39. rocznica katastrofy promu kosmicznego Challenger | część 1

Trwają doroczne Dni Pamięci na Polskim AstroBlogerze przypominające, że badania przestrzeni kosmicznej to nie tylko radość i piękne chwile, ale też smutek i łzy po śmiertelnym żniwie, które Kosmos zbiera przy pierwszej okazji, gdy tylko człowiek mu na to pozwoli. Katastrofa Challengera sprzed 39 lat stała się największym nieszczęściem w całej dotychczasowej historii NASA - zginęli bowiem nie tylko astronauci (i to w największej dotąd liczbie), ale i zwykły człowiek.

Credit: National Geographic

28 stycznia 1986 roku z Centrum Kosmicznego Kennedy'ego na Przylądku Canaveral na Florydzie wystartował do misji STS-51L prom kosmiczny Challenger. Na pokładzie siedmioosobowa załoga: sześciu astronautów oraz pierwszy cywil w kosmosie - nauczycielka matematyki Christa McAuliffe. Z uwagi na warunki pogodowe start zostaje przełożony o dwie godziny, jednak procedura końcowego odliczania przebiega sprawnie. O 11:38 czasu lokalnego rozpoczyna się jubileuszowy, 25. lot programu wahadłowców, a 10. dla Challengera.

Start misji STS-51L - rozpoczyna się 10. lot promu kosmicznego Challenger.
(Credit: NASA)

Po minucie lotu dowódca promu Francis Scobee otrzymuje rozkaz zwiększenia ciągu. W czasie T+ 1 minuta 13 sekund następuje potężna eksplozja. W mgnieniu oka prom zamienia się w olbrzymią kulę ognia. Łączność radiowa z załogą zostaje zerwana.

Tuż po eksplozji Challengera.
(Credit: NASA)

W tym momencie każdy już wiedział do czego doszło, podobnych widoków podczas startów wahadłowców nikt nigdy nie uświadczył. Na oczach milionów widzów nie tylko na Florydzie, ale i na całym świecie doszło do eksplozji promu kosmicznego. NASA nigdy nie straciła załogi przy starcie tej maszyny. 10 lot Challengera okazał się jego ostatnim.

Tamtego pamiętnego dnia w Centrum Kosmicznym Kennedy'ego panowały rzadko spotykane jak na ten rejon warunki atmosferyczne. Siła wiatru momentami przekraczała dozwolone granice zarówno w warstwie przyziemnej jak i do wysokości kilkunastu kilometrów. Silny mróz także nie był sprzymierzeńcem. Promy kosmiczne nigdy dotąd nie startowały w takich warunkach. W jakim stanie znajdywała się platforma startowa, z której Challenger po raz ostatni wzbił się w niebo? Sople lodu osiągały po kilkadziesiąt centymetrów.

Skuta lodem platforma startowa, stan kilka godzin przed startem Challengera.
(Credit: NASA)

Wszystkie elementy platformy startowej oblodzone, setki dużych sopli... Niektórzy obawiali się, że do eksplozji może dojść zaraz po odpaleniu silników wahadłowca, jeszcze na platformie startowej. Sam wypadek przewidział m.in. Roger Boisjoly, jeden z inżynierów z Morton Thiokol, producenta rakiet pomocniczych SRB na paliwo stale. Już na kilkanaście miesięcy przed tą feralną misją odkrył on, że gumowe pierścienie uszczelniające (O-ring) w dolnych częściach rakiet SRB przy zbyt niskich temperaturach stają się zbyt kruche, podatne na uszkodzenia i w efekcie przestające spełniać swoje zadanie. Ewentualne przepalenie takiej uszczelki mogłoby skutkować najczarniejszym z możliwych scenariuszem podczas pierwszej fazy startu. Tyle wiedziano na grubo przed katastrofą.

Przekonany o słuszności swoich racji Boisjoly do samego końca starał się wywrzeć na agencji NASA decyzję o niedopuszczeniu do startu Challengera w takiej sytuacji pogodowej. NASA ostatecznie odmawia decydując się na kontynuowanie odliczania, odmawia też Boisjoly na propozycję śledzenia startu z uwagi na całkowitą pewność o nadchodzącej nieuniknionej tragedii. Lot STS-51L ma się odbyć zgodnie z planem. Co wydarzyło się dalej wiemy wszyscy.

