Kosminės programos » JAV » Space Shuttle » STS-107 Columbia

STS-107 Columbia

STS-107 skrydžio įgula: David M. Brown – skrydžio mokslininkas, Rick D. Husband – skrydžio vadas, Laurel Clark – skrydžio mokslininkas, Kalpana Chawla – skrydžio mokslininkas, Michael P. Anderson – laivo inžinierius, William C. McCool – skrydžio pilotas, Ilan Ramon – naudingojo krovinio specialistas.

STS-107 skrydžio emblema

Columbia (STS-107) startavo 2003 metų sausio 16 dieną, nusileidimas buvo numatytas vasario 1 dieną. Laivo ekipažą sudarė: skrydžio vadas Rick D. Husband (antrasis skrydis), skrydžio pilotas William C. McCool, laivo inžinierius Michael P. Anderson (antrasis skrydis) ir skrydžio mokslininkai David M. Brown, Laurel Clark, Kalpana Chawla bei naudingojo krovinio specialistas, pirmasis Izraelio astronautas Ilan Ramon. Kalpana Chawla į kosmosą skrido antrąsyk, ji buvo pirmoji indė moteris astronautė. STS-107 skrydžio užduotys buvo trys: sudvejintas tyrimų modulis SPACEHAB ir du eksperimentai: Freestar bei Extended Duration Orbiter. Vasario 1 dieną, po 16 parų skrydžio, Space Shutlle rengėsi grįžti į Žemę. NASA prarado ryšį su laivu maždaug 14.00 Grinvičo laiku, likus keliolikai minučių iki planuoto nusileidimo 14 val. 16 min. (9:16 a.m. EST) Kenedžio kosminiame centre Floridoje. Liudininkai nufilmavo degančias laivo dalis lekiančias 5,6 km/s greičiu maždaug 65 km aukštyje. Visi 7 įgulos nariai žuvo.
Dar laivui Columbia esant Žemės orbitoje, kai kurie inžinieriai kalbėjo apie galimus sparno pažeidimus, bet NASA vadovybė į tai nekreipė dėmėsio.
NASA mokslininkai kelis mėnesius ieškojo katastrofos priežasčių ir padarė išvadą: katastrofą sukėlė laivo kairiojo sparno apatinės dalies šiluminės izoliacijos suirimas dėl starto metu į tą vietą pataikiusio krintančio šiluminės izoliacijos gabalo nuo deguonies kuro bako. Karštos dujos, patekusios į sparno vidų, perkaitino šasi ratų pneumatiką ir pradėjo irti. Po to pradėjo irti laivo sparno konstrukcija ir ekipažas išsigelbėti neturėjo jokių šansų.

81 sekundė
Daugkartinio laivo Columbia startas, kaip įprasta, buvo filmuojamas keliomis kameromis, esančiomis starto komplekse ir netoli jo. Taip daroma norint po starto išnagrinėti įvairius nukrypimus nuo normalaus starto. Starto metu operatoriai nepastebėjo nieko neįprasto. Tik vasario 17 dieną, peržiūrint filmuotą medžiagą, 81 sekundę buvo pastebėtas šviesus objektas.
Objektas atsirado ties deguonies baku, krito, atsitrenkė į Columbia kairiojo sparno dalį ir išsilakstė į smulkiausius gabalėlius

Apatinė kairiojo sparno dalis matoma kitos kameros medžiagoje, tačiau kameros galimybės buvo per menkos norint pamatyti atskiras termoizoliacijos plokšteles.

Palyginus vaizdus iki objekto kritimo (kairėje) ir po jo, nebuvo pastebėta kokių nors sparno ar sparno formos bei spalvos pakitimų

