Regreso de la Soyuz TMA-20 (Expedición 27)

Regreso de la Soyuz TMA-20 (Expedición 27)

Hoy 24 de mayo a las 02:27 UTC ha aterrizado a 147 km de Dzhezkagan (Kazajistán) la cápsula Soyuz TMA-20 (11F732A17 nº 230, Soyuz 25S en la terminología de la NASA) con Dmitri Kondratyev (Roscosmos), Cady Coleman (NASA) y Paolo Nespoli (ESA). Los tres cosmonautas regresan a casa después de haber pasado 159 días a bordo de la estación espacial internacional (ISS) como miembros de la Expedición 27.


Regreso de la cápsula Soyuz TMA-20. El polvo no se debe a la dureza del impacto, sino al encendido de los motores de combustible sólido para frenar el aterrizaje (NASA).


La tripulación de la Soyuz TMA-20. De izqda. a dcha.: Coleman, Kondratyev y Nespoli (NASA).

Antes de iniciar la maniobra de reentrada, la Soyuz TMA-20 realizó una impresionante sesión fotográfica de la ISS con el transbordador Endeavour acoplado. Ahora que sólo queda una misión para retirar el shuttle, la NASA presionó a sus socios rusos para llevar a cabo desde una nave Soyuz una sesión fotográfica del mayor complejo orbital creado por el hombre. En un principio, esta sesión debía haber tenido lugar durante la misión STS-133 Discovery para poder captar así en una sola imagen al HTV japonés y al ATV europeo, pero el poco tiempo del que dispuso Roscosmos para preparar la maniobra desaconsejaron la operación. Además, la nave encargada de la tarea -la Soyuz TMA-01M- era la primera de la nueva serie 700 de Soyuz digitales y Roscosmos prefirió no arriesgarse introduciendo esta novedosa maniobra.


Emblema de la misión Soyuz TMA-20 (Roskosmos).

Se trata de la primera vez que una Soyuz se separa de la ISS con un transbordador acoplado, aunque en 1995 ya se llevó a cabo una maniobra parecida para fotografiar el Atlantis acoplado a la Mir durante la misión STS-71. Para esta ocasión, toda la ISS fue reorientada con el fin de ofrecer la mejor vista posible del complejo orbital y con una majestuosa Tierra de fondo. Una vez que la Soyuz TMA-20 estuvo situada a 180 metros de distancia, la estación maniobró durante quince minutos usando los motores del módulo Zvezdá para ofrecer distintas perspectivas a Paolo Nespoli, encargado de la sesión fotográfica. Nespoli tomó las imágenes desde la única ventanilla del BO de la Soyuz, situada en la parte frontal de la nave. Durante la maniobra se usó un telémetro láser para medir la separación con estación. 





La ISS maniobra delante de la Soyuz TMA-20 para ofrecer la mejor perspectiva. Las imágenes han sido captadas por la cámara del sistema de acoplamiento Kurs (NASA TV).

Vídeo de la maniobra:



Tras la separación de la Soyuz TMA-20 oficialmente ha dado comienzo la Expedición 28, compuesta por Andréi Borisenko (comandante), Aleksándr Samokutyayev y Ronald Garan. El 8 de junio será lanzada la Soyuz TMA-02M con Serguéi Volkov, Michael Fossum y Satoshi Furukawa, que también se convertirán en miembros de la Expedición 28 tras acoplarse a la ISS dos días después.

Regreso de la Soyuz TMA-20:

Etapas:

• La tripulación activa el sistema de soporte vital (del módulo orbital (BO) de la Soyuz, conocido como Bloque de Purificación de la Atmósfera o BOA (Блок Очистки Атмосферы, БОА) y empieza a filtrar el dióxido de carbono de la nave a través de los filtros de hidróxido de litio.

 
  Posición de los cosmonautas dentro de la nave durante la reentrada (Paco Arnau / ciudadfutura.net).

• 16:26 UTC: se cierran las escotillas entre el módulo Rassvyet (MIM-1) y la Soyuz TMA-20.

• Comprobación de la hermeticidad de los vehículos.

• La tripulación pasa al módulo de descenso (SA) y activa su soporte vital tras cerrar la escotilla entre el BO y el SA. Los filtros de hidróxido de litio del SA son ahora los encargados de retirar el dióxido de carbono de la atmósfera de la nave.

• 20:40 UTC: el control de actitud de la ISS pasa al segmento ruso.

• 21:32 UTC: orden de separación. La ISS desactiva el control de actitud. De esta forma, los ordenadores de la estación no intentarán compensar los movimientos debidos a la separación de la Soyuz, lo que podría provocar la colisión de ambos vehículos.

