우주왕복선 컬럼비아호 폭발 사고. STS-107 공중분해

2003년 우주왕복선 컬럼비아호(STS-107)는 재진입 중 폭발로 7명의 우주 비행사를 잃는 비극으로 마무리되었습니다. 발사 당시 열 보호 타일에 발생한 손상이 재진입 과정에서 원인을 제공하게 되었으며, 이 사건은 우주 탐사의 복잡성과 위험성에 대해 전세계에 다시 한번 강조하는 계기가 되었습니다. 이 글에서는 우주왕복선 컬럼비아호의 사고 개요, 임무, 발사과정, 대기권 재진입 과정, 우주왕복선 컬럼비아호 사고원인에 대해 알아보겠습니다.

우주왕복선 컬럼비아호

우주왕복선 컬럼비아 STS-107 사고 개요

2003년 2월 1일, 우주왕복선 컬럼비아호는 지구 대기권 재진입 과정 중 텍사스와 루이지애나 지역 상공에서 폭발하는 사고가 발생하였습니다 .이 사건으로 인해 승무원 7명 전원이 사망하였으며, 우주왕복선 프로그램의 역사에서 두 번째 대참사로 기록되었습니다.

이번 비행은 STS-107라는 이름으로, 컬럼비아호에 대한 28번째, 전체 우주왕복선으로는 113번째 비행이었습니다. 이 미션의 주요 목적은 다양한 과학 연구였는데, 주로 궤도선의 페이로드 베이 안의 공간 허브 모듈에서 진행되었습니다. 발사 당시, 단열재로 만든 열 보호판 일부 조각이 궤도선의 외부 연료 탱크에서 떨어져 왼쪽 날개의 열 보호 타일에 충돌하는 사고가 발생하였습니다. 이와 유사한 현상은 이전 비행에서도 발생했으나, 일부 엔지니어와 전문가는 이번에 발생한 충돌이 더욱 심각한 결과를 초래할 수 있다는 우려를 제기했습니다. 그럼에도 불구하고, 이 문제를 깊게 조사하거나 해결하는 데 필요한 조치가 취해지지 않았습니다.

재진입 과정에서, 궤도선의 왼쪽 날개에 발생한 손상으로 인해 고온의 대기 가스가 날개 내부로 침투하게 되었고, 이로 인해 내부 구조가 약화되면서 여러 조각으로 분해되며 비극적인 결과가 발생하게 되었습니다.

우주왕복선 컬럼비아 STS-107 임무

컬럼비아 우주왕복선 STS-107 임무는 궤도 가속 연구 실험등을 포함하여 다양한 과학 실험을 위한 장비를 탑재하고 발사되었습니다. 원래 2001년 1월 11일에 발사될 계획이었으나 여러가지 이유로 연기되었고, 최종적으로는 2003년 1월 16일에 발사되었습니다.

선발된 승무원은 7명이 임명되었습니다. 임무의 지휘를 맡은 릭 하즈 밴드 대령은 이전에 STS-96 임무에 참여한 경험이 있는 미국 공군의 시험 조종사였습니다. 조종사 역할을 맡은 윌리엄 맥클은 이번 임무가 첫 우주 비행이었으며, 그는 미국 해군의 사령관이었습니다. 페이로드 지휘관 마이클 앤더슨 중령은 STS-89 임무에 참여한 경험이 있는 미 공군 소속의 우주 비행사였습니다.

항공 기관사 역할을 수행한 칼파나 차우라는 STS-87 임무에 참여한 경험이 있습니다. 데이비드 브라운과 로렐 클라크는 둘 다 해군 대령으로서, 이 임무가 그들의 첫 우주 비행이었습니다. 마지막으로 이스라엘 공군 대령인 이란 라몬은 이스라엘 출신 최초의 우주 비행사로, 페이로드 전문가로 임무에 참여했습니다.

우주왕복선 컬럼비아 STS-107 발사

컬럼비아 우주왕복선은 오전 10시 39분 케네디 우주 센터에서 성공적으로 발사되었습니다. 발사 이후 연료 탱크의 왼쪽 바이포드 부분에서 열보호판 일부 파편이 분리되는 것이 관측되었습니다. 해당 열보호판 일부는 컬럼비아의 좌익에 위치한 강화 탄소-카본(RCC) 패널 부분에 부딪쳤습니다. 이 때의 파편 충돌은 그렇게 크게 인식되지 않았습니다. 발사 당시 우주왕복선과 지상에서 모두 이러한 충돌 사실을 인지하지 못했기 때문입니다.

