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La odisea para posarse suavemente en otro mundo [megapost]

La odisea para posarse suavemente en otro mundo [megapost]


50° aniversario del alunizaje de la Luna 9.



URSS



3 de febrero de 1966. Un extraño artefacto se acerca a toda velocidad hacia la superficie lunar. El motor de descenso ha frenado la velocidad de la sonda, pero no lo suficiente. El vehículo va demasiado rápido para permitir un aterrizaje seguro, pero en realidad no importa, porque no lleva tren de aterrizaje. Entonces, cuando apenas quedan cinco metros para el fatal encuentro de la nave con la superficie lunar, una cápsula con apariencia de pelota de playa se desprende de la parte superior. Mientras el resto de la sonda choca contra el suelo a gran velocidad, la cápsula protegida por dos airbags —todavía quedan muchos años para que la gente use esta palabra de forma habitual— impacta contra el suelo y rueda hasta detenerse. Poco después el pequeño artefacto con forma de huevo desinfla los airbags y despliega unos pétalos, como si de una flor metálica se tratase, para dejar al descubierto su carga de instrumentos científicos. Finalmente, la sonda soviética Luna 9 envía su primera señal a la Tierra desde el Océano de las Tormentas. La Humanidad ha logrado aterrizar de forma segura en la Luna por primera vez en la historia.

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Representación artística de la Luna 9 en la superficie lunar con el resto de la sonda al fondo (en la realidad no quedaría de una pieza) (A. Sokolov).


El resto del mundo se asombrará del éxito soviético, pero el camino hasta el éxito no ha sido nada fácil. Nada más y nada menos que once misiones previas intentaron alunizar de forma suave y no lo consiguieron. Todo comenzó a finales de los años 50, cuando la oficina de diseño OKB-1 de Serguéi Koroliov diseñó su plan para desarrollar una familia de sondas automáticas que estudiasen nuestro satélite en varias etapas. Las naves recibieron como nombre la letra cirílica Ye (Е) por el sencillo motivo de que es la siguiente después de la D (Д), una letra usada para los proyectos de primeros satélites artificiales alrededor de la Tierra que culminaron en la puesta en órbita del Sputnik en 1957.

Las sondas Ye-1 tenían como objetivo chocar contra la Luna y dejar un bonito cráter en el proceso. En realidad su misión era analizar las condiciones del espacio cislunar, auténtica terra incognita por aquel entonces y permitir el desarrollo de tecnologías necesarias para guiar una sonda espacial hasta la Luna. Las sondas Ye-2 y Ye-3 fueron concebidas para fotografiar la misteriosa cara oculta, mientras que las Ye-5 tenían como misión orbitar la Luna y fotografiar su superficie en detalle. Pero sin duda el proyecto Ye-4 era el más llamativo de todos. Esta familia de naves debía enviar un arma nuclear hasta la Luna y detonarla en el momento del impacto para que todo el mundo pudiese ver la explosión desde la Tierra.

Los proyectos Ye-4 y Ye-5 serían cancelados, pero entre 1959 y 1960 la Unión Soviética lanzó nueve naves de las series Ye-1, Ye-2 y Ye-3. De las seis sondas Ye-1 lanzadas solo dos alcanzaron el espacio. Una de ellas, la Luna 1 (Ye-1 nº 4), se convirtió en el primer planeta artificial, mientras que la Luna 2 (Ye-1A nº 7) chocó contra la superficie lunar. La Luna 3 (Ye-2A nº 1) consiguió fotografiar la cara oculta y terminaría por ser la única sonda de la familia Ye-2. Otras dos sondas mejoradas de la serie Ye-3 no pudieron llegar al espacio por culpa de sendos fallos en sus lanzadores.


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Cápsula de descenso de la Luna 9.


El siguiente paso en el plan de la OKB-1 era, lógicamente, alcanzar la superficie lunar. Para tal fin se creó la familia Ye-6, que también recibió la denominación oficial de ALS (Avtomatícheskaia Lúnnaia Stantsia, “estación lunar automática”). Pero ¿cómo diseñar una nave capaz de alunizar suavemente en la Luna? Para conseguir esta hazaña es necesario saber en todo momento la altura y velocidad del vehículo, así como disponer de la capacidad para modificar estos parámetros si es necesario. Esto puede parecer sencillo hoy en día, pero a comienzos de los años 60 era un desafío mayúsculo. Para colmo ni siquiera se tenían datos precisos de la superficie lunar, así que una nave debía descender a ciegas, guiada por un simple radar. Al otro lado del planeta, los estadounidenses habían creado el programa Surveyor para aterrizar en la Luna. Estas sondas usarían un cohete de combustible sólido desechable para reducir la mayor parte de la velocidad de caída durante el descenso. Luego, en la fase final, emplearían un sistema de propulsión regulable guiado por un radar que les permitiría posarse suavemente sobre su tren de aterrizaje. Se trataba de un sistema tan lógico que resultaba difícil concebir otro diseño alternativo.

