Viaje a la Estación
Espacial Internacional Parte 2: rendezvous y
acoplamiento de la Soyuz Bienvenidos, soy Alexander Gerst uno de los astronautas de la
Agencia Espacial Europea. Os hablo desde la
Estación Espacial Internacional. Mi viaje a bordo de
la nave Soyuz, desde el despegue en Kazajistán hasta el acoplamiento,
duró alrededor de 5 horas. El video que vais a ver a continuación
contiene algunas imágenes únicas tomadas en el interior de la cápsula
mientras se encuentra en órbita y explica cómo la Soyuz
alcanza de manera segura la órbita y se acopla a la Estación Espacial (ISS). Otros astronautas
hicieron el mismo viaje y algunos de ellos compartirán sus
experiencias con vosotros en este vídeo. Pasadlo bien viéndolo. Hace 9 minutos,
la nave Soyuz entró en órbita desde
Baikonur en Kazajistán. Ahora está acelerando
alrededor de la Tierra 30 veces más rápido
que un jumbo. Tiene un único propósito: alcanzar
la Estación Espacial Internacional, rendezvous y acoplarse a ésta, situada en algún lugar a 400
km de tierra. Los astronautas acaban de pasar la última
fase de la secuencia de lanzamiento, la separación entre la Soyuz
y el cohete.
[NESPOLI] El final del motor, el apagado del motor es muy fuerte. [DE WINNE] E inmediatamente
después, por supuesto, flotas. Es una sensación muy agradable
saber que estás en el espacio y que hemos
tenido un lanzamiento satisfactorio, ahora nos encontramos de
camino a la Estación Espacial. [DE WINNE] Puedes mirar a través de
la ventana y ver la magnífica Tierra por primera vez desde arriba.
Es una gran sensación. [PARMITANO] Y entonces tan
sólo la belleza absoluta del Sol saliendo muy deprisa,
iluminando, explotando en llamas. Ya en sus primeras órbitas
alrededor de la Tierra, a una altitud de inserción
alrededor de 220 km, los tres astronautas en la Soyuz,
tienen una vista maravillosa.
Pero queda trabajo por hacer, ya que aún
están a cientos de kilómetros de distancia de la Estación Espacial,
su destino final. La Estación Espacial Internacional,
nació en 1998 y ha estado orbitando
alrededor de la Tierra una vez cada 90 minutos
desde entonces. El plano orbital de la Estación Espacial
es relativamente constante, mientras que la Tierra
está siempre en rotación. Si proyectamos la órbita de la
Estación Espacial en un mapa 2D, vemos una serie de curvas que se cruzan.
Los centros de control de misión
en Moscú y Houston monitorizan la posición de la Estación
Espacial constantemente, y pueden predecir su posición
en la órbita para cualquier tiempo determinado
en el futuro. Esto es importante para determinar
cuándo se ha de lanzar la nave Soyuz. Aunque sea técnicamente posible lanzar
el cohete Soyuz en cualquier momento, es más eficiente hacerlo poco
después de que la órbita de la Estación Espacial pase sobre el Cosmódromo
de Baikonur en Kazajistán. Esto acorta el tiempo
necesario para el rendezvous y el acople con
la Estación Espacial, desde más o menos dos días,
a tan sólo seis horas. Esta trayectoria corta para el rendezvous
se lleva implementado desde 2013. No obstante, si el cohete Soyuz
pierde la ventana de lanzamiento o alguno de los siguientes encendidos
de motor no ocurre como se ha planeado, la nave tiene suficiente combustible
para retomar un rendevouz de dos días. Esto pasó en marzo de 2014 debido a
un problema de control de inclinación, y por ello, se planeó de nuevo el
rendezvous para la trayectoria larga usada anteriormente.
