STS-107

Emblém misie

Ako každá misia, aj STS-107 mala svoj emblém. Mal tvar pôdorysu kozmického raketoplánu, pričom v jeho strede bolo označenie mikrogravitácie (bezváhového stavu) - μg. Ten smerom nahor prechádzal do symbolu astronautov - hviezdy s troma pruhmi obopnutými kruhom. Na pravej strane je symbolicky znázornená Zem, nad ktorou vychádza Slnko. Východ Slnka symbolizuje úsvit novej éry mikrogravitačného výskumu. Povrch Zeme zviera so znakom astronautov uhol 39°, lebo Columbia obiehala Zem po dráhe so sklonom 39° k rovníku. Na ľavej strane je súhvezdie Holubica (po latinsky Columba). Jeho sedem hviezd symbolizuje sedem astronautov, celé súhvezdie zároveň symbolizuje mier na Zemi. Po obvode emblému sú mená členov posádky a pri mene Ilana Ramona je navyše malá vlajka štátu Izrael.

Cieľ letu

Cieľom letu boli predovšetkým vedecké biologické experimenty v mikrogravitácii. Dôraz sa kládol na lekárske experimenty, ale realizované boli aj pokusy z oblasti technologického a materiálového výskumu. V nákladovom priestore raketoplánu sa nachádzalo laboratórium Spacehab, model RDM (Double Research Module - doslova dvojitý výskumný modul) slúžiace na experimenty v mikrogravitácii a externá prístrojová plošina FREESTAR (Fast Reaction Experiments Enabling Science Technology Applications and Research).

Problémy pred štartom

STS-107 bola jediná vedecká misia, ktorá „prežila“ škrty v rozpočte NASA. Pôvodné plány totiž hovorili o jednej vedeckej misii každý rok od roku 2001. Postupným znižovaním rozpočtu však z celého plánovaného radu misií zostala len misia Columbia STS-107. Aj tá však bola postupne odkladaná, pretože prednosť malo zásobovanie a výmena posádok ISS. Do hry vstúpili aj technické problémy. Columbia už od roku 1999 prechádzala rozsiahlou úpravou (Orbiter Maintenance Down Period), ktorá zahŕňala dôkladnú údržbu, kontrolu a modernizáciu raketoplánu. Táto kontrola sa však predĺžila a tak sa prvý termín štartu (11. január 2001) stal nereálnym. Počas nasledujúcich dvoch rokov došlo k 13 ďalším odkladom. Keď bol raketoplán konečne v letuschopnom stave, bolo prijaté rozhodnutie, že najprv sa uskutoční misia STS-109 - servisná misia k Hubblovmu vesmírnemu ďalekohľadu. Štart misie STS-107 bol plánovaný na júl 2002, ale z dôvodu ďalších technických problémov bol opäť odložený.
Lety raketoplánov nie sú označované podľa poradia, v akom štartujú, ale podľa poradia, v akom boli naplánované. Poradie ich štartu sa môže meniť z finančných, technických a iných dôvodov. Z tohto dôvodu mala misia označenie STS-107, hoci nasledovala po misii STS-113 a v skutočnosti bola 113. letom raketoplánu a 28. štartom orbitera Columbia.

Štart

Cesta Columbie začala 12. marca 2002, kedy bol raketoplán presunutý do prípravného hangáru OPF (Orbiter Processing Facility). Tam bola do jej nákladového priestoru vložená najprv prístrojová paleta EDO (25. apríla 2002). 6. júna ju nasledovali Spacehab a FREESTAR a 31. októbra boli dvere do nákladového priestoru orbitera uzavreté. 18. novembra 2002 bola Columbia presunutá do montážnej haly VAB, kde bola o dva dni neskôr pripojená k hlavnej palivovej nádrži ET a pomocným motorom SRB. 9. decembra 2002 sa začala premiestňovať na odpaľovaciu rampu 39-A. Odpočítavanie bolo zahájené 13. januára 2003 v stave T-43 hodín. Prípravu na štart a samotný štart sprevádzali zvláštne bezpečnostné opatrenia, hlavne kvôli prítomnosti izraelského astronauta na palube. 7 hodín 20 minút pred štartom začal pozemný personál plniť nádrž ET pohonnými hmotami. Posádka začala do orbitera nastupovať o 8:30 UT. Prvý nastúpil veliteľ Rick Husband, posledná (v čase 13:45) Kalpana Chawlaová. Vstupný prielez bol uzavretý o 14:17.
Štart prebehol úspešne vo štvrtok 16. januára 2003 o 15:39:00 UT. Išlo celkove o 113. štart v programe Space Shuttle a celkove tretí kozmický štart v roku 2003. V čase 15:40:21 UT diaľkové kamery zistili odtrhnutie časti tepelnej izolácie nádrže ET a jeho zásah do ľavého krídla orbitera. Rýchlosť kolízie bola vypočítaná na 190 m/s, hmotnosť úlomku na 1,2 kg. Podľa vtedajšieho úsudku technikov to nemohlo spôsobiť vážnejšie poškodenie krídla ani jeho tepelnej ochrany. Práve tento náraz úlomku izolačnej peny do krídla sa však stal raketoplánu osudným.
Štart pokračoval ďalej bez problémov. 2 minúty a 7 sekúnd po štarte sa od nádrže ET oddelili pomocné motory SRB a pristáli v Atlantickom oceáne. O 15:47:30 UT boli vypnuté hlavné motory SSME (Space Shuttle Main Engines), a o 16:23 UT bol raketoplán Columbia navedený na operačnú obežnú dráhu dvojminútovým zážihom motorov OMS (Orbital Maneuvering System).
Po dosiahnutí obežnej dráhy misia dostala medzinárodné označenie 2003-003A. Columbia sa dostala na obežnú dráhu 273 – 290 km a jeden obeh okolo Zeme jej trval 90,14 minút. Sklon dráhy Columbie k rovníku bol 39°. Dve hodiny po štarte boli otvorené dvere do nákladového priestoru a o ďalšiu hodinu bolo zahájené oživovanie Spacehabu a aktivácia súpravy EDO. Už v prvý deň letu sa uskutočnilo prvé pozorovanie - meranie slnečnej konštanty.

