1 lutego 2003 roku doszło do katastrofy promu kosmicznego Columbia w trakcie misji STS-107. W tym artykule przeanalizujemy możliwości ratowania załogi przez wysłanie w tym celu innego wahadłowca.

Misja STS-107 była 113 lotem wahadłowca w ramach programu STS oraz 28 wyprawą samego orbitera Columbia. Celem lotu było wykonanie 82 eksperymentów przy użyciu umieszczonego w ładowni modułu SpaceHab RDM (Research Double Module) oraz zespołu przyrządów o nazwie Freestar. W tym czasie ISS była w bardzo wczesnej fazie budowy, więc planowano niezależne misje orbitalne w celu przeprowadzenia badań w dziedzinach takich jak: biologia, fizyka, geofizyka, produkcja substancji i technologia. Misje te miała wykonywać Columbia, a lot STS-107 był pierwszym z nich, a jak się później okazało, również ostatnim. W związku ze zniszczeniem najstarszego promu, kolejne loty zostały anulowane.

Załoga Columbii została podzielona na dwie zmiany: czerwoną (R) i niebieską (B). Dzięki temu eksperymenty mogły trwać 24 godziny na dobę. Załogę misji STS-107 stanowili:

• Rick Husband – dowódca (R) 
• William McCool – pilot (B) 
• David Brown – specjalista misji 1 (B) 
• Kalpana Chawla – specjalista misji 2 (R) 
• Michael Anderson – specjalista misji 3 (B) 
• Laurel Clark – specjalista misji 4 (R) 
• Ilan Ramon – specjalista ładunku (Izraelczyk) (R)

Misja miała niski priorytet. Lot naukowy można opóźniać niemal dowolnie w przeciwieństwie do misji do ISS czy teleskopu Hubble’a. Dlatego omawiany start musiał przepuścić misje o numerach 108-113.

Początek lotu

9 grudnia 2002 wahadłowiec Columbia przeznaczony do misji 107 został ustawiony na wyrzutni, a start miał miejsce 16 stycznia 2003. Udało się wykonać go przy pierwszym podejściu. W 81 sekundzie lotu od główne zbiornika oderwał się fragment pianki izolacyjnej o wymiarach 15x40x50 cm i masie około 1,2 kg. Uderzył on w krawędź natarcia lewego skrzydła. 

Bardzo trudno było ocenić stan tego uszkodzenia. Columbia nie miała na pokładzie kanadyjskiego wysięgnika RMS. Bez niego nie można było zeskanować skrzydła. Dwóch członków załogi, Brown i Anderson, przeszło przygotowanie do wyjścia EVA, ale na pokładzie nie było też plecaków odrzutowych MMU. Załoga nie miała nawet jak dokładnie obejrzeć uszkodzonego miejsca, nie mówiąc o naprawie.

Pojawił się pomysł, by zrobić zdjęcia za pomocą satelitów szpiegowskich, ale to groziło wyciekiem tajnych danych o tych urządzeniach. Poza tym, skierowanie kamer na Columbię i z powrotem na miejsce obserwacji wywołałoby duży rozchód paliwa i skrócenie życia skanujących satelitów. A jak się za chwilę przekonamy, szanse powodzenia misji ratunkowej byłyby i tak niewielkie. 

Pomoc ISS nie była możliwa

Często pojawiają się opinie czemu Columbia nie mogła skorzystać z pomocy ISS. Columbia i ISS poruszały się po różnych orbitach. Orbitowały  one na różnych wysokościach (Columbia 273-290 km, ISS około 400 km) i pod różnymi kątami nachylenia (Columbia 39⁰, i ISS 51⁰). Dotarcie wahadłowca na ISS nie było możliwe, bo wymagałoby dużo większej ilości paliwa. Załoga nie była też przeszkolona w dokowaniu do ISS, a w ładowni nie było nawet węzła cumowniczego. Poza tym ISS była we wczesnej w fazie budowy i raczej nie utrzymałaby 10 osób (7 z załogi Columbia i 3 na ISS). Sojuz mógłby zaś wrócić na Ziemię tylko z załogą ISS ze względu na osobiste siedziska. Trudno byłoby sobie wyobrazić, że załoga stacji wróciłaby, zostawiając ją w rękach załogi promu, skoro ta nie była przygotowana do obsługi orbitalnego laboratorium. Każdy z tych powodów osobno wykluczał pomoc ISS.