[PARMITANO] Tomas en
consideración que hay ciertos riesgos, algunos peores que otros, incluyendo
la posibilidad de transición de un atraque corto a uno largo, que ha sido el estándar hasta
hace un año. Sabemos que existe la posibilidad,
es algo para lo que hemos sido formados. Sabemos que la nave tiene todo
lo que necesitamos para esos dos días, y sabemos cómo reaccionar. Rendezvous se define como una
secuencia de maniobras que gobiernan el acercamiento entre
dos vehículos espaciales. En la mayoría de los casos uno de ellos
es el cazador, realizando las maniobras, en este caso la Soyuz, mientras que el segundo es el
objetivo, un vehículo pasivo, en este caso la
Estación Espacial Internacional. Lo ideal sería que ambos
vehículos coincidiesen de manera segura en un momento y
punto determinado en el espacio.
Pero, ¿cómo consigue hacer esto la Soyuz? Ésta tiene que pasar de su
altitud inicial de inserción a la misma altitud
que la Estación Espacial, y después entrar en su órbita
y permanecer en ella. Suena como una tarea fácil de realizar, pero no se puede hacer en
una sola maniobra empezando desde la altitud de inserción. Los cálculos para el acople final se basan
en la altitud inicial precisa de la Soyuz y, desafortunadamente, no se
puede saber de antemano la altitud de inserción
exacta en la órbita, debido a alguna impredecibilidad en
el lanzamiento del cohete. Por ello se usan dos maniobras con una órbita fase intermedia
entre ellas. La órbita fase es la base
para los cálculos del acople final. Ésta se alcanza mediante la primera
maniobra, llamada transferencia de Hohmann, que debe su nombre al científico
alemán de principios del siglo 20.
Durante la transferencia de Hohmann, la
Soyuz tiene que usar los motores dos veces. La primera para abandonar la órbita
de inserción, en la que se encuentra poco después del lanzamiento, y
trasladarse a la órbita fase. La segunda, para que el vehículo
alcance la velocidad necesaria para mantenerse en esa órbita. La órbita fase está a 100 km por
debajo de la órbita de la Estación Espacial y tiene un propósito específico. Reduce el ángulo fase o
el ángulo entre las dos naves en sus
respectivas órbitas. Aquí vemos a la Soyuz orbitando
en la órbita fase, representada en amarillo, mientras que la Estación Espacial orbita
en una órbita más elevada, representada en verde. La órbita en rojo es la órbita de inserción que la Soyuz acaba de abandonar. Debido a que la Soyuz está
en una órbita inferior viajará más rápido que
la Estación Espacial.
Por tanto, la Soyuz utiliza la
órbita fase para alcanzar a la Estación Espacial. Dependiendo de si se usa un rendezvous
largo o corto, la Soyuz permanecerá en esta órbita fase durante dos días o tan sólo unas horas, el tiempo que sea necesario para
alcanzar el ángulo de fase deseado. Mientras tanto, la
tripulación no ha estado tan sólo disfrutando de las
vistas y la ingravidez, han estado muy ocupados verificando fugas y asegurándose de que los sistemas están
funcionando a la perfección. Después seleccionan la orden
para la extensión de la sonda de acople con antelación suficiente para prepararse
para la secuencia de acople final. Tan pronto como la integridad de la
presión del vehículo está confirmada, el centro de control de misión da
el visto bueno a la tripulación para desabrocharse los cinturones,
abrir sus cascos y quitarse sus guantes.
<<Oh, así mucho mejor.>> Una vez alcanzada la órbita fase, la tripulación tiene un tiempo
de descanso bien merecido, especialmente para aquellos
que han de completar una trayectoria de
rendezvous de dos días. [DE WINNE] Hay lo que llamamos
órbitas sordas. Son cinco órbitas en las que la tripulación
no tiene contacto con tierra, ya que la órbita de la Soyuz no
pasa sobre Rusia, y sólo tienes contacto con tierra cuando pasas
sobre Rusia con la Soyuz. Estás completamente solo. De hecho es un momento muy agradable
para la tripulación, porque no se te puede molestar, nadie puede darte
tareas, puedes hacer lo que quieras. Afortunadamente para los
astronautas, la Soyuz está diseñada para que
no estén confinados a estar en sus sitios
durante todo el viaje. Aunque es pequeña, la nave permite
que los astronautas se muevan libremente entre los módulos accesibles. La Soyuz tiene tres compartimientos:
el Módulo Orbital, el Módulo de Descenso, y
el Módulo de Equipamiento y Propulsión.
