Un ciudadano soviético en Marte

Por Daniel Marín, el 25 enero, 2011. Categoría(s): Astronáutica • Historias de la Cosmonáutica • Marte • Rusia • sondasesp ✎ 27

En 1959, apenas dos años después del lanzamiento del primer Sputnik, el Ingeniero Jefe Serguéi Koroliov decidió que el futuro de la exploración del hombre en el espacio se encontraba más allá de la órbita terrestre. El objetivo último del programa espacial soviético no debía ser la Luna, sino Marte. De haber fructificado estos proyectos, el hombre podría haber puesto el pie en el planeta rojo hace más de treinta años.

Recreación artística de una nave soviética tripulada rumbo a Marte (A. Sokolov).

Objetivo: Marte

El interés de Koroliov por Marte era común entre los miembros de su generación. Como muchos otros científicos e ingenieros soviéticos, Koroliov había crecido rodeado de historias sobre viajes a Marte. Sus influencias eran variadas, desde los fantásticos relatos de Edgar Rice Burroughs y H. G. Wells, hasta la novela Aelita de Tolstói. A mediados del siglo XX pocos ponían en duda que Marte sería la próxima meta para la Humanidad. En 1959, la oficina de diseño OKB-1 de Koroliov comenzó la construcción de la primera nave tripulada de la historia, la Vostok. Armado con la confianza obtenida a partir de los recientes éxitos espaciales, Koroliov decidió abordar por primera vez lo que sería el proyecto definitivo de su carrera: un viaje tripulado a Marte.

Los encargados de diseñar tan ambiciosa misión fueron los ingenieros de la Sección nº 9 de la OKB-1. La Sección nº 9 estaba dirigida por un viejo amigo de Koroliov, Mijaíl Tijonrávov. Tijonrávov había sido uno de los pioneros de la cosmonáutica y justo en esos momentos también participaba en el diseño de la Vostok. Llevaba más de treinta años planificando viajes tripulados al espacio, así que si alguien podía solventar los innumerables desafíos de una expedición a Marte, ése era Mijaíl. La sección nº 3 de la OKB-1, dirigida por Gleb Maksimov, también colaboraría activamente en el proyecto.

Entre 1959 y 1964, todos los esfuerzos de la OKB-1 fuera de la órbita terrestre se centraron en Marte, no en la Luna. Dada su cercanía, nuestro satélite seguía siendo un objetivo, por supuesto, pero secundario. El principal obstáculo para hacer realidad un viaje al planeta rojo era la enorme masa que tendría una nave interplanetaria. El lanzador espacial más potente del que disponía la Unión Soviética estaba siendo construido para la nave Vostok a partir del misil R-7 Semyorka, pero su capacidad en órbita baja no superaba las seis toneladas. Para un viaje a Marte sería necesario un cohete muchísimo más grande, por lo que la oficina de Koroliov se puso manos a la obra. El nuevo cohete gigante se llamaría N1 y podría poner en órbita entre 60 y 80 toneladas. Aunque el N1 sería publicitado ante el gobierno como un cohete multiuso, para Koroliov siempre fue el cohete marciano, la pieza clave para hacer realidad su sueño.

Cohete N1.

Inmediatamente, los ingenieros de la OKB-1 se dieron cuenta que la principal limitación de una nave marciana era la enorme masa que requerían los suministros para la tripulación. Como resultado, se propuso un sistema de soporte vital de ciclo cerrado con su propia fuente de alimentos. O lo que es lo mismo, los cosmonautas deberían cultivar su comida en invernaderos hidropónicos. De esta forma, la masa de la nave podría disminuir de forma drástica. Con el fin de focalizar la luz solar, el vehículo incluiría un sistema de espejos para iluminar los invernaderos. La falta de gravedad también parecía ser un obstáculo muy grave. Nadie sabía cómo se comportaría el cuerpo humano después de varios meses en ingravidez, así que los primeros diseños empleaban algún tipo de sistema de rotación para crear gravedad artificial gracias a la fuerza centrífuga.

TMK

El primer proyecto concreto de nave marciana sería propuesto ya en 1959 por la Sección nº 3 de Gleb Maksimov. La nave se denominaría TMK (Тяжёлый Межпланетный Комплекс, «Complejo Interplanetario Pesado»), aunque con el fin de distinguirla de otros proyectos homónimos suele aparecer en la literatura como TMK-1. Tenía una masa de 75 toneladas y unas dimensiones de 6 x 12 metros. La tripulación estaría compuesta por tres cosmonautas, los cuales deberían permanecer en el espacio dos o tres años. Por limitaciones de peso, la TMK-1 no aterrizaría en Marte, limitándose a sobrevolarlo a poca altura. Para garantizar los suministros, la nave incluiría un reactor clorofílico alimentado por luz solar. La TMK giraría sobre su propio eje con el fin de proporcionar gravedad artificial. Esta variante de sobrevuelo tendría una masa en órbita baja superior a las 200 toneladas, por lo que serían necesarios dos o tres lanzamientos del N1 para llevar a cabo la misión.

