La nave secreta de la Unión Soviética

La nave secreta de la Unión Soviética

La Unión Soviética llegó a fabricar y lanzar cuatro tipos de naves capaces de transportar seres humanos al espacio. Las primeras fueron las míticas Vostok y sus variantes, las Vosjod. Después llegarían las robustas Soyuz, aún en servicio. En los años 80 se introdujo el sistema Burán, un gran transbordador espacial que sólo llegaría a volar en una ocasión y sin tripulación. Sin embargo, la cuarta nave sigue siendo una desconocida para la mayoría del público. Esta es la historia de la nave de Cheloméi.  

Esta entrada ha sido realizada conjuntamente por Paco Arnau de Ciudad Futura y Daniel Marín de Eureka. Vuestros comentarios serán bienvenidos en ambos sitios. Este trabajo común parte de nuestra convicción de que la Red debe servir para colaborar y compartir ideas, conocimientos e iniciativas.

[Nota de los autores: En el mismo día de su publicación (11/01/2011) este trabajo —publicado simultáneamente en Eureka y en Ciudad futura con el mismo título e iguales contenidos— ha recibido el prestigioso Premio ED ('Experientia docet') a la excelencia en la divulgación científica. Nos congratulamos por ello y agradecemos a ED esta magnífica recompensa a nuestro trabajo].

Vladímir Nikoláievich Cheloméi

La estrella de Cheloméi

En 1960, Vladímir Nikoláievich Cheloméi entraría a formar parte del selecto grupo de ingenieros responsables del programa espacial soviético de la mano de Nikita Jruschov. Su oficina de diseño, la OKB-52, pronto dejaría de ser un oscuro instituto de investigación especializado en la construcción de misiles de crucero para convertirse en todo un imperio aeroespacial a golpe de decreto. Puede que la intención del líder soviético fuese romper el monopolio en temas espaciales que ejercía la oficina OKB-1 del gran Serguéi Koroliov. O quizás sólo quería echarle una mano a su hijo, por entonces ingeniero de la OKB-52. Quién sabe. En cualquier caso, Cheloméi pronto pasaría a la acción proponiendo todo un programa espacial paralelo al de Koroliov. Cohetes gigantes, estaciones espaciales, raketoplanos... cualquier cosa parecía posible para el ambicioso Cheloméi.

LK-1 y LK-700

El 3 de agosto de 1964 Cheloméi lograría su primera gran victoria frente a Koroliov. Ese día, Jruschov decidió entregar sin previo aviso el programa de sobrevuelo lunar L1 de la OKB-1 para entregárselo a la OKB-52. Cierto es que el programa L1 de Koroliov preveía hasta seis lanzamientos de cohetes derivados del R-7 Semyorka para mandar una nave Soyuz alrededor de nuestro satélite, mientras que la propuesta de Cheloméi sólo necesitaba un lanzamiento de su nuevo y flamante lanzador pesado, el Protón (UR-500K / 8K82K). El proyecto se denominaría LK-1 (Lunni Korabl/Лунный Корабль, "nave lunar") y tendría como objetivo enviar un cosmonauta a la Luna antes de 1967, a tiempo para celebrar así el 50º aniversario de la Revolución Socialista de Octubre.

Maqueta de la nave lunar LK-1

El diseño de la LK-1 era muy similar a la Apolo norteamericana, consistente en una pequeña cápsula cónica y un módulo de servicio. La cápsula, denominada simplemente "aparato de retorno", VA (Vozvraschaemi Apparat / Возвращаемый Аппарат), sería la primera incursión de la OKB-52 en el diseño de un vehículo de este tipo. La masa de la LK-1 no superaría las cuatro toneladas, mientras que su diámetro máximo sería de 2,511 metros. La OKB-52 llevó a cabo innumerables pruebas para encontrar la forma óptima para la VA y que fuese capaz de soportar las temperaturas de una reentrada atmosférica a velocidades superiores a los 11 km/s, la "velocidad de escape" terrestre. Las características aerodinámicas de la VA serían superiores a las de la cápsula de la Soyuz (SA), cuya forma de campana estaba dictada por la necesidad de maximizar su volumen interno.