Cada compartimiento tiene una arquitectura
diferente y un propósito específico. El Módulo Orbital, o compartimiento de vivienda, está equipada con sacos de dormir,
bolsas, comida y un aseo. [WILLIAMS] Pues aquí estamos
en la Soyuz. Esto es lo que llamamos el БО,
el compartimiento de vivienda, "бытовой отсек" en Ruso. También tiene un pequeño aseo,
pero no es tan bueno como los otros aseos por lo que intentamos no usarlo mucho. Tiene agua potable si necesitamos
algo de beber, y, por supuesto, está lleno
de cargamento para nosotros.
El Módulo de Equipamiento y Propulsión,
no accesible a los astronautas, contiene el oxígeno y los
tanques de combustible, lo propulsores, el ordenador de a bordo,
y varios sensores. Los tres tripulantes
monitorizan toda la información de la nave
y la Estación Espacial desde el Módulo de Descenso que reciben de tierra, de los ordenadores
a bordo y una pantalla óptica dónde ven el periscopio
que está montado en el exterior.
En la segunda transferencia orbital y
las maniobras finales de rendezvous, los astronautas vuelven a sus
sitios en este módulo. La segunda transferencia orbital lleva
a la Soyuz desde la órbita fase hasta la órbita de la Estación Espacial. Se denomina transferencia bielíptica y
requiere tres encendidos de motor en vez de dos como en la de Hohmann. Desde la órbita fase, los dos primeros
encendidos de motor llevan a la Soyuz hasta la órbita de la Estación Espacial. El tercer encendido, hace que el vehículo
viaje a la velocidad correcta para permanecer en la órbita
de la Estación Espacial.
Los encendidos de motor
de esta transferencia se calculan basándose
en la altura precisa de la órbita fase. Consecuentemente,
si dicha órbita es muy alta o muy baja, la Soyuz no podrá encontrarse con la
Estación Espacial como es esperado. La razón de usar la
transferencia bielíptica en lugar de la de
Hohmann se debe a que la Soyuz no sólo no alcanzará
la altitud correcta en las proximidades de
la Estación Espacial, sino que tampoco alcanzará
la velocidad deseada.
A pesar de estas maniobras
concretas, ¿qué pasaría si los propulsores fallaran
al decelerar la Soyuz y el vehículo viajara demasiado deprisa
mientras se acerca a la Estación Espacial? Esto podría acabar en
desastre, con la Soyuz colisionando con la Estación Espacial
en lugar de acoplarse. Para prevenir esto la Soyuz realiza un quemado lateral adicional. Esto modifica ligeramente su cambio orbital y hace imposible la colisión
entre ambos vehículos. Durante el proceso de rendezvous,
el ordenador a bordo de la Soyuz determina la posición y la velocidad de la
Soyuz y de la Estación Espacial continuamente.
Para ello, usa las medidas provistas
por los controladores de tierra y el sistema de radar Kurs. De este modo, todos los quemados de motor
durante el rendezvous se calculan y automatizan por
el ordenador de a bordo. [NESPOLI] La Soyuz navega en el espacio y
busca a la Estación Espacial con un sistema de radar especial llamado Kurs. Éste se enciende a 400 km de la
Estación Espacial, busca, busca, busca y, normalmente, ve la Estación Espacial y
establece contacto con ella a 180 kilómetros más o menos. A esa distancia no vemos realmente
la Estación Espacial. Es probablemente- incluso si
pudieras verla- es probablemente similar a cualquiera de las estrellas
que se encuentras en el espacio. Pero ves en la pantalla el ¨LOCK¨,
la indicación del software de que el radar ha establecido contacto
con la Estación Espacial.
