ยานอวกาศสเปซชัตเติลเป็นยานอวกาศที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้บางส่วน ซึ่งดำเนินการโดยองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ ของสหรัฐอเมริกา (NASA) ^{[ 2 ] : 5, 195}ยาน ดังกล่าว บินขึ้นสู่อวกาศเป็นครั้งแรกในเดือนเมษายน พ.ศ. 2524 ^{[ 3 ] : III-24}และถูกใช้เพื่อทำการวิจัยในวงโคจร^{[ 3 ] : III-188}และปล่อยสัมภาระเชิงพาณิชย์ ทางทหาร และทางวิทยาศาสตร์^{[ 3 ] : III-66, 68, 148}เมื่อปล่อยขึ้นสู่อวกาศ ยานประกอบด้วยยานโคจรซึ่งบรรจุลูกเรือและสัมภาระถังเชื้อเพลิงภายนอก (ET) และจรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็ง สองตัว (SRBs) ^{[ 4 ] : 363}ยานโคจรเป็นยานที่มีปีกที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งปล่อยขึ้นในแนวดิ่งและลงจอดแบบร่อน^{[ 3 ] : II-1}มีการสร้างยานโคจรที่ใช้งานได้ 5 ลำในระหว่างโครงการสเปซชัตเติล^{[ 2 ] : 5} โคลัมเบียเป็นยานอวกาศโคจรลำแรกที่สร้างขึ้นเพื่อภารกิจ อวกาศ โดยสร้างขึ้นตามหลังยานทดสอบในชั้นบรรยากาศเอ็นเตอร์ไพรส์ ยานอวกาศโคจรประกอบด้วยห้องโดยสารของลูกเรือ ซึ่งลูกเรืออาศัยและทำงานเป็นหลักตลอดภารกิจ^{[ 3 ] : II-5}เครื่องยนต์หลักของกระสวยอวกาศ (SSME) จำนวน 3 เครื่องติดตั้งอยู่ที่ส่วนท้ายของยานอวกาศโคจร และให้แรงขับดันระหว่างการปล่อย^{[ 4 ​​] : II-170} เมื่ออยู่ในอวกาศแล้ว ลูกเรือจะใช้ เครื่องยนต์ระบบควบคุมการโคจร (OMS) ขนาดเล็กกว่า 2 เครื่องที่ติดตั้งอยู่ด้านท้ายในการควบคุมทิศทาง^{[ 4 ] : II-79}

ยานอวกาศได้รับการปกป้องจากความร้อนระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ โดย ระบบป้องกันความร้อน (TPS) ซึ่งเป็น ชั้นป้องกัน ความร้อนที่ห่อ หุ้มยานอวกาศไว้ แตกต่างจากยานอวกาศของสหรัฐฯ รุ่นก่อนๆ ที่ใช้แผ่นกันความร้อนแบบระเหยได้ การนำยานอวกาศกลับมาใช้ใหม่ได้นั้นจำเป็นต้องใช้แผ่นกันความร้อนแบบใช้ซ้ำได้ ^{[ 5 ] : 72–73}ระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ TPS มีอุณหภูมิสูงถึง3,000 °F (1,600 °C)แต่ต้องรักษาอุณหภูมิผิวอลูมิเนียมของยานอวกาศให้ต่ำกว่า350 °F (180 °C) TPS ประกอบด้วยระบบย่อยหลักๆ สี่ระบบ ส่วนหัวและขอบด้านหน้าของปีกมีอุณหภูมิสูงกว่า2,300 °F (1,300 °C)และได้รับการปกป้องโดยวัสดุคอมโพสิตเสริมแรงคาร์บอน-คาร์บอน (RCC) มีการพัฒนาและติดตั้ง RCC ที่หนาขึ้นในปี 1998 เพื่อป้องกันความเสียหายจากไมโครอุกกาบาตและเศษซากในวงโคจร^{[ 3 ] : II-112–113}ด้านล่างทั้งหมดของยานอวกาศ รวมถึงพื้นผิวที่ร้อนที่สุดอื่นๆ ได้รับการป้องกันด้วยฉนวนกันความร้อนสีดำที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ บริเวณด้านบนของยานอวกาศถูกหุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนสีขาวที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยให้การป้องกันที่อุณหภูมิต่ำกว่า1,200 °F (650 °C)ประตูช่องบรรทุกสัมภาระและบางส่วนของพื้นผิวปีกด้านบนถูกหุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนแบบสักหลาดที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เนื่องจากอุณหภูมิบริเวณนั้นยังคงต่ำกว่า700 °F (370 °C ) ^{[ 4 ] : 395}          

จรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็ง (SRB) สองตัวถูกเชื่อมต่อกับ ET และเผาไหม้ในช่วงสองนาทีแรกของการบิน^{[ 4 ] : II-222}จรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็งแยกตัวออกจาก ET เมื่อเชื้อเพลิงหมดและตกลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติกโดยใช้ร่มชูชีพ^{[ 4 ] : II-289}ทีมกู้ภัยของ NASA กู้คืนจรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็งและนำกลับไปยังศูนย์อวกาศเคนเนดี (KSC) ซึ่งจะถูกแยกชิ้นส่วนและนำส่วนประกอบกลับมาใช้ใหม่ในการบินครั้งต่อไป^{[ 4 ] : II-292}

เมื่อยานอวกาศสเปซชัตเติลปล่อยตัว ยานอวกาศและจรวดขับดันเสริมแรง (SRB) จะเชื่อมต่อกับ ET ซึ่งบรรจุเชื้อเพลิงสำหรับ SSME ^{[ 4 ] : II-222} ET ประกอบด้วยถังสำหรับไฮโดรเจนเหลว (LH2) ซึ่งเก็บไว้ที่อุณหภูมิ−423 °F (−253 °C)และถังขนาดเล็กกว่าสำหรับออกซิเจนเหลว (LOX) ซึ่งเก็บไว้ที่อุณหภูมิ−297 °F (−183 °C) ET ถูกหุ้มด้วยโฟมฉนวนเพื่อรักษาอุณหภูมิของของเหลวให้เย็นและป้องกันการเกิดน้ำแข็งบนพื้นผิวด้านนอกของถัง ยานอวกาศเชื่อมต่อกับ ET ผ่านสายเคเบิลสองเส้นใกล้กับส่วนล่างและขาตั้งสองขาใกล้กับส่วนบน^{[ 6 ] : 50–51} หลังจากเชื้อเพลิงหมดลง ET จะแยกออกจากยานอวกาศและกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งจะแตกออกเป็นชิ้นๆ ระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ และชิ้นส่วนของมันจะตกลงสู่มหาสมุทรอินเดียหรือมหาสมุทรแปซิฟิก [ ^{4 ] : II -238}    

ในระหว่างกระบวนการออกแบบกระสวยอวกาศ ข้อกำหนดของ ET คือจะต้องไม่ปล่อยเศษซากใดๆ ที่อาจสร้างความเสียหายให้กับยานอวกาศและระบบป้องกันความร้อน (TPS) ความสมบูรณ์ของส่วนประกอบ TPS เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการอยู่รอดของลูกเรือในระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ และแผ่นกระเบื้องและแผงต่างๆ ถูกสร้างขึ้นเพื่อทนต่อแรงกระแทกเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ในภารกิจ STS-1 ซึ่งเป็นการบินครั้งแรกของกระสวยอวกาศ ยานอวกาศโคลัมเบียได้รับความเสียหายระหว่างการปล่อยตัวจากการกระแทกของโฟม การกระแทกของโฟมเกิดขึ้นเป็นประจำระหว่างการปล่อยกระสวยอวกาศ จากภารกิจ 79 ภารกิจที่มีภาพถ่ายระหว่างการปล่อยตัว การกระแทกของโฟมเกิดขึ้นใน 65 ภารกิจ^{[ 6 ] : 121–122}

