La sonda soviética 5M: un paraguas marciano

Por Daniel Marín, el 15 enero, 2011. Categoría(s): Historias de la Cosmonáutica • Marte • Rusia • sondasesp ✎ 21

A pesar de su mala suerte en la exploración de Marte, la Unión Soviética diseñó varias sondas automáticas avanzadas para el estudio del planeta rojo. La más ambiciosa fue el proyecto 5NM para traer a la Tierra una muestra del suelo marciano. Esta gran sonda de 20 toneladas debía haber sido lanzada después de la 4NM, otra nave de diseño similar que contaba con un marsojod para la exploración de la superficie marciana Ambas sondas debían haber sido lanzadas con el malogrado cohete lunar N1, por lo que finalmente serían canceladas después de que el gobierno soviético decidiese deshacerse de este lanzador.

La oficina de diseño NPO Lávochkin no se rendiría y propondría en 1974 las sondas 4M y 5M, proyectos que contarían con el apoyo del ministro de defensa de la URSS Dmitri Ustínov. Por entonces, el programa Viking de los Estados Unidos estaba a punto de revolucionar nuestro conocimiento sobre Marte y la Unión Soviética no podía quedarse atrás.

Diseño final de la sonda soviética marciana 5M (Novosti Kosmonavtiki).

El diseño de la sonda 5M presentado en 1976 -el mismo año que las Viking aterrizaron en Marte- era una nave de unas 8,7 toneladas dividida en tres partes: una etapa de crucero con los motores de maniobra y sistemas para el vuelo hacia Marte (1680 kg), una etapa de descenso para aterrizar en la superficie del planeta rojo y una etapa de ascenso (3190 kg) capaz de situar en órbita marciana una pequeña cápsula de 7,8 kg con muestras marcianas. La cápsula reentraría en la atmósfera terrestre y aterrizaría sin paracaídas, impactando contra el suelo a gran velocidad (sistema que empleará la cápsula de la sonda Fobos-Grunt). Para facilitar su recuperación por parte de los equipos de tierra, incluiría una pequeña cantidad de algún isótopo radiactivo.

Aspecto de la sonda 5NM de 20 toneladas para la recogida de muestras marcianas.

La parte más llamativa del diseño de la sonda era el escudo térmico desplegable en forma de paraguas, evolucionado a partir del diseño con forma de pétalos de la 5NM. El «paraguas» (TZU) se desplegaría después del despegue, aumentando el diámetro de la nave desde los 4,25 metros hasta alcanzar los 11,7 metros. Este diseño permitiría reducir significativamente la velocidad de descenso sin necesidad de emplear un escudo térmico gigantesco. A cambio, los problemas de rigidez de la estructura durante la fase de entrada eran considerables. Si alguno de los radios de berilio del paraguas se colapsaba durante la maniobra, la sonda se podría dar por perdida. Además, este diseño sólo hacía posible un descenso balístico, ya que no se podía aprovechar la escasa sustentación que genera una cápsula cerrada para controlar la trayectoria. En un principio se pensó usar un diseño tradicional en forma de cápsula, pero el equipo de Serguéi Kriukov -el ingeniero a cargo del proyecto en Lávochkin- decidió que este esquema era el idóneo para un vehículo tan masivo. Como curiosidad, para los proyectos 4M y 5M se estudió de forma intensiva cómo afectaría a los motores cohete el flujo de aire durante la fase final de la entrada atmosférica, con el objetivo de poder encender los motores con el escudo térmico aún acoplado a la nave.

Sistema de motores de la 5M/4M a través del escudo térmico.

Después de poner rumbo a Marte, la sonda realizaría la última corrección de su trayectoria a 55000 km del objetivo. Luego se desprendería el módulo orbital y 45 minutos después la nave realizaría una maniobra de separación con un impulso de 200 m/s. El módulo orbital sobrevolaría Marte a 2500 km de distancia, transmitiendo a la Tierra datos sobre el descenso de la sonda durante unos 38 minutos.

La sonda entraría en la atmósfera marciana formando un ángulo de -11,5º (±2,5°) con una  velocidad de 5,7-6,35 km/s, aunque el «paraguas» térmico desplegado ayudaría a reducir la velocidad. A unos 2-3,3 km de altura y una velocidad de 290 m/s se encenderían los cuatro motores de frenado principales y al mismo tiempo se desprendería el paraguas de frenado. Para evitar que el paraguas pudiese colisionar con la sonda, la nave realizaría una maniobra lateral desplazándose 150-200 metros. El radar Doppler DA-028 guiaría el descenso del vehículo. Diez segundos antes del aterrizaje se encendería el motor principal para reducir la velocidad de 30-40 m/s a no más de 2 m/s. La zona de aterrizaje elegida era una planicie situada en la región de Apollinaris, no muy lejos del cráter Gusev, donde actualmente se encuentra el rover Spirit de la NASA. Por contra, la nave 4M con el marsojod tendría un diseño encapsulado, permitiendo un descenso controlado.

