Dokładnie dziesięć lat temu, 1 lutego 2003 roku, doszło do zniszczenia promu Columbia podczas powrotu z misji STS-107. Zginęła cała załoga a sama katastrofa zapoczątkowała proces przemian w astronautyce załogowej i kwestiach bezpieczeństwa wypraw w kosmos.
1. Powrót Columbii na Ziemię – 01.02.2003
Pierwszego lutego 2003 roku trwał siedemnasty dzień (Flight Day 17) misji STS-107. Załoga tej wyprawy promu Columbia, po ponad dwóch tygodniach intensywnych prac naukowych wykonywanych 24 godziny na dobę, jest gotowa do powrotu na Ziemię. Zamknięto moduł SPACEHAB, zabezpieczono luźne przedmioty i przygotowano skafandry ACES. Miał to być “rutynowy” powrót wahadłowca z misji naukowej.
Tuż przed 11:50 CET zamknięto pokrywy ładowni. Wkrótce potem przełączono komputery pokładowe z OPS-2 (pakiet orbitalny) na OPS-3, zawiadujący działaniem wahadłowca podczas lądowania. Na Florydzie sprawdzano warunki pogodowe – istniała obawa, że chmury lub mgła opóźnią lądowanie o jedną orbitę. Tuż po godzinie 13:00 CET załoga rozpoczęła picie dużej ilości płynów, by zminimalizować negatywne wpływy powrotu do normalnych warunków ziemskiego przyciągania grawitacyjnego.
O godzinie 14:08 CET załoga otrzymała pozwolenie na przeprowadzenie manewru deorbitacyjnego, który zaczął się o godzinie 14:15 CET i trwał około dwóch minut. Lądowanie przewidziano na godzinę 15:16 CET na pasie lądowym w Kennedy Space Center na Florydzie, czyli 09:16 czasu wschodnioamerykańskiego. Miało to być 62 lądowanie wahadłowca w KSC. Podejście było od strony zachodniej – prom miał przelecieć nad kontynentalną częścią USA, rozpoczynając od Kalifornii.
Ten manewr ostatecznie przypieczętował los załogi. Dalsze wydarzenia stały się obiektem szczegółowych analiz, dzięki którym poznano okoliczności katastrofy promu Columbia.
O godzinie 14:44 CET prom zetknął się z atmosferą Ziemi w miejscu zwanym „Entry Interface”. Dziesięć minut później, o 14:54 CET, kontrola lotu otrzymała pierwszy niezrozumiały sygnał – cztery sensory ciśnienia hydraulicznego podały wartość „poniżej zakresu”, sugerujące potencjalną awarię w lewym skrzydle promu. Rozpoczęły się dyskusje na ten temat. Inne parametry lotu oraz odczyty sensorów pozostawały w normie.
O godzinie 14:58 CET zanotowano niepokojący sygnał – sensory zainstalowane przy głównym podwoziu lewego skrzydła zanotowały utratę ciśnienia w obu oponach. Sytuacja stała się bardziej niepokojąca – lądowanie z niesprawnymi oponami mogło oznaczać uszkodzenie promu. Kontrola lotu postanowiła wymienić informacje na ten temat z dowódcą misji STS-107. Transmisja ze strony wahadłowca nie została prawidłowo odczytana na Ziemi – postanowiono ponowić próbę.
Osoba odpowiedzialna za komunikację z wahadłowcem (CAPCOM) wypowiedział następujące zdanie skierowane do promu Columbia:
„And Columbia, Houston, we see your tire pressure messages and we did not copy your last call.”
(tłum.: „Columbia, tu Houston, odczytaliśmy wiadomości odnośnie ciśnienia opon, ale nie zrozumieliśmy ostatniej komunikacji”).
O godzinie 14:59 i 37 sekund (CET) dowódca misji STS-107 odpowiedział:
„Roger, bo…”.
Komunikat został przerwany w połowie słowa. Jak się później okazało, był to ostatni odebrany sygnał z promu Columbia, choć kontrola lotu jeszcze o tym nie wiedziała.
