Obsahem této stránky je souhrn výsledků
vyšetřování katastrofy raketoplánu Columbia STS-107.
Informace jsou zde maximálně stručné, ne zcela aktuální, ale snad důvěryhodné.
Časový průběh katastrofy 1.2.2003 (časy jsou v UT
a jsou zaokrouhleny na celé minuty)
13:03 - Raketoplán je v pozici "ocasem vpřed" pro zážeh pro sestup.
13:09 - Řídicí středisko dává povolení k zážehu.
13:11 - Start první APU (č.2) pro pohon hydrauliky.
13:15 - Zážeh motorů OMS (zahájení brzdicího manévru), nad bodem o souřadnicích
33.58° j.š., 98.17° v.d.
13:18 - Ukončení brzdicího manévru (doba hoření = 158 s, delta v = 78.6 m/s).
13:23 - Zaujetí polohy pro sestup = úhel náběhu 40 stupňů, vypuštění paliva systému
RCS.
13:32 - Zbylé dvě záložní APU (č.1 a 3) spuštěny.
13:44 - Vstup do hustých vrstev atmosféry (30.78° s.š., 167.62° z.d., rychlost
7.50 km/s, vzdálenost k místu přistání 8228 km).
13:49 - Zahájení první plánované pravé zatáčky.
13:52 - Snímače teploty hydrauliky brzd levého podvozku udávají nárůst teploty.
13:53 - Vypadly snímače teploty povrchu a teploty hydrauliky ovládání obou levých
elevonů.
13:54 - První vizuálně ze Země pozorovaný úlomek (nad Kalifornií).
Nárůst
teploty pod dlaždicemi na levé střední části trupu nad křídlem cca o 20 °C za
5 min.
Nárůst
teploty ve stejném místě na pravé straně o 8 °C. Vnitřní teplota v nákladovém
prostoru u nádrží s kyslíkem beze změn.
13:55 - Další snímače teploty hydrauliky levé podvozkové brzdy udávají nárůst
teploty.
13:56 - Vypadly snímače teploty povrchu ve střední části levého křídla.
13:57 - Zahájení levé zatáčky (celkem měly být provedeny dvě pravé a dvě levé
zatáčky).
Elevony začaly kompenzovat asymetrii aerodynamického odporu.
13:58 - Začal se měnit tlak v pneumatikách levého podvozku a čidla postupně vypadávala.
13:59 - Počítače dále kompenzovaly nastavováním elevonů a křidélek zvyšující se
aerodynamický odpor levého křídla.
Zažehnuty
motory RCS R2R a R3R pro zatáčení snažící se pomoci kompenzovat asymetrický aerodynamický
odpor.
Poslední
hlasové spojení s palubou raketoplánu.
14:00 - Ztráta komunikace. Rozpad raketoplánu (ve výšce cca 63 km při rychlosti
cca 5.5 km/s) a následný pád trosek k Zemi.
Průběh vyšetřování
Hlavní vyšetřovací komise CAIB (Columbia Accident Investigation Board) pracovala
pod vedením admirála H.W.Gehmana.
Nejprve probíhalo hledání, sběr a shromažďování trosek, a také vyhodnocování
telemetrie a dalších informací z celého průběhu letu.
Při
podrobném vyhodnocování záběrů startu z dálkových pozemních kamer bylo (už 17.01.2003)
zjištěno, že v T+81s došlo k utržení cca 0.5 m části tepelné izolace nádrže
ET z oblasti jejího předního závěsu, která zasáhla levé křídlo družicového stupně
blízko jeho náběžné hrany. Podobné incidenty ale nastávají téměř při každém
startu raketoplánu a doposud nikdy nezpůsobily závažnější poškození. Proto se
technici NASA domnívali, že toto nemohla být pravá příčina katastrofy. Řada
techniků i letových dipečerů měla sice z tohoto incidentu obavy, ale nikdy se
nemluvilo o možnosti úplného rozpadu raketoplánu. Později bylo upřesněno, že
tento kus izolace (o hmotnosti cca 1.2 kg a rozměrech cca 600×350×130 mm) byl
stržen proudem okolního vzduchu a narazil do spodní strany náběžné hrany levého
křídla orbiteru relativní rychlostí cca 230 m/s (840 km/h).