Los ingenieros de la OKB-1 consideraron que el sistema norteamericano era demasiado complejo para una fase inicial. Ya habría tiempo de diseñar sondas avanzadas de aterrizaje dentro del marco de los proyectos Ye-8 (Lunojod) y Ye-8-5 (retorno de muestras). Ahora la prioridad era alcanzar la superficie como fuera. El principal problema del diseño estadounidense era la precisión en la navegación. Para garantizar un aterrizaje suave era necesaria una coordinación exquisita en tiempo real entre el sistema de propulsión y el sistema de guiado. Cualquier fallo por pequeño que fuese y la sonda se estrellaría contra la superficie. Si los motores se apagaban a demasiada altura, la sonda terminaría destruida al caer. Si no frenaba lo suficiente, también sería destruida. ¿Qué hacer entonces?

La solución de la OKB-1 fue tan ingeniosa como simple. De entrada, decidieron renunciar a conseguir que la sonda redujese su velocidad a cero cerca de la superficie. La nave se estrellaría, sí, pero no antes de desprender una pequeña cápsula con los instrumentos. Esta cápsula, que sería la auténtica sonda de superficie, estaría protegida por dos bolsas inflables de aire comprimido. De esta forma se podía evitar el tener que diseñar un sistema de guiado avanzado.


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Partes de la sonda Ye-6M.


La Ye-6 sería por tanto una nave formada por tres secciones. La primera comprendía el motor principal construido por la oficina de diseño de Isayev. Estaba dotado de un empuje de 4,64 toneladas y quemaba ácido nítrico e hidracina almacenados en quince tanques distintos. Ayudando al motor había cuatro pequeños impulsores de 245 newtons de empuje cada uno para correcciones durante el descenso. La sección intermedia estaba presurizada a 1,2 atmósferas y contenía todos los sistemas de comunicación y control del vehículo. A ambos lados de esta sección estaban acoplados dos módulos que contenían el radar altímetro y los sensores estelares del sistema de navegación Yupíter (Júpiter), respectivamente. La sección presurizada también incluía el sistema de control I-100 que debía dirigir no solo la sonda, sino también la tercera y cuarta etapas del cohete Mólniya (una versión de cuatro etapas del misil R-7 Semiorka).

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Sonda Luna 9.

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Detalle del motor principal.

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Detalle de los cuatro motores de maniobra y el módulo con la antena del radar altímetro.


Por último, en la parte superior se encontraba la cápsula de aterrizaje, con forma de huevo, de 105 kg de masa y 58 centímetros de diámetro. La cápsula estaba rodeada por dos airbags que se inflaban a una atmósfera de presión mediante gas nitrógeno almacenado en un tanque situado en uno de los contenedores laterales.

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Secuencia de despliegue de los airbags y aterrizaje.

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Airbags de la Luna 9 (Novosti Kosmonavtiki).


Los instrumentos consistían en una cámara de 3,6 kg y un detector de radiación KS-17M (un contador Geiger). La cámara, situada en la parte superior, era realmente un fotómetro situado en el interior de un cilindro presurizado (en inglés, a este tipo de cámara extremadamente simple se le llama push broom). Un espejo se encargaba de escanear los alrededores, produciendo una imagen con una resolución de 5,5 milímetros a una distancia de 1,4 metros. Este tipo de cámaras sería usado en muchas otras misiones, como las sondas Mars o los Lunojods. La cápsula contaba con cuatro antenas desplegables de comunicación de las que colgaban cuatro masas. Observando la inclinación de dichos pesos en las imágenes, los investigadores podían medir la pendiente y orientación de la sonda con respecto a la superficie. Con los pétalos desplegados el diámetro total de la cápsula era de 160 centímetros y, con las antenas, la altura alcanzaba los 112 centímetros.

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Detalle de la cápsula.

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La cápsula con los pétalos plegados (Novosti Kosmonavtiki).

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Funcionamiento de la cámara.

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Detalle de la cámara (Novosti Kosmonavtiki).


