''Zenith'' on line

Periodico di Astronomia di base a cura del
Centro Astronomico "Neil Armstrong" - Salerno

Numero 25

L'ultima missione del Columbia segna una pietra miliare nell'astronautica.

di Cristiano Casonati


Il CAIB, Columbia Accident Investigation Board, la commissione che ha condotto l'inchiesta sulle cause dell'incidente occorso alla navetta Columbia durante il rientro il primo febbraio 2003 quando mancavano solo pochi minuti all'atterraggio, ha pubblicato il 26 agosto, dunque dopo appena pochi mesi dall'incidente, i risultati delle indagini.
Il volume è stato immediatamente reso disponibile su internet e questo aspetto è una novità assoluta per la storia dell'Astronautica.

Non è questa la sede per addebitare colpe e per fornire consigli alla NASA, oggi evidentemente in un momento delicato della sua storia, come è del resto riconosciuto dal CAIB stesso. Scopo di questo lavoro è soprattutto cercare di fornire al lettore un breve riassunto dei fatti che si sono succeduti dal momento dell'inizio della missione a quello della raccolta dei frammenti della navetta e dei dati e della loro minuziosa analisi, un lasso di tempo di quasi sette mesi; tento così di ricostruire la vicenda che ha nuovamente, diciassette anni dopo quella del Challenger, unito il mondo in un profondo senso di cordoglio.

Alle ore nove del mattino, ora del Texas, del primo febbraio 2003, lo shuttle Columbia conclude anzitempo, disintegrandosi durante il rientro nell'atmosfera, la sua vita operativa, portandosi via anche quella di sette astronauti. Le immagini della scia luminosa che si frammenta nel cielo fanno il giro del mondo in pochi minuti.
Compiutasi a soli sedici minuti dalla fine della missione, un'altra tragedia ci ricorda che i voli spaziali non sono ancora routine.
Il Columbia era alla sua ventottesima missione e ricordiamo che questa navetta spaziale aveva fatto storia inaugurando l'era dei veicoli spaziali riutilizzabili il 12 aprile 1981, pilotata dai grandi astronauti John Young e Robert Crippen.

Ma cosa è successo sulla navetta più storica della NASA? Proviamo a dare una risposta, cercando di riassumere una impressionante quantità di informazioni che grazie a internet sono state via via accumulate nel corso dei mesi immediatamente seguenti la sciagura.
Subito dopo l'incidente è stata avviata l'inchiesta e il CAIB, una commissione indipendente formata da tredici membri presieduta da Harold W. Gehman, ammiraglio della Marina USA (ritirato), ha nel corso dei mesi rilasciato una lunghissima serie di aggiornamenti sulle indagini in corso. Nulla è stato tenuto nascosto, anche se la complessità dell'indagine, evidentemente, è qualcosa di incredibile, dato che si lavorava sui dati della telemetria, sui frammenti che sono stati pazientemente e testardamente raccolti da un esercito di funzionari e in qualche caso anche da volontari, su centinaia di interviste estremamente riservate a personale NASA, su una enorme quantità di documenti cartacei ed elettronici (messaggi di posta elettronica scambiati a qualsiasi livello entro la NASA).

Il grosso frammento fotografato è una parte del portellone di accesso alla cabina dell'equipaggio, sul mid-deck. (CAIB - NASA)

Circa il quaranta per cento in peso della navetta è stato rinvenuto in numerosissimi frammenti, ognuno dei quali fotografato, numerato, catalogato per posizione e luogo di ritrovamento: un colossale data-base informatico costituisce il fondamento dell'inchiesta.
Il documento ufficiale rilasciato dal CAIB rappresenta una sorta di pietra miliare nell'astronautica, perché contiene una serie di considerazioni che cercano di dare una risposta a quello che doveva essere un incidente quasi impossibile. E le implicazioni di carattere tecnico, umano ed economico saranno vastissime e segneranno significativamente il futuro della NASA e dell'astronautica mondiale.
Nulla sarà più come prima ma, soprattutto, come risulta chiaro fin dalle prime pagine del report, una nuova coscienza dovrà crescere nella nazione americana. Il report del CAIB non è un atto di accusa bensì un'opportunità per fare rinascere un nuovo programma spaziale che metta al centro dell'attenzione l'uomo e il suo futuro nello spazio. Inutile dire che questo modo di intendere il prezioso documento ci trova assolutamente d'accordo.
Il volume è dedicato, oltre che ai sette astronauti scomparsi, anche a due tecnici morti nelle operazioni di recupero in un incidente con un elicottero, perdite meno illustri ma non meno gravi della stessa tragedia.


Un rientro fuori dal normale.

La navetta Columbia è decollata per la sua ventottesima missione giovedì 16 gennaio 2003 alle ore 9,39 (ora di Houston). I media italiani hanno trattato in maniera piuttosto superficiale l'evento, dato che si trattava, in fondo, dell'ennesimo lancio. Era inoltre una missione scientifica, che non prevedeva nemmeno l'attracco alla stazione spaziale internazionale, e per questo motivo non risultava molto interessante.
Ma interessante lo diventava, in Italia (e certamente in tutto il mondo), nel primo pomeriggio del primo febbraio, dopo che un'agenzia riportava un "urlo" statunitense che informava che la navetta era stata "persa" sui cieli del Texas durante le fasi finali del rientro. Da quel momento tutto il mondo è stato invaso da un'incredibile serie di messaggi informativi e in pochi minuti è stato chiaro che il Columbia si era disintegrato in volo durante il rientro nell'atmosfera.

