Prom Columbia – historia misji, przyczyny katastrofy

Bezpośrednią przyczyną zniszczenia wahadłowca było uszkodzenie osłony termicznej na krawędzi natarcia lewego skrzydła, wywołane uderzeniem fragmentu pianki izolacyjnej podczas startu. W powstałą dziurę podczas powrotu do atmosfery wdarła się plazma, co doprowadziło do rozpadu konstrukcji na wysokości około 63 kilometrów. O tym, jak wyglądała historia misji, przebieg katastrofy i jej dalekosiężne konsekwencje, przeczytasz w dalszej części artykułu.

Czym był wahadłowiec Columbia i jak wyglądała jego historia?

Prom kosmiczny Columbia (OV-102) był pierwszym załogowym orbiterem, który wzbił się w przestrzeń kosmiczną. Jego inauguracyjny lot, oznaczony jako STS-1, odbył się 12 kwietnia 1981 roku i trwał nieco ponad dwie doby. Była to maszyna wyjątkowa – najcięższa w całej flocie NASA, co ograniczało jej możliwości operacyjne przy lotach na orbitę o wysokiej inklinacji, wykluczając ją tym samym z udziału w montażu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).

W 1991 roku jednostka przeszła serię modyfikacji w macierzystych zakładach Rockwell w Palmdale w Kalifornii. Wymieniono wówczas m.in. hamulce na karbonowe i udoskonalono systemy ochrony termicznej. Kolejny remont kapitalny, oznaczony jako OMDP-2, zrealizowano w 1999 roku. Inżynierowie wprowadzili wtedy przeszło sto poprawek, z których najistotniejszą był wielofunkcyjny system paneli MEDS, zwany „szklanym kokpitem”.

Przez ponad dwie dekady lotów Columbia zrealizowała imponującą serię misji. Na jej pokładzie znalazło się łącznie 160 astronautów. Orbiter spędził w kosmosie ponad 300 dni, wykonując 4808 orbit i pokonując dystans przekraczający 201 milionów kilometrów. Do jej najważniejszych dokonań należało wyniesienie na orbitę Obserwatorium rentgenowskiego Chandra podczas misji STS-93, prowadzenie badań w warunkach mikrograwitacji oraz serwisowanie Teleskopu Kosmicznego Hubble’a.

Feralny lot STS-107 i jego załoga

Misja oznaczona jako STS-107 wystartowała 16 stycznia 2003 roku. Był to lot o profilu czysto naukowym, realizowany przez szesnaście dni. Na pokładzie znajdowało się siedmioro astronautów pod dowództwem Ricka Husbanda. W skład załogi wchodzili także pilot William McCool oraz specjaliści: David Brown, Kalpana Chawla, Michael Anderson, Laurel Clark i Ilan Ramon. Ten ostatni był pierwszym obywatelem Izraela w kosmosie i byłym oficerem izraelskich sił powietrznych.

W jednej z wypowiedzi sprzed lat dowódca misji, Rick Husband, podkreślał, że wahadłowiec to najbardziej skomplikowana maszyna świata, ale każdy z siedzących w nim ludzi jest jeszcze bardziej złożony. Michael Anderson, zapytany o obawy związane z ryzykiem, odparł, że po prostu poleci nieco wyżej. Ilan Ramon z kolei wsławił się wcześniej jako najmłodszy pilot uczestniczący w zbombardowaniu irackiego reaktora atomowego w 1981 roku.

Dowódca feralnego lotu, Rick Husband, tuż przed startem nagrał dla swoich dzieci trzydzieści cztery filmy o Biblii – po jednym na każdy z siedemnastu dni planowanej nieobecności w domu.

Jak doszło do uszkodzenia osłony termicznej podczas startu?

W 83. sekundzie lotu od zewnętrznego zbiornika paliwa oderwał się duży kawałek pianki izolacyjnej. Lecąc z ogromną prędkością, uderzył on w krawędź natarcia lewego skrzydła, wykonaną z kompozytów węglowo-węglowych. Nagrania z naziemnych kamer śledzących wyraźnie zarejestrowały chmurę pyłu i odłamków wokół konstrukcji promu. Następnego dnia inżynierowie agencji uznali to zdarzenie za incydent o znaczeniu konserwacyjnym, niemający wpływu na bezpieczeństwo załogi.

