El atrevido plan de rescate que podría haber salvado al Columbia (Parte 1/4)

La historia no contada de la misión de rescate que podría haber salvado al Columbia y su tripulación.

Cómo podría haber sido un rescate del Columbia. Crédito: Lee Hutchinson/NASA/NOAA.

A las 10:39 EST del 16 de enero de 2003, el transbordador espacial Columbia despegó desde la plataforma 39A del Centro Espacial Kennedy en Florida. Apenas 81,7 segundos después, una pieza de aislamiento de espuma se desprendió del tanque externo de color naranjo e impactó el borde frontal del ala izquierda del orbitador a una velocidad relativa de al menos 640 km/h, pero Columbia continuó ascendiendo hasta la órbita.

El impacto de la espuma no fue observado en el momento que ocurrió. Solo después que el transbordador estaba orbitando la Tierra una revisión de imágenes del lanzamiento de la NASA reveló que el ala había sido golpeada. Los impactos de espuma durante lanzamientos no eran eventos poco comunes, y los directores del programa del transbordador escogieron no tomar imágenes en órbita de Columbia para evaluar visualmente cualquier daño potencial. En su lugar, el Equipo de Evaluación de Escombros de la NASA modeló matemáticamente la colisión de la espuma, pero no pudo alcanzar ninguna conclusión definitiva acerca del estado del ala del transbordador. La misión continuó.

En realidad, el impacto destrozó al menos uno de los paneles de escudos de calor de carbono-carbono reforzados que surcaban el borde del ala, dejando un gran agujero en el quebradizo material de cerámica. Dieciséis días después, cuando Columbia reingresó a la atmósfera, el plasma supercalentado entró a la estructura del orbitador a través del agujero del ala y el transbordador comenzó a desintegrarse.

En el centro de control de misión en Houston, los controladores de vuelo que monitoreaban el descenso de Columbia comenzaron a notar lecturas erráticas de la telemetría del transbordador, y luego se perdió todo contacto por voz y datos con el orbitador. Los controladores continuaron con la esperanza de que simplemente fueran fallos de los instrumentos, incluso a medida que aumentaba la evidencia de que había ocurrido un evento catastrófico. Finalmente, a las 9:12 ET, el director de vuelo de reingreso LeRoy Cain dio la terrible orden que solo había sido pronunciada una vez previamente, 17 años antes cuando el Challenger se desintegró tras el despegue: “Cierren las puertas”^[1].

Fue un reconocimiento de que había ocurrido lo peor; la misión estaba ahora en modo “contingencia”. El Control de Misión fue cerrado, y cada controlador de vuelo comenzó cuidadosamente a conservar sus datos de consola.

Columbia se había ido, junto con sus siete tripulantes. NASA se refiere a este, el más raro y catastrófico de los eventos, como una pérdida de tripulación y vehículo o LOCV (por “Loss of Crew and Vehicle”).

Congelados

El mundo del vuelo espacial tripulado se detuvo; primero para llorar, luego para descubrir lo que había ocurrido. El Congreso asignó la responsabilidad de descubrirlo al Panel de Investigación del Accidente del Columbia (CAIB). En los meses siguientes al accidente, el CAIB extendió su investigación sobre toda NASA y sus contratistas.

En agosto de 2003, el CAIB emitió su informe final. Detrás de la causa directa del impacto de la espuma, el informe criticó duramente las decisiones tomadas en la NASA antes y después del lanzamiento, pintando un panorama de una agencia dominada por una dirigencia obsesionada con el cumplimiento de hitos. Se centró en que un grupo estrecho y específico de trabajo y reporte, sin un enfoque complementario en la integración y comunicación a través de los departamentos, contribuyó tanto o más a la pérdida del transbordador como lo hizo el impacto de la espuma. Aquellas acusaciones tenían un débil eco familiar; muchas de ellas habían sido hechas 17 años antes por la Comisión Rogers que investigó la destrucción del Challenger.

