Comstock-afbeeldingen/Comstock/Getty-afbeeldingen

Het opnieuw binnendringen van de atmosfeer van de aarde blijft een van de meest uitdagende problemen voor ontwerpers van ruimtevaartuigen. In tegenstelling tot typisch ruimteschroot dat opbrandt bij het binnendringen van de atmosfeer, moet een terugkerend ruimtevaartuig intense verwarming en vertraging overleven om veilig als één geheel te kunnen landen. Ingenieurs moeten met krachtige krachten jongleren om catastrofale mislukkingen te voorkomen.

De dynamiek van vertraging

Om een baan om de aarde te bereiken, moet een satelliet eerst een ontsnappingssnelheid bereiken:ongeveer 40.000 km/u (25.000 mph). Wanneer het opnieuw de hogere atmosfeer binnendringt, vertraagt ​​aerodynamische wrijving het voertuig, waardoor kinetische energie wordt omgezet in warmte. Oppervlaktetemperaturen kunnen oplopen tot 1650 °C (3000 °F) en de vertragingskrachten kunnen zeven maal de zwaartekracht van de aarde overschrijden.

De terugkeercorridor

De hoek waaronder een ruimtevaartuig de atmosfeer binnenkomt, bepaalt of het zal verbranden, overleven of van de rand zal scheren. Een te steil traject veroorzaakt catastrofale opwarming en structureel falen; een te ondiep pad zorgt ervoor dat het voertuig als een steen door de atmosfeer scheert. Het optimale venster – bekend als de re-entry corridor – ligt tussen deze uitersten. Voor de Space Shuttle was de doelhoek ongeveer 40°.

Zwaartekracht, slepen en tillen tijdens het spelen

Tijdens de afdaling concurreren drie krachten:zwaartekracht, weerstand en lift. De weerstand, veroorzaakt door luchtwrijving, hangt af van de vorm van het voertuig en de atmosferische dichtheid; een stomp profiel genereert meer weerstand dan een gestroomlijnd profiel, waardoor de vertraging wordt versneld naarmate het vaartuig daalt. De lift, gegenereerd door het aerodynamische ontwerp van het voertuig, werkt loodrecht op de beweging ervan en kan de zwaartekracht tegenwerken, een principe dat de shuttle gebruikte om de afdaling te controleren.

Ongecontroleerde herinzendingen

In 2012 draaiden ongeveer 3.000 objecten met een gewicht van 500 kg (1.100 lb) in een baan om de aarde, die allemaal voorbestemd waren om uiteindelijk weer binnen te komen. Omdat ze geen re-entry-specifiek ontwerp hebben, vallen de meeste uiteen tussen 70 en 80 km (45 tot 50 mijl). Slechts 10-40% van de fragmenten overleeft, meestal metalen met een hoog smeltpunt, zoals titanium of roestvrij staal. Variabel weer en zonneactiviteit veranderen de atmosferische weerstand, waardoor nauwkeurige impactvoorspellingen onmogelijk worden.