컬럼비아 우주왕복선 공중분해 사고

3. STS-107 임무

3. 1. 승무원

3. 2. 발사 및 파편 충돌

3. 3. 비행 중 위험 관리

4. 공중분해

컬럼비아 우주왕복선은 대기권 재진입 과정에서 공중분해되었다. 다음은 미 동부표준시 기준 시간대별 상황이다.

• 8:44:09 - 대기권 재돌입 개시. 우주왕복선 내열 시스템 참조.
• 8:49:00 - 좌익 RCC 패널 뒤편 및 전연부 뒤의 온도 상승 시작. 이는 8:44:09 ~ 8:49:00 사이에 고온 가스가 좌익의 RCC 패널에 진입했음을 보여준다.
• 8:52:00 - 고온 가스가 전연부 틈새를 통해 날개 내부로 진입. 직후 고온 가스로 인해 실시간 원격 측정 및 데이터 기록 장치 데이터 배선 가열 시작.
• 8:52:16 - 첫 번째 센서 고장 발생 (데이터 기록 장치 좌익 상부 압력 센서). 이후 4분간 164개 센서 고장 (대부분 처음 2분 동안 고장). 마지막 센서 고장은 8:56:24에 확인됨.
• 8:52:05 - 항공 관제 시스템이 좌익 저항 증가 감지 및 대응.
• 8:53:46 - 캘리포니아 해안 횡단 20초 후, 지상에서 첫 번째 파편 추락 목격. 파편은 날개 표면 또는 단열재 일부로 추정됨. 이 시간대에 내부 알루미늄 구조체 손상 가능성, 알루미늄 파편 영향으로 추정되는 통신 두절이 13회 발생.
• 8:54:20 - 기체 공력의 큰 변화 관측. 이는 좌익 손상을 나타내며, 지상에서도 다수 파편 추락 관측.
• 8:56:16 - 유압 라인 온도 이상 상승. 이 시점까지 고온 가스가 왼쪽 랜딩기어 격납고에 진입한 것으로 확인됨.
• 8:58:09 - 파편 추락을 동반하는 기체 공력의 큰 변화 관측. 이에 대응하여 보조익 각도 급격 변화.
• 8:58:56 - 이 시점에서 모든 왼쪽 랜딩기어 타이어 압력 및 온도 데이터 상실. 이는 격납고 내부 손상 급격 진행을 나타냄.
• 8:59:29 - 계속 진행된 좌익 손상으로 기체 공력의 큰 변화 발생. 이에 대응하여 컬럼비아호는 오른쪽 요제트(yaw jet) 4기 모두 분사.
• 8:59:32 - 미션 컨트롤 센터(MCC)에서 모든 원격 측정 데이터 수신 불가능.
• 9:00:14 - 데이터 기록 장치 데이터 상실.
• 9:00:23 - 비디오 영상으로 기체 파괴 확인.

4. 1. 사고 원인

5. 사고 조사

2003년 2월 1일, 조지 W. 부시 대통령은 텍사스주 동부를 연방 재해지역으로 선포하고, 미합중국 연방 긴급사태 관리청(FEMA)과 환경보호국(EPA) 팀을 파견해 파편 수색을 시작했다. 현지 경찰관, 자원봉사자, 주민들도 수색에 동참했다.^[97]

텔레메트리, 레이더, 사진, 비디오, 기상 데이터 등을 바탕으로 텍사스 주 동부 산림 지역에서 헬리콥터와 항공기를 이용한 항공 수색과 지상 수색이 함께 진행되었고, 파편이 많이 발견된 호수와 저수지에서는 잠수팀이 투입되었다.

2003년 5월 6일, 마지막 파편이 케네디 우주센터로 옮겨졌다. 회수된 파편은 총 83,743개, 무게는 38,460kg으로, 귀환 시 컬럼비아호 무게의 약 38%였다.

사고 며칠 후, 우주비행사들이 공중분해 직전 선내에서 촬영한 소니 비디오 카메라 녹화 테이프가 발견되었다. 2008년에는 회수된 하드 디스크 내 실험 데이터가 복구되어, 무중력 상태에서 제논의 점성에 관한 연구 논문이 발표되었다.

텍사스주 등 광범위한 지역에 파편이 낙하해 일부는 자동차나 민가에 떨어졌고, 산불도 발생했지만, 지상 인명 피해는 없었다.

