Lo Shuttle Columbia fu distrutto da negligenza umana

L’incidente dello Space Shuttle Columbia si verifica il 1 ° febbraio 2003, durante il rientro nell’atmosfera terrestre, a soli sedici minuti dall’atterraggio della missione STS-107, causando la perdita totale della navetta e dei sette membri dell’equipaggio. 

Questa missione dura sedici giorni, durante i quali sono stati completati con successo circa ottanta esperimenti programmati

Poco dopo la distruzione del Columbia, migliaia di detriti in fiamme cadono su una vasta striscia di terra, principalmente nello stato del Texas e in Louisiana, alcuni dei quali colpiscono case, aziende e scuole. Tra la popolazione, fortunatamente, nessuno rimane ferito.

La raccolta dei detriti si estende per due mesi, è un’area di oltre 40.000 km², di cui 2.850 km² coperti a piedi, il resto con mezzi aerei o navali lungo la costa della California. Vengono raccolti 83.000 pezzi, corrispondenti al 37% della massa totale del Columbia, tra i rottami ci sono parti dei resti degli astronauti.

Il Columbia comincia a perdere frammenti

Viene creata una commissione d’inchiesta sugli incidenti indipendente, la Columbia Accident Investigation Board (CAIB), che produce un rapporto ufficiale di 400 pagine dopo sette mesi di indagini, in cui sono state identificate le cause tecniche e organizzative direttamente o indirettamente coinvolte nelle indagini.

L’inizio della tragedia del Columbia

É il 1 ° febbraio 2003, i sette astronauti a bordo della navetta spaziale Columbia iniziano i preparativi per tornare a casa: terminano l’ultimo controllo dei sistemi del veicolo spaziale e riferiscono al controllo della missione, presso Houston in Texas, che sono pronti per l’inizio al rientro. 

I razzi di manovra orbitale vengono attivati ​​a otto ore e quindici minuti UTC durante la 255a orbita e il rientro viene avviato. Inizialmente, il rientro della navetta nell’atmosfera sembra procedere come previsto. Tuttavia, una scia di fumo lasciata indietro dal Columbia diventa più spessa, indicando che qualcosa non sta andando per il verso giusto.

Il casco di uno degli astronauti recuperato a terra

Quando alcuni pezzi della navetta spaziale iniziano a staccarsi, si verificano alcune esplosioni.

Dopo la prima fase di ionizzazione, in cui le comunicazioni con l’astronave non sono possibili, e il volo è controllato dai computer di bordo, il pilota William McCool e il comandante della missione Rick Husband prendono il controllo, avviando le manovre per rallentare e monitorare gli indicatori, che confermano la traiettoria corretta. L’astronauta Laurel Clark inizia a catturare immagini (che verranno poi recuperate dal relitto) per circa tredici minuti, mostrando un equipaggio ben disposto e rilassato

A 13 ore e 48 minuti UTC le riprese vengono interrotte, la Columbia si trova, in quel momento, sull’Oceano Pacifico.

Nel frattempo, 3 minuti prima, il controllo della missione considerava il rientro quasi perfetto e prevedeva un ritorno regolare.

Otto minuti dopo però cambia drammaticamente tutto: La telemetria inizia a rivelare le prime letture del riscaldamento insolito in alcune sezioni della nave. Il Columbia viaggia a 21.200 km / h, e ad un’altitudine di 63,1 chilometri sopra la parte settentrionale dello stato del Texas. Sono 2.250 km in 16 minuti percorsi dall’orbiter.

I familiari dell’equipaggio si trovano sul punto di atterraggio, hanno un orologio vicino che indica la previsione di arrivo dei loro cari.

In quel momento non sanno ancora che li hanno persi per sempre.

Nei cieli del Texas si sentono una serie di esplosioni simili a tuoni. Una pioggia di detriti in fiamme inizia a cadere e si estende su una striscia di 1.200 km tra lo stato e parte della Louisiana. Il Columbia si è disintegrato e la missione STS-107 è finita in tragedia.

Il Columbia, ormai in pezzi, continua la sua caduta

Nel controllo missione, la radio riceve solo statica in risposta alle chiamate da terra, viene dichiarata ufficialmente l’emergenza per la navetta spaziale OV-102 Columbia.