W oczekiwaniu na pomoc

Gdyby akcja ratunkowa została podjęta, trzeba by było wymyślić jak sprawić, aby zapasów na pokładzie Columbii pozostało na jak najdłuższy czas. Największym problemem był dwutlenek węgla. Załoga cały czas go wydychała. Konieczne jest usuwanie go za pomocą filtrów z wodorotlenkiem litu. Bardzo trudno ocenić, jakie stężenie dwutlenku węgla jest niebezpieczne dla człowieka, a jakie śmiertelne. Zbadanie tego jest niemożliwe, a eksperymenty w tym celu byłyby wysoce nieetyczne. Dodatkowo nie wiadomo jak na tolerancję CO₂ wpływa stan nieważkości. Więc właściwie niewiele można zrobić, by zmniejszyć ilość dwutlenku węgla. Jedyną opcją wydaje się ograniczenie aktywności. Columbia dysponowała 69 pakietami z wodorotlenkiem litu, a czas, gdy CO₂ osiągnie poziom toksyczny, oceniano na 15 lutego 2003. 

Kolejne rezerwy są ze sobą ściśle powiązane. Chodzi tu o energię elektryczną, tlen i wodę. W wahadłowcach energia elektryczna jest wytwarzana w ogniwach paliwowych, które wykorzystują tlen i wodór do tworzenia jej oraz wody. Tlen dla ogniw jest czerpany z tych samych zbiorników co tlen do oddychania dla załogi. Dlatego im więcej oszczędzamy energii, tym więcej oszczędzamy tlenu. W przypadku Columbii sprawa przedstawiała się dość optymistycznie. W ładowni promu znajdowały się czerpiące dużo prądu laboratoria Spacehab i Freestar. Ich wyłączenie bardzo zmniejszyłoby pobór mocy. A i na samej Columbii było wiele zdublowanych systemów, które można było wyłączyć. Zejście do 20% normalnej mocy było możliwe. A redukcja zużycia energii sprawiłaby, że wydłużyłby się czas, na który starczyłoby tlenu. Z pewnością tlenu i energii wystarczyłoby do 15 lutego. 

Oczywiście spadek zużycia energii spowodowałby spadek produkcji wody. Jednak w normalnych warunkach, ilość wody produkowanej w promie kosmicznym znacznie przekraczała zapotrzebowanie. Woda była więc zrzucana z promu. Biorąc pod uwagę, że w stanie nieważkości występuje zmniejszenie pragnienia, brak wody nie byłby wielkim problemem, a przynajmniej do granicznej daty.

Kolejnym problemem jest żywność, jednak to także nie stanowiłoby większego kłopotu. Zapasy na pokładzie miały dużą rezerwę, a ze względu na minimalną aktywność zapotrzebowanie na kalorie było niskie. Ostatnią rezerwą było paliwo, ale ten czynnik też raczej nie sprawiłby problemu. Orbita była wystarczająco wysoka, by prom nie “zsunął się” wskutek resztkowego oporu atmosfery. Wydaje się, że ustawienie Columbii tak, by wytwarzała jak najmniejszy opór oraz podniesienie orbity powinno załatwić sprawę. 

Przygotowania do startu Atlantis

Kiedy załoga Columbii czekałaby na orbicie na pomoc, na Ziemi rozpocząłby się prawdziwy wyścig z czasem. Trzeba byłoby wykonać wręcz nadludzki wysiłek, by pomoc nadeszła na czas. Przygotowania trwałyby 24 godziny na dobę 7 dni w tygodniu. Wahadłowiec Atlantis musiałby też przejść przez wszystkie próby perfekcyjnie i to za pierwszym razem. W momencie zauważenia zagrożenia znajdował się on w budynku OPF, miał już zainstalowane silniki i trwał montaż RMS. By start nastąpił na czas, wiele testów musiałoby być pominiętych. Pobyt w OPF należałoby skrócić z 10 do 7 dni, a w VAB z 5 do 4 dni. Prom ratunkowy miał stanąć na wyrzutni 30 stycznia 2003. Obsługa naziemna miałaby zatem 11 dni na przygotowanie go do startu. Dotychczasowy rekord wynosił 14 dni.