Ho continuato incessantemente, nel corso di questi mesi, a leggere report e articoli dei media USA, a raccogliere tutte le immagini che ho potuto, e anche a raffrontare le informazioni che trovavo su diversi siti.
Con la speranza di illustrare a tutti gli appassionati di astronautica come me le cause di questa tragedia, vi rapporto un pochino dell'ultima missione del Columbia partendo proprio dalla fine, da quel momento a soli sedici minuti dal previsto atterraggio sulla pista del Kennedy Space Center, in Florida, a pochi chilometri da cui era partito due settimane prima.

Fin dall'inizio del rientro, già sui cieli della California, il Columbia ha cominciato a perdere frammenti di materiale di cui non si può stabilire esattamente l'identità ma probabilmente porzioni delle piastrelle antitermiche, esistono segnalazioni radar che lo provano. Si notano puntini luminosi che si separano dalla navetta non appena inizia il contatto con l'atmosfera.
I frammenti del Columbia producono numerose scie luminose.
Queste immagini fanno il giro del mondo in pochi minuti. (CNN web)

L'ala sinistra della navetta perde frammenti del rivestimento termico, che si separano e rimangono indietro, li si vede evidentissimi dalle immagini riprese da alcuni videoamatori, molti minuti prima della frammentazione definitiva sopra il Texas. Così succede che i gas caldissimi della fase del rientro in atmosfera penetrano nelle strutture interne dell'ala, in alluminio. Questione di tempo, solo pochi minuti, e l'ala cede di schianto, staccandosi dall'orbiter. E' la fine per il Columbia e per i suoi occupanti, la navetta si disintegra. Oltre quaranta tonnellate di detriti arrivano a terra, sparsi tra la California e il Texas.

Cominciamo dalla sala del Centro di Controllo Missioni, a Houston, nel Texas. Come sempre, si segue il volo della navetta al rientro, è una fase certamente critica, ma i centododici voli precedenti (con l'unica eccezione di quello del Challenger il 28 gennaio 1986) non hanno mai dato preoccupazioni, quindi tutti sono apparentemente fiduciosi e ci si aspetta di assistere a un altro perfetto atterraggio.
Purtroppo stavolta le cose prendono una brutta piega fin dal momento dell'inizio del rientro. I controllori seguono il volo e ricevono i dati della telemetria, e molte cose NON vanno come da manuale, arrivano dati che segnalano inusitati aumenti di temperatura di alcuni punti di misura posti sull'ala sinistra. E, pochi istanti dopo, si notano sparire segnali di alcuni sensori nella zona del carrello di atterraggio sinistro; ma non tutti insieme, bensì uno alla volta, ogni quattro o cinque secondi, come se i fili venissero "tagliati" uno dopo l'altro, lentamente. Cioè, come se il calore penetrasse lentamente all'interno delle strutture. E, poco dopo, perdita dei sensori del freno, della pressione della ruota esterna di sinistra. E, ancora, improvvisamente, la cessazione del canale telemetrico dell'intera ala sinistra.
Immaginiamo i brividi dei controllori di volo di turno alle consoles, come dovevano sentirsi in quel momento, con una situazione assolutamente senza precedenti, con i dati che a mano a mano sparivano dagli schermi.

A questo punto, ormai, la navetta è sui cieli del Texas, a soli sedici minuti dal touch-down sulla pista del KSC, dopo che molti "frames" di telemetria sono arrivati incompleti e c'è anche qualche piccolo momento di blackout dei segnali in voce. Queste piccole interruzioni dei segnali sono oggigiorno i resti del black-out provocato dalle elevate temperature del rientro dallo spazio. Prima dell'avvento della navetta spaziale esso impediva per interi minuti le comunicazioni con gli astronauti, ed era una cosa estremamente angosciosa. Oggigiorno, grazie a una rete di satelliti ripetitori appositamente progettati e costruiti (TDRS, Tracking Data Relay Satellites), il volo della navetta è virtualmente seguita a terra per tutta la sua durata, anche se durante il rientro può ancora verificarsi, di tanto in tanto, una breve interruzione. Poco male, basta chiedere agli astronauti di riportare nuovamente dati ed impressioni. Ed è esattamente quello che i controllori decidono. Da terra si chiede al comandante di ripetere l'ultima comunicazione, dato che quella precedente, appena pochi secondi prima, era giunta disturbata e non si era "copiato" bene (dal gergo radioamatoriale, "to copy", per significare che si è ricevuto ed inteso il messaggio).

Il comandante risponde, non subito, con il tono tipico dell'astronauta, calmo e tranquillissimo: "Roger, bah…", ma il collegamento radio si interrompe e non arriva altro. Il segnale sparisce di botto, per riapparire dopo cinque secondi per un istante e poi ancora dopo dodici secondi. Intanto arrivano solo alcuni frammenti di telemetria e, dopo trentadue secondi di evanescenti segnali radio, più nulla. Dalla stazione di telemetria del Texas si annuncia che oltre un minuto dopo il previsto momento dell'acquisizione del segnale non è ancora arrivata la portante a radiofrequenza della navetta. In parole povere, significa che il Columbia ha smesso di trasmettere, per qualche motivo "ignoto", diciamo così.