Cronologia

In alto a sinistra: lo specialista della missione David M. Brown, il pilota William C. McCool, il comandante del carico Michel P. Anderson. Sotto: specialista di missione Kalpana Chawla, comandante della missione Rick D. Husband, specialista di missione Laurel B. Clark e specialista del carico Ilan Ramon

Relatorio cronologico ufficiale semplificato della fase di rientro (fonte: NASA)

13:12:34 – Acquisizione del segnale Columbia da parte del satellite di comunicazioni della NASA TDRS-West;

13:15:30 – Avvio delle procedure e accensione dei motori per l’uscita dell’orbita. La nave si trova a 283,1 km di altitudine e viaggia a una velocità ipersonica di 24,40 mach (27,870 km / h);

13:18:08 – Accensione dei motori per l’uscita dell’orbita completata. Dopo la rotazione, il piano inferiore della nave è ora rivolto verso la superficie terrestre;

13:32:01 – Le tre unità di energia ausiliaria (APU 1, 2 e 3) completano il ciclo di avvio e funzionano a temperatura e pressione normalizzate;

13:41:54 – James Hartsfield, addetto alle relazioni pubbliche e ai servizi della NASA responsabile della missione, commenta il pubblico che osserva l’arrivo: “L’altitudine della Columbia è ora a 90 km sopra l’Oceano Pacifico, a nord delle isole dalle Hawaii, a circa due minuti dal rientro nell’atmosfera terrestre. Tutte le attività procedono senza intoppi, verso un atterraggio sicuro al John F. Kennedy Space Center alle 14:00 e alle 16:00 “;

13:44:09 – Inizio del rientro nell’atmosfera terrestre a 120,4 chilometri di altitudine e mach 24,57 velocità, sull’Oceano Pacifico;

13:48:39 – Un sensore alloggiato nell’ala sinistra, inizia a mostrare tensioni più elevate rispetto a quelle presentate nelle precedenti missioni;

13:49:32 – Inizio di una svolta pianificata verso destra. Questa manovra e altre tre che seguono hanno lo scopo di limitare la velocità e il livello di riscaldamento a cui è soggetta la struttura termica della nave. La velocità si trova su mach 24.51;

13:50:53 – Inizio della fase, che durerà per dieci minuti, in cui vengono raggiunti i picchi di temperatura nell’ordine di 1.450 ° C (gradi centigradi). La nave si trova a circa 480 km dalla costa occidentale della California, a 76 km di altitudine e viaggia alla velocità di mach 24.10;

13:52:19 – Il sensore di temperatura 9910, situato sulla punta dell’ala sinistra, viene isolato e messo fuori servizio, dopo aver presentato deviazioni di temperatura superiori a 10 ° C rispetto al normale;

13:53:00 – I controller di terra non ricevono più dati da quattro sensori di temperatura nell’impianto idraulico, interno ed esterno, sul lato sinistro della nave. La Columbia continua a funzionare normalmente, l’equipaggio non viene avvisato;

13:53:15 – Inizio della copertura con immagini video dell’approccio della navetta spaziale;

13:53:26 – La Columbia entra negli Stati Uniti continentali a ovest di Sacramento a 70.600 metri di altitudine e mach 23 di velocità;

13:53:44 / 48 – Primo avvistamento di rottami che si staccano dal Columbia;

13:53:46 / 50 – Seconda osservazione del relitto della Columbia;

13:53:54 / 58 – Terza osservazione di detriti, seguita da una scia per brevi momenti di un intenso bagliore causato dalla ionizzazione;

13:54:00 / 04 – Quarta osservazione di detriti che escono dalla nave;

13:54:07 / 11 – Quinta osservazione di detriti che escono dalla nave;

13:54:25 – Columbia è visto attraversando la linea di demarcazione tra California e Nevada, a un’altitudine di 69.350 metri e una velocità di mach 22,5;

13:54:35 / 37 – Sesta osservazione di detriti molto luminosi che fuoriescono attraverso la scia del plasma. Presumibilmente questi relitti erano i più grandi e sempre in crescita fino alla 14a osservazione (13:55:58 / 56 UTC), nella parte occidentale degli Stati Uniti.