Biologické experimenty

Na palube Columbie boli tiež skleníky, akváriá a teráriá, aby sa mohlo študovať vplyv mikrogravitácie na živé organizmy. Zopár týchto živočíchov dokonca haváriu prežilo. Išlo o červy Caenorhabditis elegans. Ďalšie organizmy, ktoré prežili v kanistry pád rýchlosťou až 9 700 km/h pri teplotách dosahujúcich 175 °C, boli baktérie kmeňa Microbispora. Tieto mikroorganizmy síce neboli súčasťou experimentov (tri experimentálne kmene haváriu neprežili), ale dostali sa do kanistra zrejme ešte pred štartom. Tieto objavy podporili možnosť, že niektoré organizmy dokážu prežiť prelet zemskou atmosférou a následný dopad. Mohli by teda teoreticky byť prenášané v meteoritoch z jedného telesa slnečnej sústavy na druhé.
Astronauti sledovali napríklad správanie sa mravcov (rod Pogonomyrmex), pavúkov (Eriophora) a včiel (Xylocopa) v bezváhovom stave, študovali ikry a embryá rýb Oryzias latipes, prispôsobenie sa krvného obehového systému krýs na mikrogravitáciu, vplyv podmienok kozmického letu na rast plesní, ich metabolizmus a citlivosť na fungicídne prostriedky a vplyv mikrogravitácie na fyziológiu mikroorganizmov. Vykonávali sa imunologické a embryologické štúdie na rybke Xiphophorus helleri, fyziologické štúdie na vodnej rastline Ceratophyllum demersum, pozoroval sa vývoj rastlinných buniek citlivých na gravitáciu u machu Ceratodon purpureum v mikrogravitácii a iné.
Experimenty pripravovali výskumníci najmä z USA a Izraela, ale tiež z ďalších štátov: z Kanady, európskych štátov združených v ESA, Japonska, Austrálie, Číny, ... medzi experimenty bol tiež zaradený projekt vytvorený študentmi. Po tragédii jeden z nich uviedol pre New York Times: “Bolo by to zneváženie astronautov, ak by sme výskum zastavili. Musíme pokračovať.”

Technologický a materiálový výskum

Realizované boli aj pokusy z oblasti technologického a materiálového výskumu. Išlo napríklad o štúdium procesu horenia, skúšanie hasiaceho zariadenia s vodnou hmlou a štúdium mechaniky zrnitých materiálov. Z oblastí fyziky sa realizovali pokusy kryštalografie a molekulárnej fyziky, napríklad tvorba vláknitých kryštálov v zmesi chloridu kobaltnatého a chloridu vápenatého v roztoku kremičitanu sodného v bezváhovom stave. Študovali sa rôzne fyzikálne procesy, napríklad vlastnosti rozhrania dvoch kvapalín, štúdium guľatých plameňov, tvorba sadzí v bezváhovom stave, atď. Experimenty a pozorovania boli tiež z oblasti kozmickej výroby, napríklad príprava kryštálov bielkovín, výroba liečiv a podobne.
Na plošine FREESTAR boli tiež prístroje sledujúce a skúmajúce zemskú atmosféru (spektrometer, rádiometrická kamera,...) a tiež vplyv kozmického prostredia na rôzne materiály (guma, železo, magnety, krieda,...). Tieto materiály boli umiestnené na module SEM-14 (Space Experiment Module) a experimenty s nimi spojené pochádzali z 11 amerických škôl. Rádiometer SOLCON-3 umiestnený na plošine FREESTAR zase meral hodnotu slnečnej konštanty. Na letovej palube raketoplánu sa uskutočňoval experiment testovanie navigačného systému využívajúceho družice GPS a pri pristávacom manévri malo tiež dôjsť k testovaniu vplyvu bočného vetra na dynamiku pristávacieho manévru. 
Mimo raketoplánu sa sledoval účinok zážihu motorov raketoplánu na ionosféru a tiež pozorovanie zážihu motorov z družice USAF.

Prípravy na pristátie

Ešte v priebehu letu technici analyzovali možné dôsledky nárazu časti tepelnej izolácie z nádrže ET na ľavé krídlo raketoplánu. 28. januára prišli k záveru, že ani rozsiahle poškodenie dlaždíc tepelnej ochrany, ktoré mohol tento náraz spôsobiť, by nemalo mať za následok deštrukciu raketoplánu. Ani zábery zo stanice AMOS (U. S. Air Force Maui Optical and Supercomputing Site) neukázali nijaké poškodenie, avšak snímky nezaberali spodnú stranu orbitera. 30. a 31. januára piloti Columbie a Chawlová zahájili nácvik pristávacieho manévru na simulátore PILOT. Nácvik prebehol bez akýchkoľvek problémov. 31. januára zahájila posádka previerky Columbie pred pristátím a tiež upratovanie predmetov na obytnej palube a v laboratóriu.