Après Apollo, Soyouz, Challenger, l'accident de Columbia rappelle à tous que l'aventure spatiale n'est pas sans risque. Voici ce que les téléspectateurs du monde entier ont vu sur leur petit écran ce samedi 1 février 2003: Columbia en train de se disloquer.

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Le drame

   Les communications furent perdues lors de la phase d'atterrissage à 9 h du matin en Floride (15h à Paris), le 1 février 2003. Elle se préparait à se poser à 9h16 à Cap Kennedy. Tout semblait aller bien à bord. Des témoins ont filmé l'explosion. Elle se trouvait à 70 km (207 000 pieds) d'altitude à la vitesse de mach 18,3 lorsque le contact fut perdu. Aussitôt des équipes furent mises en alerte et partirent à la recherche des débris.

L'équipage

Chronologie des événements

   Ce 1 février à 14h18 heure française, l'équipage a procédé comme prévu à l'allumage des moteurs pour rentrer sur Terre. C'est à 14h44 que la rentrée dans l'atmosphère débute à la vitesse de Mach 25 à 121 km d'altitude. La Navette grâce à son angle d'inclinaison de 43°, se transforme en planeur qui effectue un vol plané en modifiant sa portance. Le frottement avec les couches denses de l'atmosphère échauffe le bouclier thermique constitué de tuiles en carbone-carbone (température 1 650°C) sur le nez et les bords d'attaque, de tuiles en céramique blanches (température 370°C à 650°C) et noires (température 650°C à 1 275°C). De plus un revêtement à base de Normex recouvre les zones dont la température reste inférieure à 400°C. L'échauffement provoque un plasma qui interrompait toute liaison avec les contrôleurs au sol avant l'utilisation des satellites relais TDRS. Aujourd'hui il n'y a pratiquement plus de "silence radio" (black out).

• A 14h49, Columbia commença une série de virage pour réduire sa vitesse. 

• A 14h52 trois circuits de freinage du train d'atterrissage principal indiquent une élévation de température peu commune. Le directeur du programme, Ron Dittemore déclara: "Ce fut la première alarme d'un événement thermique important dans la soute du train gauche". Les ingénieurs ne croient pas que la soute du train gauche a été ouverte par une brèche, mais plutôt que ce gaz chaud trouva, d'une façon ou d'une autre, un chemin d'écoulement dans l'aile pour atteindre la soute de train. 

• C'est à 14h53 que les premières anomalies sont constatées. Ron Dittemore déclara ensuite: "Juste avant que la Navette ne se rompe, une série de détecteurs de l'aile gauche défaillirent les uns après les autres comme si les fils étaient coupés." Le détecteur de l'élevon (gouverne) gauche, qui enregistre la température du système hydraulique, fut le premier à cesser de fonctionner à 14h53 (heure française). La température s'éleva de 30 à 40°C en quelques minutes.  

• A 14h54, tandis que l'Orbiter survolait  l'Est de la Californie et l'Ouest du Nevada, la température s'éleva de quelques 10°C à l'endroit de la jonction de l'aile avec le fuselage, ce qui n'était pas dramatique, mais traduisait que quelque chose s'échauffait anormalement. Les bords d'attaque se trouvaient à 1 100°C. A l'intérieur, la température était normale. 

• A 14h57, 3 autres détecteurs dans l'aile gauche s'arrêtèrent. Columbia survolait l'Arizona et le Nouveau Mexique. Les sondes de températures sont coupées. La Navette vira à 75°C sur la gauche pour freinait davantage et s'orientait sur la piste 33 de Cap Kennedy à 900 km de là.

• A 14h58 heure, la Navette glisse au-dessus du Nouveau Mexique, les élevons ont commencé à se déplacer pour ajuster la stabilité dans l'axe de roulis de la navette spatiale, indiquant une augmentation de la traînée du côté gauche du véhicule. Ce pourrait être une indication pour Dittemore, qui ajoute "de la rugosité ou de l'absence d'une tuile, mais nous ne sommes pas sûrs". En même temps, les élevons réagissaient à la traînée accrue du côté gauche. 