Nave TMK-1.

La nave incluía una cápsula en su parte superior para permitir el regreso de los cosmonautas a la Tierra. La cápsula o SA, de 2,1 toneladas, tendría una forma de campana similar a la propuesta para la futura nave Soyuz. En la versión final de 1962, la TMK-1 estaría formada por dos secciones similares, una de las cuales se desecharía una vez realizada la maniobra de corrección en las cercanías de Marte. Para reducir el tiempo de la misión, se sugirió sobrevolar Venus para realizar una maniobra de asistencia gravitatoria, usando una trayectoria que recibiría el acrónimo MAVR (MArs-Venera Razom, МАВР, «Marte y Venus a la vez»). Según los planes de la Sección nº 3, la TMK-1 podría partir hacia Marte el 8 de junio de 1971, regresando a la Tierra el 10 de julio de 1974.

Vista exterior de la TMK-1.

A su vez, la Sección nº 9 presentó un proyecto de viaje marciano con el nombre de MPRKK (Марсианский Пилотируемый Ракетно Космический Комплекс, МПРКК, «Complejo Espacial Tripulado Marciano»). Este complejo se hallaba dividido en dos partes, la nave interplanetaria propiamente dicha (MPKK) y el sistema de lanzamiento (MRK). El vehículo interplanetario MPKK sería también conocido como TMK. Lo cierto es que durante los primeros años del programa marciano se propusieron numerosas variantes de la TMK y muchas de ellas fueron estudiadas por distintas secciones de la OKB-1. Esto explica que todavía exista cierta confusión acerca de muchos detalles concretos. Lamentablemente, la mayor parte de los documentos oficiales sobre estas TMK serían destruidos en los años 70, dificultando aún más la tarea de los historiadores.

En 1960, Konstantín Feoktístov -futuro cosmonauta y miembro del equipo de Tijonrávov- se mostró partidario de emplear energía eléctrica nuclear (YaEDU) para la TMK. Un reactor nuclear alimentaría un sistema de propulsión con motores iónicos o de plasma. De esta forma se lograría disminuir la masa total del complejo. Pero Koroliov se opuso a esta idea, ya que pensaba que el ahorro en el peso no compensaría el aumento en la complejidad técnica del proyecto. Finalmente, la nave marciana emplearía solamente combustibles químicos en su sistema de propulsión.

Representación artística del proyecto de nave marciana soviética de principios de los 60 con propulsión nuclear eléctrica (RKK Energía).

Pese a las limitaciones inherentes a este tipo de propulsión, se decidió ampliar el proyecto. La misión incluiría también el aterrizaje en Marte usando un curioso sistema en forma de «tren marciano». El módulo de aterrizaje estaría dispuesto sobre un vehículo con ruedas para que la tripulación -ahora compuesta por seis cosmonautas- explorase Marte durante un mes aproximadamente. Terminada su misión, despegarían hasta la órbita marciana, donde les esperaba la TMK para poner rumbo a la Tierra. Este esquema era mucho más ambicioso que la simple TMK-1 propuesta por la sección nº 3, requiriendo el lanzamiento de más de diez N1.

El «tren marciano» (RKK Energía).

Primeros diseños de la TMK, con espejos para los invernaderos y sistemas de gravedad artificial.
Diseño final de la TMK de 1962.

Hacia mediados de 1962 se fueron perfilando los detalles del proyecto. Como primera novedad, se decidió prescindir de los sistemas de gravedad artificial. Las misiones Vostok habían demostrado que la ingravidez no era un grave impedimento de cara a la exploración espacial y, por otro lado, la complejidad técnica relacionada con estructuras móviles hacían desaconsejable esta opción. La TMK tendría forma cilíndrica y su masa inicial en órbita terrestre estaría situada entre 1200 y 2000 toneladas. Efectivamente, el aterrizaje en la superficie marciana elevaba la masa del complejo de forma alarmante. A todas luces se trataba de un proyecto de imposible realización, ya que serían necesarios unos quince lanzamientos del N1. Esto era demasiado, incluso para un equipo de curtidos pioneros de la cosmonáutica. Al mismo tiempo, el 16 de mayo de 1962, el gobierno soviético respaldaría el proyecto de sobrevuelo marciano y recomendaría el desarrollo de un programa de aterrizaje en Marte. El planeta rojo se había convertido en un objetivo oficial para la URSS.