ขาตั้งสองขาเชื่อมต่อ ET ใกล้ด้านบนกับด้านล่างด้านหน้าของยานอวกาศผ่านคานสองอันที่มีทางลาดอยู่ที่ปลายถังของแต่ละคาน ทางลาดถูกหุ้มด้วยโฟมเพื่อป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็งที่อาจสร้างความเสียหายให้กับยานอวกาศ โฟมบนทางลาดของขาตั้งสองขาแต่ละอันมีขนาดประมาณ30 x 14 x 12 นิ้ว (76 x 36 x 30 ซม.)และถูกแกะสลักด้วยมือจากโฟมที่ใช้เดิม^{[ 7 ]}โฟมบนทางลาดของขาตั้งสองขาจากคานด้านซ้ายถูกสังเกตเห็นว่าหลุดออกจาก ET ในเที่ยวบินหกเที่ยวก่อนSTS-107และทำให้เกิดการกระแทกของโฟมที่ใหญ่ที่สุดบางส่วนที่ยานอวกาศประสบ^{[หมายเหตุ 1 ]}การกระแทกของโฟมบนทางลาดของขาตั้งสองขาครั้งแรกเกิดขึ้นระหว่างSTS-7ระบบ TPS ของยานอวกาศได้รับการซ่อมแซมหลังภารกิจ แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ เพื่อแก้ไขสาเหตุของการหลุดของโฟมขาตั้งสองขา^{[ 6 ] : 123}หลังจากโฟมขาตั้งหลุดในภารกิจSTS-32วิศวกรของ NASA ได้สันนิษฐานว่าการหลุดของโฟมเกิดจากการสะสมแรงดันภายในฉนวน จึงได้เพิ่มรูระบายอากาศเข้าไปในโฟมเพื่อให้ก๊าซระบายออก หลังจากโฟมขาตั้งกระแทกทำให้ TPS เสียหายในภารกิจSTS-50การตรวจสอบภายในของ NASA สรุปว่าเป็น "ความเสี่ยงในการบินที่ยอมรับได้" และไม่ควรถือเป็นปัญหาด้านความปลอดภัยในการบิน การหลุดของโฟมขาตั้งเกิดขึ้นในภารกิจSTS-52และSTS-62แต่ไม่มีใครสังเกตเห็นเหตุการณ์ใดๆ จนกระทั่งมีการสอบสวนหลังจากการทำลายยานโคลัมเบีย^{[ 6 ] : 124} 

ระหว่างภารกิจ STS-112ซึ่งบินในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2545 ชิ้นส่วนโฟมสำหรับทางลาดขาตั้งกล้อง ขนาด 4x5x12 นิ้ว (10x13x30 ซม.)หลุดออกจากทางลาดขาตั้งกล้องของ ET และกระแทกกับวงแหวนยึด SRB-ET ใกล้กับด้านล่างของ SRB ด้านซ้าย ทำให้เกิดรอยบุ๋ม กว้าง 4 นิ้ว (10 ซม.)และลึก3 นิ้ว (8 ซม.) ^{[ 6 ] : 124}หลังจากภารกิจ คณะกรรมการควบคุมข้อกำหนดของโครงการปฏิเสธที่จะจัดประเภทการหลุดของโฟมทางลาดขาตั้งกล้องว่าเป็นความผิดปกติระหว่างการบิน การหลุดของโฟมได้รับการบรรยายสรุปในการประชุม สรุปความพร้อมในการบินของ STS-113แต่คณะกรรมการควบคุมข้อกำหนดของโครงการตัดสินใจว่า ET ปลอดภัยสำหรับการบิน^{[ 6 ] : 125}   

ระหว่าง การปล่อยจรวด STS-27 เมื่อวันที่ 2 ธันวาคม 1988 เศษวัสดุจากตัวกันไฟ บน จรวดขับดันด้านขวา (SRB) ได้ พุ่งชนยาน อวกาศแอตแลนติส ทำให้เกิดความเสียหายอย่างมาก ในวันที่สองของการบิน ลูกเรือได้ตรวจสอบความเสียหายโดยใช้กล้องบน ระบบควบคุมระยะไกล เศษวัสดุที่พุ่งชนได้ทำให้แผ่นกระเบื้องหลุดออกไปหนึ่งแผ่น ผิวของยานที่โผล่ออกมาเป็นส่วนที่เสริมความแข็งแรง และอาจเกิดการไหม้ทะลุได้หากความเสียหายเกิดขึ้นในตำแหน่งอื่น หลังจากภารกิจนั้น คณะกรรมการควบคุมข้อกำหนดของโครงการนาซาได้กำหนดให้ปัญหานี้เป็นความผิดปกติระหว่างการบิน ซึ่งต่อมาได้รับการแก้ไขด้วยการปรับปรุงตัวกันไฟของ SRB ตามแผน คณะกรรมการตรวจสอบการสืบสวนของโคลัมเบียได้ตั้งข้อสังเกตถึงความแตกต่างในการจัดการเหตุการณ์เศษวัสดุพุ่งชนในภารกิจ STS-27 และ STS-107 เมื่อพบเหตุการณ์เศษวัสดุพุ่งชนในภารกิจ STS-27 ลูกเรือได้รับคำสั่งให้ตรวจสอบยานทันที สิบสี่ปีต่อมา เมื่อมีการค้นพบการชนของเศษซากบน STS-107 ฝ่ายบริหารโครงการกระสวยอวกาศปฏิเสธที่จะให้ลูกเรือตรวจสอบความเสียหายของยานอวกาศหรือขอภาพถ่ายจากวงโคจร ซึ่งในที่สุดก็ตัดความเป็นไปได้ของการทะลุทะลวงออกไป คณะกรรมการมองว่าความล้มเหลวของฝ่ายบริหารกระสวยอวกาศในการพิจารณาภัยคุกคามต่อ STS-107 ที่เกิดจากการชนในลักษณะเดียวกับ STS-27 เป็นสัญญาณบ่งชี้ว่า NASA ไม่ได้ดำเนินการในฐานะองค์กรแห่งการเรียนรู้^{[ 6 ] : 127}

สำหรับภารกิจ STS-107 โคลัมเบียได้บรรทุก โมดูลวิจัย SpaceHab Double Module, อุปกรณ์วิจัยการเร่งความเร็ววงโคจร (Orbital Acceleration Research Experiment) และ แท่นวางยาน โคจรระยะยาว (Extended Duration Orbiter pallet) ^{[ 6 ] : 30}ภารกิจผ่านการรับรองและการตรวจสอบก่อนการปล่อย และเริ่มต้นด้วยการปล่อย ภารกิจนี้เดิมทีมีกำหนดปล่อยในวันที่ 11 มกราคม พ.ศ. 2544 แต่ถูกเลื่อนออกไปถึงสิบสามครั้ง จนกระทั่งปล่อยในวันที่ 16 มกราคม พ.ศ. 2546 ^{[ 6 ] : 28}

ลูกเรือ 7 คนของ STS-107 ได้รับการคัดเลือกในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2543 ^{[ 6 ] : 28}ภารกิจนี้อยู่ภายใต้การบังคับบัญชาของริค ฮัสแบนด์ซึ่งเป็นพันเอกในกองทัพอากาศสหรัฐฯและเป็นนักบินทดสอบเขาเคยบินในภารกิจSTS-96มา ก่อน ^{[ 8 ]}นักบินของภารกิจคือวิลเลียม แมคคูลผู้ บัญชาการ กองทัพเรือสหรัฐฯซึ่งเป็นการบินอวกาศครั้งแรกของเขา^{[ 9 ]}ผู้บัญชาการสัมภาระคือไมเคิล แอนเดอร์สัน พันโทกองทัพอากาศสหรัฐฯซึ่งเคยบินในภารกิจSTS-89มา ก่อน ^{[ 10 ]}กัลปนา ชอว์ลาทำหน้าที่เป็นวิศวกรการบิน เธอเคยบินในภารกิจSTS-87มา ก่อน ^{[ 11 ]}เดวิด บราวน์และลอเรล คลาร์กซึ่งทั้งคู่เป็นกัปตันกองทัพเรือได้บินในฐานะผู้เชี่ยวชาญภารกิจในการบินอวกาศครั้งแรกของพวกเขา^{[ 12 ] [ 13 ]}อิลาน รามอนพันเอกในกองทัพอากาศอิสราเอลและนักบินอวกาศ ชาวอิสราเอลคนแรก บินในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านสัมภาระในการบินอวกาศครั้งแรกของเขา^{[ 14 ] [ 6 ] : 29}

