Et av de vanskeligste problemene som romfartøyteknikere må løse er det å komme tilbake til jordens atmosfære. I motsetning til de fleste romrester, som brenner opp når det møter grensesnittet mellom atmosfæren og rommet, a romfartøy må forbli intakt og kjølig under dette møtet, slik at det kan komme tilbake til bakken i ett stykke. Ingeniører må balansere kraftige krefter i deres betraktninger for å oppnå dette målet og avverge katastrofe.
Dynamikken til retardasjon
For å være i bane i utgangspunktet, må et romfartøy eller en satellitt ha oppnådd rømningshastighet. Denne hastigheten, avhengig av jordens masse og radius, er i størrelsesorden 40.000 kilometer i timen (25.000 miles i timen). Når objektet kommer inn i de øvre ekstremiteter av atmosfæren, begynner friksjonsinteraksjonen med luftmolekyler å bremse det, og det tapte momentet blir omdannet til varme. Temperaturene kan nå 1600 grader Celsius (3000 grader Fahrenheit), og retardasjonskraften kan være syv eller flere ganger større enn tyngdekraften.
Re-entry Corridor
Retardasjonskraften og varmen som genereres under gjeninngang øker med bratthetens vinkel i forhold til atmosfæren. Hvis vinkelen er for bratt, brenner romfartøyet opp, og alle som er uheldige nok til å være inne, blir knust. Hvis vinkelen er for lav, derimot, skyver romfartøyet utenfor kanten av atmosfæren som en stein som skummer langs overflaten av en dam. Den ideelle re-entry-banen er et smalt bånd mellom disse to ytterpunktene. Innreisevinkelen for romfergen var 40 grader.
Kreftene av tyngdekraften, dra og løft
Under re-entry opplever et romfartøy minst tre konkurrerende krefter. Tyngdekraften er en funksjon av romfartøyets masse, mens de to andre kreftene avhenger av hastigheten. Drag, som er forårsaket av luftfriksjon, avhenger også av hvor strømlinjeformet fartøyet er, og av lufttettheten; en sløv gjenstand bremses raskere enn en spiss, og retardasjonen øker når objektet synker ned. Et romfartøy med riktig aerodynamisk design, slik som romfergen, opplever også en løftekraft vinkelrett på bevegelsen. Denne styrken, som alle som er kjent med fly vet, motvirker tyngdekraften, og romfergen brukte den til dette formålet.
Ukontrollerte innmeldinger
I 2012 var omtrent 3000 objekter som veide 500 kilo (1100 pund) i bane rundt jorden, og alle vil til slutt komme inn i atmosfæren igjen. Fordi de ikke er designet for å komme inn på nytt, brytes de opp i en høyde på 70 til 80 kilometer (45 til 50 miles), og alle bortsett fra 10 prosent til 40 prosent av bitene brenner opp. Brikkene som gjør det til bakken er vanligvis de laget av metaller med høye smeltepunkter, som titan og rustfritt stål. Endrende vær- og solforhold påvirker luftmotstanden, noe som gjør det umulig å forutsi med sikkerhet hvor de lander.
