Una dintre cele mai dificile probleme pe care inginerii navelor spațiale trebuie să le rezolve este cea a reintrării în atmosfera Pământului. Spre deosebire de majoritatea resturilor spațiale, care arde pe măsură ce întâlnesc interfața dintre atmosferă și spațiu, a nava spațială trebuie să rămână intactă și rece în timpul acestei întâlniri, astfel încât să se poată întoarce la sol într-una bucată. Inginerii trebuie să echilibreze forțele puternice în considerațiile lor pentru a atinge acest obiectiv și a preveni dezastrul.
Dinamica decelerării
Pentru a fi pe orbită în primul rând, o navă spațială sau un satelit trebuie să fi atins viteza de evacuare. Această viteză, dependentă de masa și raza Pământului, este de ordinul a 40.000 de kilometri pe oră (25.000 de mile pe oră). Când obiectul intră în extremitățile superioare ale atmosferei, interacțiunea de frecare cu moleculele de aer începe să-l încetinească, iar impulsul pierdut se transformă în căldură. Temperaturile pot atinge 1.650 de grade Celsius (3.000 de grade Fahrenheit), iar forța de decelerație poate fi de șapte ori de mai multe ori mai mare decât forța de greutate.
Coridor de reintrare
Forța de decelerare și căldura generată în timpul reintrării cresc cu abruptitatea unghiului față de atmosferă. Dacă unghiul este prea abrupt, nava spațială arde și oricine nefericit să fie înăuntru este zdrobit. Dacă unghiul este prea superficial, pe de altă parte, nava spațială se îndepărtează de marginea atmosferei ca o piatră care străbate suprafața unui iaz. Traiectoria ideală de reintrare este o bandă îngustă între aceste două extreme. Unghiul de reintrare pentru naveta spațială a fost de 40 de grade.
Forțele Gravitației, Drag and Lift
În timpul reintrării, o navă spațială experimentează cel puțin trei forțe concurente. Forța gravitațională este o funcție a masei navei, în timp ce celelalte două forțe depind de viteza acesteia. Tragerea, cauzată de fricțiunea aerului, depinde și de cât de simplificată este nava și de densitatea aerului; un obiect contondent încetinește mai repede decât unul ascuțit, iar decelerarea crește pe măsură ce obiectul coboară. O navă spațială cu un design aerodinamic adecvat, cum ar fi naveta spațială, experimentează, de asemenea, o forță de ridicare perpendiculară pe mișcarea sa. Această forță, după cum știe oricine este familiarizat cu avioanele, contracarează forța gravitațională, iar naveta spațială a folosit-o în acest scop.
Reintroduceri necontrolate
În 2012, aproximativ 3.000 de obiecte care cântăresc 500 de kilograme (1.100 de lire sterline) se aflau pe orbita în jurul Pământului și toate vor intra în cele din urmă în atmosferă. Deoarece nu sunt concepute pentru reintrare, se despart la o altitudine de 70 până la 80 de kilometri (45 până la 50 de mile) și toate, în afară de 10 la 40 la sută din piese se ard. Piesele care ajung la sol sunt de obicei cele realizate din metale cu puncte de topire ridicate, cum ar fi titanul și oțel inoxidabil. Modificarea condițiilor meteorologice și solare afectează rezistența atmosferică, ceea ce face imposibilă prezicerea cu certitudine a locului în care aterizează.