시내로 볼 일을 보러 갔다가 집으로 돌아올 때 우리가 버스나 지하철을 잘못 타게 되면 집으로 곧장 돌아오지 못하게 될 것이다. 잘못 탔다는 것을 바로 알아채고 노선을 바꿔서 돌아온다면 그나마 다행이지만, 그러한 사실을 인지하지 못할 경우에는 먼 길을 돌고 돌아서 녹초가 된 상태로 집에 도착하게 된다. 우주왕복선이 궤도에서 임무를 완수하고 지구의 대기권으로 재진입 하는 것도 우리가 버스나 지하철을 타고 집으로 돌아가는 것과 비슷하지만 그 규모가 다르다.

대기권 재진입

정해진 기간 동안 우주공간의 궤도에 떠서 임무를 완수하면 우주왕복선은 지구로 돌아가야 하는 순간을 맞이하게 된다. 지구로 복귀하는 과정의 첫 단계이자 매우 중요한 단계는 바로 대기권 재진입(Re-entry)과정이다. 우주왕복선은 대기권 재진입을 위해서 가장 먼저 위치하고 있는 궤도에서 벗어나야 한다. 기본적으로 27400km/h나 그에 상응하는 굉장히 빠른 속도로 지구 주변을 돌면서 고도를 유지하고 있는데, 이 속도를 줄여서 조금씩 지표면으로 내려가야 한다.

먼저 궤도비행 시스템(OMS, Orbital Maneuvering System)의 로켓을 우주왕복선의 운동 방향과 같게 만들어준다. 방향이 일치하게 되었을 때 약 2분 30초 동안 로켓을 통해 운동방향의 반대 방향으로 가속도를 발생 시킨다. 이것을 통해 원래의 속도보다 느린 속도를 얻게 되고 결국 궤도를 유지하지 못하고 지구를 향해 조금씩 떨어져 내린다. 우주왕복선은 궤도비행 시스템을 통해 감속을 한 직후 대기권 재진입에 대비하기 위해 뒤집어진 자세를 바로 잡는다. 이 때 머리 부분을 40º로 든 자세로 만들고 대기권의 공기는 우주왕복선의 평평한 아래 면과 만나게 된다.

대기권 재진입 실패

위와 같이 대기권 재진입을 위한 조치를 모두 취했다고 해도 진입 각도가 작거나 클 경우 실패한다. 진입각이 작을 경우 잔잔한 물 위에 평평한 돌을 던져서 튕기는 것과 같이 대기권에 진입하다가 튕겨져 나갈 수 있다. 튕겨져 나간 우주왕복선은 착륙하기로 예정되었던 활주로로 가지 못하게 된다. 반면에 진입각이 클 경우, 높은 곳에서 빠른 속도로 평평한 물에 떨어진 물체처럼 산산조각 나는 참사가 일어난다. 그렇기 때문에 대기권 진입 각도는 0.1º 혹은 그 보다 더 작은 각도까지 정밀하게 컴퓨터가 조정한다.

도착지 선택

우주왕복선이 복귀할 때 주로 플로리다 주에 위치한 우주센터를 첫 번째 후보지로 정해두고 캘리포니아 주에 있는 공군기지를 두 번째 후보지로 정한다. 그러나 비가 오는 등 기상 상황이 좋지 않으면 우주왕복선이 손상될 수 있기 때문에 원래 예정되었던 기지가 아닌 다른 곳으로 간다. 기상 상황으로 인한 비행 및 착륙 제한 외에도 화재나 위독한 환자가 있는 등의 시급을 요하는 상황에도 도착 예정지가 바뀔 수 있고 그것은 세계 각지에 있는 활주로가 선택 될 수 있다. 그러나 유럽이나 아프리카 등의 기지에는 안전한 착륙을 위한 지상국의 요원도 상대적으로 적고 우주왕복선을 미국으로 가져가는 일 또한 굉장한 시간과 노력이 필요하다.