El origen de la nave Soyuz (3° Parte)
- El origen y evolución de la Soyuz -
Como veremos, el desarrollo en las mesas de dibujo (como se estilaba por esas fechas) del cual nacería la nave espacial que tratamos bajo la dirección del "ingeniero jefe" Serguéi Koroliov (o Korolev como también se le conoce), comenzó con la asignación de una labor distinta a la que efectuaría a la postre. La nave finalmente, luego de una larga etapa, abandona el papel y se materializa en un primer prototipo que inicia las pruebas en superficie, el 12/05/1966. A esta versión se le caracterizaría como la 7K-OK.
Se decidiría que la primera tarea de ésta, sería el de probar el sistema de acoplamiento Igla (Игла, en castellano: "Aguja") que se había desarrollado a fines de 1965, específicamente para la Soyuz. Para este fin era necesario lanzar a una órbita baja dos vehículos no tripulados y se planeó orbitarlos con un día de diferencia para que probaran el sistema automático de encuentro y atraque. Las comisión supervisora del Estado, cancelaban de esta forma, los dos vuelos automáticos en solitario previos, que los ingenieros percibían como necesarios para hacer correcciones. Las Soyuz no poseían un sistema de acoplamiento manual de respaldo, pero por ocho años el Igla operó sin dificultad. Fue recién el 26/08/1974, que por no existir este sistema de respaldo, la Soyuz 15 debió abortar su atraque con la Salyut 3. Este incidente, hizo que se dotara a las naves de un sistema manual, que no tardaría mucho en ser de utilidad. Salyut 5 había sido puesta en órbita el 11/06/1976 y se habían programado cuatro misiones para visitarla, la primera de ella, seria la de la Soyuz 21 lanzada el 6/7/1976 y que acopló con la estación al día siguiente. Dada una contaminación en la atmósfera de la estación, se adelantó el descenso para el 24 de agosto y fue en estas circunstancias que se comprobó que el sistema automático no permitía el desacoplamiento. Ese mismo año la Soyuz 23 no pudo atracar (ya que la Igla falló antes de que la nave se acercara a cien metros de distancia). El sistema volvió a fallar en 1979 con la Soyuz 33. Finalmente fue sustituído por el Kurs¹) (Курсen,"curso") en 1986, siendo la primera que lo utilizó, la Soyuz TM-2. Que sigue en uso al día de hoy, tanto en la Soyuz, como en las cargueras Progress, aunque con una versión mejorada.
Superando el férreo hermetismo de los soviéticas en cuanto a los detalles técnicos de la nueva cosmonave espacial, era fácil visualizar dos grandes cambios respecto a sus antecesoras. Primeramente, su capacidad de encuentro y acoplamiento, que serían necesarias, tanto para un vuelo circunlunar, como para un supuesto futuro alunizaje. Y segundo, la estructura de la nave se segmentaba en tres módulos. Un módulo orbital, un módulo de descenso y uno de servicio.
La cosmonave Soyuz está compuesta por tres módulos: el módulo orbital, el módulo de descenso, y el modulo de instrumentación y servicio. Este último dividido en un sector presurizado para instrumentos y uno sin presurizar para el sector de propulsión. NASA
Esquema de los tres modulos en que se encuentra dividida la nave Soyuz tripulada.