발사 이후 SRB와 연료 탱크는 정상적으로 분리되었고, 컬럼비아는 원래 계획대로 궤도에 안착하는 데 성공했습니다.

우주왕복선 컬럼비아 발사과정 분석

우주왕복선 컬럼비아가 성공적으로 궤도에 진입한 후, NASA는 발사과정의 영상을 주기적으로 검토하였습니다. 임무를 시작한 둘째 날, 발사 중 발생한 파편 충돌을 확인하였습니다. 그러나 사용된 카메라들로는 주날개와의 파편 충돌 장면이 정확하게 포착되지 않아 컬럼비아호가 얼마나 큰 손상을 입었는지 명확하게 알 수 없었습니다.

이후 궤도선의 손상 정도를 파악하기 위해 파편 평가 팀을 조직하였습니다. 주날개의 RCC 타일이 손상되었을 가능성을 높게 보았으나, NASA의 관리진은 이로 인한 위험성을 크게 염려하지 않았습니다.

컬럼비아호의 주익에 잠재적인 손상을 파악하기 위해 파편 평가 팀은 국방부에 궤도상의 세밀한 이미지를 요청하였습니다. 이러한 요청은 국방부 내부의 특정 부서와 존슨 우주센터의 연락을 통해 이루어졌습니다. 웨인 헤일은 국방부의 관련 담당자를 통해 이 요청의 처리를 추진하였습니다. 국방부는 미 전략군을 통해 컬럼비아호를 관찰할 수 있는 최적의 장비와 자원을 탐색하기 시작했습니다.

그러나, 이 과정 중에서 NASA의 린다 햄 위원장이 해당 이미지 촬영 요청을 중단시켰습니다. 그녀는 내부 회의를 통해 컬럼비아호의 추가적인 이미지 촬영은 필요하지 않다고 결정하였습니다. 린다 햄은 파편 평가 팀과의 정식 협의 없이 그리고 표준 절차에 따르지 않은 촬영 요청이었기 때문에 이를 중단시켰습니다. 또한, 궤도선을 특정 방향으로 조종하여 날개를 촬영하면 현재 진행 중인 연구 활동이 중단될 가능성이 있었습니다. 햄은 국방부의 기술력이 궤도선의 손상 정도를 정확히 판단하기에 부족하다고 생각하였습니다. 이러한 결정 이후로 파편 평가 팀은 다시는 궤도선의 이미지 요청을 하지 않았습니다.

과거에 발생한 바이포드 열보호판 일부 충돌 사건은 다른 비슷한 사건들과 비교되었지만, 이는 궤도선 또는 승무원의 손실을 초래하지 않았습니다. 임무 중 승무원과의 소통에서는 열보호판 일부 충돌의 위험성에 대해 크게 경시하는 모습을 보였습니다. 비행감독은 승무원에게 열보호판 일부 충돌에 대해 안내하면서, 과거의 유사한 사건에서도 큰 문제가 발생하지 않았으므로 지금도 큰 걱정을 할 필요가 없다고 전달하였습니다.

컬럼비아호 대기권 재진입

2003년 2월 1일, 컬럼비아호 우주왕복선은 임무를 완료하고 지구로 돌아오기 위해 대기권 재진입을 위한 고도와 속도로 조정되었습니다.

하지만 재진입 과정 중, 이전에 발생한 좌익의 손상 때문에 열이 침투하여 궤도선의 구조가 약화되기 시작했으며, 좌익의 센서들은 일반적이지 않은 변화를 감지하기 시작했습니다. 이러한 변화는 승무원이나 지상 관제센터에 즉시 전송되지 않아, 실제 상황을 인식하는 데에 시간이 걸렸습니다.

좌익의 손상이 증가함에 따라, 궤도선의 항법 시스템에 문제가 발생 곧 제어 손실로 이어지게 되며 그 결과로 궤도선은 정상 궤도에서 크게 벗어나 탄도 궤도를 따라 비행하게 됩니다. 이때의 속도는 마하 15에 가까운 속도였습니다.

또한 컬럼비아호와 지상 간의 신호 손실이 발생하게 되는데, 관제센터는 이 후부터 궤도선의 정보를 받아볼 수 없게 됩니다. 약 9시를 넘기는 기점으로 궤도선은 치명적인 손상을 입게 되어, 크게 분열되기 시작합니다. 뒤이어 궤도선은 많은 파편으로 나뉘어지게 됩니다.