Mai successo nulla di simile in ventidue anni. Parrebbe un momento da togliere il fiato ai controllori e soprattutto al direttore di volo, se ancora dovessero sussistere dei dubbi su COSA stia succedendo. Ma costoro sono gente addestrata e se anche hanno lo stomaco in subbuglio NON lo danno a vedere e soprattutto a sentire, e continuano con le normali operazioni di controllo. Quindi il loro comportamento è improntato alla massima tranquillità, al massimo sangue freddo, alla standardizzazione del linguaggio tecnico e al rispetto delle norme e dei manuali. Si ricontrollano tutti gli ultimi passi, si richiedono conferme dei segnali, si ripete a voce alta una lunga serie di comandi. Tutti i controllori rispondono diligentemente.

Si preme il tasto del microfono e si chiama il Columbia, per favore, rispondete (più precisamente: "controllo comunicazioni"). Una volta, due volte, tantissime volte.

Poi, dopo una manciata di minuti inutili, il direttore di volo dà il comando che si è ascoltato l'ultima volta solo per il Challenger: "chiudete le porte". Questo è il comando che nessun controllore vorrebbe sentire, è il segnale definitivo. Qualcuno si copre il volto con le mani. Ognuno, nella mitica sala di controllo missione di Houston, ha compreso, con qualche minuto di anticipo su tutto il mondo. E' ufficiale, il Columbia e i sette astronauti sono morti al rientro dallo spazio, dopo una missione praticamente perfetta. I cronisti annoiati che fino a quindici minuti prima sonnecchiavano, in attesa di riportare dell'atterraggio della navetta, sono ora attivissimi e frenetici e armeggiano con telefonini, tastiere, registratorini. La notizia esce dalla sala del centro di controllo di Houston e invade il pianeta.

Ma torniamo indietro di pochi minuti, ci troviamo sul Columbia. Il felice rientro sta rapidamente trasformandosi in uno dei casi più incredibili delle più tremende simulazioni fatte a terra. Ma questa volta NON è una simulazione.

Mentre sta parlando dopo essere stato interpellato dal centro di controllo, oppure appena pochi istanti prima, il comandante si è reso conto che la navetta non è bene allineata nella direzione di avanzamento, il muso non punta in avanti, bensì ha una leggera tendenza verso sinistra, ciò che si definisce "imbardata". Ha appena pronunciato la parola "Roger" e sta dicendo qualcos'altro che comincia per "bah", ma esattamente in quell'istante la navetta intera ha improvvisamente ruotato a sinistra e per questo motivo l'antenna della radio trasmittente non punta più il satellite TDRS che funge da ripetitore verso terra. Quindi a terra è cessato il segnale.

Il comandante si è accorto, pochi istanti prima, che il sistema di guida della navetta ha cominciato a dare pesanti comandi agli RCS (razzi di manovra, disseminati su tutto il veicolo, servono per stabilizzare il veicolo al di fuori dell'atmosfera) del muso e della coda, addirittura accendendo motori che a quel punto avrebbero dovuto essere disattivati. Il comandante sente che la navetta sembra scivolare sul ghiaccio e probabilmente afferra la cloche. Lui e il pilota toccando la cloche disattivano il sistema automatico di guida, fatto assolutamente inconsueto ma non imprevisto dai manuali. I due sono coscienti del fatto che la navetta ha perso l'assetto corretto e, come da addestramento, faranno le manovre atte a riportarcelo. Ma la navetta è ormai a questo punto già incontrollabile, tanto che ruota su se stessa a più di venti gradi al secondo, che è il massimo che i giroscopi possono leggere e trasmettere.

Quindi, non appena la navetta si trova riallineata con il satellite, un frammento di segnale radio può giungere a terra, per cessare quasi subito. La cosa si ripete al giro successivo, poi basta.

Vite piatta, nel gergo aeronautico. La navetta, che sta ruotando su se stessa, non è più orientata nel senso di marcia, ed abbandona anche il giusto assetto di affondata, perdendo l'inclinazione di trentacinque-quaranta gradi col muso in su. L'assetto di rientro, criticissimo per l'integrità del veicolo, è perduto. Insomma, le forze G salgono violentemente.
E' l'inizio della fine, possiamo solo immaginarla al rallentatore. La navetta, sottoposta a violentissime forze dovute alla velocità con cui sta penetrando l'atmosfera, comincia a disintegrarsi, perde dapprima l'ala sinistra, poi quella di destra e poi il timone di coda. Sono i grossi pezzi che si notano staccarsi dalla scia del puntino luminoso da terra nei filmati.

Lo stemma della missione della STS 107: l'esemplare in stoffa presente a bordo del Columbia è stato ritrovato intatto a terra. (CNN - NASA)

La fusoliera però è ancora intera, pur sottoposta a violentissime rotazioni in tutti gli assi. Solo pochi istanti ancora. Improvvisamente, qualche parte della stiva o in prossimità dei motori cede e una fiammata lascia intuire che i propellenti ipergolici dei vari motori della navetta sono entrati in contatto. Altri pezzi che se ne vanno. Ma la cabina è ancora intera e gli astronauti sono forse ancora vivi, magari disorientati per le veloci rotazioni e sicuramente in via di perdere conoscenza a causa delle alte accelerazioni. Insomma, è la fine.

Da questo momento in poi non è possibile ricostruire alcunché. Si presume che la disintegrazione proceda per strati, soprattutto perché la pelle della navetta è comunque costituita dalle piastrelle. Quindi molte parti attraversano l'atmosfera e arrivano a terra praticamente intatte. Altre, invece, una volta separate dallo scudo termico oppure perché ne sono prive, vengono letteralmente "mangiate" dalle elevatissime temperature del rientro.

