lunes, 16 de mayo de 2011

Historia de la Soyuz

Historia de la Soyuz

Historia de la Soyuz

La tecnología es un bien escaso en la URSS. [...] Muchas misiones soviéticas se han visto acosadas por los problemas técnicos. [...] No obstante, pese a los condicionamientos impuestos por la actual situación económica, los soviéticos han sabido hacer frente a los problemas que plantea la ingeniería espacial y puede servirles de consuelo que la carrera finalmente no la ganó la liebre, sino la tortuga.

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.


Los orígenes

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.


Diseño final de la Vostok 3K (Novosti Kosmonavtiki).


La Vostok 3KA unida a la etapa superior del cohete Vostok 8K72K y la cofia.

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.


Sustentación (eje vertical) de varios vehículos espaciales durante la reentrada atmosférica dependiendo de su forma.

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.



Perfil de la reentrada de una cápsula Apolo después de regresar de la Luna (NASA).


Perfil de reentrada de una Soyuz 7K-L1/Zond.

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.


Séver y 1L

Después de mucho esfuerzo, en 1962 los ingenieros de la OKB-1 crearon un diseño original para la nueva nave que la haría inconfundible. Hasta ese momento las naves más avanzadas, tanto las futuras Apolo o Gémini estadounidenses como la Vostok soviética, estaban formadas por dos partes: la cápsula con los cosmonautas y un "módulo de servicio o propulsión" desechable con el motor principal, combustible y otros sistemas adicionales. La cápsula era tremendamente pesada debido al escudo térmico de ablación que la protegía de las fieras temperaturas de la reentrada, así que una forma de aligerar la nave era trasladar muchos de los sistemas al módulo de servicio. Y ya sabemos que el peso es la pesadilla de cualquier ingeniero aeroespacial. En un intento por hacer menos masiva la nueva nave, los ingenieros del Departamento 11 de la OKB-1 crearon una nave dividida en tres módulos. Además de la cápsula y el módulo de servicio, incorporaría un "módulo orbital" cilíndrico donde los cosmonautas podrían trabajar y vivir en órbita. No sólo proporcionaría espacio extra, ya que este módulo iría también equipado con varios sistemas de soporte vital y víveres. Como resultado, la cápsula sería mucho más pequeña y menos pesada. El módulo orbital podría servir además de esclusa para paseos espaciales. El precio que habría que pagar por estas ventajas sería un volumen muy reducido en el interior de la cápsula. La posición que debía ocupar el nuevo módulo no estaba muy clara al principio. Inicialmente, se sugirió situarlo entre el módulo de servicio y la cápsula, pero esto habría supuesto incluir una escotilla de conexión en el escudo térmico. Los ingenieros de la OKB-1 no estaban dispuestos a correr este riesgo, así que finalmente el módulo orbital iría situado en la parte delantera de la nave. Más adelante sí que aparecerían diseños con escotillas en el escudo, como fue el caso de la Soyuz VI o la TKS.

En los Estados Unidos, los ingenieros de General Electric idearon una configuración similar para su propuesta de nave Apolo. La Apollo D-2 fue finalmente descartada en favor de la propuesta de North American, que seguía a rajatabla las indicaciones de la NASA, pero su existencia demuestra que esta idea rondaba las mentes de los ingenieros a ambos lados del telón de acero.




Comparación entre la Apollo D-2 y la Soyuz LOK (astronautix.com)

El caso es que el nombre de la nueva nave soviética aún no se había decidido, pero por entonces la OKB-1 realizó diversos estudios de las posibles aplicaciones de este vehículo bajo la denominación general de Séver ("norte") y 1L. Séver debía ser una nave para vuelos tripulados a la órbita baja, quizás a estaciones espaciales. Por su parte, el proyecto 1L tenía como objetivo el sobrevuelo de la Luna mediante varios lanzamientos. La nueva nave tripulada de tres módulos se acoplaría en órbita a otras dos naves sin tripulación lanzadas previamente. Estos vehículos llevarían el combustible necesario para sobrevolar la Luna. Por entonces, la Unión Soviética carecía aún de un lanzador lo suficientemente potente como para lanzar una nave hacia nuestro satélite de forma directa, pero Korolyov ideó un plan para utilizar solamente al R-7 Semyorka, el caballo de batalla de la OKB-1. Es decir, 1L emplearía un esquema de misión basado en acoplamientos en órbita baja o EOR (Earth Orbit Rendezvous) en el lenguaje de la NASA. Este plan parecía sencillo, ya que sólo requería emplear cohetes derivados del R-7, pero debemos recordar que a principios de los años 60 las operaciones de acoplamiento y trasvase de combustible en órbita eran aún terra incognita para los ingenieros. Ya a finales de 1961, el Departamento 3 de la OKB-1 dirigido por Ya. P. Kolyako había estudiado las técnicas de trasvase de combustible en órbita bajo la dirección de K. D. Bushuev y S. S. Kryukov. Por su parte, el Departamento 27, dirigido por Borís Raushenbaj, se había dedicado a analizar las características de los acoplamientos automáticos en órbita baja.