โคลัมเบียถูกปล่อยจากฐานปล่อยจรวดหมายเลข 39A (LC-39A) ของศูนย์อวกาศเคนเนดี เวลา 10:39:00  น. ที่เวลา T+81.7  วินาที ชิ้นส่วนโฟมยาวประมาณ21 ถึง 27 นิ้ว (53 ถึง 69 ซม.)และ กว้าง 12 ถึง 18 นิ้ว (30 ถึง 46 ซม.)หลุดออกจากขาตั้งด้านซ้ายของ ET ที่เวลา T+81.9 วินาที โฟมดังกล่าวพุ่ง ชนแผง คาร์บอนเสริมแรง (RCC) บน ปีกซ้าย ของโคลัมเบียด้วยความเร็วสัมพัทธ์625 ถึง 840 ฟุตต่อวินาที (426 ถึง 573 ไมล์ต่อชั่วโมง; 686 ถึง 922 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) [ ^{6 ] : 34ค่า}สัมประสิทธิ์ขีปนาวิถีต่ำของโฟมทำให้มันสูญเสียความเร็วทันทีหลังจากแยกออกจาก ET และยานอวกาศก็ชนเข้ากับโฟมที่เคลื่อนที่ช้ากว่า^{[ 6 ] : 60}ทั้งภารกิจและทีมภาคพื้นดินไม่ได้สังเกตเห็นการชนของเศษซากในขณะนั้น^{[ 6 ] : 140} SRB แยกตัวออกจาก ET ที่เวลา T+2 นาที 7 วินาที ตามด้วยการแยกตัวของ ET ออกจากยานโคจรที่เวลา T+8 นาที 30 วินาที^{[ 6 ] : 35}การแยกตัวของ ET ถูกถ่ายภาพโดย Anderson และบันทึกโดย Brown แต่พวกเขาไม่ได้บันทึกภาพขาตั้งกล้องที่มีโฟมหายไป^{[ 6 ] : 148}ที่เวลา T+43 นาทีโคลัมเบียได้เข้าสู่วงโคจรตามแผน^{[ 6 ] : 35}          

หลังจากโคลัมเบียเข้าสู่วงโคจร กลุ่มทำงานภาพถ่ายระหว่างศูนย์ของ NASA ได้ทำการตรวจสอบวิดีโอการปล่อยจรวดตามปกติ นักวิเคราะห์ของกลุ่มไม่ได้สังเกตเห็นการชนของเศษซากจนกระทั่งวันที่สองของภารกิจ กล้องที่บันทึกการปล่อยจรวดไม่มีภาพที่ชัดเจนของการชนของเศษซากที่ปีก ทำให้กลุ่มไม่สามารถระบุระดับความเสียหายที่ยานอวกาศได้รับ ประธานกลุ่มได้ติดต่อเวย์น เฮล ผู้จัดการโครงการกระสวยอวกาศฝ่ายบูรณาการการปล่อยจรวด เพื่อขอภาพปีก ของโคลัมเบียขณะอยู่ในวงโคจรเพื่อประเมินความเสียหาย หลังจากได้รับการแจ้งเตือนเกี่ยวกับการชนของเศษซาก วิศวกรของ NASA, United Space AllianceและBoeingได้จัดตั้งทีมประเมินเศษซากและเริ่มทำงานเพื่อกำหนดความเสียหายของยานอวกาศ^{[ 6 ] : 140, 143}กลุ่มทำงานภาพถ่ายระหว่างศูนย์เชื่อว่ากระเบื้อง RCC ของยานอวกาศอาจได้รับความเสียหาย ผู้จัดการโครงการของ NASA กังวลน้อยลงเกี่ยวกับอันตรายที่เกิดจากการชนของเศษซาก^{[ 6 ] : 141}

นักวิเคราะห์ของโบอิ้งพยายามสร้างแบบจำลองความเสียหายที่เกิดกับ TPS ของยานอวกาศจากการกระแทกของโฟม แบบจำลองซอฟต์แวร์คาดการณ์ความเสียหายที่ลึกกว่าความหนาของแผ่นกระเบื้อง TPS ซึ่งบ่งชี้ว่าผิวอลูมิเนียมของยานอวกาศจะไม่มีการป้องกันในบริเวณนั้น ทีมประเมินเศษซากปฏิเสธข้อสรุปนี้ว่าไม่ถูกต้อง เนื่องจากกรณีที่ผ่านมามีการคาดการณ์ความเสียหายที่มากกว่าความเสียหายจริง การสร้างแบบจำลองเพิ่มเติมเฉพาะสำหรับแผง RCC ใช้ซอฟต์แวร์ที่ปรับเทียบเพื่อคาดการณ์ความเสียหายที่เกิดจากน้ำแข็งที่ตกลงมา ซอฟต์แวร์คาดการณ์เพียงหนึ่งใน 15 สถานการณ์ที่น้ำแข็งจะทำให้เกิดความเสียหาย ทำให้ทีมประเมินเศษซากสรุปว่ามีความเสียหายเพียงเล็กน้อยเนื่องจากความหนาแน่นของโฟมต่ำกว่าน้ำแข็ง^{[ 6 ] : 143–145}

เพื่อประเมินความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับ ปีก ของโคลัมเบียสมาชิกของทีมประเมินเศษซากได้ยื่นคำขอหลายครั้งเพื่อขอภาพของยานอวกาศจากกระทรวงกลาโหม (DoD) คำขอภาพถูกส่งผ่านทั้งสำนักงานสนับสนุนการบินอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมของ DoDและสำนักวิศวกรรมของศูนย์อวกาศจอห์นสัน^{[ 6 ] : 150–151}เฮลประสานงานคำขอผ่านตัวแทนของ DoD ที่ KSC คำขอถูกส่งต่อไปยังกองบัญชาการยุทธศาสตร์สหรัฐฯ (USSTRATCOM) ซึ่งเริ่มระบุสินทรัพย์การถ่ายภาพที่สามารถสังเกตยานอวกาศได้ คำขอภาพถูกยกเลิกในไม่ช้าโดยลินดา แฮม ประธานทีมบริหารภารกิจของ NASA หลังจากที่เธอตรวจสอบที่มาของคำขอ เธอได้ปรึกษากับผู้อำนวยการการบิน ฟิล เอนเกลาฟ และสมาชิกของทีมบริหารภารกิจ ซึ่งระบุว่าพวกเขาไม่มีความต้องการภาพของโคลัมเบียแฮมไม่ได้ปรึกษากับทีมประเมินเศษซาก และยกเลิกคำขอภาพโดยอ้างว่าไม่ได้ทำผ่านช่องทางอย่างเป็นทางการ^{[ 6 ] : 152–153}การบังคับยานอวกาศเพื่อให้สามารถถ่ายภาพปีกซ้ายได้จะขัดจังหวะการปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ที่กำลังดำเนินอยู่ และแฮมปฏิเสธความสามารถในการถ่ายภาพของกระทรวงกลาโหมว่าไม่เพียงพอที่จะประเมินความเสียหายของยานอวกาศ^{[ 6 ] : 153–154}หลังจากการปฏิเสธคำขอถ่ายภาพ ทีมประเมินเศษซากอวกาศไม่ได้ร้องขอให้ถ่ายภาพยานอวกาศอีกต่อไป^{[ 6 ] : 157}