지상에서는 이 사태를 모니터링 중이었으나, 실제로 궤도선과의 통신이 끊어진 것을 초기에는 인지하지 못했습니다. 신호 손실은 단순히 위성과의 통신 문제로 생각되었기 때문입니다. 그러나 상황이 점점 심각해지자, 관제센터는 궤도선과의 연락을 즉시 재개하려 했지만 실패하였습니다. 이 후, 긴급 상황이 전달되었고, 결국, 컬럼비아호는 예정된 시간에 착륙하지 못하고 큰 재난으로 끝나고 말았습니다.

우주왕복선 컬럼비아호 사고 원인 분석

우주왕복선 컬럼비아호 사고 원인

CAIB(사고 조사 위원회)는 사고 조사 과정에서 좌익의 피해가 컬럼비아호의 폭발 원인이라는 결론을 내렸습니다. 회수된 무수히 많은 파편 가운데, 좌익의 RCC(강화 탄소-탄소) 패널이 눈에 띄는 열 피해를 받았다는 것을 발견했습니다. 이 패널은 사고 지역의 서부에서 발견되었고, 다른 부품보다 먼저 탈락한 것으로 파악되었습니다. RCC 패널의 상세한 검사 결과, 슬래그라는 물질이 특히 많이 퇴적된 것을 확인할 수 있었습니다. 또한, 충격 시뮬레이션 테스트를 통해 열보호판 일부가 어떻게 RCC 패널에 영향을 미쳤는지를 확인했습니다.

NASA의 조직문화와 그 문제점

사고 조사 위원회는 NASA의 조직문화를 깊게 들여다보면서 그 문제점을 지적했습니다. 특히, 챌린저 우주왕복선 사고와 유사한 문제점을 발견하였습니다. NASA는 높은 수준의 우주 미션 수행을 추구하는 반면, 예산 삭감의 압박에 직면해 있었습니다. 특히 1990년 초반부터 1994년 사이에 프로그램 운영 비용이 줄어들었음에도, 국제 우주 정거장의 조립을 위한 미션은 계속 증가하고 있었습니다. CAIB는 이러한 상황이 안전에 대한 관심과 자원 부족을 초래했다고 지적했습니다. 더욱이, NASA 내부에서는 문제 해결과 효과적인 의사 소통을 위한 적절한 경로나 시스템이 부재했음을 밝혔습니다.

긴급 절차에 대한 고려

CAIB(사고 조사 위원회)는 컬럼비아호 승무원의 구조 방안 가능성을 심도 있게 모색하였습니다. 그 당시, 아틀란티스 우주왕복선은 STS-114 임무를 위해 2003년 3월 1일 발사 준비 중이었습니다. 만약 NASA 경영진이 구출 임무를 결정했다면, 아틀란티스는 긴급하게 발사될 수 있었습니다. 그 과정에서 일부 기존 발사 절차나 테스트는 생략되고, 선외활동 장비를 추가로 탑재한 뒤, 최소한의 승무원만을 태운 채로 발사되었을 것입니다. 아틀란티스는 컬럼비아호와 합류 후, STS-107의 승무원들은 선외 활동을 통해 아틀란티스로 이동하게 되었을 것입니다. 이후 컬럼비아호는 원격으로 궤도에서 벗어나 폐기되었을 것으로 추정됩니다.

좌익 손상에 대한 궤도 수리 가능성 조사

CAIB는 컬럼비아호의 손상 부위에 대한 궤도에서의 수리 가능성도 살펴보았습니다. 비록 컬럼비아호에는 재돌입 시 필요한 재료나 접착제가 탑재되어 있지 않았지만, 다양한 방법으로 손상된 부위를 수리하는 방법을 모색하였습니다. 그 중에서는 궤도선의 다른 부분에서 타일을 떼어내어 이를 손상 부위에 재배치하고 채우는 방법이 가장 유력하게 검토되었습니다. 그러나, 궤도에서의 수리 작업은 여러 어려움을 수반할 것이라는 예상도 함께 제시되었습니다.

마무리

이 사고의 원인 및 결과에 대한 깊은 조사가 이루어진 후, 우주왕복선 프로그램은 잠시 중단되었습니다. 2005년에 다시 비행을 시작하기 전까지 국제 우주 정거장(ISS)의 건설 작업도 일시 중지되었습니다. 이 사고 이후 NASA는 비행 안전성을 높이기 위한 다양한 조치를 취했으며, 후속 임무에서는 열 보호 시스템의 상태를 정기적으로 확인하는 절차 등이 도입되었습니다. 또한, 후속 우주 왕복선 임무는 대부분 ISS에 집중되었으며, 특별한 상황을 제외하고는 다른 목적지로의 비행은 중단되었습니다.