• Ensuite à 14h59 les capteurs de pression et de température, situés dans les pneus des roues gauche (sous l'aile), tombèrent en panne. C'était une indication sur la perte des sondes, mais pas sur l'explosion des pneus de train principal gauche, pense Dittemore. Au total 8 points de mesures furent perdus. Pour les responsables c'est comme si quelqu'un avait coupé les fils d'un seul coup. Les astronautes n'avaient pas signalé d'anomalies. Tout arriva brutalement.

     Le circuit de commande donna un ordre aux élevons pour contrecarrer la traînée. La traînée entraînait le véhicule vers la gauche, tandis que le circuit de commande de vol commandait les élevons pour aller à droite. Mais le taux de roulis gauche commençant à surpasser l'effet des élevons, le système de commande a mis à feu les deux moteurs droits de lacet (4 000 newtons de poussée chacun) pour aider à maintenir l'angle de rentrée. La mise à feu dura 1,5 s. Le pilote aurait noté la pression des pneus et l'angle des élevons. C'est à ce moment que le pilote essaya de transmettre quelques mots qui furent très courts et inintelligibles, avant que la transmission ne soit coupée.

La dernière image

   Des ingénieurs du Starfire Optical Range de la base de Kirtland, pendant leur temps libre, ont pris cette photo de Columbia, quelques instants avant qu'elle n'explose, à l'aide d'un petit télescope de 90 mm et d'un ordinateur Macintosh vieux de 11 ans. L'image semble  montrer une asymétrie subtile dans la forme du bord d'attaque (intrados) de l'aile gauche près de la jonction avec le fuselage, avec une sorte de panache  traînant derrière Columbia, elle n'a fourni aucune évidence probante sur le genre de dommages dont l'aile a souffert pendant les dernières minutes de la Navette.

http://spaceflightnow.com/shuttle/sts107/030207avweek/usaf.jpg

  Il est possible que les spécialistes puissent y glaner des renseignements valables par une analyse fine de l'image, mais rien d'évident n'a pour l'instant sauté aux yeux des enquêteurs a déclaré Ronald Dittemore aux journalistes lors de la conférence quotidienne donnée par le directeur du programme  Navette. Si un problème de tenue thermique au niveau de l'emplanture semble se confirmer (un test en soufflerie hypersonique sera effectué), on ignore son origine. 

  Les experts évoquent aussi une possible collision avec un bloc de glace, formé au niveau des évents d'évacuation des eaux usées et de l'eau des piles à combustible sur la partie avant de Columbia, qui serait allé percuter les tuiles de protection de l'intrados. La formation d'un tel bloc s'est déjà produite sur Discovery que les astronautes ont détaché avec le bras robotisé. Les radars du Norad auraient observé un petit objet s'éloignant de Columbia pendant le vol orbital.

Point sur la perte de Columbia

28 février 2003

21 février 2003

     http://www.space.com/images/h_grid_c_02.jpg

  Les débris de Columbia s'étalent sur une grille afin de permettre la reconstitution du désastre du 1 février.

21 Mars 2003

   Retour des vols attendus pour septembre ou octobre 2003 et la boite noire a été retrouvée intacte. Le dépouillement est en cours.

  Certains enquêteurs pensent que les 3 éléments de la protection thermique du réservoir central (mousse recouverte de glace) qui ont percuté l'aile gauche lors du lancement, auraient pu provoquer la perte de 3 ou 4 des 22 panneaux de carbone-carbone du bord d'attaque (voir ci-dessous). C'est par cet orifice que le plasma aurait pénétré à l'intérieur de l'aile et aurait atteint le compartiment du train d'atterrissage.

http://www.nasa.gov/images/content/columbia/COL_orbiter_wing_lo5.jpg

Comment remédier ?

  C'est ainsi que l'urgence numéro devient la modification des protection du réservoir externe, afin qu'il ne perde plus de tuiles. Puis, et c'est un point important, il faut rendre possible les réparations des tuiles en orbite. A l'heure actuelle, les astronautes ne sont entraînés que pour aller refermer la porte qui relie la réserve externe aux moteurs SSME. Le bras robotisé (était absent sur Columbia) pourra servir pour inspecter certaines parties et pour les autres il faudrait utiliser la mini caméra Aercam (Autonomous Extravehicular activity Robotic Camera), du vol STS 87.