El tercero y último
encendido de motor, de la mencionada anteriormente
transferencia bielíptica, es muy importante ya que coloca
al vehículo para realizar los procedimientos
de rendezvous cerca de la Estación Espacial
para el atraque final. [DE WINNE] Cuando haces
un encendido normal, el vehículo rota a dos
grados por segundo hacia la altitud correcta, y luego
tarda más o menos ocho minutos en empezar el encendido. Cuando estás cerca de la Estación Espacial
y tienes que frenar, esto, por supuesto, no funcionaría. Así que de pronto el vehículo
empieza a rotar bastante deprisa, tres grados y medio por segundo, y justo después, 50
segundos después, se enciende el motor. Y una vez el encendido
se ha completado, el vehículo inmediatamente
empieza a rotar de nuevo a la orientación normal, y la tripulación tiene que monitorizarlo
muy intensamente, y estos son verdaderamente los
picos más altos de carga de trabajo, para ver que todo esté bien, que
la rotación va bien, sabes que tienes el encendido, que
los valores de encendido estaban bien, rotas hacia atrás y entonces ves la
Estación Espacial en la pantalla principal.
[NESPOLI] Podíamos verla,
al principio un punto pequeño un poco más brillante que el
resto de las estrellas en el cielo, y después, poco a poco, empezamos
a ver una pequeña araña al principio, con los paneles solares y todo, y entonces se hizo aparente
que había un inmenso puesto remoto justo
frente a nosotros. Durante esta fase, el comandante de
la tripulación, sentado en el medio, da información vital e instrucciones
a sus compañeros de tripulación. Su carga de trabajo ha aumentado, hay
que revisar muchos parámetros y activar los sistemas.
Días antes del lanzamiento, un equipo
de expertos en dinámica de vuelo en los centros de control de misión
en Moscú y Houston, determinan la posición ideal y
la orientación de la Estación Espacial basadas en un análisis meticuloso
de las limitaciones que podrían afectar a las fases finales del cronograma de rendezvous. En primer lugar, debe haber
condiciones adecuadas de iluminación en el
momento del acople, para que la tripulación de la Soyuz
pueda ver la Estación Espacial sin quedar cegados o
bloqueados por el Sol. [NESPOLI] Todo depende de si la Estación
Espacial está iluminada, si está al sol puedes verla aunque estés
relativamente lejos de ella. Pero si la Estación
Espacial no está al sol, no puedes verla ni aun
estando cerca de ella.
Además, se han de evitar las fluctuaciones
mayores de temperatura de los elementos de la Estación Espacial,
como los paneles solares, para evitar deformaciones en la estructura. Por último, tiene que haber vías
de comunicación claras entre tierra, la Soyuz y
la Estación Espacial. El rendezvous es un proceso completamente automatizado
realizado por el ordenador a bordo. Aun así, el comandante tiene que
tomar el control manual por si tuviese que realizar un
acople manual de emergencia.
[DE WINNE] Si no ves la Estación Espacial
o algo pasa en ese momento, puede que tengas que
tomar el control manual. Y tienes que recordar muy bien dónde
está la Estación Espacial ahora, cuáles son las acciones que
vas a llevar a cabo, y estos son los momentos
más intensos que se pueden producir. El acople manual requiere dos controladores
de mano para pilotar el vehículo. El izquierdo para controlar la traslación y
el derecho para controlar la rotación. La tripulación está formada minuciosamente
en los procedimientos de acople manual, incluso practican hasta el último día
antes del lanzamiento en Baikonur. Aparte del acople de
emergencia, la tripulación puede utilizar su formación
en el control manual durante las maniobras de reacoplamiento. La Estación Espacial
recibe visitas constantemente de vehículos
Soyuz tripulados y de otras naves de
suministros no tripuladas. A veces es necesario reacoplar una
Soyuz ya acoplada y reacoplarla en otro
puerto en la Estación Espacial para dejar espacio
a las naves nuevas. Luca Parmitano lo hizo como
parte de la Expedición 37. [PARMITANO] Mi tripulación
fue una de las pocas capaces de llevar a
cabo un acople manual y salió sin problemas.
