spazio e scienza

Spazio: Space Shuttle Challenger, la storia e le indagini del disastro

Flight controllers here are looking very carefully at the situation. Obviously a major malfunction” (“I controllori di volo qui stanno monitorando molto attentamente la situazione. Ovviamente c’è un grave malfunzionamento”) – questo il messaggio del centro di controllo di lancio prima della tragedia

LA STORIA – Houston, 28 gennaio 1986 – ore 11:38 – lo Space Shuttle Challenger decolla per la sua decima missione (la 25ª missione del programma STS) dal Kennedy Space Center di Cape Canaveral in Florida. A bordo 7 astronauti:

– Comandante (CMD): Dick Scobee – pilotò la missione STS-41-C dello Shuttle Challenger durante la quale venne messo in orbita un satellite e ne venne riparato un altro.
– Pilota (PLT): Michael J. Smith (primo volo) – veterano della guerra del Vietnam, ricevette numerose decorazioni per il combattimento tra cui la Distinguished Flying Cross.
– Specialista di missione 1: Judith Resnik – fu una specialista di missione nella missione inaugurale STS-41-D del Discovery.
– Specialista di missione 2: Ellison Onizuka – ingegnere di volo dell’aeronautica militare, volò nella missione STS-51-C con il Discovery, la prima missione dello Space Shuttle per il Dipartimento della Difesa.
– Specialista di missione 3: Dr. Ronald McNair – fisico dello Hughes Research Laboratories, volò anche nella missione STS-41-B.
– Specialista del carico 1: Greg Jarvis – capitano della Air Force e membro dello staff della Hughes Aircraft.
– Specialista del carico 2: Christa McAuliffe – selezionata per essere la prima insegnante in un programma spaziale, nell’ambito del progetto Teacher in Space.

Shuttle Challenger disaster (24)

73 secondi… Solamente 73 secondi… Gli ultimi della loro vita per i 7 astronauti

Tanto durò il “viaggio” dello Space Shuttle Challenger a causa di un guasto ad una guarnizione nel razzo a propellente solido che provocò il cedimento del serbatoio destro. La capsula che conteneva l’equipaggio, rimase intera e proseguì la sua traiettoria orbitale per schiantarsi sull’oceano 2 minuti e 45 secondi dopo la rottura.

Il mondo intero rimase sgomento di fronte a queste immagini trasmesse in diretta televisiva dalla CNN e oggi la Nasa ricorda questo giorno con il Day of Remembrance. Sicuramente uno dei momenti più bui della storia dell’esplorazione spaziale.

Shuttle Challenger disaster (41)

RITARDI
Il lancio dello Space Shuttle Challenger fu inizialmente stabilito per le 14:43 EST del 22 gennaio. I ritardi nella missione STS-61-C causarono lo spostamento della data del lancio al giorno 23 e successivamente al giorno 24. Il lancio fu programmato successivamente per il giorno 25 a causa delle cattive condizioni meteo nel sito di atterraggio di emergenza transoceanico (Transoceanic Abort Landing, TAL) a Dakar (Senegal). La NASA decise di utilizzare come sito TAL Casablanca, ma non essendo attrezzato per gli atterraggi notturni venne spostato il lancio per la mattina (tempo della Florida) e previsioni di tempo avverso al Kennedy Space Center rimandarono il lancio per le ore 9:37 EST del giorno 27.

Il lancio venne ritardato infine di due ore quando non funzionò un sistema antincendio durante il rifornimento di idrogeno liquido e venne effettuato alle ore 11:38 EST di martedì 28 gennaio 1986.

DECOLLO
Il decollo seguì la normale sequenza di operazioni dello Shuttle: quando mancavano 6,6 secondi dal lancio si accesero i tre motori principali (SSME). Fino a quando non avviene il lancio vero e proprio, questi motori possono essere spenti in sicurezza e il lancio può essere annullato. Al momento del decollo (T=0), i tre motori erano accesi al 100% delle prestazioni e iniziarono ad aumentare fino al 104% sotto il controllo del computer. In quel momento i due razzi a combustibile solido vennero accesi e furono rimossi con cariche esplosive i blocchi che assicurano il veicolo alla rampa.

Una successiva analisi del video del lancio mostrò che nell’istante T+0.678 dal razzo a propellente solido di destra veniva emesso del fumo grigio scuro vicino al punto di aggancio del razzo al serbatoio esterno. L’ultima emissione di fumo avvenne a T+2.733 e questo venne visto fino all’istante T+3.375. Una saldatura tra due sezioni dell’SRB era stata spaccata dalla pressione; l’O-ring primario avrebbe dovuto sigillare il foro, ma il gelo aveva praticamente azzerato le sue proprietà elastiche. Le labbra dello squarcio, piegandosi, avevano bloccato l’O-ring secondario. Gli ossidi d’alluminio prodotti dalla combustione del carburante avevano creato un sigillo provvisorio, fermando l’emissione di fumo.

