Pianka izolacyjna. Ani twarda, ani ciężka, ale zabiła siódemkę astronautów [TAKA CIEKAWOSTKA]

Fragmenty pianki izolacyjnej, podobnej do tej, jakiej używamy w naszych domach, oderwał się i uderzył we wrażliwą osłonę termiczną. Inżynierowie przewidywali, że skończy się katastrofą. Kierownicy postanowili nie robić nic. Bo i tak wyborem była długa agonia bez nadziei na ratunek, albo nagła śmierć w nieświadomości.

Debaty nad tym co zrobić trwały przez niemal cały czas, gdy prom Columbia był na orbicie. 1 lutego 2003 roku, po niemal 16 dniach w kosmosie, wahadłowiec zaczął powrót. Wpadł w górne warstwy atmosfery nad Pacyfikiem i przeciął wybrzeże Kalifornii na wysokości 70 kilometrów, pędząc 28 tysięcy km/h. Zmierzał na drugi koniec USA, na Florydę i długi betonowy pas na Przylądku Canaveral. Powinien się tam zjawić po około 26 minutach od wlecenia nad Kalifornię.

Ostatni start promu Columbia

Niestety ludzie obserwujący ognisty ślad zostawiany przez wahadłowiec nad zachodnim wybrzeżem USA zauważyli coś, czego nie powinno być. Raz po razie były widoczne drobne rozbłyski i od pojazdu odrywały się mniejsze ogniste obiekty. Centrum kontroli misji w Houston nie było tego świadome jeszcze przez wiele minut, ale siedmioosobowa załoga była zgubiona. 16 minut przed zaplanowanym lądowaniem, około 23 kilometrów nad Teksasem, pędzący z prędkością 23 tysięcy km/h pojazd został rozerwany na strzępy. Astronauci nie mieli szans przeżyć.

Deszcz miękkich, ale groźnych fragmentów

Jak wykazało później śledztwo, ich los był przesądzony już od niemal 16 dni. Dokładniej od 81,9 sekundy lotu. 0,2 sekundy wcześniej, od górnej części wielkiego pomarańczowego zbiornika na paliwo, do którego były przyczepiane wahadłowce na czas startu, oderwał się fragment wspomnianej pianki izolacyjnej.

Zbliżenie na fragment pianki, który się oderwał podczas feralnego startu. Chodzi o ten duży trójkątny blok Fot. NASA

Takiej zwykłej, lekkiej i porowatej, której zadaniem było ograniczać formowanie się lodu na zbiorniku przed startem. Paliwo w jego wnętrzu miało temperaturę rzędu -200 do -250 st. C. Oznaczało to, że metalowa powłoka zbiornika po jego napełnieniu też była mocno schłodzona. W zetknięciu z bardzo wilgotnym klimatem Florydy, gdzie intensywne burze i opady są czymś codziennym, oznaczało to potencjał do formowania się grubej warstwy lodu. Takiej, która odrywając się od zbiornika pod wpływem przeciążeń oraz wibracji, uderzałaby w sam wahadłowiec i go uszkadzała. Postanowiono więc oblepić cały zbiornik pianką izolacyjną, aby ograniczyć tworzenie się lodu.

Rozwiązując jeden problem, stworzono jednak kolejny. Szybko okazało się, że pianka też ma tendencję do odrywania się podczas startu. Nie do końca rozumiano dlaczego, ale po latach analiz i debat uznano, że to efekt rozszerzania uwięzionego w niej powietrza wraz ze wzrostem wysokości, oraz małych pęknięć powstałych podczas stania na wyrzutni w oczekiwaniu na dobre warunki do lotu. Okazało się, że przy niemal każdym starcie pianka sypie się niczym łupież. Co najgorsze, spadała między innymi w kierunku wrażliwego podbrzusza przyczepionego do zbiornika wahadłowca. Było ono obłożone bardzo delikatną osłoną termiczną, której zadaniem było pochłaniać i rozpraszać ogromne ilości ciepła wytwarzane podczas wchodzenia pojazdu w atmosferę. Jej kluczowe elementy nagrzewały się na wiele minut do temperatur rzędu 1,5 tysiąca st. C.

