Для более плавного возвращения и уменьшения перегрузок экипажа посадка проходила по сложной траектории. Корабль по пологой траектории снижался из космоса до высоты 55 км над Землей, где перегрузки поднимались до допустимого максимума – более чем в шесть раз. Затем корабль «отскакивал», поднимаясь на высоту около 58 км, затем происходил второй отскок с подъемом до высоты 60 км, и только потом снижение продолжалось с существенно погашенной скоростью.

Художественное представление входа в плотные слои атмосферы командного модуля Apollo. NASA

Профиль снижения Apollo в атмосфере Земли. NASA

В некоторых описаниях этот процесс называют «отскок от атмосферы», что неверно, так как выхода за пределы атмосферы уже не происходит, и фраза создает ложное представление об атмосфере как однородном слое, подобном поверхности водоема.

Схему «отскока» использовал советский возвращаемый аппарат «Зонд-7», который совершал облет Луны в 1968 году. Остальные возвращаемые аппараты этой серии совершали более кратковременный баллистический спуск, который приводил к большим перегрузкам и большему нагреву корпуса.

В отличие от советских «Зондов», спускаемые аппараты Apollo после возвращения с Луны выглядят светлее, т. е. менее «закопченными», и даже наклеенная «фольга» экранно-вакуумной теплоизоляции сохраняется на корпусе, хоть и не полностью.

При сравнении внешнего вида вернувшихся спускаемых аппаратов кажется, что Apollo пострадали от столкновения с атмосферой значительно меньше, чем околоземные «Союзы», даже современные. Хотя российские корабли приземляются на скорости 8 км/с, т. е. им требуется сбросить значительно меньше кинетической энергии, чем при возвращении от Луны.

Командный модуль Apollo 15 на окололунной орбите (слева), Apollo 9 после вхождения в атмосферу на первой космической скорости (по центру). Справа – командный модуль Apollo 11, входивший в атмосферу на второй космической скорости. NASA

Во время снижения в атмосфере корабль формирует перед собой ударную волну плотного воздуха. Взаимодействие корабля и воздуха приводит к нагреву корпуса. Чтобы люди и полезная нагрузка внутри корабля не пострадали от температуры, спускаемый аппарат защищают. Защита донной части спускаемого аппарата от аэродинамического нагрева в американской терминологии называется «тепловой щит» (heat shield), в русскоязычной – «лобовой теплозащитный экран». Теплозащита покрывает также весь спускаемый аппарат, кроме верхнего люка, но ее толщина меньше, чем толщина теплового щита.

Теплозащита космических кораблей, которая применяется для противостояния атмосферному нагреву, в большинстве случаев имеет схожий состав. За исключением первых капсул программы Mercury и космических челноков Space Shuttle и «Буран», у остальных космических кораблей США и СССР тепловой щит – это композит из стеклоткани с эпоксидным наполнителем. Различаются только технологии плетения и заполнения клеем, форма теплозащитных элементов и т. п.