SEQUENZA DELL’INCIDENTE
Questa sequenza è stata ricostruita dalla telemetria in tempo reale e da analisi fotografiche. I tempi sono in secondi dopo il decollo.

T+0.678: Dati fotografici mostrano consistenti sbuffi di fumo nero scaturiti dalla giunzione di poppa del razzo a propellente solido di destra. Il materiale vaporizzato in fuga dalla giunzione indica la non completa azione sigillante della giunzione.

T+0.836 – T +2.500: Vengono registrati altri otto sbuffi di fumo gradualmente sempre più nero. Il colore nero e la composizione densa degli sbuffi di fumo suggerisce che l’isolamento della giunzione e gli O-Rings in gomma che costituiscono la giunzione venivano gradualmente arsi ed erosi dai gas propellenti.

da T+37.000 a T+64.000: il Challenger è sottoposto alla forza trasversale del vento in una serie di episodi succedentisi. Tali forze agiscono sullo shuttle causando forti fluttuazioni. Tali fluttuazioni vengono contrastate dai sistemi di controllo, guida e navigazione.

T+58.788 Appare la prima fiamma sul razzo a propellente solido di destra, nell’area della giunzione di poppa.

T+59.262 La fiamma aumenta fino a costituire un pennacchio di fuoco ben definito.

T+60.004: La pressione interna del SRB di destra inizia a scendere a causa della falla nella giunzione

T+60.238: La fiamma attraverso la rottura viene a contatto con il serbatoio esterno

T+62.000: Il sistema di controllo del volo inizia a reagire per contrastare le forze causate dalla piuma di fuoco e dai suoi effetti. Il vettore di spinta del razzo di sinistra si sposta per contrastare l’imbardata derivante dalla falla nel razzo di destra e conseguente riduzione nella forza di spinta di quest’ultimo.

T+64.660: il pennacchio della fiamma viene a contatto con la superficie del serbatoio esterno e cambia improvvisamente forma, indicando che è iniziata una fuoriuscita nel serbatoio di idrogeno liquido nella porzione inferiore del serbatoio esterno

T+64.937: L’ugello del motore principale ruota sotto il controllo del computer per compensare lo sbilanciamento di spinta prodotta dal razzo

T+66.764: La pressione del serbatoio esterno di idrogeno liquido inizia a calare, indicando una perdita considerevole.

T+72.284: Il razzo di destra si stacca dal punto di ancoraggio che lo fissa al serbatoio esterno

T+73.124: La cupola di poppa del serbatoio di idrogeno liquido dirompe, producendo una forza propulsiva che spinge il serbatoio di idrogeno contro quello di ossigeno nel serbatoio esterno. Nello stesso istante il razzo di destra ruota sul punto di attacco anteriore e colpisce la struttura di ancoraggio e la parte più bassa del serbatoio di ossigeno liquido.

T+73.137: Le strutture cedono come dimostrato dai vapori bianchi apparsi nella regione tra il serbatoio esterno e l’orbiter.

Con la disintegrazione del serbatoio esterno, il Challenger, che viaggiava a Mach 1.92 a un’altezza di 14.000 metri venne avvolto completamente nel fuoco esplosivo, virò dal suo corretto assetto rispetto al flusso dell’aria e fu immediatamente fatto a pezzi dalle forze aerodinamiche. I due SRB, che possono resistere a carichi aerodinamici maggiori, si separarono dal serbatoio esterno e iniziarono a volare in modo indipendente.

Le conclusioni finali furono:
– la causa della morte degli astronauti del Challenger non può essere determinata con certezza
– le forze alle quali è stato sottoposto l’equipaggio durante la rottura dell’Orbiter furono probabilmente non sufficienti per causare la morte o ferite gravi
– è possibile, ma non certo, che l’equipaggio perse conoscenza nei secondi seguenti la rottura dell’Orbiter a causa della perdita di pressione in volo del modulo dell’equipaggio”.

Il rapporto è disponibile nell’History Office della NASA.



Di seguito la cronistoria del dopo disastro raccontata da focus

LE INDAGINI. Che cosa andò storto? La risposta fu data da una celebre commissione presidenziale di inchiesta ordinata dal Presidente Ronald Reagan per far luce sull’accaduto. Presieduta dal segretario di Stato William P. Rogers, comprendeva tra gli altri anche Neil Armstrong, primo uomo sulla Luna, il fisico Richard Feyman e la prima astronauta donna americana Sally Ride

FREDDO ECCESSIVO. Temperature anomale per il clima mite della Florida (nella mattina del lancio, il termometro scese sotto lo zero) avevano esasperato alcuni errori di progettazione degli O-ring, guarnizioni di gomma circolari progettate per sigillare e assemblare i 4 segmenti dei razzi a propellente solido usati per il lancio.