13:55:32 – Attraversando la linea di demarcazione tra Nevada e Utah, ad un’altitudine di 68.137 metri e velocità mach 21.8;

13:55:55 – Attraversando la linea di demarcazione tra Utah e Arizona, ad un’altitudine di 67.740 metri e velocità mach 21.5;

13:56:45 – Attraversando la linea di demarcazione tra Arizona e New Mexico, a un’altitudine di 66.800 metri e una velocità di 20,9;

13:57:19 / 29 – Sedicesima osservazione dei detriti che escono dalla nave. Evento visto dal personale del laboratorio di ricerca USAF (Starfire Optical Range), (immagine nella sezione “Altre (ipotetiche) cause”);

13:58:20 – Attraversando la linea di demarcazione tra New Mexico e Texas, a un’altitudine di 64.000 metri e una velocità mach di 19,5;

13:59:32 – “Roger, uh, bu – [interrotto a metà parola] …”, questo era l’ultimo messaggio del comandante di Rick Husband della missione STS-107 o di qualsiasi altro membro dell’equipaggio, ricevuto al comando di missione. Anche i dati di telemetria dalla nave hanno smesso di essere ricevuti;

13:59:37. – Perdita di pressione idraulica necessaria per il movimento delle superfici di controllo della nave. Viene attivato l’allarme principale. Fu probabilmente da questo momento che l’equipaggio venne a conoscenza della gravità dei problemi che interessavano la Columbia;

14:00:18 – Immagini tele-visualizzate e testimonianze visive hanno rivelato il crollo della nave e le varie scie di detriti che il Columbia era diventato. Nel controllo della missione, la perdita di telemetria era un segnale di preoccupazione, ma la questione era trattata come di consueto e il processo di atterraggio procedeva secondo i parametri previsti;

14:12:39 – Circa tredici minuti dopo la disintegrazione, il direttore di volo della NASA dichiara una grave emergenza a bordo dell’orbita OV-102. Avvisare le squadre di ricerca e salvataggio e isolare la sala di controllo della missione – i dati devono essere conservati per ulteriori indagini;

14:16: ?? – L’amministratore della NASA Sean O’Keefe informa il presidente George W. Bush

(giorno successivo) 08:20: ?? – Tutti i voli del programma di navetta spaziale vengono annullati, in attesa del completamento dell’indagine.

Il 1 ° febbraio 2003, il presidente degli Stati Uniti, George W. Bush, parla al paese in diretta nazionale, comunicando la tragedia a un paese esterrefatto.

Sono quasi sette mesi di indagine ufficiale sugli incidenti, composta da una commissione indipendente di 13 membri, con circa 120 ricercatori e migliaia di tecnici della NASA in missione di supporto, viene prodotto un rapporto diviso in sei volumi, uno principale in cui sono presentati le cause, le conclusioni e le raccomandazioni e cinque con documentazione giustificativa, per un totale di 400 pagine.

Nel preambolo, come dichiarazione di intenti si afferma quanto segue:

“Per stabilire la credibilità delle conclusioni e delle raccomandazioni, la commissione d’inchiesta ha basato la sua esperienza su rigorosi principi scientifici e ingegneristici. Importanti autorità sono state consultate non solo nei sistemi meccanici, ma anche nella teoria e nella pratica organizzativa, nella gestione dei rischi, nella progettazione di sicurezza, sono state anche riviste le migliori pratiche utilizzate da altre società ad alto rischio ma apparentemente affidabili “.

“La NASA è un’agenzia federale come nessun altro. La sua missione è unica, i suoi straordinari risultati tecnologici sono una fonte di orgoglio e ispirazione senza pari, rappresentano il meglio delle capacità e del coraggio del popolo americano. A volte i loro sforzi hanno demoralizzato la nazione, in quanto non è mai fuori dalla vista e dal controllo pubblico da molti quartieri. La perdita della Columbia e del suo equipaggio rappresenta un punto di svolta, indicando un rinnovato dibattito sulle politiche pubbliche e gli impegni per lo sfruttamento umano dello spazio. Uno dei nostri obiettivi è stabilire i termini di tale dibattito “.