Módulo orbital - ( БО, Бытоьой Отсек en alfabeto ruso/BO, "Bitovoi Otsek")
Módulo de descenso - (СA, Спусккаемы Апарат/SA, "Spuskaemi Apparat")
Módulo de Servicio - (ПАО, Пруборно-Агрегатный/PAO, "Priborno-Agregatni Otsek")
Como ya se desprende de lo redactado, el proyecto Soyuz, no es simplemente el sucesor de las naves Vostok y Voskhod encaminadas a colocar tripulaciones orbitando en el espacio, sino por el contrario, es un proyecto mucho más ambicioso, impulsado por los ingenieros soviéticos encabezados por Koroliov con la finalidad de llevar cosmonautas a orbitar nuestro satélite natural y a alunizar en él. Nació muy temprano como detallaremos en otra entrada, e incluso el diseño de las naves Voskhod se nutrió de algunos desarrollos, producto de los estudios realizados previamente para las Soyuz. Es necesario decir, que no era el único proyecto soviético que tenía como objetivo la Luna. Debemos también entender, la existencia de una marcada compartimentación en las oficinas de diseño de los proyectos espaciales de aquel entonces, que se entienden claramente que podían tener consecuencias negativas en el desarrollo de los programas, pero que por otro lado, aportaban positivamente, al abordar los problemas a resolver enfocándolos con diferentes puntos de vista y proveyendo al proyecto, de poder hacer elección de un más amplio abanico de soluciones. De esta forma, ya al comienza de los estudios destinados al proyecto Soyuz, los ingenieros se enfocaron en las operaciones de vuelo y la seguridad de los mismos. No habiendo en ese momento existencia de un cohete tan potente como para colocar una nave directamente en la Luna, se evidenció la necesidad de perfeccionar medios para el encuentro y acoplamiento seguro en órbita baja de los ingenios destinados a ese fin. Recordemos que estos encuentros que hoy acostumbramos a ver en directo con velocidades relativas, se realizan con vehículos que viajan a unos 28.000 km por hora, por lo que cualquier error puede convertir un acoplamiento en una colisión. Está de más sobreentendido, que tanto norteamericanos como soviéticos de forma paralela también realizaban estudios, a efectos de poder construir cohetes lo suficiente potentes como para colocar naves de forma directa en la órbita lunar (como se vera en una próxima entrada). Pero éstos, por supuesto, eran más ambiciosos y necesitarían más tiempo para desarrollarse en la vertiginosa carrera espacial. Luego de la decisión de incluir un tercer módulo por la motivación que analizo en otra parte, se presentó el dilema en cuanto colocar el nuevo segmento incorporado en lo que a simple vista parecía lo más lógico, que era colocarlo como sección superior de la nave o como finalmente se decidiría en medio de las otras dos secciones. Con el límite de las restricciones de peso en vista, de todas formas era necesario crear para la tripulación condiciones de habitabilidad suficientes para que se pudiera hacer largos vuelos a la Luna con la comodidad suficiente para la tripulación. La sección extra ofrecía la ampliación de este espacio de trabajo orbital, y el módulo de descenso se vería alivianado por no tener que llevar nada más que los instrumentos mínimos para un reingreso controlado. Dos razones fueron de peso para tomar la decisión final de situar los módulos en su configuración final. Por un lado, el escudo térmico imprescindible para el módulo de reentrada, obstaculizaría su acceso desde su parte inferior y por otro lado, la construcción óptima del sistema de rescate de emergencia, que había empezado a estudiarse por el año 1961. Si bien el diseño inicial preveía acomodar a dos tripulantes, en 1963 se decidió ampliarlo para llevar hasta tres personas y a mediados de 1964, comenzaron los estudios iniciales para los sistemas de acoplamiento.
Módulos orbitales de la Soyuz.
El módulo orbital es ligeramente ovoide y su estructura está construida con una aleación de aluminio y magnesio que le confieren resistencia y poco peso. Está diseñado para utilizarse únicamente en órbita, por lo cual no tiene la necesidad de poseer una protección térmica para la reentrada, al contrario, una vez desechado es preferible y previsto que se destruya en la atmósfera. En las naves Shenzou chinas, que heredaron ciertas características del diseño de las Soyuz, este módulo está provisto de dos paneles solares lo que le permite operar de manera independiente en órbita, para lo que también se le ha dotado de un sistema de maniobra. La gran ventaja que ofrece este diseño, con la existencia de este módulo independiente del de reentrada, es que careciendo por innecesario, de un pesado escudo térmico, provee un mayor espacio útil por menos peso que en otras configuraciones.
En la foto superior de la estructura de los módulos orbitales sin concluir de ensamblarse, podemos observar la presencia de unos orificios circulares grandes que corresponden a las escotillas utilizadas por las tripulaciones para penetrar a la nave antes del lanzamiento. Esta escotilla de 66 cm de diámetro coincide con una ligeramente rectangular y de puntas redondeadas de la cofia protectora usada para atravesar las capas densas de la atmósfera (las capas cercanas a la superficie de la Tierra).
Esta fotografía es una de las pocas en que se puede apreciar la escotilla del carenado de la carga útil y al fondo la escotilla circular de acceso de los tripulantes a la Soyuz. Corresponde a la tripulación integrante de la Expedición 43 a la EEI, con los cosmonautas rusos Mikhail Kornienko y Gennadu Padalka de la Agencia Espacial Federal Rusa (Roscosmos) y el astronauta Scott Kelly de la NASA, en las escaleras de la Soyuz TMA-16M, el 23/03/2015. El lanzamiento se materializó el 27/03/2015.