Widok na kontrolę lotu tuż po utracie kontaktu z Columbią – 14:59 CET, 1 lutego 2003 roku / Credits – NASA
Utrata sygnału z promu w tym okresie powrotu na Ziemię nie jest niczym niepokojącym, zatem kontrola lotu przez kolejne kilka minut czekała i próbowała nawiązać kontakt. Póki co zebrane dane sugerowały możliwość awarii przy oponach lewego podwozia głównego promu – była to dość poważna sprawa, ale jeszcze nie krytyczna. Przez kilka następnych minut CAPCOM wywoływał prom (słynne “Columbia, comm check”) na różnych częstotliwościach a kontrola lotu czekała na dane ze stacji radarowej na Florydzie.
Tymczasem obserwatorzy w Teksasie, około godziny 15:00 CET, zaobserwowano ślad promu rozpadający się na coraz mniejsze ślady. Z pewnością nie wyglądało to na typowy powrót wahadłowca na Ziemię. Ten obraz szybko zaczęły pokazywać stacje telewizyjne. W momencie utraty kontaktu z Columbią prom znajdował się na wysokości około 60 km i poruszał się z prędkością około 18 Mach.
Zsynchronizowany zarejestrowany materiał wideo z końca misji STS-107 / Credits – Chris Valentine
Kilka minut później różnej wielkości obiekty – elementy wahadłowca, zbiorniki, poskręcane i spalone części wykonane z aluminium, płytki ceramiczne a nawet szczątki ludzkie – zaczęły spadać w obszarze o długości kilkuset kilometrów. Wówczas już było wiadome – nastąpiła katastrofa promu Columbia, której prawdopodobnie nikt jej nie przeżył. Od katastrofy do momentu lądowania dzieliło zaledwie 16 minut…
Szczątki po katastrofie promu Columbia / Credits – NASA, CNN, SFG, DC
Kontrola lotu, nie mająca dostępu do telewizji, otrzymała informację (poprzez prywatną rozmowę jednego z kontrolerów) o rozpadającym się wahadłowcu dopiero o 15:12 CET – wówczas Columbia powinna się znajdować nad Florydą i rozpoczynać skręt w kierunku pasa lądowego w KSC. Dopiero wtedy zorientowano się, że prom został utracony. Zadecydowano o „zamknięciu drzwi” i wprowadzeniu procedur na wypadek katastrofy.
W ciągu kilku godzin od katastrofy stało się jasne, że w trakcie przedzierania się przez górne warstwy atmosfery Columbia uwolniła sporo szczątków zanim doszło do zniszczenia promu. Ówczesny prezydent USA – George Bush Jr – o godzinie 20:00 CET wygłosił orędzie do narodu, informując o katastrofie problemu, podczas którego powiedział “The Columbia is lost; there are no survivors”.
2. Komisja CAIB
Po katastrofie powołano specjalną komisję (Columbia Accident Investigation Board, CAIB), która miała zbadać okoliczności tej katastrofy oraz wskazać potrzebne zmiany, by znów wahadłowce mogły wrócić do służby. CAIB czekało trudne zadanie – analiza zebranych szczątków promu, uzyskanie danych z różnych źródeł (w tym amatorskich nagrań i zdjęć), przygotowanie i weryfikacja różnych hipotez (m.in. za pomocą testów) oraz – sporządzenie listy zmian, zarówno technicznych jak i organizacyjnych.
Prace nad szczątkami promu Columbia / Credits – NASA
W trakcie prac poszukiwawczych zebrano ponad 2000 szczątków, w tym i tych związanych z astronautami. Od samego początku podejrzewano, że podczas startu wahadłowca doszło do krytycznego uszkodzenia lewego skrzydła promu. Związek z uderzeniem pianki wydawał się być oczywisty – zebrane niepokojące dane pochodziły właśnie z lewego skrzydła. Zadecydowano o przygotowaniu stanowiska testowego, w którym badano uderzenia pianki w różne elementy skrzydła promu. Równolegle analizowano inne hipotezy. CAIB otrzymała także zdjęcie promu, wykonane 1 lutego, około 14:57 CET (około 2 minuty przed utratą sygnału) przez mały teleskop, pokazujące strumień gazów i materii przy lewym skrzydle promu.