Pero la LK-1 no llegaría muy lejos. A finales de 1964 Jruschov es apartado del poder y Cheloméi pierde su principal apoyo político. Aunque se mantendrá como una de las grandes oficinas del programa espacial, ya nada volverá a ser lo mismo para la OKB-52. De entrada, el programa LK-1 es cancelado y devuelto a la oficina de Koroliov. La OKB-1 decidirá mantener el Protón como lanzador principal del proyecto, pero sustituyendo la LK-1 por una nave Soyuz modificada (7K-L1), conocida en Occidente bajo el sobrenombre de Zond. 

Cheloméi no tira la toalla y propone en 1964 un programa de vuelo tripulado a la superficie lunar usando el cohete gigante UR-700. El proyecto sería una competencia directa al programa de alunizaje N1-L3 de Koroliov, en teoría el único que contaba con la autorización del gobierno soviético. Según los planes de la OKB-52 (por entonces renombrada TsKBM), el UR-700 mandaría a la Luna una nave LK-3 en una trayectoria directa, sin necesidad de pasar por la órbita terrestre o la lunar. La LK-3 pronto daría paso a la LK-700, más masiva. Ambos vehículos emplearían el mismo diseño de cápsula VA ideado para la LK-1, pero ampliado para soportar una tripulación de dos cosmonautas. La masa de la nave en la superficie lunar superaría las 17 toneladas (frente a las 15 toneladas del módulo lunar del Apolo), aunque la VA tendría una masa de sólo 3,1 toneladas al aterrizar (el módulo de mando del Apolo pesaba 5,3 toneladas una vez finalizada la misión). Lamentablemente, el programa UR-700/LK-700 jamás pasó de la fase de diseño previo y Cheloméi se quedó, una vez más, sin la posibilidad de mandar un hombre al espacio. 

Almaz: OPS, TKS y VA 

A mediados de los años 60, mientras trabajaba en los programas LK-1 y LK-700, Cheloméi propuso otro proyecto no menos ambicioso: una estación espacial militar que pudiese espiar a los Estados Unidos. El proyecto recibió el nombre en código de Almaz ("diamante"), siguiendo la tradición de la OKB-52 de nombrar sus proyectos con nombres de piedras preciosas. A diferencia de los "fantasiosos" planes lunares, Almaz recibió muy pronto el apoyo incondicional de los militares soviéticos, temerosos de las capacidades del programa MOL de la Fuerza Aérea norteamericana.

Almaz era un proyecto ambicioso. La estación espacial (11F71) se denominaría OPS (Orbitalnaia Pilotiruemaia Stantsia / Орбитальная Пилотируемая Станция, ОПС, "Estación orbital tripulada") y estaría equipada con un enorme telescopio Agat-1 ("ágate"). El Agat no era cualquier cosa. Con un espejo de dos metros de diámetro y 7,2 metros de focal, era una especie de Hubble de los años 60. Eso sí, apuntando en la dirección "equivocada". Las OPS contarían también con pequeñas cápsulas automáticas (11F76) para enviar a la Tierra la película fotográfica con las preciadas imágenes captadas por la cámara ASA-43R del Agat. La estación debía tener un radar de apertura sintética para labores de espionaje en condiciones climatológicas o de iluminación poco favorables. Un cañón de 30 mm construido por la oficina de Alxánder Núdelman se encargaría de mantener alejados a los posibles satélites enemigos que quisieran inspeccionar la "fortaleza" espacial soviética. 

Ilustración/sección de una nave TKS en órbita; al fondo, una estación OPS Almaz.

Las OPS debían despegar a bordo de un Protón-K con tripulación. Para ello, Cheloméi decidió adaptar las cápsulas VA de las naves LK-1 y LK-700 al programa Almaz. La VA (11F74) estaría colocada en la parte delantera de la estación y tendría capacidad para tres cosmonautas. El problema era cómo acceder a la estación desde la cápsula. La solución adoptada por la oficina OKB-52 fue la misma que la propuesta para las cápsulas Gémini del programa MOL. La VA tendría una escotilla de acceso a través del escudo térmico, una solución arriesgada, pero factible según los cálculos de los ingenieros.

Lanzador Proton en la rampa de lanzamiento con la nave TKS en su cofia. Arriba, la cápsula VA con la torre de escape ADU.