사고 원인은 발사 당시 외부연료탱크(ET)의 발포단열재가 공기역학적 힘에 의해 떨어져 나가 왼쪽 주익 앞부분을 직격, 대기권 재진입 시 고온으로부터 기체를 보호하는 내열 시스템을 손상시킨 것이었다. 일부 기술자들은 저궤도 비행 중 기체 손상 가능성을 제기했지만, 미국항공우주국(NASA) 간부들은 문제가 있어도 대처할 방법이 없다는 이유로 조사를 제한했다.^[97]

NASA 초기 설계 요건에는 외부 연료 탱크에서 단열재 파편이 떨어져 나오면 안 된다고 명시되어 있었다. 따라서 파편으로 인한 손상은 발사 허가 전 해결해야 할 안전 문제였다. 그러나 기술자들은 파편 탈락 및 충돌을 불가피하고 해결 불가능한 문제로 간주, 안전에 지장을 주지 않거나 허용 범위 내 위험으로 여겨 발사를 허가하는 경우가 많았다. 대부분 발사에서 탈락한 단열재 충돌로 인한 내열 타일 손상이 기록되었다.^[98]

STS-112 임무에서는 단열재 덩어리가 외부 연료 탱크 바이포드 램프에서 떨어져 나와 왼쪽 고체로켓 부스터(SRB) 후미 근처 SRB-외부 연료 탱크 연결 링을 직격, 폭 4인치, 깊이 3인치 흠집을 냈다.^[99] NASA는 "외부 연료 탱크는 안전하며 새 문제(또는 위험 증가)는 없다"고 판단했다.^[100] 임무 관리팀(MMT) 의장 린다 햄은 "당시에도 지금도 (위험성) 근거는 부족하다"며 재확인했고, 우주왕복선 프로그램 책임자 론 디테모어도 이 결정에 참여했다.^[101]

STS-107이 대기권에 재진입할 때, 손상 부위로 고온 공기가 유입되어 날개 내부 구조물이 파괴되었고,^[102] 기체는 급속히 분해되었다. 이후 텍사스주, 루이지애나주, 아칸소주에서 대규모 수색으로 승무원 시신과 기체 파편 다수가 회수되었다.

STS-107은 2001년1월 11일 발사 예정이었으나 2년간 18번 연기되어 2003년1월 16일 발사되었다. 마지막 연기 원인은 2002년7월 19일 발사 예정일 한 달 전 연료 공급 시스템 균열 발생이었지만, 컬럼비아 우주왕복선 사고 조사위원회(CAIB)는 이것이 참사에 직접 영향을 주지 않았다고 결론지었다.

5. 1. 컬럼비아 사고 조사 위원회(CAIB)

5. 2. 기술적 조사

5. 3. 조직적 문제점

또한, NASA 내부에 문제를 논의하고 효과적으로 처리할 수 있는 적절한 의사소통 및 통합 채널이 부족하다고 판단했다. ISS 건설을 위한 발사 일정 준수 압력은 이러한 위험을 더욱 악화시켰다.

STS-112 임무 후, NASA는 폼 충돌 문제에 대해 "외부 연료 탱크는 안전하게 비행 가능하며 새로운 문제(또는 위험 증가)는 없다"고 판단했다.^[100] 이 판단은 컬럼비아 우주왕복선이 궤도에 있는 동안에도 재검토되었고, 임무 관리팀(MMT) 의장인 린다 햄은 "당시에도 지금도 (위험성의) 근거는 부족하다"며 이를 재확인했다. 린다 햄 외에도 우주왕복선 프로그램 책임자인 론 디테모어도 이 결정에 관여했다.^[101]

기술진은 궤도상의 우주왕복선 촬영을 위해 미국 국방부에 세 차례나 지원을 요청했지만, NASA 관리 기구는 이를 진지하게 받아들이지 않고 중단시켰다.^[105] 사고 조사 위원회는 보고서에서 미국 국가정찰국과의 협정을 변경하여 궤도 선회 중인 기체 촬영을 표준 요구로 할 것을 권고했다.^[106]

NASA 상층부는 열 보호 시스템(TPS) 손상이 발견되어도 조치를 취할 수 없다고 믿었기 때문에, 위험 평가 과정이 느슨했다. 조사 보고서는 특히 린다 햄의 태도를 문제 삼았다.^[107]

