Lanzamiento y acoplamiento de la Soyuz MS-04

Por Daniel Marín, el 21 abril, 2017. Categoría(s): blog ✎ 36

Hoy ha despegado una Soyuz con solo dos cosmonautas en vez de tres, la primera vez que ocurre algo así desde la misión Soyuz TMA-2 en abril de 2003. El 20 de abril de 2017 a las 07:13 UTC despegó la Soyuz MS-04 (11F732 Nº 735, para la NASA 50S) mediante un cohete Soyuz-FG (Nº U15000-065) desde la Rampa Número 5 (PU-5 o 17P32-5, Gagarinski Start o ‘Rampa de Gagarin’) del Área 1 del Cosmódromo de Baikonur. La tripulación estaba formada por el ruso Fiodor Yurchijin (comandante, KK) y el estadounidense Jack Fisher (ingeniero de vuelo 1, BI-1). Este ha sido el 21º lanzamiento orbital de 2017 (el 20º exitoso) y el primero tripulado. También ha sido el segundo lanzamiento de un cohete Soyuz este año.

Lanzamiento de la Soyuz MS-04 (NASA).
Lanzamiento de la Soyuz MS-04 (NASA).

El callsign (позывные) de la misión era Olimp y, por otro lado, los dos cosmonautas han decidido bautizar a la MS-04 con el nombre de Argo. La Soyuz MS-04 fue construida originalmente como la 11F732 Nº 735 y debía haber sido lanzada con el nombre de Soyuz MS-05, pero un fallo en el sistema de control térmico de la cápsula (SA) de la Nº 734 obligó a cambiar de vehículo. La Nº 734 volará finalmente como la Soyuz MS-06 en septiembre de 2017. La tripulación de reserva estaba formada por Serguéi Ryazansky y Randolph Bresnik.

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La Soyuz MS-04 se aproxima a la ISS (NASA).

La Soyuz MS-04 se acopló con el módulo Poisk del segmento ruso de la ISS a las 13:18 UTC tras realizar cuatro órbitas. Las escotillas entre los dos vehículos se abrieron a las 15:25 UTC y los dos cosmonautas pasaron a formar parte de la Expedición 51 de la estación espacial. La reducción de tres a dos cosmonautas se debe a la intención de Roscosmos de ahorrar dinero por culpa de la crisis y del retraso —¿indefinido?— del módulo Nauka.

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Emblema de la Expedicicón 51 (izquierda), Soyuz MS-04 (centro) y Expedición 52 (NASA).

Este es el quinto vuelo espacial de Fiodor Nikoláevich Yurchijin (Фёдор Николаевич Юрчихин), de 58 años. Yurchijin fue elegido cosmonauta de RKK Energía en 1997 y ha participado en las misiones STS-112, Soyuz TMA-10, Soyuz TMA-19 y Soyuz TMA-09M, además de haber realizado un total de ocho paseos espaciales. Ha acumulado un total de 537 días en el espacio. Para Fischer, de 43 años, esta es su primera misión espacial. Fischer, coronel de la USAF, fue seleccionado como astronauta de la NASA en 2009. Antes de ser astronauta Fischer participó en misiones de combate en Afganistán e Irak pilotando aviones F-15E. Yurchijin y Fischer permanecerán 135 días en la ISS y regresarán el 3 de septiembre junto con Peggy Whitson, actualmente en la estación.

Fiodor Yurchijin (Roscosmos).
Fiodor Yurchijin (Roscosmos).
Jack Fischer (Roscosmos).
Jack Fischer (Roscosmos).

Soyuz MS-04

La serie Soyuz MS (‘sistema modernizado’) incorpora varias modificaciones con respecto a las anteriores Soyuz TMA-M, aunque algunas ya se han puesto en servicio en vuelos anteriores. Las modificaciones incluyen el sistema ASN-K que usa el sistema de posicionamiento GLONASS (y GPS si es necesario) para ayudar a las tareas de navegación de la nave. También destaca el empleo del sistema EKTS de telemetría, que incluye el sistema Kvant-V, que hará uso de los satélites de retransmisión del sistema Luch-5 situados en órbita geoestacionaria para enviar y recibir datos desde el 70% de la órbita aproximadamente. Este sistema, equivalente al TDRSS de la NASA, permite ampliar la limitada cobertura de las estaciones de tierra rusas hasta el 83% del tiempo.