La misión original 4NM con el marsojod y el escudo desplegable.

Esquema de descenso de la misión 4M con el marsojod.

El proyecto 5M requeriría tres lanzamientos del cohete Protón-K. Un lanzador situaría en órbita terrestre una etapa de escape Blok-DM, mientras que un segundo Protón sería el encargado de situar en LEO la sonda 5M con otra etapa Blok DM con combustible adicional. El conjunto se acoplaría en LEO y partiría hacia Marte. Años después se lanzaría otro Protón con una sonda que viajaría hasta el planeta rojo y recogería la cápsula con las muestras en órbita marciana.

A partir de 1979, las sondas 4M/5M serían olvidadas progresivamente en favor de las nuevas series 6M, 7M y 8M. Según los planes de NPO Lávochkin, dos sondas 6M se encargarían de estudiar Marte desde una órbita de 500 km de altura a principios de los 90, y en 1999 se lanzarían dos 7M con sendos marsojod de 850 kg. Por último, a partir de 2000 despegarían las primeras 8M para recogida de muestras. La misión 8M estaría dividida en dos sondas distintas, al igual que la 5M. La 8MP situaría un marsojod en la superficie para capturar muestras y mandarlas a la superficie, mientras que la 8MS se encargaría de recogerlas en órbita marciana y traerlas de vuelta a la Tierra. Lamentablemente, ninguno de estos proyectos llegaría a hacerse realidad.



21 Comentarios

  1. Los rusos siempre tan ariesgados y originales. Tenian pensado lograr algo tan complejo y en esa época.
    Como estaba planeado que regresara a la tierra?. Era con el mismo metodo de la Phobos Grunt o como los planes de la NASA con el encuentro con un satelite en orbita marciana?.
    La NASA tiene un proyecto serio para lograr traer muestras?.

  2. Ciertamente los rusos han tenido mala suerte con Marte….Si dispusieran del presupuesto de la NASA otro gallo cantaria aunque no por ello hay que reconocerle a la NASA los exitos conseguidos hasta la fecha eso si gracias a buenos ingenieros y miles de millones de dolares invertidos.

  3. Carlos, no se como dices que los rusos se mantienen punteros en la tecnologia espacial y no han logrado muchos de sus proyectos importantes si no que son los americanos quienes les han dado desarrollo y ejemplos hay muchos, el transbordador, el hombre en le luna, los robots en marte, esto no puede ser solo un problema de diner.

  4. Me referìa fundamentalmente a la permanencia del hombre en el espacio, son màs tenaz, màs persistentes, con una tecnologìa, dirìa yo de bolsillo, le han sacado mejor beneficio a eso que los norteamericanos, lo de èsto es apantallamiento, descomunal, como para crear gran impacto (mediàtico), eso sì, con grandes inversiones.

  5. Coincido con Carlos,en lo que respecta a programas tripulados al espacio los rusos con menos recursos($ porque tecnologia, ideas e ingenieros si tienen) se han mantenido con mas exito que la NASA, en el apartado de sondas de exploracion sobre todo a Marte es donde no han igualado los exitos de la NASA, de hecho, lo unico exitoso de la NASA han sido sus sondas exploradoras, porque sus naves y programas tripuladados han demostrado tener un exito efimero, pese a todo el despliegue tecnologico y de dinero, ejemplos: Apollo(ya no vuela) y Transbordador(ya no va a volar) y ahora Orion(ni siquiera saben si la van a hacer o no).

  6. Veo que algunos sois benévolos con los rusos…
    La URSS dedicaba gran cantidad de recursos a la exploración espacial con resultados bastante inferiores a los americanos…¿que sabemos de Marte o los planetas externos aportado por la URSS? ¿ y de Mercurio? ¿y el desastroso programa lunar tripulado ? ¿ y los redundantes fallos de citas espaciales hasta casi los años ochenta? ¿y los lanzadores pesados N-1 o Protón inviables para vuelos tripulados por sus fallos?. Desde que vi una micrografia electrónica de un microchip de la URSS a finales de los setenta que era una copia exacta de uno americano (creo que Motorola) de mas de diez años antes comprendí que esta gente tenia problemas con la «electrónica burguesa» y que pocas cosas complicadas se podia esperar de ellos…

  7. quisiera saber cuales de los programas de exploracion sovietica tuvieron gran exito a no ser los lunajov. Los americanos ponen mucho dinero pero ponen tambien mucha inteligencia, y si no mira la historia yo creo que la gran victoria de los rusos ha sido las soyuz, y fuera de hay que? tienen demasiados proyectos destinados al olvido.

