La tragédie de Columbia
La tragédie de Columbia
La navette spatiale américaine Columbia.
L'accident de la navette spatiale américaine Columbia a eu lieu le 1er février 2003 au cours de la mission STS-107 durant la phase de rentrée atmosphérique, la navette spatiale américaine Columbia est détruite au-dessus du Texas et de la Louisiane et les sept membres de l'équipage sont tués.
Débris
Les principaux débris de la navette sont retrouvés le long d'un axe allant des banlieues de Dallas (comtés de Denton et de Tarrant) jusqu'à Tyler, ainsi qu'en Louisiane.
Perte
La perte de Columbia est le résultat de dommages subis pendant le lancement : un morceau de mousse isolante de la taille d'un petit porte-documents se détache du réservoir externe (le réservoir principal de propergol) de la navette spatiale, sous l'effet des forces aérodynamiques du lancement.
Bouclier
Le débris percute l'aile gauche sur le bord d'attaque, qui endommage le bouclier thermique (Thermal Protection System, TPS), qui protège la navette de la chaleur produite lors de la rentrée dans l'atmosphère.
Columbia
Lorsque Columbia était encore en orbite, certains ingénieurs ont soupçonné des dommages, mais les directeurs de la NASA ont limité les investigations au motif que même si des problèmes étaient découverts, rien ne pourrait être fait pour y remédier.
Mission
Au cours du retour de la mission STS-107, les gaz chauds produits lors de la rentrée atmosphérique pénètrent dans l'aile par cette zone endommagée du bord d'attaque et gagnent rapidement sa structure interne, ce qui provoque la désintégration du vaisseau.
Catastrophe
La catastrophe est le second accident impliquant une navette spatiale américaine, après celui de Challenger en 1986. Comme pour Challenger, l'accident provoque un arrêt de deux ans des vols par navette spatiale.
La navette spatiale Colombia.
Spécifications
Dans les spécifications initiales du lanceur, le comité de la NASA responsable de la sécurité de la navette avait clairement indiqué que le réservoir externe devait garder son intégrité afin de ne pas générer de débris de mousse ou autres éléments pouvant heurter la navette.
Incidents
Ces incidents constituaient des problèmes de sécurité qui devaient être résolus avant qu'un lancement ne soit autorisé.
Impacts
Cependant, durant l'exploitation du lanceur, la majorité des lancements de la navette ont enregistré des impacts de ces débris de mousse et des griffures sur les tuiles thermiques.
Ingénieurs
Les ingénieurs ont donné le feu vert à la poursuite des missions en considérant que ces impacts étaient inévitables et sans solution.
Risque
Ils considéraient que ces impacts ne représentaient pas un risque pour la sécurité des vols, ou qu'ils constituaient du moins un risque acceptable.
Décollage
Durant la phase de décollage de la mission STS-112, deux lancements auparavant, un bloc de mousse isolante heurta le point d'ancrage inférieur du booster gauche sur le réservoir externe, causant un enfoncement de 10 cm de largeur et 7 cm de profondeur.
Problème
Après la mission, ce problème fut analysé et il fut décidé de continuer le programme des lancements : « Le vol du réservoir externe est sûr et cet incident n'ajoute pas de nouvelles préoccupations (et sans risque supplémentaire) ».
Ron Dittemore
Ron Dittemore (shuttle program manager of NASA) et Linda Ham (shuttle program's integration manager) participèrent à cette réunion, ainsi qu'à la revue d'incident pendant la phase orbitale du vol de Columbia (STS-113). Linda Ham déclara alors : « La conséquence n'était pas claire et ne l'est toujours pas… ».
Lancement
La mission STS-107 fut le 113e lancement de la navette spatiale. Elle fut retardée à 13 reprises au cours des deux ans qui s'écoulèrent entre la date de lancement initialement prévue du 11 janvier 2001 et la date de lancement effective le 16 janvier 2003.
Précédée
Elle fut précédée par la mission STS-113 réalisée avec le lanceur Endeavour. Cette mission fut incluse dans le programme des vols à la suite des demandes du Congrès des États-Unis.