El 26 de enero de 1962, el propio Korolyov propuso un plan de sobrevuelo tripulado lunar fusionando los conceptos de Sever y 1L con la nave Vostok. Sin duda, los recientes éxitos del Vostok habían hecho replantearse al Ingeniero Jefe la conveniencia de deshacerse de esta nave tan rápidamente. En vez de usar la nueva nave, Korolyov sugirió cambiar el proyecto 1L y emplear una nave Vostok modificada (denominada Vostok 7 ó 7K) que se acoplaría a tres módulos de propulsión 9K para construir un complejo en órbita baja con una masa total de 15-25 toneladas. De este modo, serían necesarios cuatro lanzamientos de cohetes derivados del R-7 para una misión de sobrevuelo lunar. Además de las misiones lunares, la OKB-1también sopesó la posibilidad de construir una estación espacial usando diversos módulos. El 10 de marzo de 1962 Korolyov aprobó el diseño preliminar de este proyecto en un estudio denominado "Complejo para el ensamblaje de vehículos espaciales en una órbita de satélites artificiales". En este documento aparece por primera vez el nombre Soyuz (Союз, "unión" en ruso), sin duda haciendo referencia a los acoplamientos en órbita baja. Soyuz era la designación de todo el proyecto en su conjunto, aunque no olvidemos que, curiosamente, la nave principal debía ser ahora una versión de la Vostok. El 16 de abril de 1962, las autoridades soviéticas aprueban el decreto "Sobre el desarrollo del complejo Soyuz para vuelos tripulados a la Luna", apoyando el desarrollo de la Vostok 7 para sobrevuelos lunares, aunque sin asignar la financiación correspondiente. Este proyecto se conoce a veces como "Primer Complejo Soyuz", para distinguirlo del programa 7K-9K-11K posterior.


Soyuz 7K (Soyuz A) y el Complejo 7K-9K-11K

Aunque el Primer Complejo Soyuz tuvo cierta resonancia, al final las limitaciones iniciales de la Vostok eran demasiado evidentes, especialmente cuando se comparaba con las capacidades que debía tener la nueva Apolo de la NASA. A mediados de 1962 Korolyov cambia una vez más de idea y decide fusionar las propuestas de los proyectos Séver y 1L en un nuevo proyecto denominado Objeto 7K o, simplemente, 7K -no confundir con la Vostok 7K anterior-. Al igual que el Primer Complejo Soyuz y el proyecto 1L, 7K tendría por objetivo principal el sobrevuelo de la Luna mediante el acoplamiento en órbita baja de varios vehículos. La nave tripulada incorporaría el diseño con tres módulos propuesto para los proyectos Séver y 1L, incluyendo una cápsula con forma de campana y un módulo orbital cilíndrico. Las partes de la nave se denominarían oficialmente BO (Bitovoi Otsek/Бытовой Отсек, БО, "módulo habitable"), SA (Spuskaemi Apparat/Спускаемый Аппарат, СА, "aparato de descenso") y PAO (Priborno-Agregatni Otsek/Приборно-Агрегатный Отсек, ПАО, "módulo de instrumentación y propulsión"). La 7K tendría una masa de 5,5-5,8 toneladas y una longitud de 7,7 metros. Su configuración era prácticamente similar a la Soyuz que todos conocemos, aunque el módulo orbital retenía la forma de cilindro. Posteriormente se decidiría cambiar el diseño del BO para aligerar el peso de la nave dotándole de forma esférica. Curiosamente, la nave china Shenzhou ha incorporado un diseño cilíndrico para su módulo orbital.





