Uno de los problemas más difíciles que los ingenieros de naves espaciales deben resolver es el de reingreso a la atmósfera terrestre. A diferencia de la mayoría de los desechos espaciales, que se queman cuando se encuentra con la interfaz entre la atmósfera y el espacio, una nave espacial debe permanecer intacta y fresca durante este encuentro para que pueda regresar al suelo en una sola pieza. Los ingenieros deben equilibrar fuerzas poderosas en sus consideraciones para lograr este objetivo y evitar el desastre.
La dinámica de la desaceleración
Para estar en órbita en primer lugar, una nave espacial o satélite debe han logrado la velocidad de escape. Esta velocidad, que depende de la masa y el radio de la Tierra, es del orden de 40,000 kilómetros por hora (25,000 millas por hora). Cuando el objeto entra en los extremos superiores de la atmósfera, la interacción de fricción con las moléculas del aire comienza a disminuir, y el impulso perdido se convierte en calor. Las temperaturas pueden alcanzar los 1.650 grados Celsius (3.000 grados Fahrenheit), y la fuerza de desaceleración puede ser siete o más veces mayor que la fuerza de la gravedad.
Corredor de reingreso
La fuerza de la desaceleración y el calor generado durante la reentrada aumenta con la pendiente del ángulo con respecto a la atmósfera. Si el ángulo es demasiado pronunciado, la nave espacial se quema y cualquiera que tenga la mala suerte de estar dentro es aplastado. Si el ángulo es muy poco profundo, por otro lado, la nave espacial se desliza fuera del borde de la atmósfera como una piedra rozando la superficie de un estanque. La trayectoria ideal de reentrada es una banda estrecha entre estos dos extremos. El ángulo de reentrada para el transbordador espacial fue de 40 grados.
Las Fuerzas de la gravedad, Arrastre y Levantamiento
Durante el reingreso, una nave espacial experimenta al menos tres fuerzas competidoras. La fuerza de la gravedad es una función de la masa de la nave espacial, mientras que las otras dos dependen de su velocidad. La fricción, que es causada por la fricción del aire, también depende de cuán aerodinámica sea la nave y de la densidad del aire; un objeto contundente se ralentiza más rápidamente que uno puntiagudo, y la desaceleración aumenta a medida que el objeto desciende. Una nave espacial con el diseño aerodinámico adecuado, como el transbordador espacial, también experimenta una fuerza de sustentación perpendicular a su movimiento. Esta fuerza, como sabe cualquiera que esté familiarizado con los aviones, contrarresta la fuerza de la gravedad, y el transbordador espacial la utilizó para este propósito.
Reinscripciones no controladas
En 2012, aproximadamente 3.000 objetos que pesan 500 kilogramos. (1.100 libras) estaban en órbita alrededor de la Tierra, y todos eventualmente volverán a entrar en la atmósfera. Debido a que no están diseñados para el reingreso, se rompen a una altitud de 70 a 80 kilómetros (45 a 50 millas), y todos menos el 10 por ciento a 40 por ciento de las piezas se queman. Las piezas que llegan al suelo suelen ser de metales con altos puntos de fusión, como el titanio y el acero inoxidable. El cambio en el clima y las condiciones solares afectan el arrastre atmosférico, por lo que es imposible predecir con certeza dónde aterrizan.