Modificaciones de la Soyuz MS (www.sputnik87.wordpress.com).
Modificaciones de la Soyuz MS (www.sputnik87.wordpress.com).

El sistema de acoplamiento mediante radar Kurs-A ha sido sustituido por el nuevo Kurs-NA. La antena giratoria 2AO-VKA y tres antenas AKR-VKA del Kurs-A han sido reemplazadas por la nueva antena AO-753A. La antena 2ASF1-M-VKA, la más llamativa al estar situada en un mástil sobre el módulo orbital (BO), sigue estando presente. Otras mejoras son los nuevos sensores de velocidad angular BDUS-3A, nuevos faros SFOK con LED, nuevas capas de material protector externo contra micrometeoros y un nuevo sistema digital que sustituye al sistema de televisión analógico Kliost. Las Soyuz MS llevan además nuevos paneles solares más eficientes con 1,1 metros cuadrados de superficie adicional, una quinta batería (906V) de 155 Amperios-hora en el módulo PAO, el nuevo grabador de datos de vuelo (‘caja negra’) reutilizable SZI-M y también se ha cambiado la distribución de los propulsores de maniobra DPO.

Nave Soyuz

La Soyuz TMA es una nave de unos 7200 kg de masa y una longitud de 7,48 metros, con un diámetro máximo de 2,72 metros y una envergadura con los paneles desplegados de 10,7 metros. Tiene capacidad para tres cosmonautas y posee un volumen habitable de nueve metros cúbicos.

Nave Soyuz (Paco Arnau/ciuda-futura.net).
Nave Soyuz (Paco Arnau/ciudad-futura.net).
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Nave Soyuz TMA (ESA).

La nave está dividida en tres módulos:

  • Módulo orbital o de vivienda (BO, Бытовой Отсек): tiene una masa de 1300 kg y unas dimensiones de 2,98 x 2,26 metros, con un volumen habitable de 5 metros cúbicos. Tiene una única ventanilla frontal que antes se empleaba durante los acoplamientos. Dispone de dos escotillas, una lateral que se emplea en la rampa de lanzamiento para el acceso de la tripulación a la nave y otra frontal de 80 cm. Está conectado al SA mediante 12 pernos explosivos. Sobre esta escotilla frontal está instalado el sistema de acoplamiento desmontable. La escotilla está rodeada por un anillo de acoplamiento con conexiones eléctricas e hidráulicas con la ISS. En su interior se almacenan los víveres para los dos días de viaje hasta la ISS, además de contar con sistemas de soporte vital similares a los del SA. En el exterior del BO se localizan las antenas de radar del sistema de acoplamiento automático Kurs.

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  • Módulo de descenso (SA, Спускаемый Аппарат): tiene una masa de 2900 kg y unas dimensiones de 2,24 x 2,17 metros, con un volumen habitable de 3,5 metros cúbicos. En su interior pueden viajar hasta un máximo de tres cosmonautas durante el lanzamiento y la reentrada. Está dotado de un escudo térmico de ablación que se separa antes del aterrizaje y es la única parte de la nave que regresa a al Tierra. Se conecta con el BO mediante una escotilla de 80 centímetros de diámetro. Dispone de dos ventanillas y un periscopio para facilitar las maniobras de acoplamiento. Para poder maniobrar durante la reentrada y reducir la deceleración, dispone de ocho pequeños propulsores de 10 kgf de peróxido de hidrógeno. Tiene dos paracaídas, uno principal y otro de reserva, cada uno de ellos compuesto a su vez por cuatro cúpulas (dos paracaídas pilotos, uno de frenado y otro principal). En su base hay seis pequeños cohetes de combustible sólido (DMP) que frenan el descenso. Es capaz de amerizar en caso de emergencia.

