Schuim en as

Voortdurend schoten er bij lanceringen van spaceshuttles stukken isolatieschuim los van de externe brandstoftank, en altijd was het goed gegaan.Maar op 16 januari liep het bij de Columbia anders. De reconstructie van rampvlucht sts-107.

Wanneer een spaceshuttle na terugkeer in de aardse dampkring afdaalt naar de landingsbaan van Kennedy Space Center in Florida, kondigt hij zijn komst aan met twee luide knallen: het toestel vliegt tot kort voor de landing sneller dan het geluid. Maar op 1 februari dit jaar wachtten de families van de zeven bemanningsleden van de Columbia tevergeefs op dat bevrijdende signaal. 's Morgens om kwart over negen lokale tijd had het ruimteveer moeten arriveren, maar terwijl een reuzenklok naast baan 33 tot nul aftelde – en weer opliep – was aan de hemel geen spoor van de shuttle te bekennen. Na een aantal minuten van angstig wachten kwam het slechte nieuws: het ruimteveer was gedesintegreerd op een hoogte die geen hoop bood. Twee uur 's middags lichtte president Bush in een televisietoespraak de natie in: `The Columbia is lost. There are no survivors.'

Op dat moment was men in Texas en Louisiana koortsachtig bezig met het bergen van de brokstukken. Toen de shuttle die morgen met een snelheid van 20.000 km/uur op een hoogte van 60 km boven Oost-Texas vloog, was op de grond een krakende klap te horen, gevolgd door een aanhoudend laag gedreun. Zestien minuten voor de geplande landing was de shuttle uiteengevallen, waarna het duizenden brokstukken regende. De voorafgaande minuten, zo wezen radar- en amateurvideobeelden uit, was op beperkte schaal al het een en ander aan de shuttle losgeraakt. Toch zijn in Californië, Nevada (waar gevangenen werden ingezet) en New Mexico tot nu toe geen restanten gevonden: westelijker dan Littleton (Texas), waar een tegeltje van het hitteschild neerkwam, is niets opgedoken. Meest oostelijk, in Fort Polk (Louisiana), ploften brokken turbopomp van de shuttle-hoofdmotor neer.

Maar het overgrote deel van de shuttle-restanten kwam terecht binnen een smalle strook van 800 bij 6 km, lopend van Corsicana (Oost-Texas) tot Fort Polk. Vee sloeg op hol, een visser zag voor zijn neus een brokstuk in het water plonzen en een vrouw verloor bijna de macht over het stuur toen een restant tegen haar autoruit sloeg. Niemand raakte gewond en de schade bleef beperkt – al was de inslag tussen twee LPG-tanks op nog geen meter van elkaar een geluk bij een ongeluk.

Moerassen met slangen

Al snel begonnen agenten en burgers, al dan niet te paard en gewaarschuwd voor giftige brandstoffen en pyrotechnische onderdelen uit de Columbia, de velden en de bossen minutieus uit te kammen, een klus die weken in beslag zou nemen. Brandweerlieden zwoegden door moerassen met slangen, helikopters speurden vanuit de lucht en duikers waagden zich in meren. Ieder `verdacht' voorwerp werd met GPS-apparatuur exact gelokaliseerd en gefotografeerd. De inspanning van die duizenden vrijwilligers, die een gebied bijna zo groot als Nederland doorzochten, leverde 84.000 stukken en stukjes Columbia op, 38 procent van het droge gewicht. Tot de belangrijkste vondsten behoorde de datarecorder die gedurende het laatste deel van de vlucht op magneetband de uitlezingen van 800 sensoren had vastgelegd, data die niet naar de aarde waren geseind. Alles werd in lokale centra verzameld en naar het Kennedy Space Center getransporteerd. Daar werden de onderdelen in een hangar met het oog op reconstructie zo goed mogelijk op hun plaats gelegd, de buikzijde boven. Maar het bemanningsverblijf van de Columbia kreeg een aparte, afgeschermde ruimte, uit piëteit jegens de omgekomen astronauten.