La caméra Aercam a volé durant le vol de STS 87 qui décolla de Cap Canaveral le 19 nov 1997 à 19h46 UTC. Cette mission OV - 102 concernée la microgravité et l'expérimentation d'une caméra d'un genre spécial. Pilotée par Lindsey depuis la cabine arrière de la Navette à l'aide d'un joystick, de 2 ordinateurs portables et d'une antenne de hublot, elle ressemble à un ballon de football de 35,5 cm de diamètre et d'une masse de 15,8 kg. Cette mini caméra  très compacte et très miniaturisée fut testée par Doi et Scott lors d'une sortie extravéhiculaire. En fait ce "ballon", positionné par GPS, possède des mini tuyères pour faire des corrections de stabilisation par l'intermédiaire de jets d'azote. Il contient 2 caméras  équipées d'un objectif de 6 mm et l'autre de 12 mm (voir gros plan ci-contre) et dispose naturellement de ses propres circuits de commande, de transmissions, d'alimentation, d'un système d'éclairage et des systèmes de traitement vidéo.	1 Test de nuit à bord de la soute de l'aercam	2 test de jour à bord de la soute
	3 Test de télécommande	4 Gros plan sur l'aercam

1 - http://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/sts/sts-87/87cam2.jpg
2 - http://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/sts/sts-87/87cam1.jpg
3 - http://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/sts/sts-87/87cam3.jpg
4 - http://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/sts/sts-87/87aer1.jpg   

  D'autre part, les prochains vols étant prévus à destination de l'ISS, il faudra se servir de cette dernière pour faire des inspections avant le retour, donnant aussi la possibilité de réparer avec des outillages adaptés.

  Une polémique avait vu le jour, quant à la sous estimation de l'emploi du satellite espion, Key Hole (trou de serrure) qui aurait pu voir des détails de 6 à 10 cm. Les responsables ont jugé que les tuiles détachées lors du décollage ne pouvaient pas avoir d'impact sur le vol. Or il faudra en tenir compte à l'avenir.

 4 avril 2003 

    Aux dernières informations, un élément de 30x15 cm s'était détaché de Columbia au second jour de vol et était rentré dans l'atmosphère 3 jours après. Tout ceci démontrerait que l'Orbiteur était déjà endommagé en orbite. Les enregistrements de la boîte noire, qui fut retrouvée intacte, montrent que des gaz chauds sont entrés dans le bord d'attaque dés le début de la rentrée.

20 avril 2003

  Des 10 causes possibles, 2 semblent faire l'unanimité et la plus probable serait que la mousse isolante du réservoir externe se soit détachée et aurait frappé le bord d'attaque de l'aile gauche, 81 secondes après le décollage et à une vitesse de près de 850 km/h, provoquant la brèche au niveau des tuiles de protection en carbone-carbone renforcé (RCC). Trois jours après, les contrôleurs de vol analysant les vidéos ont remarqué que des débris flottaient à proximité de Columbia et auraient frappé l'aile gauche de la navette. Hélas, ce fut jugé trop bénin par  les responsables du vol, qui refusèrent l'utilisation du satellite Key Hole capable de photographier des détails inférieurs à 10 cm.

   La commission d'enquête ayant constaté que les procédures actuelles d'inspection sont inadéquates, recommande que la Nasa mette en place des procédures plus rigoureuses, ainsi que des tests destinés à évaluer l' état structurel de ces tuiles sensées protéger des températures excessives (2 000°C).

  Plus de 70 000 morceaux furent récupérés représentant 36% du poids sec de la Navette (~100 tonnes).

