Ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα που πρέπει να λύσουν οι μηχανικοί του διαστημικού σκάφους είναι αυτό της επανεισόδου στην ατμόσφαιρα της Γης. Σε αντίθεση με τα περισσότερα διαστημικά συντρίμμια, τα οποία καίγονται καθώς συναντά τη διεπαφή μεταξύ της ατμόσφαιρας και του διαστήματος, α το διαστημικό σκάφος πρέπει να παραμείνει άθικτο και δροσερό κατά τη διάρκεια αυτής της συνάντησης, ώστε να μπορεί να επιστρέψει στο έδαφος σε ένα κομμάτι. Οι μηχανικοί πρέπει να εξισορροπήσουν τις ισχυρές δυνάμεις στις απόψεις τους προκειμένου να επιτύχουν αυτόν τον στόχο και να αποτρέψουν την καταστροφή.
Η δυναμική της επιβράδυνσης
Για να βρίσκεται σε τροχιά, ένα διαστημικό σκάφος ή δορυφόρος πρέπει να έχει επιτύχει ταχύτητα διαφυγής. Αυτή η ταχύτητα, ανάλογα με τη μάζα και την ακτίνα της Γης, είναι της τάξης των 40.000 χιλιομέτρων ανά ώρα (25.000 μίλια ανά ώρα). Όταν το αντικείμενο εισέρχεται στα ανώτερα άκρα της ατμόσφαιρας, η αλληλεπίδραση τριβής με τα μόρια του αέρα αρχίζει να την επιβραδύνει και η χαμένη ορμή μετατρέπεται σε θερμότητα. Οι θερμοκρασίες μπορούν να φτάσουν τους 1.650 βαθμούς Κελσίου (3.000 βαθμούς Φαρενάιτ) και η δύναμη επιβράδυνσης μπορεί να είναι επτά ή περισσότερες φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρύτητας.
Επανεισόδου στο διάδρομο
Η δύναμη επιβράδυνσης και η θερμότητα που παράγεται κατά την επανεισδοχή αυξάνονται με την απότομη γωνία σε σχέση με την ατμόσφαιρα. Εάν η γωνία είναι πολύ απότομη, το διαστημόπλοιο καίγεται και όποιος είναι αρκετά άτυχος για να είναι μέσα συνθλίβεται. Εάν η γωνία είναι πολύ ρηχή, από την άλλη πλευρά, το διαστημικό σκάφος απομακρύνεται από την άκρη της ατμόσφαιρας σαν μια πέτρα που απομακρύνεται κατά μήκος της επιφάνειας μιας λίμνης. Η ιδανική τροχιά επανεισόδου είναι μια στενή ζώνη μεταξύ αυτών των δύο άκρων. Η γωνία επανεισόδου για το διαστημικό λεωφορείο ήταν 40 μοίρες.
Οι δυνάμεις βαρύτητας, έλξης και ανύψωσης
Κατά την επανεισδοχή, ένα διαστημικό σκάφος βιώνει τουλάχιστον τρεις ανταγωνιστικές δυνάμεις. Η δύναμη της βαρύτητας είναι συνάρτηση της μάζας του διαστημικού σκάφους, ενώ οι άλλες δύο δυνάμεις εξαρτώνται από την ταχύτητά του. Το Drag, που προκαλείται από την τριβή του αέρα, εξαρτάται επίσης από το πόσο απλοποιημένο είναι το σκάφος και από την πυκνότητα του αέρα. ένα αμβλύ αντικείμενο επιβραδύνεται πιο γρήγορα από ένα αιχμηρό, και η επιβράδυνση αυξάνεται καθώς το αντικείμενο κατεβαίνει. Ένα διαστημικό σκάφος με την κατάλληλη αεροδυναμική σχεδίαση, όπως το διαστημικό λεωφορείο, βιώνει επίσης μια ανυψωτική δύναμη κάθετη στην κίνησή του. Αυτή η δύναμη, όπως γνωρίζει ο καθένας με τα αεροπλάνα, εξουδετερώνει τη δύναμη της βαρύτητας και το διαστημικό λεωφορείο την χρησιμοποίησε για αυτό το σκοπό.
Μη ελεγχόμενες επανεισόδους
Το 2012, περίπου 3.000 αντικείμενα βάρους 500 κιλών (1.100 λίβρες) βρίσκονταν σε τροχιά γύρω από τη Γη και όλα τελικά θα επανέλθουν στην ατμόσφαιρα. Επειδή δεν έχουν σχεδιαστεί για επανεισδοχή, διαλύονται σε υψόμετρο 70 έως 80 χιλιομέτρων (45 έως 50 μίλια) και όλα εκτός από το 10 τοις εκατό έως το 40 τοις εκατό των κομματιών καίγονται. Τα κομμάτια που φτάνουν στο έδαφος είναι συνήθως αυτά που κατασκευάζονται από μέταλλα με υψηλά σημεία τήξης, όπως τιτάνιο και ανοξείδωτο ατσάλι. Η αλλαγή του καιρού και των ηλιακών συνθηκών επηρεάζει την ατμοσφαιρική αντίσταση, καθιστώντας αδύνατη την πρόβλεψη με βεβαιότητα πού προσγειώνονται.