Hoe kon de ramp gebeuren? De onafhankelijke onderzoekscommissie, nog de dag van het ongeluk ingesteld, komt na zeven maanden intensieve arbeid tot een ondubbelzinnige conclusie: een stuk isolatieschuim dat tijdens de lancering op 16 januari van de externe brandstoftank losschoot en met hoge snelheid tegen de shuttle ketste, sloeg in de voorzijde van de linkervleugel een gat. Bij terugkeer in de dampkring kon op die manier heet gas de beschadigde vleugel binnendringen, waarna aluminium steunstructuren smolten en de vleugel, en kort daarop het volledige ruimteveer, desintegreerden. In het 248 pagina's tellende rapport dat de onderzoekscommissie afgelopen dinsdag publiceerde, wordt het schuimscenario op basis van uiteenlopende gegevens, variërend van opnamen van de shuttle tijdens lancering en terugkeer, vluchtgegevens, analyse van de teruggevonden restanten, talloze interviews met betrokkenen en experimenteel onderzoek, hard gemaakt. Tegelijk is het rapport een felle aanklacht tegen de Nasa-cultuur, waarbinnen veiligheid het aflegde tegen budgeteisen en de druk om te voldoen aan lanceerschema's, en waarbinnen signalen van technici dat er iets mis was door hoger geplaatsten werden weggewuifd met als argument dat het toch altijd goed was gegaan.

De gang van zaken rond het losschietende stuk schuim laat treffend zien hoe funest deze cultuur van overmoedigheid, van gebrek aan interesse in alles wat geplande schema's in de war kon sturen, tijdens de laatste Columbia-missie heeft uitgepakt. STS-107 was de 28-ste vlucht van de Columbia, de oudste shuttle, en stond geheel in het teken van wetenschappelijke experimenten in de ruimte. De lancering op 16 januari was omgeven met extra veiligheidsmaatregelen omdat een Israëlische astronaut aan boord was. Een minuut na lift off kreeg de shuttle te kampen met een wind shear, een plotselinge verandering in de windsnelheid, waardoor het toestel iets kantelde en de vloeibare zuurstof in de externe tank begon te klotsen. Vervolgens schoten 81,7 seconden na de lancering stukken isolatieschuim los van een verbindingsbuis tussen deze externe tank en de shuttle. Door de luchtwrijving vertraagden ze ten opzichte van de shuttle en na tweetiende seconde knalde een brok met het formaat van een diplomatenkoffer, driekwart kilo zwaar, al roterend met een vaart van zo'n 800 km/uur tegen de voorzijde van de linkervleugel.

Het incident werd daags na de lancering opgemerkt op foto's en videobeelden. De desbetreffende technici toonden zich bezorgd over de ongebruikelijke omvang van het stuk schuim. Probleem was dat de beelden te wensen overlieten. De botsing had uit drie posities vastgelegd moeten worden maar één stel camera's was de Columbia uit oog verloren, een ander stond niet scherpgesteld en het derde legde alleen de bovenzijde van de linkervleugel vast. Dergelijke problemen speelden ook al bij de Challenger, de shuttle die in 1986 vanwege een lek in een koppeling kort na vertrek ontplofte. De Columbia-onderzoekscommissie concludeert dat de Nasa de zaak heeft laten versloffen en te weinig beseft dat de shuttle nog lang geen operationeel voertuig is.