Spaceflight Now April 20, 2003

Dégâts co-latéraux

     La Nasa a présenté les conséquences de l'accident de Columbia. Elles consistent en 66 actions dont 31 ont été confiées à des assureurs pour des enquêtes sur place (27 portent sur des dommages comme la mort de vaches ou la perte d'activité et 4 sur des blessures), 17 sont traitées en interne car elles sont jugées de trop petite valeur (bris de glace, fenêtres, tuiles, 6 personnes ayant nécessité une visite médicale après avoir touché des débris) et 18 sont en attente d'un complément d'information (remboursement de dépenses pour service rendus). Finalement seulement 8 comportent des montants pour dommages. Le total de ces montants s'élève à environ 19 000 $ (autant en Euros). C'est peu face à la catastrophe qui aurait pu se produire si les débris, dont 45 000 furent retrouvés, étaient tombés sur Dallas ou Fort Worth.

C. Lardier - Air & Cosmos n° 1885

Conclusion définitive

    Mi-avril 2003, la commission d'enquête a rendu son verdict. Ce que les responsables pressentaient après l'accident (voir ci-dessus) a été confirmé. La mousse isolante du réservoir externe se serait détachée et aurait frappé le bord d'attaque de l'aile gauche, 81 secondes après le décollage et à une vitesse de près de 850 km/h, provoquant la brèche au niveau des tuiles de protection en carbone-carbone renforcé (RCC) , dans la zone la plus proche du train d'atterrissage. Trois jours après, les contrôleurs de vol analysant les vidéos ont remarqué que des débris flottaient à proximité de Columbia et auraient frappé l'aile gauche de la navette. Hélas, ce fut jugé trop bénin par  les responsables du vol, qui refusèrent l'utilisation du satellite Key Hole capable de photographier des détails inférieurs à 10 cm.

  Lors de la rentrée dans l'atmosphère, le 1^er février, c'est par cette brèche dans le bouclier protecteur de l'aile que s'est s'engouffré le plasma à plus de 1 500° C qui a progressivement détruit l'intérieur de l'aile gauche, comme un chalumeau. Le point d'entrée initial du plasma et ses effets dans les minutes qui suivirent ont pu être très précisément localisés grâce à l'enregistreur de bord qui a été récupéré intact parmi les débris retombés au Texas.

  La commission préconise de s'attaquer aux problèmes d'organisation au sein de la Nasa.  Les équipes techniques de la Nasa avaient remarqué que des morceaux de mousse avaient déjà percuté le dessous des ailes des navettes lors de précédents décollages. Mais comme les dégâts étaient superficiels et n'avaient jamais affecté aucune mission, la direction du programme des vols habités de la Nasa avait considéré qu'il s'agissait d'un risque acceptable. La sociologue Diane Vaughan, du Boston College, estime que le même genre d'attitude face aux risques avait conduit à l'explosion de la navette Challenger au décollage en 1986.

  Des tests avec un canon à azote sont en cours, afin de déterminer comment se comporte la protection à grande vitesse.

Le grand canon à azote comprimé pour étudier les conséquences d' un impact calibré
 de mousse au Southwest Research Institute in San Antonio, TX. 
Credit: CAIB Photo by Rick Stiles 2003
 

Cyrille Vanlerberghe
[08 mai 2003]
Le figaro
http://www.lefigaro.fr/sciences/20030508.FIG0187.html

Les survivants du drame

   Aussi incroyable que cela puisse paraître, des chercheurs ont retrouvé le millier de petits vers qui se trouvaient à bord de Columbia. Ils étaient tous vivants. Ces nématodes, de moins de 1 millimètre, avaient été enfermés dans des boîtes en aluminium et placés à bord de la Navette pour étudier leur comportement en apesanteur, pendant 16 jours. C'était une expérience sponsorisée par le NASA's Ames Research Center à Mountainview, Calif pour voir si un nutriment synthétique pouvait les faire prospérer pendant plus de 100 jours en l'absence de gravité. Normalement, ils vivent de 7 à 40 jours et en moyenne 18. L'expérimentation avait pour but de préparer le travail pour de futures expériences génétiques dans l'espace et le nutriment fut si bon que des nématodes survivants sont de la 5e ou 6e génération.

