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venerdì 1 febbraio 2013

Dieci anni fa...

Era sabato 1° febbraio 2003 quando lo Space Shuttle Columbia si disintegrò in volo durante la fase di rientro della missione STS-107 dopo 15 giorni, 22 ore e 20 minuti di permanenza nello spazio.
La missione inizia il 16 gennaio 2003 alle 15.39 con il lancio dalla rampa 39A del Kennedy Space Center. In apparenza un decollo normale come tutti quelli avvenuti in precedenza. Nonostante questa missione avesse subito diversi rinvii (è stata rimandata diverse volte nell'arco di due anni), la partenza dalla rampa avviene in orario.
Le tre missioni americane con vittime umane
che si ricordano in questi giorni: Apollo 1, Challenger e Columbia.

L'equipaggio era così composto: comandante Rick Husband, pilota William McCool, comandante di carico Michael Anderson, specialista di carico Ilan Ramon, specialista di missione Kalpana Chawla, specialista di missione David Brown e specialista di missione Laurel Clark.
La missione prevedeva che la STS-107 completasse l'attivazione dello SpaceHab e portasse a termine i 59 esperimenti legati a esso, fra cui la misurazione della quantità di energia proveniente dal Sole, la misurazione delle particelle di aerosol sopra il Mediterraneo, l'Atlantico e il deserto del Sahara, un esperimento per osservare la crescita dei tessuti tumorali soprattutto quelli della prostata e della loro incidenza sul tessuto osseo e l'osservazione del comportamento dello xeno raffreddato come studio della fisica dei fluidi.
I problemi che hanno portato al disastro del Columbia però non sono iniziati al rientro: tutto è cominciato alla partenza. Quando gli Space Shuttle decollavano, spesso (anche se mai in modo così tragico e violento), la parte dell'orbiter più vicina al serbatoio esterno (External Tank -ET) veniva colpita da pezzi della schiuma isolante che rivestiva proprio l'ET; pezzi che si staccavano a causa del forte attrito dello stack (l'insieme dello Shuttle con i razzi di spinta e il serbatoio esterno) con l'aria. Nel caso della STS-107, la parte di schiuma staccatasi 81,9 secondi dopo il decollo, andò a impattare il bordo anteriore dell'ala sinistra, colpendo i pannelli RCC (Reinforced Carbon-Carbon) dal 5 al 9. I pannelli RCC erano una parte dello scudo termico della navetta in grado di sopportare oltre 2000°C ed erano posti sul bordo d'attacco delle ali e sul muso e insieme ai pannelli HRSI (High-temperature reusable surface insulation) posti nella parte inferiore dell'orbiter, garantivano la protezione termica alla navetta.

Come da prassi, dopo il decollo vennero analizzate le immagini del lift-off fino al raggiungimento dell'orbita e non vennero rilevate situazioni anomale. Solo il giorno dopo, quando vennero analizzati frame per frame i filmati ad alta risoluzione, si scoprì l'impatto. Dal team di tecnici che si occupavano dei controlli vennero fatte tre richieste al Dipartimento della Difesa Americano per effettuare riprese più dettagliate dell'orbiter (con i sistemi di ripresa in dotazione al Pentagono, sia terrestri che satellitari) al fine di poter valutare con maggiore precisione l'entità del danno, richieste a cui non venne dato seguito. Il Mission Management Team, valutò il danno come trascurabile e non venne approfondito il problema. Una testimonianza di Wayne Hale riporta una frase tremenda, ma tristemente profetica, pronunciata dal Direttore delle Mission Operations John Harpold durante la STS-107: “Lo sapete. Non c'è nulla che si possa fare in caso di danni al sistema di protezione termica. Se è danneggiato, è meglio non saperlo. E penso che neanche l'equipaggio lo voglia sapere. Non pensate anche voi che sia meglio procedere in una missione di successo e perire inaspettatamente al rientro piuttosto di sapere che non c'è nulla da fare e restare in orbita ad attendere che finisca l'aria a bordo?”. Con questa filosofia, i manager della NASA avviarono un progetto per ipotizzare cosa si potrebbe fare in caso di un danno allo scudo termico di uno Shuttle, bollando il distacco di schiuma di STS-107 come un problema di routine. A questo punto la missione procede normalmente, fino al momento del rientro.

