40 años del Apolo 11 (6): the Eagle has landed

Por Daniel Marín, el 20 julio, 2009. Categoría(s): Apolo • Astronáutica • Luna • NASA ✎ 1

Para Neil Armstrong la parte más importante y difícil de la misión era la que consistía en llevar el módulo lunar desde la órbita hasta la superficie. Ser los primeros en aterrizar en otro mundo tiene sus desventajas y es que nadie antes había intentado algo semejante. Cierto es que sondas no tripuladas habían explorado antes la Luna, pero ni las Ranger ni las Lunar Orbiter podían alcanzar la resolución necesaria para poder ver los detalles del área del alunizaje. En el futuro, los primeros astronautas en Marte podrán sin duda disfrutar de los datos de sondas como la MRO y sabrán de antemano cómo es la zona que deberán explorar. Pero este no era el caso del Apolo 11.

Para que el conjunto CSM/LM entrase en órbita lunar debía encenderse primero el motor SPS del módulo de servicio. Si el motor no funcionaba, la nave giraría alrededor de la Luna gracias a su influencia gravitatoria y continuaría en una trayectoria de retorno libre hacia la Tierra (en caso necesario, se podrían usar los motores de actitud RCS para volver a alcanzar esta trayectoria). La misión Apolo 13 aprovecharía esta ingeniosa característica de la trayectoria lunar para salvar la vida de los astronautas después de que el módulo de servicio quedase inutilizado.


Plan de vuelo del Apolo 11 (NASA).


Esquema de la trayectoria de retorno libre. Según la misión, la trayectoria real se apartaba ligeramente de la ruta de retorno libre (NASA).

La maniobra de inserción en órbita lunar se denominaba en la jerga de la NASA Lunar Orbiter Insertion (LOI). Debido a la geometría de la trayectoria, el encendido del SPS debía tener lugar sobre la cara oculta de la Luna, impidiendo al control de la misión poder recibir la telemetría de la maniobra. Si el SPS funcionaba durante demasiado tiempo, la nave se estrellaría contra la Luna. Si el encendido se quedaba corto, los astronautas alcanzarían una órbita lunar muy elíptica y con el tiempo serían despedidos a una órbita solar sin posibilidad alguna de rescate.

Conocer en detalle los parámetros del encendido era crucial. Por eso la NASA decidió dividir la maniobra LOI en dos partes. La primera, el 19 de julio, permitió a la nave entrar en una órbita lunar elíptica de 113 x 315 km, con el apolunio en la cara visible. Para ello el SPS tuvo que encenderse durante seis minutos y frenar el vehículo 1 km/s, quemando en el proceso 11 toneladas de combustibles hipergólicos. Después de que el control de la misión hubiese estudiado la órbita adquirida en el LOI-1 se encendió el SPS de nuevo para alcanzar una órbita circular de unos 110km. Durante el LOI-2 el SPS se encendió durante 17 segundos y frenó la nave en 49 m/s. Puesto que la Luna no tiene atmósfera, se puede orbitar a alturas muy pequeñas, pero la imprecisión de los mapas lunares de la época y los temibles MASCONs desaconsejaban órbitas poco elevadas.


Las maniobras LOI-1 y LOI-2 (NASA).

El 20 de julio, los astronautas se pusieron sus trajes de presión y se dispusieron a separar los vehículos. Tras alinear la plataforma inercial del Eagle con la del Columbia «a mano» -no había conexión directa entre los ordenadores-, Collins colocó la sonda de acoplamiento en el túnel entre las dos naves y se cerraron las escotillas. Después se expulsó el aire del túnel, proceso que tomó unos 8 minutos. Armstrong comprobó el correcto de funcionamiento de los motores RCS mientras el Eagle estaba acoplado y poco después se retiraron los doce pestillos que unían los vehículos. También se desplegaron las patas del Eagle, que habían permanecido plegadas hasta ese momento.