Gegeven de slechte beelden en het grote formaat van het stuk schuim, achtten de technici het gewenst spionagesatellietten beelden van de onderzijde van de Columbia te laten maken en een verzoek daartoe werd diezelfde vrijdag (dag 2) ingediend bij de betrokken Shuttle Program Manager. In het weekend lieten technici van Boeing, contractor voor de externe brandstoftank, het computerprogramma Crater op de botsing los. Maar dat was ontwikkeld voor veel kleinere stukken schuim en had de reputatie zwaardere schade te voorspellen dan in werkelijkheid optrad. De uitkomst dat het schuim iets dieper zou doordringen dan de dikte van de hittebestendige tegels, werd dan ook niet als zorgelijk ervaren. Zou het schuim tegen de voorzijde van de vleugel geslagen zijn, die beschermd wordt door panelen van versterkt koolstof-koolstof (een vezelconstructie), dan gaf Crater na extrapolatie (het programma was slechts bekend met inslagen van stukken ijs), minder schade te zien. De `analyse' werd op dinsdag aan het Mission Management Team gemeld – tegen de voorschriften in was dat tijdens het weekend en op maandag (Martin Luther King Jr. holiday) niet bijeen gekomen. Later die week volgde een power point-demonstratie waarin alle aannames en onzekerheden omtrent Crater gemakshalve werden weggelaten en die geen vragen uitlokte.

In haar rapport concludeert de onderzoekscommissie dat het shuttle-management acht kansen heeft laten liggen om beter zicht op het schuimincident te krijgen. Communicatie tussen het management en technici, die in de heersende Nasa-cultuur weinig trek hadden hun nek uit te steken, verliep gebrekkig en er was sprake van slecht leiderschap. Van meet af aan werd het schuim als onbelangrijk ervaren, meer een onderhoudsprobleem dan een acuut gevaar. Bij vrijwel iedere lancering van een shuttle waren er stukjes isolatieschuim losgeslagen – zelfs ontdekte de onderzoekscommissie bij het bestuderen van beelden van oude lanceringen forse brokken die de Nasa niet had opgemerkt – en nooit hadden ze kwaad gekund. In plaats van zich te verzekeren dat er geen probleem bestond en mensen het hemd van het lijf te vragen over het schuim, was de houding dat technici eerst maar moesten zorgen dat ze een harde zaak hadden. Die hadden ze niet, want daarvoor waren nu net beelden van spionagesatellieten nodig, en drie verzoeken daartoe werden door een ongeïnteresseerd en laks Nasa-management terzijdegeschoven. Op een safety-of-flight concern zat niemand te wachten: koste wat kost moest op 19 februari 2004 een shuttle de lucht in om de Node 2, een Amerikaans onderdeel van het Internationale Ruimtestation, tijdig af te leveren en zo het kritische Congres te paaien.

Technisch gesproken was de oorzaak van de ramp een fors gat in paneel 8 op de voorzijde van de linkervleugel. Dat het stuk losschietend schuim tot het slaan van zo'n gat in het versterkte koolstof-koolstof in staat was, mocht door Crater zijn `weersproken', proeven met een stikstofgaskanon dat met hoge snelheid stukken schuim op een proefvleugel afvuurde wezen anders uit. Die proeven, op verzoek van de onderzoekscommissie uitgevoerd door het Southwest Research Institute in San Antonio, vonden op 7 juli – toen langs diverse wegen was vastgesteld dat paneel 8 was getroffen – hun climax. Het kanon (normaal in gebruik om het effect te meten van vogels die op cockpitramen van vliegtuigen te pletter slaan) vuurde een plat stuk schuim af op een van Atlantis geleend paneel 8 (dat 26 keer de ruimte was ingeweest). Het driekwart kilo zware projectiel trof het paneel met 800 km/uur, overeenkomend met de gang van zaken bij de Columbia. Resultaat: een gapend gat van 50 bij 50 cm. Drie brokstukken van paneel 8 werden de vleugel ingeslagen. Ze hadden hetzelfde formaat als het geheimzinnige object dat op dag 2 van de Columbia-missie van het ruimteveer wegdreef. Analyse van radarbeelden had inmiddels uitgewezen dat alleen een stuk versterkt koolstof-koolstofpaneel in aanmerking kwam. Waarmee de test in San Antonio een dubbel succes was.

