Hoy a las 7:15 UTC aterrizaba en Kazajistán el módulo de descenso de la Soyuz TMA-15 con la Expedición 21 a bordo: Roman Romanenko (Rusia), Frank De Winne (ESA, Bélgica) y Robert Thirsk (Canadá). La TMA-15 despegó el pasado 27 de mayo y Romanenko, De Winne y Thirsk formaron parte primero de la Expedición 20 hasta que fue lanzada la Soyuz TMA-16 a principios de octubre. En ese momento, De Winne tomó el mando de la ISS (el primer comandante europeo de la estación) y dio comienzo la Expedición 21. En total, Romanenko, De Winne y Thirsk han permanecido 188 días en el espacio, durante los cuales han sido testigos de dos misiones del transbordador (STS-128 y STS-129), así como del acoplamiento del primer HTV japonés.

Thirsk, De Winne y Romanenko (NASA TV).

Antes del regreso, De Winne traspasó el mando de la ISS a Jeffrey Wiliams, comenzando oficialmente la Expedición 22. Williams permancerá sólo junto con Maksim Surayev hasta la llegada de la TMA-17 (con Kotov, Noguchi y Creamer), que deberá despegar el próximo 21 de diciembre. Con el aterrizaje de la TMA-15 finaliza también la misión OasISS de la ESA. En pocos días, la tripulación de la ISS ha pasado de seis personas a solo dos (Nicole Stott regresó en la STS-129), algo que sin duda notarán Williams y Surayev.

Expedición 21 tras el regreso de Nicole Stott: Williams, De Winne, Thirsk, Romanenko y Surayev (NASA).

La actual tripulación de la ISS: Williams y Surayev (NASA).

Expedición 22: Creamer, Williams, Surayev, Kotov y Noguchi (NASA).

Emblemas de la Expedición 21 y 22 (NASA).

El regreso:

Partes de una Soyuz: BO (módulo orbital), SA (cápsula) y PAO (módulo de propulsión) (NASA/RKK Energía).

• 1 diciembre, 02:00 h UTC: traspaso del control de actitud de la ISS al segmento ruso.

• 02:19 h: la ISS permanece sin control de actitud.

Localización de la Soyuz TMA-15 en la ISS, acoplada al puerto del Zaryá (NASA).

La Soyuz TMA-15 durante la pasada misión STS-129 (NASA).

• T-0 h (03:53 h): Comienza la maniobra de separación de la Soyuz TMA-15 al hacerse el vacío entre las escotillas de la nave y la ISS. Se retiran los 8 grupos de ganchos activos de la estación en el anillo de la escotilla y después se retiran los ganchos de la Soyuz (sistema MGS) según la orden DO15. Además del traje de presión Sokol KV-2, la tripulación lleva unos pantalones anti-g Kentavr para hacer más llevadera la reentrada. Para prepararse de cara al regreso a la gravedad terrestre, los cosmonautas toman unas pastillas con electrolitos antes de la partida.

• T+4 min (03:56 h): separación de la Soyuz TMA-15 del módulo Zaryá a 0,12 m/s, gracias a la acción de muelles en el anillo de la escotilla.

• T+6 min (03:59 h): cuando la Soyuz se encuentra a 20 metros, se encienden los motores de maniobra DPO durante 15 segundos (unos 0,543 m/s) para alejar la nave de la ISS y no dañar así los paneles solares u otras estructuras de la estación. La Soyuz cuenta con pequeños motores de maniobra (verniers) denominados DPO o DO (Двигатель причаливания и ориентации, ДПО), «Motores de Aproximación y Orientación». Este sistema utiliza combustibles hipergólicos y comparte los mismos tanques que el motor principal de la nave. El sistema DO está a su vez dividido en la Soyuz TMA en 16 motores DPO-B (ДПО-Б), o también llamados DPO a secas, de «gran» empuje con 13’3 kgf cada uno, así como 12 motores DPO-M (ДПО-М), a veces llamado simplemente DO, de empuje pequeño con 2’7 kgf. En general, el sistema DPO-B se usa para movimientos traslacionales (adelante, de lado y hacia atrás) y el DPO-M para rotacionales (cabeceo, giro y guiñada).

• T+ 52 min (04:51 h): el control de la actitud de la ISS vuelve al segmento norteamericano.

• T+ 2 h 33 min (6:25:28 h): encendido de frenado a 354,5 km de altura y a 7,396 km/s durante 4 minutos y 19 segundos para efectuar la reentrada usando el motor principal SKD del sistema KTDU (o KDU, Комбинированная Двигательная Установка, КДУ, «Instalación Propulsora Combinada»). En la Soyuz TMA el motor es el KTDU-80 y tiene un empuje de 316 kgf. Este motor se puede encender un total de 40 veces. Su impulso específico es de 305 segundos y la Delta-V total de la nave es de 390 m/s. Gracias a motores eléctricos, se puede girar la tobera del motor ± 5º. 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, como en esta ocasión). 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.

Esquema del PAO.

• T+2 h 57 min (6:49:34 h): separación de los tres módulos de la nave. Los módulos se separan unos 22,5 minutos tras el encendido (24 minutos para la TMA-15) -un cuarto de órbita-, a unos 140 km de altitud y 7,545 km/s 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 x 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. Es en este momento cuando la cubierta de protección térmica que rodea la cápsula (EBTI) se desprende como los pétalos de una flor. 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.

• T+ 3 h: comienzo de la reentrada a 100 km de altura. 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). La cápsula entra en la atmósfera con una inclinación inicial de unos 1,35º. A unos 41,1 km de altura se produce la máxima deceleración. 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 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). 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 y comienza a controlar la actitud del vehículo a unos 80 km de altura. 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. 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). 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.

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

Trayectoria de reentrada (NASA TV).

• T+3 h 7 min (7:01 h): cargas pirotécnicas liberan la cubierta del paracaídas y se produce la apertura del paracaídas piloto VP (Вытажной Парашют, ВП) a 10,5 km de altura -formado en realidad por dos pequeños paracaídas que se despliegan uno tras otro-, el cual arrastra a su vez al paracaídas de frenado TP (Тормозной Парашют, ТП). Éste reduce la velocidad de descenso de 230 m/s a 90 m/s.

Cubierta del paracaídas en una Soyuz en construcción. El hueco inferior corresponde al depósito de peróxido de hidrógeno para el sistema SIO-S (www.buran.ru).

• T+3 h 13 min: apertura del paracaídas principal OSP (Основная Парашютная Система, ОСП) 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. Durante el descenso el SA cuelga de forma asimétrica de los cables del paracaídas principal formando un ángulo de 30º, lo que ayuda a enfriar el vehículo. 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).

• T+3 h 21 min (7:15 h): aterrizaje a las 13:15 hora local. Los DMP frenan la velocidad de la nave hasta los 2 m/s. Estos cohetes se encienden a 0,8 m de altura 2 segundos antes del aterrizaje 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. En esta ocasión, la TMA-15 aterrizó verticalmente y no rodó por el suelo.

Fases de la reentrada (TsUP).

La cápsula (SA) de la TMA-15 en el suelo de Kazajistán (Roskosmos).

Romanenko se quita el Sokol KV-2 (Roskosmos).

Vídeo del aterrizaje (en el primero podemos ver el despliegue de la antena-radiofaro ABM-279):