   Après leur découverte dans des débris ramenés au Kennedy Space Center et oubliés jusqu'à fin avril, soit presque 3 mois, ils furent extraits des boites de Pétri placées dans des cylindres en aluminium (BRIC's) où ils vécurent leur expérience. Par contre, a déclaré un des chercheurs, nous ne saurons jamais combien de nématodes sont issus de l'expérience additionnelle, ni combien ont vécu en apesanteur ou sur la terre ferme. Une chose est certaine, Husband les a pulvérisés d'une mousse (Cératodon) pour stopper la croissance avant les manœuvres de retour.

   Fred Sacks, biologiste à l'université de l'état de Ohio et un des principaux responsables de l'expérience, a déclaré qu'il était remarquable que ces animaux après avoir vécu la dislocation puis l'impact sur Terre à plus de 200 km/h, puis l'oubli, dans un hangar soient encore vivants. 

http://nema.cap.ed.ac.uk/Caenorhabditis/N2_picture.gif

  Le nématode Caenorhabditis elegans est un organisme multicellulaire, translucide, hermaphrodite, congelable qui bénéficie d'un cycle de reproduction court. Il appartient à l'une des 10 000 espèces de nématodes connus. Le nombre exact est peut-être supérieur à 100 000. En tant qu'individus, les nématodes expliquent 4 animaux sur 5 dans le monde. Les nématodes parasites sont un défi de santé publique pour l'homme et l'agriculture. Les nématodes parasites, y compris le ver fouet, l'ascaride, le ténia, le vers filaire de l'intestin infectent actuellement environ 3 milliards de personnes. Les nématodes parasites des plantes, tel que le nématode des racines causent 80 milliards de dollars environ par an de dommages aux récoltes. Une grande partie de la connaissance de l'anatomie, du développement, de la génétique et du génome du nématode gagnée dans l'étude des Caenorhabditis elegans est transmissible à l'étude d'autres nématodes.

   A l'Institut de Recherche pour le Développement, les chercheurs savent combien il est difficile d'éradiquer ce parasite encore mal connu, car il produit de gros dégâts en agriculture. C'est pour cela qu'il a servi d'organisme modèle pour de grand séquençage et son génome fut le premier d'un organisme multicellulaire à être séquencé en 1998. C'est aussi pour en connaître davantage, qu'un certain nombre d'exemplaires furent embarqués dans le Spacehab lors de la mission STS 107 sur Columbia. Finalement leur sauvetage après tant d'épreuves laissent les scientifiques perplexes, la preuve étant faite qu'ils sont résistants.

Que faire à l'avenir ?

  Lors des prochains vols, il est désormais envisagé une inspection avant le retour sur Terre. Mais une question se pose, qu'adviendra-t-il si les astronautes doivent attendre des secours dans la Navette. Jusqu'à présent, la durée d'un vol était fixé à 15 jours, par sécurité. Ce n'est pas tant la nourriture ou l'eau qui posent des problèmes, mais le taux de gaz carbonique. En effet sans ce cas particulier, les astronautes pourraient rester en orbite 1 mois.

  La limitation provient de l'hydroxyde de lithium, un produit chimique utilisé pour diminuer le dioxyde de carbone de l'air de la Navette. Normalement le seuil maximum de CO² a été fixé à 2% du volume d'air. Mais en ajustant les limitations, sachant qu'un niveau de 3,5 % serait acceptable, il sera possible de faire rester l'équipage 1 mois en orbite dans l'attente d'une navette de secours.

  Il serait envisageable de réduire les activités des astronautes pour économiser l'oxygène tout en restreignant la consommation électrique du Shuttle. La probabilité de plus d'une sortie dans l'espace n'est pas envisageable par suite des pertes occasionnées lors des ouvertures du sas. Naturellement ces options seraient revues en fonction des problèmes à traiter.

  Toutes ces réflexions mettent en lumière les problèmes qui surgiraient en cas de difficultés détectées en orbite, comme cela aurait dû être le cas avec Columbia. La plus importante sera de tenir une Navette prête à partir rapidement. Mais les américains nous ont maintes fois démontré que les difficultés les transcendaient.

Aercam: http://mek.kosmo.cz/pil_lety/usa/sts/sts-87/obr.htm