Más detalles sobre la PPTS, la nueva nave rusa

Por Daniel Marín, el 29 junio, 2011. Categoría(s): Astronáutica • PPTS • Rusia • sondasesp ✎ 11

A finales de esta década, Rusia pretende introducir una nueva nave tripulada para sustituir a las venerables Soyuz. La futura nave se denomina Nave Tripulada de Nueva Generación o PTK-NP (Пилотируемый Транспортный Корабль Нового Поколения, ПТК НП) y forma parte del llamado Sistema Futuro de Transporte Tripulado o PPTS (Перспективная Пилотируемая Транспортная Система, ППТС).

 
Aspecto actual de la nueva nave rusa PTK-NP (RKK Energía).

La agencia espacial rusa Roskosmos lanzó el programa PPTS en enero de 2009 y poco después otorgó el contrato para su desarrollo a la empresa RKK Energía, fabricante de las Soyuz. Entre marzo de 2009 y junio de 2010 tuvo lugar la fase de diseño preliminar del vehículo, durante la cual el gobierno federal invirtió unos 800 millones de rublos (más o menos 24 millones de dólares de la época). El 27 de octubre de 2010 el programa paso a la fase OKR (Opitno-Konstruktorskie Raboti, “trabajos de pruebas y construcción”), equivalente a la “Fase B” de la NASA. Esta fase se prolongará hasta diciembre de 2012, cuando deberá emerger el diseño definitivo de la nave. Pese a todo, los encargados del proyecto, entre los que se encuentra el antiguo cosmonauta Valeri Ryumin, han declarado en múltiples ocasiones que la inversión gubernamental es insuficiente para sacar adelante el programa dentro de los plazos previstos.


El jefe de Energía, Vitali Lopota (a la izquierda), con una maqueta de la PPTS en el festival aéreo de Le Bourget 2011 (RKK Energía).

Durante este tiempo, el diseño del vehículo ha cambiado ligeramente con respecto a la propuesta inicial. La diferencia fundamental ha sido la cancelación oficial de la versión lunar de la nave. Esta versión se introdujo como respuesta al Programa Constellation de la NASA, pero está claro que la Rusia actual no puede permitirse realizar misiones lunares en solitario. Por supuesto, si en el futuro surge la posibilidad, la PTK-NP podría ser modificada fácilmente para misiones más allá de la órbita terrestre.

Otros cambios han surgido a raíz de la propuesta de RKK Energía para aumentar las prestaciones de la nave durante las misiones en solitario. Aunque la PTK-NP deberá servir en una primera fase para trasladar carga y tripulantes hasta la estación espacial internacional (ISS), Energía quiere disponer de un vehículo capaz de realizar vuelos orbitales sin necesidad de acoplarse con ninguna estación. Estos requisitos han provocado que la masa de la cápsula haya aumentado desde las 7,7 toneladas originales hasta las 9,3 toneladas, aunque habrá que esperar al diseño final para saber qué opción ha sido finalmente la elegida por RKK Energía y Roskosmos. Por otro lado, el escudo térmico de losetas blancas y negras ha sido sustituido por otro más tradicional con dos tipos de materiales.

Según el diseño actual, la PTK-NP es una nave de 12-13,4 toneladas con capacidad para seis cosmonautas y que podrá permanecer un año en el espacio acoplada a la ISS. También es capaz de llevar a cabo misiones en solitario de 14 días de duración con cuatro cosmonautas a bordo, o de un mes con dos tripulantes. La nave se encuentra dividida en dos partes principales: la cápsula VA (Vozvraschaemi Apparat/Возвращаемый Аппарат, “aparato de retorno”) y el módulo de servicio DO (Dvigatelni Otsek/Двигательный Отсек, “sección de motores”).


Partes de la PTK-NP (RKK Energía/nasaspaceflight.com).


Dimensiones generales de la PTK-NP. El compartimento con los motores de maniobra de la cápsula ha sido eliminado del diseño final (RKK Energía).


Maqueta de la PTK-NP en Le Bourget 2011 (RKK Energía).

El DO incluye los motores de maniobra orbital DOM y el motor principal KDU, dividido a su vez en ocho cámaras de combustión. El DO usará combustibles hipergólicos como la Soyuz y estará unido con la VA mediante ocho pernos explosivos y veinte muelles. Las conexiones eléctricas, hidráulicas y de gases (oxígeno) se llevarán a cabo mediante un mástil.