Soyuz 7K original (Wikipedia).






Partes de la Soyuz en una Soyuz-TMA moderna.

La Soyuz 7K podría llevar a dos cosmonautas a la órbita baja o a la Luna. Para este último caso, Korolyov ideó el Complejo 7K-9K-11K. Primero se lanzaría una nave no tripulada denominada 9K, nave que debería proporcionar el impulso para mandar la 7K hasta la Luna. La 9K tendría una masa de 5800 kg, 7,8 metros de longitud y estaría dividida en dos secciones, 9KN -desechable- y 9KM. Los tanques de combustible de la 9K estarían vacíos, por lo que se acoplaría con cuatro naves 11K que trasvasarían los propergoles necesarios. Cada una de las 11K tendría 6100 kg y 4,5 metros. Finalmente, la 7K con dos tripulantes se uniría a la 9K y pondría rumbo a la Luna. En total serían necesarios seis lanzamientos de cohetes basados en el Semyorka (11A55 y 11A56). La OKB-1 mantuvo el nombre genérico de Soyuz para el proyecto 7K-9K-11K, por lo que a veces se le llama Segundo Complejo Soyuz o Complejo Soyuz a secas. El 24 de diciembre de 1962 Korolyov firmaría el proyecto preliminar 7K-9K-11K. En algunas referencias, la Soyuz 7K suele aparecer como Soyuz A, pero en realidad se trata de una denominación incorrecta inventada a principios de los años 80, cuando el Complejo 7K-9K-11K aún era secreto. Del mismo modo, muchas veces se denomina incorrectamente al proyecto 7K-9K-11K como Soyuz A-B-V (A, B y V son las tres primeras letras del alfabeto cirílico).



Posible apariencia del proyecto 7K-9K-11K (Wikipedia/Astronautix.com).


Soyuz 7K y módulo propulsor 9K.



Módulo de combustible 11K.

El 10 de mayo de 1963 la OKB-1 daba el visto bueno al proyecto. Se trataba de un trámite interno, sin repercusión oficial fuera de la oficina de diseño, pero implicaba que el diseño ya estaba maduro. Por su parte, el diseño preliminar de la Soyuz 7K sería aprobado formalmente por el decreto del Consejo de Ministros de la URSS nº 346-160 del 16 de abril de 1962. Habría que esperar al decreto nº 11284-435 de 3 diciembre 1963 para que las autoridades soviéticas aprobasen la construcción de la nave. Los encargados principales del programa Soyuz 7K serían E. A. Frolov, A. F. Topol y -a partir de 1964- Yuri Semenov. El Departamento 15, dirigido por G. G. Boldyrev, sería el encargado de supervisar las tareas de construcción junto con el Departamento 6 de N. G. Sidorov. Mijaíl Tijonrávov, K. D. Bushuev y Borís Chertok también participarían activamente en el diseño de los distintos sistemas de la Soyuz.



Los principales encargados del diseño de la Soyuz: Frolov, Topol y Semenov (RKK Energía).


La carrera lunar

Con suerte, el Complejo Soyuz pondría a un ciudadano soviético alrededor de la Luna antes que los estadounidenses. El problema es que los dirigentes de la URSS no compartían el entusiasmo de Korolyov ante estos planes lunares. Pese a la propaganda oficial, Jruschov no había soltado un rublo para financiar el Complejo Soyuz. Por si fuera poco, la OKB-1 se vio obligada a malgastar sus limitados recursos en el desarrollo de la nave Vosjod, una versión de la Vostok que reportaría grandes éxitos mediáticos, pero que era un callejón sin salida desde el punto de vista tecnológico.