14:57 CET – zdjęcie z amatorskiego teleskopu ukazuje Columbię i uszkodzone lewe skrzydło / Credits – Kirtland Air Force Base
Pod koniec marca 2003 roku odzyskano rejestrator parametrów lotu promu (w który, z całej floty wahadłowców, jedynie Columbia była wyposażona). Dzięki tej “kosmicznej czarnej skrzynce” udało się porównać ze sobą dziesiątki parametrów, w tym i tych, które nigdy nie zostały przesłane na Ziemię. Wówczas okazało się, że wiele parametrów lotu przez wiele minut przed zniszczeniem promu odbiegało od wcześniejszych misji a komputery pokładowe Columbii starały się kompensować zwiększony opór lewego skrzydła za pomocą wychylenia klap oraz uruchomienia silniczków korekcyjnych.
W lipcu 2003 roku, po kilkunastu nieudanych próbach, udało się eksperymentalnie potwierdzić uszkodzenie paneli RCC na krawędzi skrzydła promu podczas uderzenia pianki od zewnętrznego zbiornika ET. Wymiary uszkodzenia przekroczyły 40 x 40 cm, co udowodniło możliwość wystąpienia takich uszkodzeń podczas startu promu. Wówczas stało się jasne, że prom został krytycznie uszkodzony podczas startu a podczas powrotu na Ziemię gorące gazy dostały się do wnętrza lewego skrzydła, niszcząc jego wewnętrzną strukturę i doprowadziły do katastrofy.
CAIB opublikowała pierwszy raport z katastrofy 26 sierpnia 2003 roku. Raport wskazał techniczną przyczynę katastrofy – uszkodzenie krawędzi natarcia lewego skrzydła podczas startu oraz organizacyjną – nieodpowiednią kulturę pracy w NASA. CAIB wykazała, że NASA mogła zdobyć stosunkowo wcześnie informacje o stanie wahadłowca przy wykorzystaniu “narodowych zasobów” (satelitów szpiegowskich). Co więcej, NASA była w stanie doprowadzić do misji ratunkowej, która miała pewne szanse na ratunek załogi zanim astronautom skończyłyby się zapasy. CAIB wyliczył, że było około pięciu dni na ratunek – jeśli na początku misji STS-107 zidentyfikowano by uszkodzenie i zadecydowano o rozpoczęciu oszczędzania zasobów (głównie kanistrów LiOH, pochłaniających dwutlenek węgla). Misja ratunkowa nie byłaby łatwa – wymagałaby skomplikowanych procedur oraz serii spacerów kosmicznych, jednakże szanse na ratunek załogi były nieporównywalnie większe niż w przypadku próby załatania dziury przy pomocy dostępnego sprzętu na pokładzie Columbii.
Wizualizacja misji ratunkowej – wg. CAIB / Credits – NASA
Raport CAIB zawierał warunki do spełnienia zanim wahadłowce będą znów mogły latać na orbitę. Przede wszystkim wprowadzono wymóg ograniczenia ilości odpadającej pianki (oraz lodu) ze zbiornika ET. Ponadto, wahadłowce miały być wyposażone w sprzęt inspekcyjny, dzięki któremu przeprowadzano skanowanie osłony termicznej. Misje poza “bezpieczną przystań”, czyli Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) zostały uznane za zbyt ryzykowne (choć później dodano jedną wyprawę – STS-125 – do teleskopu Hubble). Wreszcie – załoga każdej misji miała mieć szanse na ratunek – albo za pomocą kolejnej misji wahadłowca, albo za pomocą kapsuł Sojuz.
W raporcie zauważono także, że wahadłowiec tak naprawdę nigdy nie osiągnął statusu “operacyjnego” – wciąż był raczej konstrukcją “eksperymentalną”, która wykonywała “rutynowe” misje. Tymczasem NASA zdawała się wielokrotnie bagatelizować kwestie bezpieczeństwa lotów wahadłowców, co ostatecznie doprowadziło do katastrofy STS-107.