Módulo de servicio DO (RKK Energía).

La cápsula, en principio reutilizable, se divide a su vez en dos secciones, la KO (Komandni Otsek/Командный Отсек, “sección de mando”) y la AO (Agregatni Otsek/Агрегатный Отсек, “sección de propulsión”). KO es la sección presurizada donde se encuentran los cosmonautas y los sistemas principales, incluyendo un paracaídas de emergencia. En la sección AO encontramos el escudo térmico principal, los motores de maniobra durante la reentrada (SIOS) y el sistema de frenado mediante cohetes de combustible sólido PTDU. El sistema SIOS será el encargado de orientar la nave durante el descenso a través de la atmósfera terrestre para que pueda aterrizar en la región prevista. Usará alcohol como combustible y oxígeno como comburente, propergoles no tóxicos para evitar problemas de seguridad con la tripulación (la Soyuz usa solamente peróxido de hidrógeno en este sistema). En las versiones anteriores de la PTK-NP, algunos motores del SIOS debían estar instalados en un módulo situado en la parte frontal del KO, pero esta característica se ha eliminado del diseño final.


La cápsula VA. Arriba se aprecia la sección KO, abajo la AO con los propulsores del SIOS y el PTDU, así como el tren de aterrizaje (RKK Energía).


Sección inferior AO de la cápsula VA con el sistema SIOS y el sistema PTDU (RKK Energía).

El sistema PTDU (Posadochnaia Tviordotoplivnaia Dvigatelnaia Ustanovka/Посадочная Твердотопливная Двигательная Установка, “instalación de motores de combustible sólido para el aterrizaje”) es el verdadero protagonista de la nueva nave y convertirá el regreso a la Tierra en toda una experiencia no apta para gente con problemas cardíacos. La PTK-NP no aterrizará como la Soyuz usando paracaídas convencionales, sino que utilizará los cohetes del sistema PTDU para descender de forma vertical.

El PTDU está formado por un conjunto de 16 motores de combustible sólido (denominados SUB) distribuidos alrededor de la circunferencia de la sección AO. Después de finalizar la maniobra de reentrada, la cápsula VA descenderá a través de la atmósfera en caída libre. A tan sólo un kilómetro de altura se desprenderá el escudo térmico y entonces se encenderán los motores PTDU para frenar la nave. A 40 metros de altura, la velocidad será de 80-120 m/s y entonces comenzará la etapa final de frenado. Hasta este momento, el empuje de las toberas estará dirigido de forma paralela al eje de la nave. Cuando se alcancen los 20 metros de altura entrará en acción el segundo grupo de toberas y la cápsula podrá orientar su trayectoria para efectuar un descenso seguro. La VA aterrizará sobre un tren de aterrizaje dotado de amortiguadores con una velocidad vertical y horizontal no superior a los 3 m/s. La precisión en el aterrizaje no debe ser inferior a los 2,5 kilómetros, para asegurar así un descenso seguro en Siberia Oriental, cerca del futuro cosmódromo de Vostochni.


Despegue y aterrizaje vertical de la PTK-NP (Paco Arnau/ciudad-futura.net).

RKK Energía baraja un empuje máximo del sistema PTDU de unas 15 toneladas. En este caso, el tiempo de funcionamiento de los motores de combustible sólido será de unos 30 segundos. Si el sistema PTDU no se activa, la sección inferior AO se desprenderá inmediatamente y la sección presurizada KO descenderá de forma segura gracias a un paracaídas de pequeño tamaño. La base de la KO incluye unos pequeños motores de combustible sólido DMP muy parecidos a los usados en las cápsulas Soyuz. Pese a todo, en este caso el impacto será muy duro, aunque los cosmonautas podrán salvar la vida.

Durante el lanzamiento, la PTK-NP empleará una torre de escape basada en el SAS de la Soyuz denominada RBAS (Ракетный Блок Аварийного Спасения). Su diseño no está todavía decidido, ya que depende del peso final de la cápsula y de las características precisas del lanzador, pero tendría una masa de unas 4-5 toneladas y en una de sus versiones podría incorporar dos juegos principales de motores de combustible sólido. Es decir, sería una especie de “SAS doble”.