  8. Pues así, de entrada, te estás olvidando de toda la serie de sondas Venera, Vega y Luna, incluidas las únicas sondas automáticas que han traído muestras de la superficie lunar.

    Además de las Soyuz, te olvidas del primer satélite en órbita, el primer ser vivo en el espacio, la primera sonda a la Luna, la primera sonda a los planetas, la primera sonda en alunizar suavemente, el primer hombre en el espacio, la primera mujer en el espacio, el primer paseo espacial, la primera estación espacial, el récord de permanencia en el espacio…

    En fin, minucias sin importancia.

  9. Daniel… los éxitos rusos no se pueden negar pero una parte solo es propaganda… aunque lanzaron la primera sonda lunar y la primera que aterrizó ¿que mapas detallados lunares hay de origen soviético para un posible alunizaje? la primera mujer en el espacio es solo propaganda, evidentemente, lo mismo que fué el arriesgado viaje del VOSKHOD-1 con 3 personas sin trajes en un Vostok. El aterrizaje en Venus es mucho mas fácil que en Marte y el regreso con muestras lunares fué una odisea (entre las sondas perdidas por el lanzador y los alunizajes defectuosos- LUNA-15, LUNA-18 – el balance era pobre ), lo mismo que los ZOND . Resumiendo, solo Venus y la órbita terrestre baja han dado alegrías a los rusos .

  10. La propaganda fue un hecho consustancial a la conquista del espacio, tanto por parte soviética como estadounidense. ¿O te olvidas de cierta maestra lanzada al espacio con mala fortuna en una fecha tan tardía como 1986? Si nos limitamos a las sondas automáticas, es cierto que los logros norteamericanos sobrepasan a los soviéticos, pero también hay que tener en cuenta que el programa de naves automáticas siempre contó en la URSS con una inversión increíblemente menor. Por otro lado, no olvidemos que la URSS desapareció en 1991. De haber continuado, el balance sería sin duda otro muy distinto.

    En todo caso, las discusiones del tipo «la mía es más grande que la tuya» me aburren soberanamente. Hay que ver el contexto, no sólo los hechos puntuales. Y, si hablamos del contexto, lo importante es: ¿cuántas naciones han repetido los logros soviéticos en materia espacial? Porque si el programa espacial soviético hubiese sido una puñetera mierda como algunos parecen empeñados en hacernos creer, supongo que a estas alturas habría decenas de países con acceso propio al espacio o mandando naves a la superficie lunar y de Venus. A ver, déjame contar cuántos hay y ahora vuelvo…

    Saludos.

  11. Daniel, para nada demeritar a los rusos pero muchos se empenan en decir que los americanos solo saben copiar y yo creo que eso esta muy lejos de la realidad, bueno sin animo de nada mira a ver quien puede copiar a los americanos y mandar un hombre a la luna, tu crees que los rusos lo hubieran hecho si hubieran tenido el dinero de los americanos? porque los rusos desistieron de hacerlo?

  12. Pomares.. los sovieticos no tenian desarrollados sistemas electrónicos ni informáticos medianamente decentes, consecuencias de eso eran los graves fallos de sus programas..(1) pérdida de contacto con sus sondas, los MARINER-2 y 4 de la NASA aportaron los primeros datos de Venus y Marte cuando los rusos ya habian lanzado naves hacia esos planetas, hasta los años años ochenta sus sondas estaban temporizadas , no programadas (2) fallos sistemáticos en citas espaciales en órbita terrestre – en un vuelo lunar hubiera sido fatal- (3) corta vida de sus satélites científicos y de aplicaciones por eso lanzaban tantos, incluidos los de reconocimiento_espias- , recuperables, cuando los americanos habian introducido los detectores electrónicos -CCD- desde inicio de los años ochenta (4) falta de infraestructuras en las comunicaciones con sondas -no tenian equivalente a la DSN de la >NASA.

  13. A bote pronto sin sondas:
    Semyorka, Vostok, Soyuz, Proton, Progress, Salyut, Mir, Energía-Buran, Módulos básicos de la ISS, supply logístico y tripulado contínuo y regular por mas de 10 años a la ISS.

    USA: Gemini, Apollo, STS, ISS.

    En sondas, USA les da mil patadas es cierto en electrónica son superiores, y en el futuro se va a notar. Pero no se puede desmerecer el trabajo de la URSS, han sido constantes, han sabido trabajar a largo plazo y han sabido mantener unos presupuestos mas ajustados aun con sus disputas internas.