Il Columbia durante il lancio

Causa fisica

La causa fisica della perdita del Columbia e del suo equipaggio risultò essere una rottura del sistema di protezione termica sul bordo anteriore dell’ala sinistra, causata da un pezzo di schiuma isolante che si separò dalla sezione sinistra dal supporto del serbatoio esterno del carburante, circa 80 secondi dopo il lancio, e colpì la parte inferiore dell’ala in prossimità del pannello termico rinforzato in carbonio.

Schema semplificato delle operazioni di volo di uno Shuttle

 Durante il rientro, questa rottura nel sistema di protezione termica permette all’aria surriscaldata di penetrare attraverso l’isolamento e fondere progressivamente la struttura in alluminio dell’ala sinistra, provocando un grave indebolimento strutturale, provocando una reazione a catena di cedimenti strutturali, accelerati dalle forze aerodinamiche in atto durante il rientro.

Un foro di circa 40 x 40 cm (stima) sarà la porta di ingresso per la morte e distruzione del Columbia e i suoi occupanti.

Una immagine presa da terra mostra la deformazione dell’ala sinistra del Columbia durante il rientro

Una lunga storia di anomalie

Fu il rilascio e il conseguente impatto di un pezzo della schiuma isolante del serbatoio principale che causò il collasso fisico del Columbia. È noto alla NASA che tutti i voli sono stati colpiti da detriti e che sono stati effettuati altri voli prima e dopo la perdita della Columbia, durante la quale sono stati rilasciati pezzi di schiuma isolante durante la salita. La domanda ovvia è: perché la NASA continua a rischiare di far volare la navetta nonostante la sua lunga e frequente conoscenza di questo fattore che viola i requisiti originali del progetto? 

Delle 75 missioni effettuate per le quali sono disponibili immagini, sono state trovate e documentate prove del rilascio di schiuma isolante in 65.

Perché nessuno si è mai preoccupato di questo?

“A nostro avviso, la cultura organizzativa della NASA ha tanto a che fare con questo incidente quanto la schiuma […]”

Tratto dalla Commissione d’inchiesta
Il momento in cui l’ala viene colpita.
Credit: NASA
L’immagine mostra una nuvola di detriti che si stacca dal serbatoio centrale andando a colpire il profilo dell’ala sinistra.
Credit: NASA

Come successo nella tragedia del Challenger, anche in questo caso l’inerzia organizzativa della NASA arriva a provocare un incidente che poteva essere evitato. Il materiale isolante del serbatoio principale aveva già mostrato che poteva staccarsi e colpire la nave durante il decollo, il fatto che sia successo varie volte, e non abbia causato danni fatali ha generato quella falsa sensazione di sicurezza, un errore umano che si è aggiunto ai già grandi rischi impliciti di un lancio.

Potrebbe essere stato evitato?

Il giorno dopo il lancio, gli ingegneri di livello inferiore (presso la NASA) iniziano a visualizzare immagini dell’ascesa del Columbia, prassi normale eseguita ad ogni lancio.

Nel loro rapporto rilevano il rilascio di un pezzo di schiuma isolante dal supporto di ormeggio del serbatoio esterno del carburante, mostrando preoccupazione per le sue dimensioni e la velocità con cui ha avuto un impatto sull’ala sinistra della nave, e lo inviano via e-mail ai loro superiori, responsabili dei gestori di volo e missione presso il Lyndon Johnson Space Center di Houston, in Texas. 

Un pezzo di schiuma isolante del serbatoio centrale, si suppone che questa sia la misura del pezzo che ha colpito il Columbia.
Credit: NASA

Le otto occasioni mancate

Secondo il rapporto ufficiale della commissione investigativa c’erano otto punti di allarme, visibili a tutti ma che, in qualche modo, passano inosservati agli occhi di diverse persone responsabili della gestione della missione STS-107, tutto era passato in silenzio.

Durante il quarto giorno di volo – Rodney Rocha, ingegnere capo della divisione ingegneria e strutture chiede via e-mail ai responsabili di volo se erano state intraprese o richieste azioni all’equipaggio, eseguire un riconoscimento esterno dell’ala sinistra della navetta per danni fisici

Non riceve nessuna risposta.

É il sesto giorno di volo e il controllo missione non ha ancora chiesto agli astronauti David Brown e Willie McCool di scaricare le immagini della separazione del serbatoio esterno del carburante, fatte con una videocamera equipaggiata con un obiettivo da 400 mm.