Wnioski oparto na dotychczasowych doświadczeniach – odrywanie się fragmentów pianki było obserwowane niemal podczas każdego poprzedniego startu i nie prowadziło do poważnych konsekwencji. Istniał nawet pomysł, by sfotografować uszkodzony rejon za pomocą satelitów rozpoznawczych, lecz ostatecznie go zarzucono. W oficjalnym e-mailu przesłanym na Międzynarodową Stację Kosmiczną stwierdzono wprost, że nie ma absolutnie żadnych powodów do niepokoju.

Dopiero po katastrofie szczegółowa analiza zdjęć satelitarnych z czasu misji ujawniła, że w panelu RCC nr 9 widnieje wyraźna, ciemna deformacja. Oznaczało to, iż orbiter przez piętnaście dni poruszał się po orbicie z dziurawym skrzydłem, a nikt nie podjął próby dokładniejszego zbadania skali problemu.

Jak wyglądała katastrofa Columbii podczas wejścia w atmosferę?

1 lutego 2003 roku o godzinie ósmej rano czasu lokalnego Centrum Kontroli Lotów w Houston wydało zgodę na deorbitację. Po odpaleniu silników manewrowych OMS i lekkim wytraceniu prędkości Columbia rozpoczęła swobodny spadek. Około godziny 13:44 UTC pojazd napotkał górne warstwy atmosfery na wysokości stu dwudziestu kilometrów nad Pacyfikiem. Dysponował wówczas prędkością przekraczającą siedem i pół kilometra na sekundę.

Już kilka minut po przekroczeniu granicy termosfery czujniki termiczne zaatakowanego skrzydła zaczęły pokazywać nienormalne odczyty. Temperatura na jednym z przetworników rosła w tempie 2 °C na minutę, a wkrótce awarii uległy kolejne sensory hydrauliki i podwozia. Gorąca plazma stopniowo wypalała krawędź natarcia, wnikając w głąb konstrukcji niczym infekcja rozchodząca się od rany. Gwałtownie pogarszające się parametry lotu wymuszały na autopilocie coraz agresywniejszą kompensację asymetrycznego oporu aerodynamicznego.

O godzinie 13:59:32 UTC, gdy orbiter znajdował się na wysokości 63 135 metrów i pędził z prędkością około 20 000 km/h, nastąpiła całkowita utrata łączności. Ostatnie zarejestrowane słowa dowódcy brzmiały: „Roger, uh…”. Wcześniej zapasowy system komputerowy BFS ogłosił alarm, a czujniki zarejestrowały skokowy wzrost ciśnienia i zanik sygnału w oponach lewego podwozia. Kilkanaście sekund później od konstrukcji odłamało się lewe skrzydło, co doprowadziło do dezintegracji całego pojazdu.

Mieszkańcy Teksasu obserwowali pędzącą po niebie kulę ognia, która rozdzieliła się na wiele mniejszych, płonących punktów. Zegar w centrum kontrolnym beznamiętnie odliczający czas do planowanego lądowania na pasie Centrum Kosmicznego Kennedy’ego wskazywał coraz mniejsze wartości. Wahadłowiec miał osiągnąć ziemię szesnaście minut po utracie kontaktu, ale nigdy się to nie stało.

Analiza danych z rejestratora OEX ujawniła, że pierwsze anomalie w odczytach tensometrów pojawiły się już na wysokości osiemdziesięciu ośmiu kilometrów, ale informacje te nie były przesyłane załodze ani kontrolerom w czasie rzeczywistym.

Jakie wnioski wyciągnięto po katastrofie i jak zmieniła ona NASA?

Niezależna komisja CAIB (Columbia Accident Investigation Board) w swoim raporcie wskazała nie tylko na przyczynę techniczną – dziurę o średnicy około 25 centymetrów – ale przede wszystkim na systemowe zaniedbania w kulturze bezpieczeństwa agencji. Za przełomowy uznano test, w którym przy użyciu specjalnie zmodyfikowanego działa wystrzelono identyczny fragment pianki w makietę krawędzi natarcia skrzydła, uzyskując uszkodzenie o skali znacznie większej, niż początkowo zakładano.