Puesto que la capacidad máxima del Protón-K en órbita baja era de unas 22 toneladas, la OPS sólo podía ser lanzada parcialmente equipada. Por lo tanto, habría que enviar naves adicionales con equipos y víveres para los cosmonautas. Estas naves (11F72) recibirían el nombre de TKS (Transportni Korabl Snabzhenia / Транспортный  Корабль Снабжения, ТКС, "nave de transporte y de servicio") y también serían lanzadas con tripulación. Tendrían una masa al lanzamiento de 21,62 toneladas (17,57 toneladas en órbita) y estaban divididas en dos partes: un módulo de carga y propulsión (11F77) denominado FGB (Funktsionalno-Gruzovoi Blok/Функционально Грузовой Блок) y una cápsula VA. Con esa masa, las TKS eran en realidad pequeñas estaciones espaciales por méritos propios. Para aumentar el volumen habitable, se decidió instalar los tanques de combustibles hipergólicos en el exterior del FGB, una solución ingeniosa.

Pruebas de una nave TKS.

El FGB estaba equipado con dos motores DKS KRD-442 (11D442), de 447 kgf de empuje y con capacidad para encenderse hasta 100 veces durante un máximo de 2600 segundos. Incorporaba también cuatro grupos de cinco pequeños motores DPS para control de actitud. Cada uno de los veinte motores tenía un un empuje de 40 kgf. Además existían dos grupos de ocho motores DTS para ajustes finos y acoplamiento con un empje de 1,2 kgf. Las TKS se debían acoplar al único puerto de atraque de la OPS, permitiendo equipar la estación y relevar las tripulaciones. El acoplamiento se podía efectuar de forma automática, usando el sistema de radar Iglá-1R (una variante del empleado en las Soyuz y Salyut) o manual. En este último caso, la tripulación se pondría a los mandos del TKS delante de un panel de control situado en la parte "trasera" del FGB, es decir, con la nave volando "al revés". A diferencia de las Soyuz, donde la tripulación debe controlar el acoplamiento usando un periscopio, los cosmoanutas del TKS podrían supervisar la operación directamente mirando a través de una ventanilla diseñada a tal propósito. Estas naves de carga servirían además para elevar regularmente la órbita de la OPS y contrarrestar así el inexorable frenado atmosférico, además de encargarse del control de actitud de todo el complejo durante un periodo máximo de 90 días. 

Aunque se las suele confundir con el programa TKS, las VA estaban diseñadas para ser independientes del resto de elementos del programa Almaz. Es decir, podrían regresar con la tripulación en cualquier momento dejando atrás el FGB o la OPS correspondiente. Por este motivo, la oficina de Cheloméi ideó una curiosa configuración para la nave, con los motores de frenado y maniobra orbital delante de la cápsula, en vez de estar situados en un módulo de servicio como mandan los cánones astronáuticos.

La cápsula VA resultante estaba dividida en tres partes:  

• Una torre de escape para rescatar a los cosmonautas en caso de problemas durante el despegue denominada ADU (Avarinaia Dvigatelnaia Ustanovka/Аварийная Двигательная Установка). En caso de emergencia, los motores de combustible sólido del ADU se encenderían junto con los del TDU, generando 86 toneladas de empuje. Si la emergencia tenía lugar en la rampa, el sistema permitía alcanzar una altura mínima de 1,5 km, suficiente para desplegar los paracaídas. Esta torre se eyectaba durante el despegue.  

• El compartimento con los motores de frenado orbital TDU (Tormoznaia Dvigatelnaia Ustanovka/Тормозная Двигательная Установка). Las cuatro toberas del TDU proporcionaban una Delta-V de 100 m/s, suficiente para iniciar la reentrada después de un vuelo orbital. El TDU también funcionaba con los motores del sistema de emergencia ADU para alejar la cápsula en caso de problemas.  

•  La cápsula propiamente dicha, formada por dos secciones cónicas de distinto ángulo. La sección frontal incluía el sistema de motores RSU a base de combustibles hipergólicos para controlar la cápsula durante la reentrada, tres paracaídas piloto y los cohetes de frenado para el aterrizaje. La sección posterior era la parte presurizada de la nave, con los sistemas de soporte vital para los cosmonautas. La VA incluía tres escotillas: una lateral (la principal, con una ventanilla) para el acceso de la tripulación en la rampa y su evacuación tras el aterrizaje, otra escotilla superior para ser usada en casos de emergencia (amerizajes, por ejemplo) y una última de 550 mm situada en el escudo térmico para acceder al FGB o a la OPS una vez en órbita. Dentro de la nave habían tres asientos Kazbek con amortiguadores y un ordenador Argón 12.

