Le retour de l'orbite implique une entrée dans l'atmosphère à environ 7,8 kilomètres par seconde. Le frottement et la compression chauffent l'air autour du véhicule à des milliers de degrés. Un bouclier thermique absorbe ou dissipe cette énergie, préservant ainsi la structure sous-jacente.

Les matériaux varient selon les missions. Apollo utilisait un bouclier ablatif qui se consumait de manière contrôlée, emportant la chaleur avec lui. La navette spatiale utilisait des tuiles en carbone-carbone renforcé et des tuiles en silice qui rayonnaient la chaleur.

Matériaux courants pour écrans thermiques

• Composites ablatifs qui carbonisent et érodent
• Bords d'attaque renforcés en carbone-carbone
• Carreaux de silice pour véhicules réutilisables
• Ablateur en carbone imprégné de phénolique pour entrées à grande vitesse

Toute brèche est fatale. Une tuile endommagée sur l'aile de Columbia a entraîné la perte du véhicule et de son équipage en 2003, ce qui a provoqué des changements majeurs dans les procédures d'inspection.