Collins observando la escotilla del CM en un simulador (NASA).


Collins con el sistema de acoplamiento en el túnel de conexión (NASA).

El conjunto CSM/LM estaba situado en vertical respecto a la Luna, con el CSM apuntando hacia la superficie, cuando ambas naves se separaron a 0,3 m/s hasta alcanzar unos 12 m de distancia Una de las primeras tareas fue la inspección del Eagle desde el Columbia. Collins comprobó que las cuatro patas del tren de aterrizaje se habían desplegado correctamente y que la tobera del motor de la etapa de descenso estuviera en buenas condiciones.


Separación del LM y el CSM (NASA).


Armstrong en el simulador del LM (NASA).

Ahora quedaba lo más duro: alcanzar la superficie. Para ello, el LM debía primero cambiar su órbita a otra que tuviese un apolunio menor, de 15 km, en una maniobra denominada DOI (Descent Orbit Insertion). A partir de ahí, el LM debería usar su motor para posarse en la superficie mediante el llamado powered descent. El motor DPS de la etapa de descenso podía generar 47 kN de empuje, el cual podía regularse entre el 10% y el 65%, o bien emplear un empuje fijo al 92,5%. Armstrong encendió los motores de maniobra RCS durante siete segundos para frenar la nave y asegurarse de que todo el combustible estaba en el fondo de los tanques. Luego tuvo lugar la DOI propiamente dicha: un encendido de 29,6 segundos. Durante los primeros 15 segundos, el DPS funcionó con un empuje al 10% para que el ordenador del LM comprobase que el vector de empuje pasaba por el centro de masas del vehículo y, de no ser así, ajustar la orientación de la tobera. Durante este tiempo, Armstrong y Aldrin no sintieron ninguna vibración en la cabina. El resto del encendido tuvo lugar con el DPS al 40%. La maniobra DOI frenó al Eagle 23,3 m/s, lo suficiente para ponerlo rumbo a la superficie. A partir del Apolo 14, la NASA decidiría que la maniobra DOI fuese llevada a cabo por el CSM, para así ahorrar masa útil en el LM.

Armstrong y Aldrin se dirigían ahora hacia su lugar de alunizaje, elegido entre varias zonas situadas en una banda de 10º de latitud respecto al ecuador lunar y que no se desviaban más de 45º del meridiano central. Estas limitaciones estaban impuestas por la masa útil de los vehículos y los requisitos de las comunicaciones con la Tierra. La zona elegida en el Mar de la Tranquilidad era «aburrida» y plana, pero ideal para un primer alunizaje.

El DOI se produjo sobre la cara oculta de la Luna, así que cuando el Eagle «apareció» sobre la cara visible, el control de tierra en Houston se dispuso a comprobar los parámetros orbitales. Armstrong y Aldrin habían alineado la nave usando el telescopio de navegación AOT (Alignment Optical Telescope) para observar el Sol y asegurar un descenso correcto. En estos momentos también probaron el radar de acoplamiento que debería usarse para encontrar al CSM en su órbita tras regresar de la Luna y permitir a los astronautas poder regresar sanos y salvos.

Armstrong y Aldrin viajaban ahora con los pies apuntando en la dirección de vuelo y las ventanas hacía la superficie. Además de admirar el paisaje, esta geometría permitió a la tripulación verificar su órbita con mayor precisión, cronometrando el tiempo que tardaban en pasar los cráteres bajo ellos. En ese instante, Armstrong pudo saber que su trayectoria era «larga» y que el Eagle aterrizaría en la parte oeste de la elipse de alunizaje.

Cuando se aproximaban al perilunio situado a 15 km, el control de tierra les autorizó a iniciar el descenso. «You’re go for PDI» anunció el capcom Charlie Duke en Houston. Ambos astronautas se miraron con una sonrisa: al fin iban a alunizar. PDI era el acrónimo de Powered Descent Initiation, el inicio de un encendido de 12 minutos para poner al LM en la superficie.