Settimo giorno di volo – Mike Card, top manager del programma Space Shuttle, nella divisione Mission Security and Warranties presso la sede della NASA, discute una possibile richiesta di immagini con Mark Erminger, responsabile per la sicurezza e l’assicurazione della missione presso lo Space Center Lyndon Johnson. 

Non viene intrapresa alcuna azione.

Ottavo giorno di volo – Barbara Conte, Rodney Rocha, LeRoy Cain, addetti al volo, scambiano opinioni via e-mail e telefono in momenti diversi, sulla necessità di immagini esterne per chiarire l’impatto sull’ala sinistra della navettaPhil Engelauf, direttore di volo, rifiuta apertamente.

Non viene intrapresa nessun’altra azione.

Altre considerazioni

Il Columbia è stato il primo veicolo orbitale riutilizzabile, il primo ad effettuare i primi quattro voli di prova orbitali nell’ambito del programma Space Shuttle

Essendo il primo del suo genere, differiva leggermente dalle altre navi, OV-099 Challenger, OV-103 Discovery, OV-104 Atlantis e OV-105 Endeavour. 

Costruito secondo uno standard ingegneristico più vecchio, era leggermente più pesante e, sebbene potesse raggiungere l’orbita ad alta inclinazione della stazione spaziale internazionale (ISS), il carico trasportato era insufficiente per bilanciare il rapporto costo-efficacia delle missioni. 

Di conseguenza, venne utilizzato solo per missioni scientifiche e manutenzione del telescopio spaziale Hubble.

La possibile riparazione dei danni in orbita

Questa opzione era stata classificata come possibile, ma con un rischio molto elevato, visto che non c’era una vera e propria procedura prevista.

Sarebbe stato necessario fare una passeggiata spaziale sulla punta dell’ala sinistra per chiudere il buco, portando strumenti e usando pezzi di titanio o altro materiale simile che poteva essere sottratto dal compartimento dell’equipaggio, modellando il profilo dell’ala originale, al fine di evitare turbolenze aerodinamiche al rientro

La NASA non riuscì determinare se le riparazioni avrebbero avuto successo, nessuno si prese la responsabilità di tentare.

Salvare usando l’OV-104 Atlantis

Questa seconda opzione, secondo la stessa NASA, aveva maggiori possibilità di successo, facendo rientrare l’equipaggio in condizioni più sicure. 

Tuttavia, era pieno di vincoli, di cui il più grande e complesso da risolvere sarebbe quello di accelerare l’intera procedura di lancio del volo di salvataggio, che poteva essere eseguita solo dallo Shuttle Atlantis, il prossimo a volare dopo il Columbia.

Atlantis era quasi pronto, doveva volare 41 giorni dal successivo lancio. Con i motori principali già assemblati e i propulsori a combustibile solido accoppiati al serbatoio del carburante esterno. Utilizzando più team di esperti, per lavorare a turni consecutivi 24/24 ore al giorno e sette giorni alla settimana, sarebbe stato molto probabile ottenere condizioni adeguate e iniziare un conto alla rovescia verso una finestra di opportunità a partire dal 10 febbraio e durante i cinque giorni seguenti, se i normali e necessari test venissero ignorati prima del lancio.

Una vaga speranza

Secondo i registri atmosferici, il lancio sarebbe stato possibile in quello spazio di tempo e sarebbe stato effettuato con solo 4 membri dell’equipaggio, il comandante, il pilota e due astronauti addestrati in attività extra veicolari.

Considerata piuttosto impegnativa ma possibile, questa opzione sarebbe stata implementata se ci fosse stata una percezione reale dei problemi potenzialmente catastrofici nella navetta Columbia, e se fossero stati rilevati entro il settimo giorno di volo, sarebbe comunque necessario che l’Atlantis fosse pronta senza problemi con un conto alla rovescia senza interruzioni.

Per quanto riguardava la destinazione finale della Columbia abbandonata, erano prese in considerazione due alternative:

  • Configurazione di un profilo aggressivo di rientro atmosferico, prevedendo la sua combustione e disintegrazione su una vasta area dell’Oceano Pacifico, oppure:
  • Collocamento in un’orbita più elevata, in attesa di un’ipotetica missione di riparazione e successivo ritorno sulla Terra.