Podle
http://www.spaceflightnow.com/shuttle/sts107/030207avweek/
(z pátku 07.02.2003) sledovalo USAF návrat Columbie svou sledovací kamerou umístěnou
na jihozápadě USA (Kirtland AFB). Na snímcích z doby asi 60 s před rozpadem
raketoplánu se prý jevila náběžná hrana levého křídla jakoby "olámaná"
v místech, kde křídlo vystupuje z trupu. V elektronických médiích zveřejněný
snímek (viz. obrázek vpravo) je pravděpodobně infračervený (teplotní) a proto
také s malým rozlišením. Přesto je v oblasti levého křídla zřetelná nějaká anomálie
(ale jen tepelná, nikoliv nutně mechanická).
V sobotu 08.02.2003 se objevily zprávy o tom, že jeden z vojenských radarů
zaregistroval nějaký objekt, který se od raketopánu oddělil na oběžné dráze
(cca 24 hodin po startu) a odletěl rychlostí kolem 5 m/s 
(viz.
http://www.spaceflightnow.com/shuttle/sts107/030208object/).
Technici NASA se snaží v telemetrii nalézt cokoliv co by mohlo souviset s tímto
objektem. Mohlo jít o kus ledu z odpadní vody, ale také o výsledek srážky s
kosmickým objektem (např. mikrometeoritem). I samotný kus ledu z odpadní vody,
jeho odpadnutí a možná kolize s levým křídlem raketoplánu při sestupu atmosférou,
je prověřován jako jedna z mnoha dalších možností.
V pondělí 10.02.2003 byla jedna z trosek, nalezená už v pátek 07.02.2003, identifikována
jako část hrany levého (problematického) křídla. Současně se ale začaly nahlas
vyslovovat obavy, že pravou příčinu katastrofy se možná nepodaří vůbec zjistit.
Informací je prostě moc málo.
25.02.2003
byly zveřejněny snímky raketoplánu Columbia, které pořídila stanice AMOS (U.
S. Air Force Maui Optical and Supercomputing Site) ve viditelném a infračerveném
světle. Nebyly na nich pozorovány žádné známky poškození, snímky však nezabíraly
spodní stranu raketoplánu.
27.02.2003 byl zveřejněn snímek nalezených dlaždic tepelné ochrany z levého
křídla poblíž podvozkové šachty.
28.02.2003 byl zveřejněn videozáznam, pořízený posádkou na letové palubě raketoplánu
během začátku sestupu atmosférou (v období od 13:35 UT do 13:48 UT), zachráněný
z částečně zničené videokazety nalezené mezi troskami. Záznam končí 4 minuty
před prvními známkami problémů a je z něho vidět, že kosmonauti byli v té době
zcela bez starostí.
19.03.2003
pátrací čety nalezly poblíže městečka Hemphill, TX magnetopáskovou záznamovou
jednotku experimentu OEX (Orbiter Experiment Support System), která zaznamenává
během startu a sestupu atmosférou údaje o teplotě, aerodynamickém tlaku, vibracích
a dalších fyzikálních parametrech, které nejsou vysílány na Zemi telemetrickými
kanály. Nalezená jednotka byla vcelku nepoškozena. Byla předána do střediska
JSC k zajištění dat. Páska s daty z magnetopáskové jednotky byla okopírována
a kopie byla použita k analýze dat.
Po provedení analýzy dat ze záznamu na magnetopáskové jednotce experimentu
OEX bylo zjištěno, že nárůst teploty v prostoru za panely RCC č. 9 a 10, kryjícími
náběžnou hranu levého křídla, nastal mnohem dříve, než jej zaznamenaly telemetrické
senzory v podvozkové šachtě. Poslední zaznamenaná data jednotky OEX končí ve
14:00:19 UT.
01.04.2003 člen vyšetřovací komise CAIB gen. mjr. J. Barry oznámil, že na Wright-Patterson
AFB provedené testy charakteristiky radiolokačního odrazu od objektu, který
se oddělil druhý den na oběžné dráze od raketoplánu, vyhovují přechodovému panelu
mezi panely RCC a vlastními dlaždicemi HRSI. Není však vyloučeno, že se mohlo
jednat o něco jiného, proto komise dosud nedospěla k definitivnímu závěru ohledně
přesného místa, kde začala destrukce tepelné ochrany raketoplánu.