Jednak te przyspieszenia są niczym w porównaniu z tym, jak wyglądałyby inne aspekty misji. Treningi astronautów, które normalnie zajmują około roku, musiałyby zostać wykonane w 2 tygodnie. Misja ratunkowa mogłaby mieć maksymalnie 4-osobową załogę, gdyż system oczyszczania atmosfery w wahadłowcach jest obliczony na 11 osób (4 ratujących i 7 ratowanych). Załoga ratująca miałaby się składać z 2 pilotów i 2 specjalistów misji, którzy przenieśliby załogę Columbii do Atlantisa. Musieliby to być doświadczeni astronauci. Żadnych nazwisk jednak nie podano. Wydaje się mało prawdopodobne, by udało się znaleźć takie osoby. Procedura przeniesienia załogi musiałaby być opracowana dosłownie od zera. Więc szanse, że pomoc zdąży, byłyby niemal zerowe.

Lot Atlantis

Kolejnym ryzykiem byłoby to, że awaria, która przyczyniła się do utknięcia Columbii na orbicie, powtórzy się podczas startu promu Atlantis. Niestety, nie można było z tym nic zrobić. Prom musiał startować z takim samym zbiornikiem i nic nie mogło zminimalizować ryzyka ponownego oderwania się pianki izolacyjnej. Nie było czasu na żadne działania zaradcze. 

Ostatecznie przewidziano 3 okno startowe misji ratunkowej:

• 9 lutego 2003 23:09 
• 10 lutego 2003 22:40
• 11 lutego 2003 22:05 

Pierwsze zakładało spotkanie z Columbią 10 lutego, a 2 pozostałe 13 lutego. 

Patrząc wstecz, pogoda na Florydzie i w miejscach awaryjnych lądowań byłaby odpowiednia. Gorzej, że nocny start uniemożliwiał dokładne obserwacje ewentualnych odpadnięć pianki izolacyjnej. Rozważano nawet dodatkowy spacer EVA w celu zbadania skrzydeł Atlantis. Zakładając jednak start misji ratunkowej 9 lutego, obie załogi musiałyby już wtedy zacząć oddychać czystym tlenem. Organizm astronauty musi zostać przyzwyczajony do mieszkanki powietrza, jaka jest stosowania w trakcie spacerów kosmicznych, tzn. większy procent tlenu przy mniejszym ciśnieniu, tak by skafander nie krępował ruchów. 

W momencie startu Atlantis załoga Columbii miałaby już rekord najdłuższego lotu wahadłowca. Pobiłaby go 3 lutego. Byłby to też pierwszy raz, gdy 2 promy znajdowałyby się jednocześnie w kosmosie, co wymusiłoby jednoczesną pracę dwóch osobnych zespołów kontroli lotu. Kontrolę nad ISS przejęłaby Rosja. 

Kolejnym trudnym manewrem było spotkanie wahadłowców. Atlantis wznosiłby się w górę wzdłuż linii łączącej Columbię z Ziemią. Uszkodzony wahadłowiec zostałby obrócony ładownią do Ziemi. Atlantis zatrzymałby się w odległości około 6 metrów od Columbii, prostopadle do niej. Dzięki temu promy mogłyby się maksymalnie zbliżyć ładowniami. Przy innych położeniach szybciej by doszło do  zderzenia kokpitów, części rufowych lub kokpitu i części rufowej. Niestety, z powodu różnych orbit, promy ciągle próbowałyby odlecieć od siebie, co wymagałoby ciągłego korygowania lotu i wielkiego wysiłku pilotów Atlantisa.