Działanie osłony było decydujące dla przetrwania wahadłowca i załogi. Z tego powodu odrywania się pianki początkowo nie bagatelizowano. Sprawie się przyglądano, zamontowano na wahadłowcach kamery filmujące zbiornik tuż po jego odłączeniu już w kosmosie, aby móc ocenić skalę zjawiska. Przeprowadzono pewne modyfikacje w procesie nakładania pianki, ale efekty były mizerne. Średnio po każdej misji znajdowano około setki różnego rodzaju wgnieceń w osłonie termicznej. Żadne nie były jednak na tyle duże, aby stanowić zagrożenie. Wobec tego z każdym udanym startem i powrotem na Ziemię obawy stawały się coraz mniejsze. Odpadanie pianki uznano za coś nieuniknionego, ale niegroźnego dla misji. Ryzyko spowszedniało i zaczęło być bagatelizowane.

Co tak naprawdę się stało

Tak samo stało się w przypadku Columbii 19 lat temu. Tylko wówczas szczęście odwróciło się od NASA i splot pechowych zdarzeń oraz ludzkich błędów doprowadził do katastrofy. Wspomniany oderwany fragment pianki był akurat dość duży, mniej więcej 60 na 40 centymetrów. Po 0,2 sekundy uderzył w krawędź natarcia lewego skrzydła z prędkością szacowaną na 600-900 km/h. Choć był lekki, to i tak energia uderzenia była na tyle duża, że wybiła dziurę w osłonie termicznej oszacowaną później za sprawą eksperymentów na około 40 na 40 centymetrów. Tyle wystarczyło, aby podczas wejścia w atmosferę plazma o temperaturze 1,5 tysiąca st. C niczym palnik przepaliła wszystkie wewnętrzne osłony, a następnie stopiła wewnętrzną strukturę skrzydła. W końcu uszkodzenia były tak duże, że poddała się cała konstrukcja, a wytrącony z optymalnej konfiguracji wahadłowiec został rozerwany przez powietrze.

Symulacja dostawania się gorącego powietrza do wnętrza skrzydła promu Columbia Fot. NASA

Załoga nie miała najmniejszego pojęcia o nadchodzącej katastrofie. Podczas startu nikt nie poczuł uderzenia. W trakcie misji nikt nie oglądał z zewnątrz osłony termicznej, bo wszyscy byli zajęci eksperymentami naukowymi. Co prawda z Ziemi przyszedł mejl z informacją o uderzeniu dużego fragmentu pianki, ale był uspokajający w treści i stwierdzał, że to drobnostka do naprawienia na Ziemi. Taki pogląd prezentowali kierownicy, jednak było duże grono inżynierów, którzy byli całą sytuacją bardzo zaniepokojeni. Podobnie jak w przypadku wcześniejszej katastrofy wahadłowca Challenger, próbowali bezskutecznie i wielokrotnie przekonać szefostwo, aby zrobiło cokolwiek. Nie ma jednak szczegółowych relacji o tym jak przebiegały te rozmowy, a na dodatek część starań jest objęta klauzulą tajne, ponieważ rozważano wykorzystanie możliwości wojska.

