Aprovechemos el reciente acoplamiento de la Soyuz TMA-15 con la ISS el pasado viernes para hablar del sistema que utilizan las naves Soyuz y Progress para atracar en la estación espacial.

El Sistema de Acoplamiento y Transferencia o SSVP (Система Стыковки Внутреннего Переохода, ССВП) es el encargado de permitir el enganche de la nave con la estación, asegurar las conexiones eléctricas y mecánicas, así como permitir el movimiento de la tripulación entre los vehículos. El sistema SSVP está compuesto por tres partes:

• Aparato de Acoplamiento Activo, ASA (Активный Стыковочный Агрегат, АСА): es el sistema más importante y el encargado de asegurar el acoplamiento con la estación. Se encuentra situado en el módulo orbital (BO) de la Soyuz.
• Aparato de Acoplamiento Pasivo, PSA (Пассивный Стыковочный Агрегат, ПСА): dispositivo de atraque pasivo donde se acopla el ASA de la Soyuz y cuyo elemento principal es el cono de atraque. Se encuentra en los módulos Zvezdá, Zaryá y Pirs de la ISS.
• Unidades de control automáticas: son los aparatos eléctricos encargados de controlar el sistema de acoplamiento. En el caso de la Soyuz, las unidades de control se encuentran en el panel Servant dentro del BO de la nave.

El ASA es obviamente un elemento clave para una misión a la ISS. El actual modelo de ASA fue introducido con la Soyuz T-1 en 1979. El sistema empleado por las anteriores versiones de la Soyuz era muy similar, aunque más pesado y voluminoso.

El ASA se haya dividido en dos partes fundamentales:

• Mecanismo de Acoplamiento, SM (Стыковочный Механизм, СМ): consiste en un cono situado en la escotilla del BO de la Soyuz y cuenta con una sonda desplegable. La cabeza de la sonda tiene una serie de pestillos, sensores y actuadores eléctricos que garantizan el primer acoplamiento suave cuanto se introduce en el cono del Aparato de Acoplamiento Pasivo (PSA). El SM está unido a la escotilla del BO mediante cuatro pernos explosivos y es desmontable, para facilitar si es necesario la transferencia de carga y tripulación entre la estación y la Soyuz.

La sonda del SM desplegada en una Soyuz TMA (NASA).

Detalle del SM, situado encima de la escotilla del BO (RKK Energía).

El SM con la sonda plegada antes del lanzamiento (Roskosmos).

Un SM desmontado en el interior de la ISS. Se aprecian los actuadores para plegar y extender la sonda (NASA).

El SM del módulo Pirs en el interior de la ISS (NASA).

Partes del SM con la sonda desplegada (RKK Energía).

Detalle de los pestillos de la cabeza del SM al introducirse en el cono pasivo (RKK Energía).

• Mecanismo de Hermetización del Acoplamiento, MGS (Механизм Герметизации Стыка, МГС): está situado en el anillo exterior de la escotilla del BO y es el encargado de asegurar el acoplamiento firme entre la Soyuz y la estación. Incorpora ocho pestillos alrededor de su circunferencia. Aunque no forman parte del MGS propiamente dicho, en la misma circunferencia se encuentran dos conectores hidráulicos, cuatro eléctricos, varios sensores de contacto y dos muelles para la separación suave de la Soyuz. Los conectores y pestillos del MGS se unen con sistemas similares situados en la escotilla de sistema pasivo de la estación, denominado Mecanismo de Hermetización de la Cubierta, MGK (Механизм Герметизации Крышки, МГК).

Situación de los pestillos del MGS en el anillo de la escotilla (RKK Energía).

El anillo con ocho pestillos del MGS y otras conexiones. La imagen corresponde a una nave Progress (NASA).

El MGS en una Soyuz TMA (NASA).

Detalle de los pestillos del sistema MGS y MGK. Se aprecia el gancho activo y el pasivo en cada pestillo (RKK Energía).

El acoplamiento se realiza en varias fases:

• Despliegue de la sonda del SM una vez la Soyuz está en órbita. La tripulación recibe la señal SSVP GT (ССВП ГТ) en el panel de control de la nave.
• Cuando la Soyuz se aproxima a la estación, la cabeza del SM despliega cuatro pequeños pestillos. Al chocar el SM con el cono del puerto de atraque, cuatro sensores DK1 en el interior de la cabeza transmiten la señal «Contacto» (Kasanie/Касание) a la tripulación. La cabeza se introduce en el cono pasivo de alguno de los puertos de atraque del segmento ruso de la ISS. Los pestillos se retraen por la presión al entrar a través de unos topes situados en la parte exterior del fondo del cono, pero una vez dentro vuelven a salir gracias a la acción de muelles y la cabeza del SM queda enganchada en el interior del sistema pasivo. Es lo que se llama el Primer Enlace Mecánico. Dos sensores DZG transmiten la señal de que se ha llevado a cabo este enlace. Otro conjunto de sensores DK2 son los encargados de transmitir la señal de error en el acoplamiento si no se detecta el enlace (señal «fallo», Promaj/Промах). En los segundos siguientes, ambas naves eliminan los movimientos relativos residuales de la maniobra de aproximación. En caso de emergencia, la Soyuz puede desacoplarse retirando los pestillos de la cabeza del SM. Si esta acción fallase, también pueden retirarse los topes del mecanismo pasivo. Si tampoco pudiese llevarse a cabo esta maniobra, los cuatro pernos explosivos romperían la conexión del SM con el BO de la Soyuz. En este caso el SM permanecería unido al sistema pasivo y el puerto de atraque quedaría inutilizado, siendo necesario realizar una EVA para retirarlo.
• Cuando la Soyuz está inmóvil, los actuadores mecánicos en la base del SM que sirven para extender la sonda comienzan a plegarla, tirando de la nave en la maniobra. Al finalizar esta acción, los anillos de las escotillas con los mecanismos MGS y MGK entran en contacto y la nave queda unida firmemente a la estación: es el Segundo Enlace Mecánico. Cuando la Soyuz está a 4 cm de la estación, cuatro sensores DKR transmiten la señal de contacto entre los muelles de ambos anillos estructurales. Otros cuatro sensores DZS se activan cuando la distancia es inferior a 3,5 mm y ordenan el cierre de los pestillos. La tripulación recibe la señal del cierre de pestillos (Сцепка). Por último, otros cuatro sensores DOG se activan cuando la separación es inferior a 1 mm y señalan el establecimiento de un enlace hermético. Cada pestillo incorpora un gancho fijo y otro móvil para asegurar el contacto. La tripulación puede controlar la extensión de los ganchos móviles para cerrar los pestillos y asegurar el acoplamiento de la nave, o bien se puede realizar la maniobra de forma totalmente automática.
• Dos anillos de goma aseguran la estanqueidad del enlace. En caso de emergencia, la Soyuz puede romper el Segundo Enlace Mecánico mediante pernos explosivos situados bajo los ganchos activos de los pestillos del MGS. En este caso, la nave no podría volver a acoplarse a la estación.
• Una vez que se verifica el acoplamiento en firme, se retiran los pestillos de la cabeza del SM, se comprueban las conexiones eléctricas e hidráulicas, se iguala la presión entre ambas naves y entonces ya se puede abrir la escotilla. Normalmente, se abre primero la escotilla del interior de la estación, dejando a la vista el SM de la Soyuz. Luego, la tripulación de la Soyuz abre la escotilla del BO y pasa a la ISS. En caso necesario (si no hay nadie en el interior de la estación), todo el proceso puede llevarse a cabo por parte de la tripulación de la Soyuz.

Apertura de la escotilla de la estación (se aprecia el cono pasivo de acoplamiento), dejando a la vista el SM de la Soyuz (NASA).

• En el caso de la separación de la Soyuz, primero se cierran las escotillas de la ISS y la Soyuz. Luego se hace el vacío en el túnel de acoplamiento, se retiran los ganchos móviles de la estación y por último los ganchos de la Soyuz. Finalmente, los muelles separan la nave de la estación hasta una distancia segura para que pueda encender los motores de maniobra sin dañar los paneles solares u otros componentes de la ISS.

El sistema para garantizar la presurización del acoplamiento se llama Medios para el Control del Acoplamiento Hermético, SKGS (Средства Контроля Герметичности Стыка, СКГС) y es el encargado de comprobar la estanqueidad de la unión. Para ello se presuriza el espacio situado entre el SM y el cono pasivo (250 litros) y se monitoriza el cambio de presión. Después se hace lo mismo con el pequeño volumen (2,5 litros) situado entre los anillos estructurales de las escotillas del BO y la ISS. La presurización puede llevarse a cabo desde el BO de la Soyuz (o la Progress) o desde la estación. Si no se observa ninguna fuga significativa, el acoplamiento se considera hermético y se pueden abrir las escotillas.

Características del sistema de acoplamiento:

• Velocidad longitudinal de aproximación de la Soyuz: 0,1-0,35 m/s
• Velocidad lateral: <0,1 m/s.
• Error máximo en la alineación de giro: ± 10º
• Error máximo en la alineación de guiñada y cabeceo: ± 7º
• Error máximo en la velocidad angular relativa entre la Soyuz y la ISS: 0,6º/s
• Error máximo de distancia de la cabeza del SM con el centro del cono: ± 340 mm
• Fuerza del mecanismo de extensión/retracción de la sonda: 1500 kgf
• Tiempo de extensión de la sonda: 6-9,5 minutos
• Tiempo de extensión de los pestillos de la cabeza del SM: 2-3 min
• Fuerza máxima soportada por el anillo del MGS: 20 toneladas
• Fuerza máxima soportada por el anillo del MGS al cerrarse los ganchos: 40 toneladas
• Tiempo de cierre de los ganchos del MGS: 3-5 min
• Fuerza total de los cuatro muelles al desacoplarse la Soyuz: 300 kg
• Velocidad proporcionada por los muelles al separarse: 0,15 m/s
• Diámetro de la escotilla: 800 mm
• Masa del sistema: 200 kg