Sin dejarse amedrentar por la falta de apoyo oficial, el 23 de septiembre de 1963 Korolyov amplia los planes lunares de la OKB-1. Ahora el proyecto del Complejo 7K-9K-11K pasa a denominarse L1, aunque sigue requiriendo seis lanzamientos del Semyorka. Bajo el nombre de L2, la OKB-1 idea una serie de vehículos para la exploración automática de la superficie lunar denominados 13K, antecesores de los futuros Lunojod. Para el proyecto L2 también harían falta seis lanzamientos del R-7. Como novedad, por primera vez se incluye al futuro cohete pesado N1 en el nuevo proyecto L3 de aterrizaje lunar. L3 debía ser la respuesta soviética al Apolo, una respuesta que llegaba mal y tarde y sin financiación adecuada, pero una respuesta al fin y al cabo. En un principio no estaba muy claro cómo se iba a realizar una misión de alunizaje. Según el proyecto L3 original, serían necesarios nada menos que tres lanzamientos del N1 -por entonces su capacidad era de apenas 75 toneladas- y uno del R-7 para alcanzar nuestro satélite. Korolyov barajó la posibilidad de usar una nave Soyuz 7K sin módulo orbital como módulo lunar en una misión de ascenso directo, aunque pronto se descartó esta idea por las dificultades implícitas de este diseño. Además del L3, la OKB-1 propuso el proyecto L4 -consistente en lanzar una nave Soyuz 7K para una misión tripulada en órbita lunar de larga duración- y el proyecto L5, que debía lanzar un rover mediante un único N1. La OKB-1 intentaría reducir la complejidad del proyecto L3 empleando un sólo lanzamiento, para lo cual habría que rediseñar por completo el cohete e introducir nuevos vehículos: la Soyuz LOK y el módulo lunar LK. Este esquema sería conocido como N1-L3.


Nave L3 de 1963 (Astronautix).


El complejo L3, situado en el extremo del N1 (RKK Energía/Novosti Kosmonavtiki).




Soyuz LOK (RKK Energía/www.buran.ru).


El 13 de junio de 1963 Korolyov de reúne con Jruschov y le expresa de forma categórica su frustración ante el lento progreso de los planes lunares soviéticos. El Ingeniero Jefe es categórico: si no se destinan más medios humanos y materiales de forma inmediata, la NASA pondrá un hombre en la Luna antes que la Unión Soviética de forma irremediable. Jruschov no debió quedar muy impresionado por las declaraciones catastrofistas de Serguéi Pávlovich, porque la situación general siguió sin cambios. Y cuando finalmente cambió, lo hizo en detrimento de los esfuerzos de la OKB-1. El 3 de agosto de 1964, casi un año después de aquella reunión, Jruschov decide arrebatar a la OKB-1 el proyecto de sobrevuelo lunar L1 para otorgárselo a la OKB-52 de Vladímir Cheloméi, el nuevo protegido del premier ucraniano. Cierto es que la idea de Cheloméi no es mala: frente al complejo esquema de misión de la OKB-1, con seis lanzamientos del Semyorka, Cheloméi propone lanzar su flamante nave LK-1 mediante un único cohete Protón UR-500K, por entonces el lanzador más potente de la URSS. No es de extrañar que Nikita prefiriese este simple esquema a la compleja propuesta de Korolyov. Para compensar, la cúpula soviética otorga de forma oficial el proyecto N1-L3 a la OKB-1, aunque las oficinas de Cheloméi y Mijaíl Yangel siguen trabajando por su cuenta en proyectos similares sin que las autoridades pongan orden a semejante derroche de recursos.


Maqueta de la nave lunar LK-1 de Cheloméi (Novosti Kosmonavtiki).


Soyuz 7K-OK

Por su parte, la Soyuz 7K sigue adelante. A finales de 1963 se decide que la Soyuz tendrá una tripulación máxima de tres personas. Este será el número de tripulantes del Apolo y la URSS no va a ser menos. La OKB-1 se esfuerza por ampliar el de por sí reducido volumen del SA de la Soyuz para incorporar un tercer asiento, tarea que finalmente logra, aunque no con pocas dificultades. A comienzos de 1964, el Departamento 11 de la OKB-1 finaliza el diseño del interior de la cápsula y se construye la primera maqueta en la planta principal de la oficina de diseño, situada en Kaliningrado (en las afueras de Moscú). En febrero de ese mismo año se instala el primer simulador de la 7K en el instituto TsNII-30 de Noginsk. En septiembre se lanza el primer modelo aerodinámico de la cápsula en un vuelo suborbital desde Kapustin Yar, aunque el lanzador se desintegra poco después de despegar. A finales de año, Korolyov ya tiene claro que el programa de alunizaje no podrá competir directamente con el Apolo de la NASA. Si no ocurre un milagro, es simplemente imposible que el N1-L3 esté listo antes de 1970. Ante la perspectiva de postergar el primer lanzamiento de la Soyuz lunar indefinidamente, la OKB-1 decide seguir adelante con el desarrollo de la versión original de la Soyuz 7K para vuelos en órbita baja. Durante estas misiones se practicarán las maniobras de acoplamiento y actividades extravehiculares, algo fundamental para el posterior desarrollo del programa espacial. La Soyuz orbital se denominará 7K-OK (Orbitalni Korabl/Орбитальный Корабль, "nave orbital").


