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Il rientro nell’atmosfera terrestre rimane uno dei problemi più impegnativi per i progettisti di veicoli spaziali. A differenza dei tipici detriti spaziali che bruciano all’ingresso nell’atmosfera, un veicolo spaziale di ritorno deve sopravvivere a un intenso riscaldamento e decelerazione per atterrare in sicurezza come una singola unità. Gli ingegneri devono destreggiarsi tra forze potenti per evitare fallimenti catastrofici.
Per raggiungere l'orbita, un satellite deve prima raggiungere la velocità di fuga, circa 40.000 km/h (25.000 mph). Quando rientra nell'atmosfera superiore, l'attrito aerodinamico rallenta il veicolo, convertendo l'energia cinetica in calore. Le temperature superficiali possono raggiungere i 1.650°C (3.000°F) e le forze di decelerazione possono superare sette volte la gravità terrestre.
L'angolo con cui un velivolo entra nell'atmosfera determina se brucerà, sopravviverà o volerà via dal bordo. Una traiettoria troppo ripida provoca un riscaldamento catastrofico e cedimenti strutturali; un percorso troppo poco profondo porta il veicolo a sfiorare l'atmosfera come un sasso. La finestra ottimale, nota come corridoio di rientro, si trova tra questi estremi. Per lo Space Shuttle, l'angolo target era di circa 40°.
Durante la discesa competono tre forze:gravità, resistenza e portanza. La resistenza, determinata dall’attrito dell’aria, dipende dalla forma del veicolo e dalla densità atmosferica; un profilo smussato genera più resistenza rispetto a uno aerodinamico, accelerando la decelerazione durante la discesa dell'imbarcazione. La portanza, generata dal design aerodinamico del veicolo, agisce perpendicolarmente al suo movimento e può contrastare la gravità, un principio sfruttato dallo Shuttle per controllarne la discesa.
Nel 2012, circa 3.000 oggetti del peso di 500 kg (1.100 libbre) orbitavano attorno alla Terra, tutti destinati a rientrare prima o poi. In mancanza di una progettazione specifica per il rientro, la maggior parte si disintegra tra 70 e 80 km (45-50 miglia). Sopravvive solo il 10-40% dei frammenti, solitamente metalli ad alto punto di fusione come il titanio o l'acciaio inossidabile. Il tempo variabile e l'attività solare alterano la resistenza atmosferica, rendendo impossibili previsioni precise sull'impatto.