Una cápsula VA en su configuración orbital.

El diámetro máximo de la VA era de 2,79 metros y su forma había sido refinada gracias a los cálculos del prestigioso instituto TsAGI. Con el ADU, la masa de la VA al lanzamiento se aproximaba a los 7300 kg (4900 kg en órbita) y su longitud era de 10,3 metros. Tras la reentrada, la VA desplegaría tres paracaídas a una altura de 10 km, reduciendo su velocidad a unos 6,5 m/s. A 1-5 metros de altura, el altímetro de rayos gamma Kaktus daría la orden de encender un conjunto de cohetes de combustible sólido (basados en los empleados en la bomba FAB-3000) instalado en las líneas del paracaídas, permitiendo que la nave aterrizase en las estepas kazajas si sobrepasar los 3 m/s. Este curioso sistema de aterrizaje recuerda al empleado por las sondas estadounidenses Spirit y Opportunity en Marte. El error a la hora de tocar tierra no debía ser superior a una elipse de 13x27 km. La VA podía traer de regreso desde la órbita tres cosmonautas y 50 kg de carga, o bien sólo 500 kg en una misión no tripulada.

Panel de control de una VA.

La parte más curiosa de la VA era su revolucionario escudo térmico. Construido a base de tela de silicio impregnada con sustancias ablativas, podía ser reutilizado hasta diez veces (¿quién dijo que una cápsula no puede ser reutilizable?).El sistema de soporte vital de la VA permitía mantener con vida a los astronautas durante 31 horas, aunque la cápsula sólo podría volar de forma autónoma unas tres horas después de separarse del complejo Almaz. Tiempo más que suficiente para regresar a la Tierra. Aunque en principio la tripulación no debía llevar ningún traje de presión, tras el accidente de la Soyuz 11 en 1971 se decidió equipar a los cosmonautas del VA con trajes Sokol-T. 

Interior de una VA con los asientos Kazbek de la tripulación frente al panel de control.

Vista del interior del habitáculo de la VA a través de una escotilla abierta.

Vista de tres cuartos del habitáculo presurizado de la VA; se distingue en rojo la zona de unión con la sección frontal de la cápsula con la escotilla de emergencia en caso de amerizaje.

Los vuelos Salyut  

El programa Almaz parecía disfrutar de buena salud, pero en 1969 ocurrió algo inesperado. Ingenieros de alto rango de la OKB-1 de Koroliov --fallecido cuatro años antes-- se reúnen en secreto con miembros de la OKB-52 para construir una estación espacial basada en las OPS del programa Almaz. La OKB-1 propone utilizar los sistemas de propulsión, energía y soporte vital de la nueva Soyuz en las OPS de Cheloméi, precisamente los sistemas que más retrasos acumulaban. De este modo se podría lanzar una estación espacial en muy poco tiempo. En vez de usar las VA, las tripulaciones viajarían a bordo de naves Soyuz. Tanto Cheloméi como Vasili Mishin (ingeniero jefe de la OKB-1/TsKBEM) se opondrán vehementemente a estas "negociaciones". La prioridad de Mishin era el programa lunar N1-L3, mientras que para Cheloméi todo el proyecto no era más que un "robo" de la OKB-1. Pero el grupo de conspiradores decide jugársela y propone su idea al gobierno soviético. Contra todo pronóstico, el engendro OPS-Soyuz sale adelante bajo la denominación de "estación espacial de larga duración" o DOS (Dolgovremennaia Orbitalnaia Stantsia/Долговременная Орбитальная Станция, ДОС). El mundo las conocería como Salyut. 

Estación OPS con una Soyuz.