Soyuz 7K-OK. Se puede apreciar el sistema de acoplamiento en el módulo orbital y las antenas del sistema Iglá de aproximación por radio, así como los cables umbilicales que recorren la cápsula y comunican ésta con los otros dos módulos de la nave.


Nave Soyuz 7K-OK durante la integración en tierra. Pueden apreciarse las cubiertas protectoras de color verde (contra el vacío y los cambios térmicos) que cubren toda la nave, excepto algunas partes (radiadores) del módulo de propulsión (abajo).

Entre tanto contratiempo, Korolyov logra una victoria parcial al recuperar el control del programa de sobrevuelo lunar L1, aunque lo consigue gracias a las vicisitudes de la política soviética. A finales de 1964 Jruschov es apartado del poder y Cheloméi pierde su principal aliado político. El nuevo programa L1 de la OKB-1 -posteriormente conocido en Occidente como Zond- hará uso sin embargo del cohete UR-500K de Cheloméi, aunque empleará una nave Soyuz modificada sin módulo orbital en vez de la LK-1.

En agosto de 1965 el diseño de la Soyuz 7K-OK está finalizado y la nave recibe el índice GRAU de 11F615. Por entonces se decide dotar a las primeras Soyuz con un sistema de acoplamiento automático avanzado denominado Iglá ("aguja"), haciendo posible la unión entre naves sin intervención humana. Por falta de tiempo, este sistema no incluirá un túnel de acoplamiento entre los vehículos, por lo que los cosmonautas tendrán que realizar una EVA para pasar de una nave a otra. La Soyuz LOK y el módulo lunar LK del programa N1-L3 emplearán un sistema de acoplamiento más rudimentario denominado Kontakt. El acoplamiento se basa en un sistema de "sonda-cono" o, usando una terminología menos políticamente correcta, "macho-hembra". La nave "macho" o "activa" se denomina 7K-OK(A), mientras que la "hembra" o "pasiva" es la 7K-OK(P). Al mismo tiempo, las pruebas de la torre de escape (SAS) y el paracaídas se suceden casi sin contratiempos



Detalle del sistema de acoplamiento activo de una 7K-OK(A).



Sistema de acoplamiento entre dos Soyuz 7K-OK mostrando la actividad extravehicular requerida para pasar de una nave a otra (Soyuz 4 y 5).


Nave Soyuz 7K-OK(P).



Pruebas del SAS.

Pese a que la Soyuz 7K-OK no participa directamente en la carrera hacia la Luna, un gran número de sistemas y procedimientos de los programas N1-L3 y L1 deben probarse antes con estas naves en órbita baja. La presión por adelantar a la NASA es enorme, pero en enero de 1966 la OKB-1 -por entonces renombrada TsKBEM- se quedaría huérfana tras la pérdida del gran Serguéi Korolyov. Su lugarteniente, Vasili Mishin, tomará el relevo y hará lo indecible para sacar adelante los dos programas lunares, pero su falta de contactos políticos y las limitaciones técnicas y presupuestarias le explotarán en la cara a los pocos años.

Con Korolyov o sin él, la Soyuz sigue adelante y el 28 de noviembre de 1966 se lanza la primera 7K-OK(A) sin tripulación bajo la denominación encubierta de Kosmos 133 mediante un cohete 11A511 (posteriormente también denominado Soyuz). Era la culminación de varios años de trabajo por parte de miles de ingenieros de la OKB-1. Desgraciadamente, Korolyov no vivió para ver este momento. No obstante, minutos después de alcanzar la órbita, la telemetría indicó que la nave estaba perdiendo el combustible del sistema de propulsión DPO y se encontraba girando sin control. La Kosmos 133 debía acoplarse automáticamente con la 7K-OK(P) nº 1, que debía ser lanzada al día siguiente, pero en vista de los problemas se decidió suspender su misión. Tras muchos intentos, el control de tierra logró recuperar parcialmente el control e intentó realizar la maniobra de frenado para traer de vuelta el SA. El motor SKDU se encendió con éxito para frenar la velocidad orbital de la nave, pero, tras comprobar que su trayectoria la haría descender fuera de la Unión Soviética, el sistema de destrucción -compuesto por 23 kg de TNT- se activó y la nave saltó en pedazos sobre el Pacífico.