Dat het schuim paneel 8 had getroffen bleek na diepgaande analyse van de wrakstukken, vluchtgegevens en amateurvideo-opnamen van de terugkeer. Veel sensorgegevens waren alleen opgeslagen in de (teruggevonden) datarecorder aan boord van de Columbia – en dus onbekend aan de vluchtleiders in Houston. Zo kon het gebeuren dat 's morgens op 1 februari verbaasde Amerikanen de Columbia geflankeerd door losgeraakte brokstukken zagen overkomen, terwijl de vluchtleiders en de bemanning tot vrij laat geen notie hadden van de ernst van de situatie. Tamelijk bizar: twaalf minuten nadat de shuttle volledig was gedesintegreerd kreeg een van de vluchtleiders een telefoontje van een kennis die zojuist live op de televisie de ramp had zien voltrekken. Onthutst meldde hij het nieuws aan zijn Flight Director, die minutenlang tevergeefs via diverse radiofrequenties contact met de Columbia had gezocht. Onmiddellijk kreeg de Ground Control officer de opdracht de deuren de sluiten – een standaardprocedure.

Om kwart voor negen (Florida-tijd) drong de Columbia boven de Grote Oceaan de atmosfeer binnen. De eerste tekenen dat er iets niet in de haak was dienden zich binnen vijf minuten aan: een aluminium ligger in de linkervleugel onderging een sterkere belasting dan normaal. Na wat manoeuvres om in de goede positie te komen passeerde het ruimteveer om 8:53:26 uur ter hoogte van Sacramento de kustlijn van Californië, op 70 km hoogte en met een snelheid van 26.000 km/uur. Twintig seconden later lichtte het hete gas rond het ruimteveer plotseling op, ten teken dat er iets was losgeraakt – een verschijnsel dat zich geregeld zou herhalen. Vanwege hun hitte zijn die eerste brokstukken waarschijnlijk in de atmosfeer verbrand. Pas om 8:54:24 uur kreeg mission control in Houston het eerste signaal dat er problemen waren: vier hydraulische sensoren in de linkervleugel vielen opeens uit. Na nog een manoeuvre stak de Columbia de grens met New Mexico over. Intussen richtte het hete plasma dat de linkervleugel binnendrong grote verwoestingen aan. Meer luchtwrijving aan de linkerkant bracht het toestel uit balans, waarop stuurraketten hun best deden het weer op koers te krijgen, tot er geen redden meer aan was. Om 8:59:15 uur vielen in het landingsgestel druksensoren van de linkerwielen uit. Zeventien seconden later sprak commander Rick Husband zijn laatste woorden: `Roger, uh.' Om 9:00:18 uur viel de shuttle uiteen.

Het ging om desintegratie, van uiteenspatten was geen sprake. Dat geldt ook voor de romp. Dat de bemanning op slag dood was, is dan ook onwaarschijnlijk. Pathologisch onderzoek aan teruggevonden restanten van de bemanning wees uit dat de versnelling waaraan de astronauten vlak voor het einde bloot stonden, niet dodelijk was. Waarschijnlijk is het bemanningsverblijf van de rest van de romp losgeraakt en op weg naar de aarde door wrijvingshitte ten onder gegaan. Ballistische berekeningen wezen uit dat het bemanningsverblijf in een periode van 24 seconden, zakkend van 42 naar 32 km hoogte, werd verwoest en dat de doodsoorzaak van de bemanning gezocht moet worden in opgelopen verwondingen en zuurstofgebrek.

De volgorde waarin sensoren uitvielen, de bedrading, de vleugelstructuur en de forensische analyse van brokstukken: ze vertellen samen het verhaal van de ondergang. Centraal in dat verhaal staat het gat. Inventief detectivewerk bracht aan het licht dat paneel 8 ter linkerzijde het hete plasma heeft binnengelaten. Wie de uitgestalde wrakstukken in de hangar in Florida bekijkt valt direct op dat de linkervleugel veel slechter vertegenwoordigd is dan de rechter: kennelijk is van de linkervleugel veel meer in de atmosfeer verbrand. Dus zat het gat links. Verder zaten de meest westelijk gevonden – en dus het eerst neergekomen – hittewerende tegeltjes (die alle gemarkeerd zijn) zonder uitzondering direct achter de linker koolstof-koolstof panelen 8 en 9. Van die twee droeg paneel 8 de meeste sporen van druppels gesmolten metaal. Daar zat het gat.