NASA 기술진은 "크레이터"라는 통계 워크시트를 사용하여 내열 타일 손상을 평가했지만, 이 모델은 작은 투사체 충돌 시 손상을 과대 평가하는 경향이 있었다. 따라서 기술진은 더 큰 발포 단열재(SOFI) 충돌의 경우에도 예측이 과대하게 나올 것이라고 생각했다. 탄소섬유강화탄소복합재료(RCC) 손상 예측 프로그램은 담배 한 개비 크기의 얼음 충돌을 가정했고, 더 큰 SOFI 충돌은 고려하지 않았다. NASA 간부는 SOFI의 낮은 밀도를 근거로 예상 피해를 낮추는 견해를 받아들였다.^[108]

결국 NASA의 계획 관리자들은 파편 충돌이 안전을 위협한다는 증거가 불충분하다고 판단하여, 이를 "턴어라운드" 사건(귀환 후 다음 발사 일정에 영향을 주지만, 현재 비행에는 영향을 주지 않는 사건)으로 선언하고 국방부의 사진 촬영 요청을 거절했다.

5. 4. 가능한 비상 절차

NASA는 임무 기간을 최대 30일 (2월 15일)까지 연장할 수 있었지만, 이산화탄소 제거에 사용되는 수산화리튬 용기 소진 문제가 있었다.^[34] STS-107 임무에서 컬럼비아호는 장기 체류 궤도선 (Extended Duration Orbiter)을 탑재하여 산소와 수소 공급량을 늘렸다.^[35] 임무 기간을 최대한 연장하기 위해 불필요한 시스템은 전원을 차단하고, 스페이스해브 모듈에 있던 동물들은 안락사시켰을 것이다.

당시 아틀란티스호는 2003년 3월 1일 STS-114 발사를 위해 준비 중이었다. NASA가 구조 임무 발사를 결정했다면, 구조선 발사를 위한 신속한 절차가 시작되었을 것이다. 아틀란티스호는 EVA를 위한 추가 장비를 탑재하고 최소 인원의 승무원과 함께 발사되었을 것이다. 아틀란티스호는 컬럼비아호와 랑데부하여 STS-107 승무원은 우주유영을 통해 아틀란티스호로 이동했을 것이다. 컬럼비아호는 원격으로 궤도에서 이탈시켰을 것이며, 관제센터에서는 원격으로 착륙시킬 수 없었기 때문에 태평양에 폐기되었을 것이다.

컬럼비아 사고 조사위원회(CAIB)는 또한 왼쪽 날개의 궤도상 수리가 가능했는지 조사했다. 궤도선의 다른 부분에서 타일을 채취하여 모양을 만들고 RCC 구멍에 채우는 방법을 고려했다. 그러나 궤도상 수리의 어려움과 RCC 타일의 추가 손상 위험을 고려할 때, 궤도상 수리 성공 가능성이 낮다고 판단했다.

6. 사고 이후

사고 직후, 동부 텍사스 법 집행 기관에는 폭발과 낙하하는 잔해에 대한 보고가 접수되었다.^[19] 우주비행사 마크 켈리와 그레고리 존슨은 휴스턴에서 나코그도치스로 이동했으며, 짐 웨더비는 잔해 수습 활동을 지원하기 위해 우주비행사 팀을 루프킨으로 이끌었다. 텍사스 동부에서 루이지애나 남부에 이르기까지 잔해가 발견되었으며,^[19] 수습팀과 지역 자원봉사자들이 잔해를 찾고 식별하기 위해 노력했다.^[19]

재난 발생 첫날, 수색대는 우주비행사들의 유해를 발견하기 시작했다.^[19] 추락 후 3일 이내에 모든 승무원의 일부 유해가 회수되었다.^[19] 이러한 회수는 텍사스주 햄필 남쪽과 톨레도 벤드 저수지 서쪽을 따라 이루어졌다.^[19] 승무원의 유해는 도버 공군기지에 있는 무장군 병리학 연구소로 이송되었다.^[19]