La cabina è costituita da due gusci di alluminio sovrapposte e isolate da schiuma isolante. Insomma, per arrivare a bruciare all'interno, dove si trovano gli astronauti, ce ne vuole veramente tanto del tempo, e intanto la velocità viene assorbita.
Potrebbe anche capitare che molte cose all'interno della cabina arrivino a terra intere, come in effetti avviene. Un esempio? Due: lo stemma della missione, in stoffa, trovato in mezzo all'erba, intatto - esempio di oggetto che può arrivare a terra nonostante un rientro nell'atmosfera, perché di piccola massa e di estesa superficie -, e la videocassetta con il filmato della vita a bordo girato proprio durante il rientro.

Quindi a terra arrivano anche i corpi degli astronauti, e non deve essere stato un bello spettacolo per i "soccorritori".
La mattina del primo febbraio 2003 è diventata improvvisamente uno dei giorni più neri dell'astronautica mondiale.


Le cause dell'incidente.

La navetta Columbia parte per la sua ventottesima ed ultima missione il 16 gennaio 2003. Apparentemente è il solito decollo, identico ai centododici precedenti, e la consueta ansietà per i due booster a propellente solido è ben mitigata dalla fiducia nei correttivi che dal giorno del Challenger sono stati apportati.
Ma un fatterello accade, durante l'ascesa, in maniera del tutto silenziosa e inavvertibile, se non fosse che ogni lancio dello shuttle viene seguito con qualcosa come un centinaio di macchine fotografiche e telecamere, da tutte le angolazioni e addirittura su velivoli: a ottantuno secondi dal decollo, alla quota di circa sedici chilometri e ad una velocità ormai due volte supersonica (già superato il momento di max Q, la zona critica della massima sollecitazione dinamica), un grosso frammento di isolante termico si stacca dalla superficie esterna dell'ET (External Tank, il serbatoio dei propellenti liquidi dei tre motori principali dell'orbiter), apparentemente dalla zona sotto il naso della navetta, cioè dal punto di attacco denominata bipod, quell'elemento triangolare costituito da due bracci. Il bipod è sede di notevoli sollecitazioni meccaniche durante il volo di ascesa, ed altre volte in corrispondenza di esso, negli ultimi due anni, si erano verificati distacchi di materiale isolante, anche se in misura molto minore.

Il grosso frammento di isolante percorre così il tragitto sotto la pancia della navetta, impattando l'ala sinistra in prossimità del bordo d'attacco; a seguito dell'impatto il blocco di isolante si polverizza e passa sotto l'ala sinistra, disperdendosi in minutissimi frammenti.

Dell'accaduto ci si rende conto, a terra, dopo poche ore. La navetta Columbia ha raggiunto tranquillamente la sua orbita programmata, come sempre è accaduto in tutti i voli precedenti. Solo analizzando, come di consueto, le immagini del decollo e dell'ascesa di tutte le telecamere e cineprese che sempre riprendono da ogni angolazione il veicolo, si nota il piccolo incidente.
Che tanto piccolo non appare, tanto è vero che comincia un concitato scambio di messaggi tra ingegneri e tecnici all'interno della NASA. Si comincia a considerare l'impatto e a immaginare quali problemi possa avere causato alle strutture della navetta. Il tono degli scambi è piuttosto tecnico e di livello teorico, sembrerebbe un buon esercizio mentale per gli ingegneri che, come è ovvio, si mettono a calcolare forze, velocità, energie, cercando di immaginare i danni potenzialmente causabili alle strutture dell'ala della navetta. Si arriva a ipotizzare anche un danneggiamento critico per il rientro in atmosfera.
Ma questi scambi di informazioni, pur estesi, non arrivano ai piani alti della NASA e, per così dire, se non muoiono spontaneamente dopo alcuni giorni, vengono "spenti" con considerazioni di leggerezza fondate sul fatto che simili fatterelli sono già occorsi in passato e non è mai successo nulla di grave. Il fatto viene giudicato "inconsueto" ma non pericoloso.

Questo in estrema sintesi. Cerchiamo però di andare un po' più a fondo.

Perché il grosso frammento di isolante si è staccato dal serbatoio esterno della navetta? E' un fatto normale, è un incidente previsto oppure del tutto inaspettato? Quante volte è già successo in passato? E quali danni sono stati riscontrati sulle navette a seguito di simili fatti? Esistono registrazioni, statistiche e report di simili piccoli incidenti? La navetta può essere rimasta seriamente danneggiata? Gli astronauti sono in pericolo? L'integrità delle strutture della navetta potrebbe essere compromessa, e causare perdita di pressione della cabina abitata dagli astronauti? Potrebbe capitare un problema al momento del rientro, notoriamente la fase più difficile della missione?

Tutte queste domande sono sorte, da parte di moltissima gente informata del fatto, subito dopo il lancio. Alla NASA praticamente TUTTI hanno avuto notizia dell'accaduto, e ingegneri, tecnici e controllori hanno avuto ampie possibilità di documentarsi. Perfino la Boeing che unitamente alla North American Aviation forma il consorzio incaricato della gestione e della manutenzione della flotta di navette USA, ha studiato il problema e fornito alcune conclusioni preliminari che, evidentemente, non rivestivano i caratteri dell'urgenza e della pericolosità.
Solo dopo la tragedia questi problemi sono stati ripresi ed esaminati molto più a fondo. Sono subito state fatte alcune ipotesi. E queste notizie sono state rese pubbliche, questo è il fatto veramente nuovo, che rende la gestione dell'incidente del Columbia profondamente diversa da quello del Challenger.