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  • Módulo de servicio o de propulsión (PAO, Приборно-Агрегатный Отсек): tiene unas dimensiones de 2,26 x 2,15 metros y 2600 kg. A su vez está dividido en tres partes. Primero tenemos el módulo intermedio o PKhO (переходной отсек, ПхО), una sección no presurizada que une el PAO con el SA por 10 puntos (cinco con pernos explosivos) y donde se encuentran algunos motores de maniobra. Una sección de instrumentación presurizada, PO (приборный отсек, ПО) donde se encuentra la aviónica de la nave, incluyendo el ordenador central. Por último está la sección de propulsión (AO, агрегатный отсек) donde se encuentran los tanques de combustible hipergólico (900 kg de UDMH y tetróxido de nitrógeno), el motor principal, las baterías, los paneles solares (con un área de 10 m² y una envergadura de 10,6 m) y el radiador de 8 m². El motor principal es parte del sistema SKD, que a su vez pertenece al sistema KTDU (o KDU, Комбинированная Двигательная Установка, КДУ, «Instalación Propulsora Combinada»). El motor recibe la denominación de KTDU-80 y tiene un empuje de 316 kgf. Este motor se puede encender un total de 40 veces con una Delta-V total de 390 m/s. Además del KTDU, el PAO incluye 16 motores DPO-B de 13,3 kgf y 12 DPO-M de 2,7 kgf para control de actitud del vehículo.

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Partes de una Soyuz TMA (RKK Energía).
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Módulos de la Soyuz (Roscosmos).
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Traje Sokol-KV2 (RKK Energía).

Versiones de naves Soyuz:

  • 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-T (11F615A8): versión de la Soyuz para misiones a las estaciones Salyut. La primera versión, para la Salyut 1, incluía paneles solares y podía transportar a tres cosmonautas sin trajes de presión. Tenía una masa de 6800 kg y una longitud de 7,5 metros. La siguiente versión, 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). Se lanzaron 26 Soyuz 11F615A8.
  •  Soyuz 7K-T (11F615A9): versión de la 7K-T para las estaciones militares Almaz Salyut 3 y Salyut 5. Masa: 6700 kg. Se lanzaron 7 unidades.
  • Soyuz 7K-TM (11F615A12): versión de la 7K-T desarrollada para el programa Apolo-Soyuz con paneles solares. Masa: 6550 kg (1974-1976). Se lanzaron un total de 5 unidades.
  • 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). Se lanzaron 20 unidades.
  • 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). Se lanzaron 34 unidades.
  • Soyuz TMA (11F732A17): modificación de la Soyuz TM financiada por la NASA para ampliar el rango de alturas permitidas a los tripulantes. También tenía un panel de control digital completamente nuevo (2002-2011). Se lanzaron 22 unidades.
  • Soyuz TMA-M (11F732A47): modificación de la Soyuz TMA con un nuevo ordenador TsVM-101 en vez del Argon-16 y telemetría digital (2010-2016). Se lanzaron 20 unidades.
  • Soyuz MS (11F732A48): última versión de la Soyuz con sistemas mejorados introducida en 2016.

Secuencia del lanzamiento de un cohete Soyuz-FG:

El cohete Soyuz-FG (11A511U-FG) es un cohete de tres etapas basado en el Soyuz-U y fabricado por TsSKB Progress en la ciudad de Samara. Esta versión del mítico Semyorka fue introducido en 2001. Tiene unas dimensiones de 49,5 x 10,3 m, una masa al lanzamiento de 305 t y una capacidad en LEO (200 km) de 7,13 toneladas. Quema queroseno (RP-1) y oxígeno líquido en todas sus etapas.

La primera etapa está formada por cuatro bloques aceleradores (Bloques B, V, G y D) de 19,6 x 2,68 m y 43,4 toneladas al lanzamiento que cuentan con motores de cuatro cámaras y dos vernier RD-107A (14D22, derivados de los RD-107). Cada RD-107A tiene un empuje de 838,5-1021,3 kN y un impulso específico de 263,3-320,2 s. La primera etapa funciona durante 118 s.