W tym czasie 2-osobowy zespół EVA zająłby się transferem załogi. Najpierw astronauci Atlantisa przenieśliby do Columbii skafandry dla jej załogantów i świeże filtry z wodorotlenkiem litu. To drugie pozwoliłoby usunąć nadmiar dwutlenku węgla, co dałoby załodze Columbii chwilę oddechu (zarówno w przenośni, jak i dosłownie). Następnie dwóch członków załogi Columbii przeszłoby do Atlantisa. Później członkowie EVA z wahadłowca Atlantis wykonaliby inspekcje skrzydeł swojego promu. Kolejnym krokiem byłoby przeniesienie skafandrów użytych w pierwszym przejściu z powrotem do Columbii i transfer 2 kolejnych osób ze starszego promu do Atlantisa. W czasie trzeciego transferu przenieśliby tylko 1 osobę. I wreszcie w ostatnim czwartym przejściu na pokład promu Atlantis dotarliby dwaj ostatni członkowie załogi.

Taki spacer trwałby łącznie od 8,5 do 9 godzin. I jest to wariant silnie optymistyczny. Zakłada, że nakładanie i zdejmowanie skafandrów przebiegałoby bez problemów, a wiemy, że astronauci mają z tym trudności nawet podczas treningów na Ziemi, gdy pomagają im inne osoby. Nie jest zatem wykluczone, że nie udałoby się wykonać wszystkich 4 transferów podczas jednej EVA. Główny problem polegał na tym, że nie można połączyć trwale wahadłowców. Trzeba lecieć nimi obok siebie. Zatem przed drugim EVA wahadłowce musiałyby się oddalić od siebie, a potem znowu zbliżyć.

Dwa dni po przeniesieniu załogi wahadłowiec Atlantis z 11 osobami na pokładzie wylądowałby na Cape Canaveral, w bazie Edwards lub w bazie White Sands w Nowym Meksyku. Ze względu na duże przeładowanie należało przygotować od razu lotniska zapasowe. Po lądowaniu załoga Columbii prawdopodobnie zostałaby wyniesiona na noszach. Prawie miesiąc bardzo ograniczonej aktywności spowodowałby poważne osłabienie mięśni. 

A co z Columbią?

Powrót Columbii bez załogi nie byłby możliwy. Wahadłowiec po prostu zostałby zdeorbitowany z celowo otwartą ładownią zwróconą w stronę Ziemi i ustawiony tyłem w kierunku lotu, by sprawnie spłonął w atmosferze. Deorbitacja nastąpiłaby w odpowiednim czasie, dzięki czemu szczątki spadłyby daleko od miejsc zamieszkałych. 

Podsumowanie

Dzisiaj z perspektywy 20 lat wydaje się łatwo snuć teoretyczne opowieści o alternatywnej historii. Widać wyraźnie, że taka misja, o ile w ogóle byłaby możliwa, byłaby operacją bardzo trudną. Wręcz szaloną. Tak naprawdę tylko ktoś bez wyobraźni wydałby zezwolenie na taki lot. Zamiast 1 katastrofy byłyby 2. Zamiast 7 ofiar 11. Przy takim pośpiechu całkiem prawdopodobne byłoby, że Atlantis uległby zniszczeniu podczas startu, a załoga Columbii przeżyłaby swoich ratowników. 

Raczej jest to wariant bardziej teoretyczny niż realna wizja. Pewnie przygotowania do tej misji utknęłyby na długo przed startem. Prawie przed każdym lotem są komplikacje i usterki, więc czemu tym razem miałoby być inaczej? Jednak ten niezrealizowany plan posłużył do wymyślenia innej misji. Bazując na nim, powstał plan lotu STS-400, czyli misji ratunkowej do lotu STS-125. To na wypadek, gdyby załoga ostatniej misji serwisowej Hubble’a nie mogła wrócić na Ziemię.

Ale to już inna historia.

Bibliografia

1. Lee-Hutchinson “The audacious rescue plan that might have saved space shuttle Columbia”
2. Tomas Pribyl “Dzień, w którym nie wróciła Columbia”
3. lk.astronautilus.pl