• 21:35 UTC: comienza la maniobra de separación de la Soyuz TMA-20 del módulo Rassvyet al hacerse el vacío entre las escotillas de la nave y la ISS. Se retiran los 8 grupos de ganchos activos de la estación en el anillo de la escotilla y después se retraen los ganchos de la Soyuz (sistema MGS) según la orden DO15. La nave se separa de la ISS mediante la acción de unos muelles. Además del traje de presión Sokol KV-2, la tripulación lleva unos pantalones anti-g Kentavr -debajo del traje- para hacer más llevadera la reentrada. Con el fin de prepararse para el reencuentro con la gravedad terrestre, antes de la partida los cosmonautas toman pastillas de sal y bebidas con electrolitos.     

Separación de la Soyuz TMA-20 (NASA).

• 21:40 UTC: cuando la Soyuz se encuentra a 20 metros, se encienden los motores de maniobra DPO durante 15 segundos, alcanzado unos 0,543 m/s, para alejar la nave de la ISS y no dañar así los paneles solares u otras estructuras de la estación. 

• 21:41 UTC: la Soyuz TMA-20 se frena a 180-200 metros de la estación para iniciar la sesión fotográfica. Paolo Nespoli entra en el módulo orbital (BO) y se quita los guantes del traje Sokol para realizar las fotografías con una cámara digital.

• 21:43 UTC: la ISS empieza a maniobrar para ofrecer las mejores vistas a Nespoli.

• 21:50 UTC: inicio de la sesión fotográfica.

• 22:06 UTC: fin de la maniobra de la ISS para la sesión fotográfica.

• 22:15 UTC: segundo encendido de separación de la Soyuz.

• 22:20 UTC: fin de la sesión fotográfica. Nespoli abandona el BO y regresa al SA con las tarjetas de memoria de las cámaras. La cámara permanece en el interior del BO y resultará destruida durante la reentrada.

• 23:00 UTC: el control de la ISS pasa al segmento norteamericano.

• 01:36 UTC: encendido de frenado a 360 km de altura y a 7,39 km/s durante 257 segundos para efectuar la reentrada usando el motor principal SKD del sistema KTDU (o KDU, Комбинированная Двигательная Установка, КДУ, "Instalación Propulsora Combinada"). En la Soyuz TMA el motor es el KTDU-80 y tiene un empuje de 316 kgf. Este motor se puede encender un total de 40 veces. Su impulso específico es de 305 segundos y la Delta-V total de la nave es de 390 m/s. Gracias a motores eléctricos, se puede girar la tobera del motor ± 5º. El impulso de frenado depende de la órbita de la Soyuz: a mayor altura, mayor impulso. Por lo general, el valor de la Delta-V es de 89,6 m/s para órbitas de 200-300 km de altura o 102,4 m/s para 300-330 km (para alturas mayores la Delta-V debe ser de 115,2 m/s). Normalmente, la Soyuz se separa de la ISS 1,5 órbitas (unas dos horas) antes del encendido. La duración exacta del mismo depende de la masa de la nave y no suele exceder los 260 segundos.

Orientación de la Soyuz antes de la separación de los módulos (NASA). 

• 02:01 UTC: separación de los tres módulos de la nave a 140 km de altura. Los módulos se separan unos 22,5 minutos tras el encendido (casi 20 minutos para la TMA-20) -un cuarto de órbita-, casi siempre a 140 km de altitud y gracias a doce pernos explosivos en el BO y cinco en el PAO (más cinco muelles en este último). La separación se produce con la nave en posición perpendicular a la dirección de avance, con el módulo orbital apuntando a la Tierra. De este modo las tres partes de la Soyuz siguen trayectorias de entrada distintas y se elimina cualquier posibilidad de que colisionen con el SA. La velocidad de separación de los módulos respecto de la cápsula es de 0,58 m/s para el PAO y 0,82 m/s para el BO (el BO es más ligero que el PAO). Al no estar protegidos por un escudo térmico, el BO y el PAO se destruyen en la atmósfera a una altura de 70-75 km. Sus restos caen en un área de 1030 x 68 km a unos 800 km por detrás (según el sentido de la órbita) del lugar del aterrizaje del SA (400 km en el caso de una entrada balística). El tiempo transcurrido entre la separación de los módulos y el aterrizaje es de unos 20 minutos. 

El interior del SA de una Soyuz TM en detalle (NASA).


Reentrada (NASA).