Atrapados en el callejón sin salida de la masa, los ingenieros de la OKB-1 decidieron en 1963 estudiar el empleo de la técnica de aerocaptura. De este modo, la atmósfera de Marte serviría para frenar la velocidad de la nave, permitiendo que entrase en órbita del planeta rojo sin necesidad de usar una gota de combustible. Hay que tener en cuenta que por entonces se pensaba que Marte poseía una atmósfera mucho más densa. En realidad, la aerocaptura en Marte es actualmente un verdadero desafío tecnológico para la tecnología del siglo XXI, lo que nos permite atisbar el nivel de audacia de los ingenieros de la OKB-1 a principios de los años 60. Gracias al uso de esta técnica, la TMK podría reducir su masa en un 20%. Ya de por sí es una cantidad muy significativa, pero lo realmente importante es que la masa inicial en órbita baja sería inferior a la mitad del diseño original: 378 toneladas frente a las 1141 toneladas de la misión sin aerocaptura. Esta configuración podría ser ensamblada en órbita terrestre usando tres o cuatro cohetes N1.

Para permitir la maniobra de aerocaptura, la TMK usaría un escudo de frenado formado por el sistema de espejos parabólicos que debían iluminar los invernaderos de la nave. Este conjunto de espejos también debía servir al mismo tiempo como radiotelescopio y antena de comunicaciones con la Tierra. En esta configuración final, presentada en 1964, el complejo marciano tenía una masa total de 83 toneladas, divididas entre las 16,8 toneladas de la TMK, 30 toneladas del módulo de aterrizaje y 36,3 toneladas del sistema de propulsión para abandonar la órbita marciana. El módulo de aterrizaje consistía básicamente en una versión agrandada del módulo lunar LK con dos etapas y capacidad para dos o más cosmonautas. Además, Koroliov propuso lanzar primero algunas naves TMK como estaciones espaciales en la órbita terrestre, permitiendo así poner a prueba el diseño. Estas estaciones se llamarían TOS («estación orbital pesada»).

Complejo marciano de 1964. A la derecha podemos ver el montaje en órbita baja y a la izquierda la nave marciana.
Detalle de la nave marciana, con la cápsula del módulo de aterrizaje a la izquierda y los espejos parabólicos para el sistema de aerocaptura. A la derecha vemos los cinco bloques propulsores para abandonar la órbita terrestre.
Esquema de misión a Marte con aerocaptura y estancia de un mes en Marte.
La nave marciana. En la parte superior vemos el bloque propulsivo para abandonar la órbita de Marte, la sección intermedia con los invernaderos y el módulo de aterrizaje.
Arriba: detalle del módulo marciano, un «LK con esteroides». Abajo: el LK.
Módulo lunar LK.

El complejo de aterrizaje marciano de 1964 sería la culminación de cinco años de trabajo por parte de la OKB-1, pero justo en ese momento la Luna se vuelve a perfilar como un objetivo prioritario. Después del desafío lanzado por el presidente Kennedy en 1961, los Estados Unidos se embarcan en el Programa Apolo con el fin de poner un hombre en nuestro satélite. En 1964 ya es evidente que no estamos ante un farol de los estadounidenses y el miedo a la derrota empieza a ser evidente entre las filas del gobierno soviético. Pese a su preocupación, lo cierto es que la cúpula soviética apenas invierte en el programa lunar. Aunque se aprueba el desarrollo del N1 y el complejo lunar N1-L3, el esfuerzo económico y humano destinado por la URSS es una pequeña fracción del que en esos momentos tiene a su disposición la NASA. Lo único que queda claro es que la exploración tripulada de Marte tendrá que esperar. La Luna es ahora la única prioridad.

Mavr y Aelita

En 1965 fallece Serguéi Koroliov, dejando huérfano al programa espacial soviético. Su muerte es un golpe devastador para el programa de exploración tripulada más allá de la Tierra. Su sucesor, Vasili Mishin, prefiere concentrarse en la Luna -sin éxito- y ordena la paralización de los proyectos relacionados con un viaje a Marte.