Gedoemd

Was de bemanning te redden geweest? Na de ramp stelde de Nasa dat de zeven astronauten vanaf het moment dat het gat in de vleugel geslagen was, gedoemd waren te verongelukken. Begin mei publiceerde de organisatie nog een rapport met die strekking, opgesteld door de Tiger-groep – genoemd naar het team dat vluchtleider Gene Krantz (`failure is not an option') in 1970 samenstelde om de in nood geraakte bemanning van de Apollo 13 veilig terug naar huis te loodsen. Nagegaan was of het lozen van 14 ton ballast uit het laadruim door ruimtewandelende astronauten uitgemaakt zou hebben in hittebelasting tijdens de terugkeer in de dampkring. Het antwoord luidde: nee. Ook het aankoppelen aan het internationale ruimtestation was geen optie. Dat cirkelde in een hogere baan en het ontbrak Columbia aan de benodigde brandstof. Ook was de Columbia, als enige van de vier shuttles, niet toegerust voor een koppeling aan het station.

Maar volgens de onderzoekscommissie waren meer opties de moeite van het bekijken waard. Nasa kreeg de opdracht twee reddingsscenario's op haalbaarheid te onderzoeken. Dit ervan uitgaande dat de botsing van schuim tegen vleugel op dag 2 ontdekt was, de ingeschakelde spionagesatelliet geen uitsluitsel bood waarna op dag 5 een inspectie per ruimtewandeling een gat van 20 cm aan het licht bracht. Zo'n ruimtewandeling was overigens eerder door de Nasa bij gebrek aan bevestigingspunten aan de onderzijde van de shuttle voor onmogelijk gehouden, maar ex-shuttle-astronauten verklaarden dat hij zonder meer haalbaar was.

Scenario 1 hield in dat de bemanning haar uiterste best zou doen via een ruimtewandeling het gat provisorisch te dichten. Hiervoor zou materiaal uit het laadruim kunnen dienen, liefst van metaal. Het geheel zou op zijn plaats gehouden moeten worden door een zak water (die in de ruimte bevroor). De Nasa vond het idee `hoogst riskant' omdat onduidelijk bleef of de constructie het bij terugkeer in de atmosfeer zou houden. Een gewijzigde thuisroute om de hittebelasting van de Columbia wat te beperken, zou het risico op falen niet wezenlijk verminderen.

Het tweede scenario, zo moest de Nasa toegeven, bood meer kans. Ditmaal was het idee om de Atlantis, die 1 maart voor een vlucht naar het internationale ruimtestation zou vertrekken en in het assemblagegebouw in gereedheid werd gebracht, vervroegd lanceerklaar te maken, omhoog te sturen (het risico van schuiminslag voor lief nemend) en de zeven collega's van de Columbia aan boord te nemen, waarna de thuisreis zou worden ingezet. Het versneld opstellen van de Atlantis kon, zonder cruciale tests te schrappen, op 10 februari voltooid zijn. De Columbiabemanning moest het intussen kalm aan doen om zo min mogelijk koolzuurgas uit te ademen. Op die manier kon de bemanning het tot 15 februari met de voorraad lithiumhydroxide (dat koolzuur absorbeert) uitzingen. Dus had de Atlantis vijf dagen de tijd om een rendez-vous te bewerkstelligen, waarbij beide shuttles met de geopende laadruimen naar elkaar toegekeerd in formatie zouden vliegen en de Columbiabemanning in ruimtepak zou oversteken. Een enorme uitdaging maar het was te doen, vond de Nasa.

Alleen kwam die bevinding een half jaar te laat, en na het vernietigende rapport van dinsdag slijpen leden van het Congres de messen om Nasa's bemande ruimtevaartprogramma te lijf te gaan.

Het rapport is te vinden op www.caib.us