Objectif
Elle avait pour objectif de réaliser des expériences en micro-gravité ayant des débouchés potentiels commerciaux (module Spacehab) ainsi que le lancement du satellite Triana.
Satellite
Le satellite fut déprogrammé du fait de retards de financement et de construction. Il fut remplacé par un deuxième module d’expériences scientifiques Freestar, entraînant ainsi le report de la mission STS-1077.
Expériences
Ces expériences n'avaient pu être réalisées à bord de la Station spatiale internationale (ISS) à cause des travaux de construction et de la limitation des équipages embarqués.
Maintenance
La maintenance de la navette spatiale Columbia, prévue avant la mission STS-107, avait pris six mois de retard sur le planning initial.
Priorité
Ayant une priorité plus faible que la réparation du Télescope spatial Hubble (STS-109) elle fut reprogrammée après celle-ci, sur la rotation suivante de la navette Columbia. Ceci décala la mission au 19 juillet 2002.
Fissures
Enfin, la découverte de fissures dans le système de distribution de propergol de la navette Atlantis, puis sur toutes les autres navettes, provoqua la mise en maintenance de toutes les navettes spatiales.
Réparations
Les réparations effectuées, il fut décidé que les missions à destination de l'ISS, pour sa construction ou son approvisionnement, étaient prioritaires (STS-112, STS-113). La mission fut reprogrammée pour le 16 janvier 2003.
Bureau
Le Bureau d'enquête sur l'accident de Columbia (Columbia Accident Investigation Board, CAIB) a exclu toute relation entre ces retards et la destruction de la navette spatiale. Il a préconisé des modifications techniques et organisationnelles.
Programme
Le programme navette spatiale a été arrêté pendant plus de deux ans après la catastrophe, un retard comparable à celui résultant de la catastrophe de Challenger.
Conséquence
En conséquence, la construction de l'ISS fut suspendue. Le réapprovisionnement de la station, par des navettes, reprit vingt-neuf mois plus tard (STS-114). La rotation des équipages reprit quarante et un mois plus tard (STS-121).
ISS
Durant ce laps de temps, l'ISS fut maintenue en condition opérationnelle uniquement par l'Agence spatiale fédérale russe.
Modifications
Les principales modifications apportées aux missions suivantes comprenaient :
- Une inspection visuelle approfondie du bouclier thermique de la navette (TPS) à l'issue de la phase d’ascension.
- Une navette de secours avec son équipage au cas où des dommages irréversibles auraient été constatés.
- L'abandon de toutes les missions n'ayant pas pour destination l'ISS.
- Une seule dérogation fut admise à cette règle afin de réparer le Télescope spatial Hubble (STS-125).
L'équipage de la navette Colombia en 2003.
Équipage
- Rick D. Husband
- William C. McCool
- David M. Brown
- Kalpana Chawla
- Laurel B. Clark
- Michael P. Anderson
- Ilan Ramon
Accident
Au bout de 81,9 secondes après le lancement, un morceau de la mousse d'isolation thermique, d'environ 48 × 29 × 14 cm pesant 0,8 kg, s'est détaché du réservoir externe.
Mousse
Cette mousse isolante permet de garder les contenus du réservoir, LOX (Oxygène Liquide) à −183 °C et LH2 (Hydrogène Liquide) à −253 °C.
Isolation
Cette isolation en conjonction avec d'autres dispositifs, est censée éviter le réchauffement du carburant ainsi que laformation de glace sur le réservoir, laquelle pourrait alourdir la navette et aussi être dangereuse en se détachant.
Morceau
Ce morceau de mousse était localisé sur la partie gauche du bipied à l'avant de la navette.
Navette
La navette se trouvait à une altitude d'environ 20 115 m, et se déplaçait à Mach 2,46 soit 2 523 km/h, la mousse isolante s'est détachée avec cette vélocité puis, étant peu dense, elle fut ralentie par les frottements de l'air pour atteindre la vitesse de 1 644 km/h.
Columbia
La navette Columbia, ayant poursuivi sa course à la même vitesse a percuté le débris avec une vitesse relative de l'ordre de 877 km/h avec le bord d'attaque de l'aile gauche.
