Eden najtežjih problemov, ki ga morajo rešiti inženirji vesoljskih plovil, je ponovni vstop v zemeljsko atmosfero. Za razliko od večine vesoljskih ostankov, ki zgorevajo, ko naletijo na vmesnik med ozračjem in vesoljem, a Vesoljsko plovilo mora med tem srečanjem ostati nedotaknjeno in hladno, da se lahko v enem vrne na tla kos. Inženirji morajo pri doseganju tega cilja uravnotežiti močne sile in preprečiti katastrofo.
Dinamika pojemka
Da bi bilo vesoljsko plovilo ali satelit sploh v orbiti, mora doseči hitrost izhoda. Ta hitrost je odvisna od Zemljine mase in polmera približno 40.000 kilometrov na uro (25.000 milj na uro). Ko predmet vstopi v zgornje okončine ozračja, ga začne trenja z molekulami zraka upočasniti in izgubljeni zagon se pretvori v toploto. Temperature lahko dosežejo 1.650 stopinj Celzija (3.000 stopinj Fahrenheita), sila pojemka pa je lahko sedemkrat ali večkrat večja od sile gravitacije.
Koridor za ponovni vstop
Sila pojemka in toplota, ki nastane med ponovnim vstopom, se povečujeta s strmim kotom glede na ozračje. Če je kot previsok, vesoljsko plovilo izgori in vsakdo, ki nima dovolj sreče, je zdrobljen. Če je kot preveč majhen, se po drugi strani vesoljsko plovilo odlepi z roba ozračja kot kamen, ki pluje po površini ribnika. Idealna pot ponovnega vstopa je ozek pas med tema dvema skrajnostma. Kot ponovnega vstopa v vesoljski plovilo je bil 40 stopinj.
Sile gravitacije, vlečenja in dvigovanja
Med ponovnim vstopom vesoljsko plovilo doživi vsaj tri konkurenčne sile. Sila gravitacije je odvisna od mase vesoljskega plovila, drugi dve sili pa sta odvisni od njegove hitrosti. Upor, ki ga povzroča trenje zraka, je odvisen tudi od tega, kako poenostavljeno je plovilo, in od gostote zraka; topi predmet se upočasni hitreje kot koničast in pojemek se poveča, ko se objekt spušča. Vesoljsko plovilo z ustrezno aerodinamično zasnovo, kot je vesoljski čoln, ima tudi dvižno silo, pravokotno na njegovo gibanje. Kot vedo vsi, ki poznajo letala, ta sila deluje proti gravitacijski sili in jo je v ta namen izkoristil space shuttle.
Nekontrolirani ponovni vnosi
Leta 2012 je bilo okoli 3000 predmetov, težkih 500 kilogramov (1100 funtov), v orbiti okoli Zemlje in vsi bodo sčasoma spet vstopili v ozračje. Ker niso namenjeni ponovnemu vstopu, se razbijejo na nadmorski višini od 70 do 80 kilometrov (45 do 50 milj) in vsi deli, razen 10 do 40 odstotkov, zgorejo. Kosi, ki pridejo do tal, so običajno tisti, izdelani iz kovin z visokimi tališči, kot sta titan in nerjaveče jeklo. Spreminjanje vremenskih in sončnih razmer vpliva na atmosferski upor, zato je nemogoče z gotovostjo napovedati, kje bodo pristali.