    Si la URSS no hubiera caído en el 95′, hubieran tenido la familia R7, Proton y Energía operativos cubriendo todos los segmentos. Además de la MIR.
    Hay que reconocer que tienen un currículum espectacular.

    Las dos potencias son complementarias, Pomares nadie dice que los yankis solo sepan copiar, ni mucho menos. El Apolo es lo mas bestia que se ha hecho nunca, el STS es una maravilla de la tecnología que ha funcionado durante 30 años, la tecnología de sondas es espectacular y su contribución a la ISS en presupuesto y módulos no hay quien la iguale.

    Pero no han sabido aprovechar la situación. El Saturno V se podría haber mantenido, el diseño del Shuttle con los motores en el transbordador les ha dado poca flexibilidad, el concepto Energía ruso era mcuho más interesante. Y ahora están en 2011 y no tienen dinero para su tercer lanzador pesado. Podrían llevar una ventaja brutal, pero desde una perspectiva histórica las decisiones las han tomado mal el resultado es que se han quedado sin nave tripulada.

  14. si es verdad que es vergonzante que los americanos se hallan quedado sin lanzador pesado, para mi fue una falta de vision y revision de la nasa, yo pienso que se confiaron demasiado y pensaron que el shuttle iba a ser eterno, imaginate un cohete tan costoso y con la economia de capa caida era imposible de mantener, y para mas se les ocurre un programa como el de constelacion, mas sonador que otra cosa, tambien nadie se imagino que la economia se fuera a caer asi tan de repente, es verdad tambien que los americanos siempre han botado la casa por la ventana y en cuanto a materia espacial han derrochado dinero sin misericordia, los rusos siempre se han tenido que sujetar a un presupuesto estricto y han tenido mas de mil y un problemas politicos mientras que los americanos siempre han gozado de estabilidad politica y por eso lo han logrado todo pero quiero decirles que no creo que haya un pais que le quiera o pueda dedicar tanto a la exploracion espacial como los americanos asi que amigos tendremos que esperar pacientemente a que los yanquis se decidan a trazar su politica de exploracion tripulada y no tripulada para en un futuro poder deleitarnos nosotros con sus maravillas porque el otro pais que le sigue en materia de exploracion espacial esta a anos luz no creen ?

  15. Apunte, quería decir: si la URSS no hubiera caído, en el 95’….
    @Pomares
    Los rusos a años luz… es complicado. El tándem Protón, Soyuz, Zenit es muy eficiente. Para los próximos años le van a dar un buen empujón a la ISS con mas módulos, están desarrollando una nueva cápsula tripulada. Siguen teniendo la mejor de todas hasta ahora, están a punto de estrenar una rampa comercial en la Guayana, y tienen vostochny en camino. Son líderes en lanzamientos comerciales y se empiezan a poner las pilas con las sondas.

    Los yankis, estan en plena crisis espacial, el STS cierra, el HLV no está claro, la orion no está clara, y en tema sondas va a haber un bajon los próximos años. Ahora mismo lo que mas ilu me hace es el Curiosity, la Dragon y el Robonaut 2. Como dijo Obama están en un momento Sputnik. Están demostrando muy mala capacidad de administración de recursos, 9000billones por el constelation o 500 por la torre que del Ares I me deja muy mala imagen, pero luego los presupuestos nunca alcanzan. Obviamente mi comparación es subjetiva y muy del momento. Pero ahora mírate los presupuestos anuales, el de rusia es unas 10 veces inferior. Y claro dices chatos, que coño hacéis centraos un poco. En los 70 con un porcentaje del PIB un poquito mayor sacaron adelante el Shuttle: Un avión gigante reutilizable desde 0, y ¿ahora no tienen pasta para modificar la estructura para montar un cohete con las mismas piezas de hace 30 años?

    Cuando quieren son geniales, muy peliculeros y consiguen que sueltes la lagrimita, pero llevan unos años que tela. El tema es que deberían estar a años luz, y no lo están.

    @Dani: Sorry por el desvío sobre el tema principal, la sonda marciana.

  16. Jimmy, estoy de acuerdo en que los americanos estan en crisis, no tanto de dinero si no de politica espacial pero estoy seguro que se van a reponer y cuando encuentren la politica justa a seguir y se acoplen bien con las empresas privadas y todos se pongan de acuerdo cuidado amigo el shuttle, el rover curiosity, la cassini y el hubble se van a quedar chiquitos, a proposito jimmy no sabes si los rusos o alguien tiene una propuesta de hlv mas grande que el propuesto por la nasa?.

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Por Daniel Marín, publicado el 15 enero, 2011
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