Je leest:

Shuttle Columbia al tijdens start beschadigd

Shuttle Columbia al tijdens start beschadigd

Vier weken na het ongeluk met het ruimteveer Columbia is het onderzoek naar de ramp in volle gang. De Columbia Accident Investigation Board (CAIB), die het onderzoek leidt, weet nog niet wat de precieze oorzaak van de ramp is. De Nederlandse astronaut en deeltijd hoogleraar bemande ruimtevaart (TU Delft) Wubbo Ockels, besteedde in een college aandacht aan de ramp en liet zien wat volgens hem tijdens de lancering gebeurde.

Twee scenario’s

De CAIB wil in deze fase van het onderzoek nog geen mogelijke verklaringen afschrijven. Toch zijn er twee scenario’s die als de meest waarschijnlijke worden gezien. Aan de ene kant is er de mogelijkheid dat de Columbia tijdens de terugkeer naar de dampkring – de re-entry – geraakt is door een stuk ruimtepuin, een klein voorwerp dat in een baan rond de aarde zweeft. Veel ruimtepuin bestaat uit onderdelen van vernietigde satellieten. Maar ook kleine stofdeeltjes, afgeworpen trappen van raketten en zelfs losgeraakt gereedschap van astronauten zweeft rond de aarde.

De tweede mogelijkheid werd al kort na de ramp geopperd: op filmbeelden is te zien dat 80 seconden na de start van de vlucht een klein voorwerp van de externe brandstoftank insloeg op de shuttle. Aanvankelijk dachten onderzoekers dat dit voorwerp, volgens hen waarschijnlijk een stuk isolatieschuim, te licht was om al te veel schade aan de shuttle te veroorzaken.

“Alle verhalen die ik tot nog toe heb gehoord gaan over een inslag van isolatieschuim of ijs op de voorkant van de vleugel,” verbaast Ockels zich, “terwijl op de beelden te zien is, dat het voorwerp onder de vleugel verdwijnt. Pas daarna vindt de botsing plaats.”

In een college op 18 februari liet dr. Ockels de ondertussen bekende beelden zien. De negen frames zijn afkomstig van een hoge snelheids camera die de lancering van de space shuttle volgt. Duidelijk zichtbaar in de eerste drie frames is een voorwerp dat van de externe brandstoftank valt. In de tweede serie van drie frames verdwijnt het voorwerp onder de vleugel. Het blijft uit het zicht tot op het zevende frame een wolk brokstukken onder de vleugel vandaan komt. bron: CBS/NASA

Inslagsnelheid

Aan de hand van een paar simpele aannames en bekende gegevens over de space shuttle berekende Ockels de snelheid waarmee het onbekende voorwerp insloeg. Zijn berekening geeft aan met hoeveel kracht het voorwerp op de shuttle insloeg.

Om te beginnen is er de versnelling die het brokstuk na het loskomen ondervindt. De langsstromende lucht – het ruimteveer beweegt 80 seconden na de lancering 2,5 keer zo snel als het geluid – levert een druk van 0,3 atmosfeer, 30.000 N(ewton)/m2. De versnelling op een brokstuk met een oppervlakte van 30 bij 60 cm2 en massa van zo’n kilogram is dan 5.400 N/kg. In 0,05 seconde heeft het brokstuk ten opzichte van de shuttle dan al de snelheid van een geweerkogel, 300 meter per seconde. Een preciezere schatting van de inslagsnelheid kan worden gemaakt als de framesnelheid, dus de hoeveelheid tijd tussen twee frames in de video, bekend is. Dat levert genoeg informatie om met de posities van de wolk brokstukken de snelheid van die brokstukken te bepalen.

Een gedetailleerdere beschrijving, met behulp van de aërodynamica en exacte eigenschappen van het inslaande voorwerp, zal waarschijnlijk iets andere getallen opleveren. Wat hetzelfde blijft is de inschatting: een geweerkogel van een kilo die inslaat op de hittewerende tegels van de shuttle.