Al final, la pérdida del Columbia no solo terminó con la vida de sus tripulantes, sino también con algunos empleos en todos los niveles de NASA. Un número de importantes directores del programa del transbordador fueron reasignados. Es probable que la destrucción del Columbia contribuyera fuertemente a la renuncia del administrador de la NASA Sean O’Keefe. Una gran cantidad de quienes estuvieron involucrados en la misión –incluyendo a muchos que siguen trabajando en NASA- hasta el día de hoy luchan con el estrés postraumático y el síndrome del superviviente. Todas las misiones de transbordador pendientes fueron pausadas, y las tres naves sobrevivientes compañeras de Columbia –Discovery, Atlantis y Endeavour- fueron enclaustradas.

La NASA se preguntó si volverían a volar.

Un camino no tomado

Para poner en perspectiva las decisiones hechas durante el vuelo de STS-107, el Panel pidió a la NASA determinar si había opciones para el retorno seguro de la tripulación STS-107.

– Informe del Panel de Investigación del Accidente del Columbia

Esta es la manera en que se desarrollaron realmente los eventos. Pero imaginemos una historia alternativa de la misión del Columbia en que la NASA se hubiese dado cuenta rápidamente cuán devastador había sido el impacto de la espuma. ¿Podrían los astronautas del Columbia haber sido traídos sin peligro desde órbita?

Durante la elaboración de su informe, el CAIB tuvo la misma duda, así que pidió a la NASA desarrollar un plan teórico de reparación y rescate para el Columbia “basados en la premisa de que los eventos que dañaron el ala durante el lanzamiento fueran reconocidos en los primeros momentos de la misión”. El resultado fue un extraordinario conjunto de documentos, los que aparecen al final del informe como “Apéndice D.13”. Lo titularon “STS-107 In-Flight Options Assessment” (“Evaluación de Opciones En Vuelo para STS-107”, en español), y el escenario que trazaban habría llevado a la NASA hasta sus límites, ya que describía la misión espacial más dramática de la historia.

Endeavour en OPF-2. Atlantis estaba en un estado similar cuando Columbia realizó su última misión. Crédito: NASA.

Los planificadores de NASA tenían un as fortuito bajo la manga que hizo el plan posible: mientras la misión STS-107 de Columbia estaba en curso, el Atlantis ya estaba siendo preparado para volar en la misión STS-114, programada para ser lanzada el 1 de marzo. Cuando Columbia despegó, el transbordador más joven se encontraba en la Orbital Processing Facility 1 (OPF-1) del Centro Espacial Kennedy. Sus tres motores principales ya habían sido instalados, pero aun no tenía carga ni el brazo manipulador remoto en su bodega de carga. Restaban dos semanas más de trabajo de acondicionamiento y preparación antes que fuera trasladado a través del centro espacial hasta el enorme edificio de ensamblaje y puesto en posición vertical para ser unido a un tanque externo y un par de cohetes de combustible sólido.

Por lo tanto un rescate en órbita era, al menos, posible, pero alistar un transbordador para volar es un procedimiento increíblemente complicado que involucra millones de pasos distintos. A fin de llevar adelante el lanzamiento de Atlantis, los planificadores de la misión tendrían que determinar cuáles pasos del procedimiento podrían ser saltados de forma segura sin poner en peligro al equipo de rescate.

Una carrera desesperada

Los escenarios asumían que una decisión para reparar o rescatar a la tripulación del Columbia sería tomada rápidamente, sin tener en cuenta el riesgo.

– Informe del Panel de Investigación del Accidente del Columbia (Apéndice D.13)

Pero incluso antes que aquellas decisiones pudieran tomarse, la NASA tenía que hacer otra estimación; ¿cuánto tiempo tomaría diseñar un rescate? Tomando en cuenta los suministros del Columbia, los planificadores de misión de la NASA se dieron cuenta que el problema de suministro más urgente para los astronautas no era quedarse sin aire o agua, sino la acumulación de dióxido de carbono.

El peso es algo preciado para las naves espaciales. Cada gramo de masa que debe ser puesto en órbita debe ser compensado con combustible, y añadir combustible agrega masa que debe ser compensada con más combustible. En lugar de ser cargada con “aire de repuesto”, la nave espacial es lanzada con un volumen mayormente fijo de aire interno, el que reciclan al añadir otros gases. El transbordador espacial carga suministros de oxígeno y nitrógeno líquidos, que son transformados en gas e ingresados en la cabina para mantener una mezcla 78% de nitrógeno y 21% de oxígeno, similar a la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, la tripulación exhala dióxido de carbono y ese gas debe ser removido del aire.

