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Les tragédies de Challenger et Columbia

Par NASA — http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Sts-33_e207_01.jpg, Domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2207028

28 janvier 1986: La tragédie de Challenger.

Texte provenant de wikipédia

 

L’accident de la navette spatiale américaine Challenger est l'accident astronautique du 28 janvier 1986 qui se traduisit par la désintégration de la navette spatiale de la NASA Challenger 73 secondes après son décollage, provoquant la mort des sept astronautes de l'équipage de la mission STS-51-L. La défaillance d'un joint du propulseur d'appoint à poudre droit — adjacent au réservoir externe de la navette — en raison du froid, provoqua un départ de flammes. En quelques secondes, le feu endommagea le réservoir principal rempli d'hydrogène ; la structure céda sous la chaleur ; le dôme inférieur du réservoir se sépara et les forces aérodynamiques dévièrent la trajectoire de la navette entraînant sa destruction. Le poste d'équipage et de nombreux fragments de la navette furent retrouvés au fond de l'océan, lors des opérations de recherche menées au cours des mois suivants.

Cet accident a entraîné une interruption de 32 mois du programme de la navette et la formation de la Commission Rogers pour enquêter sur l'accident. Celle-ci a constaté que la culture d'entreprise de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) et les processus de décision avaient été l'un des principaux facteurs ayant conduit à l'accident. Les dirigeants de la NASA savaient que la conception du propulseur d'appoint à poudre par la société Morton Thiokol présentait une faille potentiellement catastrophique dans les joints toriques depuis 1977, mais ils n'ont pas su régler ce problème correctement. Ils n'ont pas davantage été attentifs aux avertissements des ingénieurs sur les dangers de lancer la navette un jour aussi froid, et n'avaient pas remonté de manière adéquate ces problèmes techniques à leurs supérieurs. La Commission Rogers a fait neuf recommandations à la NASA, à mettre en œuvre avant la reprise des vols de navette.

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De nombreuses personnes, dont des écoliers, assistèrent en direct au lancement de la navette, du fait de la présence dans l'équipe d'astronautes de Christa McAuliffe, institutrice choisie par le projet « Teacher in Space ». La couverture médiatique de l'évènement fut considérable. Cette catastrophe suscita ensuite de nombreux débats quant à la sécurité technologique et les prises de décision, et inspira une adaptation à la télévision en 1990.

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Avec l'accident de la navette spatiale Columbia durant la phase de rentrée atmosphérique de la mission STS-107 le 1er février 2003, cet accident est l'un des plus marquants de la conquête spatiale américaine.

Reports du lancement

 

La navette spatiale Challenger était à l'origine prévue pour être lancée du centre spatial Kennedy (KSC) de Floride le 22 janvier 1986 à 14 h 43 HNE. Toutefois, les retards liés à la précédente mission STS-61-C repoussèrent le décollage au 23 janvier, puis au 24. Le lancement fut encore reporté au 25 janvier à cause des mauvaises conditions météorologiques sur le site du Transoceanic Abort Landing (TAL) de Dakar. Ce site étant la solution de repli principale lorsque la navette ne peut revenir au point de lancement. La NASA décida de se replier sur le site de Casablanca comme nouveau site de TAL, mais cette piste n'étant pas équipée pour un atterrissage de nuit, le lancement dû être différé au matin (heure de Floride). Des prévisions météorologiques mauvaises au centre spatial Kennedy provoquèrent un nouveau report du lancement au 27 janvier à 9 h 37 HNE. Selon le livre de Malcolm McConnell, Challenger : A Major Malfunction, la NASA aurait normalement lancé la navette avec la prévision de 50 % de chance de

Givre sur une tour de l'aire de lancement le matin du décollage de Challenger.

Le lendemain, le décollage fut retardé par des problèmes concernant la trappe d'accès extérieur : d'abord, l'un des indicateurs de la fermeture complète de la trappe fonctionnait mal1, puis, un boulon détérioré empêcha l'équipage de retirer une protection de la trappe de la navette2. Lorsque le boulon fut finalement scié, le vent de travers à la piste d'atterrissage de secours excédait la limite autorisée pour un Return to Launch Site (RTLS), c'est-à-dire un retour au point de lancement3. L'équipage attendit que le vent se calme, mais le délai de la fenêtre de lancement fut finalement dépassé, imposant encore un autre report du lancement.