Już w czasie odpalenia rakiet pomocniczych SRB dochodzenie ujawniło niepokojącą anomalię:

Ciemny dym w pobliżu jednej z gumowych uszczelek - jak ustalono, był on efektem nadpalania uszczelki, która w wyniku niskich temperatur utraciła swoje właściwości.
(Credit: NASA)

To samo ujęcie w większym powiększeniu. Podobne sytuacje nie miały miejsca podczas żadnego z wcześniejszych startów wahadłowców. (Credit: NASA)

W 4 sekundzie lotu tajemniczy dym zniknął na skutek odłożenia się w szczelinie uszkodzonego pierścienia osadu - czegoś w rodzaju żużlu, co tymczasowo zapobiegło tragedii. Prom opuścił wieżę startową. Wnikliwe śledztwo po katastrofie Challengera wykazało, że w czasie wznoszenia na orbitę w momencie, gdy na wahadłowiec działają największe opory aerodynamiczne powietrza (faza "max q") prom zetknął się z niespotykanie silnym prądem strumieniowym. W połączeniu z rosnącym ciśnieniem dynamicznym i oporami działającymi na orbiter, pozwoliło to na "przedmuchanie" chwilowego uszczelnienia w miejscu wadliwego O-ringa i dokończenie jego przepalania. Skutkiem tego powstały w efekcie spalania paliwa osad został wybity z pierwotnego miejsca w pobliżu pierścienia uszczelniającego, co z kolei doprowadziło do wydostawania się płomienia w miejscu uszkodzonej uszczelki w rakiecie SRB po bocznej stronie, doprowadzając do niszczenia elementów łączących ją z zewnętrznym zbiornikiem paliwa, jego poszycia, a następnie podpalenia niemal 2 milionów litrów ciekłego wodoru i tlenu wciąż w nim się znajdujących.

Za sprawą przepalonej uszczelki w rakiecie SRB, płomień zaczyna się wydobywać wprost ku zewnętrznemu zbiornikowi paliwa i działać na jego poszycie niczym palnik. (Credit: NASA)

Chwilę później mocowanie  rakiety SRB do zbiornika i osłona zbiornika ET nie wytrzymały kilkunastosekundowego działania pracującego niczym palnik uszkodzenia segmentu SRB i w mgnieniu oka blisko 2 miliony litrów ciekłego wodoru i tlenu zamieniły się w wielką kulę ognia. Dosłownie ułamek sekundy później wybuch rozerwał wahadłowiec na tysiące kawałków, uszkodzona rakieta pomocnicza wbiła się w górną sekcję potężnego zbiornika zewnętrznego z ciekłym tlenem, a ten uległ eksplozji. Cały zestaw startowy ulega destrukcji.

(Credit: NASA)

(Credit: NASA)

Na kolejnej fotografii widać, że rakiety SRB po eksplozji nadal się wznoszą. To wskutek rodzaju paliwa jakimi są zatankowane - paliwo stałe raz poddane zapłonowi musi wypalić się już do końca. Aby nie ryzykować niekontrolowanego upadku nie wiedząc gdzie i kiedy rakiety upadną, kilkadziesiąt sekund po zdarzeniu NASA manualnie dokonała zdetonowania silników SRB.

Wznoszenie rakiet SRB po katastrofie wahadłowca.
(Credit: NASA)

Po szczegółowym śledztwie w sprawie katastrofy Challnegera u prowadzonym przez prezydencką Komisję Rogersa ustalono kwestie jasne dla Boisjoly'a na długo przed wypadkiem. Wahadłowiec nie powinien startować w takich warunkach. Pośpiech i kompletny brak zrozumienia przez NASA problemu pierścieni uszczelniających w rakietach wspomagających były jedną z przyczyn jednej z najsłynniejszych katastrof XX wieku.

Po 24 misjach promów kosmicznych spowszedniałe loty załogowe przestały wzbudzać zainteresowanie. Promy latały często, odbywając rutynowe i bezawaryjne misje. Aby wzbudzić zainteresowanie mediów NASA stworzyła program "Nauczyciel w kosmosie". Na pokład promu jako pierwszy cywil weszła nauczycielka matematyki Christa McAuliffe. Wszyscy wyczekiwali startu wahadłowca z pierwszym zwykłym człowiekiem spoza korpusu zawodowych astronautów. NASA nie przerwała procedury odliczania, pomimo sprzeciwu od Rogera Boisjoly mówiącego kontrolerom misji bez ogródek, że dojdzie do katastrofy, jeśli wydadzą zgodę na start.