Apie smūgį į Columbia sparną buvo žinoma dar skrydžio metu. 2003 metų vasario 22 dieną kosmonautikos istorikas James Oberg naujienų grupei sci.space.shuttle uždavė klausimą: „Ar STS-107 ekipažas pasiruošęs darbui atvirame kosmose ir kas iš jų turi SAFER ? (SAFER – astronauto autonominio judėjimo kosmose įrenginys, skirtas saugiam išėjimui iš TKS). J.Oberg gavo atsakymą: “ „Anderson ir Braun“ ir atsakomąjį klausimą: „O kas yra?“. Į tai J.Oberg sąžiningai atsakė: „Pradžioje buvo neramu dėl izoliacinės medžiagos smūgio į sparną starto metu, tačiau, matyt, tai nėra pavojinga“.
Tiriant katastrofos priežastis smarkai pagelbėjo duomenys, išsaugoti papildomojoje laivo parametrų fiksavimo sistemoje (Modular Auxiliary Data System, MADS), įrengtoje tik Columbia laive, kaip pirmajame laive (apie pirmąjį daugkartinio laivo skrydį). Sistema įrašinėjo ir galėjo parodyti laivo jutiklių duomenis. Tai buvo ypač svarbu analizuojant pirmąjį testavimo skrydį. Blokas, įrašantis jutiklių duomenis į magnetinę juostą, nebūdamas stipriai apsaugotas, atsitiktinai išliko nepažeistas ir suvaidino juodosios dėžės vaidmenį.

Columbia „juodoji dežė“ išliko sveika atsitiktinai

Kenedžio kosminiame centre RLV angare tinklelis pamažu užpildomas surinktais Columbia nuolaužų gabaliukais. Mėlynos linijos parodo laivo kontūrą. Iš 105 tonų Columbia buvo surastos 34 tonos. 2003 metų kovo 27 diena

Surastos laivo nuolaužos saugomos Kendežio kosminiame centre.

Tragedijos chronologija
2003 metų vasario 1 diena, 2:30 EST – skrydžio kontrolės centre darbą pradeda skrydžio nusileidimo komanda Jai vadovavo NASA inžinieriaus LeRoy E. Cain. Centras atlieka įprastinės Space Shutlle įskridimo į atmosferą patikrinimo procedūras. Kas nors ypatinga, atsižvelgiant į informaciją apie objekto smūgį į sparną, nebuvo numatyta. Įskridimas buvo standartinis. Sinoptikai pateikė oro sąlygas planuojamam nusileidimo laikui Kenedžio skrydžių centre.

Ekipažo kabinos vaizdas prieš prasidedant nusileidimui iš orbitos

8:00 EST – LeRoy E.Cain apklausia komandos operatorius ir jie leidžia pradėti nusileidimą. Oro prognozė normos ribose ir visos laivo sistemos veikia gerai.

8:10 EST – ryšio operatorius (The Capsule Communicator, CapCom) perduoda ekipažui patvirtinimą apie nusileidimą.

8:15:30 EST (EI-1719, tiek sekundžių lieka iki įskridimo į atmosferą) – Columbia laivo vadas Rick D. Husband ir pilotas William C. McCool pradeda laivo išvedimą iš orbitos ir įjungia du orbitinius manevravimo variklius. Tuomet laivas kabojo „žemyn ekipažo kabina ir uodega į priekį“ virš Indijos vandenyno maždaug 280 km aukštyje. Išėjimo manevras atliktas 255 apsisukimo apie Žemę vijoje ir per 158 sekundes laivo greitis sumažėjo iki pirmojo kosminio greičio (7,8 km/s). Stabdymo metu ekipažas jautė 1/10 g perkrovas. Manevras pavyko puikiai ir vadas Rick D. Husband pakeičia laivo į padėtį „ant dešiniojo šono nosimi į priekį“.

8:44:09 EST (EI+000) – Sąlyginis įskridimo į atmosferą taškas (Entry Interface, EI). Pagal sutarimą – tai vyksta 120 km aukštyje. Šiuo atveju įskridimas vyko virš Ramiojo vandenyno. Kai Columbia įskrenda į tankius atmosferos sluoksnius, dėl oro pasipriešinimo sparno priekinė dalis ima kaisti. Temperatūra per 6 minutes pamažu pakyla iki 1400 °C.

8:48:39 EST (EI+270) – Kairiojo sparno priekinės dalies temperatūros jutiklis rodo aukštesnę, nei anksčiau būdavo Columbia įskrendant į atmosferą, temperatūrą. Ši informacija nebuvo perduota į Žemę ar pateikta Columbia įgulai, ji buvo užrašyta MADS.

8:49:32 EST (EI+323) – Columbia atlieka suplanuotą posūkį į dešinę, greitis – 24,5 Macho. (Macho skaičius (Ma) – greičio matavimo vienetas, rodantis objekto greičio santykį su garso greičiu. 1 machas yra lygus garso greičiui. Šis skaičius nėra konstanta, nes susietas su garso greičiu, kuris skirtingomis aplinkybėmis yra skirtingas. 15 °C temperatūroje jūros lygyje Žemės atmosferoje vienas machas ir garso greitis yra lygus 340,3 m/s.) Laivo įgula nusileidimo greičio ir korpuso įkaitimo ribojimui atlieka laivo keliamosios galios manevrus.