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Les prévisions pour le 28 janvier avaient annoncé une matinée exceptionnellement froide, avec des températures proches de −0,5 °C (31 °F), la température minimale autorisée pour un décollage. Les basses températures suscitèrent l'inquiétude des ingénieurs de Morton Thiokol et du fournisseur chargé de la construction et de la maintenance du propulseur d'appoint à poudre de la navette spatiale américaine (SRB). Lors d'une téléconférence qui se tint dans la soirée du 27 janvier, des ingénieurs et des cadres de Thiokol discutèrent des conditions météorologiques avec des responsables de la NASA au centre spatial Kennedy et du centre de vol spatial Marshall. Plusieurs ingénieurs, dont notamment Roger Boisjoly avaient exprimé précédemment des préoccupations similaires quant à l'effet de la température sur la résistance des joints toriques en caoutchouc qui permettaient de sceller les joints du SRB. Ils firent valoir que si les joints toriques étaient plus froids qu'environ 11,7 °C (11,6 °C), il n'y avait pas de garantie qu'ils soient véritablement fermés de manière hermétique. Cela fut une considération importante, car les joints toriques avaient été repérés comme des composants d'un niveau « critique 1 » ; ce qui voulait dire que s'ils ne fonctionnaient pas de manière optimale, cela menacerait la navette et son équipage. Ils firent également valoir que les faibles températures de la nuit se traduisent presque certainement par des températures au-dessous de la limite de 4,4 °C (4,4 °C) fixée pour les SRB. Cependant, ces remarques furent rejetées par les responsables de Thiokol qui recommandèrent que le lancement soit exécuté comme prévu.

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En raison de la température très basse, une importante quantité de glace s'accumula sur les structures de l'aire de lancement, notamment la tour de service jouxtant la navette. L'équipe chargée de la surveillance de la glace au centre spatial Kennedy pointa par inadvertance une caméra thermique sur le joint du SRB droit et trouva une température de seulement −13 °C (−13,4 °C). C'était la conséquence de l'air frais soufflant sur le joint à partir du conduit de la citerne d'oxygène liquide. Cela était bien en dessous de la température de l'air et bien en deçà des spécifications de conception pour les joints toriques, mais cette information ne fut jamais communiquée aux responsables.

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Les ingénieurs de Rockwell International, le manufacturier principal de la navette, avaient toujours exprimé des inquiétudes même sans être au courant du joint très froid. Ils avaient prévenu que la glace pouvait être ébranlée au cours du lancement et tomber sur la navette, peut-être à cause de l'aspiration provoquée par le jet des gaz d'échappement des SRB. Bien que Rockwell vît cette situation comme un empêchement au décollage de la navette, les responsables de Rockwell au Cap Kennedy firent part de leurs préoccupations d'une manière qui conduisit le responsable de la mission basée à Houston Arnold Aldrich à ne pas annuler le lancement. Aldrich décida de reporter d'une heure le lancement de la navette afin que l'équipe chargée de la surveillance de la glace ait le temps d'effectuer une nouvelle inspection après avoir tenté dans la nuit d'enlever cette glace. Après cette dernière inspection, au cours de laquelle la glace avait semblé fondre, Challenger fut finalement autorisé à décoller à 11 h 38 HNE

Ce  récit de l'accident suivant résulte de la télémétrie en temps réel et des données et des analyses photographiques, ainsi que des transcriptions des communications air-sol et du centre de contrôle de mission. Tous les temps sont donnés en secondes après le lancement et correspondent aux « time codes » de la télémétrie des instruments

Par NASA — NASA, Domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4526151

Un panache de fumée grise est visible sur le SRB droit au décollage

Six secondes et six dixièmes avant le décollage, les trois principaux moteurs de la navette spatiale (SSME) se sont mis en marche. Jusqu'à ce que le décollage s'effectue, les SSMEs peuvent être arrêtés en toute sécurité et le lancement peut être avorté si nécessaire. Au décollage (t = 0, soit 11:38:00.010 EST), les trois SSMEs étaient à 100 % de leur performance, et montaient à 104 % sous contrôle de Décollage l'ordinateur de bord. À ce moment, les deux propulseurs d'appoint à poudre (SRB) avaient été allumés et les attaches les maintenant au sol ont été libérées grâce à de l'explosif, libérant le véhicule de l'aire de lancement. Avec le premier mouvement vertical du véhicule, le bras à hydrogène gazeux se rétracta depuis le réservoir externe, mais n'a pu se replier complètement. Les films tournés par les caméras de l'aire de lancement ont montré que le bras n'a pas touché le véhicule, et donc il a été exclu comme facteur contribuant à l'accident6. L'inspection post-lancement de la plate-forme a aussi révélé que des ressorts des attaches au sol étaient absents, mais là encore, ceci a été écarté comme cause possible de l'accident.