Na odtajnionych nagraniach po eksplozji widoczna jest kabina załogi. Uderzyła ona 3 minuty później o powierzchnię oceanu Atlantyckiego z ogromną siłą i prędkością ponad 300 km/godz. Śledztwo wykazało, że czwórka astronautów miała świadomość po wybuchu i założyła odpowiednie hełmy doprowadzające tlen, założone w sytuacji awaryjnej. Oznacza to, że eksplozja nie zabiła wszystkich członków załogi od razu. Nikt jednak nie miał szans wytrzymać potężnego uderzenia kokpitu o Atlantyk z ponad 14 km wysokości - przeciążenia działające podczas twardego wodowania sprawiły, że kabina z załogą została dosłownie zmiażdżona. NASA pierwszy raz straciła ludzi w promie kosmicznym, maszynie, która wydawała się dotąd bezpieczna i niezastąpiona.

Komisja powołana przez prezydenta Ronalda Reagana w 1986 roku po katastrofie Challengera, pod przewodnictwem wiceadmirała Williama Rogersa, przeanalizowała zarówno aspekty techniczne, jak i organizacyjne, które mogły przyczynić się do wypadku. Główne ustalenia wskazały, że bezpośrednią przyczyną utraty promu i załogi było uszkodzenie uszczelniającego pierścienia (O-ring) z gumy Viton w jednej z rakiet pomocniczych na paliwo, która nie wytrzymała ekstremalnych warunków podczas startu.

Działanie bardzo niskich temperatur powietrza, najniższych na Florydzie spośród wszystkich dotychczasowych startów wahadłowców, doprowadziło do utraty właściwości gumy O-ringa, który stracił elastyczność i po zapłonie rakiet SRB nie zdążył na czas dokonać prawidłowego uszczelnienia w jednym z segmentów rakiety kilka metrów nad dyszą. W wyniku tego doszło do nadpalenia uszczelki tuż po zapłonie, jednak żużel ze spalonej gumy O-ringa tymczasowo uszczelnił newralgiczne miejsce zapobiegając katastrofie już na wyrzutni. Niestety, w trakcie fazy MaxQ, gdy na prom działały największe siły aerodynamiczne, silny boczny prąd strumieniowy, a jednocześnie ciąg zaczął być planowo zwiększany, uszczelka nie wytrzymała i została spalona do końca, co natychmiastowo spowodowało uwolnienie gazów ze spalającego się paliwa rakiety w miejscu jej uszkodzenia, które skierowane wprost ku zbiornikowi zewnętrznemu zaczęły na niego działać niczym potworny palnik.

Po kilkunastu sekundach działania płomienia z boku rakiety SRB na zbiornik zewnętrzny, sprawna - lewa rakieta próbowała kompensować malejący ciąg i ciśnienie wadliwej rakiety, wprowadzając niezamierzone drgania całego zestawu. To, w połączeniu z rosnącą prędkością i wysokością doprowadziło do chybotania uszkodzonej SRB i trzech ostatecznych wydarzeń następujących dynamicznie po sobie w ciągu sekundy: rozerwania mocowania łączącego wadliwą rakietę pomocniczą ze zbiornikiem zewnętrznym, wypalenia z boku dziury w dolnej sekcji zbiornika zewnętrznego z ciekłym wodorem i odpadnięcia jego dna, a następnie wbicia się uszkodzonej prawej rakiety pomocniczej w górną sekcję zbiornika zewnętrznego z ciekłym tlenem, skutkującym natychmiastowym zapłonem całego pozostałego na resztę startu paliwa w zbiorniku i rozerwaniem zbiornika z wahadłowcem.

Komisja zwróciła szczególną uwagę na problemy komunikacyjne i organizacyjne w NASA, które wpłynęły na brak szybkiej reakcji na ostrzeżenia przed ryzykiem awarii. Inżynierowie z firmy Morton Thiokol odpowiedzialnej za produkcję silników rakietowych, zgłaszali obawy dotyczące materiałów użytych do produkcji uszczelek, szczególnie w zimowych warunkach startu. Mimo to, ich ostrzeżenia zostały zignorowane przez przedstawicieli Thiokola i NASA, którzy podjęli decyzję o kontynuowaniu odliczania do startu.