La longitud total de la sonda Ye-6 era de 2,7 metros y tenía una masa de 1422-1552 kg, una barbaridad para los estándares de la época. La Ye-6 debía dirigirse a la Luna en una trayectoria directa, esto es, sin pasar por la órbita lunar. Esta técnica limitaba la superficie de la cara visible que era accesible, pero a cambio se ganaba en sencillez. A 8 300 kilómetros de distancia debía comenzar la secuencia de aterrizaje. La sonda usaría los motores de maniobra para situarse con la orientación correcta —esto es, con el motor principal hacia abajo— y frenar el movimiento de giro que tenía hasta ese momento con el fin de estabilizarse en el espacio cislunar. El radar debía captar el eco del terreno a una altura de unos 70 kilómetros. En ese momento, mientras la nave viajaba a 2,63 km/s, el ordenador de abordo daría la orden de inflado de los airbags y activaría el motor principal. El ordenador también soltaría los dos módulos con el sistema de navegación y el propio radar para ahorrar combustible. El motor principal se apagaría a una altura de entre 250 y 265 metros y sería relevado por los cuatro motores secundarios.

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Vista de la sonda Ye-6.


Justo antes de estrellarse contra el suelo, una pértiga de cinco metros de longitud que se extendía por debajo del motor activaría el mecanismo de liberación de la cápsula al contactar con el suelo lunar (un mecanismo similar sería usado por el módulo lunar del programa Apolo para indicar el contacto con la superficie). La cápsula, protegida por los dos airbags como si fuera una pelota de playa, sería liberada hacia arriba para reducir la velocidad final de impacto contra el suelo, que debía ser de unos 50 km/h. Los airbags amortiguarían el primer golpe y protegerían la carga útil durante los rebotes. Cuatro minutos después del aterrizaje, con la sonda ya estabilizada, se separarían de la cápsula. Un minuto más tarde la cápsula abriría cuatro pétalos y desplegaría sus antenas para comunicarse con la Tierra. La apertura de los pétalos situaría la sonda en posición vertical en caso de que hubiese aterrizado de lado.

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Sonda Ye-6 y su trayectoria.

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Secuencia final de la misión Ye-6.

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Partes de la trayectoria de una sonda Ye-6.


La primera sonda Ye-6 (Ye-6 nº 2) fue lanzada el 4 de enero de 1963 desde Baikonur. En esta ocasión el lanzador Mólniya logró situar la carga útil en órbita, pero desgraciadamente la cuarta etapa no se encendió y la sonda quedó varada en órbita baja. Al no poder negar la evidencia, la URSS se vio obligada a darle un nombre oficial al satélite, aunque eligió bautizarlo como Sputnik 25 para evitar que nadie pudiera asociarlo con el programa lunar. La siguiente Ye-6 (Ye-6 nº 3) despegó apenas un mes más tarde, el 3 de febrero. En esta ocasión el cohete Mólniya se desvío de su trayectoria poco después del despegue y resultó destruido junto con su carga.

Infatigable, Koroliov volvió a intentarlo el 2 de abril. En esta ocasión el cohete Mólniya se comportó como era debido y la sonda Ye-6 nº 4 puso rumbo a la Luna. Tras un lanzamiento exitoso, la nave sería bautizada como Luna 4 por las autoridades soviéticas. Desgraciadamente, a mitad de camino el sistema de navegación falló y la sonda pasó cerca de nuestro satélite incapaz de cumplir su misión. Pero los fracasos continuaron uno tras otro. Hasta diciembre de 1965 la OKB-1 volvería a intentar un alunizaje suave en ocho ocasiones más. Todas resultaron un fracaso, aunque las cuatro últimas estuvieron a punto de conseguirlo. Las Luna 5, 6, 7 y 8 (Ye-6 nº 10-nº 12) llegaron a nuestro satélite, pero se estrellaron contra la superficie.


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Datos de rayos cósmicos de la Luna 4 (Novosti Kosmonavtiki).


El periodo comprendido entre 1963 y 1965 había supuesto un auténtico desastre para la OKB-1 y un fracaso personal para Koroliov. Se habían lanzado once sondas Ye-6 y ninguna había logrado su objetivo. Cuatro habían sido destruidas antes de alcanzar la órbitas por fallos de los lanzadores Mólniya, dos habían quedado atascadas en órbita baja, otras dos se habían perdido a medio camino hacia la Luna y tres se habían estrellado contra la superficie lunar. Por si esto fuera poco, a los fallos de la familia Ye-6 había que sumar varios fracasos de sondas a Marte y Venus. Y es que además del programa de sondas espaciales, la OKB-1 estaba desarrollando por entonces varias naves espaciales tripuladas, cohetes, misiles y estaciones orbitales, entre otros muchos proyectos. Claramente, la OKB-1 estaba desbordada. A instancias de Mtislav Keldish, presidente de la Academia de Ciencias de la URSS, Koroliov decidió trasladar el programa de sondas lunares a otra oficina de diseño que se pudiese dedicar exclusivamente a estos proyectos. La elegida sería la OKB-301 Lávochkin, famosa por sus diseños de aviones durante la Segunda Guerra Mundial.

