55 años del primer «planeta artificial»

Una década antes de que los Estados Unidos y la Unión Soviética se enzarzasen en una carrera por mandar el primer hombre a la Luna, ambas superpotencias compitieron por lanzar la primera nave a nuestro satélite. Fruto de esa primera carrera lunar, la sonda Luna 1 se convirtió hace 55 años en el primer objeto fabricado por el hombre que abandonó la gravedad terrestre. Un sueño hecho realidad. Y literalmente, porque la nave Luna 1 se llamaba precisamente Mechtá (‘sueño’ en ruso).

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Modelo de la sonda Luna 1 en el Museo de la Cosmonáutica de Moscú (Eureka).

En 1955, y mientras elaboraba los planes para lanzar el primer satélite artificial, el Ingeniero Jefe Serguéi Koroliov propuso al gobierno soviético un plan para lanzar una nave a la Luna. Koroliov se dio cuenta de que el misil R-7 que su oficina de diseño OKB-1 estaba construyendo por entonces sería capaz de lanzar un pequeño objeto hasta nuestro satélite. Ni que decir tiene, la sonda no podría ponerse en órbita lunar o aterrizar, pero sí que podría impactar a gran velocidad contra la Luna. Todo un éxito para la incipiente cosmonáutica soviética. Ya en 1954 Koroliov y Mijaíl Tijonrávov -viejo colega de Koroliov y pionero de la cosmonáutica- habían escrito su famoso artículo «Informe sobre un satélite artificial de la Tierra» donde sugerían la posibilidad de lanzar sondas a la Luna. Sin embargo, en 1955 el gobierno soviético no estaba interesado en estos grandiosos planes. La prioridad era poner en servicio el misil R-7 y, sólo entonces, se destinarían recursos para lanzar satélites a la órbita terrestre. La Luna podía esperar.

Pero el 4 de octubre de 1957 el pequeño Sputnik lo cambió todo. Nikita Jruschov vio en el programa espacial un arma propagandística inigualable y Koroliov recibió carta blanca para algunos de sus proyectos espaciales. Dicho y hecho. Koroliov estableció inmediatamente tres grupos en la OKB-1, uno para satélites artificiales, otro para naves tripuladas y un tercero para naves lunares. Mijaíl Tijonrávov, fue puesto al mando de la sección de vehículos lunares junto con Gleb Maksímov, un joven ingeniero de la oficina de diseño. Mstislav Keldish de la Academia de Ciencias de la URSS se encargaría de coordinar los objetivos científicos del proyecto.

El 28 de enero de 1958 Koroliov, Keldish y Tijonrávov mandaron una carta al Comité Central del PCUS titulada «Sobre los lanzamientos de cohetes a la Luna» solicitando la creación de un programa lunar. Se propusieron dos misiones, una con el objetivo de chocar contra la Luna y otra para fotografiar la cara oculta de nuestro satélite. El 20 de marzo el gobierno soviético autorizó el desarrollo de las nuevas sondas, aunque Koroliov no se había molestado en esperar la publicación del decreto y ya había comenzado a diseñarlas. No había tiempo que perder. El Ingeniero Jefe sabía por los medios occidentales que los EEUU planeaban lanzar en agosto una nave Pioneer hacia la Luna y no quería quedarse atrás.

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Gleb Maksímov, encargado de los programas de la exploración de la Luna de la OKB-1.

En la primavera de 1958 Tijonrávov y Maksímov concibieron un programa lunar formado por cinco tipos de sondas. Todas serían designadas por la letra cirílica ‘E’ (Ye), la siguiente letra en el alfabeto cirílico tras la Д (D) con la que habían sido designadas las propuestas de satélites artificiales de la OKB-1. La serie Ye-1 sería una familia de pequeñas sondas de 170 kg capaces de impactar contra la Luna y poco más. Serviría para probar la nueva versión del cohete R-7 con tres etapas 8K72 y los nuevos sistemas soviéticos de comunicaciones de espacio profundo. La serie Ye-2, de 280 kg, fotografiaría la misteriosa cara oculta de la Luna, mientras que la Ye-3 haría lo mismo pero con un equipo más avanzado.