Uno spaccato dell'ET. (NASA)

L'ET è costruito in lega di alluminio, di fatto è un elemento pesante a vuoto trentacinque tonnellate, costituito dalla sovrapposizione di due enormi serbatoi per l'idrogeno liquido (serbatoio inferiore, più grande) e per l'ossigeno liquido (quello superiore). I due serbatoi sono separati da una sezione, detta "intertank" che contiene i sistemi elettronici, elettrici, di condizionamento ambientale per il controllo delle temperature, e altro.
I propellenti liquidi richiedono, prima e durante il lancio, temperature estremamente basse, in special modo l'idrogeno, che deve essere conservato a meno 253 gradi centigradi (per l'ossigeno liquido "bastano" appena meno 178 gradi C); per questo motivo i serbatoi devono garantire un eccellente isolamento termico dall'ambiente circostante. Inoltre il serbatoio è soggetto, nelle fasi intermedie del volo di ascesa, a notevolissime sollecitazioni termiche dovute all'attrito con le porzioni più esterne dell'atmosfera, affrontate ad altissima velocità.
Se tutto ciò non fosse abbastanza, l'ET è anche l'elemento del veicolo destinato a supportare gli sforzi propulsivi prodotti dai due enormi booster a propellente solido per i primi due minuti del volo, e dai motori dell'orbiter.

Il materiale di rivestimento dell'ET è una specie di schiuma isolante dello spessore tra i tre ed i cinque centimetri, spruzzato durante le fasi finali della fabbricazione.
Ma l'enorme serbatoio non è un elemento rigido, è piuttosto un complicato sistema che deve rispondere a tutta una serie di sollecitazioni statiche e dinamiche per tutto il tempo in cui si trova a terra completamente rifornito e poi per tutti gli otto minuti e mezzo del volo in fase propulsiva, fino al momento del suo distacco dall'orbiter, quando in prossimità delle condizioni orbitali previste, esso cessa la sua funzione. Movimenti torsionali, violenti scuotimenti dei propellenti, deformazioni strutturali dovute alle sollecitazioni propulsive, alle sollecitazioni termiche e meccaniche prodotte dal volo in atmosfera lo rendono un oggetto sottoposto a variazioni della forma e della sua geometria, in tutti gli assi.
In particolare sono quattro le zone soggette a sforzi meccanici notevoli durante l'ascesa: i due punti di attacco dei booster a propellente solido, il punto di attacco superiore dell'orbiter, il famoso bipod, e, infine, le strutture inferiori di attacco della navetta, con gli ammortizzatori, i tamponi isolanti e le valvole per l'alimentazione dei motori a idrogeno ed ossigeno. In queste zone si producono notevolissimi sforzi e conseguentemente deformazioni strutturali, che si trasmettono, ovviamente, dalle strutture in alluminio, anche allo strato di materiale isolante.

Il materiale isolante è stato lievemente cambiato nella sua composizione già nel 1997. Un gas molto più "ecologico" del freon fino allora utilizzato è stato sostituito nella composizione della schiuma. Il risultato è che la schiuma di rivestimento che viene spruzzata sulle pareti di alluminio del serbatoio esterno durante la finitura della fabbricazione, una volta solidificata, presenta microbolle di gas (normalmente presenti in tutte le schiume isolanti, questa è una specie di poliuretano espanso) leggermente più grandi di quelle che costituivano la schiuma utilizzata negli anni precedenti.
La schiuma, una volta solidificata, risulta fissata alle strutture in alluminio dell'ET. Un ulteriore sottile rivestimento di colore arancione completa la protezione termica, in alcune zone anche del tipo ablativo, destinato a smaltire il calore prodotto dall'attrito durante le fasi intermedie dell'ascesa. Il tutto con i propositi di evitare, ad un tempo, l'assorbimento di calore dall'ambiente esterno e la formazione di ghiaccio sulle pareti dell'ET durante il tempo di permanenza sulla rampa di lancio. E, anche, altrettanto ovviamente, di impedire, per quanto possibile, l'assorbimento di acqua e umidità dall'ambiente circostante.
La navetta Columbia è rimasta tuttavia per trentanove giorni sulla rampa di lancio, sottoposta a temporali, alle variazioni di temperatura della Florida e al suo clima umido. E' molto probabile che al momento del decollo acqua e umidità abbiano fatto parte in misura anche notevole dello strato di isolante dell'ET, penetrandolo lentissimamente durante il lungo tempo di attesa sulla rampa.
Durante l'ascesa l'ET si trova a viaggiare in zone dell'atmosfera via via sempre meno dense, con il continuo aumento della quota, evidentemente. La diminuzione della pressione causa l'espansione delle microbolle di gas della schiuma dell'isolante, che così aumenta di volume e perde di consistenza e potrebbe addirittura staccarsi a strati interi dal substrato sottostante. Questo fenomeno è particolarmente suscettibile di verificarsi nelle zone soggette a sforzi strutturali intensi, come è il caso della zona del bipod di supporto del naso della navetta. Ed è successo molte altre volte in passato.

In altri otto o dieci lanci delle navette, negli ultimi due anni, si erano riscontrati fatti di distacco di porzioni di isolante termico dell'ET, sebbene mai in misura così massiva come durante questo decollo del Columbia. E su moltissime piastrelle isolanti degli orbiter si erano registrati microdanneggiamenti con asportazione di parte del rivestimento isolante, alcune volte richiedenti addirittura la sostituzione di intere piastrelle.
L'Atlantis dopo un rientro, montato sull'aeroplano-taxi per il viaggio di trasferimento verso la fabbrica per la manutenzione. Notare i segni di molti impatti visibili sulle piastrelle di carbonio; nella foto si nota anche il bipod, il dispositivo di attacco della parte anteriore dell'orbiter, del tutto simile a quello che lo aggancia all'ET. (CAIB - NASA)

Ma le navette sono sempre rientrate senza problemi, in molti casi si procedeva alla riparazione di piastrelle leggermente danneggiate riempiendo i piccoli buchi con materiale refrattario compatibile con la composizione delle diverse piastrelle, a seconda della zona in cui si riscontrasse il danno (le piastrelle di cui è rivestita la navetta hanno diverse caratteristiche per le diverse zone sottoposte a riscaldamento durante il rientro).