Para hacerlo, el aire del transbordador es filtrado a través de botes con hidróxido de litio (LiOH), que se une a las moléculas de dióxido de carbono para formar cristales de carbonato de litio (Li2CO3), retirando así el tóxico dióxido de carbono. Estos botes son artículos de uso limitado, con una cierta cantidad de hidróxido de litio cada uno; Columbia estaba equipado con 69 de ellos.

No obstante resultó ser difícil de estimar cuánto durarían estos 69 botes, dado que no hay muchos datos acerca de cuánto dióxido de carbono puede tolerar el cuerpo humano en microgravedad. Las reglas de operación de una misión estándar dictan que la misión sea abortada si los niveles de CO2 sobrepasan una presión parcial de 15 mmHg (alrededor del 2% del volumen de aire de la cabina), y los planificadores de la misión creyeron que podrían alargar la duración de los botes de LiOH de Columbia para cubrir un total de 30 días de misión sin superar el umbral de CO2. Sin embargo, hacerlo requeriría que la tripulación pasara 12 horas de cada día haciendo tan pocas cosas como les fuera posible; dormir, descansar y hacer lo posible por mantener sus tasas metabólicas bajas.

Si la tripulación no pudiera mantener ese bajo ritmo de actividad, los médicos de vuelo de NASA creían que permitir que el contenido de CO2 aumentara hasta una presión parcial de 26,6 mmHg (alrededor del 3,5% del volumen del aire de la cabina) “no produciría efectos a largo plazo en la salud de los miembros de la tripulación”. Esto permitiría a la tripulación mantener un ciclo de vigilia/sueño más normal de 16/8 horas, pero a costa de potenciales déficits fisiológicos; dolores de cabeza, fatiga y otros problemas relacionados a los altos niveles de CO2 habrían comenzado a manifestarse muy rápidamente.

Después de los filtros para dióxido de carbono, el siguiente artículo consumible más limitado era el oxígeno. Los suministros de oxígeno líquido de Columbia eran usados no solo para reponer el gas respirable para la tripulación, sino también para generar energía en las pilas de combustible del transbordador (que combinando oxígeno con hidrógeno producía tanto energía como agua potable). La cantidad de oxígeno líquido a bordo podría ser usada más allá de la marca de 30 días de los filtros para CO2 disminuyendo drásticamente el consumo de energía del Columbia.

Las tres categorías de consumo restantes eran la comida, agua y propelente. Asumiendo que la tripulación hiciera muy poca actividad física, la comida y el agua podrían durar mucho más del límite de 30 días impuesto por los filtros de LiOH. Para conservar propelente, el orbitador sería ubicado en una actitud que requiriera un mínimo de combustible para mantenerse.

Exactamente cuándo la tripulación de Columbia llevaría a cabo estas medidas de ahorro de energía y oxígeno dependían de un corto árbol de decisiones. En el escenario que exploramos, se asume que la NASA determinó en el Día de Vuelo 2 (el 17 de enero) que la colisión de la espuma había causado algo de daño, seguido por al menos otro día para reunir imágenes de Columbia usando “activos nacionales” como telescopios terrestres y otras fuentes espaciales (satélites espías, por ejemplo) bajo el control del USSTRATCOM.

Árbol de decisiones del CAIB. “FD” significa Día de Vuelo. Crédito: NASA/Informe CAIB, Apéndice D.13.

Si estas imágenes identificaran positivamente el daño, Columbia habría entrado inmediatamente en un modo de bajo consumo; si las imágenes no hubiesen mostrado nada concluyente, la tripulación habría realizado una actividad extra (EVA o caminata espacial) para evaluar visualmente el daño del ala.

En cualquier caso, el Día de Vuelo 3 marcaría el comienzo de varias noches sin dormir para muchas personas.

Nota:
[1] Cerrar las puertas del Control de Misión era parte de los procedimientos de contingencia para asegurar la correcta grabación y conservación de los datos relevantes.

Fuente: Ars Technica