Los ingenieros creyeron haber identificado los problemas sufridos por la Kosmos 133 y realizaron las medidas correctoras apropiadas. El 14 de diciembre de 1966 debía despegar la 7K-OK(P) nº 1 desde la rampa nº 31 de Baikonur en un vuelo en solitario para verificar las mejoras en los sistemas de la nave. Pero poco después de la ignición de los motores del R-7, éstos se apagaron repentinamente con el cohete aún en la rampa. Los técnicos se apresuraron a asegurar la nave en la plataforma, una operación muy arriesgada con un cohete cargado de combustible. Justo en ese momento, la torre de escape del SAS se activó por error, llevándose consigo la cápsula Soyuz a una distancia segura. Por suerte, ningún técnico se encontraba cerca del SAS, pero el cohete explotó poco después al inflamarse el refrigerante (isooctano) del PAO de la Soyuz con los gases del escape. La explosión destrozó la rampa, hirió a varios técnicos y le costó la vida al mayor Korostylev.

El 7 de febrero de 1967 despegó con éxito la segunda Soyuz, la primera ser lanzada desde la rampa nº 1 o Rampa de Gagarin. Una vez alcanzada la órbita, la 7K-OK(P) nº 3 recibió la designación oficial de Kosmos 140. No se intentó acoplar a otra nave después de los contratiempos que habían surgido con las Soyuz anteriores. De todas formas, la misión estuvo plagada de numerosos problemas con los sistemas de comunicaciones y orientación. Tras comprobar que las baterías se estaban agotando de forma alarmante, se decidió hacer regresar la cápsula de manera urgente. El SA descendió en modo balístico, pero se despresurizó parcialmente debido a un agujero en el escudo térmico. Aunque aterrizaría con éxito sobre un helado Mar de Aral, poco después la capa de hielo se rompió y la nave se hundió a 10 metros de profundidad. Los ingenieros quedaron horrorizados al enterarse de los problemas de la cápsula. No en vano, la Soyuz había sido diseñada para amerizar y flotar sin contratiempos en mar abierto y, sin embargo, se había hundido en las tranquilas aguas de un lago helado.

El vuelo de la Kosmos 140 había demostrado a las claras que la Soyuz no estaba lista para un vuelo tripulado. El informe posterior encontró serias deficiencias en los controles de calidad del proceso de fabricación de la nave. Por otro lado, el asunto de la despresurización era especialmente alarmante teniendo en cuenta que los cosmonautas de la Soyuz no usaban trajes de presión. Todo un aviso de lo que sería la tragedia de la Soyuz 11 cuatro años después. Lamentablemente, la dinámica de la carrera lunar se impuso a la lógica. En enero de 1967 la tripulación del Apolo 1 había muerto asfixiada durante un incendio en la rampa de lanzamiento. Aunque se trataba de una tragedia, el accidente representaba una oportunidad para que el programa espacial soviético recuperase el terreno perdido y adelantase a la NASA.

El 23 de abril de 1967 era lanzada la Soyuz 1 (7K-OK(A) nº 4) con Vladímir Komarov a bordo. Al día siguiente, su cápsula se estrellaba contra el suelo. Además de predecible, la muerte de Komarov fue un duro golpe para el programa espacial y para toda la URSS. Aunque podía haber sido peor: el cosmonauta de reserva para la misión era nada menos que Yuri Gagarin.

Pese a sus difíciles y tristes comienzos, la Soyuz pronto se convertiría en un vehículo seguro y fiable que abriría las puertas del espacio a la URSS y, posteriormente, a Rusia. Las Soyuz han servido para abastecer las estaciones espaciales Salyut, Almaz, Mir y, actualmente, la ISS. Su diseño se ha renovado continuamente y han aparecido regularmente varias versiones modernizadas. Desde 1967, más de cien Soyuz han despegado con pasajeros de todo tipo. Periodistas, políticos y hasta turistas han conseguido alcanzar el espacio gracias a una Soyuz, esa nave anticuada y obsoleta que el transbordador espacial iba a enterrar.