Quindi la casistica dei fatti di distacco di isolante termico dall'ET era già lunga e conosciuta. Solo che si trattava di fatti di lieve o media entità, e mai veramente sottoposti ad analisi e a sperimentazione per lo sviluppo del veicolo e per lo studio del comportamento delle strutture dell'orbiter, soprattutto per mancanza di fondi da destinare a un simile proposito, come sarebbe stato logico e utile.
Ciò significa che lo studio del fenomeno non era mai stato approfondito allo scopo di studiarne le conseguenze e gli eventuali correttivi.
C'è da dire che i continui tagli ai bilanci per la gestione delle navette, attuati allo scopo di aumentare le risorse al programma della costruenda stazione orbitale, causavano continue perdite di efficienza e di meticolosità nei controlli pre e post-volo delle navette. In alcuni casi si segnalarono, da parte dei tecnici preposti alla manutenzione, casi di rapporti di mancanza di attrezzatura tecnica adeguata per l'espletamento dei controlli (addirittura casi di mancanza di lenti di ingrandimento!).

Durante la missione del Columbia, naturalmente, di tutto ciò non si parlava estesamente, perché come al solito durante una missione sono moltissimi i sistemi che attraggono l'attenzione di tecnici e controllori, e tutti richiedenti concentrazione ed attenzione. Quindi il problema segnalato al decollo era semplicemente uno dei tanti che normalmente accadono in una qualunque missione.
Durante la missione il piccolo incidente fu più volte rapportato all'equipaggio, ed il comandante fu sempre dell'avviso che il problema riscontrato non fosse grave, esattamente come pareva essere il pensiero di tutti i controllori a terra. Questo fatto è spiegabile soprattutto nella buona fede di tutti i tecnici e di tutti i controllori, che effettivamente credevano ciò in virtù soprattutto di due fatti ben precisi: la mancanza di statistiche e studi in proposito e delle dichiarazioni della Boeing, che in un documento emesso pochi giorni dopo il decollo dichiarava di non ritenere serio il pericolo di danneggiamento dell'ala sinistra, a seguito dell'analisi delle immagini raccolte.

Insomma, si tratta essenzialmente di un problema sottostimato. Certo, qualcuno ne ha la responsabilità, ma non è per nulla facile definire ed identificare questo "qualcuno", né sarebbe giusto.
L'analisi dell'incidente deve servire soprattutto per ricostruire e non per punire, solo in questo modo si renderà giustizia ai sette astronauti.


Lo scudo termico.

Vediamo come è composta la protezione termica delle ali dello shuttle. In particolare, quella del bordo d'attacco, che è la zona sottoposta alle più gravi sollecitazioni strutturali durante il rientro ed è quella all'origine dell'incidente. Durante la fase finale della missione la navetta deve rallentare dalla velocità orbitale di ventottomila chilometri all'ora a quella di circa Mach 1, quando il comandante ed il pilota assumono il totale controllo del veicolo e lo portano manualmente all'atterraggio sulla pista del KSC in Florida, a pochi chilometri di distanza dalla rampa di lancio da cui sono decollati.

Il Columbia sulla rampa di lancio: notare le piastrelle nere anche sulla parte superiore anteriore delle ali, caratteristica esclusiva del Columbia. (NASA)

La fase di rientro è in pratica un complicato calcolo di energia posseduta dal veicolo, che deve tener conto del bilancio termico che il veicolo dovrà affrontare per ridurre la sua velocità, della sua quota e farlo arrivare esattamente dove si vuole farlo atterrare. Quindi la traiettoria è studiata in modo tale che il riscaldamento del veicolo sia il minore possibile, affrontando solo con la parte inferiore della navetta, ricoperta dalle piastrelle più resistenti, l'onda d'urto del rientro. Questa zona può sopportare temperature che arrivano a milleseicento gradi. Solo alcune altre parti, vale a dire il naso, il bordo d'attacco del timone e delle ali, devono sopportare simili temperature, e per questo motivo sono ricoperte da piastrelle in carbonio, le famose RCC (Reinforced Carbon Carbon). Queste piastrelle, nere esternamente, sono costituite da fibre di carbonio immerse in resine epossidiche, con ulteriori composti a base di carbonio come rinforzanti. Le piastrelle così costituite sono leggerissime e molto delicate. Il Columbia aveva la caratteristica, visibile e riconoscibile, di portare queste piastrelle anche sulla parte anteriore superiore delle ali.

Essendo costituite in pratica da puro carbonio, evidentemente, le piastrelle, pure essendo un ottimo sistema di isolamento termico, non sono esattamente indicate per sopravvivere a lungo: il calore generato dal rientro e l'aggressività dell'ossigeno alle alte temperature causano un consumo delle piastrelle, che in pratica vaporizzano a strati, bruciando e generando volgare ossido di carbonio. In pratica, le piastrelle di questo tipo, pur ottimamente isolanti, si comportano anche in maniera simile agli scudi termici ablativi di vecchia concezione.

