Um dos problemas mais difíceis que os engenheiros de espaçonaves têm de resolver é o da reentrada na atmosfera terrestre. Ao contrário da maioria dos detritos espaciais, que queimam ao encontrar a interface entre a atmosfera e o espaço, um a espaçonave deve permanecer intacta e fria durante este encontro para que possa retornar ao solo em um Artigo. Os engenheiros devem equilibrar forças poderosas em suas considerações a fim de atingir esse objetivo e evitar o desastre.
A Dinâmica da Desaceleração
Para estar em órbita em primeiro lugar, uma espaçonave ou satélite deve ter alcançado a velocidade de escape. Essa velocidade, dependente da massa e do raio da Terra, é da ordem de 40.000 quilômetros por hora (25.000 milhas por hora). Quando o objeto entra nas extremidades superiores da atmosfera, a interação de fricção com as moléculas de ar começa a desacelerá-lo e o momento perdido é convertido em calor. As temperaturas podem chegar a 1.650 graus Celsius (3.000 graus Fahrenheit), e a força de desaceleração pode ser sete ou mais vezes maior que a força da gravidade.
Corredor de reentrada
A força de desaceleração e o calor gerado durante a reentrada aumentam com a inclinação do ângulo em relação à atmosfera. Se o ângulo for muito acentuado, a espaçonave queima e qualquer um que tenha o azar de estar lá dentro é esmagado. Se o ângulo for muito raso, por outro lado, a espaçonave desliza para fora da borda da atmosfera como uma pedra deslizando ao longo da superfície de um lago. A trajetória de reentrada ideal é uma faixa estreita entre esses dois extremos. O ângulo de reentrada do ônibus espacial era de 40 graus.
As forças da gravidade, arrasto e sustentação
Durante a reentrada, uma espaçonave experimenta pelo menos três forças concorrentes. A força da gravidade é uma função da massa da espaçonave, enquanto as outras duas forças dependem de sua velocidade. O arrasto, que é causado pela fricção do ar, também depende da forma aerodinâmica da nave e da densidade do ar; um objeto rombudo desacelera mais rapidamente do que um pontudo, e a desaceleração aumenta à medida que o objeto desce. Uma espaçonave com design aerodinâmico adequado, como o ônibus espacial, também experimenta uma força de sustentação perpendicular ao seu movimento. Essa força, como qualquer pessoa familiarizada com aviões sabe, neutraliza a força da gravidade, e o ônibus espacial a utilizou para esse propósito.
Reentradas não controladas
Em 2012, cerca de 3.000 objetos pesando 500 kg (1.100 libras) estavam em órbita ao redor da Terra, e todos irão eventualmente reentrar na atmosfera. Como não foram projetados para a reentrada, eles se separam a uma altitude de 70 a 80 quilômetros (45 a 50 milhas), e todas as peças, exceto 10% a 40%, queimam. As peças que chegam ao solo são normalmente aquelas feitas de metais com alto ponto de fusão, como titânio e aço inoxidável. Mudanças no clima e nas condições solares afetam o arrasto atmosférico, tornando impossível prever com certeza onde pousarão.