8:50:53 EST (EI+404) – Prasideda laivo korpuso didžiausio įkaitimo periodas, trunkantis 10 minučių. Greitis 24,1 Ma, aukštis 74 km.

8:52:00 EST (EI+471) – Columbia 480 km atstumu nuo vakarinės Kalifornijos pakrantės linijos. Kairiojo sparno priekinės dalies temperatūra įprastai būna 1450 °C.

8:53:26 EST (EI+557) – Columbia ties vakarinė Kalifornijos pakrante į vakarus nuo Sacramento. Greitis 23 Ma, aukštis 70,6 km. Columbia sparnų priekinės briaunos įprastinė temperatūra būna virš 1540 °C.

8:53:46 EST (EI+597) – Pastebimi atsiskiriančių nuolaužų pėdsakai. Greitis 22,8 Ma, aukštis 70,2 km. Laivą supanti plazma staiga pradeda švytėti ryškiau, ir joje atsiranda stipri elektros iškrova. Kitas 23 sekundes panašios iškrovos, tai pastebėjo liudininkai, pasikartos 4 kartus.

8:54:24 EST (EI+613) – Mechaninių ir įgulos gyvybės palaikymų sistemų operatorius (The Maintenance, Mechanical, and Crew Systems (MMACS) officer) skrydžio valdymo vadovui pranešė, kad Columbia kairiojo sparno hidraulinės sistemos 4 jutiklių parodymai žemesni nei gali būti minimali reikšmė. Pasak skrydžio valdymo centro (SVC), iki to momento nusileidimas vyko normaliai. SVC ima nagrinėti tokių parodymų priežastis.

8:54:25 EST (EI+614) – Columbia perskrido virš Kalifornijos ir toliau skrenda virš Nevados. Greitis 22,5 Ma, aukštis 69,3 km. Tuo momentu stebėtojai mato ryškų blyksnį ir per kitas 4 minutės dar 18 panašių blyksnių.

8:55:00 EST (EI+651) – Nuo įskridimo į tankius atmosferos sluoksnius pradžios praėjo apie 11 minučių ir tokiu momentu sparnų briaunos įprastai įkaisdavo iki 1650 °C.

8:55:32 EST (EI+683) – Columbia kerta Nevados ir Jutos valstijų ribą. Greitis 21,8 Ma, aukštis 68 km.

8:55:52 EST (EI+703) – Columbia kerta Jutos ir Arizonos valstijų ribą.

8:56:30 EST (EI+741) – Skrisdama virš Arizonos Columbia pradeda posūkį į kairę.

8:56:45 EST (EI+756) – Columbia kerta Arizonos ir Naujosios Meksikos valstijų ribą. Greitis 20,9 Ma, aukštis 66,8 km.

8:57:24 EST (EI+795) Columbia praskrido truputėlį šiauriau Albukerkės.

Kirtland Oro pajėgų bazės (Naujojoje Meksikoje) Starfire Optical Range teleskopais 8:57 EST gauta Columbia apačios nuotrauka. Matyti atsiradęs nuolaužų šleifas iš kairiojo sparno (apačioje). Pradėjus katastrofos tyrimą, ši nuotrauka persiųsta į NASA

8:58:00 EST (EI+831) – Laivo sparnų priekinių briaunų įprastinė temperatūra 1580 °C.

8:58:20 EST (EI+851) – Columbia kerta Naujosios Meksikos ir Teksaso valstijų ribą. Greitis 19,5 Ma, aukštis 64 km. Maždaug tuo metu nuo laivo nukrito viena iš termoizoliacinių plokštelių. Po katastrofos ieškant nuolaužų, ši plokštelė buvo surasta labiausiai į vakarus nutolusiame rajone Teksaso valstijoje, į šiaurės vakarus nuo Laboko.

8:59:15 EST (EI+906) – MMACS pranešė skrydžio valdymo vadui, kad telemetrija nerodo slėgio abiejose kairiojo sparno ratų padangose. CAPCOM operatorius pranešė laivo ekipažui, kad skrydžių valdymo centras apie tai žino ir nagrinėja to priežastis, o taip pat ir apie paskutinį laivo įgulos pranešimą, kuris buvo nesuprantamas.