La segunda etapa o etapa central (Bloque A), de 27,1 x 2,95 m y 99,5 toneladas al lanzamiento, emplea un RD-108A (14D21, derivado del RD-108) con cuatro vernier. Este motor tiene un empuje de 792,48-990,18 kN y un Isp de 257,7-320,6 s. Funciona durante 288 s. La primera y la segunda etapa reciben la designación conjunta de 11S59.

La tercera etapa (Bloque I), de 6,7 x 2,66 m y 25,3 t, usa un RD-0110, con un empuje de 297,93 kN y 326 s de Isp. Funciona durante 250 s.

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Cohete Soyuz-FG (Paco Arnau).

Fases del lanzamiento:

  • T-6 horas: se instalan las baterías del cohete.
  • T-5:30 h: la comisión estatal autoriza el lanzamiento.
  • T-5:15 h: la tripulación llega al edificio MIK-KA (Área 254).
  • T-5 h: comienza la carga de queroseno en el Soyuz FG.
  • T-4:20 h: la tripulación comienza a vestirse con las escafandras Sokol KV2.
  • T-4 h: comienza la carga de oxígeno líquido en el cohete.
  • T-3:10 h: la tripulación es autorizada al lanzamiento por la comisión estatal en una ceremonia fuera del MIK-KA. T-3:05 h: la tripulación se traslada a la rampa de lanzamiento.
  • T-3 h: finalización de la carga de propergoles en el cohete.
  • T-2:35 h: la tripulación llega a la rampa.
  • T-2:30 h: la tripulación se introduce en la Soyuz a través del módulo orbital (BO).
  • T-2 h: la tripulación está ya sentada en el interior de la cápsula (SA). Se retira la tapa del filtro de hidróxido de litio para eliminar el dióxido de carbono. Se cierran las escotillas del BO y el SA.
  • T-1:45: pruebas de los equipos del SA. Comienza la ventilación de los trajes Sokol.
  • T-1:30 h: se comprueba la hermetización del módulo orbital de la Soyuz.
  • T-1 h: se activan los giróscopos del cohete.
  • T-45 minutos: se retiran las dos estructuras de servicio principales.
  • T-40 m: finalizan los chequeos de los sistemas de la nave. Se comprueba la presurización de los trajes Sokol.
  • T-30 m: se arma la torre de escape.
  • T-25 m: las torres de servicio completamente bajadas.
  • T-15 m: finaliza la comprobación de presurización de los trajes.
  • T-10 m: los giróscopos están listos. La tripulación activa los grabadores de vuelo.
  • T-7 m: finalización de las operaciones anteriores al lanzamiento.
  • T-6:15 m: se da la orden de listos para el lanzamiento y se activan los sistemas automáticos para el despegue.
  • T-6 m: todas las instalaciones están listas para el lanzamiento.
  • T-5:30 m: separación de las conexiones eléctricas e hidráulicas de la Soyuz (Сброс ШО объекта).
  • T-5 m: los sistemas del cohete y la nave pasan a control interno. Se activan los controles del comandante y la tripulación cierra los visores de los cascos. Se introduce la llave de lanzamiento en el búnker: orden kliuch na start (Ключ на старт). Comienza la secuencia automática de lanzamiento.
  • T-4:10 m: comienzo de la telemetría del cohete. Orden Protyazhka 1 (Протяжка 1).
  • T-4 m: se purga con nitrógeno las cámaras de combustión de la primera y segunda etapa del cohete (para evitar explosiones). Orden Produvka (Продувка).
  • T-3:15 m: purga con nitrógeno de los motores completada.
  • T-3:10 m: comienzo de la emisión de la telemetría de la Soyuz. Orden Protyazhka 2 (Протяжка 2).
  • T-2:30 m: comienza la presurización con nitrógeno de los tanques de combustible.
  • T-2:15 m: se cierran las válvulas de seguridad de los tanques de propergoles. Se finaliza el llenado de oxígeno líquido y nitrógeno. Orden Kliuch na drenazh (Ключ на дренаж).
  • T-1:25 m: los tanques se encuentran presurizados. Orden Nadduv (Наддув).
  • T-1 m: el cohete pasa a alimentarse de sus baterías y se separa la primera torre de umbilicales eléctricos e hidráulicos de la primera etapa. Orden Zemlyá-bort (Земля-борт).
  • T-40 s: se separa la torre de los umbilicales eléctricos de la tercera etapa.
  • T-20 s: se encienden todos los motores del cohete. Orden Pusk (Пуск, «lanzamiento»).
  • T-15 s: se separa la segunda torre de umbilicales conectados a la primera etapa.
  • T-10 s: las turbobombas de los motores giran a la máxima velocidad.
  • T-5 s: los motores de la primera etapa a máxima potencia.
  • T-0 s: se retiran las cuatro torres principales del «tulipán» que mantienen al cohete en su posición. Orden Kontakt Podyoma (Контакт подъёма).