Bord
Ce bord d'attaque est constitué de panneaux en matériaux composites à base de graphite renforcé par de la fibre de carbone (RCC).
Matériau
Ce matériau résiste à des pressions de 700 MPa et des températures de 1 750 °C11. Le choc avec l'isolant a créé un trou dans le bord d'attaque de l'aile et/ou dans les tuiles adjacentes du système de protection thermique de la navette.
Expériences
Comme l'ont montré les expériences réalisées au sol par le CAIB, cette collision a créé un trou de 25 cm de diamètre.
Atterrissage
La navette devait atterrir à 9 h 16 au John F. Kennedy Space Center près de Cap Canaveral cette chronologie utilise deux désignations des temps distinctes : Heure basée sur le fuseau horaire de la Floride : HNE, temps en secondes depuis l'instant où la navette a dépassé le point de mission EI (Entry Interface) ou Interface d'entrée.
Point
Ce point EI correspond à une altitude de 122 km (EI+000) il est arbitrairement considéré comme le moment où l'orbiteur entre dans l'atmosphère discernable, il fut franchi à 8 h 44 min 9 s HNE au-dessus de l'océan Pacifique.
Chronologie
Chronologie avant le franchissement du point EI
2 h 30 HNE, le samedi 1er février 2003 l'équipe de contrôle de rentrée du vol prend ses fonctions au Centre de contrôle de mission situé dans le Lyndon B. Johnson Space Center à Houston au Texas.
Équipe
L'équipe de contrôle du vol ne signale aucun problème en cours à l'équipe de rentrée pour la désorbitation et la rentrée dans l'atmosphère de Columbia.
Inquiétude
En particulier, l'équipe n'a indiqué aucune inquiétude quant à l'impact de débris sur l'aile gauche lors du lancement et traitait la phase de la rentrée comme les autres.
Listes
L'équipe travaille sur les listes de contrôle de préparation à la désorbitation et à la rentrée dans l'atmosphère.
Ingénieurs
Les ingénieurs météo, avec l'aide des pilotes de la navette d'entraînement évaluent les conditions météorologiques au John F. Kennedy Space Center.
Manœuvre
Vingt minutes avant la manœuvre de désorbitation, toutes les observations et prévisions météo sont dans les normes et tous les systèmes sont normaux.
8 h 10
Le directeur de vol communique à la navette l'autorisation de désorbitation.
8 h 15 min 30 s
(EI - 1719) Le commandant Husband et le pilote McCool exécutent la manœuvre de poussée de désorbitation.
Columbia
Columbia a la tête en bas et la queue en avant au-dessus de l'océan Indien, à une altitude de 282 km et orbite à la vitesse de 28 163 km/h.
Manœuvre
La manœuvre est effectuée sur la 255e orbite pendant 2 min 38 s de poussée. À l'issue de la manœuvre, Husband a effectué un retournement de Columbia, position face vers l'avant, avec le nez de l'orbiteur cabré afin de présenter le dessous de la navette, lors de l'entrée dans l'atmosphère, où se situe le système de protection thermique.
8 h 44 min 9 s
(EI + 000) Point de mission EI (Entry Interface) ou Interface d'entrée. Comme la navette Columbia entre dans l'atmosphère à très haute vitesse, la compression et la friction des molécules de l'air provoquent une augmentation de température du bord d'attaque de l'aile jusqu'à atteindre 1 370 °C à l'issue des six premières minutes d'entrée dans l'atmosphère.
Centre de contrôle de mission. Crédit image : NASA.
Chronologie
Chronologie après le franchissement du point EI
8 h 48 min 39 s
(EI +270) Un premier capteur sur le longeron du bord d'attaque de l'aile gauche indique des valeurs supérieures à celles observées lors des précédentes rentrées de Columbia.
Indication
C'est la première indication que le système de protection thermique de la navette présente un défaut, ce paramètre était uniquement enregistré par le système de données modulaire auxiliaire (l'équivalent d'une boîte noire d'un avion) et n'était visible ni de l'équipage ni des équipes au sol.