Ma ciò è facilmente evitabile. Queste piastrelle vengono ricoperte, solo nella zona del bordo d'attacco, di uno strato di materiale refrattario a base di silicio, di colore grigio, dello spessore tra i cinque e i dieci millimetri. Inoltre, due strati di un composto trasparente, un legante e un agente sigillante, formano la copertura esterna, di aspetto vetroso. Così il bordo d'attacco è perfettamente protetto. Ma comunque delicatissimo. La pressione di un dito è sufficiente a produrre un danno visibile.

L'impatto del frammento di isolante al decollo ha quasi sicuramente causato l'asportazione di parte del materiale superficiale dei pannelli del bordo d'attacco, in pratica una sorta di cratere, come era già stato osservato in parecchi voli precedenti, sebbene in misura molto più piccola. Durante il rientro i gas caldi causati dall'attrito sono lentamente penetrati attraverso il cratere, bruciando quello che rimaneva delle piastrelle sottostanti, e arrivando, dapprima, a surriscaldare e poi a fondere i cavi elettrici dei sensori che mano a mano sparivano dagli schermi dei controllori a terra. E, continuando l'opera distruttiva, arrivando a intaccare le strutture in alluminio dell'ala (l'alluminio brucia a soli settecento gradi). Che a un brutto momento ha ceduto, rompendosi e staccandosi dall'orbiter. Questo è, in estrema sintesi, il momento finale della missione.
La sequenza dell'impatto del frammento di isolante. (CNN)

Sappiamo, per averlo letto approfonditamente, che molti ingegneri in seno alla NASA si scambiavano email su previsioni del comportamento della navetta in caso di danneggiamenti dello scudo termico in seguito a urti in fase di decollo con oggetti dalla densità comparabile a quella dell'isolante dell'ET. E sappiamo che molti, tecnici ed ingegneri, hanno espresso dubbi e preoccupazioni.
L'amministratore della NASA Sean O'Keefe ha dichiarato, nei giorni immediatamente successivi a quello dell'incidente, che di quelle comunicazioni non ha saputo mai nulla, perché se fosse successo avrebbe immediatamente avviato le procedure per un prolungamento della missione in economia per studiare la faccenda (e per operare, magari, una sorta di "salvataggio). Il proseguimento del suo discorso è che il contenuto di quelle famose e-mail tra ingegneri non era altro che un normale scambio di battute ingegneristiche tra scienziati e tecnici che sviluppavano il normale lavoro del progettista, chiedendosi a ogni piè sospinto cosa potrebbe succedere in caso di ogni microscopica anomalia. Insomma, il normale lavoro dell'ingegnere.

In parte ciò è vero, perché in NASA esiste una profonda e radicata gerarchia, anzi, a ben vedere, ne esistono diverse, tra i vari reparti destinati a diversi settori di attività. Queste gerarchie rappresentano compartimenti stagni, per così dire, che non è veramente possibile attraversare, per una sorta di regolamento non scritto. Una specie di piramide in cui non ci si può permettere di scalare un gradino. I piani alti, quelli della dirigenza in particolar modo, NON comunicavano tra di loro, in primo luogo per la preoccupazione di NON interrompere le missioni in corso e quelle in preparazione, dato che i contratti con le grandi industrie per i voli del programma della stazione internazionale, siglati da tempo, devono proseguire, bene o male. L'importante è soprattutto garantire una certa regolarità dei voli, cosa che gradualmente si è ottenuta, anche in tempi di continui tagli del bilancio, a scapito della manutenzione dei veicoli.

Quindi i dubbi dei tecnici allarmati non hanno potuto essere portati con la necessaria forza, quella dell'esperienza e della casistica ben catalogata, ai responsabili del programma spaziale. Che in effetti trovavano sempre facile sostenere come non necessari studi sui problemi delle navette quando rientravano sempre felicemente, anche se con alcuni parametri molto al di fuori di quelli scritti negli antichi manuali. Insomma, ci si affidava, piuttosto che alle prescrizioni del costruttore, al fatto che le missioni venivano portate a compimento nonostante tutto.
Questo non è certo un bell'esempio di professionalità all'americana. I dirigenti si disinteressavano spesso dei problemi segnalati, oppure non ricevevano nemmeno i rapporti allarmati, perché tanto nei piani immediatamente inferiori si reputavano come privi di consistenza e di dati oggettivi. Certo, perché non c'erano i fondi per analizzare le anomalie, per testare i veicoli, per sviluppare correttivi e tecnologie migliorative. In pratica, lo sviluppo del veicolo, una cosa assolutamente necessaria ed importante, era reso difficoltoso e spesso impossibile solamente per il clima di insofferenza e disinteresse del management.

Un aspetto che il CAIB ha evidenziato è quello della mancanza, all'interno della NASA, di una figura di riferimento, di una figura guida, una persona di piena responsabilità.
Questo compito non può certamente essere sostenuto dall'amministratore, persone come Dan Golden prima e ora Sean O'Keefe non possedevano e non possiedono queste prerogative che invece erano, per fare un esempio con i tempi dell'Apollo, di James Webb. Cioè persone che avessero il polso dell'intero ente, ai più bassi livelli, in contatto con tecnici, maestranze, astronauti. Che vivessero con loro, insieme a loro. Certo, erano i tempi dell'entusiasmo puro, della corsa alla luna e dell'orgoglio nazionale, mentre oggi viviamo nell'era della estrema professionalità specializzata, della estrema regolamentazione e della burocrazia dilagante.
Non c'è più lo spazio per la creatività, quella che, per fare un esempio eclatante, permise, con l'Apollo 13, di salvare un equipaggio su una navicella danneggiata da un'esplosione (e non dall'impatto di un pezzo di isolante), inventando al momento procedure non scritte sui manuali, inventando macchine da costruire con i materiali che si sapeva esistere sul modulo di comando per risolvere il problema dell'addensamento dell'anidride carbonica, per ricalcolare la traiettoria, per provare nei simulatori le manovre da spiegare subito dopo agli astronauti. Puro lavoro di cervello e responsabilità fuori dal comune.