A pesar de las estaciones DOS, el programa Almaz sigue adelante. El 16 de junio de 1970, el  Consejo de Ministros de la URSS autoriza el desarrollo del las OPS y TKS mediante el decreto Nº 437-160. Tres estaciones Almaz serían lanzadas en el periodo 1972-1976 "camufladas" dentro del programa civil Salyut (Salyut 2, Salyut 3 y Salyut 5). No obstante, las OPS serían canceladas en 1978 por las presiones del ministro de defensa Dmitri Ustínov, el eterno enemigo de Cheloméi. Pero las VA no morirían con las OPS. Las naves de TKS podían ser usadas como el complemento perfecto para las DOS, por lo que el programa siguió adelante. Entre 1975 y 1979 se realizaron con éxito varias pruebas del sistema de emergencia SAS-ADU en Baikonur, pero aún había que probar la idoneidad de la VA en una misión espacial real. Para este fin, en 1974 daría comienzo el proyecto 82LB72 para lanzar cápsulas VA de dos en dos mediante un curioso sistema en tándem empleando un sólo lanzador Protón-K.

Protón-K con dos cápsulas VA en la configuración 82LB72.

El 15 de diciembre de 1976 se lanzarían las dos primeras VA a bordo de un Protón. Una vez en órbita, recibirían el nombre de Kosmos 881 y Kosmos 882. Tras completar una sola órbita, ambos vehículos realizaron una reentrada balística (8-9 g) sobre la URSS, aterrizando sin problemas. Después de tantos años, las VA de Cheloméi habían viajado por primera vez al espacio. Poco después, el 17 de julio de 1977 despegaría la primera TKS, Kosmos 929, cuya cápsula VA regresaría a la Tierra un mes más tarde. 

Entre 1976 y 1983 se realizaron once lanzamientos de cápsulas VA, demostrando su efectividad en condiciones reales. La última de ellas, correspondiente a la TKS-3 (Kosmos 1443) recibiría la visita de los cosmonautas Vladímir Liajov y Aleksndr Aleksandrov mientras estuvo acoplada a la estación Salyut 7. Aunque en esa ocasión los asientos de la VA habían sido sustituidos por contenedores de carga, sería la única vez que una tripulación accedería al interior de una VA en el espacio. Sería lo más cerca que estuvo Cheloméi de ver hecho realidad su sueño antes de morir en 1984. 

Instalación del sistema ADU en un vuelo 82LB72.

Traslado a la rampa del lanzador Protón.

Numerosos cosmonautas se entrenaron para pilotar las VA/TKS, llegándose a realizar múltiples misiones simuladas en tierra usando el entrenador TDK-F74. Lamentablemente, ninguno pudo viajar al espacio a bordo de una VA. El programa languidecería lentamente hasta ser cancelado a mediados de los 80. El sistema de naves automáticas Progress --basadas en las Soyuz-- hacían innecesarias las costosas TKS para abastecer las estaciones Salyut. Por otro lado, la introducción de las Soyuz-T, con una tripulación de tres cosmonautas, eliminó la ventaja en el número de cosmonautas transportados por la VA.

Los cosmonautas G. Sarafanov, V. Romanov y V. Preobrazhenski con trajes espaciales Sokol-T y barbas crecidas después de pasar ocho días en el simulador terrestre de la VA TDK-F74 (imagen de la derecha)

Tras la caída de la URSS, las cápsulas VA serían conocidas en Occidente durante un tiempo con el apodo de Merkur. El origen de este nombre se debe a un malentendido que tuvo lugar durante una visita guiada a una de las instalaciones donde se almacenaban las VA realizada por un grupo de estadounidenses. El guía ruso del grupo diría de las VA  "son como vuestras Mercurio", originando la confusión por culpa de una mala traducción. En realidad, Merkur no tiene ningún significado en ruso (Mercurio se dice Merkuriy).

El programa Almaz seguiría vivo hasta nuestros días de una forma bastante insólita, ya que los módulos FGB servirían de base para los módulos de la estación Mir. De hecho, el primer módulo de la estación espacial internacional, Zaryá, es un derivado del FGB de la TKS. Paradójicamente, el núcleo de la ISS debe su existencia al programa de Cheloméi.

Detalle de la VA (Excalibur Almaz).

En los años 90, la empresa Excalibur Almaz adquirió varias cápsulas VA y estaciones OPS para ser ofertadas en vuelos espaciales comerciales. Pese a que el futuro de esta compañía no está muy claro, podría ser la última oportunidad de resucitar esta venerable nave. Quién sabe, a lo mejor un día una VA modificada podría viajar alrededor de la Luna, tal y como imaginó Cheloméi hace casi medio siglo.

Crédito de las imágenes: ciudadfutura.net, OKB-52/TsKBM (URSS), Novosti Kosmonavtiki, Excalibur Almaz.