Despegue

  • T+20 s: comienza la maniobra de cabeceo del cohete a 800 m de altura.
  • T+65 s: máxima presión dinámica (Q max), 11,1 km de altura y 455 m/s.
  • T+1:53,38 m: separación de la torre de escape.
  • T+1:57,8 m: separación de los cuatro bloques de la primera etapa («cruz de Korolyov»). 41,5 km y 1560 m/s.
  • T+2:37,48 m: separación de la cofia.
  • T+4:47,30 m: separación de la segunda etapa a 170 km de altura y 21600 km/h.
  • T+4:57,05 m: separación de la sección trasera de la tercera etapa.
  • T+8:44,96 m: apagado de la tercera etapa.
  • T+8:48,26 m: separación de la Soyuz. Despliegue de las antenas y paneles solares. Traslado del control de la misión al TsUP, en la ciudad de Korolyov (afueras de Moscú).
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Fases del vuelo (Roscomos).
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Zonas de caída de las fases del Soyuz (Roscosmos).
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Zonas de caída del Soyuz (Roscosmos).

Maniobras orbitales para llegar a la ISS según el TsUP:

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La Soyuz MS-04 en el MIK-KA de Baikonur:

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Pruebas de presurización en la cámara de vacío:

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Prueba de los paneles solares:

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Entrenamiento de la tripulación en el TsPK:

Llegada de las tripulaciones principal y de reserva a Baikonur procedentes del TsPK de Moscú:

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Ceremonia de izado de banderas en el Hotel de los cosmonautas:

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Primera visita a la Soyuz y prueba de las escafandras Sokol KV2:

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Carga de combustible en la Soyuz:

Acoplamiento de la Soyuz con el segmento PkhO que la une con la tercera etapa del lanzador:

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Inserción en la cofia (GO):

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visita de la tripulación a la Soyuz y traslado al edificio MIK-112 para integración con el lanzador:

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Visita de la tripulación al Museo de Baikonur:

Unión con la torre de escape (SAS) y tercera etapa (Bloque I):

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Unión con la primera y segunda etapas:

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Traslado a la rampa:

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Preparativos finales de la tripulación y ceremonia de plantar un árbol en el Hotel de los Cosmonautas:

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Rueda de prensa de la tripulación de antes del lanzamiento:

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La tripulación camino a la nave:

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Lanzamiento:

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Acoplamiento con la ISS:

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36 Comentarios

  1. Muy buen artículo, la verdad es que te enseña de todo sobre la misión.
    Pero una cosa que pregunto, donde están las imágenes de la cámara exterior del cohete? Porque no hemos visto imágenes suyas?

    Saludos jorge m.