Fakt uderzenia pianki w skrzydło ustalono dopiero po kilkunastu godzinach od startu, kiedy dokładnie przejrzano nagrania z najlepszej kamery. Skala rozprysku i jego umiejscowienie wywołały poważne zaniepokojenie w zespole, którego zadaniem było analizowanie zdjęć oraz nagrań startu. Jakość obrazów nie pozwalała jednak dokładnie ustalić skali powstałych uszkodzeń. Jak później stwierdzono, ze względu na oszczędności na przestrzeni lat dopuszczono do znacznego pogorszenia się jakości systemu kamer śledzących startujące wahadłowce. Z dwóch kluczowych w tym wypadku, jedna straciła z pola widzenia Columbię, druga dawała nieostry obraz z powodu dopuszczenia do zabrudzenia soczewek. Analitycy obrazu wysłali więc formalny wniosek do kierownictwa programu wahadłowców, aby poprosili wojsko o pomoc. Szczegóły pozostają tajne, jednak chodziło o możliwość użycia jednego z satelitów szpiegowskich, lub jakiegoś teleskopu naziemnego, do sfotografowania spodu pojazdu. Kierownictwo po zapoznaniu się z materiałami odmówiło jednak prośbie. Uznano ryzyko za małe.

I tak nie było ratunku

Menadżerowie kierowali się dotychczasowym doświadczeniem. Lata uderzeń pianek o wahadłowce kończyły się niemal zawsze drobnymi wgnieceniami. W tym wypadku założono, że efekt jest podobny i nie ma co się śpieszyć. Dokładniejszą analizę zlecono koncernowi Boeing, odpowiadającemu za wahadłowce jako producent. Choć pozwolono inżynierom zająć się sprawą po weekendzie, to ci i tak usiedli do pracy przez całą dobę. W ciągu dwóch dni ustalili, z jak się potem okazało bardzo dużą precyzją, prawdopodobny rozmiar fragmentu pianki, prędkość i kąt uderzenia. Wprowadzili dane do systemu oceny skutków uderzeń w osłonę termiczną (CRATER) i ku swojemu przerażeniu stwierdzili, że otrzymali wynik oznaczający przebicie osłony. Oznaczało to niechybną katastrofę.

Informacja została jednak po raz kolejny zbagatelizowana przez menadżerów programu wahadłowców. Uznali, że inżynierowie Boeinga posługiwali się złymi danymi, ponieważ panel osłony, w który miała uderzyć pianka, tak naprawdę jest grubszy i twardszy. Do tego generalnie system CRATER miał w przeszłości regularnie dawać przesadzone wyniki. Lata bezproblemowych lotów pomimo odpadającej pianki zaowocowały tym, że wszyscy starzy i doświadczeni menadżerowie ten przypadek też bagatelizowali. Łącznie trzy razy pojawiała się propozycja poproszenia wojska o pomoc. Raz Pentagon nawet zaczął sprawdzać, co może zrobić. Ostatecznie za każdym razem z prośby o pomoc zrezygnowano. Do tego zaprzepaszczono łącznie sześć innych okazji, kiedy przy pomocy załogi można było uzyskać jakieś informacje na temat skali uszkodzeń. Tak sytuację opisano później w raporcie:

Wobec niskiego poziomu zaniepokojenia wśród kierowników i chęci skupienia się na misji inżynierowie znaleźli się w niecodziennej sytuacji, kiedy to oni musieli udowadniać, że sytuacja jest niebezpieczna. Czyli odwrotnie niż zazwyczaj, kiedy musieli udowadniać, że jest bezpieczna.

W trakcie śledztwa stało się jasne, że kierownictwo programu wahadłowców było przekonane, że nawet jeśli potwierdziłby się najczarniejszy scenariusz, to i tak nie byłoby ratunku. Załoga nie miała środków do przeprowadzenia napraw na orbicie. Nie miała możliwości ewakuacji i innego powrotu na Ziemię. Nie mogła zrobić nic, co by w istotny sposób zmniejszyło ryzyko. Wśród menadżerów panował pogląd, że drążenie sprawy jest bezsensowne, co w ten sposób dekadę później opisywał jeden z nich, Wayne Hale:

Nie mieliśmy możliwości naprawy osłony termicznej. Jeśli była uszkodzona, to lepiej było o tym nie wiedzieć. Myślę, że załoga też wolałaby nie wiedzieć. Czyż nie było dla nich lepiej odbyć udaną misję i zginąć niespodziewanie podczas powrotu, a nie pozostać na orbicie w poczuciu bezsilności, aż skończyłoby się powietrze?