17.04.2003 vydala vyšetřovací komise CAIB dvě první předběžná doporučení
pro NASA.
Prvním (hlavním) doporučením je provádět detailní nedestruktivní předletové
kontroly stavu náběžných hran křídel raketoplánu s panely RCC (Reinforced
Carbon-Carbon). K tomu bude nejprve třeba vyvinout příslušnou metodiku, protože
doposud se před letem prováděla jen vizuální a doteková kontrola. Na každém
orbiteru je celkem 44 RCC panelů. Budoucí kontroly musí zajistit prověření strukturální
integrity jak samotných panelů RCC, tak i nosných konstrukcí a upevňovacích
prvků.
Druhým doporučením je zajistit pravidelné snímkování raketoplánu na oběžné
dráze (ze Země a ze zpravodajských družic) při každém jeho letu. Komise
konstatovala, že to bylo možné už v minulosti, ale například během letu STS-107
nebyly žádné dostatečně použitelné snímky pořízeny.
Koncem května 2003 byly v ústavu SwRI (San Antonio, TX, USA) provedeny testy
s vystřelováním pěnové izolace proti modelu náběžné hrany, osazené náhradními
panely z laminátu. Účelem těchto zkoušek byla příprava metodiky pro "ostré"
střelby proti skutečným RCC panelům a kalibrace měřicích přístrojů. Při prvním
pokusu byl vystřelen kus o hmotnosti 0,77 kg rychlostí 237 m/s. Při testu se
pěna roztříštila a některé kousky uvízly v asi 55 centimetrů dlouhé škvíře která
při nárazu vznikla posunutím jednoho T kusu mezi maketami RCC panelů.
Začátkem června 2003 se pak přistoupilo k reálnějším experimentům s vystřelením
pěnové izolace proti modelu náběžné hrany. První pokus se uskutečnil dne 06.06.2003
a na modelu byl jako cíl umístěn panel RCC č. 6 demontovaný z raketoplánu Discovery.
Panel již prodělal 30 vzletů do vesmíru. Kus izolace o hmotnosti 0.76 kg a rozměrech
543×294×143 mm narazil do panelu rychlostí 234 m/s. Zanechal viditelné a podstatné
poškození o rozměru přibližně 2 cm, z něhož se šířila prasklina o délce asi
7.5 cm. Kromě toho se celý panel č. 6 mírně posunul. Pozdějším zkoumáním se
zjistilo, že prasklo také T-těsnění mezi panely č. 6 a 7 a byl naštípnut krycí
panel na horní straně makety křídla. Vyšetřovací komise CAIB však stále není
schopna potvrdit, že prvotní příčinou havárie raketoplánu Columbia byl náraz
úlomku izolační pěny v T +81 s.
Třetí předběžné doporučení pro NASA vydala komise CAIB 27.06.2003. Je
jím vývoj a používání co nejdokonalejších možností inspekce tepelné ochrany
raketoplánu (z ISS [při letu k ISS], nebo ze samotného raketoplánu) a případné
následné opravy přímo na oběžné dráze.
Komise také konstatovala, že obecně bude třeba se zaměřit na:
- prevenci odpadávání tepelné ochrany (pěny) z externí nádrže ET při startu
- zajištění co nejvyšší mechanické odolnosti tepelné ochrany raketoplánu
- zajištění co nejdokonalejší inspekce tepelné ochrany na oběžné dráze a možnost
opravy defektů přímo na oběžné dráze
01.07.2003 komise CAIB vydala čtvrté předběžné doporučení pro NASA,
týkající se zlepšení způsobů sledování raketoplánu během vzletu. Podmínkou
povolení startu by měla být funkčnost nejméně tří vysoce rozlišujících optických
systémů, sledujících vzlet raketoplánu z různých úhlů alespoň do doby oddělení
SRB.
Další experiment s vystřelováním vzorku pěnové izolace nádrže ET proti přípravku
s namontovaným panelem RCC se uskutečnil 07.07.2003. Vzorek pěny byl zacílen
na panel RCC č. 8, blíže k T-těsnění mezi panely č. 8 a 9. Narazil na cíl rychlostí
236 m/s pod úhlem 22°, tedy pravděpodobně o něco větším, než tomu bylo při skutečném
letu raketoplánu Columbia, ale podle názoru techniků větší úhel dopadu simuloval
rotaci úlomku během reálné kolize. Náraz vytvořil na spodní straně panelu nepravidelnou
díru o průměru kolem 0.4 m. Podle S. Hubbarda, člena vyšetřovací komise CAIB,
jde o důkaz, že nejpravděpodobnější příčinou poškození levé poloviny křídla
raketoplánu byl skutečně náraz izolační pěny při startu.
