Thâm nhập khí quyển

"Atmospheric entry" đổi hướng tới đây. Đối với các định nghĩa khác, xem Atmospheric entry (định hướng).
Passage of an object through the gases of an atmosphere from outer spaceBản mẫu:SHORTDESC:Passage of an object through the gases of an atmosphere from outer space
Vỏ bọc cách nhiệt của Mars Exploration Rover (MER) theo hình dung của họa sĩ
Xâm nhập khí quyển là chuyển động của một vật thể ngoài không gian đi vào và xuyên qua lớp khí quyển của một hành tinh, hành tinh lùn hoặc một vệ tinh tự nhiên. Có hai dạng hồi quyển:
Hồi quyển không điều khiển ví dụ như sự hồi quyển của các thiên thạch, mảnh vụn vũ trụ, hoặc cầu lửa
Hồi quyển có điều khiển của tàu vũ trụ được điều hướng và có đường bay được tính toán trước. Các công nghệ mà theo đó cho phép điều khiển một phương tiện bay thâm nhập khí quyển, giảm độ cao và hạ cánh được gọi chung là EDL (Entry, Descent, and Landing).
Vật thể khi đi vào khí quyển sẽ phải chịu lực cản khí quyển, mà sẽ gây ra ứng suất lên các cơ cấu cơ khí của vật thể, cùng với đó là nhiệt khí động-gây ra bởi phần lớn là từ áp suất không khí phía trước của vật thể và do cả lực kéo. Những lực này sẽ gây ra sự mất mát khối lượng (do bốc hơi/bào mòn khi bay qua lớp không khí dày) hoặc thậm chí là sự bốc hơi hoàn toàn của những vật thể có kích thước nhỏ, những vật thể có cường độ nén thấp hơn có thể bị nổ.
Một tàu vũ trụ có người lái bắt buộc phải giảm tốc độ bay xuống dưới tốc độ âm thanh trước khi triển khai dù hoặc phanh khí động. Những phương tiện bay dạng này có động năng thường là giữa 50 và 1.800 MJ, và cách duy nhất để làm tiêu hao động năng là tỏa nhiệt vào khí quyển. Lượng nhiên liệu tên lửa cần thiết để làm chậm tàu vũ trụ sẽ gần bằng lượng được sử dụng để tăng tốc ban đầu, và do đó, việc sử dụng động cơ tên lửa hãm trên toàn bộ quá trình quay lại Trái đất là không thực tế. Trong khi nhiệt độ cao tạo ra ở bề mặt tấm chắn nhiệt là do nén đoạn nhiệt, động năng của tàu vũ trụ cuối cùng bị mất do ma sát với không khí (độ nhớt) khi tàu vũ trụ bay trong tầng khí quyển. Các tổn thất năng lượng nhỏ khác bao gồm bức xạ vật đen trực tiếp từ các khí nóng và phản ứng hóa học giữa các khí bị ion hóa.
Đầu đạn của tên lửa đạn đạo và của các thiết bị bay dùng một lần không yêu cầu phải giảm tốc độ khi hồi quyển, thực tế, chúng được thiết kế cấu hình sao cho có thể duy trì được vận tốc tối đa. Ngoài ra, sự quay trở lại Trái đất ở vận tốc thấp từ vùng không gian gần ví dụ như nhảy dù từ khinh khí cầu không yêu cầu phải có vỏ bọc cách nhiệt bởi vì gia tốc trọng trường của vật thể bắt đầu ở trạng thái nghỉ từ bên trong bầu khí quyển (hoặc vùng không gian gần) không thể tạo ra đủ vận tốc để gây ra ma sát sinh nhiệt nguy hiểm.
Đối với Trái đất, bầu khí quyển được giới hạn bởi đường Kármán ở độ cao 100 km (62 dặm; 54 hải lý) bên trên bề mặt, giới hạn này đối với bầu khí quyển của sao Kim là 250 km (160 mi; 130 nmi) và ở sao Hỏa là 80 km (50 mi; 43 nmi). Các vật thể không điều khiển có vận tốc lớn và tăng tốc do bị hút về phía Trái đất dưới tác động của lực hấp dẫn, sau đó nó bị chậm lại do ma sát khi đi vào bầu khí quyển. Các thiên thạch cũng thường di chuyển khá nhanh so với Trái đất đơn giản vì quỹ đạo của chúng khác với quỹ đạo của Trái đất trước khi chúng rơi vào trường hấp dẫn của Trái đất. Các phương tiện thâm nhập khí quyển đạt vận tốc siêu vượt âm nhờ việc chúng bay dưới quỹ đạo (ví dụ như khoang mang đầu đạn hồi quyển của tên lửa đạn đạo liên lục địa), theo quỹ đạo (như tàu Soyuz), hoặc quỹ đạo không giới hạn (ví dụ thiên thạch). Đã có nhiều công nghệ tiên tiến khác nhau được phát triển để cho phép quay lại khí quyển và bay với vận tốc cực lớn. Đối với một hành tinh khí khổng lồ có bầu khí quyển dầy và lực hấp dẫn lớn, để có thể kiểm soát việc thâm nhập khí quyển các hành tinh này thì phương pháp nhập quyển là sử dụng lực đẩy Archimedes, ví dụ đối với bẩu khí quyển của sao Kim, Titan và các hành tinh khí khổng lồ.