ตลอดการบิน สมาชิกของทีมบริหารภารกิจมีความกังวลน้อยกว่าทีมประเมินเศษซากเกี่ยวกับความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นจากการชนของเศษซาก การสูญเสียโฟมขาตั้งสองขาในภารกิจ STS-107 ถูกนำมาเปรียบเทียบกับเหตุการณ์โฟมชนก่อนหน้านี้ ซึ่งไม่มีเหตุการณ์ใดที่ทำให้ยานอวกาศหรือลูกเรือสูญหาย Ham ซึ่งมีกำหนดทำงานเป็นผู้จัดการการบูรณาการสำหรับภารกิจSTS-114กังวลเกี่ยวกับความล่าช้าที่อาจเกิดขึ้นจากเหตุการณ์โฟมหลุด^{[ 6 ] : 147–148}การบริหารภารกิจยังลดความสำคัญของความเสี่ยงจากการชนของเศษซากในการสื่อสารกับลูกเรือ^{[ 6 ] : 161}ในวันที่ 23 มกราคม Steve Stich ผู้อำนวยการการบินได้ส่งอีเมลถึง Husband และ McCool เพื่อแจ้งให้พวกเขาทราบเกี่ยวกับการชนของโฟมและแจ้งให้พวกเขาทราบว่าไม่มีเหตุให้ต้องกังวลเกี่ยวกับความเสียหายต่อ TPS เนื่องจากเคยเกิดการชนของโฟมในเที่ยวบินก่อนหน้านี้^{[ 6 ] : 159}

ระหว่างการขึ้นบินในเวลาประมาณ 80 วินาที การวิเคราะห์ภาพถ่ายแสดงให้เห็นว่าเศษซากบางส่วนจากบริเวณจุดยึดขาตั้งกล้อง -Y ET หลุดออกมาและพุ่งชนปีกซ้ายของยานอวกาศในบริเวณรอยต่อระหว่างสันปีกกับปีกหลัก ทำให้เกิดการกระเด็นของอนุภาคขนาดเล็ก การกระแทกดูเหมือนจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวด้านล่างทั้งหมด และไม่มีอนุภาคใดเคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวด้านบนของปีก ผู้เชี่ยวชาญได้ตรวจสอบภาพถ่ายความเร็วสูงแล้ว และไม่มีความกังวลเกี่ยวกับความเสียหายของ RCC หรือกระเบื้อง เราเคยเห็นปรากฏการณ์เดียวกันนี้ในเที่ยวบินอื่นๆ อีกหลายเที่ยวบิน และไม่มีความกังวลใดๆ เกี่ยวกับการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ^{[ 6 ] : 159}

ลูกเรือยังได้รับวิดีโอความยาวสิบห้าวินาทีของเหตุการณ์เศษซากตกกระทบเพื่อเตรียมการแถลงข่าว แต่ได้รับการยืนยันว่าไม่มีข้อกังวลด้านความปลอดภัย^{[ 6 ] : 161}

เมื่อวันที่ 26 มกราคม ทีมประเมินเศษซากได้สรุปว่าไม่มีข้อกังวลด้านความปลอดภัยจากการชนของเศษซาก รายงานของทีมวิจารณ์ทีมบริหารภารกิจที่ยืนยันว่าไม่มีข้อกังวลด้านความปลอดภัยก่อนที่การสอบสวนของทีมประเมินเศษซากจะเสร็จสิ้น^{[ 6 ] : 164}เมื่อวันที่ 29 มกราคมวิลเลียม รีดดี้รองผู้บริหารฝ่ายการบินอวกาศ ตกลงที่จะให้กระทรวงกลาโหมถ่ายภาพยานอวกาศ แต่มีเงื่อนไขว่าจะไม่รบกวนการปฏิบัติการบิน ในที่สุด กระทรวงกลาโหมก็ไม่ได้ถ่ายภาพยานอวกาศระหว่างการบิน ในการประชุมทีมบริหารภารกิจเมื่อวันที่ 31 มกราคม ซึ่งเป็นวันก่อนที่โคลัมเบียจะกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ สำนักงานบูรณาการการปล่อยจรวดได้แสดงเจตจำนงของแฮมที่จะตรวจสอบภาพจากกล้องบนยานเพื่อดูโฟมที่หายไป แต่ไม่ได้มีการหารือถึงข้อกังวลด้านความปลอดภัยของลูกเรือ^{[ 6 ] : 166}

โคลัมเบียมีกำหนดการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและลงจอดในวันที่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2546 เวลา 3:30  น. ตามเวลา EST ทีมควบคุมการบิน เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เริ่มกะทำงานที่ศูนย์ควบคุมภารกิจ^{[ 6 ] : 38} บนยานอวกาศ ลูกเรือ ได้เก็บสิ่งของที่หลวมและเตรียมอุปกรณ์สำหรับการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ^{[ 15 ] : 1.5}

45 นาทีก่อนการเผาไหม้เพื่อลดระดับวงโคจร^{[หมายเหตุ 2 ]}ฮัสแบนด์และแมคคูลเริ่มทำงานตามรายการตรวจสอบการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ^{[ 15 ] : 1.6}เวลา 8:10  น. เจ้าหน้าที่สื่อสารแคปซูล (CAPCOM)ชาร์ลี โฮบาว [ ^{16 ] แจ้ง}ลูกเรือว่าพวกเขาได้รับอนุมัติให้ทำการเผาไหม้เพื่อลดระดับวงโคจร เวลา 8:15:30 น.  ลูกเรือทำการเผาไหม้เพื่อลดระดับวงโคจรสำเร็จ ซึ่งกินเวลา 2  นาที 38  วินาที เวลา 8:44:09 น. โคลัมเบียกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศที่ระดับความสูง400,000 ฟุต (120 กม.)ซึ่งเป็นจุดที่เรียกว่าส่วนต่อประสานการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ความเสียหายต่อ TPS บนปีกซ้ายของยานอวกาศทำให้มีอากาศร้อนเข้าไปและเริ่มหลอมโครงสร้างอะลูมิเนียม^{[ 6 ] : 9}สี่นาทีครึ่งหลังจากส่วนต่อประสานการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เซ็นเซอร์เริ่มบันทึกความเครียดที่มากกว่าปกติบนปีกซ้าย ข้อมูลจากเซ็นเซอร์ถูกบันทึกไว้ในหน่วยความจำภายในและไม่ได้ส่งไปยังลูกเรือหรือผู้ควบคุมภาคพื้นดิน^{[ 6 ] : 38}ยานอวกาศเริ่มหมุน ( yaw ) ไปทางซ้ายอันเป็นผลมาจากแรงต้านที่เพิ่มขึ้นบนปีกซ้าย แต่ลูกเรือหรือศูนย์ควบคุมภารกิจไม่ได้สังเกตเห็นเนื่องจากการแก้ไขจากระบบควบคุมการบินของยานอวกาศ^{[ 15 ] : 1.8}ตามมาด้วยเซ็นเซอร์ในช่องล้อด้านซ้ายที่รายงานว่าอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น^{[ 15 ] : 1.10}  

เวลา 8:53:46 น. โคลัมเบียได้บินผ่าน ชายฝั่ง แคลิฟอร์เนียโดยเดินทางด้วยความเร็ว Mach  23 ที่ระดับความสูง231,600 ฟุต (70.6 กม.) ^และอุณหภูมิของขอบปีกด้านหน้าคาดว่าจะอยู่ที่2,800 °F (1,540 °C) ^{[ 6 ]} : ³⁸ไม่นานหลังจากที่เข้าสู่น่านฟ้าแคลิฟอร์เนีย ยานอวกาศได้ปล่อยเศษชิ้นส่วนออกมาหลายชิ้น ซึ่งเหตุการณ์นี้ถูกสังเกตบนพื้นดินว่าเป็นการเพิ่มขึ้นของความสว่างของอากาศรอบๆ ยานอวกาศอย่างฉับพลัน เจ้าหน้าที่ MMACSรายงานว่าเซ็นเซอร์ไฮดรอลิกในปีกซ้ายมีค่าต่ำกว่าเกณฑ์การตรวจจับขั้นต่ำของเซ็นเซอร์ในเวลา 8:54:24 น. โคลัมเบียยังคงเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและเดินทางผ่านยูทาห์แอริโซนานิวเม็กซิโกและเท็กซัสซึ่งผู้สังเกตการณ์จะรายงานว่าเห็นสัญญาณของเศษชิ้นส่วนที่ถูกปล่อยออกมา^{[ 6 ] : 39}    

