Estas palabras pertenecen a "El espacio: los próximos 100 años", un libro escrito en 1990 por Nicholas Booth. Sus páginas estaban repletas de rutilantes proyectos espaciales del futuro: la estación espacial norteamericana Freedom, el avión espacial británico HOTOL o la lanzadera europea Hermes. El libro no le dedica mucho espacio a los logros de la cosmonáutica. Booth prefirió pasar de puntillas sobre los obsoletos programas soviéticos, tan "acosados por los problemas técnicos". Veinte años después, ni uno sólo de los magníficos proyectos del libro de Booth se ha hecho realidad. Es más, el transbordador espacial estadounidense será retirado el año que viene sin que tenga un sustituto preparado. Y, sin embargo, las naves Soyuz siguen volando.
Ridiculizadas y criticadas hasta la saciedad durante muchos años, la "tortuga" Soyuz ha ganado la carrera a todas las "liebres" espaciales que se le han cruzado por el camino. Y vaya si ha ganado. Han tenido que pasar casi cincuenta años, pero su diseño ha salido finalmente victorioso. Tanto, que a partir de 2011 sólo existirán dos naves espaciales tripuladas en el planeta: la Soyuz rusa y la Shenzhou china.
La humanidad había alcanzado el espacio gracias a la nave 3KA Vostok, creada por la oficina de diseño OKB-1 de Serguéi Korolyov. Los seis primeros cosmonautas soviéticos habían demostrado que se podía comer y dormir en el espacio y que la microgravedad no era un obstáculo importante para el ser humano. El diseño de la nave era sencillo, pero eficiente y seguro.
La cápsula esférica de la Vostok, apodada sharik ("bola" en ruso), era cómoda y amplia. Sin embargo, la nave presentaba varias limitaciones. La más grave tenía que ver con su forma. Al ser una esfera, la cápsula se orientaba automáticamente durante la reentrada atmosférica sin necesidad de ningún control activo gracias a la disposición de su centro de gravedad. Esto garantizaba un regreso libre de problemas para los cosmonautas, pero implicaba que la deceleración debida al rozamiento con la atmósfera -"fuerzas g"- fuese mucho mayor. Es lo que se llama una "entrada balística": directa y segura, pero sin ningún control en la ruta de descenso. Como si estuvieras dentro de una bala de cañón, vamos.
La solución pasaba por diseñar una cápsula con forma cónica o de campana. De esta forma, el vehículo generaría una pequeña fuerza de sustentación al atravesar las capas altas de la atmósfera. Minúscula, pero suficiente para reducir las fuerzas g de la reentrada. Frente a los 8-9 g que experimentaban los cosmonautas de la Vostok durante el regreso, una nave con forma de campana permitiría reducir la aceleración a unos "cómodos" 4 ó 5 g. Puede que la diferencia no sea excesiva, especialmente si tenemos en cuenta que los pasajeros eran rudos y experimentados pilotos de prueba, pero esto sólo es válido cuando uno regresa desde la órbita baja (LEO) a 8 km/s. Para misiones lunares o interplanetarias la velocidad de reentrada sería superior a 11 km/s. En este caso, la menor aceleración generada por la forma del vehículo deja de ser una simple "comodidad" para pasar a ser un requisito obligatorio, o lo que es lo mismo, viene a ser la diferencia que existe entre aterrizar sin problemas o con graves hemorragias en los órganos internos.
La Vostok tenía otra limitación: no podía realizar movimientos de traslación en órbita. Es decir, podía orientarse en sus tres ejes -control de actitud: guiñada, cabeceo y tonel-, pero era incapaz de otro tipo de maniobras. Este hecho, sumado a la ausencia de un túnel de acoplamiento que permitiese la unión entre varios vehículos, fue la razón que empujó a la oficina de diseño OKB-1 a buscar rápidamente un sustituto para la Vostok. La nueva nave debía ser capaz de superar estas limitaciones y plantar cara al futuro Apolo de la NASA.
El Departamento 9 de la OKB-1, dirigido por Mijaíl Tijonrávov y Konstantin Feoktístov -futuro cosmonauta-, sería el encargado de comenzar a diseñar la sucesora de la Vostok ya en una fecha tan temprana como 1958. El objetivo inicial de la nueva nave no sería modesto. Desde un primer momento se planteó como prioridad la capacidad para realizar misiones lunares, por lo que los ingenieros se tuvieron que enfrentar al problema de reducir la deceleración durante la reentrada a la vuelta de una misión de este tipo. Para complicar las cosas, el clima político de la Guerra Fría influyó en el diseño de manera drástica: la nave debía aterrizar en territorio soviético. Había que evitar que el vehículo pudiese caer en manos enemigas a toda costa. Este requisito fue esencial a la hora de diseñar una trayectoria de regreso óptima.