Afortunadamente, sería el instituto de investigación NII-88 (posteriormente conocido como TsNIImash) el que retome el estudio de los viajes tripulados a Marte a partir de 1966. En realidad, el NII-88 llevaba desde 1963 colaborando con la OKB-1 en proyectos de misiones a Marte. Como resultado de este trabajo, se crea una propuesta muy similar a la propuesta de la OKB-1. La nave marciana del NII-88 se denomina MK («nave interplanetaria») y está compuesta por una cápsula para la reentrada en la atmósfera terrestre (SA) y el complejo PIK («complejo de investigación planetaria»). Una vez más, se vuelve a estudiar el concepto de un módulo de aterrizaje móvil (POLAB) y se sopesan sus ventajas frente a uno no móvil (SLAB). El proyecto MK es quizás demasiado ambicioso teniendo en cuenta la realidad económica y tecnológica del país, así que el TsNIImash se concentra en misiones de sobrevuelo. El nuevo programa se presenta en julio de 1968 y recibe el nombre de Mavr, haciendo alusión a la trayectoria elegida. Pese a su nombre, Mavr no tiene nada que ver con la propuesta TMK-1 de la OKB-1 aparecida pocos años antes.

La misión Mavr tendría una duración de 480-600 días (dependiendo de la ventana de lanzamiento). Al sobrevolar Venus y Marte se lanzarían sondas automáticas para el estudio de estos planetas, tarea que sería complementada mediante la observación lejana usando un potente telescopio. La sección principal de Mavr estaría formada por el módulo UZhB (Универсальный Жилой Блок, УЖБ, «Bloque Habitable Universal»), con un diámetro de seis metros y dividido en 5-6 «pisos». Mavr tendría una masa de 105,68 toneladas, incluyendo el UZhB de 71, 5 toneladas y una cápsula (SA) de 7000 kg.

Mavr.
Esquema del Mavr: 1- radiotelescopio; 2- invernadero; 3- sonda marciana; 4- esclusa; 5- paneles solares; 6- bloque habitable; 7- tanques de combustible; 8- cápsula de regreso a la Tierra; 9- sonda a Venus; 10- telescopio; 11- centrífuga.

Poco después, en julio de 1969, la URSS pierde la carrera lunar ante los Estados Unidos. Un viaje tripulado a Marte sería oportunidad ideal para restaurar el orgullo de la nación en materia espacial. La posibilidad de cancelar el programa lunar N1-L3 e invertir los esfuerzos en un programa marciano se empieza a contemplar como una opción a tener en cuenta. El propio Mtsilav Keldish -presidente de la Academia de Ciencias de la URSS- declara públicamente que la exploración tripulada de Marte debe ser una de las prioridades de la nación.

El 30 de julio de 1969, pocos días después del alunizaje del Apolo 11, el Ministerio de Maquinaria general (nombre en clave para el «ministerio del espacio») publica la orden nº 232 por la que se ordena el desarrollo de un complejo espacial RKK (Ракетно-Космический Комплекс) para viajar al planeta rojo. El proyecto recibe el nombre en código de Aelita. Estrictamente hablando, Aelita era un programa de aterrizaje marciano, pero, puesto que el programa preveía en una primera fase lanzar la misión Mavr, ambos proyectos suelen confundirse en la literatura. En todo caso, es importante recalcar que no se trata del mismo programa. Tanto Mavr como Aelita harían uso de una versión mejorada del N1, denominada N1-M, con combustibles criogénicos y, si el presupuesto lo permitía, etapas superiores nucleares.

Propuesta de nave marciana por propulsión nuclear eléctrica de la oficina NPO Energía para el programa Aelita (RKK Energía).
Módulo de aterrizaje de la nave marciana (RKK Energía).
Propuesta del TsNIImash de nave propulsada por energía eléctrica nuclear para el programa Aelita.

El proyecto Aelita iba en serio. Para estudiar los efectos psicológicos y logísticos de un viaje a Marte de larga duración, en 1966 se construye una réplica de la TMK original en el Instituto para Problemas Biomédicos (IMBP) de Moscú. El módulo, denominado NEK, será usado para varios viajes simulados. El 5 de noviembre de 1967 da comienzo el primer experimento de larga duración, durante el cual G. Manovtsev, O. Ulibshev y A. Bozhko permanecieron un año en el interior de las instalaciones. Sería la primera de varias experiencias similares, incluyendo la llevada a cabo en 1975 por V. A. Kórsakov, B. M. Abushkin y el médico V. I. Makárov, quienes permanecieron 90 días en el interior del NEK. Estas instalaciones son las mismas que se han usado recientemente para la experiencia Mars 500.