เวลา 8:58:03 น. การปรับแต่งปีกของยานอวกาศเปลี่ยนไปจากค่าที่คาดการณ์ไว้เนื่องจากแรงต้านที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากความเสียหายที่ปีกซ้าย เวลา 8:58:21 น. ยานอวกาศได้ปล่อยแผ่น TPS ออกมา ซึ่งต่อมาตกลงในเมืองลิตเติลฟิลด์ รัฐเท็กซัสและกลายเป็นเศษซากที่กู้คืนได้ทางทิศตะวันตกสุด^{[ 15 ] : 1.12}ลูกเรือได้รับสัญญาณบ่งชี้ปัญหาครั้งแรกเวลา 8:58:39 น. เมื่อจอภาพซอฟต์แวร์การบินสำรองเริ่มแสดงข้อความผิดพลาดเกี่ยวกับการสูญเสียแรงดันในยางของล้อลงจอดด้านซ้าย จากนั้นนักบินและผู้บัญชาการได้รับสัญญาณบ่งชี้ว่าสถานะของล้อลงจอดด้านซ้ายไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด เนื่องจากเซ็นเซอร์ต่างๆ รายงานว่าล้อลงจอดลงและล็อกอยู่ หรืออยู่ในตำแหน่งเก็บ^{[ 15 ] : 1.13}แรงต้านของปีกซ้ายยังคงทำให้ยานอวกาศเอียงไปทางซ้ายจนกระทั่งไม่สามารถแก้ไขได้อีกต่อไปโดยใช้การปรับแต่งปีกระบบควบคุมปฏิกิริยา (RCS) ของยานอวกาศเริ่มทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อแก้ไขทิศทาง^{[ 15 ] : 1.14}

การสูญเสียสัญญาณ (LOS) จากโคลัมเบียเกิดขึ้นเวลา 8:59:32 ศูนย์ควบคุมภารกิจหยุดรับข้อมูลจากยานอวกาศในเวลานั้น และการเรียกทางวิทยุครั้งสุดท้ายของฮัสแบนด์ที่ว่า "รับทราบ เอ่อ ..." ถูกตัดขาดกลางคัน^{[ 6 ] : 39 [ 15 ] : 1.14}หนึ่งในช่องสัญญาณในระบบควบคุมการบินถูกบายพาสเนื่องจากสายไฟชำรุด และสัญญาณเตือนหลักเริ่มดังขึ้นบนห้องนักบิน^{[ 15 ] : 1.15}คาดว่าการสูญเสียการควบคุมยานอวกาศเริ่มต้นขึ้นหลายวินาทีต่อมาด้วยการสูญเสียแรงดันไฮดรอลิกและการเคลื่อนที่ขึ้นลง ที่ไม่สามารถควบคุมได้ ^{[ 15 ] : 1.16}ยานอวกาศเริ่มบินไปตามวิถีโค้งแบบขีปนาวิถีซึ่งชันกว่าและมีแรงต้านมากกว่าวิถีการร่อนก่อนหน้านี้อย่างมาก^{[ 15 ] : 1.17}ยานอวกาศขณะที่ยังคงเดินทางด้วยความเร็วมากกว่า Mach 15 ได้เข้าสู่การหมุนแบบแบนราบที่ 30° ถึง 40° ต่อวินาที ความเร่งที่ลูกเรือประสบเพิ่มขึ้นจากประมาณ 0.8 gเป็น 3  g ซึ่งน่าจะทำให้เกิดอาการเวียนศีรษะและสับสน แต่ไม่ถึงกับหมดสติ^{[ 15 ] : 1.18}ระบบควบคุมการบินอัตโนมัติถูกเปลี่ยนเป็นโหมดควบคุมด้วยตนเองและรีเซ็ตกลับเป็นโหมดอัตโนมัติเวลา 9:00:03 น. ซึ่งจะต้องมีการป้อนข้อมูลจาก Husband หรือ McCool แสดงว่าพวกเขายังคงมีสติและสามารถปฏิบัติหน้าที่ได้ในขณะนั้น แรงดันไฮดรอลิกทั้งหมดหายไป และการกำหนดค่าสวิตช์สุดท้ายของ McCool บ่งชี้ว่าเขาพยายามกู้คืนระบบไฮดรอลิกในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งหลังจาก 9:00:05 น. ^{[ 15 ] : 1.20}

เวลา 9:00:18 น. ยานอวกาศเริ่มแตกตัวอย่างรุนแรง และการบันทึกข้อมูลบนยานทั้งหมดก็หยุดลงในไม่ช้า^{[ 15 ] : 1.20}ผู้สังเกตการณ์ภาคพื้นดินสังเกตเห็นเศษซากที่ร่วงหล่นเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน และระบบบนยานทั้งหมดก็สูญเสียพลังงาน เวลา 9:00:25 น. ส่วนหน้าและส่วนท้ายของยานอวกาศได้แยกออกจากกัน^{[ 15 ] : 1.21} การ กระชากอย่างฉับพลันทำให้ห้องโดยสารของลูกเรือชนกับผนังด้านในของลำตัวยาน ส่งผลให้ความดันในห้องโดยสารของลูกเรือเริ่มลดลงเวลา 9:00:35 น. ^{[ 15 ] : 1.22}ชิ้นส่วนของยานอวกาศยังคงแตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ และภายในหนึ่งนาทีหลังจากการแตกตัวก็มีขนาดเล็กเกินกว่าจะตรวจจับได้ด้วยวิดีโอจากภาคพื้นดิน รายงานของ NASA ประมาณการว่าเวลา 9:35 น. ซากศพของลูกเรือทั้งหมดและเศษซากส่วนใหญ่ได้ตกลงสู่พื้น^{[ 15 ] : 1.77}

การสูญเสียสัญญาณเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ทีมควบคุมการบินคาดว่าจะมีการหยุดชะงักการสื่อสารชั่วคราว เนื่องจากยานอวกาศหยุดการสื่อสารผ่านดาวเทียมติดตามและถ่ายทอดข้อมูล ทางทิศตะวันตก (TDRS) บุคลากรในศูนย์ควบคุมภารกิจไม่ทราบถึงการแตกตัวระหว่างการบิน และยังคงพยายามติดต่อกับยานอวกาศอีกครั้ง^{[ 6 ] : 43}ประมาณ 9:12:39 ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่โคลัมเบียควรจะกำลังดำเนินการขั้นตอนสุดท้ายเพื่อลงจอด สมาชิกศูนย์ควบคุมภารกิจได้รับโทรศัพท์เกี่ยวกับการรายงานข่าวเรื่องการแตกตัวของยานอวกาศ ข้อมูลนี้ถูกส่งต่อไปยังผู้อำนวยการการบินเข้าสู่ชั้นบรรยากาศเลอรอย เคน ทันที ซึ่งเขาได้เริ่มขั้นตอนฉุกเฉิน^{[ 6 ] : 44}ที่ KSC ซึ่งคาดว่าโคลัมเบีย จะลงจอดเวลา 9:16 ผู้บริหารระดับสูงของ NASA และอดีตนักบินอวกาศ วิลเลียม รีดดี้ก็เริ่มขั้นตอนฉุกเฉินหลังจากที่ยานอวกาศไม่ได้ลงจอดตามกำหนด^{[ 17 ] : 5}

ระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ลูกเรือ STS-107 ทั้งเจ็ดคนเสียชีวิต แต่ไม่สามารถระบุเวลาเสียชีวิตที่แน่นอนได้ ระดับความเร่งที่พวกเขาประสบระหว่างการแตกตัวของโมดูลลูกเรือนั้นไม่ถึงแก่ชีวิต^{[ 6 ] : 77}เหตุการณ์ร้ายแรงครั้งแรกที่ลูกเรือประสบคือการลดความดันของโมดูลลูกเรือ อัตราและเวลาที่แน่นอนของการลดความดันอย่างสมบูรณ์นั้นไม่สามารถระบุได้ แต่เกิดขึ้นไม่เกิน 9:00:59 และน่าจะเร็วกว่านั้นมาก ซากศพของลูกเรือบ่งชี้ว่าพวกเขาทั้งหมดประสบกับการลดความดัน หมวกกันน็อคของนักบินอวกาศมีกระบังหน้าซึ่งเมื่อปิดแล้วสามารถป้องกันลูกเรือจากการลดความดันได้ชั่วคราว ไม่มีลูกเรือคนใดปิดกระบังหน้า หนึ่งคนไม่ได้สวมหมวกกันน็อค และสามคนไม่ได้สวมถุงมือชุดแรงดัน ซึ่งบ่งชี้ว่าการลดความดันเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วก่อนที่พวกเขาจะสามารถใช้มาตรการป้องกันได้ พวกเขาหมดสติหรือเสียชีวิตภายในไม่กี่วินาที และความเสียหายของเนื้อเยื่อนั้นรุนแรงมากจนพวกเขาไม่สามารถฟื้นคืนสติได้แม้ว่าห้องโดยสารจะกลับมามีความดันปกติแล้วก็ตาม^{[ 15 ] : 1.24 [ 18 ] : 89, 103}

ระหว่างและหลังจากการแตกตัวของโมดูลลูกเรือ ลูกเรือไม่ว่าจะหมดสติหรือเสียชีวิต ต่างก็ประสบกับการหมุนในทุกแกนทั้งสาม สายรัดไหล่ของนักบินอวกาศไม่สามารถป้องกันการบาดเจ็บที่ส่วนบนของร่างกายได้ เนื่องจากระบบดึงกลับอัตโนมัติไม่สามารถดึงกลับได้เพียงพอที่จะยึดพวกเขาไว้ ทำให้พวกเขาถูกยึดไว้ด้วยเข็มขัดรัดเอวเท่านั้น หมวกกันน็อคไม่ได้แนบสนิทกับศีรษะของลูกเรือ ทำให้เกิดการบาดเจ็บที่ศีรษะภายในหมวกกันน็อคได้ วงแหวนรอบคอของหมวกกันน็อคอาจทำหน้าที่เป็นจุดหมุนที่ทำให้เกิดการบาดเจ็บที่กระดูกสันหลังและคอ การบาดเจ็บทางกายภาพต่อนักบินอวกาศที่ไม่สามารถยึดตัวเองเพื่อป้องกันการบาดเจ็บดังกล่าวได้ อาจส่งผลให้พวกเขาเสียชีวิตได้เช่นกัน^{[ 15 ] : 1.25 [ 18 ] : 103–105}

นักบินอวกาศอาจได้รับบาดเจ็บจากความร้อนอย่างรุนแรงเช่นกัน ก๊าซร้อนเข้าไปในโมดูลลูกเรือที่กำลังแตกสลาย ทำให้ลูกเรือซึ่งร่างกายยังคงได้รับการปกป้องจากชุด ACESอยู่บ้าง ถูกเผาไหม้ เมื่อโมดูลลูกเรือแตกสลาย นักบินอวกาศก็ถูกลมพัดอย่างรุนแรงและอาจมีคลื่นกระแทก ซึ่งทำให้ชุดของพวกเขาหลุดออกจากร่างกาย ซากของลูกเรือสัมผัสกับก๊าซร้อนและโลหะหลอมเหลวขณะที่ตกลงมาจากยานอวกาศ^{[ 18 ] : 106–108}

หลังจากแยกตัวออกจากโมดูลลูกเรือ ร่างกายของลูกเรือก็เข้าสู่สภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนน้อยมาก ความดันบรรยากาศต่ำมาก และมีทั้งอุณหภูมิสูงที่เกิดจากการลดความเร็วและอุณหภูมิแวดล้อมต่ำมาก^{[ 18 ] : 93}ร่างกายของพวกเขากระแทกพื้นด้วยแรงที่ร้ายแรง^{[ 15 ] : 1.29}

หลังจากพิจารณาข้อมูลจากเซ็นเซอร์แล้ว CAIB พิจารณาว่าความเสียหายที่ปีกซ้ายน่าจะเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้โคลัมเบีย ถูกทำลาย การสืบสวนได้ศึกษาเศษซาก ที่กู้คืนมาได้และสังเกตความแตกต่างของความเสียหายจากความร้อนระหว่างปีกทั้งสองข้าง พบแผง RCC จากปีกซ้ายในส่วนตะวันตกของพื้นที่เศษซาก ซึ่งบ่งชี้ว่าปีกซ้ายหลุดออกไปก่อนส่วนที่เหลือของยานอวกาศจะแตกสลาย^{[ 6 ] : 73–74} มีการวิเคราะห์ ด้วยรังสีเอกซ์และการวิเคราะห์ทางเคมีบนแผง RCC ซึ่งเผยให้เห็นว่าระดับการสะสมของตะกรันสูงสุดอยู่ในแผ่นกระเบื้องปีกซ้าย^{[ 6 ] : 75–76}มีการทดสอบแรงกระแทกที่สถาบันวิจัยตะวันตกเฉียงใต้โดยใช้ปืนที่ขับเคลื่อนด้วยไนโตรเจนยิงกระสุนที่ทำจากวัสดุเดียวกับโฟมขาตั้งสองขาของ ET แผงที่นำมาจากEnterprise , DiscoveryและAtlantisถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดผลกระทบของกระสุนต่อแผง RCC ^{[ 6 ] : 79–80}การทดสอบแผง RCC หมายเลข8 ที่นำมาจากแอตแลนติสสอดคล้องกับความเสียหายที่สังเกตได้บนโคลัมเบีย มากที่สุด ซึ่งบ่งชี้ว่าแผงที่เสียหายเป็นสาเหตุของการแตกตัวกลางอากาศ^{[ 6 ] : 82–83} 

CAIB วิจารณ์วัฒนธรรมองค์กรของ NASA และเปรียบเทียบสถานะปัจจุบันกับสถานะของ NASA ก่อนเกิดภัยพิบัติChallenger ^{[ 6 ] : 99}โดยสรุปว่า NASA กำลังประสบปัญหาด้านงบประมาณในขณะที่ยังคงคาดหวังที่จะรักษาระดับการปล่อยจรวดและการปฏิบัติงานในระดับสูง^{[ 6 ] : 100}ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานของโครงการลดลง 21% ตั้งแต่ปี 1991 ถึง 1994 ^{[ 6 ] : 107}แม้ว่าจะมีการวางแผนเพิ่มอัตราการบินประจำปีสำหรับการประกอบสถานีอวกาศนานาชาติ^{[ 6 ] : 114}แม้จะมีประวัติเหตุการณ์โฟมกระแทก แต่ฝ่ายบริหารของ NASA ก็ไม่ได้พิจารณาความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นกับนักบินอวกาศว่าเป็นปัญหาด้านความปลอดภัยในการบิน^{[ 6 ] : 126} CAIB พบว่าการขาดโปรแกรมความปลอดภัยนำไปสู่การขาดความกังวลเกี่ยวกับเหตุการณ์โฟมกระแทก^{[ 6 ] : 177}คณะกรรมการได้พิจารณาแล้วว่า NASA ขาดช่องทางการสื่อสารและการบูรณาการที่เหมาะสมเพื่อให้สามารถหารือปัญหาและส่งต่อและแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 6 ] : 187}ความเสี่ยงนี้ยิ่งทวีความรุนแรงขึ้นเนื่องจากแรงกดดันให้ปฏิบัติตามกำหนดการเริ่มก่อสร้างสถานีอวกาศนานาชาติ^{[ 6 ] : 198}

ในรายงานของ CAIB ได้หารือเกี่ยวกับทางเลือกที่เป็นไปได้ที่อาจช่วยชีวิตลูกเรือของโคลัมเบีย ได้ ^{[ 34 ]}พวกเขาระบุว่าภารกิจสามารถขยายออกไปได้มากที่สุด 30 วัน (15 กุมภาพันธ์) หลังจากนั้น กระป๋อง ลิเธียมไฮดรอกไซด์ที่ใช้ในการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์จะหมดลง^{[ 6 ] : 173}ในภารกิจ STS-107 โคลัมเบียได้บรรทุก Extended Duration Orbiter ซึ่งเพิ่มปริมาณออกซิเจนและไฮโดรเจน^{[ 35 ] : 398}เพื่อเพิ่มระยะเวลาของภารกิจให้สูงสุด ระบบที่ไม่จำเป็นจะถูกปิดการทำงาน^{[ 35 ] : 399}และสัตว์ใน โมดูล Spacehabจะถูกทำการุณยฆาต^{[ 35 ] : 397}