Modelo aerodinámico de una versión del RBAS de la PTK-NP con dos conjuntos de motores principales (RKK Energía).

La PTK-NP debe despegar desde el nuevo cosmódromo de Vostochni mediante un cohete Rus-MP. Tanto el lanzador como el centro de lanzamiento son los verdaderos puntos débiles del proyecto, motivo por el cual RKK Energía ha propuesto en varias ocasiones lanzar la PTK-NP con un cohete basado en el Zenit.


Cohete Rus-M (Novosti Kosmonavtiki).

Roskosmos mantiene 2015 como fecha para el debut de la PPTS y el Rus-M, mientras que el primer lanzamiento tripulado debe tener lugar en 2018. A estas alturas, nadie cree ya que se trate de un calendario realista.

El futuro del programa espacial tripulado ruso en este siglo depende en gran medida de la PTK-NP. ¿Apostará Rusia por la innovación en materia espacial o seguirá viviendo de las rentas de su pasado soviético?


Diferencias entre la Soyuz y la PTK-NP.



11 Comentarios

  1. Hola Daniel, desde tu perspectiva, crees que realmente la PTK-NP salga adelante ? lo anterior no solo lo digo por el presupuesto asignado a la nave en sí, si no también al problema que significa depender del Rus-M y Vostochni en donde ni uno ni el otro están avanzando nada. Gracias

  2. El 31 de agosto de 2006, Lockheed Martín consiguió un contracto para el desarrollo de la nave Orion (MPCV) por un valor de 3.900 millones de dólares.

    Y RKK Energía solo a recibido 24 millones de dólares???

    No es muchas diferencias?

  3. @Javier: pues opino lo mismo que tú. El punto débil de la PTK-NP es el Rus-M y Vostochni. Es el último eslabón de una cadena de por sí muy débil. El Rus-M y Vostochni pueden existir sin la PPTS, pero no al revés. La única salida a este círculo vicioso sería desarrollar un derivado del Zenit más potente lanzado desde Baikonur, que es precisamente lo que ha intentado Energía.

    @Anónimo: eso era solamente el presupuesto de la Fase A, aunque ciertamente sigue siendo muy poco.

    @Javier: según el diseño preliminar de junio de 2010 el sistema de aterrizaje principal siguen siendo los cohetes sólidos, con el paracaídas como sistema de emergencia. Pero habrá que ver el diseño definitivo y la masa final de la cápsula.

    Saludos.

  4. Supongo que el usar el RUS-M será para forzar la competencia con la oficina de diseño del Angara y no quedar atado a un único proveedor.

    Angara, PPTS y RUS-M son una prueba importante para la industria espacial Rusa, son los primeros grandes proyectos sin la sombra de la era Soviética (porque creo que los módulos de la ISS ya estaban pensados para la MIR-2).

  5. buenas Daniel, interesante post como siempre, pero no puedo entender como un pequeño paracaidas puede en 40m decelerar de 80-120m/s a 3m/s una nave de 9 toneladas

  6. @StarfishPrime: sí, se trata de mantener el equilibrio de fabricantes. El Rus-M es de la empresa TsSKB Progress (Soyuz) y el Angará de Khrunichev (Protón).

    @Anónimo: no, el paracaídas es el sistema de emergencia. El sistema principal son los cohetes de combustible sólido. En caso de emergencia, hay que tener en cuenta que el paracaídas no tendría que frenar toda la masa de la VA, sino del KO.

    Saludos.

  7. Hola Daniel, tengo duda de la efectividad de usar motores de combustible solido para realizar aterrizaje suave, hasta donde yo se la mayoría de las sondas y otros artilugios usan motores de combustible liquido, aparte del sistema de airbarg.

    Zeus.

  8. @Zeus: a pequeña escala, los cohetes de combustible sólido se usan en las Soyuz para amortiguar el aterrizaje de forma muy efectiva, pero el sistema de la PPTS será un orden de magnitud más ambicioso. No eres el único que tiene dudas. Muchos analistas lo consideran demasiado arriesgado. RKK Energía ha usado la experiencia en el diseño de la nave Zaryá de finales de los años 80, aunque ésta usaba cohetes de combustible líquido (queroseno y peróxido de hidrógeno).

    Saludos.

    Saludos.

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Por Daniel Marín, publicado el 29 junio, 2011
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