Durante algún tiempo, el equipo de diseño jugó con la idea de dotar a la nave de alas u otras superficies de control, pero las elevadas tensiones y las cargas térmicas asociadas hicieron imposible seguir por este camino. Corrían los años 50 y el comportamiento hipersónico de vehículos en la alta atmósfera aún no se comprendía muy bien. Todavía faltaban algunos años para que se estudiaran en profundidad los cuerpos sustentadores, así que ésta tampoco era una opción.
El grupo de Tijonrávov ideó finalmente un perfil de reentrada lunar que permitiría mantener la decelración por debajo de los 6 g y al mismo tiempo asegurar el descenso en territorio soviético. La trayectoria sería muy similar a la de una piedra que rebota en un estanque. Según este plan, la cápsula reentraría primero en la atmósfera sobre el polo sur, disipando la mayor parte de su energía cinética. A continuación volvería al espacio exterior sobrevolando el Océano Índico antes de descender finalmente sobre la URSS. Este esquema, denominado "doble inmersión", sería también el elegido para las naves Apolo -allí lo llamarían skip reentry-, aunque en este caso los requisitos de la trayectoria no eran tan exigentes. Al fin y al cabo, amerizar en el Océano Pacífico requería menos precisión.
Pero aún quedaba por elegir la forma óptima para la cápsula. Tras numerosos cálculos y pruebas conjuntas entre el Departamento 11 de la OKB-1 y los institutos NII-88, NII-1 y TsAGI (Instituto Central de Aerohidrodinámica), se llegó a la conclusión de que la forma de campana sería la más idónea para la nueva nave. De este modo, la onda de choque permanecería a cierta distancia del vehículo durante la reentrada, aumentando la resistencia y, paradójicamente, disminuyendo la temperatura que debía soportar el escudo térmico. Un centro de gravedad desplazado permitiría maniobrar la cápsula en la alta atmósfera jugando con la pequeña fuerza de sustentación generada por la forma cónica. La propia cápsula se convertía así en un ala muy rudimentaria.
El método de aterrizaje también fue objeto de un intenso debate. Korolyov no se sentía satisfecho con el sistema de paracaídas tradicionales propuesto para la Vostok, por lo que estudió la posibilidad de emplear un rotor de helicóptero desarrollado por Mijaíl Mil, entre otros sistemas aún más exóticos. Las limitaciones de tiempo y dinero -sobre todo las de tiempo- obligaron a confiar en los paracaídas una vez más.
Ridiculizadas y criticadas hasta la saciedad durante muchos años, la "tortuga" Soyuz ha ganado la carrera a todas las "liebres" espaciales que se le han cruzado por el camino. Y vaya si ha ganado. Han tenido que pasar casi cincuenta años, pero su diseño ha salido finalmente victorioso. Tanto, que a partir de 2011 sólo existirán dos naves espaciales tripuladas en el planeta: la Soyuz rusa y la Shenzhou china.
La humanidad había alcanzado el espacio gracias a la nave 3KA Vostok, creada por la oficina de diseño OKB-1 de Serguéi Korolyov. Los seis primeros cosmonautas soviéticos habían demostrado que se podía comer y dormir en el espacio y que la microgravedad no era un obstáculo importante para el ser humano. El diseño de la nave era sencillo, pero eficiente y seguro.
La cápsula esférica de la Vostok, apodada sharik ("bola" en ruso), era cómoda y amplia. Sin embargo, la nave presentaba varias limitaciones. La más grave tenía que ver con su forma. Al ser una esfera, la cápsula se orientaba automáticamente durante la reentrada atmosférica sin necesidad de ningún control activo gracias a la disposición de su centro de gravedad. Esto garantizaba un regreso libre de problemas para los cosmonautas, pero implicaba que la deceleración debida al rozamiento con la atmósfera -"fuerzas g"- fuese mucho mayor. Es lo que se llama una "entrada balística": directa y segura, pero sin ningún control en la ruta de descenso. Como si estuvieras dentro de una bala de cañón, vamos.
Diseño final de la Vostok 3K
La solución pasaba por diseñar una cápsula con forma cónica o de campana. De esta forma, el vehículo generaría una pequeña fuerza de sustentación al atravesar las capas altas de la atmósfera. Minúscula, pero suficiente para reducir las fuerzas g de la reentrada. Frente a los 8-9 g que experimentaban los cosmonautas de la Vostok durante el regreso, una nave con forma de campana permitiría reducir la aceleración a unos "cómodos" 4 ó 5 g. Puede que la diferencia no sea excesiva, especialmente si tenemos en cuenta que los pasajeros eran rudos y experimentados pilotos de prueba, pero esto sólo es válido cuando uno regresa desde la órbita baja (LEO) a 8 km/s. Para misiones lunares o interplanetarias la velocidad de reentrada sería superior a 11 km/s. En este caso, la menor aceleración generada por la forma del vehículo deja de ser una simple "comodidad" para pasar a ser un requisito obligatorio, o lo que es lo mismo, viene a ser la diferencia que existe entre aterrizar sin problemas o con graves hemorragias en los órganos internos.