Conseguenze

L’intero programma spaziale nordamericano viene sospeso, anche con progetti in corso, come la costruzione della Stazione Spaziale Internazionale, il cui completamento dipendeva totalmente dalle navette, le uniche in grado di trasportare i moduli mancanti.

Nel 2004 viene dato il primo segno del futuro abbandono del programma “space shuttle”, il presidente degli Stati Uniti George W. Bush, annuncia quello che chiama “Vision for United States ,esplorazione dello spazio”, in cui indica che la NASA dovrebbe sviluppare e costruire nuovi veicoli che consentano all’uomo di tornare sulla Luna, fino all’anno 2020, cosa che non succederá per via dei continui tagli di bilancio.

Bush annuncia la fine dell’era dello Space Shuttle, dopo decenni di servizio.

Nel luglio 2005, la NASA torna ai voli con il lancio del veicolo spaziale OV-103 Discovery, dopo oltre due anni di pausa, per tentare di rimettere in corsa la flotta delle navette spaziali. Durante l’ascensione, come nella fatidica missione STS-107, (anche nella maggior parte delle precedenti missioni), si osservò il rilascio di detriti di schiuma isolante, questa volta senza risultati catastrofici.

“La causa dell’esplorazione e della scoperta non è un’opzione che scegliamo. È un desiderio scritto nel cuore umano. Siamo quella parte della natura che mira a comprendere tutto il creato. Scegliamo il meglio tra noi, li inviamo nell’ignoto e preghiamo che ritornino “. 

GW Bush

La Columbia, lanciata nello spazio per la prima volta nell’aprile del 1981, si disintegrò durante il suo rientro nell’atmosfera terrestre, 16 minuti dopo il rientro in atmosfera, quando stava già sorvolando il Texas. Lo scudo termico di una delle ali fu danneggiato dall’impatto di un pezzo di schiuma isolante che è uscito dal serbatoio esterno della nave poco dopo il suo lancio, due settimane prima dell’incidente.

Errore fondamentale

La NASA sapeva da molto presto, dopo i primi voli degli Shuttle, negli anni ’80, che questi veicoli spaziali non sarebbero stati un sistema semplice ed economico per la costruzione della stazione orbitale.

Pur con grandi costi, lo Shuttle é stato fondamentale per la costruzione della ISS.
Credit: NASA

Secondo gli esperti, l’errore fondamentale fu commesso nel 1971 e nel 1972, quando è stato deciso di sviluppare un’astronave che avrebbe combinato l’equipaggio e il trasporto merci. Secondo alcuni sarebbe stato invece più sicuro e meno costoso separarli.

La capsula spaziale Orion, è stata sviluppata per missioni con equipaggio nell’ISS, la Luna, gli asteroidi e Marte, con un sistema di sicurezza che consente all’equipaggio di essere separato dal veicolo di lancio, qualcosa che gli Shuttle non avevano. Anche questa in forte ritardo sarà poi sostituita parzialmente dalla Crew Dragon, fornita da SpaceX.

Credit: space.com

Dall’ultimo volo di una navetta spaziale nel luglio 2011, gli Stati Uniti hanno utilizzato la nave spaziale russa Soyuz per trasportare gli astronauti alla ISS, pagando 60 milioni di dollari per astronauta trasportato.

La fine del Columbia, dopo il Challenger, ci mostra che il fattore umano spesso è la principale causa di incidenti.

Conclusioni

Lo Shuttle era comunque un compromesso progettuale, fortemente limitato dai tagli ai costi di produzione, molti sistemi di sicurezza furono accantonati, anche così i costi di gestione superarono di molto le previsioni più negative. Lo Shuttle costava troppo e non era sicuro, la fortuna ha aiutato ma, il destino ha presentato alla fine un conto troppo pesante per poter continuare. La flotta degli Shuttle aveva già passato di molto i limiti strutturali di minima sicurezza.

Un’era era finita, lo Shuttle resta nei cuori degli appassionati, ma la sicurezza dei voli nello spazio dovrá avere sempre la precedenza.

L’ultimo volo del Columbia

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