G. Manovtsev, O. Ulibshev y A. Bozhko finalizan su misión de 90 días en el NEK del IMBP de Moscú, en 1975.

A principios de los 70, la oficina de Vladímir Cheloméi -eterna rival de la OKB-1- decide proponer su propia misión a Marte con una misión de aterrizaje marciano. La propuesta de Cheloméi, con el nombre de «Segenit», se basa en la nave MK-700, que debe ser ensamblada mediante tres lanzamientos del cohete gigante UR-700M. La MK-700 tendría una masa en órbita baja de 1400 toneladas y su objetivo sería poner a dos cosmonautas en la superficie de Marte durante treinta días. En cualquier caso, la MK-700 de Cheloméi no pasó nunca de la fase inicial.

El fin de un sueño

Después del fracaso de los cuatro lanzamientos del N1, a mediados de los años 70 Valentín Glushkó se hace con el control de la OKB-1 y ordena cancelar este lanzador, así como el programa marciano. Desgraciadamente, también ordena la destrucción de un gran número de documentos y planos de los primeros proyectos de misiones a Marte. La prioridad de Glushkó es el desarrollo de un nuevo lanzador gigante, así como un nuevo transbordador espacial que contrarreste al futuro shuttle norteamericano.

Para entonces, Marte ya no es el mundo misterioso que había cautivado a Koroliov. Las sondas automáticas muestran un planeta frío y desértico, con una atmósfera muy poco densa. No hay rastro de canales u hombrecillos verdes. Como consecuencia, el interés por la exploración tripulada del planeta rojo desciende significativamente. En los años 80, el análisis exhaustivo de los datos transmitidos por las sondas revelarían finalmente un mundo mucho más interesante de lo inicialmente previsto, con numerosas evidencias de un pasado cálido y más húmedo. El interés en la exploración de Marte vuelve a despertase y, consecuentemente, se proponen varias expediciones tripuladas, aunque ninguna logrará salir adelante.

Como siempre, la pregunta es evidente: ¿qué habría pasado si alguna de los numerosas misiones tripuladas soviéticas al planeta rojo hubiesen sido aprobadas? Quizás viviríamos en un mundo muy diferente, un mundo en el que el primer viaje a Marte tuvo lugar en 1971 o en 1985. De haber sido así, ¿dónde estaríamos ahora?

Referencias:



27 Comentarios

  1. Daniel, estupendo artículo, como siempre…

    Por cierto, ya que mencionas la propulsión eléctrica en el artículo, me tomo la libertad de recordarte que nos debes la segunda parte del artículo sobre los propulsores nucleares.

    A ver cuando nos deleitas con ese tema de nuevo!

  2. Increíble post, me quedo atontado siempre leyendo las cosas en este blog 🙂

    Sólo me aborda una duda (una razonable) sobre lo que he leído. El hecho de simular la fuerza de gravedad, la primera vez que lo oí, fue en la película de Armageddon, cuando visitan la MIR y lo consiguen haciendo rotar la estación sobre su eje.

    Al principio me pareció razonable, pero al cabo de un tiempo reflexioné sobre ello y llegue a la conclusión de que era una ‘sobrada’ de la peli, por eso me ha sorprendido leerlo aquí.

    Simular gravedad requeriría una aceleración constante. Si la nave/estación simplemente girara, los astronautas girarían a la misma velocidad que ella y por lo tanto sólo tendrían esa sensación de gravedad durante el tiempo en el que se está acelerando. ¿No es así?

    A ver si alguien me aclara un poco las cosas porque supongo que hay algún detalle que se me escapa.

    Gracias 🙂

  3. Muy interesante Daniel, recién lo leo.
    Tal cual; ¿Que sería de este mundo si en 1971, los rusos hubiesen pisado marte coronándose como los lideres mundiales de la exploración espacial? Como hoy le pasa a la NASA, la falta de definir un objetivo claro y tirar para ese lado colaboró a no alcanzar las metas propuestas.
    Abrazo, Gaston.

  4. ¡Gracias por los comentarios!

    @Juanan: suscribo tus palabras al 100%.

    @Monsieur: para hacer los sueños realidad, ¡primero hay que soñar! 😉 Esta generación ni siquiera se molesta en hacerlo…y así nos va.

    @Malakai: no hay aceleración longitudinal, pero sí aceleración normal (o perpendicular) debido al cambio de dirección del vector velocidad, de ahí la fuerza centrífuga/centrípeta (fuerzas ficticias, por cierto).

    @Gabriel: ¡gracias!

    Sobre la tecnología de la época, creo que evidentemente no permitía un aterrizaje en Marte en los años 60 o 70, pero si una misión tipo Mavr en los 70 u 80. La tecnología espacial muchas veces se desarrolla después de fijar los objetivos, no al revés. Si no, no tenemos más que fijarnos en el Apolo…

    ¡Saludos!

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Por Daniel Marín, publicado el 25 enero, 2011
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