La Vostok 3KA unida a la etapa superior del cohete Vostok 8K72K y la cofia
La Vostok tenía otra limitación: no podía realizar movimientos de traslación en órbita. Es decir, podía orientarse en sus tres ejes -control de actitud: guiñada, cabeceo y tonel-, pero era incapaz de otro tipo de maniobras. Este hecho, sumado a la ausencia de un túnel de acoplamiento que permitiese la unión entre varios vehículos, fue la razón que empujó a la oficina de diseño OKB-1 a buscar rápidamente un sustituto para la Vostok. La nueva nave debía ser capaz de superar estas limitaciones y plantar cara al futuro Apolo de la NASA.
Sustentación (eje vertical) de varios vehículos espaciales durante la reentrada atmosférica dependiendo de su forma
El Departamento 9 de la OKB-1, dirigido por Mijaíl Tijonrávov y Konstantin Feoktístov -futuro cosmonauta-, sería el encargado de comenzar a diseñar la sucesora de la Vostok ya en una fecha tan temprana como 1958. El objetivo inicial de la nueva nave no sería modesto. Desde un primer momento se planteó como prioridad la capacidad para realizar misiones lunares, por lo que los ingenieros se tuvieron que enfrentar al problema de reducir la deceleración durante la reentrada a la vuelta de una misión de este tipo. Para complicar las cosas, el clima político de la Guerra Fría influyó en el diseño de manera drástica: la nave debía aterrizar en territorio soviético. Había que evitar que el vehículo pudiese caer en manos enemigas a toda costa. Este requisito fue esencial a la hora de diseñar una trayectoria de regreso óptima.
Durante algún tiempo, el equipo de diseño jugó con la idea de dotar a la nave de alas u otras superficies de control, pero las elevadas tensiones y las cargas térmicas asociadas hicieron imposible seguir por este camino. Corrían los años 50 y el comportamiento hipersónico de vehículos en la alta atmósfera aún no se comprendía muy bien. Todavía faltaban algunos años para que se estudiaran en profundidad los cuerpos sustentadores, así que ésta tampoco era una opción.
Perfil de la reentrada de una cápsula Apolo después de regresar de la Luna
El grupo de Tijonrávov ideó finalmente un perfil de reentrada lunar que permitiría mantener la decelración por debajo de los 6 g y al mismo tiempo asegurar el descenso en territorio soviético. La trayectoria sería muy similar a la de una piedra que rebota en un estanque. Según este plan, la cápsula reentraría primero en la atmósfera sobre el polo sur, disipando la mayor parte de su energía cinética. A continuación volvería al espacio exterior sobrevolando el Océano Índico antes de descender finalmente sobre la URSS. Este esquema, denominado "doble inmersión", sería también el elegido para las naves Apolo -allí lo llamarían skip reentry-, aunque en este caso los requisitos de la trayectoria no eran tan exigentes. Al fin y al cabo, amerizar en el Océano Pacífico requería menos precisión.
Pero aún quedaba por elegir la forma óptima para la cápsula. Tras numerosos cálculos y pruebas conjuntas entre el Departamento 11 de la OKB-1 y los institutos NII-88, NII-1 y TsAGI (Instituto Central de Aerohidrodinámica), se llegó a la conclusión de que la forma de campana sería la más idónea para la nueva nave. De este modo, la onda de choque permanecería a cierta distancia del vehículo durante la reentrada, aumentando la resistencia y, paradójicamente, disminuyendo la temperatura que debía soportar el escudo térmico. Un centro de gravedad desplazado permitiría maniobrar la cápsula en la alta atmósfera jugando con la pequeña fuerza de sustentación generada por la forma cónica. La propia cápsula se convertía así en un ala muy rudimentaria.
Perfil de reentrada de una Soyuz 7K-L1/Zond
El método de aterrizaje también fue objeto de un intenso debate. Korolyov no se sentía satisfecho con el sistema de paracaídas tradicionales propuesto para la Vostok, por lo que estudió la posibilidad de emplear un rotor de helicóptero desarrollado por Mijaíl Mil, entre otros sistemas aún más exóticos. Las limitaciones de tiempo y dinero -sobre todo las de tiempo- obligaron a confiar en los paracaídas una vez más.
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