Een van de moeilijkste problemen die ingenieurs van ruimtevaartuigen moeten oplossen, is die van terugkeer in de atmosfeer van de aarde. In tegenstelling tot de meeste ruimtepuin, die opbrandt als het de interface tussen de atmosfeer en de ruimte tegenkomt, moet een ruimtevaartuig tijdens deze ontmoeting intact en koel blijven zodat het in één stuk naar de grond kan terugkeren. Technici moeten hun krachten bundelen in hun overwegingen om dit doel te bereiken en rampspoed te voorkomen.

De dynamiek van vertraging

Om in de eerste plaats in een baan om de aarde te zijn, moet een ruimtevaartuig of satelliet hebben ontsnappingssnelheid bereikt. Deze snelheid, afhankelijk van de massa en straal van de aarde, ligt in de orde van 40.000 kilometer per uur (25.000 mijl per uur). Wanneer het object de bovenste uiteinden van de atmosfeer binnengaat, begint de wrijvingsinteractie met luchtmoleculen het te vertragen en wordt het verloren momentum omgezet in warmte. Temperaturen kunnen 1.650 graden Celsius (3.000 graden Fahrenheit) bereiken, en de kracht van vertraging kan zeven of meer keer groter zijn dan de zwaartekracht.

Re-entry Corridor

De kracht van vertraging en de warmte die wordt gegenereerd tijdens het opnieuw binnenkomen neemt toe met de steilheid van de hoek ten opzichte van de atmosfeer. Als de hoek te steil is, brandt het ruimtevaartuig en wordt iedereen die pech heeft om binnen te zijn, verpletterd. Als de hoek te ondiep is, scheert het ruimteschip aan de rand van de atmosfeer weg als een steen die over het oppervlak van een vijver scheert. Het ideale re-entry-traject is een smalle band tussen deze twee uitersten. De re-entry hoek van de spaceshuttle was 40 graden.

De krachten van zwaartekracht, slepen en heffen

Tijdens een re-entry ervaart een ruimtevaartuig ten minste drie concurrerende krachten. De zwaartekracht is een functie van de massa van het ruimtevaartuig, terwijl de andere twee krachten afhankelijk zijn van de snelheid. Slepen, veroorzaakt door luchtwrijving, hangt ook af van hoe gestroomlijnd het vaartuig is en van de luchtdichtheid; een bot voorwerp vertraagt ​​sneller dan een puntig voorwerp en de vertraging neemt toe naarmate het object daalt. Een ruimtevaartuig met het juiste aerodynamische ontwerp, zoals de spaceshuttle, ervaart ook een hefkracht loodrecht op zijn beweging. Deze kracht, zoals iedereen die vertrouwd is met vliegtuigen, de zwaartekracht tegengaat, en Space Shuttle gebruikte het voor dit doel.

Ongecontroleerde Re-entries

In 2012 ongeveer 3.000 objecten met een gewicht van 500 kilogram (1.100 pond) waren in een baan rond de aarde, en alles zal uiteindelijk opnieuw de atmosfeer ingaan. Omdat ze niet zijn ontworpen voor re-entry, breken ze op een hoogte van 70 tot 80 kilometer (45 tot 50 mijl), en alle maar 10 tot 40 procent van de stukken verbranden. De stukken die de grond maken zijn meestal die van metalen met hoge smeltpunten, zoals titanium en roestvrij staal. Veranderende weersomstandigheden en zonnecondities beïnvloeden de atmosferische weerstand, waardoor het onmogelijk is om met zekerheid te voorspellen waar ze terechtkomen.