Tras ser autorizados por Houston, Armstrong armó el motor DPS y Aldrin apretó el botón «Proceed» el el teclado (DSKY) del ordenador para confirmar el inicio del PDI. Al igual que en la DOI, durante los primeros 26 segundos el DPS funcionaría al 10% para ajustar los vectores del empuje. El Apolo 10 había ensayado la misión justo hasta este punto. A partir del PDI, Armstrong y Aldrin se adentraban en territorio desconocido, aunque en cualquier momento podrían abortar la misión. En los primeros minutos del descenso, el aborto podría realizarse con la etapa de descenso, utilizando el DPS para acelerar la nave en vez de frenarla. Más cerca de la superficie, en caso de aborto debían separase de la etapa de descenso y encender luego la etapa de ascenso, una maniobra crítica si se realizaba a poca altura.







Fases del alunizaje (NASA).

Sin embargo, el Eagle no podría alunizar sin el radar de aterrizaje. Los modelos de la superficie lunar de la época contenían demasiados errores como para confiar en ellos. Los sistemas de navegación también tenían limitaciones debido a influencias difíciles de tener en cuenta, como, por ejemplo, el pequeño empuje originado al expulsar la orina de las naves. Como resultado, había una importante discrepancia entre la situación real de la nave y la calculada por el ordenador de a bordo. Tras adquirir la señal de radar del suelo (lock-on), el ordenador del Eagle calcularía la trayectoria óptima. Por supuesto, aunque muy probablemente los datos del radar fuesen más precisos que los indicados por el sistema inercial, el ordenador no podía aceptarlos sin más. Porque en caso de que el radar no funcionase correctamente esto podría significar la muerte de los astronautas. La solución a este dilema era ingeniosa: el ordenador hacía la media entre la altura calculada inercialmente y la obtenida por el radar y volvía a calcular la trayectoria de descenso. Al realizar este proceso numerosas de veces, la trayectoria inercial y la del radar convergerían antes de alcanzar la superficie. En el caso del Apolo 11, la convergencia tuvo lugar 30 segundos después de detectar el terreno lunar. En caso de que el radar no lograse fijar el suelo al alcanzar una altura de 3 km, la misión debía abortarse inmediatamente.


Haces del radar en diferentes fases del aterrizaje (NASA).


El radar del LM (NASA).


La antena del radar del LM, a la derecha de la tobera del motor de descenso. Imagen del Apolo 14 (NASA).

A 14 km de altura, Armstrong comenzó a rotar el Eagle para que el radar, situado en la parte trasera de la nave, pudiese «ver» el suelo. Por suerte, a los 11 km, el radar del Eagle empezó a suministrar datos sobre el terreno que sobrevolaban. Ahora los astronautas viajaban «de espaldas» mirando hacia el espacio. La Tierra se podía ver en una de las ventanillas.

Con la excepción de algunos problemas con las comunicaciones, todo parecía ir perfectamente, hasta que 5 minutos y 16 segundos después del PDI sonó la alarma principal (master alarm), indicando un problema con el ordenador. Aldrin leyó la pantalla del DSKY y comprobó que era una alarma de tipo 1202. Intuía que era algo relativo al ordenador, pero desconocía la naturaleza del problema. Armstrong sabía que una alarma podía ocasionar un aborto del alunizaje, así que presionó a Houston para que les diese una respuesta.