Komisja zaleciła gruntowną przebudowę procedur wewnętrznych i bezwzględne priorytetowe traktowanie bezpieczeństwa astronautów. Najpoważniejszą decyzją okazało się postanowienie o wycofaniu całej floty wahadłowców z eksploatacji. Prezydent George W. Bush podjął jednak decyzję, że promy będą jeszcze latać do czasu zakończenia budowy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Tym samym, od 2011 roku, czyli momentu ostatniego lotu Atlantisa, Stany Zjednoczone zostały pozbawione własnego systemu transportu załogowego.

W tym przejściowym okresie Waszyngton zmuszony był kupować miejsca na pokładach rosyjskich statków Sojuz. Sytuacja stała się szczególnie napięta po aneksji Krymu w 2014 roku, gdy ówczesny wicepremier Dmitrij Rogozin ironicznie sugerował Amerykanom korzystanie z trampoliny do wysyłania astronautów na orbitę. Paradoksalnie, ten polityczny impet przyspieszył rozwój rodzimych, prywatnych rozwiązań transportowych.

Jakie zmiany zaszły w sektorze prywatnych lotów kosmicznych?

Największym beneficjentem tej transformacji stała się firma SpaceX, założona przez Elona Muska. Jej bezzałogowa kapsuła Dragon rozpoczęła regularne misje zaopatrzeniowe do ISS w 2012 roku. Od 2020 roku ten sam statek, w wersji załogowej, transportuje również astronautów. Wewnętrzne szacunki NASA wskazują, że realizacja podobnego programu siłami samej agencji kosztowałaby dziesięciokrotnie więcej.

Oprócz SpaceX w programie komercyjnych lotów załogowych uczestniczy także Boeing. Na rynku pojawiły się również inne podmioty stawiające sobie za cel obniżenie kosztów dostępu do orbity, między innymi Blue Origin (wspierane majątkiem Jeffa Bezosa), RocketLab czy Relativity Space. Dzięki przejęciu transportu przez sektor prywatny państwowa agencja mogła skupić swoje zasoby na programach naukowych dalekiego zasięgu.

W efekcie odzyskano poczucie misji. Powstały projekty takie jak kosmiczny Teleskop Jamesa Webba czy program Artemis, zakładający powrót człowieka na Księżyc. Wszystkie te inicjatywy mają swoje korzenie w decyzjach podjętych po rozpadzie najstarszego wahadłowca na niebie nad Teksasem.

Jak wyglądały poszukiwania szczątków i upamiętnienie załogi?

Akcja poszukiwawcza prowadzona na obszarze rozciągającym się na południowy wschód od Dallas miała gigantyczną skalę. Wzięło w niej udział około trzydziestu tysięcy osób. Najwięcej elementów spadło na hrabstwo Nacogdoches w Teksasie. Łącznie odnaleziono 84 tysiące fragmentów, które stanowiły około 40 procent pierwotnej masy orbitera. Rejestrator danych katastrofy wydobyto z ziemi dopiero w połowie marca.

Wszystkie szczątki zostały przetransportowane do specjalnie wydzielonego hangaru na terenie Centrum Kennedy’ego, gdzie złożono je w celu szczegółowego zbadania. Szczątki załogi przewieziono natomiast do bazy lotniczej Dover w stanie Delaware. Sam proces ratunkowy i dochodzeniowy pochłonął ogromne fundusze – sama Federalna Agencja Zarządzania Kryzysowego wydała na działania poszukiwawcze ponad 300 milionów dolarów.

Dalsza część lotów wahadłowców została zamrożona aż do misji STS-114 promu Discovery, która odbyła się 26 lipca 2005 roku. Wszyscy członkowie załogi STS-107, od pilota Williama McCoola po specjalistkę ładunku Laurel Clark, zostali pośmiertnie odznaczeni i upamiętnieni jako bohaterowie, którzy oddali życie w służbie nauce i eksploracji przestrzeni kosmicznej.