8:59:32 EST (EI+923) – Užrašytas paskutinis laivo vado atsakymas: „Roger, uh, bu – [nutrūko ties pusę žodžio] …“. Tai buvo paskutinis ryšys su laivu, o skrydžio valdymo centras gavo paskutinius laivo telemetrijos duomenis.

08:59:37 (928 EI) – Hidraulinis slėgis, leidžiantis valdyti laivo skrydį, prarastas. Laivo kabinoje nuskambėjo hidraulikos praradimo aliarmas, Columbia laivas tapo nebevaldomas prarado kontrolę ir pradėjo svirti. Įgula žino apie didžiulę bėdą.

9:00:18 EST (EI+969) – Mėgėjiški vaizdo įrašai bei liudininkai patvirtina, jog tuo metu laivas byra į mažesnes ir didesnes nuolaužas, kurios palikdamos pėdsakus danguje lekia į rytus. Telemetrinės informacijos iš laivo jau nebėra, tai sukelia tam tikrų abejonių skrydžio valdymo centre, tačiau rimtai į tai nežiūrima. Columbia įgulos kabina vis dar sveika, joje oro slėgis normalus, o ekipažas veiksnus. Iki kabinos suirimo pradžios lieka maždaug 35-39 sekundės.

9:00:57 EST (EI 1008) – Dar sveika ekipažo kabina per 13 sekundžių suyra į mažesnes dalis. Jei ekipažas dar buvo gyvas, tai 9:01:01 EST ekipažas jau žuvęs.

9:05 EST – Centrinės Teksaso valstijos šiaurinės dalies gyventojai pranešė apie stiprų sprogimo garsą ir silpną smūginę bangą. Be to jie pranešė apie dūmų pėdsakus ir lekiančias nuolaužas giedrame danguje virš rajonų į rytus nuo Dalaso.

9:12:39 EST (EI+1710) – Skrydžio valdymo centrui telefonu pranešama, jog vienas iš Hiustono televizinių kanalų tiesiogiai rodo vaizdo reportažą apie laivo subyrėjimą. Vadovas LeRoy E.Cain paskelbia netipinę situaciją (laivo praradimo pavojus) bei nukreipia gelbėjimo komandas į nuolaužų kritimo vietą. Taip pat nuskamba komanda „Žemės kontrolė, skrydis, Žemės kontrolė, skrydis, užrakinti duris“. (GC; flight, GC; flight. Lock the doros). Tai reiškia: situacija netipinė, niekam negalima įeiti ar išeiti iš valdymo patalpos, o operatoriai privalo išsaugoti visą esamą informaciją vėlesniam tyrimui.

9:16 EST – Numatytas tūpimo laikas.

Nepavojingas smūgis
2003 metų vasario 28 dieną (STS-107 dar orbitoje aplink Žemę) oficialiai buvo užbaigtas starto incidento ir Columbia šiluminės izoliacijos pažeidimo galimybės tyrimas. J.Džonsono centro, Boeing ir kitų suinteresuotų kompanijų inžinieriai padarė tokias išvadas.

Nufilmuotas krintantis fragmentas – tai deguonies bako šiluminės izoliacijos gabalas. Jo dydis – 40 cm x 50 cm x 15 cm, svoris 1,2 kg. Atsižvelgiant į krintančio fragmento matmenis, medžiagos savybes ir jo greitį – apie 230 m/s (siekiant atsargumo, šis greitis buvo padidintas du kartus) – buvo galimi du įvykių variantai: vienos šiluminės izoliacijos plytelės pažeidimas apatinėje sparno dalyje ir plytelių juostos (76 cm x 18 cm) nuplėšimas. Ekspertai teigė, jog pačiu blogiausiu atveju dėl atmosferos trinties ir atsirandančio sparno įkaitimo, galimi menki sparno konstrukcijos pažeidimai, tačiau sparnas nepradegs kiaurai ir Columbia nusileis sėkmingai, nes priekinė sparno briauna pagaminta iš anglies pluošto ir ji bus tik šiek tiek įbrėžta.
Buvo žinoma, jog didelis šiluminės izoliacijos gabalas nuo deguonies bako jau buvo atitrūkęs laivo STS-87 starto metu (1997 metų lapkričio 19 diena). Tai buvo matyti ekipažo padarytose nuotraukos po bako atsiskyrimo. Po dviejų savaičių Columbia nutūpė su rimtais šiluminės izoliacijos pažeidimais. Iškart po skrydžio buvo paskelbta – pažeistos 308 plytelės, iš jų 132 plytelėse pažeidimų dydis siekė 2,5 cm ir daugiau. Tuomet buvo nuspręsta pakeisti 94 plyteles, faktiškai pakeista per 100.

