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La rentrée dans l’atmosphère terrestre reste l’un des problèmes les plus difficiles pour les concepteurs d’engins spatiaux. Contrairement aux débris spatiaux typiques qui brûlent lors de leur entrée dans l’atmosphère, un vaisseau spatial qui revient doit survivre à un chauffage et une décélération intenses pour atterrir en toute sécurité en tant qu’unité unique. Les ingénieurs doivent jongler avec des forces puissantes pour éviter une panne catastrophique.
Pour atteindre l'orbite, un satellite doit d'abord atteindre une vitesse de fuite d'environ 40 000 km/h (25 000 mph). Lorsqu’il rentre dans la haute atmosphère, la friction aérodynamique ralentit le véhicule, convertissant l’énergie cinétique en chaleur. Les températures de surface peuvent grimper jusqu'à 1 650 °C (3 000 °F) et les forces de décélération peuvent dépasser sept fois la gravité terrestre.
L'angle avec lequel un engin entre dans l'atmosphère détermine s'il va brûler, survivre ou s'éloigner du bord. Une trajectoire trop raide provoque un échauffement catastrophique et une défaillance structurelle; un chemin trop peu profond fait que le véhicule effleure l'atmosphère comme une pierre. La fenêtre optimale – connue sous le nom de couloir de réentrée – se situe entre ces extrêmes. Pour la navette spatiale, l'angle cible était d'environ 40°.
Lors de la descente, trois forces s’affrontent :la gravité, la traînée et la portance. La traînée, entraînée par la friction de l’air, dépend de la forme du véhicule et de la densité atmosphérique; un profil émoussé génère plus de traînée qu'un profil profilé, accélérant la décélération à mesure que l'engin descend. La portance, générée par la conception aérodynamique du véhicule, agit perpendiculairement à son mouvement et peut contrecarrer la gravité, un principe que la navette a exploité pour contrôler sa descente.
En 2012, environ 3 000 objets pesant 500 kg (1 100 lb) étaient en orbite autour de la Terre, tous destinés à y revenir un jour. Sans conception spécifique à la rentrée, la plupart se désintègrent entre 70 et 80 km (45 et 50 mi). Seuls 10 à 40 % des fragments survivent, généralement des métaux à point de fusion élevé comme le titane ou l'acier inoxydable. Les conditions météorologiques variables et l'activité solaire modifient la traînée atmosphérique, rendant impossible toute prévision précise de l'impact.