Raport Komisji Rogersa wskazał także na kulturę organizacyjną NASA, w której priorytetem stało się przestrzeganie nierealistycznego harmonogramu misji, a nie bezpieczeństwo. Komunikacja między poszczególnymi działami była często niewłaściwa, a obawy techniczne były bagatelizowane lub odkładane na później. Komisja zaleciła wprowadzenie zmian w procedurach decyzyjnych, większy nacisk na testowanie i ocenę ryzyka, a także poprawę współpracy między inżynierami a kierownictwem.

W efekcie rekomendacji Komisji, NASA podjęła kroki w celu poprawy standardów bezpieczeństwa, zmieniając podejście do oceny ryzyka i komunikacji w organizacji. Ważnym efektem była także modyfikacja konstrukcji silników rakietowych, aby wyeliminować problemy związane z uszczelkami i zwiększyć ich niezawodność - także w trakcie mniej niesprzyjających warunków pogodowych. Kompromitacja NASA wskutek utraty załogi misji STS-51L stała się punktem zwrotnym w historii amerykańskiego programu kosmicznego, zmuszając agencję do gruntownej rewizji swoich procedur i polityki bezpieczeństwa. Na pewien czas to wystarczało, ale wraz z większą ilością pomyślnie zakończonych misji i ponownie rosnącym przekonaniem o ujarzmieniu wszelkich problemów z systemem promów kosmicznych, po raz kolejny wdarły się do agencji zgubne praktyki w zakresie bezpieczeństwa, które jeszcze w trakcie programu STS miały o sobie przypomnieć w najtragiczniejszy sposób w 2003 roku.

Tragedia Challengera stała się wielkim ciosem dla NASA, loty wahadłowców przerwano na ponad dwa lata. Program STS został wznowiony dopiero  we wrześniu 1988 roku. Pierwsza misja po eksplozji Challengera - STS-26 Discovery - nie przysporzyła już trudności, ale wypadek z 28 stycznia 1986 roku sprawił, że kolejne starty wahadłowców, obserwowane były z większym napięciem i świadomością, że w razie usterek w dwóch pierwszych minutach lotu, załogi nadal nie można będzie uratować. Zmodyfikowano pierścienie uszczelniające w rakietach SRB i wprowadzono szereg procedur, które miały zapobiec podobnym wypadkom. Dziś wiadomo jednak, że nie przyniosły one całkowitej poprawy. 17 lat później na skutek incydentu w czasie startu, kilkanaście minut przed lądowaniem rozpadła się Columbia - ponownie zginęło 7 astronautów. Tym razem przyczyna nie leżała po stronie rakiet wspomagających, ale piankowej izolacji zewnętrznego zbiornika - raz jeszcze jednak pokazując jak wypadkowym jest system STS i jak łatwo mogą zawieść inne podzespoły.

Roger Boisjoly po tragedii Challengera przeszedł załamanie nerwowe i zrezygnował z pracy. Przez kilkanaście następnych lat prowadził wykłady z etyki inżynierskiej. Gdy z podobnych przyczyn, a także przesadnego zaufania do wykorzystywanej technologii doszło do katastrofy promu kosmicznego Columbia w 2003 roku (po 16 dniach od zdarzenia przyczynowego!) Boisjoly w jednej z wypowiedzi stwierdził, że główni inżynierowie i administracja NASA powinni stanąć przed sądem odpowiadając najzwyczajniej za morderstwo. Innym razem - że zmarnowali wartą 5 miliardów dolarów technologię i 14 istnień ludzkich jedynie z powodu własnej głupoty. Od wypadku Challengera pozostawał krytykiem polityki prowadzonej przez NASA, czemu dziś z perspektywy czasu nie trudno się dziwić. 6 stycznia 2012 roku Roger Boisjoly odszedł w wieku 73 lat.

W katastrofie misji STS-51L Challenger zginęli:

Francis Scobe - dowódca misji,

Michael Smith - pilot promu,

Ellison Onizuka - 1. specjalista misji,

Judith Resnick - 2. specjalista misji,

Ronald McNair - 3. specjalista misji,

Christa McAuliffe - pierwszy cywil na pokładzie promu kosmicznego,

Gregory Jarvis - 4. specjalista misji.

Wieczorem na blogu kontynuacja tematu z propozycją nowej lektury dotąd niedostępnej polskim czytelnikom.

Opracowanie własne plus materiały NASA, Telegrapgh.co.uk, Seconds from disaster (2007),

Tekst pierwotnie opublikowany 28.01.2016 r. zaktualizowany 28 stycznia 2025 roku.