Tuomet viešai nebuvo paskelbti šiluminės izoliacijos pažeidimų aprašai. Tyrimus atliko Gregory Katnik inspektorių grupė. 1997 metų gruodžio 23 dienos ataskaitoje rašoma: kai kurie pažeidimai siekė 38 cm ilgį ir 38 mm gylį. Plytelės storis yra tik 51 mm, o tai reiškia, kad kai kurios plytelės buvo įrėžtos iki ¾ storio. Buvo nustatytos ir pažeidimų priežastys.

Space Shutlle skrydžių pradžioje deguonies bakas būdavo padengiamas putų danga naudojant freoną. Kuomet buvo išsiaiškinta apie fluoro junginių žalą Žemės ozono sluoksniui, nuspręsta (tai tik vienas iš kelių pakeitimų) nenaudoti freono purškiant putas ant deguonies bako. Ši „ekologiška ir švari“ technologija, naudojama nuo STS-86 skrydžio, pasirodė prastesnė: putų danga pūsdavosi ir byrėdavo gabalais. Pažeidimai, nors ir menkesni, aptikti jau po STS-86 skrydžio, taip ir liko nepaaiškinti. Mat startas vyko naktį ir kokybiškų nuotraukų nebuvo.

Išnagrinėjus STS-87 pažeidimus, technologiją patobulino: putų dangoje pragręždavo skylutes iki pat metalinio deguonies bako. Tai padėjo. Tačiau 2002 metų spalio mėnesį, STS-112 starto metu, vėl atitrūko putų dangos fragmentas. Buvo pradėtas tyrimas ir jo neužbaigė iki STS-107 starto. Fragmentas, atitrūkęs STS-107 starto metu, buvo iš tos pačios deguonies bako vietos (kaip ir STS-112 starto metu) ir jis buvo pats stambiausias iš visų iki tol atitrūkusių fragmentų.

Tyrimo rezultatus, pagal NASA protokolus, pateikė ir STS-107 laivo vadui, tačiau jis nepareiškė jokių pastabų. Žinodamas, jog tyrime dalyvavo jo draugai astronautai, vadas buvo tikras dėl tyrimo kokybės. Ir dar: Rick D. Husband iki tapdamas STS-107 vadu, buvo atsakingas už astronautų padalinio saugumą.

Reikia pastebėti, jog STS-107 ekipažas neturėjo jokių galimybių sutvarkyti laivo apačios termoizoliacijos. Šiame skrydyje laive nebuvo manipuliatoriaus, o astronautai be jo negalėjo patekti prie laivo apačios: nėra manipuliatoriaus – nėra atramos. Iš ekipažo kabinos galima pamatyti tik laivo sparnų viršų ir tai tik labiau nutolusią nuo liemens. Ekipažas neturėjo specialių medžiagų ir įrankių plytelių tvarkymui, nors Space Shutlle programos pradžioje tokie dalykai buvo sukurti. Per praėjusius 20 metų rimto įvykio, susijusio su termoizoliacinėmis plokštelėmis, ir turinčio įtakos skrydžio saugumui, nebuvo ir tokia tikimybė buvo laikoma be galo maža. Buvo nuspręsta į orbitą neskraidinti manipuliatoriaus, astronautų autonominio judėjimo atvirame kosmose įrangos bei medžiagų.

Dėl tos pačios priežasties ekipažas netgi negalėjo sužinoti, ar šiluminė izoliacija pažeista. Jei visai tiksliai, galimybė buvo: astronautas paliekamas vienas laisvame skrydyjeatvirame kosmose, o Space Shutlle laivas praskrenda ir „parodo“ savo dugną. Po to astronautas“surenkamas“ atgal į laivą. Toks variantas buvo labai rizikingas. Rizikuoti buvo galima, tik kam? Sužinoti jog sugrįžti į Žemę negalima?
Mėginimų nufilmuoti Columbia žvalgybiniais palydovais ar iš Žemės su adaptyvine optika, matyt, nebuvo.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *