A CAIB-jelentés

MISSING DST IMAGE!!!!A szárnyak belépőélét borító paneleket az űrrepülőgépekével azonos felépítésű vázszerkezetre erősítették fel. A vázszerkezet egyúttal lehetővé tette körülbelül 200 érzékelő, nagy sebességű (másodpercenként 2000-7000 képet rögzítő) kamerák, és nagy teljesítményű lámpák felszerelését. A habdarabokat egy kifejezetten erre a célra módosított nitrogénágyúval lőtték ki a teszt-alkatrészekre.
A vizsgált panelek először az Enterprise kísérleti űrrepülőgép 5-10. számú üvegszálerősítésű panelei voltak. Ezekkel a borítólemezekkel tesztelték és kalibrálták a berendezést. Már ezek a kísérleti lövések is meglepő eredményt hoztak: az egyik panel ugyanis 14 cm hosszan megrepedt, egy másik pedig elmozdult a helyéről, emiatt rés keletkezett közte és a szomszédos T-tömítés között.
Ezután a teszteket elvégezték RCC-paneleken is. Igyekeztek olyan alkatrészeket kiválasztani, amelyek körülbelül ugyanannyit repültek, mint a Columbia belépőélének 8. számú burkolólapja. Először a Discovery 6., majd az Atlantis 8. paneljét lőtték meg a habbal. Utóbbi esetében a hab sebességét 800 km/h-ra állították, 25,1 fokos becsapódási szög mellett. A számítógépes elemzések szerint ez felel meg leginkább a Columbia indításakor látott ütközésnek. Az eredmény megdöbbentő volt. A panelen egy körülbelül 40 x 43 cm-es lyuk keletkezett. A borítólemezen emellett 30 cm-es hosszúságot elérő repedések is kialakultak. A 8. és 9. panel közti T-tömítés szintén megsérült.
A becsapódás nyomán keletkezett három nagyobb darab beesett a belépőélbe. Bár nem garantálható, hogy a Columbia szárnya is pontoson ilyen módon károsodott, de ekkora darabok a Columbia szárnyában is maradhattak, és elképzelhető, hogy csak valamilyen manőverezés hatására sodródtak ki onnan.
A jelentés leszögezi, hogy fizikai és szervezeti okok azonos mértékben járultak hozzá a baleset bekövetkezéséhez, azaz a NASA szervezeti (inkább szervezetlenségi?) kultúrája ugyanúgy okozója volt a tragédiának, mint a bal szárnyat eltaláló szigetelődarab. A bizottság külön kihangsúlyozta, hogy az amerikai nemzetnek most az az érdeke, hogy a kiöregedőben lévő űrrepülőgép-rendszert mielőbb felváltsa egy új, korszerű szállító űrjármű.
A majdnem 60 ezer oldalas jelentés (amely pdf formátumban letölthető a http://www.caib.us/news/report/default.html oldalról) a bizottság 13 tagjának, a 120 fős kutató-vizsgáló személyzetnek, 400 NASA- és szerződéses alkalmazottnak, valamint 25 ezer egyéb kutató munkájának az eredménye.

Start, emelkedés, problémák
A Columbia január 16-ai indítása előtti visszaszámlálás során gyakorlatilag említésre méltó esemény nem történt, a legöregebb űrrepülőgép 28. alkalommal közép-európai idő szerint 16.39-kor indult útnak. Felszállás közben a rendszer igen erős keresztszélbe került. Az orbiter szárnyának terhelése elérte a tervezéskor specifikált csúcsérték 70 %-át. A vezérlő rendszerek korrigálták a szél hatásait, és a baleset után megtalált adatrögzítőn lévő jelek tanúsága szerint a vezérlő rendszer aktívabb volt, mint a megelőző repülések bármelyikén.
57 másodperccel start után a keresztszél és az annak hatásait korrigálni igyekvő rendszer működése miatt a rendszer alacsony frekvenciájú rezgésbe (lengésbe) kezdett. A rezgést a folyékony oxigén lötyögése okozta. Ez normális jelenség, azonban ennél a repülésnél a rezgés amplitúdója nagyobb volt, és tovább tartott, mint az eddigi repülések alapján normálisnak tartott érték. 95-105 másodperccel a felszállás után a keresztszél erőssége kisebb volt, és ez is hozzájárult a rezgés fennmaradásához. A rezgés a szilárd hajtóanyagú rakéták leválásakor, 127 másodperccel az indítás után szűnt meg. A külső hajtóanyagtartályt az űrrepülőgéphez rögzítő V alakú tartórúd-kettős terhelése jóval a tervezési maximum alatt volt. A repülési rendszer pedig végig biztosította a rendszer stabilitását.
A felbocsátás felvételeinek utólagos elemzése során kiderült, hogy az indítás után 81,7 másodperccel az orbitert a külső tartályhoz rögzítő bal oldali rúd környékéről egy nagyobb, és legalább két kisebb szigetelőhab-darab vált le. További analízisek során feltárták, hogy a nagyobb darab 0,2 másodperccel később a Columbia bal szárnyának alsó feléhez, a belépőéli RCC-paneleknek csapódott. A nagyobb habdarab a felvételek szerint 50-70 cm hosszú és 30-45 cm széles volt, és másodpercenként legalább 18 fordulattal bukdácsolva mozgott. A becsapódáskor a hab és az űrrepülőgép közti relatív sebesség 660-920 km/óra közöttire volt becsülhető.
A start másnapján, anélkül, hogy a Columbia legénysége, a földi irányítás, vagy bárki más tudta volna, az űrrepülőgéptől elsodródott egy ismeretlen tárgy. Az orbiterhez viszonyítva a tárgy sebessége 1-5 km/óra volt, és leválása után két napig maradt még Föld körüli pályán, majd a Föld légkörébe visszatérve elégett. Az objektumot a baleset után, a követési adatok utólagos elemzése alapján vették csak észre, és a további elemzések alapján a szakemberek azt valószínűsítették, hogy a start során történt becsapódás következménye lehet a levált objektum.
A repülés második napján, a start nagy felbontású felvételeinek elemzésekor derült ki, hogy leváló habdarab csapódott a gép bal szárnyának. A felvételeket alaposan átnézték, majd a vizsgáló csoport arra a megállapításra jutott, hogy a felvételek felbontása nem megfelelő ahhoz, hogy meg tudják becsülni a Columbia szárnyán keletkezett sérülés mértékét. Így hát azzal a javaslattal álltak elő, hogy a NASA kérje fel a Védelmi Minisztériumot, hogy készítsenek nagy felbontású képeket a pályán lévő űrrepülőgépről. Ez a kérés azonban elakadt a bürokrácia szövevényében.
A becsapódás vizsgálatára külön csoport alakult a NASA-n belül, akik hasonló elhatározásra jutottak. Mivel a nagyfelbontású képek azonban nem készültek el, a csapat csak matematikai modellekkel tudott dolgozni, ami azonban nem lehetett alkalmas ilyen jellegű becsapódás hatásainak elemzésére, felmérésére. Hatnapi vizsgálódás után végül arra az álláspontra jutottak, hogy valószínűleg helyi felmelegedéseket fognak észlelni visszatéréskor, de nem állították egyértelműen, hogy az űrrepülőgép szerkezete is károsodhat. Így a küldetést vezető csapat (Mission Management Team) egyszerűen úgy vélte, hogy a szokásos, repülések közti földi javítással, karbantartással megoldható a probléma, további lépésekre nincs szükség.
A NASA mérnökei azonban figyelmeztető e-mail-eket írtak, azonban ezek a figyelmeztetések nem jutottak el a megfelelő szintre.

Leszállás, tragédia
Február 1-jén aztán elérkezett a leszállás ideje. A parancsnok és a pilóta közép-európai idő szerint 14:15-kor végrehajtotta a fékezőmanővert, majd a belépéshez szükséges állásszögbe manőverezte a Columbiát. A légköri fékeződés szakasza 14:44:09-kor kezdődött meg a Csendes-óceán fölött. Hat perc alatt a szárnyak belépőélei és az orr több száz Celsius-fokra melegedett fel.
Mindössze 3 és fél perccel a légkörbe lépés után, – a baleset után megtalált adatrögzítő adatai szerint – a bal szárnyban a megszokottnál nagyobb mértékű volt a felmelegedés. Egy perccel később a Columbia a terveknek megfelelően jobb fordulóba kezdett, hogy ezzel is csökkentse süllyedésének mértékét, ezáltal tehát kevésbé melegedjen fel.
14:50:51-kor a Columbia elérte a maximális felmelegedés pontját, majd 14:53:26-kor elhaladt az Egyesült Államok nyugati partja fölött, Sacramento térségében.
14:53:46-kor az orbitert körülvevő forró levegő színe hirtelen fehérre változott. Ez volt az első látható jele, hogy darabok hullanak le a Columbiáról. Négy hasonló esetről számoltak be a szemtanúk a következő 23 másodpercben, majd egy hirtelen, erős felvillanást láttak, amikor a Columbia átrepült Kalifornia és Nevada állam határa fölött. Ekkor az űrrepülőgép a hangsebesség 22,5-szeresével repült, 68 km-es magasságban.
14:54:24-ig a leszállás teljesen normálisnak látszott az irányítóközpontban. Ekkor az egyik repülésirányító észrevette, hogy a bal szárnyban négy hidraulikus érzékelő meghibásodott.
14:56:30-kor a Columbia Arizona fölött váltott át bal fordulóba, és 14:58:00-kor már az Új-Mexikó és Texas határa fölött repült, Mach 19.5-tel, 63 km-es magasságban. Körülbelül ebben az időben veszíthette el azt a hővédő csempét, amelyet később a baleset helyszínétől nyugatra legtávolabb találtak meg.
14:59:15-kor a földi irányítás tájékoztatta a Columbiát, hogy észlelik a bal oldali futómű guminyomásának elvesztését. Erre már egy félbeszakadt válasz érkezett a Columbia parancsnokától, Rick Husband-től: “Vettem……..”. Ez volt a Columbia legényégének utolsó adása.
15:00:18-kor a Columbia az amatőr felvételek tanúsága szerint szétesett.

A CAIB-jelentés megállapításaiból
A Columbia és legénysége elvésztésének fizikai oka a bal szárny belépőélének hővédő rendszerén lévő rés volt. A rést az a szigetelőhab-darab okozta, amely a külső hajtóanyagtartályt az űrrepülőgéppel összekötő bal oldali rúd mellől szakadt le, és a szárnyat a 8. számú RCC-panel alsó felénél találta el, 81,9 másodperccel a start után. Visszatérés közben ezen a hővédő rendszeren lévő résen keresztül forró levegő hatolt a szárny belsejébe és megolvasztotta a szárny alumínium szerkezetét. Ez a szárny elgyengülését okozta, majd a növekvő aerodinamikai terhelések miatt a jármű irányíthatatlanná vált, a szárny rendszerei meghibásodtak, az űrrepülőgép pedig darabokra szakadt.

{mosimage}

A nagy hajtóanyagtartály az űrrepülőgép egyetlen olyan eleme, amelyik nem újrahasznosítható. Anyaga nagyrészt alumínium-ötvözet, acélból és titánból készült kötési pontokkal. A tartályra hőszigetelés gyanánt műanyag habot visznek fel, gépi és kézi szórással. A szigetelés célja kettős: egyrészt biztosítja a tartály belsejében azt a hőmérsékletet, amelyen mind a benne tárolt oxigén, mind pedig a hidrogén megőrzi folyékony halmazállapotát, másrészt biztosítja, hogy a tartály külső felszínén a hőmérséklet ne legyen túl alacsony. Ez azért fontos, hogy ne képződjön a külső felületen jég vagy zúzmara, ami a start idején fellépő vibráció miatt leválhat a tartályról, és megsértheti az űrrepülőgép hővédő rendszerét.
Nyilvánvaló, hogy a töltéskor a tartályon bekövetkező nyomás- és hőmérsékleti terhelés miatt, a rezgések miatt, és amiatt, hogy indítás előtt az űrrepülőgép súlya a tartályon keresztül tevődik át a szilárd hajtóanyagú rakéta-párosra (illetve azokon keresztül az indítóasztalra), a tartályban rugalmas alakváltozás keletkezik. Emiatt a tartály alumínium szerkezete és a hab között feszültség ébred. Ez azonban úgy tűnik, nem jelent kockázatot, mivel az igen gyakran tapasztalt hableválások között egészen kevés olyan eset volt, amikor közvetlenül az alumíniumról vált le a szigetelőhab.
A habot azonban egyes helyeken kézzel viszik fel a tartályra. Ilyen hely az űrrepülőgép orrát a tartályhoz rögzítő tartórúd-kettős tövénél kialakított két rámpa is, ahonnan a hab elszabadult az STS-107 indításakor. A kézi művelet miatt nagy a bizonytalanság, soha nem ugyanolyan a felvitt hab minősége. A hab belsejében zárványok, szennyeződések, levegő-vezetékek lehetnek. A bizottság metszeteket készíttetett kézzel felvitt habmintákból, és a mintákon meg is találhatók ezek az anyaghibák.
A bizottság szerint az anyaghibákon kívül aerodinamikai terhelések, hőmérségleti-, illetve nyomásbeli hatások, rezgések, a tartály alakváltozása és rengeteg egyéb körülmény járulhatott hozzá ahhoz, hogy a hab végül nem tudott ellenállni a terhelésnek, és leszakadt.
Nem véletlen tehát, hogy a bizottság egyik legfontosabb ajánlása, hogy minél előbb ki kell dolgozni egy olyan eljárást, amellyel megakadályozható a szigetelőhab leválása a tartályról.
A szárnyak belépőéle a mára már sokak által ismert RCC, vagyis megerősített szén-szén kompozit anyagból készül. Mindkét szárnyon 22 ilyen RCC-panel található. Feladatuk, hogy a belépőél külső oldalán található több száz, nem ritkán 1000-1500 Celsius-fokos hőmérsékletű forró levegőtől megvédjék a szárny alumínium szerkezetét. Mivel a szárny belépőélének profilja a szárny teljes szélességében változik, mindegyik RCC-panel egyedinek tekinthető.
