Ett av de svåraste problemen som rymdfarkoster 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, måste ett rymdfarkoster vara intakt och kallt under det här mötet så att det kan återgå till marken i ett stycke. Ingenjörer måste balansera kraftfulla krafter i sina överväganden för att uppnå detta mål och avvärja katastrofer.

Fördjupningsdynamik

För att vara i omlopp i första hand måste rymdfarkoster eller satelliter har uppnått flyghastighet. Denna hastighet, beroende av jordens massa och radie, ligger i storleksordningen 40 000 kilometer per timme (25 000 miles per timme). När objektet tränger in i atmosfärens övre extremiteter börjar friktionssamverkan med luftmolekyler sakta ner det och den förlorade kraften omvandlas till värme. Temperaturerna kan nå 1.650 grader Celsius, och kraften av retardation kan vara sju eller flera gånger större än tyngdkraften.

Återgång Korridor

Kraften av retardation och värmen som genereras vid återinträde ökar med vinkelns branthet i förhållande till atmosfären. Om vinkeln är för brant, bränner rymdfarkosten upp och alla som är olyckliga att vara insida krossas. Om vinkeln är för grund, å andra sidan rymmer rymdfarkosten utanför atmosfärskanten som en sten som skimmar längs en damms yta. Den ideala återinträdebanan är ett smalt band mellan dessa två ytterligheter. Vinkeln för återinmatning för rymdfärjan var 40 grader.

Gravity forces, Drag och Lift

Under re-entry upplever en rymdfarkost minst tre konkurrerande styrkor. 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 luftdensiteten; ett trubbigt föremål saktar sig snabbare än en spetsig, och retardationen ökar när objektet faller ner. En rymdfarkost med rätt aerodynamisk design, som rymdfärjan, upplever också en lyftkraft vinkelrätt mot rörelsen. Denna kraft, som alla som känner till flygplanet vet, motverkar tyngdkraften, och rymdfärjan utnyttjade det för detta ändamål.

Okontrollerade återinföringar

År 2012 var ungefär 3 000 objekt som väger 500 kg (1 100 pund) var i omlopp runt jorden, och alla kommer så småningom åter in i atmosfären. Eftersom de inte är avsedda för återinträde bryts de upp i en höjd av 70 till 80 kilometer (45-50 mil) och allt 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. Byte av väder och solförhållanden påverkar atmosfärstrycket, vilket gör det omöjligt att förutsäga med säkerhet var de landar.