เมื่อภารกิจ STS-107 ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศ ยานอวกาศแอตแลนติสกำลังอยู่ระหว่างการเตรียมการสำหรับการปล่อยภารกิจ STS-114 ในวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2546 หากฝ่ายบริหารของ NASA ตัดสินใจที่จะปล่อยภารกิจกู้ภัย กระบวนการเร่งด่วนก็สามารถเริ่มต้นขึ้นเพื่อปล่อยยานแอตแลนติสเป็นยานกู้ภัยได้ การทดสอบก่อนการปล่อยบางส่วนจะถูกตัดออกเพื่อให้สามารถปล่อยยานได้ตรงเวลาแอตแลนติสจะถูกปล่อยพร้อมอุปกรณ์เพิ่มเติมสำหรับกิจกรรมนอกยานอวกาศ (EVA)และปล่อยพร้อมลูกเรือขั้นต่ำที่จำเป็น มันจะไปพบกับยานโคลัมเบียและลูกเรือของ STS-107 จะทำการ EVA เพื่อถ่ายโอนไปยังแอตแลนติส ยานโคลัมเบียจะถูกลดระดับวงโคจรจากระยะไกลและกำจัดทิ้งในมหาสมุทรแปซิฟิก เนื่องจากการนำยานอวกาศลงจอดอย่างควบคุมได้นั้นจำเป็นต้องมีการควบคุมจากนักบินบนยาน^{[ 35 ] : 400–404}

CAIB ยังได้ตรวจสอบความเป็นไปได้ในการซ่อมแซมปีกซ้ายในวงโคจร แม้ว่าจะไม่มีวัสดุหรือกาวใดๆ บนยานโคลัมเบียที่สามารถทนต่อการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศได้ คณะกรรมการก็ได้ทำการวิจัยประสิทธิภาพของการอุดวัสดุจากยานอวกาศ ห้องโดยสารของลูกเรือ หรือน้ำเข้าไปในรู RCC พวกเขาได้สรุปว่าตัวเลือกที่ดีที่สุดคือการนำกระเบื้องจากส่วนอื่นๆ ของยานอวกาศมาขึ้นรูป แล้วอุดเข้าไปในรู RCC เนื่องจากความยากลำบากในการซ่อมแซมในวงโคจรและความเสี่ยงที่จะทำให้กระเบื้อง RCC เสียหายมากขึ้น CAIB จึงสรุปว่าโอกาสที่จะซ่อมแซมในวงโคจรได้สำเร็จนั้นต่ำ^{[ 35 ] : 405–406}

โครงการกระสวยอวกาศถูกระงับหลังจากการสูญเสียโคลัมเบีย [ ^{36 ]}การก่อสร้างสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ต่อไปก็ล่าช้าออกไป เนื่องจากกระสวยอวกาศมีกำหนดภารกิจ 7 ครั้งไปยัง ISS ในปี 2546 และ 2547 เพื่อให้การก่อสร้างเสร็จสมบูรณ์^{[ 37 ] เพื่อ} ป้องกันการชนของโฟมในอนาคต ET จึงได้รับการออกแบบใหม่เพื่อนำโฟมออกจากขาตั้งสองขา และติดตั้งเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแทนเพื่อป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็งในขาตั้งสองขาเนื่องจากออกซิเจนเหลวเย็นในท่อส่ง^{[ 38 ]}นอกจากนี้ยังมีการติดตั้งเครื่องทำความร้อนเพิ่มเติมตามแนวท่อออกซิเจนเหลว ซึ่งวิ่งจากฐานของถังไปยังส่วนระหว่างขั้นตอน^{[ 39 ]} NASA ยังได้ปรับปรุงความสามารถในการถ่ายภาพภาคพื้นดินที่ศูนย์อวกาศเคนเนดีเพื่อสังเกตและตรวจสอบปัญหาที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการปล่อยจรวดได้ดียิ่งขึ้น กล้องที่มีอยู่ที่ LC-39A และLC-39Bและตามแนวชายฝั่งได้รับการอัปเกรด และมีการเพิ่มไซต์กล้องใหม่ 9 แห่ง มีการเพิ่มกล้องเข้าไปในท้องของยานดิสคัฟเวอรีแอตแลนติสและเอนเดเวอร์ (ก่อนหน้านี้มีเพียงโคลัมเบียและชาเลนเจอร์ เท่านั้น ที่มี) เพื่อให้สามารถดูภาพดิจิทัลของยานอวกาศบนพื้นดินได้ไม่นานหลังจากการปล่อย ระบบก่อนหน้านี้บนโคลัมเบียใช้ฟิล์มและสามารถดาวน์โหลดลงมาได้หลังจากยานอวกาศกลับสู่โลกเท่านั้น^{[ 38 ]}ระบบเซ็นเซอร์บูมของยานอวกาศ ซึ่งเป็นกล้องที่ปลายแขนกลแคนาดาถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อให้ลูกเรือสามารถตรวจสอบความเสียหายของกระเบื้องบนยานอวกาศได้เมื่อถึงวงโคจร^{[ 40 ] [ 41 ]}ปีกแต่ละข้างของยานอวกาศติดตั้งเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ 22 ตัวเพื่อตรวจจับการรั่วไหลระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ และมี มาตร วัดความเร่ง 66 ตัว เพื่อตรวจจับแรงกระแทก ขั้นตอนการตรวจสอบหลังการลงจอดได้รับการปรับปรุงให้รวมถึงช่างเทคนิคตรวจสอบแผง RCC โดยใช้เทอร์โมกราฟีแบบแฟลช^{[ 40 ]}

นอกเหนือจากการปรับปรุงยานอวกาศแล้ว NASA ยังได้เตรียมแผนฉุกเฉินในกรณีที่ภารกิจไม่สามารถลงจอดได้อย่างปลอดภัย แผนดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการที่ภารกิจที่ติดค้างจะเชื่อมต่อกับสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ซึ่งลูกเรือจะตรวจสอบและพยายามซ่อมแซมยานอวกาศที่เสียหาย หากไม่สำเร็จ พวกเขาจะยังคงอยู่บน ISS และรอการช่วยเหลือ^{[ 42 ] : 81}ภารกิจกู้ภัยซึ่งกำหนดชื่อเป็นSTS-3xxจะถูกเปิดใช้งาน และจะใช้อุปกรณ์ลำดับถัดไปสำหรับยานอวกาศ ET และ SRB เวลาที่คาดว่าจะปล่อยคือ 35 วัน เนื่องจากเป็นข้อกำหนดในการเตรียมสิ่งอำนวยความสะดวกในการปล่อย^{[ 42 ] : 89–91}ก่อนที่ภารกิจกู้ภัยจะมาถึง ลูกเรือที่ติดค้างจะเปิดเครื่องยานอวกาศที่เสียหาย ซึ่งจะถูกควบคุมจากระยะไกลขณะที่มันถูกแยกออกจากสถานีอวกาศและลดระดับวงโคจร และเศษซากของมันจะตกลงในมหาสมุทรแปซิฟิก^{[ 42 ] : 62}ลูกเรือขั้นต่ำจะปล่อยยาน เทียบท่ากับสถานีอวกาศนานาชาติ และใช้เวลาหนึ่งวันในการถ่ายโอนนักบินอวกาศและอุปกรณ์ก่อนที่จะแยกตัวและลงจอด^{[ 42 ] : 89–91}

