Uno de los problemas más difíciles que tienen que resolver los ingenieros de naves espaciales es el de la reentrada en la atmósfera terrestre. A diferencia de la mayoría de los desechos espaciales, que se queman cuando encuentran la interfaz entre la atmósfera y el espacio, un La nave espacial debe permanecer intacta y fría durante este encuentro para que pueda regresar al suelo en una trozo. Los ingenieros deben equilibrar fuerzas poderosas en sus consideraciones para lograr este objetivo y evitar un desastre.
La dinámica de la desaceleración
Para estar en órbita en primer lugar, una nave espacial o satélite debe haber alcanzado la velocidad de escape. Esta velocidad, que depende de la masa y el radio de la Tierra, es del orden de 40.000 kilómetros por hora (25.000 millas por hora). Cuando el objeto entra en las extremidades superiores de la atmósfera, la interacción de fricción con las moléculas de aire comienza a ralentizarlo y el impulso perdido se convierte en calor. Las temperaturas pueden alcanzar los 1.650 grados Celsius (3.000 grados Fahrenheit) y la fuerza de desaceleración puede ser siete o más veces mayor que la fuerza de la gravedad.
Corredor de reentrada
La fuerza de desaceleración y el calor generado durante la reentrada aumentan con la inclinación del ángulo con respecto a la atmósfera. Si el ángulo es demasiado pronunciado, la nave espacial se incendia y cualquiera que tenga la mala suerte de estar dentro queda aplastado. Si el ángulo es demasiado superficial, por otro lado, la nave espacial se desliza por el borde de la atmósfera como una piedra que roza la superficie de un estanque. La trayectoria de reentrada ideal es una banda estrecha entre estos dos extremos. El ángulo de reentrada del transbordador espacial era de 40 grados.
Las fuerzas de la gravedad, el arrastre y la elevación
Durante el reingreso, una nave espacial experimenta al menos tres fuerzas en competencia. La fuerza de la gravedad es función de la masa de la nave espacial, mientras que las otras dos fuerzas dependen de su velocidad. La resistencia, que es causada por la fricción del aire, también depende de qué tan aerodinámica sea la nave y de la densidad del aire; un objeto contundente se ralentiza más rápidamente que uno puntiagudo y la desaceleración aumenta a medida que el objeto desciende. Una nave espacial con el diseño aerodinámico adecuado, como el transbordador espacial, también experimenta una fuerza de elevación perpendicular a su movimiento. Esta fuerza, como sabe cualquiera que esté familiarizado con los aviones, contrarresta la fuerza de la gravedad, y el transbordador espacial la utilizó para este propósito.
Reentradas incontroladas
En 2012, aproximadamente 3.000 objetos que pesaban 500 kilogramos (1.100 libras) estaban en órbita alrededor de la Tierra, y todos eventualmente volverán a entrar en la atmósfera. Debido a que no están diseñados para el reingreso, se rompen a una altitud de 70 a 80 kilómetros (45 a 50 millas), y casi el 10 al 40 por ciento de las piezas se queman. Las piezas que llegan al suelo suelen ser las fabricadas con metales con altos puntos de fusión, como el titanio y acero inoxidable. Las condiciones climáticas y solares cambiantes afectan la resistencia atmosférica, por lo que es imposible predecir con certeza dónde aterrizarán.