Sigue la polémica alrededor del descenso balístico de la Soyuz TMA-11. Mientras que para unos fue un descenso normal, para otros, los astronautas estuvieron a punto de matarse.

No ayudado mucho a aclarar la situación el que la primera astronauta surcoreana, Yi So-yeon (이소연), haya declarado que el aterrizaje fue tremendamente duro y que pensaba que iba a morir.

A ver, vayamos por partes, como las integrales. El hecho de que el impacto contra el suelo fuese especialmente duro (si es que lo fue) no tiene nada que ver en principio con el descenso balístico que llevó a cabo la nave. La velocidad final de aterrizaje depende del tipo de paracaídas usado (principal o de reserva) y los retrocohetes de frenado. No se trata de la primera declaración, y me temo que tampoco de la última, donde se confunden conceptos muy distintos.

Puesto que se está hablando mucho (y generalmente de forma poco correcta) sobre el aterrizaje de una Soyuz, veamos algunos detalles del descenso, una fase que todavía sigue rodeada en el misterio para mucha gente.

Como ya hemos señalado en anteriores entradas, durante una entrada normal la cápsula Soyuz o Módulo de Descenso, SA (спускаемый аппарат, СА) puede reducir la deceleración controlando su posición. Esto es posible gracias a que la forma de campana del SA y la posición de su centro de masas generan una minúscula, pero significativa, fuerza de sustentación. Una cápsula esférica (como la Vostok) no puede generar sustentación alguna, por lo que el frenado atmosférico se presenta en toda su crudeza, alcanzando 8-9 g. Este tipo de entrada se denomina balística. Si una Soyuz es incapaz, por el motivo que sea, de mantener la orientación adecuada, se comportará como una cápsula esférica y sufrirá una entrada balística. La pequeña sustentación de las Soyuz permite un regreso más confortable para la tripulación (4-5 g), además de poder controlar mejor el punto exacto de aterrizaje.

Sustentación (eje vertical) de varios vehículos durante la reentrada dependiendo de su forma.

La maniobra de reentrada comienza cuando el motor principal se enciende para frenar a la nave. 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). La Soyuz se separa de la ISS normalmente 1,5 órbitas (unas dos horas) antes del encendido. La duración exacta del encendido depende de la masa de la nave, algo que varía en cada misión, pero no suele exceder los 260 segundos.

Aunque la separación de los módulos se produce después del encendido de frenado, la tripulación tiene la posibilidad de liberar el módulo orbital antes en caso de emergencia. Las primeras Soyuz TM siguieron este procedimiento, que permite aumentar la masa útil del vehículo, pues el motor principal SKD del sistema KDU debe frenar una masa menor. Sin embargo, en 1988 la Soyuz TM-5 no pudo encender el motor tras haberse desprendido del BO. Puesto que en este módulo se hallan parte de los sistemas de soporte vital y víveres, el tiempo que la tripulación puede permanecer en órbita sin un BO es muy limitado. Aunque al final la Soyuz TM-5 logró regresar, el susto provocó que se volviese a la antigua costumbre de separar los módulos tras el frenado.

Los módulos se separan 22,5 minutos tras el encendido (un cuarto de órbita), a unos 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 1030×68 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 bastante intensos. Durante esta fase, las comunicaciones con la nave se realizan a través de la antena ABM-273, integrada en el anillo de la escotilla de entrada.

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). 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 utiliza el sistema SIO-S (Sistema de Control a Reacción del Descenso), formado por 10 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. Cuando la cápsula se encuentra en la atmósfera colgando del paracaídas y el escudo térmico se ha desprendido, el sistema SIO-S ya ha cumplido su función, por lo que se abren todas las válvulas para eliminar el peróxido restante (el SA almacena unos 30 kg).

Esquema de los propulsores del sistema SIO-S (NASA).

Durante la reentrada, el ordenador (BTsVK) se apoya además en los datos de los sensores de velocidad angular (BDUS), acelerómetros (BSA) y el giróscopo (SG). 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. En esta fase, los ángulos de cabeceo y guiñada permanecen fijos y el ordenador se encarga de controlar el ángulo de giro para aumentar o disminuir la sustentación de la cápsula para permanecer así dentro de la ruta de descenso. También es posible una reentrada controlada de forma manual (RUS), aunque suele ser menos precisa que una automática. Personalmente, no conozco ninguna reentrada en modo RUS de una Soyuz TM o TMA. Si algún lector conoce alguna, que lo indique en los comentarios, por favor.

Si una reentrada controlada, tanto AUS como RUS, no es posible, la nave entra automáticamente y de forma irreversible en modo de Descenso Balístico o BS (БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ СПУСК, БС). Esto es lo que ha ocurrido con las Soyuz TMA-1, TMA-10 y TMA-11. Es importante destacar que el descenso balístico no es en sí mismo una «emergencia», sino un modo de entrada que permite que los astronautas sobrevivan aunque se haya producido algún incidente que impida el control activo de la cápsula. De hecho, es perfectamente posible seleccionar de antemano un descenso balístico si así se desea. Durante este tipo de reentrada la cápsula gira sobre si misma a una velocidad de 12,5º por segundo y el ordenador de abordo amortigua cualquier otro movimiento lateral. De este modo se pierde la sustentación generada por el centro de masas desplazado, pero a cambio las cargas térmicas, más elevadas que en el caso de una entrada normal, se distribuyen de forma más homogénea. Si el descenso balístico nominal tampoco es posible, se activa el Descenso Balístico de Reserva o BSR (БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ СПУСК РЕЗЕРВНЫЙ, БСР). En este caso la velocidad de giro es de 18º/s, ya que se presupone que el ordenador es incapaz de amortiguar movimientos laterales. En cualquier caso, la zona de aterrizaje quedará situada a unos 400 km por detrás de la planeada.