En las Soyuz 4 y 5, se le utilizó como una exclusa para la transferencia de pasajeros de una nave a la otra. Una segunda escotilla en el módulo orbital es la que comunica esta sección con la de descenso. En la estructura del módulo orbital que se encuentra en primer plano , en la foto, se pueden ver un par de orificios más pequeños, estos corresponden a dos ventanillas que poseían las primeras de las Soyuz, incluidas las Soyuz T. Las posteriores Soyuz TM y TMA, tendrían una ventana frontal que les daría una mejor visión en oportunidad de hacer maniobras de encuentro si fuera necesario, ya que por razones de seguridad en las de atraque la tripulación se mantendría en el módulo de descenso. En este módulo BO (según su sigla en ruso), se encuentra el sistema de apareamiento con las correspondientes antenas, los equipos destinados al soporte vital y también se encuentra el retrete higiénico (ASU)²). El cuerpo del OB posee una estructura que divide el ovoide en dos hemisferios.
Módulo de reentrada
Al módulo de descenso o módulo de reentrada, SA (según su sigla en idioma ruso) se optó por diseñarlo con una forma acampanada, en cuya parte inferior se encuentra el escudo térmico. Dicha forma le dará una mayor estabilidad en la reentrada, capacitándolo para poder tener cierta posibilidad de maniobra. Previamente se había seleccionado el modo en que efectuaría el regreso a la Tierra. Aprovechando la experiencia acumulada por el regreso a superficie de satélites de un solo uso y especialmente de las cápsulas recuperadas que portaban cintas, de los satélites de espionaje iniciales, se adoptó la trayectoria balística o descenso deslizante, para tener finalmente un aterrizaje vertical, descartándose los modelos con alas, que aparte de implicar un aumento importante en el peso, traían dificultades adicionales en cuanto a la implementación de la protección térmica. En este módulo era muy importante el equilibrar los pesos adecuadamente. a efectos de lograr un reingreso controlado. Como relatamos anteriormente en las maniobras de acoplamiento, los cosmonautas deberían permanecer en este módulo por razones de seguridad, por lo cual se dotó a este módulo con un periscopio que le ofreciera una vista frontal. Llevaba además una cámara de televisión en el frente de la Soyuz. Al realizar la reentrada se desprendía del BO mediante 12 pernos explosivos, eyectando también el periscopio. Está dotado de ocho motores de peróxido de hidrógeno para controlar el reingreso (un par de motores de giro a cada lado de la parte inferior, un motor de guiñada de cada lado en la parte superior y dos motores de cabeceo), un paracaídas principal y uno de reserva (cada uno compuesto por tres piezas que se abren sucesivamente, primero el paracaídas piloto que abre el de frenado y por último el principal) (el de reserva está igualmente constituido, aunque el principal al ser de menor dimensión tiene un frenado algo menor que el producido por el principal). A unos 3 kilómetros de altura se desprende de su escudo térmico dejando al descubierto los cuatro retrocohetes de combustible sólido que utilizan para desacelerar el descenso al aterrizar a unos 2 metros por segundo (en las versiones posteriores la cantidad de retrocohetes se aumento a seis, aunque se utilizan, salvo emergencia, normalmente cuatro), activándose en una altura aproximada a un metro de la superficie. Los asientos Kazbek, poseen amortiguadores que se activan a 5,5 km de altura y son hechos a medida de cada cosmonauta.
Previo al vuelo de la Soyuz MS-21, Oleg Artémiev vestido con su traje Sokol KV-2 en su silla Kazbeck-U
El llamado módulo de servicio, o más apropiadamente, a estar por su denominación en idioma ruso "módulo instrumental propulsivo (PAO), esta dividido en tres secciones. Tenemos una sección que está inmediatamente por debajo del SA, que no está presurizada y que está adherida a esta por 10 pernos, de los cuales 5 son explosivos, para permitir separar ambos módulos. En esta sección encontramos algunos motores de maniobra y tanques de oxígeno. Una sección presurizada, donde están la mayoría de los instrumentos; y la parte que alberga el motor principal, los tanques de combustible para el mismo (900 Kilos de tetróxido de nitrógeno e hidracina), un radiador de 8 m² y baterías. El motor principal (KTDU), dispone de una cubierta que de abre recién cuando va a hacer ignición en órbita. A este módulo adosan los 2 paneles fotovoltaicos de 4 segmentos en las 7K-OK. Luego del accidente del Soyuz 11, durante un período se prescindió de los paneles.