8 h 48 min 59 s
(EI +290) Un deuxième capteur situé dans l'aile gauche indique des valeurs supérieures à celles observées lors des précédentes rentrées de Columbia.
8 h 49 min 32 s
(EI +323) Vitesse : Mach 24,5. Columbia effectue un virage prévu dans la trajectoire de descente.
8 h 50 min 19 s
(EI +370) Un troisième capteur situé dans l'aile gauche indique des valeurs supérieures à celles observées lors des précédentes rentrées de Columbia.
8 h 50 min 53 s
(EI +404) Vitesse : Mach 24,1 ; altitude : 74 km. Pendant les 10 minutes suivantes, le système de protection thermique de la navette Columbia va subir les contraintes thermiques maximum.
8 h 51 min 14 s
(EI +425) Un quatrième capteur situé dans l'aile gauche indique des valeurs supérieures à celles observées lors des précédentes rentrées de Columbia.
Capteurs
Les quatre capteurs présentant des élévations de température anormales étaient enregistrés par le seul système de données modulaire auxiliaire (l'équivalent d'une boîte noire d'un avion), ils n'étaient visibles ni de l'équipage ni des équipes au sol.
8 h 52 min 0 s
(EI +471) Columbia est à environ 480 km à l'ouest de la côte californienne. La température du bord d'attaque de l'aile atteint 1 450 °C.
8 h 52 min 16 s
(EI +487) Le trou dans le système de protection thermique de la navette permet au plasma extrêmement chaud de percer le longeron avant de l'aile gauche.
Retrait
En retrait de ce longeron, la structure de l'aile de la navette spatiale est composée de poutres en alliages d'aluminium.
Alliages
Ces alliages ont un point de fusion de l'ordre de 650 °C alors que le plasma s'engouffrant dans le trou du système de protection thermique de la navette est porté à une température supérieure à 1 400 °C.
Percement
À partir du percement du longeron, le plasma brûlant va pouvoir se répandre dans toute l'aile de la navette et la désintégrer comme indiqué dans la première illustration, structurellement, le percement du longeron marque le point de non-retour dans la désintégration de l'aile gauche puis de la navette elle-même.
8 h 53 min 26 s
(EI +557) Vitesse : Mach 23 ; altitude : 71 km. Columbia passe la côte ouest de la Californie au-dessus de Sacramento, la température du bord d'attaque de l'aile atteint usuellement 1 540 °C.
8 h 53 min 46 s
(EI + 577) Vitesse : Mach 22,8 ; altitude : 70,2 km. Des premiers flashs lumineux sont constatés par des témoins, ces flashs correspondent à des signes de désintégration d’éléments provenant de Columbia, au cours des 23 secondes suivantes il y eut quatre flashs similaires.
8 h 54 min 24 s
(EI + 613) Vitesse : Mach 22,5 ; altitude : 69,3 km, le responsable du suivi des paramètres de la navette (Maintenance, Mechanical, And Crew Systems (MMACS) informe le directeur de vol que quatre capteurs de pression hydraulique situés dans l'aile gauche affichent des valeurs inférieures à la valeur minimale enregistrable.
Problème
C'est la première indication d'un problème visible depuis le Centre de contrôle de mission.
Chronologie
Chronologie après la première indication d'une anomalie
8 h 54 min 25 s
(EI +614) Columbia quitte l'État de Californie et entre dans l'État du Nevada. De nouveaux flashs lumineux sont constatés par des témoins.
Événements
Dix-huit événements similaires seront constatés au cours des quatre minutes suivantes montrant la désintégration progressive de l'aile gauche.
8 h 55 min 32 s
(EI +683) Vitesse : Mach 21,8 ; altitude : 68,1 km. Columbia quitte l'État du Nevada et entre dans l'État de l'Utah.
8 h 55 min 52 s
(EI +703) Columbia quitte l'État de l'Utah et entre dans l'État de l'Arizona.
8 h 56 min 30 s
(EI +741) Columbia effectue un virage à gauche prévu dans la trajectoire de descente.
