事實上，相比於航天器的發射、入軌，航天器的返回是更為巨大的挑戰。儘管理論上，利用火箭推力可以把航天器送入太空，利用其反推力也可以使航天器減速到軟著陸。但火箭發射是一個用動能換取位能的過程，返回自然就是用位能換取動能的過程。拋開氣動摩擦和燃料消耗，發射階段的火箭推力和燃燒時間該多大，純粹用反推力軟著陸的剎車火箭的推力和燃燒時間也就要多大，這自然是很難做到的。然而埃隆·馬斯克做到了。

火箭的主發動機能夠提供巨大推力，獵鷹回收難點在於保持回收過程穩定性，這對控制技術提出了極高要求。然而飛船、衛星等普通航天器的回收難度不僅僅在控制技術領域，事實上，普通航天器的減速火箭的減速作用很小，只能將航天器的速度降低到不足以維持軌道運行的臨界速度以下，使航天器脫離地球軌道。一般航天器採用彈道式再入加降落傘的方式。也就是說，像隕石一樣在重力作用下自由下落，然後在稠密大氣層內一定高度時打開降落傘，用氣動阻力減速，實現軟著陸。蘇俄的宇宙飛船返回艙，美國太空梭固體推進器都採用了此技術美太空梭詳解之固體助推器。彈道式再入飛行器一般沒有升力，拋物線運動是我們最簡單的的彈道。

淺析再入式航天器鈍頭體設計 2（請關注公眾號宇航探索局）中說過，航天器自由下落過程中，氣動加熱使其表面急劇升高。採用尖頭體能夠減低氣動阻力以減少氣動加熱，但再入過程中超高速使邊界層氣動加熱的升溫速度太快，尖頭對減小氣動加熱的作用微乎其微，頭錐受到在時間和空間上高度集中的熱負荷，根本沒有時間散熱，耐熱材料或隔熱、散熱、導熱技術只能略微推遲被燒毀的時機，不能從根本上改變被燒毀的結局。

1951年，NACA（NASA的前身）的物理學家亨利艾倫在研究中發現，高速的航天器前端對空氣產生強烈壓縮，在前方大氣中形成一個弓形激波，激波前沿的空氣密度急劇升高，實際上像一堵堅硬但移動的牆一樣，航天器則在牆後的尾流中前行。由於和前方靜態空氣直接接觸的是激波錐而不是航天器本身，氣動加熱主要由激波前沿和前方的靜態空氣之間的壓縮和摩擦產生，熱量也主要沿密度極高的激波鋒面內部傳導和耗散。如果航天器表面和激波鋒面保持一定的距離，激波鋒面和航天器表面之間的邊界層實際上形成保護層，航天器本身承受的熱負荷就要小很多。因此，亨利艾倫提出，航天器的頭部應該是鈍形，在艏部推出一個寬大和強烈的激波，並使波鋒面遠離航天器本體，就像平頭的駁船船首推開的波浪一樣，形成有效的熱保護。

實際數據表明，太空梭再入段初期，圓鈍的頭錐前方几米外激波前沿的溫度可達攝氏5300度，但太空梭表面「僅僅」感受到1260度左右，說明了激波隔熱的有效性。

但這隻解決了問題的一半。剩餘的氣動加熱問題依然嚴重，需要用燒蝕型散熱材料用時間換溫升。圖中可見太空梭鱗次櫛比的隔熱瓦。

　　太空梭軌道器滑翔著陸，著陸過程不提供任何動力。所以，太空梭在自控發動機推動下降速以脫離地球軌道、進入大氣層，之後即不可能飛回太空，只能繼續按預定軌跡滑翔、降落。這要求太空梭能夠滑翔一定距離，既不能過長（累積蓄熱），也不能過短（瞬時升溫），所以軌道器設計需要在二者之間取個平衡，這就要求軌道器返回時必須沿一條精細計算過的在瞬時氣動加熱和累計氣動加熱之間最小化的路徑下滑，以最大限度地降低熱負荷。

此外軌道器還要具備良好的滑翔操控能力（不能偏離預定航跡，否則就回不了家）。最終NASA為太空梭選擇了具有較高升阻比的細長機翼。然而太空梭在返回大氣層最高速度可以高達24個馬赫，機體結構要求軌道器必須採用阻力最小的升力體（扁平短拙、大後掠角）。需要在矛盾體的兩個極端取個折中，折中的結果損害了操控性能，太空梭的操縱特性據說和一塊飛行的磚頭差不多，使用要求非常高。

　　近年來出現了一種全新的航天器返回模式——彈道式再入+大氣層內滑翔式再入相結合的全新方式。我們稱之為半彈道跳躍式。所謂半彈道式就是返回時它具有一定升力的，那麼在飛行過程中可以減緩過載。所謂跳躍就是飛行器第一次進入大氣層後，利用大氣層和近地空間的空氣密度差，產生強大的氣動升力，把航天器彈跳出大氣層，彈起一次，然後航天器在地球引力作用下再次進入大氣層，返回地面。從而增大飛行的航程，減緩飛行速度。這個過程很像在大氣層邊緣打水漂。

在大氣層中打水漂，對角度精度的要求不言而喻，如果再入角小了，試驗器就飛遠了，角度大了就可能沉下去，因此控制技術更為關鍵，最終目的是利用這一過程來釋放動能、減少再進入大氣層時的難度。

應該注意的是，航天器在大氣層邊緣彈跳飛行時，升力的來源將不是常規的機翼，而是激波。返回時的高速足以產生一個強大的激波錐，這相當於一圈堅硬如鐵的盾牌。有意思的是，這道盾牌在壓縮前方空氣時，不僅吸收氣動加熱，還產生壓縮升力，好比滑水板在水面高速划過時產生的動浮力一樣。控制航天器的姿態可以有效地改變激波的形狀和迎角，進而改變升力的大小，控制反彈的力度；甚至可以產生側向的升力，改變航向。隨著動能在每一次彈跳中的消耗，航天器的迎角應該有所增加，以補償升力的損失。最後速度降低到不足以維持強大激波錐的時候，也是該返回地球的時候了。

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