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L'examen ultérieur des films a montré qu'à t + 0,678, un panache de fumée sombre se dégageait du bas SRB droit, qui relie un propulseur d'appoint à poudre au réservoir externe : la dernière bouffée de fumée s'est produite à environ t + 2,733 ; la dernière vision de cette fumée eut lieu à t + 3,375. Il a été déterminé que ces bouffées de fumée ont été provoquées par l'ouverture et la fermeture du joint de la partie arrière du SRB droit. L'enveloppe extérieure présentait des signes de cloquage en raison des sollicitations de la mise en route. À la suite de ce ballonnement, les parties métalliques de la carcasse endommagée formèrent une brèche à travers laquelle des gaz chauds - plus de 2 760 °C - se sont échappés. Le premier joint torique a été conçu pour pallier cette déficience, mais il faisait trop froid pour qu'il joue son rôle dans le délai prévu. De son côté, le joint torique secondaire n'était pas dans sa position normale en raison de la déformation du métal. Il n'y eut donc aucune barrière aux gaz, et les deux joints toriques ont été détruits dans un arc de 70 degrés. Cependant, l'alumine brûlée du propergol solide obstrua la brèche, remplaçant provisoirement le joint torique jusqu'à ce qu'une flamme ne survienne.

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Quand le véhicule quitta la tour, le SSME fonctionnait à 104 % de sa puissance maximale nominale, et le contrôle fut transmis du centre de contrôle du décollage (LCC) du centre spatial Kennedy au centre de contrôle de mission (MCC) de Houston au Texas. Pour éviter que les forces aérodynamiques ne séparent la navette des moteurs, à t + 28 les SSMEs ont commencé à décélérer pour limiter la vitesse de la navette dans la dense basse atmosphère. À t + 35,379, les SSMEs furent en dessous des 65 % prévus. Cinq secondes plus tard, à environ 5 800 mètres (19 000 pieds), Challenger a dépassé Mach 1. À t + 51,860, les SSMEs sont revenus à 104 % alors que le véhicule approchait Max Q, le moment de pression aérodynamique maximale.

Comme la navette s'approchait de « max Q », la pression devint intense en raison du cisaillement du vent.

À t + 58,788, une caméra de contrôle a enregistré un échappement de fumée à proximité du joint arrière du SRB droit, mais ce fut ignoré de l'équipage de Challenger et des techniciens à Houston. Du gaz brûlant a alors commencé à fuir par une ouverture d'un joint continuant à s'agrandir, pendant que la force du cisaillement du vent brisait le dépôt d'alumine qui avait refermé le trou en lieu et place du joint torique déficient ; sans ce vent, l'alumine aurait presque certainement tenu tout au long du décollage jusqu'à l'épuisement du booster.

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Rapidement le panache de fumée est devenu considérable ; la pression interne du SRB droit a commencé à baisser à la suite de l'élargissement de l'ouverture, et à t + 60,238 il y avait des preuves visuelles de la flamme au travers du joint5.

À t + 64,660, le panache de fumée a subitement changé de forme, signe d'une fuite de dihydrogène liquide (LH2), dans la partie arrière du réservoir externe. Les tuyères des moteurs principaux pivotèrent sous le contrôle de l'ordinateur de bord pour compenser le déséquilibre de la trajectoire causée par la fuite du booster. La pression dans le réservoir externe de LH2 a commencé à baisser à t + 66,764, traduisant les effets de la fuite.

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À ce stade, la situation apparaissait toujours normale à la fois pour les astronautes et pour les contrôleurs de vol. À t + 68, le Capsule Communicator (CAPCOM) chargé de la communication avec l'équipage informa celui-ci qu'ils allaient « Plein gaz » et le commandant Dick Scobee a confirmé le message par « Compris, plein gaz ». Ce fut le dernier message émis par Challenger.