ภารกิจ Return to Flight ครั้งแรก STS-114 เริ่มต้นด้วยการปล่อยยานดิสคัฟเวอรีในวันที่ 26 กรกฎาคม 2548 เวลา 10:39  น. (EDT) ^{[ 43 ]}ชิ้นส่วนโฟม 16 ชิ้นจาก ET หลุดออกมาในระหว่างการปล่อย ซึ่งมีขนาดใหญ่พอที่จะถือว่ามีความสำคัญโดยผู้ตรวจสอบของ NASA ^{[ 44 ] : 7}รวมถึงชิ้นส่วนหนึ่งที่มีขนาดประมาณ36 x 11 นิ้ว (91 x 28 ซม.) [ ^{44 ] : 18การ}ตรวจสอบหลังการปล่อยไม่พบร่องรอยความเสียหายใดๆ จากการหลุดของโฟม แต่ภาพวิดีโอจาก ET เผยให้เห็นว่าชิ้นส่วนเล็กๆ ของกระเบื้อง TPS จากล้อลงจอดด้านหน้าหลุดออกมาในระหว่างการปล่อย^{[ 45 ]}เมื่อถึงวงโคจร ลูกเรือได้ตรวจสอบยานดิสคัฟเวอรีด้วยระบบเซ็นเซอร์บูมของยานอวกาศ เมื่อวันที่ 29 กรกฎาคมดิสคัฟเวอรีได้เข้าใกล้สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) และก่อนการเชื่อมต่อ ได้ ทำการปรับ มุมการเข้าใกล้ครั้งแรกเพื่อให้ลูกเรือบน ISS สามารถสังเกตและถ่ายภาพส่วนท้องของยานได้^{[ 46 ]}ในวันถัดมา นักบินอวกาศโซอิจิ โนงูจิและสตีเฟน โรบินสันได้ทำการเดินอวกาศ ครั้งแรกจากทั้งหมดสามครั้ง พวกเขาได้ทดสอบเครื่องมือซ่อมกระเบื้อง Emittance Wash Applicator กับกระเบื้อง TPS ที่เสียหายโดยเจตนาซึ่งถูกนำเข้ามาในช่องบรรทุกสัมภาระ [ ^{47 ] : 62เมื่อ}วันที่ 3 สิงหาคม นักบินอวกาศกลุ่มเดียวกันนี้ได้ทำการเดินอวกาศครั้งที่สามของภารกิจ ซึ่งโรบินสันยืนอยู่บนแขนกล Canadarm2 ของ ISS และไปที่ ส่วนท้อง ของดิสคัฟเวอรีเพื่อนำวัสดุอุดช่องว่างสองชิ้นระหว่างกระเบื้องที่เริ่มยื่นออกมาออก^{[ 47 ] : 63 [ 48 ]}หลังจากล่าช้าเนื่องจากสภาพอากาศเลวร้ายที่ KSC จึงได้ตัดสินใจลงจอดที่ฐานทัพอากาศเอ็ดเวิร์ดส์ดิสคัฟเวอรีลงจอดอย่างปลอดภัยเวลา 8:11 น. (EDT) ในวันที่ 9 สิงหาคม^{[ 43 ] [ 46 ]}หากดิสคัฟ เวอรี ไม่สามารถลงจอดได้อย่างปลอดภัย ลูกเรือจะต้องอยู่บนสถานีอวกาศนานาชาติจนกว่าแอตแลนติสจะบินมาช่วยเหลือพวกเขา^{[ 49 ]}เนื่องจากการสูญเสียโฟม นาซาจึงสั่งระงับการใช้งานกระสวยอวกาศอีกครั้ง^{[ 36 ] [ 45 ]}  

เพื่อแก้ไขปัญหาการสูญเสียโฟมสำหรับภารกิจ Return to Flight ครั้งที่สอง ( STS-121 ) วิศวกรของ NASA ได้นำแผ่นโฟมออกจากส่วนรับน้ำหนักอากาศที่ยื่นออกมา (PAL) บน ET ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของเศษชิ้นส่วนที่ใหญ่ที่สุดใน STS-114 ^{[ 50 ]}การปล่อยจรวดถูกเลื่อนออกไปจากกำหนดการเดิมในวันที่ 1 กรกฎาคม 2549 และอีกครั้งในวันที่ 2 กรกฎาคม เนื่องจากสภาพอากาศเลวร้ายที่ KSC ^{[ 51 ]}ในวันที่ 3 กรกฎาคม ชิ้นส่วนโฟมขนาดประมาณ3 x 0.25 นิ้ว (7.62 x 0.64 ซม.)และหนัก0.091 ออนซ์ (2.6 กรัม)หลุดออกมาจาก ET ^{[ 52 ] [ 53 ]}ภารกิจยังคงเริ่มต้นตามกำหนดเวลา 14:38 น. (EDT) ในวันที่ 4 กรกฎาคม^{[ 54 ]}หลังจากขึ้นสู่วงโคจรแล้วดิสคัฟเวอรีได้ทำการตรวจสอบ TPS หลังการปล่อย และเชื่อมต่อกับ ISS ในวันที่ 6 กรกฎาคม^{[ 51 ]}ยานอวกาศบรรทุก สายเคเบิลบำรุงรักษายานอวกาศระหว่างบินระยะไกลยาว 28 ฟุต (8.5 เมตร)ซึ่งสามารถเชื่อมต่อระบบดาดฟ้าบินกับระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินในดาดฟ้ากลางได้ ซึ่งจะช่วยให้ยานอวกาศสามารถลงจอดจากระยะไกลได้ รวมถึงการควบคุมล้อลงจอดและการกางร่มชูชีพ[ ^{55 ] [ 56 ] ใน}วันที่ 12 กรกฎาคม นักบินอวกาศPiers SellersและMichael Fossumได้ทำการ EVA เพื่อทดสอบ NonOxide Adhesive eXperiment (NOAX) ซึ่งใช้สารเคลือบป้องกันกับตัวอย่างกระเบื้อง TPS ที่เสียหาย^{[ 47 ] :ยาน}ดิสคัฟเวอรีแยกตัวออกจากสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) เมื่อวันที่ 14 กรกฎาคม และลงจอดอย่างปลอดภัยที่ KSC เวลา 9:14 น. ของวันที่ 17 กรกฎาคม^{[ 51 ]}หากลูกเรือติดอยู่ในวงโคจร นาซามีแผนจะปล่อยยานแอตแลนติสเพื่อช่วยเหลือพวกเขาจากสถานีอวกาศนานาชาติ^{[ 57 ] [ 58 ]}     

ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2547 ประธานาธิบดีบุชประกาศวิสัยทัศน์สำหรับการสำรวจอวกาศโดยเรียกร้องให้ยานอวกาศสเปซชัตเติลสร้างสถานีอวกาศนานาชาติให้เสร็จสมบูรณ์และปลดระวางภายในปี พ.ศ. 2553 เพื่อแทนที่ด้วยยานสำรวจลูกเรือ ที่พัฒนาขึ้นใหม่ สำหรับการเดินทางไปยังดวงจันทร์และดาวอังคาร^{[ 59 ]}ในปี พ.ศ. 2547 ฌอน โอ'คีฟ ผู้บริหารนาซา ได้ยกเลิกแผนการซ่อมบำรุงกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและตัดสินใจว่าภารกิจในอนาคตทั้งหมดจะนัดพบกับสถานีอวกาศนานาชาติเพื่อความปลอดภัยของลูกเรือ^{[ 60 ]}ในปี 2006 ผู้สืบทอดตำแหน่งของเขาไมเคิล กริฟฟินตัดสินใจที่จะส่งภารกิจซ่อมบำรุงกล้องโทรทรรศน์อีกครั้งหนึ่ง คือSTS-125ซึ่งบินในเดือนพฤษภาคม 2009 ^{[ 61 ] [ 62 ]}การปลดระวางกระสวยอวกาศถูกเลื่อนออกไปจนถึงปี 2011 ^{[ 63 ] [ 64 ]}หลังจากนั้นก็ไม่มีการปล่อยยานอวกาศที่มีลูกเรือจากสหรัฐอเมริกาอีกเลยจนกระทั่งปี 2020 เมื่อภารกิจCrew Dragon Demo-2ของSpaceX ประสบความสำเร็จในการนำนักบินอวกาศของ NASA ดั๊ก เฮอร์ลีย์และโรเบิร์ต เบห์นเคนไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ^{[ 65 ]}