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  自肯尼迪航天中心LC-39-A發射架發射後約82秒,一個公文箱大小的絕熱泡沫塑料從外儲箱脫落,擊中哥倫比亞號左翼碳-碳複合材料板。哥倫比亞號事故調查委員會進行的實驗顯示是次撞擊產生了一個到直徑的洞,使高溫氣體在哥倫比亞號再入大氣層時進入機翼。撞擊發生時,軌道器在約海拔處以2.46倍音速()飛行。  左腳架泡沫斜坡是一個約長的,完全由泡沫塑料製成的空氣動力學元件。此元件並非結構材料,但仍須承受一些空氣動力學載荷。這些特殊要求使其澆築和固化過程必須由高階技師進行。外儲箱被泡沫塑料包裹,避免在充滿液氫和液氧時表面結冰損壞太空梭。腳架斜坡原被用於減少腳架於外儲箱連線點上的氣動應力,但本次事故中顯示該斜坡並不必要。該斜坡在STA-107之後的任務的外儲箱設計中被取消。(液氧管線上的一處泡沫塑料斜坡在分析與測試後也被取消)。  在STS-7(1983), STS-32(1990), STS-50(1992), STS-112(與STS-107僅間隔一個任務)中都觀測到了腳架泡沫斜坡整體或部分脫落。諷刺的是,STS-112攜帶了外儲箱相機以瞭解泡沫塑料脫落問題。本次事故之後的分析顯示,STS-52與STS-62中腳架泡沫斜坡也已脫落。突起物空氣載荷斜坡也產生脫落碎片。至少一個撞擊沒有造成嚴重損害。NASA管理部門開始將這種現象稱為泡沫塑料脫落。雖然O形環破損最終毀滅了挑戰者號,NASA管理部門開始習慣了這些沒有造成嚴重損害的現象。社會學家黛安·沃恩在其關於挑戰者號太空梭發射決定的著作上將這種對故障的習慣稱為偏差的正常化。  STS-107起飛時的錄影在發射兩個小時後被反覆回顧,並沒有發現異常。翌日,經過通宵處理的高解析度影像顯示泡沫塑料碎片擊中了左翼,可能損壞了太空梭的熱防護系統。截至此時,由於太空梭的跟蹤錄影解析度過低,還無法確定機翼的確切受損部位。

  下面是哥倫比亞號再入時的時間軸,原定著陸時間是美國東部時間09:16。

  在東得克薩斯、西路易斯安那和阿肯色西南部分縣找到了包括人類遺體在內的超過兩千件殘骸。大部分殘骸散落在了納科多奇斯 (得克薩斯州)到達拉斯西南的人煙稀少的地區。每日電訊報報道說搜救隊發現了包括手臂、足、軀幹、心臟在內的人類遺體。在事故發生後的數月內,人們組織起了最大的地面搜尋。 NASA發出警告說任何殘骸都可能含有有害化學品,人們不應接觸任何殘骸並應向當地災難應對部門或政府當局彙報其位置;任何人擅自佔有殘骸還將被起訴。由於殘骸散佈面積之廣,業餘無線電操作員們自發向搜尋隊提供通訊支援。  一些裝有秀麗隱杆線蟲成蟲(約1毫米長)培養皿的鋁製容器在事故後幾周內被發現。這些線蟲在再入與墜落時倖存。2003年4月28日這些培養物被確認仍然存活。這些線蟲是研究失重對生理影響的生物實驗的一部分,由卡西·康利主持進行。  在搜尋殘骸時發生了一起直升機墜機事故,殘骸搜尋飛行員小朱爾斯·F·米爾和碎片搜尋航空專家查爾斯·克熱內克遇難,另外三人也因此受傷。  一些得克薩斯州居民找到了部分殘骸,並無視警告、企圖在網上拍賣網站eBay上以10000美元起價拍賣這些殘骸。此拍賣被迅速移除,有關哥倫比亞號的節目、照片、貼布繡等商品在事故後迅速升值;與哥倫比亞號有關的商品數量也同時激增。為回收被非法佔有殘骸開出的三天特赦期間,數百件太空梭殘骸被上繳。 超過四萬件找到的殘骸無法辨識。最大的碎片包括前起落架輪胎 和窗框。  2008年5月9日,據報道哥倫比亞號上的一個硬碟上的資料被在事故中倖存。該硬碟用於儲存關於剪下稀化性質的實驗資料。儘管這個340MB的硬碟部分受損,但是儲存實驗資料的部分安然無恙並得以恢復。  2011年7月29日,納科多奇斯當局通知NASA說在一湖中發現了直徑的殘骸。NASA鑑定此殘骸為電力反應劑儲存和分配系統的一部分。  哥倫比亞號的所有殘骸儲存於航天器裝配大樓閒置的辦公用地中。所有機組成員遺體被另外儲存於大樓專門隔間中。

  2003年2月4日,喬治·W·布什總統同夫人勞拉在林頓·約翰遜太空中心為宇航員家屬主持了追悼會。兩天後,副總統迪克·切尼同夫人琳恩在華盛頓國家座堂的類似追悼活動中與華盛頓官員和全國一起致敬。是次追悼會上,歌手帕蒂·拉貝里演唱了"Way Up There"。  3月26日美國眾議院科學委員會批准在阿靈頓國家公墓為STS-107機組建立紀念碑的撥款。阿靈頓國家公墓已為挑戰者號的最後機組建立類似的紀念碑。2003年10月28日,宇航員們的姓名被加在了位於肯尼迪航天中心參觀園區的空間鏡紀念碑上。  為紀念機組,休士頓太空人隊在2003年4月1日賽季開始時讓機組成員的親友同時進行七次開球儀式。在奏唱國歌時,包括哥倫比亞號最終任務中的飛行控制等在內的107名NASA人員將美國國旗帶上球場。另外在整個賽季中,太空人隊隊員手套上都貼上了STS-107任務的貼布繡,他們也將陽棚廣告替換為STS-107任務標誌。  2004年,布什向在挑戰者號事故與哥倫比亞號事故中遇難的全部14名宇航員追授國會太空榮譽勳章。  為紀念哥倫比亞號和其機組,NASA將若干地點以他們命名:七顆帕洛瑪山天文臺於2001年7月發現的小行星以七名宇航員的名字正式命名:51823 裡克赫斯本德、51824 邁克爾安德森、51825 大衛布朗、51826 卡爾帕娜喬娜、51827 勞雷爾克拉克、51828 伊蘭拉蒙、51829 威廉麥庫爾。火星上,火星探測漫遊者勇氣號的著陸點被命名為哥倫比亞號紀念站,勇氣號的高增益天線後方也貼著寫有機組成員姓名的牌子。勇氣號著陸點東部的七座丘陵命名為哥倫比亞丘陵,七座丘陵都分別按照機組成員姓名命名。勇氣號專門探測了赫斯本德山並登上其頂峰。NASA還同樣將美國國家科學氣球設施更名為哥倫比亞科學氣球設施。

  此事件也收錄在2005年國家地理頻道節目《重返危機現場》第二季。
哥倫比亞號太空梭災難(Space Shuttle Columbia disaster)發生於2003年2月1日,哥倫比亞號當時執行STS-107任務在得克薩斯與路易斯安納上空再入大氣層。該事故造成機上所有7名宇航員遇難。哥倫比亞號的殘骸從達拉斯郊外一直散落到泰勒,部分殘骸落入路易斯安納。