Fu proprio Richard Feynman a dimostrare in televisione, che posizionando un O-ring nell’acqua ghiacciata si otteneva una perdita di elasticità sufficiente a comprometterne la resilienza 

LA PROVA VIDEO. Le rigide temperature della notte precedente il lancio provocarono un guasto alla guarnizione del segmento inferiore del razzo a propellente solido destro.

Analizzando i filmati, Feynman notò che appena prima della distruzione dello Shuttle, si vede una fuoriuscita di fumo nero attraverso la giunzione di due segmenti del booster a propellente solido, dovuta proprio a un O-ring difettoso.

Dal fumo si sarebbero poi levate fiamme, che avrebbero forato il serbatoio esterno a cui il razzo era attaccato e reagito in maniera esplosiva con l’idrogeno in esso contenuto. Non si trattò dunque di una vera e propria esplosione, quanto piuttosto di un incendio avvenuto a centinaia di metri di quota.

LE RESPONSABILITÀ. Gli ingegneri della Morton-Thiokol, l’azienda dello Utah produttrice dei propulsori, erano a conoscenza del problema legato alle guarnizioni e avevano avvertito la Nasa di non effettuare il lancio, ma alle loro indicazioni non venne dato il giusto peso. Il lancio aveva già subito numerosi ritardi e doveva trasportare in orbita due sonde, la cui finestra di lancio sarebbe durata ancora soltanto 4 mesi.

I ripetuti rinvii imposero pressioni affinché la data del 28 fosse rispettata. Non sembra però ci siano state pressioni politiche affinché la missione non fosse abortita, come più voci negli anni hanno riportato. Questo sarebbe uno dei tanti falsi miti che nel tempo sono stati costruiti attorno alla vicenda. Il blog Il Disinformatico ne cita 7, che riportiamo per punti:

1. IL DISASTRO DEL CHALLENGER NON AVVENNE DAVANTI A UN’INTERA NAZIONE SINTONIZZATA. In pochi videro la tragedia in diretta, se si escludono parenti e amici radunati a Cape Canaveral e chi all’epoca si sintonizzò sulla CNN, l’unica emittente a non aver snobbato il lancio.

2. IL CHALLENGER NON ESPLOSE. Per le dinamiche spiegate in precedenza, non ci furono detonazioni, onde d’urto, boati. La folla presente riuscì solo a sentire il ronzio dei motori fermarsi (alcuni filmati hanno poi aggiunto il rumore di un’esplosione che, di fatto, non avvenne).

3. IL VOLO E LE VITE DEGLI ASTRONAUTI NON TERMINARONO 73 SECONDI DOPO IL LANCIO. Ma dopo 2 lunghissimi minuti e 45 secondi. Tutte le indagini fanno pensare che almeno gran parte dell’equipaggio fosse ancora vivo al momento dell’impatto della cabina con l’oceano. Non è chiaro se gli astronauti fossero ancora coscienti, e se la cabina si fosse depressurizzata.

L’impatto con l’acqua a oltre 200 G distrusse comunque tutto ciò che c’era al suo interno. È invece del tutto da escludere che l’equipaggio possa essere uscito prima dell’impatto, come talvolta speculato: il Challenger non era fornito di seggiolini eiettabili, per mancanza di spazio e perché definito sufficientemente affidabile).

4. IL PROGETTO DEI BOOSTER NON ERA PARTICOLARMENTE PERICOLOSO. A patto di rispettarne i parametri di funzionamento nelle giuste condizioni ambientali.

5. LA SOSTITUZIONE DEL SIGILLANTE CON UNA FORMULA PIÙ “ECOLOGICA” NON INFLUÌ SUL DISASTRO. Una delle voci più diffuse riguarda la presunta sostituzione di un materiale sigillante ben funzionante usato per le guarnizioni con una formula più “eco friendly” con una minore percentuale di amianto, in rispetto di una nuova normativa ambientale. Ma la sostituzione non risulta correlata al disastro e avvenne prima di qualunque bando normativo.

6. NON VI FURONO PRESSIONI POLITICHE PER PROCEDERE AL LANCIO. Si è detto che il lancio dovesse servire come spunto per il discorso sullo Stato dell’Unione di Reagan. Ma fu Feynman stesso a smentire questa voce: se il volo fosse andato secondo i piani, l’equipaggio sarebbe stato sveglio al momento del discorso, e non erano stati stabiliti collegamenti audio.

7. L’INCIDENTE ERA PERFETTAMENTE EVITABILE E NON FU “IL PREZZO NECESSARIO DA PAGARE PER ESSERE PIONIERI”. Se solo i responsabili del lancio avessero rispettato tutte le condizioni necessarie per un decollo in sicurezza, con temperature ambientali più miti e minori venti d’alta quota, probabilmente il ben noto difetto delle guarnizioni non avrebbe causato la tragedia accaduta, e ci sarebbe poi stato più tempo per rivederne il design.


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