Lo que ocurría es que el ordenador del Eagle estaba recibiendo más información de la que podía manejar. El radar de aterrizaje estaba funcionando, pero también lo hacía el radar de acoplamiento, que Aldrin había dejado encendido en caso de que tuviesen que abortar el aterrizaje y reunirse con el Columbia. Aldrin había seguido los procedimientos del Apolo 10, pero en esa misión el LM no descendió usando el radar de aterrizaje. Nadie pensó que el flujo de datos de ambos sistemas pudiesen sobrecargar al ordenador. «12-02» era precisamente una alarma del sistema avisando de esta sobrecarga. Por suerte, el ordenador del Apolo había sido diseñado para priorizar las tareas esenciales sobre las secundarias. Obviamente, el alunizaje era prioritario respecto al acoplamiento, así que la misión podía continuar. Pero esto no lo sabían en Houston, donde el Director de Vuelo Gene Kranz sabía que no podía autorizar un alunizaje con una alarma desconocida parpadeando constantemente. El responsable de guiado en Houston (GUIDO), Steve Bales, sólo tenía unos pocos segundos para identificar la gravedad de la alarma. El equipo de Bales se puso a trabajar frenéticamente y poco después pudieron confirmar que no era un problema crítico. Bales se lo comunicó a Kranz y Duke a los astronautas. El alunizaje podía proseguir. Durante los minutos finales del descenso la alarma 12-02 y la 12-01 (otra similar) saltaron hasta en cinco ocasiones, pero la tripulación las ignoró sin mayores contratiempos.

Nueve minutos después del PDI, el Eagle seguía descendiendo con su motor DPS encendido. En este momento finalizó la etapa de frenado dirigida por el programa P63 del ordenador y comenzaba la etapa de aproximación. Durante la etapa de frenado el Eagle había eliminado la mayor parte de la velocidad horizontal y ahora, a 2200 m de altura y a 7 km del lugar de aterrizaje, el LM alcanzaba un punto imaginario denominado high gate. La velocidad de descenso era de 38 m/s. Ahora el ordenador ejecutaba el programa P64 y la nave se inclinaba hacia adelante unos 30º para que los astronautas -que esencialmente habían descendido de espaldas hasta ese momento- pudiesen ver la superficie lunar y el lugar de alunizaje. La antena del radar de aterrizaje también giraba y se colocaba en modo de sobrevuelo. Esta maniobra, llamada pitchover, sacrificaba combustible -el bien más preciado en una misión espacial- para que un ser humano pudiese comprobar si el ordenador se equivocaba o no.

En este momento, el ordenador seguía pilotando la nave, pero ahora podían ver a dónde se dirigían gracias a un sistema muy ingenioso llamado Landing Point Designator (LPD). El LPD consistía en unas escalas graduadas dibujadas sobre la ventanilla izquierda del LM (la del comandante). Estas escalas estaban divididas en grados, indicando 0º en la parte superior. El ordenador del Eagle presentaba un valor -por ejemplo 35º- en el DSKY y Aldrin se lo recitaba a su comandante. Armstrong sólo tenía que mirar por la ventana el punto de la escala que indicaba 35º para saber que ése era el lugar del alunizaje calculado por el programa P64. El papel de Aldrin sería «cantar» los números del LPD, velocidad y altura a su comandante, el cual «volaría» visualmente la nave hasta su lugar de aterrizaje.


El LPD en la ventana del LM (NASA).


Simulación de la vista del lugar de aterrizaje desde la ventana del comandante (Google).

A 1,5 km de altura, Armstrong comprobó el funcionamiento del sistema de maniobra. La fase de aproximación debía durar hasta los 152 m de altura, momento en el que el Eagle alcanzaría la denominada low gate, a 600 m de distancia del lugar de alunizaje. A 46 metros de altura, la velocidad horizontal del LM sería prácticamente nula y el comandante podría utilizar alguno de los modos de pilotaje manual para aterrizar, o bien podía dejar al ordenador que continuase con el aterrizaje. Huelga decir que ninguno de los seis comandantes de las misiones Apolo que alunizaron permitieron que el ordenador aterrizase el LM de forma automática.


Fase de aproximación y aterrizaje del LM (NASA).


Ritmo cardíaco de Armstrong durante el alunizaje (NASA).