Il Columbia si era trovato in una situazione estremamente simile, e c'era il tempo per studiare attentamente il problema, nella relativamente tranquilla orbita terrestre, con il veicolo perfettamente sicuro e manovrabile e dotato di scorte per un mese di sopravvivenza. I sistemi di salvataggio dello shuttle, le manovre di emergenza ed eventuali missioni di soccorso, sono aspetti che sono stati attentamente studiati durante l'inchiesta.

Il CAIB, con il documento pubblicato il 26 agosto 2003 non ha cercato colpevoli da punire, ha invece tracciato una diversa direzione per nuovamente intraprendere la strada dell'esplorazione dello spazio, fidando del fatto che le risorse umane sono presenti in NASA ma che è necessario porsi adesso nuove domande.
I veicoli di cui disponiamo oggi, le altre tre navette, sono macchine estremamente complicate che richiedono amorose cure per funzionare e che, alla luce dei due gravi incidenti che hanno segnato la storia dello space shuttle, anche una serie di modifiche tecniche per aumentarne la sicurezza, che comunque non potrà mai raggiungere elevati standards.
E' certo che le raccomandazioni del CAIB sono rivolte non già a ricostruire gli attuali shuttle, quanto piuttosto a cercare di mantenerli in ordine per il solo tempo necessario per la costruzione di un nuovo e completamente diverso sistema di trasporto per lo spazio, cosa di cui la nazione americana ha assolutamente bisogno.
Certo, ci vorranno nuove motivazioni, nuovi e più consistenti mezzi e, anche, un nuovo entusiasmo. E bisogna tener presente che non ci si può fermare, perché c'è in orbita la ISS, la Stazione Spaziale Internazionale, che necessita di cure costanti e di rifornimenti regolari.
E con le tre navette superstiti, di fatto, non c'è più margine per un altro incidente.

Da questo momento in poi l'esplorazione dello spazio (che di fatto dalla fine dell'epoca delle storiche missioni lunari, è diventata la semplice andata e ritorno dalla tranquilla orbita terrestre) andrà condotta con maggiore serietà e senza più quell'aria di "routine" che aveva nuovamente preso piede dopo la ripresa dei voli in seguito all'incidente del Challenger. Ancora oggi, a più di quarant'anni di distanza dal primo volo umano, andare nello spazio rappresenta ogni volta un piccolo miracolo, una vera impresa.

Le conclusioni del rapporto indicano chiaramente che lo spazio è una risorsa assolutamente irrinunciabile per l'uomo, e sottolineano che bisogna garantire agli astronauti degli standard di confort e sicurezza che garantiscano la sua vita. E questa deve tornare ad essere la prima preoccupazione del programma spaziale. Ogni missione andrà vista, preparata e condotta come se fosse la prima, queste sono le testuali parole del prezioso documento.

Come sempre succede, le giornate tristi dell'astronautica (che sono inevitabili e a dire la verità sono anche state veramente poche anche se ogni volta, purtroppo, spettacolari) servono a ricompattare l'opinione pubblica, almeno negli USA.
Sondaggi molto mirati dicono che la NASA è guardata con affetto e con partecipazione, in misura forse maggiore rispetto al tremendo periodo successivo all'incidente del Challenger. E' veramente il momento giusto per cominciare a rivedere i programmi previsti per i prossimi anni.
Serve soprattutto un nuovo veicolo di trasporto che abbia capacità di carico magari minori della navetta attuale ma che garantisca agli astronauti maggiori livelli di sicurezza.
E bisogna cominciare SUBITO, perché un nuovo veicolo richiede tempi di progetto e di sviluppo che contano tra i sette e i dieci anni. Le attuali navette sono state progettate negli anni '70 e di fatto rappresentano l'evoluzione delle tecnologie Apollo. Sono state definite vecchie e sorpassate, ma ciò non è assolutamente vero. Pensiamo solo alla navetta Endeavour, quella costruita per sostituire il Challenger, che di fatto ha una vita operativa di dieci anni più breve del di quella del Columbia.
Questi veicoli sono eccezionali per complessità e per quantità di sistemi imbarcati, ma ancora oggi gli astronauti bramano per salirvi a bordo e portarli in orbita. Chi arriva al comando dello space shuttle corona il sogno di una vita: è la passione che fa vedere agli astronauti le cose in misura totalmente diversa da quanto possiamo percepire noi "comuni mortali" dall'esterno. Ebbene, questa passione di alcuni uomini verso queste macchine dimostrano quanto vi sia di buono e di positivo nell'astronautica USA, nonostante l'incidente di cui stiamo oggi parlando. E fidando sulla passione e sulla indubbia competenza che moltissime persone a tutti i livelli in NASA possiedono, c'è da scommettere che molte cose cambieranno.
Il punto di ripartenza sarà contraddistinto dal documento emesso dal CAIB, vero fondamento per la nuova astronautica USA.
E nasceranno delle novità che potrebbero avere il sapore della riscoperta.