Inslagplek redelijk te bepalen

“Uit de frames blijkt dat nadat het stuk isolatie onder de vleugel is verdwenen er blijkbaar een botsing heeft plaatsgevonden, waarbij het materiaal hoofdzakelijk in linker richting is gestuurd,” geeft Ockels aan. Een botsing is de enige manier waarop een vallend voorwerp zoals het brokstuk van baan kan veranderen. “Er is op de mogelijke plaats van zo’n botsing een duidelijk obstakel, namelijk de verbinding van de shuttle met de external tank. De voorkant van deze verbinding betaat uit een dikke buis die onder 45 graden staat, zodat een stuk schuim dat hier tegenaan botst recht omhoog tegen de onderkant van de shuttle kan slaan.”

Een schematische afbeelding van de externe tank. Deze vijftien verdiepingen hoge sigaar bevat de brandstof om de space shuttle naar een baan rond de aarde te stuwen. Aan de achterkant (Orbiter Aft Attachment) zijn de twee schuine verbindingsbalken tussen shuttle en brandstoftank te zien. Als iets parallel aan de tank op zo’n schuine buis botst, kaatst dat voorwerp loodrecht op de shuttle af. bron: Kennedy Space Centre, NASA

In de buurt van de verbindingssteun bevindt zich het landingsgestel van de shuttle. Dat gebied van de shuttle bevat ook allerlei leidingen voor sensoren in de vleugel. Tijdens de rampzalige terugkeer in de atmosfeer was het uitvallen van die sensoren de eerste indicatie dat er iets mis was. De theorie is, dat heet plasma, gevormd door de enorme wrijving tussen de shuttle en atmosfeer, door de beschadigde tegellaag kon stromen naar het binnenwerk van de vleugel en dus van de shuttle. Dat zou het verlies van het ruimteveer verklaren.

Hittetegels al eerder beschadigd

Shuttles komen wel vaker terug met beschadigde hittetegels, zegt gepensioneerd ruimtevaartingenieur Tom McKeever. Dat is het resultaat van brokstukken die tijdens de lancering tegen de tegels botsen. De Atlantis verloor tijdens een van haar vluchten zelfs honderden tegels, doordat een stuk stuwraket tegen de buik van de shuttle sloeg. Toch wist het ruimteveer heelhuids terug te keren.

Die eerdere ervaringen hebben de vluchtleiding misschien doen besluiten om de schade niet verder te bekijken. Met een ruimtewandeling had de bemanning kunnen vaststellen hoe zwaar hun ruimteveer was beschadigd. Overigens lag het in de planning om foto’s te nemen van de externe tank. Problemen bij een eerdere missie hadden dat noodzakelijk gemaakt. Of die foto’s zijn doorgezonden naar het grondstation is niet bekend. Het risico van een ruimtewandeling zonder rugzak met kleine stuurraketjes – die de Columbia niet bij zich had – werd te groot geacht om een astronaut aan te riskeren.

Mogelijkheid van protective re-entry

Hoewel nu uit interne emails blijkt, dat sommige shuttle ingenieurs al enkele dagen van te voren speculeerden over een mogelijk probleem bij de re-entry, werd voor de Columbia een ‘gewone landing’ gepland. De Atlantis voerde in mei 2000 een zogenaamde protective re-entry uit. Tijdens elke landing maakt de shuttle scherpe bochten om snelheid te verliezen. Bij een protective re-entry wordt de shuttle iets gekanteld, zodat een zwakke plek in de beschermende tegellaag beschermd is tegen de ergste hitte. Waarom de Columbia op 1 februari niet aan zo’n voorzichtige maneuvre begon is nog niet bekend. NASA-woordvoerders stellen dat de ramp, achteraf gezien, niet te voorkomen was, ook al had de Columbia een extra voorzichtige landing geprobeerd.

De ware toedracht van de ramp is dan nog wel niet bekend, maar daar komt zeker verandering in. Allerlei experts maken op dit moment nauwkeurige analyses van de botsing. Camera’s, aangebracht op de externe tank, kunnen veel meer informatie verstrekken dan de beelden van de volgcamera. Het huidige onderzoek zal hopelijk leiden tot een nieuwe blik op de gebruikte technologieën, zodat toekomstige missies beter beschermd de ruimte in gaan.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 28 februari 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE