21KS: la “moto espacial” soviética

Por Daniel Marín, el 13 marzo, 2009. Categoría(s): Astronáutica • Historias de la Cosmonáutica • Rusia ✎ 4

(Al hilo del último concurso Eureka, podemos aprovechar la ocasión para aprender un poquito más sobre la mochila propulsora 21KS usada en la Mir)

El 6 de diciembre de 1989 comenzó una nueva era para la estación espacial Mir con el acoplamiento del módulo Kvant-2, que había sido lanzado el 26 de noviembre anterior. Se trataba del segundo módulo que se acoplaba con la estación tras el Kvant, pero su diseño era completamente diferente. Aunque ambos módulos estaban basados en diseños de Vladímir Cheloméi, el Kvant era del tipo 37K (más pequeño) y necesitaba un módulo propulsor para acoplarse a la estación, mientras que el Kvant-2 era del tipo 77K, mucho más grande y complejo. Los módulos 77K estaban basados en la nave de carga TKS de Cheloméi. En un principio la Mir debía haber empleado módulos 37K, pero la oficina de diseño KB Salyut presionó para incorporar el nuevo tipo de nave, pese al rechazo de Valentín Glushkó -ingeniero jefe de Energía, la oficina encargada del módulo base de la Mir y las Soyuz-, que consideraba que estos módulos eran demasiado caros y complejos, por lo que no estarían listos antes del fin de la vida operativa de la Mir (el tiempo le daría parcialmente la razón). El Kvant-2 sería el primero de los cuatro módulos 77K que ampliarían el tamaño de la Mir hasta convertirla en la estación espacial más grande y pesada lanzada hasta entonces. El primer módulo de la ISS, el FGB Zaryá, también estaría basado en el mismo diseño.


El módulo 77KSD “Kvant-2”. Se aprecian las tres secciones interiores separadas por escotillas. La esclusa es la sección de la derecha.



Tras el acoplamiento del Kvant-2, la Mir quedó con forma de “L”. Con el acoplamiento del módulo Kristall (77KST), la estación volvería a tener una forma simétrica.



La Mir finalizada con sus siete módulos (NASA).




Vista de los tres compartimentos del Kvant-2 (la esclusa en la imagen inferior)(NASA).


Vista de la parte trasera del Kvant-2. La escotilla conecta con el nodo del módulo base de la Mir (NASA).


Controles para la despresurización de la esclusa en el Kvant-2 (NASA).


La ajada escotilla del Kvant-2. En una EVA realizada por la tripulación de la Soyuz TM-9 para reparar su nave, la escotilla resultó dañada al no despresurizarse completamente la esclusa, lo que ocasionó que se golpease con el exterior de la estación y no cerrase correctamente. Hubo que repararla posteriormente (NASA).

El primer intento de acoplamiento se había llevado a cabo el 2 de diciembre y resultó un fracaso debido a un fallo del sistema Kurs que propició una velocidad de acercamiento mayor de la permitida. Toda la operación se controlaba desde tierra y los astronautas Alexander Viktorenko y Alexander Serebrov se retiraron al interior de su nave Soyuz TM-8 por si se producía una colisión y debían abandonar la estación. Tras el acoplamiento del día 6, el módulo fue trasladado desde el punto de ataque delantero a uno de los laterales gracias al pequeño brazo automático Lyappa. El Kvant-2 -también denominado 77KSD, TsM-D o 11F77D (la “D” de doosnaschenie/дооснащение, “equipo complementario”)- era un módulo de casi 20 toneladas -prácticamente la misma masa que el módulo base de la Mir- dividido en tres compartimentos. Entre los distintos equipos que había a bordo, uno resultaba especialmente interesante para Viktorenko y Serebrov: una mochila propulsora para actividades extravehiculares (EVAs). Para poder salir al exterior de la estación con esta mochila, el Kvant-2 iba dotado con una amplia esclusa con una escotilla de un metro de diámetro, más grande que las usadas hasta la fecha. La escotilla se abría hacia el exterior para permitir así los movimientos de los astronautas dentro de la esclusa, un diseño novedoso para una nave soviética.

Serebrov y Viktorenko se habían entrenado durante años para el uso de esta mochila y por fin iban a poder “caminar” por el espacio sin ataduras, como años antes ya habían hecho los estadounidenses gracias a la MMU (Manned Maneuvering Unit) del transbordador espacial.


Alexander Viktorenko (izquierda) y Alexander Serebrov (Soyuz TM-8), los primeros y únicos cosmonautas que usaron la mochila propulsora 21KS.

Ya en 1960 la oficina de diseño Zvezdá (“estrella”), encargada del diseño de todos los trajes espaciales del programa espacial soviético y ruso, comenzó los estudios sobre una unidad propulsora para un traje de actividad extravehicular que dotase de control a los cosmonautas. Esta unidad contaba con propulsores delanteros y traseros y se denominó UPMK (Ustanovka dlya Peremeschenia i Manevrirovania Kosmonavta/Установка для Перемещения и Маневрирования Космонавта, УПМК), “unidad para el movimiento y maniobra del cosmonauta”. La primera EVA soviética, realizada por Alexéi Leonov durante la misión Vosjod 1, no contaría con ninguna ayuda propulsora por problemas de espacio y tiempo, pero se esperaba poder contar con una para las operaciones espaciales posteriores con los trajes Yastreb, aunque posteriormente se desechó está opción. Cuando se introdujeron los trajes Orlán para las estaciones Almaz y Salyut, se intentó revivir el proyecto UPMK, pero una vez más se descartó como innecesario. Al fin y al cabo una estación no era una nave muy maniobrable y si un cosmonauta con la UPMK sufría un percance, la estación no podría maniobrar para rescatarlo.

Sin embargo, en los años 80 sería aprobado un nuevo modelo de mochila propulsora, denominado 21KS. La nueva mochila estaba pensada para ser usada en el transbordador espacial soviético Burán, del mismo modo que la MMU norteamericana, pero debería probarse primero en una estación espacial. El decreto oficial para su desarrollo fue firmado por el Ministerio de Aviación y el de Maquinaria General (nombre “tapadera” del ministerio del espacio) el 22 de marzo de 1984 y el ingeniero a cargo de su diseño sería Gai I. Severin. En un decreto posterior del 31 de octubre de 1985 se concretó el papel de los contratistas en el proyecto. Con el lanzamiento del Kvant-2 y su amplia esclusa, los diseñadores vieron la oportunidad perfecta de probar la mochila en el espacio, para lo cual se rediseñó la escotilla de forma que pudiese salir por ella un cosmonauta con la mochila a sus espaldas. Igualmente se introdujo el traje Orlán DMA, una modificación del Orlán DM totalmente autónomo (no necesitaba ningún tipo de umbilical eléctrico de conexión con la estación). En el Kvant-2 iban los dos primeros ejemplares de estos trajes. Aunque 21KS era su designación oficial, a la nueva mochila también se denominó UPMK, YMK, ASPK o SPK (sredstvo peredvizhenia kosmonavta/средство передвижения космонавта, СПК, “sistema de maniobra del cosmonauta). Aparentemente, Severin la apodó Íkar (“Ícaro”). Para los cosmonautas era simplemente la “moto espacial”.

La UPMK 21KS era una mochila de 180 kg que cubría toda la parte trasera del traje Orlán DMA y que un único cosmonauta podía ponerse sin necesidad de ayuda. Un cinturón delantero con los dos mandos de control fijaba al cosmonauta a la mochila. Cada uno de los mandos estaba en el extremo de un brazo plegable. El control izquierdo servía para los movimientos traslacionales (“adelante”, “atrás”, etc.) y el derecho para los rotacionales (guiñada, cabeceo y giro), siguiendo el esquema de otros controles de vehículos espaciales como la Soyuz. 21KS era una pequeña nave espacial autónoma en toda regla, con sus sistemas eléctricos (dos baterías de plata-zinc que proporcionaban unos 27 V), de telemetría (con capacidad de transmisión directa a la Tierra), control de temperatura (a diferencia de la MMU, la 21KS estaba cubierta por mantas térmicas), etc. La propulsión propiamente dicha estaba a cargo de 32 pequeños propulsores de 0,5 kgf de empuje cada uno agrupados en cuatro conjuntos. Los propulsores estaban alimentados por dos botellas de nitrógeno con capacidad para 28 litros a 32 MPa, aunque los propulsores funcionaban a 1,25 MPa. Cada una de las botellas alimentaba un subsistema redundante a prueba de fugas o averías.


Vista de un traje Orlán DMA acoplado a un modelo de la 21KS.



Vista general de la 21KS (NPP Zvezda/Novosti Kosmonavtiki).


Detalles de los controles de traslación y rotación situados en los extremos de los brazos izquierdo y derecho respectivamente (NPP Zvezda/Novosti Kosmonavtiki).


Las botellas de nitrógeno (NPP Zvezda/Novosti Kosmonavtiki).


Detalle de los propulsores de nitrógeno (y sus protectores) (NPP Zvezda/Novosti Kosmonavtiki).

La 21KS tenía una autonomía de seis horas (igual que el traje Orlán DMA) y estaba diseñada para poder alejarse hasta 100 m del transbordador Burán o 60 m desde la Mir. Usaba dos modos de funcionamiento: manual o automático. En el modo automático la 21KS intentaba optimizar los movimientos para minimizar el gasto de gas, mientras que en el modo manual respondía directamente a las órdenes del cosmonauta. La velocidad máxima de giro era de 10º por segundo.