31.07.2003 komise CAIB vydala páté předběžné doporučení pro NASA. Je
jím požadavek na kvalitní snímání hlavních částí tepelné ochrany a nádrže
ET přímo z paluby raketoplánu během vzletu a po odpojení ET. Tyto snímky
s vysokým rozlišením musí být k dipozici pro pozemní vyhodnocení už brzy po
startu (musí být odvysílány do řídicího střediska).
V úterý 26.08.2003 vydala vyšetřovací komise CAIB dlouho očekávanou hlavní
závěrečnou zprávu, obsahující rozbor katastrofy a řadu doporučení pro NASA (celkem
29) (viz. Závěry a doporučení komise CAIB).
NASA zareagovala rychle a už v pondělí 08.09.2003 zveřejnila první rámcový
plán uskutečňování opatření podle doporučení komise (viz. Opatření
NASA).
Závěry a doporučení komise CAIB (stručný výtah hlavních
informací ze závěrečné zprávy komise)
(originál zprávy viz. http://www.caib.us/news/report/default.html)
Komise CAIB dospěla k závěru, že příčinou katastrofy raketoplánu Columbia
STS-107 bylo poškození náběžné hrany levého křídla orbiteru. K poškození došlo
v T+81 s po startu, kdy odpadl kus pěnové izolace vnější nádrže ET z oblasti
jejího předního závěsu na orbiteru a narazil do spodní části dílu RCC 8 náběžné
hrany levého křídla. Při závěrečném sestupu atmosférou před přistáním pak tímto
poškozením pronikl do křídla velmi horký vzduch (plazma), postupně zničil jeho
konstrukci a po odpadnutí leveho křídla došlo následně k aerodynamické destrukci
celého raketoplánu a k usmrcení posádky.
Na základě detailního rozboru všech zjištěných skutečností komise v závěrečné
zprávě vydala celkem 29 doporučení pro snížení rizika případné podobné havárie
v budoucnosti. Protože nedostatky byly zjištěny například i v procesu příprav
k letu a rozhodování před letem i během letu, jsou doporučení jak technická,
tak i organizační. Některá doporučení mají dlouhodobý charakter, ale některá
doporučení by měla být uskutečněna ještě před obnovením letů raketoplánů (v
následujícím přehledu jsou označena tučně a zkratkou [RTF] - Return To
Flight).
Stručný přehled všech doporučení:
| R3.2-1 |
Odstranit odpadávání úlomků izolace z vnější nádrže
ET. [RTF] |
| R3.3-1 |
Provádět důkladné kontroly pevnosti všech RCC dílů.
[RTF] |
| R3.3-2 |
Zlepšit schopnost orbiteru vydržet drobná poškození
od různých úlomků. [RTF] |
| R3.3-3 |
Zlepšit schopnost orbiteru úspěšně přistát i s drobným
poškozením náběžné hrany. |
| R3.3-4 |
Zřídit databázi měřených charakteristik letových kusů
RCC dílů. |
| R3.3-5 |
Minimalizovat možnost potřísnění RCC dílů zinkovým
nátěrem, používaným k údržbě startovací rampy. |
| R3.4-1 |
Zdokonalit systém optického snímání startu (min.