Versiones de la Soyuz:

Distintas versiones del Soyuz (en rojo las versiones que no llegaron a ser lanzadas. En azul las que solamente han sido lanzadas sin tripulación):
  • Séver / 5K: proyecto de nave antecesora de la Soyuz para abastecer estaciones espaciales.
  • 1L: primer proyecto circunlunar de la OKB-1 mediante seis lanzamientos del Semyorka (1961-1962).
  • Vostok 7 / 7K: Primer Complejo Soyuz para viajar alrededor de la Luna usando varios lanzamientos y una nave Vostok modificada (1962-1964).
  • Complejo Soyuz 7K-9K-11K: versión de misión circunlunar usando múltiples lanzamientos del R-7. Primera versión de la nave Soyuz (7K). A veces se denomina de forma errónea Soyuz A-B-V (1962-1964).
  • Soyuz 7K-OK (11F615): primera versión tripulada de las Soyuz de 6,6 toneladas para vuelos orbitales en solitario o acoplamientos mutuos. Fueron lanzadas 16 veces, en 8 ocasiones con tripulación (Soyuz 1-9), incluida la primera y fatídica misión Soyuz 1. Incorporaban un sistema de atraque entre naves, pero no un túnel de conexión. Esto obligaba a realizar una EVA para pasar de un vehículo a otro (Soyuz 4 y 5). Podía transportar a tres cosmonautas sin trajes de presión (1964-1970).

Soyuz 7K-OK (Novosti Kosmonavtiki).
  • Soyuz P / 7K-PPK: versión antisatélite de la Soyuz (1963-1964).
  • Soyuz R / 7K-R (11F71): versión de la Soyuz destinada a ser una estación espacial militar similar al MOL de la USAF (1963-1966).
  • Soyuz 7K-TK (11F72): nave Soyuz para abastecer a la estación Soyuz-R. También debía servir para acoplarse con las estaciones militares Almaz de Cheloméi (1964-1967).
  • Soyuz VI / Zvezdá (11F3): Soyuz militar desarrollada por la Filial nº 3 de la OKB-1, dririgida por Dmitri Kozlov (futura TsSKB Progress), con el módulo orbital situado bajo la cápsula (1965-1968).
  • OB-VI (11F31): módulo orbital para la Soyuz VI (1967-1970).
  • Zond 7K-L1 (11F91): versión de la Soyuz sin módulo orbital para misiones alrededor de la Luna usando el cohete Protón UR-500K de la OKB-52 de Cheloméi (1966-1970).

Nave Zond/7K-L1.
  • Zond 7K-L1S (11F92): Zond para lanzamientos de prueba del cohete lunar N1 (1969).
  • Zond 7K-L1P: Zond para pruebas del Blok-D como etapa trasnlunar (1966-1967).
  • Zond 7K-L1E: Zond para pruebas de la etapa Blok-D como etapa de alunizaje de la LK (1969-1970).
  • Soyuz LOK (11F93): versión mejorada de la Soyuz para una misión de aterrizaje en la Luna como parte del complejo N1-L3. Incluía células de combustible en vez de paneles solares, un PAO más grande con un motor más potente, nueva aviónica y el sistema de acoplamiento Kontakt (1972).


Modelo detallado de la Soyuz LOK realizado por Vadim Lukashevich (www.buran.ru).
  • Soyuz 7K-S (11F732): versión de la Soyuz para la estación militar Soyuz VI. Serviría de base para la Soyuz T (1974-1976).

Nave Soyuz 7K-S (derecha) acoplándose a una Soyuz VI / Zvezdá (izquierda) (Dan Roam).
  • Soyuz 7K-SI (11F733): Soyuz para vuelos militares en solitario de corta duración (1967-?).
  • Soyuz 7K-SII (11F734): Soyuz para vuelos militares en solitario de larga duración (1967-?).
  • Soyuz 7K-T (11F615A8): versión de la Soyuz para vuelos a la Salyut-1. Incluía un túnel de acoplamiento y paneles solares. Podía transportar a tres cosmonautas sin trajes de presión. Tenía una masa de 6800 kg y una longitud de 7,5 metros. Sólo se lanzó la Soyuz 10 y la Soyuz 11 (1971-1972).
  • Soyuz 7K-T (11F615A8): versión de la Soyuz para misiones a la Salyut 4 y Salyut 6 introducida tras el accidente de la Soyuz 11. Carecía de paneles solares y sólo tenía capacidad para dos cosmonautas con trajes de presión Sokol-KV. Su masa era de 6700 kg y su longitud de 7,5 metros (1973-1981).

