Ett av de svåraste problemen som rymdskeppsingenjörer måste lösa är att återinträda i jordens atmosfär. Till skillnad från de flesta rymdskräp som brinner upp när det möter gränssnittet mellan atmosfären och rymden, a rymdfarkosten måste förbli intakt och sval under detta möte så att den kan återgå till marken i ett bit. Ingenjörer måste balansera kraftfulla krafter i sina överväganden för att uppnå detta mål och avvärja katastrof.
Retardationsdynamiken
För att vara i omloppsbana i första hand måste en rymdfarkost eller satellit ha uppnått flyghastighet. Denna hastighet, beroende på jordens massa och radie, är i storleksordningen 40 000 kilometer i timmen (25 000 mil i timmen). När objektet kommer in i atmosfärens övre extremiteter börjar friktionsinteraktionen med luftmolekyler sakta ner det och det förlorade momentet omvandlas till värme. Temperaturerna kan nå 1650 grader Celsius (3000 grader Fahrenheit) och retardationskraften kan vara sju eller fler gånger större än tyngdkraften.
Återinträde korridor
Retardationskraften och värmen som genereras under återinträde ökar med vinkelns branthet i förhållande till atmosfären. Om vinkeln är för brant bränner rymdfarkosten upp och någon otur som är inne är krossad. Om vinkeln är för grund, å andra sidan, rymmer rymdfarkosten från atmosfärens kant som en sten som skummar längs dammens yta. Den perfekta re-entry-banan är ett smalt band mellan dessa två ytterligheter. Återinträdesvinkeln för rymdfärjan var 40 grader.
Gravitationsstyrkorna, dra och lyfta
Under återinträde upplever ett rymdfarkost minst tre konkurrerande krafter. Tyngdkraften är en funktion av rymdfarkostens massa, medan de andra två krafterna beror på dess hastighet. Drag, som orsakas av luftfriktion, beror också på hur strömlinjeformat båten är och på lufttätheten; ett trubbigt objekt saktar ner snabbare än ett spetsigt, och retardationen ökar när objektet sjunker ner. Ett rymdfarkost med rätt aerodynamisk design, såsom rymdfärjan, upplever också en lyftkraft vinkelrätt mot dess rörelse. Denna kraft, som alla som känner till flygplan vet, motverkar tyngdkraften och rymdfärjan använde den för detta ändamål.
Okontrollerade återinmatningar
År 2012 var ungefär 3000 objekt som väger 500 kg (1100 pund) i omloppsbana runt jorden, och alla kommer så småningom åter in i atmosfären. Eftersom de inte är avsedda för återinträde bryts de upp på en höjd av 70 till 80 kilometer (45 till 50 miles), och alla utom 10 procent till 40 procent av bitarna brinner upp. De bitar som gör det till marken är vanligtvis de som är gjorda av metaller med höga smältpunkter, såsom titan och rostfritt stål. Förändrade väder- och solförhållanden påverkar atmosfärens luftmotstånd, vilket gör det omöjligt att förutsäga med säkerhet var de landar.