Az idő múlásával az RCC-paneleket két fő hatás éri. Az egyik az oxidáció, ami közvetlenül a használat eredménye. Ennek hatásait különféle modellezésekkel lehet szimulálni, és ez alapján előre megbecsülni a panel élettartamát. Egy idő után észrevették, hogy apró lyukak jelentek meg az RCC-paneleken. A lyukak száma csak nőtt a repülések számával. Kiderült, hogy ezeket az apró lyukakat cink-oxid okozza, amely az indítóállás festéséből származik. A cinkprimert eredendően még egy fedőréteg is borítja, azonban ez a fedőréteg az indítások alkalmával károsodik, és az indítóállást nem festik újra minden start után. Így tehát a cink alapozó a felszínre kerül. Ha egy űrrepülőgép éppen a startálláson van, és esik az eső (amire számos példa volt már), a cink alapozót az eső az RCC-panelekre moshatja. Ezzel pedig szaporodik a sérülések száma, vagyis gyengül az RCC-panel. Ráadásul a különféle mechanikai behatások miatt a panelek szilikon-karbid fedő-, és védőrétege megsérülhet, ami azt jelenti, hogy közvetlenül a vázat érheti a visszatéréskor fellépő hőterhelés.
Számítógépes modellezéssel állapították meg hogy a hab közvetlenül leválása előtt – az űrrepülőgéppel azonos sebességgel, – vagyis körülbelül 2510 km/ó-val haladt. Leválása után, az igen kicsi ballisztikus együtthatója (vagyis tömeg/felület hányadosa) miatt 1640 km/ó értékre lassult mindössze 0,2 másodperc alatt. A Columbia tehát kb. 870 km/ó sebességgel tulajdonképpen nekirepült a habdarabnak.
A becsapódás szögét 10 és 20 fok közöttinek állapították meg. Az RCC-panelek görbülete és a hab pályájának bizonytalansága miatt azonban ezt nem lehetett pontosabban megadni.
A baleset után átvizsgálva a radarral végzett követések adatait, a repülés második napján levált tárgyról utólag derült ki, hogy elszabadulása az űrrepülőgéptől a korábban végrehajtott, két helyzetszabályzó manőver következményeképpen történt meg.
A tárgy pályájának, vagyis ballisztikus jellemzőinek, valamint radarképének elemzése alapján a szakemberek arra a megállapításra jutottak, hogy csak egy RCC-paneldarab rendelkezhet hasonló tulajdonságokkal.
Mind a baleset után megtalált adatrögzítő, mind az űrrepülőgép begyűjtött darabjainak vizsgálata alátámasztotta azt a feltételezést, hogy a Columbia a szárnyának belépőélét borító RCC-paneleken lévő réssel kezdte meg a visszatérést. Erre utalnak az adatrögzítőhöz kapcsolt szenzorok eredményei, amelyek a bal szárny belsejében, a belépőél környékén uralkodó hőmérsékleti-, és nyomásviszonyokat érzékelték. A bal szárny aerodinamikai jellemzőinek eltérése a Columbia korábbi repülésein tapasztaltaktól, szintén ezt a verziót támasztja alá.
Az űrrepülőgép további darabjainak vizsgálata is megerősíti ezt a feltételezést. A bal oldali manőverhajtómű-gondola (OMS pod) repülés irányába néző részének megtalált darabjain ugyanis inconel (speciális fémötvözet) lerakódások láthatók. Ezt az anyagot pedig csak az űrrepülőgépek belépőéle mögött használják. Ez pedig a szárny súlyos károsodására utal. A megolvadt fém a légáramlattal kerülhetett a hajtóműgondolára. A darabok és az adatrögzítő felvételének részletes elemzése alapján szűkítették a vizsgálók a szárny sérülésének helyét a 8. RCC-panelre, és annak közvetlen környezetére.
A CAIB-jelentés még számos egyéb tényezőt is említ, melyek közül egyet emelek ki, amely a tragédia első óráiban talán a legtöbb találgatást váltotta ki. Szándékos sérülésnek, szabotázsnak a médiumokban megjelent célozgatások ellenére sem bukkantak nyomára. Van azonban egy munkafolyamat a külső tartály szigetelésének felvitelekor, amikor megnő a szabotázs lehetősége, mert csak egy ember van jelen a munkánál. A bizottság ajánlása szerint ezt a munkát a jövőben két embernek kell végeznie, ezzel is csökkentve az esetleges szándékos károkozás lehetőségét.

A www.urvilag.hu anyagainak felhasználásával írta és összeállította:
Schuminszky Nándor