Sin embargo, al alcanzar la low gate Armstrong se da cuenta de que el lugar de aterrizaje indicado por el LPD está situado en las cercanías de un cráter con grandes bloques a su alrededor (Cráter Oeste), así que decide tomar control manual y coloca al Eagle en posición casi vertical. Aunque la nave sigue descendiendo, la velocidad horizontal no disminuye en un intento de sobrevolar el problemático obstáculo.

Poco después se enciende la luz que avisa del bajo nivel de combustible. Esta luz se encendía en todas las misiones y simplemente indicaba que se debía aterrizar en los próximos 20 segundos. En el caso del Apolo 11 se determinó con posterioridad que en realidad había más combustible del indicado y que la luz se disparó antes de tiempo debido a la agitación del combustible en sus tanques al mover Armstrong bruscamente la nave. Pero en esos momentos la señal luminosa, sumada a las constantes alarmas del ordenador, aumentaron la tensión dentro de la nave y en Houston hasta un nivel nunca visto con anterioridad.

Por suerte, pocos segundos después se encendía la luz de contacto, señal de que una de las tres sondas de 1,73 m situadas bajo las patas del Eagle había tocado la superficie. Los LM de los Apolo 9 y 10 tenían cuatro de estas sondas, pero Armstrong presionó para que se eliminase la varilla correspondiente a la pata con la escalerilla por donde debían descender hacia la superficie, por miedo a que pudiese rasgar el traje.

El procedimiento recomendaba apagar el motor en este momento para evitar que las ondas de choque del escape pudiesen destruir el propio motor y al LM. Sin embargo, Armstrong y Aldrin estarían tan absortos en el pilotaje que, cuando apagaron el motor, el Eagle ya se había posado suavemente. Confundido por el polvo lunar levantado por los gases de escape -algo nunca simulado en tierra-, Armstrong aterrizó el Eagle con una ligera velocidad lateral de 30 cm/s hacia la izquierda.

«Houston, Tranquility Base here. The Eagle has landed». El 20 de julio de 1969, a las 20:17 UTC, la Humanidad había llegado a otro mundo.


40 años después, la etapa de descenso permanece en la Base de la Tranquilidad, vista por la LRO (a la izquierda, junto al pequeño Cráter Este). A la derecha se observa el Cráter Oeste que Armstrong esquivó para alunizar (NASA).

Transcripción de los momentos finales del alunizaje. (Charlie Duke es el capcom en Houston. Aldrin da la velocidad en pies por segundo y la altura en pies):

102:42:08 Duke: Roger. Copy. (Pausa) Eagle, Houston. You’re Go for landing. Over.
102:42:13 Armstrong: Okay. 3000 at 70.
102:42:17 Aldrin: Roger. Understand. Go for landing. 3000 feet.
102:42:19 Duke: Copy.
102:42:19 Aldrin: Program Alarm. (Pausa) 1201
102:42:24 Armstrong: 1201. (Pausa) Okay, 2000 at 50.
102:42:25 Duke: Roger. 1201 alarm. (Pausa) We’re Go. Same type. We’re Go.
102:42:31 Aldrin: 2000 feet. 2000 feet.
102:42:33 Armstrong: Give me an LPD (angle). En estos momentos Armstrong ve que el LM se dirige al West Crater.
102:42:34 Aldrin: Into the AGS, 47 degrees.
102:42:35 Duke: Roger.
102:42:37 Armstrong: 47. That’s not a bad looking area. Okay. (Pausa) 1000 at 30 is good. What’s LPD?
102:42:41 Duke: Eagle, looking great. You’re Go. (Pausa) Roger. 1202. We copy it.
102:43:01 Aldrin: 35 degrees. 35 degrees. 750. Coming down at 23 (feet per second).
102:43:07 Armstrong: Okay.
102:43:07 Aldrin: 700 feet, 21 (feet per second) down, 33 degrees.
102:43:10 Armstrong: Pretty rocky area.
102:43:11 Aldrin: 600 feet, down at 19.
102:43:15 Armstrong: I’m going to…(Armstrong asume el control del LM y vuela en horizontal para sobrevolar el cráter).
102:43:16 Aldrin: 540 feet, down at…(LPD angle is) 30. Down at 15. (Pausa)
102:43:26 Aldrin: Okay, 400 feet, down at 9 (feet per second). 58 (feet per second) forward.
102:43:32 Armstrong: No problem.
102:43:33 Aldrin: 350 feet, down at 4.
102:43:35 Aldrin: 330, three and a half down. (Pausa)
102:43:42 Aldrin: Okay, you’re pegged on horizontal velocity.
102:43:46 Aldrin: 300 feet (altitude), down 3 1/2 (feet per second), 47 (feet per second) forward. Slow it up.
102:43:52 Aldrin: 1 1/2 down. Ease her down. 270.
102:43:58 Armstrong: Okay, how’s the fuel?
102:44:00 Aldrin: Eight percent.
102:44:02 Armstrong: Okay. Here’s a…Looks like a good area here.
102:44:04 Aldrin: I got the shadow out there.
102:44:07 Aldrin: 250 (feet altitude), down at 2 1/2, 19 forward. (Pausa)
102:44:13 Aldrin: Altitude (and) velocity lights (on).
102:44:16 Aldrin: 3 1/2 down, 220 feet, 13 forward. (Pausa)
102:44:23 Aldrin: 11 forward. Coming down nicely.
102:44:25 Armstrong: Gonna be right over that crater.
102:44:24 Aldrin: 200 feet, 4 1/2 down.
102:44:26 Aldrin: 5 1/2 down.
102:44:29 Armstrong: I got a good spot.
102:44:31 Aldrin: 160 feet, 6 1/2 down.
102:44:33 Aldrin: 5 1/2 down, 9 forward. You’re looking good.
102:44:40 Aldrin: 120 feet.
102:44:45 Aldrin: 100 feet, 3 1/2 down, 9 forward. Five percent (fuel remaining). Quantity light.
102:44:54 Aldrin: Okay. 75 feet. And it’s looking good. Down a half, 6 forward.
102:45:02 Duke: 60 seconds (of fuel left before the ‘Bingo’ call).
102:45:04 Aldrin: (Velocity) light’s on.
102:45:08 Aldrin: 60 feet, down 2 1/2. (Pausa) 2 forward. 2 forward. That’s good.
102:45:17 Aldrin: 40 feet, down 2 1/2. Picking up some dust.
102:45:21 Aldrin: 30 feet, 2 1/2 down. …shadow.
102:45:25 Aldrin: 4 forward. 4 forward. Drifting to the right a little. 20 feet, down a half.
102:45:31 Duke: 30 seconds (until the ‘Bingo’ call).
102:45:40 Aldrin: Contact Light.
102:45:43 Armstrong: Shutdown
102:45:44 Aldrin: Okay. Engine Stop.

–Alunizaje–

102:45:45 Aldrin: ACA out of Detent.
102:45:46 Armstrong: Out of Detent. Auto.
102:45:47 Aldrin: Mode Control, both Auto. Descent Engine Command Override, Off. Engine Arm, Off. 413 is in.
102:45:57 Duke: We copy you down, Eagle.
102:45:58 Armstrong: Engine arm is off. (Pausa) Houston, Tranquility Base here. The Eagle has landed.
102:46:06 Duke: Roger, Twan…Tranquility. We copy you on the ground. You got a bunch of guys about to turn blue. We’re breathing again. Thanks a lot.
102:46:16 Aldrin: Thank you.



1 Comentario

  1. alguien podria poner un link a una grafica
    como la grafica que aparece con el pie «Plan de vuelo del Apolo 11 (NASA).» pero con Velocidades y deltaV del viaje

    Mil GRACIAS

Deja un comentario

Por Daniel Marín, publicado el 20 julio, 2009
Categoría(s): Apolo • Astronáutica • Luna • NASA