Vista de la fase de reentrada a través de una escotilla de la Soyuz. Imagen tomada por Roberto Vittori (ESA).

Es importante recalcar que el descenso balístico no es posible sin un mínimo grado de control activo por parte del ordenador de la nave. Digo esto porque a veces se da a entender que aunque los sistemas de la cápsula fallen totalmente, la nave podría regresar sin problemas a la Tierra. Como vemos esto no es así, pues es necesario mantener una determinada velocidad angular durante un descenso balístico para evitar una posible pérdida del vehículo y su tripulación.

Una vez que la cápsula alcanza los 10 km de altura, los sensores barométricos activan la señal de desprendimiento de la cubierta del contenedor del paracaídas principal (OSP), liberando automáticamente el paracaídas piloto (en realidad, son dos paracaídas similares), que arrastra a su vez al paracaídas de frenado. Éste reduce la velocidad de descenso de 230 m/s a 90 m/s. Una vez alcanzada esta velocidad, 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.

Detalle del paracaídas de una Soyuz (NASA).

Durante el descenso el SA cuelga de forma asimétrica de los cables del paracaídas principal. 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-U, 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) que frenarán la velocidad de la nave hasta los 2 m/s. Estos cohetes se encienden a 0,8 m de altura y, dependiendo de la velocidad de la nave, se activarán solamente cuatro (lo normal) o seis. El encendido se produce gracias a un altímetro de rayos gamma (GLV) 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 un motor de combustible sólido de frenado de la Soyuz.

Una vez en tierra se activa el sistema de ventilación (la nave ya no depende de sus reservas de oxígeno) y tras esperar unos segundos para asegurarse de que se encuentra en terreno firme, el comandante activa la desconexión pirotécnica de una de las dos cuerdas de sujeción del paracaídas, para evitar el arrastre de la cápsula en condiciones de vientos fuertes. Normalmente la cápsula suele rodar unos metros y quedar en posición lateral, aunque es posible que quede situada verticalmente.

La Soyuz cuenta con un paracaídas de reserva (ZSP), más pequeño que el principal, que se activa de forma automática a los 6,5 – 5,5 km de altura si la velocidad de descenso es mayor de 18 m/s. El ZSP garantiza una velocidad final antes del encendido de los retrochetes de 10 m/s. Además, el SA está preparado para un posible amerizaje.

Unos pocos minutos después de que la cápsula se haya detenido sobre el suelo, se despliega pirotécnicamente la antena ABM-279 (onda corta y VHF), situada en la parte delantera. En la parte trasera, la nave cuenta con tres antenas ABM-274 (VHF). Si la cápsula ha quedado en posición horizontal, se despliega la antena que esté situada en la parte superior. Si la ABM-279 se ha desplegado a ras de suelo, la tripulación deberá instalar manualmente una antena de onda corta para comunicaciones. Estas antenas permiten la localización de la Soyuz por parte del equipo de rescate. La escotilla de la cápsula sólo puede abrirse desde dentro por la tripulación. Si ésta se halla impedida por cualquier motivo, el equipo de rescate puede coger una de las tres «llaves» que se encuentran en la parte trasera del vehículo para abrir la escotilla.

Localización de los cohetes de frenado y las antenas en la parte trasera de una Soyuz TMA (NASA).

Vista trasera de la Soyuz TMA-11 (NASA).

A veces se pueden desplegar hasta dos antenas ABM-274 si se encuentran a la misma altura aproximadamente (NASA).

Como vemos, el descenso de una Soyuz es un proceso bastante complicado que necesita del correcto funcionamiento de muchos sistemas para que finalice exitosamente.

Resulta ilustrativa a este respecto la última entrevista que ha dado Peggy Whitson. Cuando le preguntan sobre las declaraciones de la astronauta surcoreana, la estoica Peggy responde:

Non professionals probably don’t have the same understanding of the risk they’re taking, probably. I think some of them do, it’s hard to tell. I think it depends on their background. It is a risk that we are taking every time we launch and every time we land. As a professional, I think all of us accept that risk and understand, or choose, to take that risk. I think for people who aren’t maybe as well educated or haven’t been associated with the space program as long, maybe they don’t fully understand the risks or understand what will be happening to them as a part of a nominal process.

A eso se llama dejar las cosas claras.

Ilustrativo vídeo de la reentrada de una Soyuz vista desde la ISS, comentado por López Alegría. Se aprecia como la cápsula, a la izquierda, destaca menos que el BO y el PAO, que se están desintegrando en la atmósfera.

En este otro vídeo vemos el aterrizaje de la Soyuz TMA-9. Destaca el encendido de los retrocohetes justo antes del contacto con el suelo. También podemos ver cómo el equipo de rescate rueda la cápsula, que se hallaba invertida, y procede a su apertura.

Animación de la reentrada y descenso de una Soyuz.