飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷，是造成事故的原因。航天飞机返回经过大气层时，产生剧烈摩擦使超高温的空气在冲入左机翼后融化了内部结构，致使机翼和机体融化，导致了飞机的失事。
直接原因基本确定为超高温空气从机体表面缝隙入侵隔热瓦下部四处乱窜，最终造成航天飞机在返航途中解体坠毁。
专家认为造成这艘“功勋宇航器”的解体的根本原因有可能是起飞时遭遇强风、发射前临时更换火箭助推器、以及“年龄太大”等。
此外，原本和“哥伦比亚”号主燃料箱的火箭助推火箭被拆卸下来，并安装到另外一艘航天飞机上，有关人员的操作对燃料箱的表面材料可能也形成了伤害。
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