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Destruction de la fusée.

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À t + 72,284, le propulseur d'appoint à poudre droit s'est, semble-t-il, détaché du pylône de liaison au réservoir principal : une analyse des données de télémétrie a montré une soudaine accélération latérale à droite, à t + 72,525, qui a pu être ressentie par l'équipage. La dernière déclaration de l'équipage enregistrée à bord fut juste une demi-seconde après cette accélération lorsque le pilote Michael J. Smith a dit : « Oh oh »8. Smith a peut-être également réagi à des indications sur les performances du moteur principal ou à la baisse de pression du réservoir extérieur.

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À t + 73,124, le dôme arrière du réservoir d'hydrogène s'est détaché et a été propulsé sur l'avant du réservoir d'oxygène. Au même moment, le propulseur d'appoint à poudre droit a pivoté autour du pylône avant et a percuté la structure inter-réservoir.

La destruction de la fusée a commencé à t + 73,162 secondes et à une altitude de 14,6 km (48 000 pieds)9. Le réservoir externe se désintégrant, Challenger a viré depuis son attitude correcte par rapport au flux d'air local, et a été immédiatement désintégrée par les forces aérodynamiques qui se sont appliquées par un facteur de charge d'environ 20 g, bien au-delà des 5 g[réf. nécessaire] que pouvait supporter la navette. Les deux propulseurs d'appoint à poudre, capables de supporter des charges aérodynamiques bien supérieures, se sont séparés du réservoir externe, et ont continué à voler pendant environ 37 secondes. L'enveloppe des propulseurs d'appoint à poudre est faite d'acier de 12,7 mm d'épaisseur, ce qui les rend largement plus solides que la navette elle-même et les réservoirs externes. Ainsi, les deux propulseurs d'appoint à poudre ont survécu à la désintégration, malgré les dégâts occasionnés sur le propulseur droit par la fusion du joint

Il y a des rumeurs que les astronautes de Challenger seraient encore vivants. Voici un vidéo qui en parle. Faites-vous votre propre idée.

 1 février 2003: Tragégie de columbia

Par NASA — http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/shuttle/sts-107/html/sts107-s-001.html, Domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=858875

L’accident de la navette spatiale Columbia est un accident spatial qui eut lieu le 1er février 2003 au cours de la mission STS-107 causant la destruction de la navette spatiale américaine Columbia au-dessus du Texas et de la Louisiane ainsi que la perte des sept membres de l'équipage durant la phase de rentrée atmosphérique. Les principaux débris de la navette furent retrouvés le long d'un axe allant des banlieues de Dallas (Comtés de Denton et de Tarrant) jusqu'à Tyler ainsi qu'en Louisiane.

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La perte de Columbia est le résultat de dommages subis pendant le lancement quand un morceau de mousse isolante de la taille d'un petit porte-documents s'est détaché du réservoir externe (le réservoir principal de propergol) de la navette spatiale, sous les forces aérodynamiques du lancement. Le débris a percuté l'aile gauche sur le bord d'attaque, endommageant le système de protection thermique de la navette (Thermal Protection System (TPS)), qui protège la navette de la chaleur générée lors de la rentrée dans l'atmosphère. Lorsque Columbia était encore en orbite, certains ingénieurs ont soupçonné des dommages, mais les directeurs de la NASA ont limité les investigations au motif que même si des problèmes étaient découverts on ne pourrait pas y faire grand-chose1. Au cours de la ré-entrée de la mission STS-107, la zone endommagée du bord d'attaque de l'aile gauche a permis aux gaz chauds de pénétrer dans celle-ci et de détruire rapidement la structure interne de l'aile à l'origine de la désintégration du vaisseau.

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Dans les spécifications initiales du lanceur, le comité de la NASA responsable de la sécurité de la navette avait clairement indiqué que le réservoir externe devait garder son intégrité afin de ne pas générer de débris de mousse ou autres éléments pouvant heurter la navette. Ces incidents constituaient des problèmes de sécurité qui devaient être résolus avant qu'un lancement ne soit autorisé. Cependant, durant l'exploitation du lanceur, la majorité des lancements de la navette ont enregistré des impacts de ces débris de mousse et des griffures sur les tuiles thermiques. Les ingénieurs ont donné le feu vert à la poursuite des missions en considérant que ces impacts étaient inévitables et sans solution. Ils considéraient que ces impacts ne représentaient pas un risque pour la sécurité des vols, ou qu'ils constituaient du moins un risque acceptable.

