Obsah > Pilotované lety > STS > STS-107 > Souhrn vyšetřování katastrofy

[ Průběh katastrofy | Průběh vyšetřování | Závěry a doporučení CAIB | Opatření NASA | Odkazy na další informace ]

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.

Kombinace dvou snímků ze záznamu startu (s komentářem Spaceflight Now)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).

V médiích zveřejněný snímek letícího raketoplánu Columbia STS-107Podle 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 Snímek nalezených dlaždic tepelné ochrany z levého křídla poblíž podvozkové šachty(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.

Snímek raketoplánu Columbia na oběžné dráze, které pořídila ze Země stanice AMOS.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.

Záběr z videozáznamu, pořízeného posádkou během začátku sestupu atmosférou.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:

  1. prevenci odpadávání tepelné ochrany (pěny) z externí nádrže ET při startu
  2. zajištění co nejvyšší mechanické odolnosti tepelné ochrany raketoplánu
  3. 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)

Česky
STS-107 na SPACE 40 (Mgr. A.Vítek) - součást velké encyklopedie družic a kosmických sond
Columbia STS-107 (M.Halousek) - podrobné i souhrnné informace o katastrofě (hodně obrázků)
Kosmonautika na www.letectvi.cz (agentury) - výběr aktuálního zpravodajství
Anglicky
CAIB Home Page - stránky hlavní vyšetřovací komise CAIB (Columbia Accident Investigation Board)
STS-107 na Spaceflight Now - výborné zpravodajství (rychlé a fundované)
STS-107 na SpaceRef - výborný přehled všech souvislostí
STS-107 Investigation Reference Page (NASA) - oficiální stránka NASA (informace přímo od zdroje)
STS-107 na space.com - portál plný informací
STS-107 "Columbia" Loss FAQ - odpovědi na nejčastější otázky ohledně katastrofy
NASA - Return to Flight - RTF stránky NASA
Return to Flight Task Group - stránky nezávislé skupiny RTF TG (Return to Flight Task Group)

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.