W raporcie CAIB zawarto również zalecenia co do zmiany kultury pracy wewnątrz NASA. Podobnie jak przypadku katastrofy promu Challenger, i w przypadku Columbii, wykazano wiele problemów w relacjach pomiędzy pracownikami różnych szczebli w tej agencji. W konsekwencji, nastąpiło kilka zmian w kadrze programu wahadłowców (spośród których najbardziej rozpoznawalny stał się Wayne Hale) i sposobie wymiany informacji pomiędzy pracownikami. Dzięki tym zmianom udało się przeprowadzić bezpiecznie kolejne misje wahadłowców.
Wayne Hale – w trakcie misji STS-107 starał się zdobyć zdjęcia promu z satelitów szpiegowskich. Jeden z najbardziej znanych inżynierów programu wahadłowców. Od 2003 do 2005 roku Wayne Hale był zastępcą dyrektora programu wahadłowców a od 2005 do 2008 roku był dyrektorem programu wahadłowców. / Credits – NASA
3. Powrót wahadłowców do służby
Początkowo wydawało się, że stosunkowo szybko uda się wznowić misje wahadłowców – być może w grudniu 2003 roku. Wówczas wydawało się, że prace “Return to Flight” zostaną szybko zakończone. W rzeczywistości przerwa trwała dokładnie 907 dni, do 26 lipca 2005 roku, kiedy to rozpoczęła się misja STS-114. W międzyczasie doszło do ważnej zmiany kierunku rozwoju załogowej astronautyki – ogłoszono Vision of Space Exploration, którą zaczęto realizować w ramach programu Constellation. Zadecydowano, że wahadłowce są zbyt niebezpieczne i zbyt drogie, by móc przez kolejne dekady wykonywać misje załogowe. Zadecydowano o wycofaniu pozostałych trzech promów (Discovery, Atlantis i Endeavour) ze służby w 2010 roku, gdy ISS będzie gotowa.
Logo misji STS-114, w górnej części znajduje się miniaturka logo misji STS-107 / Credits – NASA
Program Constellation miał być powrotem człowieka na Księżyc, co miało nastąpić jeszcze przed 2020 rokiem. Fundusze na misje księżycowe miały być dostępne po wycofaniu wahadłowców ze służby. Niestety prace przy wprowadzaniu poprawek do wahadłowców przedłużały się i pochłonęły także część funduszy z programu Constellation. Tak zaczęły się opóźnienia przy tym programie, który ostatecznie został anulowany w 2010 roku (także z powodów technicznych) i został zastąpiony strategią Flexible Path, który także zakłada loty załogowe poza bezpośrednie otoczenie Ziemi.
“Następca” wahadłowców – kapsuła MPCV Orion (z europejskim modułem serwisowym) / Credits – ESA
W latach po STS-107 NASA zaczęła realizować programy “przekazania” kwestii dostarczania ładunku na i z orbity prywatnym firmom. Po latach prac badawczo-rozwojowych, w 2010 i 2012 roku doszło do pierwszych demonstracji bezzałogowych systemów transportu ładunku na orbitę. Rozpoczęły się także prace nad komercyjnymi systemami załogowymi – pierwsze loty załogowe mogą nastąpić jeszcze przed 2016 rokiem. Jest bardzo prawdopodobne, że od samego początku będą dostępne przynajmniej dwa niezależne od siebie systemy załogowe – kapsuła Dragon Rider oraz mini-wahadłowiec DreamChaser. Oznacza to, że nawet w przypadku problemów z jednym z tych systemów, wciąż będzie możliwy dostęp do orbity – zupełnie “nowa jakość” w załogowej astronautyce.
Ostatnia misja wahadłowców nastąpiła w lipcu 2011 roku – była to wyprawa STS-135. Dzięki rekomendacjom CAIB oraz wprowadzonym poprawkom wszystkie misje po STS-107 przebiegły poprawnie, a wszystkie potencjalne uszkodzenia promów (np. podczas STS-118) były otwarcie analizowane i dyskutowane. W tych 22 misjach promów poziom bezpieczeństwa załogi był na zdecydowanie wyższym poziomie.