재난 직후, 텍사스 주 방위군은 300명의 대원을 배치하여 보안 및 수습 활동을 지원했고, 해안경비대의 걸프 스트라이크팀은 위험한 잔해 수습을 지원하도록 배정되었다.^[19] 그 후 며칠 동안, 환경보호청, 미국 산림청, 민간항공순찰대, 텍사스와 루이지애나 공공 안전 기관, 그리고 지역 자원봉사자들을 포함한 수백 명의 사람들이 수색에 참여했다.^[19] 재난 후 몇 달 동안, 사상 최대 규모의 지상 수색이 진행되었다.^[20] NASA 관계자들은 추진제에 오염되었을 가능성이 있기 때문에 잔해를 취급하는 위험성에 대해 경고했다.^[21]

사고 직후, 일부 개인들이 인터넷, 특히 온라인 경매 사이트 이베이에서 컬럼비아호 잔해를 판매하려고 시도했다. NASA 관계자들은 이러한 노력에 대해 비판적이었는데, 잔해는 NASA의 재산이며 조사에 필요했기 때문이다.^[22] 회수된 궤도선 잔해에 대한 3일간의 사면 기간이 제공되었다.^[23] 사면 기간이 끝난 후, 여러 명이 불법 약탈과 잔해 소지 혐의로 체포되었다.^[24]

컬럼비아호의 항공기록장치는 2003년 3월 19일, 텍사스주 햄필 근처에서 발견되었다.^[25] 이 레코더는 초기 우주왕복선 시험 비행이 완료된 후 컬럼비아호에 남아 있었으며, 재진입 15분 전부터 정보 기록을 시작했다. 추락 당시 기록 테이프가 끊어졌지만, 이전에 궤도선 센서의 정보가 기록되었을 수 있다.^[26]

3월 27일, 잔해 수색에 사용되던 벨 407 헬리콥터가 안젤리나 국유림에서 기계 고장으로 추락했다. 이 사고로 조종사 줄스 F. 미어 주니어와 텍사스 산림청 항공 전문가 찰스 크레넥이 사망하고 다른 승무원 3명이 부상을 입었다.^[27]

알루미늄 용기에 담긴 ''예쁜꼬마선충'' 벌레 무리가 재진입과 지면 충격을 견뎌내고 재난 발생 몇 주 후 회수되었다.^[28] 이 배양체는 2003년 4월 28일에 살아 있는 것으로 밝혀졌다.^[29]

NASA는 회수된 컬럼비아호 잔해를 케네디 우주센터의 재사용 가능 발사체 격납고에 보관하고, 잔해를 격납고 바닥에 궤도선 모양으로 배치하여 조사관들이 사고 원인을 찾도록 했다.^[19] 회수된 잔해는 현장에서 케네디 우주센터로 운송되어 유독성 자기연소 추진제에 오염되었는지 확인했다. 각 잔해에는 고유 번호와 발견된 좌표를 나타내는 태그를 부착하고 사진을 첨부하여 분류했다.^[19]

컬럼비아호 잔해 수색은 5월에 종료되었다.^[19] 약 83,900개의 잔해가 회수되었으며, 무게는 84900lbs로 궤도선 전체 무게의 약 38%에 해당한다. CAIB 보고서가 발표되었을 때, 회수된 약 40,000개의 잔해는 식별되지 않았다.^[30] 회수된 비인간 컬럼비아호 잔해는 모두 차량 조립 건물의 사용되지 않는 사무 공간에 보관되었다.^[31]

2011년 7월, 가뭄으로 인해 수위가 낮아지면서 나코그도치스 호에서 지름 약 1.22m의 잔해가 발견되었다. NASA는 이 잔해를 동력 반응물 저장 및 분배 탱크로 확인했다.^[32]

6. 1. 우주왕복선 프로그램 변화

6. 2. 추모 및 유산

• 다큐멘터리 「충격의 순간 3」제1회 「컬럼비아호, 최후의 비행」(National Geographic Channel)
• 다큐멘터리 「컬럼비아호 최후의 16일」(Discovery Channel)
• 다큐멘터리 「우주왕복선 발사까지의 무대 뒤」(Discovery Channel)
• 다큐멘터리 「THE 붓치기리 TV」2012년 8월 11일 방송분
• 세계 대참사 전서 「우주왕복선 컬럼비아호 공중분해 사고」(NHK BS프리미엄)
• 세븐～콜롬비아호 사고 희생자 추모～(페테르 에트베시 작곡): 스와나이 아키코의 바이올린 독주, NHK교향악단에 의해 일본 초연되었다.

참조

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