Para el año 1965, el diseño de la Soyuz K7-OK estaba completado. Tenía una masa de lanzamiento de hasta 6560 kg, incluida una masa CA de aproximadamente 2800 kg; tripulación de una a tres personas, el tiempo de existencia activa en órbita sería de 3-10 días, la longitud (a lo largo del cuerpo) se fijó en aproximadamente 7,6 m, el diámetro de los compartimentos vivos en de 2,2 m y el diámetro máximo se estableció en 2,72 m, sumando los módulos habitables un volumen de unos 6,5 m³.
Notas:
¹)- El sistema de radio telemetría de encuentro y atraque Kurs, fue fabricado por la fábrica ucraniana Radiovodsky. El sistema, al contrario que el Igla, que exigía la colaboración de ambos ingenios en estas maniobras, permite que la nave acople con una estación totalmente estacionaria. Lo cual se manifestaba como un requerimiento necesario para proceder en el atraque a estaciones de mayores dimensiones como la Mir soviético-rusa. A tal efecto, se desarrollo a fines de 1985 (la Mir se ensambló en órbita a partir del 19 de febrero de 1986), ya que el hecho de reorientar el puerto de atraque de una estación tan grande (ensamblada entre 1986 y 1996) hubiera requerido un excesivo consumo de combustible de los propulsores. Su nombre Mir (Мир, "Paz" o "Mundo"), se remarcó por el hecho de que dos potencias que habían sido antagónicas durante la "Guerra Fría" se ponían de acuerdo para colaborar en el espacio.
El 21/07/2011 con la finalización de la misión STS-135, del transbordador espacial "Atlantis", toda la logística de la EEI, paso a depender exclusivamente de Rusia. Hasta la aparición de las naves "Dragon" y los cohetes Falcon 9 de SpaceX, se dependía totalmente de la agencia Roscosmos. Afortunadamente, Spacex logro anular esta extrema dependencia, pues en el presente abril de 2022, dada la situación que deriva de los acontecimientos entre Rusia y Ucrania, se anunció por parte de Rusia que suspendía su colaboración con la EEI*), en respuesta a las sanciones impuestas a su país por Occidente.
Una vez que se comenzó con la construcción de la Estación Espacial Internacional el sistema se puso al día, en caso de emergencia, si es necesario que los cosmonautas tomen el control manual pueden hacerlo, pero además el control manual puede ser dirigido desde la estación espacial.
Justamente, teniendo en cuenta la referencia anterior a Rusia y Ucrania, hago mención, que al disolverse la Unión Soviética (1991), el sistema Kurs paso a ser propiedad de Ucrania. La RKA (Agencia Espacial Federal Rusa) en consecuencia, trato de eliminar su uso, minimizando su dependencia. La misma, a tales efectos, desarrolló el sistema TORU. Pero éste, pronto se rebeló poco confiable, al ser responsable de la colisión de la Mir y la Progress M-34, el accidente que casi causa el abandono de la Mir y que le produjo daños al módulo Spektr. También la M-35 sufrió problemas.
*)- Al momento de redactar esta nota, había inquietud en las autoridades de la NASA, acerca de saber si en un vuelo de una Crew Dragon norteamericano para setiembre de este año, volaría un cosmonauta ruso. El vuelo seria por un "intercambio de asiento" con un astronauta de la NASA que ocuparía un lugar en una nave Soyuz. La cooperación seria fundamental para si en el caso de que uno vehículo no pudiera operar por un largo período de tiempo, habría otro disponible. Sabido es que cuando se produce por ejemplo un accidente, se detienen los lanzamientos, en el tiempo suficiente para investigar las causas y hacer la correcciones pertinentes, si estas fueran necesarias. La cosmonauta rusa Anna Kikina, que aparece en la quinta foto de la entrada "La cosmonave Soyuz MS-21" como tripulante de reserva, en principio, sería quien ocuparía un lugar en la Crew-5 a lanzarse en la primera quincena de setiembre, mientras un astronauta de la NASA,volaría sobre fin de ese mes en la Soyuz MS-22.
²)- Quizás no parezca una pieza importante de la nave espacial, pero sin lugar a dudas ha motivado la curiosidad del público. Me refiero a lo complejo de hacer las necesidades fisiológicas en condiciones de ingravidez.
ASU, el dispositivo sanitario (váter) de la Soyuz, cuya utilización no es nada simple y para el cual existe un voluminoso manual de instrucciones.
Serguéi Pyatakov/Sputnik
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