大気圏再突入
弾道ミサイルでは、弾頭(主に核弾頭)は先の尖った円錐状の耐熱カプセルである再突入体 (re-entry vehicle、RV) に搭載される。実施時の速度はIRBMでも秒速2 km程度、ICBMであれば秒速約7 km程度になるので、着弾までにRVの大部分が損耗し半球状になってしまう。なお、日本が耐熱タイル技術の開発に消極的だったのは、核ミサイル保有の疑いを減らすためであったといわれている。
流れ星が明るく光ることと同様に、宇宙船も明るく発光する。これは機体が数千度にもなる高温に加熱されるためであるが、空気との摩擦熱を原因とする説明は誤りであり、熱源のほとんどは宇宙船前方の空気が断熱圧縮されることによる。その高温から周辺の気体はプラズマ化しており、電波通信では強い障害となる。
超音速で移動する物体の前方においては、気体が物体によって横に押しのけられることが間に合わずに前方に圧縮される。これは音速域から生じる現象であり、例としてコンコルドでは音速飛行時の機首温度はおよそ120 °Cとされていた。
宇宙空間に漂っている物体は第一宇宙速度である7.9 km/s(28,400 km/h、マッハ23)以上の対地速度であり、減速されることなく地球の大気圏に突入するため、数千 °Cの高温に晒される。
例としてスペースシャトルにおいては、再突入開始時の速度はおよそマッハ25(30,000 km/h)であり、はやぶさ2の帰還カプセルのケースでは12 km/s(43,200 km/h)で大気圏に突入し、周辺温度は1万 °C、カプセル表面では3,000 °C程度だったと推定されている。
アポロ宇宙船の頃から、初期のスペースシャトルにおいても、宇宙船がプラズマに囲まれている間は、地上との無線通信が不可能となっていた。データ中継衛星の整備後は、スペースシャトルでも、プラズマの希薄な機体上方のアンテナを使って、静止軌道のデータ中継衛星を介した無線での通信が可能となった。
宇宙ステーション補給機「こうのとり」7号機 (HTV7)の小型回収カプセル - 2018年9月23日打上。11月11日6時40分(JST)ごろ、南鳥島近海にパラシュート落下。
MOMO4号機 - 紙飛行機を打ち上げて回収を試みる予定であったが、失敗。
はやぶさ2 - 2014年12月3日打上。2020年12月6日に試料回収カプセル再突入・回収成功。
任務の最後に制御落下させた物には、以下の物がある。落下地点は南太平洋上。
宇宙ステーション補給機「こうのとり」(HTV) HTV技術実証機- 2009年(平成21年)9月11日打上、11月2日に落下 宇宙ステーション補給機「こうのとり」2号機 (HTV2)- 2011年(平成23年)1月22日打ち上げ、3月30日に落下 宇宙ステーション補給機「こうのとり」3号機 (HTV3)- 2012年(平成24年)7月21日打ち上げ、9月14日に落下 「こうのとり」3号機には日本の再突入データ収集装置i-Ballが搭載されており、データを収集後に海面上からデータを送信し水没 4号機以降の機体でも基本的に制御落下による焼却処理が行われている。
このように超高温、高圧に晒されるため、滑空制御するための構造や、減速するためのエンジン等を搭載したまま突入を行うことが困難である。また、車輪のような着陸機構にも大きな制限がなされる。
ほとんどの物体は空気抵抗で減速し、地上に接近するとパラシュートなどで、さらに飛行速度を落とし、着陸あるいは着水する。太平洋と大西洋に接しているアメリカ合衆国では、主にアポロ宇宙船やマーキュリー宇宙船に見られるように着水を行い、接している海がほとんど北極海というロシア(及びソ連)では、ソユーズで見られるように、地表近くで逆噴射ロケットで大きく減速して着陸している。なお、ユーリイ・ガガーリンの乗ったボストークは逆噴射ロケットを持たず、パラシュートで減速後、戦闘機のように乗員を座席ごと船外へ射出していた。