La última misión del Columbia se designó como STS-107, y tuvo lugar entre el 16 de enero de 2003 y el 1 de febrero de 2003.
En el momento del despegue, el orbitador recibió un impacto en la parte inferior del ala izquierda, provocado por el desprendimiento de un trozo de espuma de poliuretano, aislante del tanque externo.
El impacto ocurrió entre los 81-82 segundos después del lanzamiento. Según los estudios de la NASA, el fragmento tenía un tamaño de 20 x 16 x 6 pulgadas (50 x 40 x 15 centímetros), y un peso de aproximadamente 1 kg, y pudo haber golpeado el ala a unas 500 millas por hora (805 km/h); la fuerza del impacto se calculó en casi una tonelada. El golpe producido en forma tangencial perforó un par de paneles detrás del borde de ataque, cerca del pozo del tren de aterrizaje. El accidente no fue percibido por los tripulantes ni tampoco durante la misión. Control de misiones, al parecer, estuvo al tanto del desprendimiento del resto, pero desestimó el alcance del evento.
El problema se materializó durante el reingreso a la atmósfera terrestre. Debido al impacto de este fragmento se desprendieron losetas de protección térmica cerca del tren de aterrizaje; de esta manera entró el calor abrasivo del plasma que se forma durante la reentrada a la atmósfera, ocasionando la destrucción por fusión de la estructura interna del ala izquierda, lo suficientemente grande como para producir una desestabilización y desprendimiento. Durante el reingreso, los sensores térmicos detectaron un aumento inusual de temperatura en la región del impacto. Debido a esto, el ala finalmente se desprendió, ocasionando que el transbordador girara violentamente sobre sí mismo, deshaciéndose estructuralmente.
A las 07:59:32 hora central de Estados Unidos se perdió la comunicación con el Columbia; pocos minutos después los noticieros del mundo empezaron a transmitir imágenes del orbitador desintegrándose mientras surcaba los cielos de Estados Unidos, con lo cual se daba parte de la pérdida del Transbordador y la muerte de sus siete astronautas. Después de ese momento detuvieron los viajes al espacio para revisar cuáles fueron los fallos del mismo transbordador y de los demás. Después de dos años de revisión y de supervisión a los transbordadores, se reinició su actividad con el lanzamiento del transbordador espacial Discovery.
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