katkad i vrlo složene staze koje nerijetko zalaze u gravitacijska polja planeta kako bi ih se iskoristilo za dodatno ubrzanje (→ svemirski letovi). Za korekcije staze i prilagodbu brzine tijekom leta pretežito se koriste raketni motori, a u novije doba i ionski motori (→ raketni pogon). Za ulazak u orbitu oko nekog planeta brzina se smanjuje uključivanjem raketnoga stupnja ili kočenjem u gornjim slojevima atmosfere. Smanjenje brzine prilikom spuštanja na npr. Mjesec, koji je bez atmosfere, provodi se raketnim motorima, a na tijela s atmosferom aerodinamičkim kočenjem padobranima. Pri slijetanju na planete s rijetkom atmosferom kao što je Mars, zbog velike brzine pada, za dodatno se smanjenje brzine koriste raketni motori ili se korisni teret zaštićuje od udara ovojem u obliku zračnoga jastuka.
Telekomunikacijski sustav omogućava međuplanetarnim letjelicama slanje podataka na Zemlju i primanje naredbi sa Zemlje. Čini ga radioodašiljač te pokretna antena koja se u trenutku komunikacije usmjerava prema Zemlji kako bi se veza ostvarila. Tako se npr., prigodom prolaska kraj planeta, letjelica instrumentima usmjerava prema površini, a rezultati mjerenja pohranjuju se u memoriji računala. Nakon završetka promatranja, odn. kada se memorija popuni, letjelica se usmjeri prema Zemlji te šalje prikupljene podatke. Zbog toga je radni vijek nekih letjelica ograničen količinom goriva raspoloživoga za promjene orijentacije u prostoru, pogrješna je pak orijentacija glavni uzrok gubitka komunikacije, a time i neuspjeha misije. Kako bi se to izbjeglo, međuplanetarne letjelice opremaju se različitim sustavima za orijentaciju i stabilizaciju (inercijski navigacijski sustav, automatska astronomska navigacija, giroskopska stabilizacija). Međuplanetarne letjelice na letovima bližima Suncu koriste kao izvore energije sunčane baterije, dok se za misije dalje od Jupitera koriste nuklearni termoelektrični generatori (baterije).
Prva međuplanetarna letjelica bila je sovjetska Luna 1, koja je 1959., prošavši kraj Mjeseca, napustila Zemljino gravitacijsko polje i ušla u orbitu oko Sunca. Istraživanja Mjeseca, ponajprije u sklopu priprema za spuštanje ljudi na Mjesec, vođena su međuplanetarnim letjelicama u sklopu svemirskih programa Luna (SSSR, lansiranja 1959–76), Ranger (SAD, 1964–65), Zond (SSSR, 1965–69), Lunar Orbiter (SAD, 1966–67) i Surveyor (SAD, 1966–68). Programom Apollo (SAD) ostvareni su jedini letovi ljudske posade izvan Zemljine orbite i izvršeno je spuštanje na Mjesec. Novijeg su datuma misije automatskih letjelica upućenih prema Mjesecu, npr. Hagoromo (Japan, 1990), Clementine (SAD, 1994), Lunar Prospector (SAD, 1998), Lunar-A i Selene (Japan, 2003). Godine 2013. Kina je na Mjesec poslala letjelicu Chang’e-3 s automatskim Mjesečevim vozilom Yutu (Zec od žada), postavši tako treća zemlja koja je ostvarila meko alumiranje (uz SAD i negdašnji SSSR).
Istraživanja Venere započela su proletom prve od letjelica Mariner (SAD, lansiranja 1962–73), a nastavljena su iz orbite, tijekom spuštanja padobranom i s površine letjelicama programa Venera (SSSR, 1967–83), Pioneer Venus (SAD, 1978) i Vega (SSSR, 1984). Snimajući iz orbite, međuplanetarna letjelica Magellan (SAD, 1989) načinila je preciznu radarsku kartu Venerine površine.
Mars je bio cilj međuplanetarnih letjelica programa Mariner (SAD, lansiranja 1964–71), Mars (SSSR, 1971–73), Viking (SAD, 1975), Phobos (SSSR, 1988). Potaknuta znanstvenim pretpostavkama o mogućnosti da je na Marsu nekada postojao život, u posljednje su se doba istraživanja iz orbite i na površini intenzivirala. Provode ih letjelice kao što su Mars Global Surveyor i Mars Pathfinder (SAD, 1996), Mars Odyssey (SAD, 2001), Mars Exploration Rovers s automatskim vozilima Spirit i Opportunity (SAD, 2003) te Mars Express (Europa, 2003).
Osim navedenoga, međuplanetarnim su letjelicama istraživani i drugi planeti. Merkur je u tri proleta istraživala letjelica Mariner 10 (SAD, lansiranje 1973). Jupiter su prvi put posjetile letjelice programa Pioneer 10 i 11 (SAD, 1972. i 1973), te letjelice Voyager 1 i 2 (SAD, 1977), koje su prolet kraj Jupitera iskoristile za promjenu brzine i smjera prema Saturnu. Voyager 2 ta je istraživanja dopunio proučavanjem Urana i Neptuna iz blizine, do sada jedinima, istraživši tako čak četiri različita planeta Sunčeva sustava. Letjelice Pioneer 10 i 11 te Voyager 1 i 2 ujedno su jedine međuplanetarne letjelice koje su, postignuvši treću kozmičku brzinu, napustile Sunčev sustav. Najdetaljnije istraživanje Jupitera provela je letjelica Galileo (SAD/Europa), koja je od 1994. do 2003. kružila oko Jupitera te proučavala njegovu atmosferu, magnetosferu i unutarnje satelite. Istraživanju Saturna iz orbite te spuštanju sonde na njegov mjesec Titan namijenjena je letjelica Cassini/Huygens (SAD/Europa, 1997).
Prvo sustavnije proučavanje kometa provedeno je 1986., kada su Halleyev komet istodobno istraživale letjelice Vega 1 i 2 (SSSR), Giotto (Europa) te Sakigake i Suisei (Japan). Na svojem putu prema Jupiteru više je međuplanetarnih letjelica proučavalo planetoide. Najiscrpnije istraživanje provela je američka međuplanetarna letjelica NEAR-Shoemaker, koja je svoje višegodišnje istraživanje završila 2001. spuštanjem na asteroid Eros, dok je prva letjelica s ionskim pogonom bila Deep Space 1 (SAD, 1998), namijenjena istraživanju planetoida 9969 Braille. Među više letjelica koje su istraživale Sunce, u posljednje se doba ističu letjelice Ulysses (SAD/Europa, 1990), SOHO (Europa/SAD, 1995) i Genesis (SAD, 2001).