Zdjęcie uszkodzonych płytek osłony termicznej z misji STS-118. Po lewej zdjęcie po lądowaniu promu na Ziemi, po prawej – zdjęcie wykonane na orbicie. / Credits – NASA
4. Ostatni raport dotyczący STS-107
Pięć i pół roku po STS-107, pod koniec grudnia 2008 roku, opublikowany ostatni raport dotyczący ostatniej wyprawy promu Columbia. Raport dotyczył załogi i został częściowo ocenzurowany. W raporcie znalazła się analiza ostatnich chwil załogi tej misji. Z ustaleń wynika, że dowódca i pilot w ostatnich minutach przed zniszczeniem wahadłowca usiłowali zrozumieć naturę przesyłanych wiadomości, sugerujących pewne problemy techniczne. Po urwaniu kontaktu z promem (godzina 14:59:37 CET) przez następne kilkadziesiąt sekund prom coraz bardziej zaczął się odchylać, co prawdopodobnie wpierw zauważyli pilot i dowódca misji. O 14:59:56 CET rozległ się alarm na pokładzie wahadłowca a chwilę później prawdopodobnie wszyscy odczuli wyraźnie zmieniające się przyśpieszenie, co mogło doprowadzić do częściowej dezorientacji załogi. O 15:00:04 CET osłabione lewe skrzydło oderwało się od wahadłowca, a o 15:00:18 CET nastąpiło zniszczenie promu, z którego kabina załogi wyszła cało. Gdy tylko powietrze zaczęło uciekać z oderwanej kabiny, załoga szybko straciła świadomość – nikt nie zdążył zamknąć hełmów i zabezpieczyć rękawic skafandrów ACES. Zaledwie kilka sekund później ustały funkcje życiowe u załogi. Dalsze wydarzenia związane z nieżyjącymi już astronautami nie zostały opublikowane – z dostępnych informacji można jedynie wywnioskować bardzo gwałtowne zmiany, które zaszły na dużej wysokości oraz podczas upadku na Ziemię. Wiadomo jednak, że użyty sprzęt (skafandry ACES, sposób przypięcia pasów, hełmy itp.) miał także negatywny wpływ na astronautów.
Proces niszczenia promu – do utraty kontaktu od momentu zniszczenia konstrukcji Columbii. Czasy podano w GMT (godzina różnicy z czasem CET) / Credits – NASA
Na podstawie dostępnych informacji można wywnioskować, że przynajmniej część załogi była świadoma zbliżającego się niebezpieczeństwa, a pilot oraz dowódca misji starali się mu aktywnie przeciwdziałać, wykorzystując dostępne informacje oraz swoją wiedzę o systemach promu. Nie było jednak żadnych szans na ratunek załogi – uszkodzenia promu wówczas były już zbyt duże.
5. Podsumowanie
Dziesięć lat minęło od ostatniej “kosmicznej katastrofy”, która zabrała ze sobą życie siedmiu osób. W ciągu tych dziesięciu lat dokonała się znacząca zmiana w kierunku rozwoju astronautyki załogowej – zamiast dużych i skomplikowanych wahadłowców buduje i testuje się znacznie mniejsze i stosunkowo prostsze pojazdy. Ponadto, nowe konstrukcje do lotów na niską orbitę wokółziemską mają być obsługiwane przez firmy komercyjne – agencje planują sięgać dalej, poza bezpośrednie otoczenie Ziemi. W tej zmianie w celach misji załogowych dużą rolę odegrała analiza katastrofy misji STS-107.
Jest bardzo prawdopodobne, że w przyszłości dojdzie do kolejnych katastrof, które pochłoną życie astronautów. Misje kosmiczne zawsze będą ryzykowne – nie sposób ich porównać z ziemskimi “odpowiednikami”. Ważne jednak jest, by zawsze prowadzić do maksymalizacji bezpieczeństwa, nawet w przypadku znanych i dojrzałych systemów załogowych. Ważne jest także, by wyciągać odpowiednie wnioski z katastrof – takich jak STS-107 – i aby pamięć o tych wydarzeniach nie odeszła w zapomnienie.
Załoga misji STS-107 / Credits – NASA
