Повечето изстрелвания на ракети се наблюдават само по време на изкачването си към космоса. Двигателите се запалват, ракетата се издига през атмосферата, а нейните степени се отделят, докато тя се насочва към космоса. За многократно използваемите ракети и космически апарати достигането на космоса обаче това е само половината от мисията. Те трябва също така да намерят начин да се върнат на Земята.
Завръщането е далеч по-сложно от просто падане от небето. Апаратът трябва да намали скоростта си, да издържи на топлината при навлизането в атмосферата и да остане стабилен, докато се спуска. В зависимост от конструкцията си, той може да използва двигатели, парашути или крила, за да завърши кацането. Това пътуване започва с установяването на контролирана траектория обратно към планетата.
Забавяне за завръщане на ЗемятаКосмическият апарат остава в орбита не защото е избягал от земното притегляне, а защото се движи странично достатъчно бързо, за да продължава да обикаля около планетата. За да се прибере у дома, той първо трябва да забави скоростта си. Космическият апарат извършва маневра за излизане от орбита, като задейства двигателите си в посока, обратна на движението си. Това го забавя достатъчно, за да понижи орбитата си и да навлезе в горните слоеве на атмосферата, където съпротивлението допълнително намалява скоростта му.
Многократно използваемите ракетни ускорители следват различна траектория, тъй като обикновено се отделят от космическия апарат, преди да достигнат орбита. След отделянето ускорителят може да извърши маневра за обратно ускорение, за да обърне част от траекторията си и да се насочи към сушата. Като алтернатива той може да продължи по посока на кацане към платформа в морето.
След това ускорителят отново включва двигателите си по време на спускането. Тези включвания помагат за контролиране на скоростта му и за позиционирането му за окончателното приближаване.
Всяка маневра трябва да бъде точно синхронизирана. Дори малка грешка в ъгъла, скоростта или ориентацията на апарата може да доведе до пропускане на зоната за кацане.
Преживяване на навлизането в атмосферата
Влизането в земната атмосфера с висока скорост създава екстремна топлина. Когато космическият апарат се сблъска с въздуха, газът пред него бързо се сгъстява и се нагрява. Това може да създаде слой от изключително гореща плазма около апарата. Поради тази причина космическите апарати използват топлинни щитове, за да издържат на тези условия. Капсулите обикновено са оборудвани с абразивни щитове, изработени от материали, предназначени да се овъглят и постепенно да се износват.
Докато външният материал се отстранява, той отвежда топлината и не позволява на екстремните температури да достигнат до кабината. Ъгълът на навлизане също е от решаващо значение. Космически кораб, навлизащ под прекалено стръмен ъгъл може да претърпи прекомерно нагряване и забавяне. Такъв, който се приближава под прекалено по-плитък ъгъл може да премине отвъд планираната зона за кацане или за кратко да излезе обратно от атмосферата.
Апаратът трябва да остане стабилен по време на тази фаза. Капсулите коригират ориентацията си, за да създадат ограничена подемна сила и да контролират траекторията си. Многократно използваемите ускорители използват решетъчни перки, които взаимодействат с околния въздушен поток, за да насочат спускащата се ракета към целта ѝ.
Завършване на кацането
След като атмосферното съпротивление е намалило по-голямата част от скоростта на космическия апарат, системата за кацане поема контрола. Използваният метод зависи от конструкцията на апарата и от мисията. Капсулите за екипаж и товар обикновено разгръщат парашутите си по време на последния етап от спускането. Парашутите се отварят последователно, като постепенно намаляват скоростта на капсулата. Някои капсули се приводняват в океана и се обработват от екипи за спасяване, докато други се връщат в определени зони за кацане на сушата.
Многократно използваемите ускорители разчитат на кацане с двигателна тяга. Решетъчни перки направляват ракетата по време на спускането, преди един или повече двигатели да се рестартират за финалното изгаряне при кацане. Това изгаряне бързо намалява скоростта на ускорителя, докато се разгръщат краката му. Бордовите компютри непрекъснато изчисляват височината, ориентацията и скоростта на ускорителя. Те правят бързи корекции на тягата на двигателите и управлението, което позволява на ракетата да кацне вертикално на площадка или платформа в морето.
Космическите самолети използват друг метод. След навлизане в атмосферата те плават през нея, използвайки крила и аеродинамични управляващи повърхности, преди да кацнат хоризонтално на писта. Затова завръщането на Земята не е еднократно действие, а внимателно координирана последователност. Двигателите поставят апарата на правилната траектория, топлинните щитове го предпазват по време на навлизането в атмосферата, а системите за насочване контролират спускането. След това парашути, двигатели за кацане или крила довършват пътуването, връщайки космическия апарат на Земята невредим и в някои случаи готов за нов полет.
Изстрелването на ракета изисква достатъчно мощност, за да се отдели от земята, но нейното завръщане изисква прецизен контрол на всеки етап. Именно тази комбинация от скорост, управление на топлината и навигация в рамките на части от секундата превръща падането от космоса в безопасно кацане.