Estábamos entusiasmados porque es algo para
lo que te has formado durante mucho tiempo, y fuimos capaces de hacerlo. Aparte de este caso en
concreto, la secuencia rutinaria de acople
es automatizada. y la función principal de la
tripulación es monitorizar los sistemas para asegurar
procedimientos nominales. En etapa, durante el acople rutinario, la velocidad relativa del vehículo
continúa disminuyendo al igual que la distancia
entre ambos vehículos. [DE WINNE] A 400 metros de la
Estación Espacial comienza una nueva fase. Fase que llamamos maniobra de aproximación. Durante esta fase el vehículo no está
apuntando al puerto de acople deseado, pero sí a una de las antenas
Kurs de la Estación Espacial. Cuando el vehículo alcanza los
150 m se para y cambia su orientación para apuntar
al puerto de acople seleccionado. Entonces la Soyuz realiza
una segunda maniobra de aproximación para alinearse
con el puerto de acople, manteniendo una distancia de 150 m. Una vez alineado con el puerto de
acople, la tripulación selecciona la orden para la última etapa:
la aproximación final. La pantalla del ordenador de la Soyuz
utiliza datos del Kurs para proveer a los astronautas
de la información necesaria sobre el rendezvous y las
maniobras de acople.
Entre otras lecturas, me muestra por pantalla la
distancia a la Estación Espacial, en este caso se muestra cinco metros, así como la velocidad relativa
durante el acercamiento, en este momento de 10 cm/s. Ésta y otra información se superpone
al video en tiempo real real, para monitorizar la
alineación del objetivo. <<Cinco metros, cero, uno, dos… objetivo
en el centro, cruces alineadas.>> <<Esperando para contacto y captura
de la Estación Espacial Internacional.>> El contacto se produce
tan pronto como la sonda toca el cono de entrada
del puerto de acople.
Entonces los propulsores dan un
empujón extra a la Soyuz, y el mecanismo de acople
asegura la captura. <<Esperando para contacto.>> <<Contacto.>> <<Captura mecánica.>> <<Y contacto y captura confirmados.>> [PARMITANO] Creo que aquí se
produjo el impacto. Diría que a unas cuatro o
cinco pulgadas del centro. ¡Bastante bien tras viajar durante
un par de millones de millas! [DE WINNE] La sonda se retira
para acercar los vehículos entre sí y cuando están muy cerca
el uno del otro, menos de dos o tres milímetros,
el pestillo empieza a cerrarse. Y cuando estos pestillos
están completamente cerrados pueden soportar
aguantar una presión enorme que se corresponde con 16 toneladas de
fuerza para cada uno de los pestillos y la Soyuz tiene 8 de ellos.
[NESPOLI] Y esto no es
suficiente porque puede haber algo dentro de
las juntas tóricas, algo de suciedad o escombros,
que no permiten que se selle bien. Así que se aspira y se depresuriza de una manera muy astuta que verifica que
cada uno de estos compartimientos está
perfectamente hermetizado. Y sólo en este momento- y por cierto,
esto dura diría que una hora o de una a dos horas. Sólo entonces, cuando se comprueba
que todo está perfectamente sellado, sólo entonces puedes abrir la escotilla de
la Estación Espacial y de la Soyuz, y la tripulación puede
entrar en la Estación Espacial. [PARMITANO] Y lo que solemos hacer
es golpear la escotilla que da a la
Estación Espacial, ellos golpean de vuelta; sabemos que hay
alguien más al otro lado <<Y las escotillas entre
la nave espacial Soyuz y la Estación Espacial Internacional
se abren a las 11:14 PM hora central.>> [PARMITANO] En ese momento hay
abrazos y sonrisas para todos.
Los astronautas están ya a salvo a bordo
de la Estación Espacial Internacional, su casa durante los próximos seis meses..