Един от най-трудните проблеми, които инженерите на космически кораби трябва да решат, е този за повторно навлизане в земната атмосфера. За разлика от повечето космически отломки, които изгарят, когато срещнат интерфейса между атмосферата и космоса, a космическият кораб трябва да остане непокътнат и хладен по време на тази среща, за да може да се върне на земята в едно парче. Инженерите трябва да балансират мощни сили в своите съображения, за да постигнат тази цел и да избегнат бедствието.
Динамиката на забавянето
За да бъде на първо място в орбита, космически кораб или спътник трябва да са постигнали евакуационна скорост. Тази скорост, в зависимост от масата и радиуса на Земята, е от порядъка на 40 000 километра в час (25 000 мили в час). Когато обектът влезе в горните крайници на атмосферата, фрикционното взаимодействие с молекулите на въздуха започва да го забавя и изгубеният импулс се превръща в топлина. Температурите могат да достигнат 1650 градуса по Целзий (3000 градуса по Фаренхайт), а силата на забавянето може да бъде седем или повече пъти по-голяма от силата на гравитацията.
Коридор за повторно влизане
Силата на забавяне и топлината, генерирана при повторно навлизане, се увеличават със стръмността на ъгъла спрямо атмосферата. Ако ъгълът е твърде стръмен, космическият кораб изгаря и всеки, който няма достатъчно късмет да влезе вътре, е смазан. Ако ъгълът е твърде плитък, от друга страна, космическият кораб се отлепя от ръба на атмосферата като камък, плъзгащ се по повърхността на езерце. Идеалната траектория за повторно навлизане е тясна ивица между тези две крайности. Ъгълът на повторно влизане за космическата совалка беше 40 градуса.
Силите на гравитацията, плъзгане и повдигане
По време на повторното влизане космически кораб изпитва поне три конкурентни сили. Силата на гравитацията е функция от масата на космическия кораб, докато другите две сили зависят от неговата скорост. Съпротивлението, което се причинява от триенето на въздуха, също зависи от това колко е обтекаемо плавателното средство и от плътността на въздуха; тъп обект се забавя по-бързо от заострения и забавянето се увеличава, когато обектът се спуска надолу. Космически кораб с подходящ аеродинамичен дизайн, като космическата совалка, също изпитва сила на повдигане, перпендикулярна на своето движение. Тази сила, както всеки познат на самолетите знае, противодейства на силата на гравитацията и космическата совалка я използва за тази цел.
Неконтролирани повторни записи
През 2012 г. около 3000 обекта с тегло 500 килограма (1100 паунда) са били в орбита около Земята и в крайна сметка всички ще влязат отново в атмосферата. Тъй като не са предназначени за повторно влизане, те се разбиват на височина от 70 до 80 километра (45 до 50 мили) и всички, освен 10 процента до 40 процента от парчетата изгарят. Парчетата, които стигат до земята, обикновено са тези, направени от метали с високи точки на топене, като титан и неръждаема стомана. Променящите се метеорологични и слънчеви условия влияят на атмосферното съпротивление, което прави невъзможно да се предскаже със сигурност къде ще кацнат.