Solitamente quando gli Shuttle erano in orbita attorno alla Terra, volgevano il ventre al Sole e la parte bianca verso il pianeta; per agevolare il rientro, l'orbiter veniva girato in modo che la pancia (ovvero la superficie dotata dello scudo termico) fosse a contatto con l'atmosfera per sopportare meglio il calore dell'attrito e ovviamente per essere nell'assetto giusto per volare nell'aria non appena questa dava portanza. Alle 0844 UTC il Columbia raggiunge la Entry Interface, ovvero a 120 km d'altezza lo shuttle entra in contatto con i primi strati dell'atmosfera terrestre a una velocità leggermente inferiore a quella dell'orbita stabile (che è di circa 7,8 km al secondo). I primi effetti di questa manovra causano come sempre in questo caso, un aumento della temperatura fino a 1370°C in soli 6 minuti e una percezione da parte degli astronauti di un inizio di forza di gravità pari circa al 10% di quella al suolo. Un altro effetto avvertito dagli astronauti in tutti i rientri è una luminosità fluttuante attorno alla navetta data dal surriscaldamento della prima atmosfera. Anche questa manovra avviene in totale regolarità, secondo la prassi di rientro.
Sono le 0848 UTC quando il sensore di bordo vicino all'ala sinistra registra una temperatura molto maggiore rispetto a quella registrata nei precedenti rientri del Columbia. Questo dato pare però non essere visto né dal controllo a terra né dall'equipaggio sulla navetta e viene solo registrato dal Modular Auxiliary Data System la Scatola Nera. Alle 0850 UTC, l'orbiter entra in quella fase (che normalmente durava 10 minuti), in cui la struttura degli shuttle subiva il maggiore stress termico. La velocità ora è di Mach 24,1 in progressiva diminuzione. Le comunicazioni fra navetta e controllo a terra sono fino a quel punto attive e funzionanti.

Undici minuti dopo l'ingresso in atmosfera, la temperatura esterna è di 1450°C, la velocità è Mach 21,8. Sono le 0854 UTC quando il responsabile del Maintenance, Mechanical and Crew Systems avvisa il direttore di volo che si è verificata la perdita di pressione nei sistemi idraulici dell'ala sinistra e i dati sono sotto la capacità minima della lettura dei quattro sensori e pochi istanti dopo verrà registrata anche la perdita di pressione di entrambe le ruote principali del carrello di sinistra. E' a questo punto che si ipotizza la presenza di una falla nello scudo termico dell'ala sinistra della navetta, in grado di far entrare il calore del rientro nelle parti interne dell'orbiter (tutte in metallo), che fino a quel punto erano rimaste isolate.
Alle 0858 UTC il Columbia è sopra il Texas, quando il controllo missione cerca di informarli che i messaggi dei problemi sono stati ricevuti e che stanno valutando la situazione, ma da terra chiedono di ripetere l'ultimo messaggio. Il comandante Husband risponde "Roger, uh, bu...", ma la trasmissione si interrompe definitivamente in quel momento.
Secondo la commissione d'inchiesta sull'incidente, l'interruzione delle comunicazioni è avvenuta nel momento in cui la perdita totale di pressione nel circuito idraulico ha impedito il controllo delle superfici aerodinamiche (alettoni) con la conseguente perdita d'assetto dell'orbiter.
Mancando quell’aiuto alla portanza, lo Shuttle ha eseguito una cabrata improvvisa (muso verso l’alto), tanto è vero che anche i motori d’assetto anteriori hanno iniziato a contrastare la manovra, senza riuscirci.
A questo punto il Columbia si trovava con il ventre verso la direzione di volo e quindi la fortissima pressione aerodinamica (eravamo ancora in aria rarefatta, ma ad una velocità di Mach 15-18) ha letteralmente strappato l’ala sinistra, indebolita dai gas incandescenti entrati al suo interno dalla falla nella protezione termica provocata 15 giorni prima dal blocco di schiuma durante la salita verso l’orbita.
L’equipaggio era ancora vivo e cosciente e stava ancora lottando con i comandi per cercare di trovare una soluzione, ma nei secondi successivi la Navetta rollava (iniziava una rotazione intorno all’asse longitudinale) verso sinistra ed iniziava una rapida depressurizzazione della cabina di volo. Il passo successivo è stato l’asportazione dei portelli della stiva, l’esposizione del vano di carico e il completamento di quello che viene chiamato l’Evento Catastrofico: la struttura dello scafo ha ceduto dividendo il Columbia in 3 tronconi, la coda con i motori principali, la sezione centrale con il contenuto della stiva e la sezione di prora con la cabina equipaggio.
La cabina rimase intera per altri 38 secondi prima di disintegrarsi a sua volta, ma gli astronauti a bordo erano già privi di vita, sia a causa della depressurizzazione che delle fortissime accelerazioni dovute all’Evento Catastrofico.
Dal rapporto dalla commissione d'inchiesta si evince che "Dopo la perdita di controllo della navetta, avvenuta alle 1359:37 UTC, e prima dello spezzarsi dell'orbiter, avvenuto alle 1400:18 UTC, la pressione della cabina del Columbia era normale e l'equipaggio era capace di azioni coscienti. La depressurizzazione è avvenuta a causa di una piccola falla creatasi di sotto e di fronte al pavimento del ponte mediano e non è stato il risultato della perdita di integrità strutturale totale della cabina. L'equipaggio non è stato esposto a fiamme o ferite termiche prima della depressurizzazione, cessazione del respiro e perdita di conoscenza. La depressurizzazione è stata così rapida che non ha permesso all'equipaggio nemmeno di abbassare il visore dell'elmetto."
Quello che ne è seguito è una inesorabile scia di detriti nel cielo del Texas e l'incredulità del centro di controllo a terra (che ha sottovalutato il problema fin dall'inizio). I resti della navetta che sono stati recuperati sono pochi e alcuni ritrovati dopo anni (come il serbatoio sferico di alluminio presumibilmente appartenuto al sistema PRSD necessario a contenere l’idrogeno criogenico per le celle a combustibile della navetta, ripescato il 29 luglio 2011 nel lago Nacogdoches a 160 km da Houston).