8 h 56 min 45 s
(EI +756) Vitesse : Mach 20,9 ; altitude : 67 km, Columbia quitte l'État de l'Arizona et entre dans l'État du Nouveau-Mexique.
8 h 57 min 24 s
(EI +795) Columbia passe juste au nord d'Albuquerque dans l'État du Nouveau-Mexique.
Columbia debris.
Localisation
Localisation dans le Texas des débris provenant des ailes de la navette spatiale Columbia
8 h 58 min 20 s
(EI +851) Vitesse : Mach 19,5 ; altitude : 64 km. Columbia quitte l'État du Nouveau-Mexique et entre dans l'État du Texas.
Tuiles
La navette perd une des tuiles du système de protection thermique au-dessus de Littlefield, c'est le débris le plus à l'ouest qui fut récupéré par les équipes de recherche, les débris provenant des désintégrations précédemment vues par des témoins n'ont pas été retrouvés.
8 h 59 min 15 s
(EI +906) Le responsable du suivi des paramètres de la navette (MMACS) informe le directeur de vol que les mesures de pression des deux pneus du train d'atterrissage principal dans l'aile gauche ont été perdues.
Responsable
Le responsable des communications avec l'équipage (CAPCOM) informe alors l'équipage du problème et indique à celui-ci que le problème est en cours d'évaluation.
8 h 59 min 32 s
(EI +923) Une bribe de la réponse du commandant de la mission a été enregistrée : « Roger, euh, bu - (coupée à mi-mot…) », ce fut la dernière communication de l'équipage et les dernières données reçues en télémétrie par le Centre de contrôle de mission.
Signal
Une perte de signal courte était prévue afin que les antennes de la navette passent du satellite de relais ouest au satellite de relais est ou directement aux antennes situées au John F. Kennedy Space Center.
9 h 0 min 18 s
(EI +969) Des vidéos amateurs enregistrent la désintégration de la navette Columbia, cependant, l'équipe du Centre de contrôle de mission ne le sait pas encore et travaille à restaurer la communication interrompue.
Chronologie
Chronologie après la désintégration de Columbia
9 h 2 min 21 s
(EI +1 092) le responsable des communications et télémesures du Centre de contrôle de mission (Instrumentation and Communication Office (INCO) indique que la durée d'interruption des communications est anormalement longue.
Directeur
Le directeur de vol demande si des paramètres des instruments de communication ont été changés juste avant la perte du signal. L'INCO répond par la négative et que tout se déroulait correctement.
9 h 3 min 45 s
(EI +1 176) Le responsable des communications avec l'équipage (CAPCOM) essaye de contacter l'équipage via le satellite relais Est et via les antennes UHF, pas de réponse alors que la navette devrait se situer à portée des antennes UHF situées sur Merritt Island où le John F. Kennedy Space Center est installé.
Contacter
L'INCO et le CAPCOM essayent de contacter la navette et de passer sur les systèmes de communication de secours sans succès.
9 h 12 min 39 s
(IE +1 710) une personne du Centre de contrôle de mission informe oralement le directeur de vol que CNN est en train de diffuser des images montrant une désintégration de Columbia au-dessus de Dallas.
Verrouiller
Le directeur de vol demande au contrôleur au sol de « verrouiller les portes ». Cet ordre permet de fermer les portes du Centre de contrôle de mission afin de garder sur place les contrôleurs de la mission, couper toute communication téléphonique avec l’extérieur de la salle et démarrer les procédures de sauvegarde des données pour l'enquête.
Annonce
Annonce officielle de la désintégration de Columbia
À 14 h, 4 HNE, le président des États-Unis George W. Bush adresse un message au pays : « Ce jour, nous avons apporté de terribles nouvelles et une grande tristesse pour notre nation.
À 9 h ce matin, le Centre de contrôle de mission a perdu le contact avec la navette spatiale Columbia, peu après, des débris ont été vus tombant du ciel au-dessus du Texas, la navette Columbia est perdue, il n'y a aucun survivant.
Débris
Des débris de la navette et des restes humains appartenant aux astronautes ont été trouvés autour de Norwood, dans le Texas.
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