Soyuz 7K-T para las Salyut 4-7 y las Almaz (Novosti Kosmonavtiki).
  • Soyuz 7K-T (11F615A9): versión de la 7K-T para las estaciones militares Almaz Salyut 3 y Salyut 5. Masa: 6700 kg. Se lanzaron 5 unidades: Soyuz 14, 15, 21, 23 y 24 (1971-1977).
  • Soyuz 7K-TM (11F615A12): versión de la 7K-T desarrollada para el programa Apolo-Soyuz con paneles solares. Masa: 6550 kg (1974-1976).

Soyuz 7K-TM (Novosti Kosmonatiki).
  • Progress 7K-TG (11F615A15): versión no tripulada de la Soyuz 7K-T sin cápsula (SA) para abastecimiento de la Salyut 6 y Salyut 7. Masa 7,020 kg. Longitud: 7 metros (1978-1990).

Progress 7K-TG (Novosti Kosmonavtiki/Videokosmos).
  • Soyuz T / 7K-ST (11F732): versión completamente remodelada de la Soyuz para misiones a la Salyut 6 y Salyut 7. Tenía paneles solares y capacidad para tres cosmonautas con el traje de presión Sokol-KV2. Entre otras modificaciones, presentaba nuevo sistema de propulsión, nuevo paracaídas y ordenador. A diferencia de las 7K-OK, 7K-TM y 7K-T -que presentaban una superficie exterior de color verde-, las cubiertas térmicas exteriores son de color gris oscuro. Masa: 6900 kg. Longitud: 6,98 metros (1978-1986).


Soyuz T (7K-ST) (Novosti Kosmonavtiki).
  • Soyuz TM (11F732): versión para vuelos a la Mir y la ISS. Hacía uso del nuevo sistema de acoplamiento automático Kurs en vez del voluminoso Iglá, así como nueva aviónica y paracaídas. Masa: 7000 kg. Longitud: 6,98 metros (1986-2002).

Soyuz TM (Novosti Kosmonavtiki).
  • Progress 7K-TGM (11F615A55): versión modernizada de la Progress con sistemas de la Soyuz TM (1989-2009).
  • Progress MT (11F615A75): versión pesada de la Progress propuesta para abastecer a la Mir 2.
  • Progress M2 (11F61577): versión pesada de la Progress lanzada por un Zenit para abastecer a la Mir 2.
  • Progress M1 (11F615A55): Progress M con tanques de combustible adicionales (2000-2004).
  • Progress M-M (11F615A60): Progress M con un nuevo ordenador TsVM-101 en vez del Argon-16 y nueva telemetría digital (2008-).
  • Progress M1-M (11F615A70): propuesta de versión digital de la Progress M1 (2011-).
  • Soyuz TMA (11F732): modificación de la Soyuz TM financiada por la NASA para ampliar el rango de alturas permitidas a los tripulantes. También presenta un panel de control digital completamente nuevo (2002-2011).
  • Soyuz TMA-M (11F732): última modificación de la Soyuz con un nuevo ordenador TsVM-101 en vez del Argon-16 y telemetría digital (2010-).

Comparativa de los tres tipos de consolas en las Soyuz.




Soyuz TMA (Paco Arnau/ciudadfutura.net/www.buran.ru).


Misiones de las distintas versiones de la Soyuz.

Referencias:
  • Sputnik and the Soviet Space Challenge, Asif A. Siddiqi (University Press of Florida, 2003).
  • Raketi i Liudi, Borís Chertok (Moskva Mashinostroenie 1999).
  • RKK Energia imeni S. P. Koroliova (Ed. Menonsovpoligraf, 1996).
  • Soyuz, a universal spacecraft, Rex D. Hall y David J. Shayler (Springer Praxis, 2003).
  • Soyuz, Anatoly Zak (RussianSpaceWeb.com).
  • Legendarni Korabl "Soyuz", S. Shamsutdinov (Novosti Kosmonavtiki, 2002)
  • Encyclopedia Astronautica (Soyuz, Soyuz T, Soyuz TM, Soyuz TMA), Mark Wade.

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