Para probar la 21KS se construyeron varias instalaciones en tierra. Entre 1987 y 1989 se llevaron a cabo 31 pruebas en el Hidrolab (piscina de entrenamiento), 32 pruebas en vuelos parabólicos, así como un enorme número de sesiones de entrenamiento con cosmonautas, especialmente con Viktorenko y Serebrov. Los modelos de la mochila para entrenamientos se denominaron Don 21KS.


Alexander Viktorenko (derecha) se entrena con la 21KS.

El 26 de enero de 1990 Viktorenko y Serebrov realizaron la primera EVA desde el Kvant-2 con los nuevos trajes Orlán DMA, pero sin la mochila. El 1 de febrero de 1990 llegó el gran día: Viktorenko y Serebrov probaron la 21KS por primera vez en una EVA de 5 horas. Serebrov se puso la mochila y salió al exterior mientras era filmado por Viktorenko. Por motivos de seguridad, se decidió atar la mochila a la estación mediante un cable de nailon de 60 metros. En caso de emergencia, Viktorenko podría enrollar el cable y traer de vuelta a su compañero. Durante esta primera prueba Serebrov se alejó cinco metros y volvió a acercarse. Tras realizar esta operación tres veces, se alejó 33 metros de la estación. Las vistas desde la cámara de TV de la 21KS fueron retransmitidas en directo por la televisión soviética. Una vez terminó la prueba, la 21KS fue apagada, se plegaron los brazos y los cosmonautas volvieron a introducirse en la esclusa del Kvant-2. Serebrov había “volado” 40 minutos con la mochila. Cuatro días después se llevó a cabo otra EVA de 3,75 horas, pero esta vez le tocó el turno a Viktorenko, el cual maniobró con la 21KS durante 93 minutos y la llevó hasta la máxima distancia de la estación permitida: 45 metros.


Alexander Serebrov con la 21KS.


Vista de la Mir (sobrevolando Egipto) desde la 21KS.



La 21KS en el espacio.

Ésta sería la última vez que la 21KS sería probada en el espacio. Puesto que debía usarse con el Burán, sólo se había mandado en el Kvant-2 un número limitado de botellas de ntrógeno. La cancelación posterior del programa del transbordador soviético eliminó la necesidad de este sistema de maniobra y la 21KS permaneció en la esclusa de la Mir como una reliquia de tiempos pasados ocupando un precioso volumen en el interior de la estación.

El 8 de febrero de 1996, durante el curso de una EVA, Yuri Gidzenko y Thomas Reiter colocaron la mochila en el exterior del Kvant-2, anclándola en la estructura diseñada para facilitar la salida de la escotilla. De esta forma se dejaba espacio libre en la esclusa. Cuando la Mir reentró en la atmósfera el 23 de marzo de 2001, la 21KS murió con ella. Así acabó el primer y único programa de mochila propulsora soviética.




Así acabó la 21KS: en el exterior del Kvant-2 (NASA).

Paradojas del destino, los cosmonautas rusos volverían a “volar” en el espacio -esta vez desde la ISS-, pero no con la 21KS, sino con una variante del sistema SAFER norteamericano desarrollada conjuntamente entre 2001 y 2002 por NPP Zvezdá y la NASA para ser usada con los trajes Orlán-M.

Referencias:



4 Comentarios

  1. Excelente artículo, Daniel! Muy interesante, sobre un equipo muy poco conocido, gracias una vez más! Nunca había visto las fotos del 21KS en uso, magníficas.
    Ahora, una pequeña corrección:
    “El 6 de diciembre de 1990 comenzó una nueva era para la estación espacial Mir con el acoplamiento del módulo Kvant-2”
    De hecho, el Kvant-2 fue lanzado y acopló con la Mir el año anterior, 1989.
    Saludos!

  2. una vez mas otro gran articulo
    me e dado cuenta de la poca informacion y lo poco q conosco sobre los trajes delos cosmonautas (de los trajes de los astronautas e visto hasta documentales donde esplican su fabricacion y funcionamiento)
    xq los logros de la astronautica rusa no tienen el mismo apoyo mediatico q los americanos?
    o existe algun ducumental sobre esto?

    gracias

  3. Pues supongo que son varios factores: la NASA dedica un gran esfuerzo económico a la divulgación por motivos políticos, mientras que Rusia está en el extremo opuesto.

    Esperemos que con el tiempo Roskosmos dedique más recursos a esta tarea.

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Por Daniel Marín, publicado el 13 marzo, 2009
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