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Am 30. März nach vorhergehender intensive Analyse der Umlaufbahn wurde das Haupttriebwerk im planetenfernsten Punkt für 58s gezündet. Dadurch wurde die Periapsis auf 333 km abgesenkt, die das Raumschiff am 31. März um 12:45 Uhr zum ersten Mal durchflog. Diese Höhe liegt in den äußersten Schichten der Marsatmosphäre und bremst das Raumschiff bei der Marspassage geringfügig ab:
Bis zum September 2006 durchflog MRO so 550 mal die oberen Schichten der Marsatmopshäre, der Kurs jedesmal sorgfältig geplant, um einerseits ein zu tiefes Eintauchen zu vermeiden (übermässige Erhitzung des Raumschiffes), andererseits tief genug, um einen merklichen Bremseffekt auszuüben. Die gesamten Manöver mußtem bis Ende September 2006 beendet sein, da dann durch die solare Konjunktion (Erde und Mars stehen auf genau gegenüberliegenden Seiten der Sonne) für einige Tage keinerlei Kommunikation mit dem bremsenden Raumschiff möglich war. Für die schnell aufeinanderfolgenden hochkritischen Marspassagen in der Endphase des Aerobraking war dies natürlich undenkbar.
Anfänglich durchflog MRO die oberen Atmosphärenschichten einmal alle 30h, wobei die Umlaufzeit nach jeder Passage immer kürzer wurde, bis hin zu 4 Vorbeiflügen pro Tag im August 2006. Wetterbedingte Änderungen der Atmosphärendichte sind bei jeder einzelnen Passage ein Riskio und mußten von den ebenfalls schon im nahen Orbit befindlichen Raumschiffen Mars Global Surveyor, Mars Odyssey und Mars Express sorgfältig beobachtet werden, um eventuell schnell genug durch Kursänderungen für MRO reagieren zu können. So verglühte der Mars Climate Orbiter (MCO) am 23. September 1999 durch einen Navigationsfehler, der ihn zu tief in die Marsatmosphäre hineingeführt hatte und führte damals zum Scheitern des gesamten Projektes. Dies sollte hier natürlich nicht passieren.
MRO wird am Ende der Aerobraking Phase durch eine kurze Zündung des Haupttriebwerkes in seiner Periapsis auf etwa 450 km angehoben und damit aus der Marsatmosphäre hinausbewegt. Damit ist dann diese Phase beendet und die wissenschaftliche Mission des Orbiters kann nach der solaren Konjunktion beginnen. Die Aerobraking-Phase muss bis spätestens Ende September 2006 abgeschlossen sein, da wegen der Planetenbahnengeometrie die Sonne genau zwischen Mars und Erde wandert und deshalb zwischen dem 07. Oktober und dem 9. November keinerlei Kommunikation mit den Raumschiffen auf dem Mars möglich ist.