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Durant la phase de décollage de la mission STS-112, deux lancements auparavant, un bloc de mousse isolante heurta le point d'ancrage inférieur du booster gauche sur le réservoir externe, causant un enfoncement de 10 cm de largeur et 7 cm de profondeur4. Après la mission, ce problème fut analysé et il fut décidé de continuer le programme des lancements : « Le vol du réservoir externe est sûr et cet incident n'ajoute pas de nouvelles préoccupations (et sans risque supplémentaire) ». Ron Dittemore (shuttle program manager of NASA) et Linda Ham (shuttle program's integration manager) participèrent à cette réunion, ainsi qu'à la revue d'incident pendant la phase orbitale du vol de Columbia (STS-113). Linda Ham déclara alors : « La conséquence n'était pas claire et ne l'est toujours pas… »6 . La mission STS-107 fut le 113e lancement de la navette spatiale. Elle fut retardée à 13 reprises au cours des deux ans qui s'écoulèrent entre la date de lancement initialement prévue du 11 janvier 2001 et la date de lancement effective le 16 janvier 2003. Elle fut précédée par la mission STS-113 réalisée avec le lanceur Endeavour. Cette mission fut incluse dans le programme des vols à la suite des demandes du Congrès des États-Unis. Elle avait pour objectif de réaliser des expériences en micro-gravité ayant des débouchés potentiels commerciaux (module Spacehab) ainsi que le lancement du satellite Triana. Le satellite fut déprogrammé du fait de retards de financement et de construction. Il fut remplacé par un deuxième module d’expériences scientifiques FREESTAR, entrainant ainsi le report de la mission STS-1077. Ces expériences n'avaient pu être réalisées à bord de la Station spatiale internationale (ISS) à cause des travaux de construction et de la limitation des équipages embarqués.

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La maintenance de la navette spatiale Columbia, prévue avant la mission STS-107, avait pris six mois de retard sur le planning initial. Ayant une priorité plus faible que la réparation du Télescope spatial Hubble (STS-109) elle fut reprogrammée après celle-ci, sur la rotation suivante de la navette Columbia. Ceci décala la mission au 19 juillet 2002.

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Enfin, la découverte de fissures dans le système de distribution de propergol de la navette Atlantis, puis sur toutes les autres navettes, provoqua la mise en maintenance de toutes les navettes spatiales. Les réparations effectuées, il fut décidé que les missions à destination de l'ISS, pour sa construction ou son approvisionnement, étaient prioritaires (STS-112, STS-113)7. La mission fut reprogrammée pour le 16 janvier 2003.

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Le Bureau d'enquête sur l'accident de Columbia (Columbia Accident Investigation Board (CAIB)) a exclu toute relation entre ces retards et la destruction de la navette spatiale. Il a préconisé des modifications techniques et organisationnelles. Le programme navette spatiale a été arrêté pendant plus de deux ans après la catastrophe, un retard comparable à celui résultant de la catastrophe de Challenger. En conséquence, la construction de l'ISS fut suspendue. Le réapprovisionnement de la station, par des navettes, reprit vingt-neuf mois plus tard (STS-114). La rotation des équipages reprit quarante et un mois plus tard (STS-121). Durant ce laps de temps, l'ISS fut maintenue en condition opérationnelle uniquement par l'Agence spatiale fédérale russe.

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Les principales modifications apportées aux missions suivantes incluaient :

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  • Une inspection visuelle approfondie du système de protection thermique de la navette (TPS) à l'issue de la phase d’ascension.

  • La mise en place d'une navette de secours avec son équipage au cas où des dommages irréversibles auraient été constatés.

  • L'abandon de toutes les missions n'ayant pas pour destination l'ISS. Celle-ci pouvant servir de poste de secours pour l'équipage. Une seule dérogation fut admise à cette règle afin de réparer le Télescope spatial Hubble (STS-125).

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Équipage

 

 Rick D. Husband, commandant. Colonel de l'US Air Force et ingénieur mécanique. Il participa, en tant que pilote, à la mission STS-96 à bord de Discovery (premier amarrage à la Station spatiale internationale).

Voici la vidéo à l’intérieur de Columbia juste avant que la navette se désintègre en entrant dans l’atmosphère

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