3 úhly pohledu) alespoň do oddělení SRB. [RTF] |
| R3.4-2 |
Zajistit rychlou dostupnost kvalitních snímků nádrže
ET po oddělení od orbiteru. [RTF] |
| R3.4-3 |
Zajistit rychlou dostupnost kvalitních snímků spodní
strany orbiteru a náběžných hran. [RTF] |
| R3.6-1 |
Zmodernizovat systém snímačů a jejich záznamníků (MADS)
u všech orbiterů. |
| R3.6-2 |
Zahrnout do MADS měření nových informací a možnost
rekonfigurace za letu (výběr dat pro záznam a telemetrii). |
| R3.8-1 |
Zajistit dostatek náhradních RCC dílů k výměně výhradně
podle potřeb (bez ohledu na plány, cenu, nebo jiné faktory). |
| R3.8-2 |
Vyvinout dokonalé počítačové modely vlivu dopadu úlomků
na poškození tepelné ochrany orbiteru. |
| R4.2-1 |
Otestovat a schválit každý letový kus zádržného
systému výbušných šroubů. [RTF] |
| R4.2-2 |
Vyvinout prostředky k inspekci celé kabeláže orbiteru
(včetně nedostupných částí). |
| R4.2-3 |
Zajistit přítomnost nejméně dvou členů personálu
u všech závěrečných procedur před startem. [RTF] |
| R4.2-4 |
Zajistit stejnou úroveň odolnosti orbiteru proti mikrometeoritům,
jakou má ISS. |
| R4.2-5 |
Dodržovat průmyslový standard při definici "cizích
objektů" při údržbě a obsluze STS. [RTF] |
| R6.2-1 |
Přijímat a dodržovat jen takový plán letů STS, který
respektuje všechny dostupné zdroje. [RTF] |
| R6.3-1 |
Rozšířit výcvikový program týmu řídicího střediska
o nouzové situace i po dokončení vzletu. [RTF] |
| R6.3-2 |
Zajistit snímky orbiteru na oběžné dráze od organizace
NIMA při každém letu. [RTF] |
| R6.4-1 |
Zajistit možnost kontroly a opravy tepelné ochrany
orbiteru přímo na oběžné dráze. [RTF] |
| R7.5-1 |
Vytvořit nezávislý technický orgán (TEA) zodpovědný
za bezpečnostní a technické standardy STS. |
| R7.5-2 |
Kancelář NASA pro bezpečnost by měla mít přímé pravomoci
vůči ostatním bezpečnostním organizacím STS. |
| R7.5-3 |
Reorganizovat "Integration Office" STS (SSIO)
aby mohla integrovat všechny části STS (včetně orbiteru). |
| R9.1-1 |
Vypracovat detailní plán organizačních změn podle
R7.5 a posílat průběžné zprávy Kongresu. [RTF] |
| R9.2-1 |
Před prodloužením provozu STS po roce 2010 znovu certifikovat
každý díl STS. |
| R10.3-1 |
Zajistit detailní fotografie těch subsystémů, které
se liší od technických výkresů. [RTF] |
| R10.3-2 |
Uvolnit prostředky pro aktualizaci technické dokumentace
a její kompletní převod do počítačové (CAD) podoby. |
Opatření NASA (reakce na katastrofu Columbie
STS-107
a doporučení komise CAIB)
První rámcový plán uskutečňování opatření podle doporučení komise CAIB zveřejnila
NASA v pondělí 08.09.2003 (viz. http://www.nasa.gov/news/highlights/rtf_plan_092003.html).
Pro plánovací účely se v tu dobu počítalo s březnem 2004 jako prvním možným
termínem obnovení letů raketoplánů. V dalších aktualizacích plánu na znovuobnovení
letů raketoplánů se jednotlivá opatření upřesňovala, zaznamenával se postup
prací a termín prvního startu se postupně posouval dál a dál. Koncem roku 2003
byl start plánován na březen 2005. V roce 2004 byl start posunut na květen 2005,
ale i ten musel být nakonec změněn na červenec 2005.
Za celou tu dobu raketoplán i pozemní vybavení a personál prošel celou řadou
úprav, testů a zdokonalení, aby možnost další havárie byla minimalizována. Především
byla omezena možnost odpadávání částic z nádrže ET při startu. Dalšími hlavními
opatřeními bylo zpevnění tepelné ochrany orbiteru, zdokonalení optického sledování
vzletu, podrobné prozkoumání stavu tepelné ochrany raketoplánu na oběžné dráze,
možnost opravy na oběžné dráze, možnost využití ISS jako nouzového přístavu
a připravenost druhého raketoplánu k relativně rychlé záchranné misi (podrobněji
viz. Souhrn RTF opatření).
Odkazy na důvěryhodné zdroje dalších informací (hlavní
podklady pro tuto stránku)
Aleš Holub
Aktualizováno : 06.07.2005
[ Obsah | Pilotované lety | STS
| STS-107 ]
Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.
(originál je na https://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/sts/sts-107/souhrn.htm)