• 02:03 UTC: comienzo de la reentrada a 102 km de altura y 7,6 km/s. La fase de entrada atmosférica propiamente dicha tiene lugar entre los 80 km y los 10 km de altura, con una duración de 450-500 segundos, y finaliza cuando se abre el paracaídas principal, OSP (ОСП). La cápsula entra en la atmósfera con una inclinación inicial de unos 1,35º. A 32,8 km de altura se produce la máxima deceleración (4 g). Gracias a la forma de la nave y a la posición de su centro de gravedad, ésta siempre se orientará con el escudo térmico por delante sin necesidad de ningún control activo. Durante una reentrada controlada o AUS, el ordenador de abordo (KSO-20M) utiliza el sistema SIO-S (Sistema de Control a Reacción del Descenso), formado por 8 pequeños motores de peróxido de hidrógeno de 10 kgf cada uno, para mantener la cápsula en la trayectoria óptima de acuerdo con el plan de entrada preestablecido. Los micromotores se denominan URMD ( Управляющие Реактивные Микродвигатели, УРМД) y generan empuje expulsando vapor de agua y oxígeno, que son los productos de la reacción del peróxido de hidrógeno con un agente catalizador. Durante la reentrada, el ordenador (BTsVK, denominado KSO-20M) se apoya además en los datos de los sensores de velocidad angular (BDUS), acelerómetros (BSA) y el giróscopo (SG). Los acelerómetros funcionan en seis ejes (BILU). Conjuntamente con el SIO-S, todos estos sistemas integran el Sistema de Control durante el Descenso (SUS). El sistema SIO-S sólo se activa tras la separación de los módulos de la Soyuz y comienza a controlar la actitud del vehículo a unos 80 km de altura.  

Reentrada del SA (NASA). 

• 02:11 UTC: cargas pirotécnicas liberan la cubierta del paracaídas y se produce la apertura del paracaídas piloto VP (Вытажной Парашют, ВП) a 10,6 km de altura -formado en realidad por dos pequeños paracaídas que se despliegan uno tras otro (de 0,46 y 4,45 metros cuadrados respectivamente)-, el cual arrastra a su vez al paracaídas de frenado TP (Тормозной Парашют, ТП) de 16 metros cuadrados. Éste reduce la velocidad de descenso de 230 m/s a 90 m/s.

• Apertura del paracaídas principal OSP (Основная Парашютная Система, ОСП) a 8,5 km de altura. Se desprende el paracaídas de frenado y se despliega el paracaídas principal, el cual permite que la cápsula adquiera una velocidad de descenso de 6-7 m/s. Durante esta fase, las comunicaciones con la cápsula se realizan gracias a la antena ABM-264, que se halla integrada en las cuerdas del paracaídas. Durante el descenso el SA cuelga de forma asimétrica de los cables del paracaídas principal formando un ángulo de 30º, lo que ayuda a enfriar el vehículo. A 5,5 km de altura se disparan pequeñas cargas pirotécnicas que mueven el conjunto de cables de sujeción a través de guías en el fuselaje de la nave, permitiendo que la cápsula quede suspendida de forma simétrica. También se desprenden las cubiertas de las dos ventanas del SA, de forma que se pueda ver el exterior. Las primeras versiones de la Soyuz no tenían estas cubiertas y la tripulación apenas podía vislumbrar nada a través de las ventanas ennegrecidas por la reentrada. Justo en este momento se arman los amortiguadores de los tres asientos Kazbek-UM, de modo que los cosmonautas quedan en una posición más próxima al panel de instrumentos. A esta misma altura se desprende el escudo térmico de ablación, dejando expuestos seis pequeños cohetes de combustible sólido (DMP).

Trayectoria del descenso (NASA). 

• 02:27 UTC: aterrizaje a unos 147 km de Dzhezkagan. Los DMP frenan la velocidad de la nave hasta los 1,5-2 m/s. Estos cohetes se encienden a 0,8-1,5 m de altura y, dependiendo de la velocidad de la nave, se activarán solamente cuatro (lo normal) o seis. Los cuatro DMP que se encienden siempre tienen un empuje de 375 kgf. Los otros dos tienen dos modos de encendido: 85 kgf ó 195 kgf. El encendido se produce gracias a un altímetro de rayos gamma (GLV, denominado Kaktus-2V) situado cerca de los retrocohetes. La nave transporta una pequeña cantidad de cesio como parte de este instrumento, por lo que siempre se comprueba que no haya ninguna fuga radiactiva tras un aterrizaje.

Detalle de los cohetes de combustible sólido DMP. 




Descenso de la TMA-20 (NASA). 



Aterrizaje (NASA).






La cápsula Soyuz TMA-20 con la tripulación en el interior (NASA).



La tripulación después del aterrizaje (ESA).