Dopo il disastro (il secondo dopo la morte degli astronauti dello Space Shuttle Challenger nel 1986) la NASA bloccò i voli spaziali per 2 anni e mezzo fino al 26 giugno 2005, quando lo Shuttle Discovery si involò per lo spazio carico di speranze per un nuovo ritorno all'esplorazione spaziale. In questa missione (la STS-114), per la prima volta veniva eseguita la R-bar pitch maneuver (RPM) altrimenti detta Rendezvous pitch maneuver. La manovra consisteva in una capriola che lo Shuttle effettuava ad una distanza adeguata dalla Stazione Spaziale Internazionale, al fine di mostrare tutto lo scudo termico agli occupanti della ISS. Per contro gli astronauti della Stazione dovevano effettuare foto ad alta risoluzione e filmati al fine di mandare più materiale possibile a terra per verificare e valutare la presenza di danni e la loro entità. In ausilio alle immagini catturate durante la RPM, si incominciò anche a usare una telecamera posta su un'estensione del braccio robotico degli Shuttle, l'Orbiter Boom Sensor System (più comodamente abbreviato in OBSS) che permetteva di valutare più da vicino il danno e la sua entità.
Gli astronauti vennero addestrati al ricambio delle piastrelle da effettuare in orbita nel caso di un danno rimediabile; se il danno fosse stato troppo grande, dalla STS-114 in poi, venne sempre tenuto pronto a terra un secondo shuttle con un secondo equipaggio (di 4 elementi), pronto a recuperare gli eventuali naufraghi spaziali (condizione definita in gergo LON - launch-on-need) che attendevano a bordo della ISS; lo Shuttle danneggiato veniva poi fatto rientrare in modo automatico grazie ad un sistema speciale da montare in cabina in caso di necessità che venne sviluppato dopo la STS-107. Una situazione del genere non si è mai presentata, questo ha portato a una naturale conclusione lo Space Shuttle Program con l'ultima missione STS-135 della navetta Atlantis il 21 luglio 2011.

I sette astronauti della STS-107 sono stati spesso commemorati attraverso l'attribuzione di nomi e dediche come nel caso della scoperta di sette asteroidi che portano ognuno il nome di uno degli astronauti del Columbia oppure la targa in memoria dell'equipaggio portata su Marte dal rover Spirit. Anche la fantascienza ha voluto rendere omaggio ai caduti di quel rientro: nella serie televisiva Star Trek: Enterprise, il nome Columbia è stato assegnato alla seconda astronave esplorativa della Flotta Stellare.
Per andare là, dove nessuno è mai giunto prima...

Quel giorno di dieci anni fa, nei cieli del Texas, andarono perdute 7 vite umane e la navetta ammiraglia della NASA, quella che effettuò il primo volo orbitale di uno shuttle il 12 aprile 1981. Ma come i loro compagni del Challenger e dell'Apollo 1 non sono morti invano: anche grazie al loro sacrificio gli astronauti di oggi viaggiano nello Spazio con maggiore sicurezza.

Godspeed Columbia!

(Articolo scritto in collaborazione con il blog "Notizie dal Cosmo" di Francesca Stucchi)

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