La OKB-301, dirigida por Gueorgui Babakin, se puso manos a la obra de forma inmediata. Aunque las órdenes eran usar el diseño de la OKB-1 sin muchas modificaciones, Babakin decidió introducir diversas mejoras. Se creó un nuevo sistema de guiado y se decidió inflar los airbags después del encendido del motor principal, por lo que el tanque de nitrógeno tuvo que ser instalado en la sección central de la sonda. La OKB-301 también concibió una nueva cápsula de aterrizaje con dos cámaras en vez de una y con brazos extensibles para medir la consistencia del suelo lunar, aunque se decidió usar el diseño tradicional para la primera misión. El nuevo diseño sería conocido como Ye-6M (la “M” venía de “modernizado”).


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Otra vista de una sonda Ye-6 sin la cápsula superior (Novosti Kosmonavtiki).


La primera nave de Babakin (Ye-6M nº 202), de 1583,7 kg de masa, despegó el 31 de enero de 1966. En esta ocasión el cohete Mólniya se portó bien y la sonda quedó situada en la órbita correcta. Tras una corrección de rumbo a 233 000 kilómetros de la Tierra, la sonda siguió en una trayectoria que interceptaría la Luna en pocos días. La secuencia automática de descenso se inició a 75 kilómetros de altura cuando quedaban 48 segundos para el aterrizaje y transcurrió sin incidentes. La cápsula de la Luna 9 aterrizó el 3 de febrero a las 18:45 UTC en el Océano de las Tormentas (7º 8′ norte y 64º 32′ oeste), cerca del borde de un cráter de 25 metros de diámetro. Los pétalos se abrieron sin problemas y tres de las cuatro antenas se desplegaron. Poco después comenzó la transmisión de las primeras imágenes de la superficie lunar. Era la primera vez que el ser humano podía contemplar la superficie de otro mundo, una superficie que resultó ser plana y carente de características relevantes.

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Panoramas de la superficie lunar captados por la Luna 9 (IKI).


La primera imagen no mostró ningún detalle porque el Sol estaba demasiado bajo (apenas 3º sobre el horizonte) y por lo tanto la mayor parte de la superficie estaba en sombra. Los científicos de la misión, dirigidos por Aleksandr P. Vinográdov, habían elegido una zona de aterrizaje lo más segura posible, pero con vistas un tanto aburridas. El horizonte aparecía inclinado 23º, que era precisamente la pendiente de la zona en la que se había posado la cápsula.

Curiosamente, las primeras imágenes de la superficie lunar no aparecieron en Pravda, sino en la prensa occidental. Las transmisiones de la Luna 9 (a 183,538 MHz) habían sido interceptadas por el observatorio de Jodrell Bank (Reino Unido). Por motivos que todavía hoy no están demasiado claros, la sonda había enviado las señales sin codificar. El incidente derivó en un pequeño conflicto diplomático en el que la URSS llegó a acusar al gobierno británico de “piratería”. Mientras, los estadounidenses también habían captado las emisiones de la sonda a través de su estación de Asmara (Etiopía), aunque en su momento no se hizo público. La sonda envió cuatro panoramas a lo largo de tres días durante siete sesiones de comunicación. Finalmente, la batería se agotó y la Luna 9 dejó de transmitir el 6 de febrero de 1966 a las 22:55 UTC.

Babakin repetiría el éxito de la Luna 9 con su segunda sonda, la Luna 13, en diciembre de 1966. La misión Luna 9 fue todo un éxito para la Unión Soviética en unos momentos en el que los Estados Unidos se estaban adelantando en el programa tripulado y la carrera lunar. El diseño de las sondas Ye-6, lejos de quedar obsoleto, sería usado con ligeras modificaciones en las misiones marcianas soviéticas de los años y, de forma más indirecta, en la sonda Mars Pathfinder de la NASA en los años 90. A día de hoy se siguen proponiendo diseños similares para misiones a la superficie de Mercurio o a Europa, el satélite de Júpiter. Medio siglo después, el espíritu de la Luna 9 sigue más vivo que nunca.


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Imagen de la superficie lunar transmitida por la Luna 9 procesada por Ted Stryk.




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2 comentarios - La odisea para posarse suavemente en otro mundo [megapost]

Maximas15 +1
Te llevas mis 10 puntos solo porque me leí todo papu
Conclavista
Qué bueno, y gracias