  2. ¿Retraso ‘indefinido’ del módulo Nauka? Esperemos que no: está previsto desde al menos noviembre de 2016 que el módulo Nauka se lanzará en la segunda mitad de 2018. El plan es que en diciembre de este año, 2017, mientras en la ISS se libera un puerto del módulo Zvezdá, el Nauka sea trasladado a Baikonur y pase allí un año de pruebas. A partir de septiembre de 2018 las Soyuz volverán a llevar tres astronautas a la ISS. El módulo Nauka será lanzado en diciembre. El módulo UM, que está ya construido y bajo custodia de RKK Energía, y el módulo NEM, que está siendo testeado por TsNIIMash, se lanzarán en 2019. Si todo va bien, los módulos rusos llegarán con tiempo de sobra para la ‘desconexión’ en 2024.

      1. Bueno, llevan desde 2013 descontaminando cientos de tuberías, válvulas y thrusters, y reemplazando elementos contaminados donde ha sido posible. El problema son los seis grandes tanques cilíndricos que rodean el módulo y que son irremplazables. Hasta ahora los intentos de limpiarlos han fracasado. Los responsables del proyecto decidieron, a principios de este mes, cortar y abrir los tanques, limpiarlos a fondo y restaurarlos. Nadie sabe cuánto tiempo les llevará. La operación, al parecer, es muy delicada: si los dañan por dentro o si ni así logran descontaminarlos, se acabó. La estimación más optimista prevé un retraso de un año para el lanzamiento del Nauka (finales de 2018), pero, ciertamente, no hay garantía de nada. Si lo logran, en 2019 podríamos ver, al fin, el segmento ruso completado y operativo en la ISS hasta su desconexión en 2024. Si no lo logran, pienso que no tendría mucho sentido la participación rusa en la ISS más allá de 2018-2020.

          1. Se trata de partículas metálicas de 0,2 a 0,8 milímetros de tamaño. Al parecer los técnicos habían serrado partes del módulo (para hacer sitio al brazo robótico europeo) sin protegerlo adecuadamente de las virutas. Una chapuza carísima.

  3. ¿Es una vaga impresión, o me ha parecido ver un buen rollito superior al suele haber entre las tripulaciones? ¡Es como si fueran amigos de toda la vida!

  4. Una entrada muy completa, como siempre. Como anécdota hay que decir que en el asiento que dejaron vacío sin cosmonauta se incluyó 70 kg adicionales de carga, por eso de aprovechar el espacio.
    Por cierto, la primera foto es genial. Lo que daría yo por estar allí haciendo fotos en el despegue..fiuuu..

    1. Como anécdota hay que decir que en el asiento que dejaron vacío sin cosmonauta se incluyó 70 kg adicionales de carga, por eso de aprovechar el espacio.

      Con lo que cuesta el kg a la órbita, más les ha valido llenarlo a tope. : D

  5. Hola Daniel, actualmente esta semana en la ESA se celebra la jornada sobre desechos espaciales, que se hace cada 4 años. No se si tenías pensado hacer un post-resumen sobre este gran problema, pero creo que sería una buena idea futura. Genial artículo como siempre! gran calidad! un cordial saludo!

      1. Hilario, en el escueto informe dicen que presuntamente fue fallo de válvulas que alimentan el motor, pero esto fue ayer, veremos si luego dicen algo más.
        Saludos.

    1. Hay un video donde se ve el palazo de la caída, filmado según parece por un vecino de Pipinas.

      Respecto de lo dicho por Roberto de Necochea, es tal cual, si a la ignorancia campante en los medios sobre temáticas de ciencia & tecnología, le sumamos que cualquier cosa que suceda será leída como apologética o diatriba de tal o cual gobierno, mejor así.

      Quizá eso es lo que explica el hermetismo informativo al que nos tiene acostumbrados la CONAE, que debe competir bastante pareja con la de Korea del Norte, por decir

  6. Me parece fantástico que Yurchijin tenga 58 años. Es la prueba de que para ser astronauta lo que cuenta son los conocimientos y la experiencia. Atrás quedaron las pruebas físicas casi insuperables, y ahora cualquier persona sana y con una forma física normal puede serlo.

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