La serie Ye-4, de 400 kg, era el tipo de sonda más estrambótico de todos. Las autoridades soviéticas temían que los gobiernos occidentales no reconociesen los éxitos lunares soviéticos ante la falta de evidencia directa. Por lo tanto, ¿qué mejor prueba de que se ha mandado algo a la Luna que detonar una bonita arma nuclear contra su superficie? Como alternativa se estudió una versión de la Ye-4 con explosivos convencionales, aunque finalmente esta serie fue cancelada por las obvias complicaciones políticas que traía aparejado el lanzamiento de armas atómicas mediante un misil balístico modificado en plena Guerra Fría. Por último, las naves de la serie Ye-5 orbitarían la Luna para estudiarla en detalle antes de mandar misiones más ambiciosas. Con el tiempo, la serie Ye-5 también sería cancelada, por lo que la OKB-1 se concentró solamente en las Ye-1, Ye-2 y Ye-3.

Las sondas Ye-1 debían ser extremadamente simples para acelerar su construcción, así que no es de extrañar que su diseño se basase en el del Sputnik 1, conocido inicialmente como satélite PS-1 (Prosteishi Sputnik, ‘el satélite más simple’). Pero las Ye-1 serían más grandes que el Sputnik. Frente a los 56 centímetros de diámetro del primer satélite artificial de la Tierra, las Ye-1 tenían un diámetro de 80 centímetros y una masa de 156 kg (la masa situada en una trayectoria de escape alcanzaba los 361,3 kg, de ahí que a veces se cite erróneamente este valor como el peso de las sondas Ye-1). La carcasa exterior estaba fabricada en una aleación de aluminio y magnesio y el interior estaba presurizado con nitrógeno puro a 1,3 atmósferas. La sonda poseía cinco antenas, pero a diferencia del Sputnik, no todas ellas eran similares. La antena trasera tenía un magnetómetro en el extremo y estaba rodeada de cuatro antenas más pequeñas para transmitir telemetría en una frecuencia de 183,6 MHz y 1 kbit por segundo. Dos antenas delanteras más finas servirían para emitir la telemetría en caso de problemas con el sistema principal y operaban a 19,993 MHz. El receptor funcionaba a 102 MHz. Para mantener la temperatura de los instrumentos dentro de unos límites, la nave giraría una vez cada 14 minutos, aunque sin ningún control sobre su orientación. Un ventilador se encargaría de hacer circular el aire dentro de la nave para regular la temperatura interna.

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Sonda Ye-1 (Aleksandr Shlyadisnky).
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Ye-1 en configuración de lanzamiento (izquierda) y en vuelo (derecha). 1- Sonda. 2- Estructura de sujeción. 3- Conexión con el Bloque Ye. 4- emisor de sodio. 5- Estructura de soporte. 8- Antena de transmisión (183,6 MHz) (cuatro unidades). 9- Sensor de micrometeoros. 10- Estructura de la sonda. 11- Detector de protones. 12- Ventilador. 13- Antes de transmisión (19,993 MHz) (dos unidades). 14- Aviónica. (Novosti Kosmonavtiki).
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Interior del Luna 1 (Novosti Kosmonvtiki).

La Ye-1 llevaba cinco instrumentos científicos: un detector de gas, un magnetómetro (el segundo a bordo de un satélite soviético tras el Sputnik 3), un detector de micrometeoros, cuatro trampas de iones y un detector de rayos cósmicos. Además incorporaba 1 kg de vapor de sodio que debía liberar a mitad de camino hacia la Luna. De esta forma la nave -o mejor dicho, la nube de sodio- se podría ver con telescopios terrestres (en las longitudes de onda de 5890-5896 angstroms) y nadie dudaría de su existencia. Como vemos, un método bastante más simple que el uso de armas nucleares. La nube de sodio permitiría además determinar la trayectoria de la sonda en tiempo real incluso si fallaba la telemetría. La idea de usar sodio para seguir la trayectoria de la sonda había sido sugerida por los astrónomos Iosif Shklovsky y Vladímir Kurt, quienes convencieron a Koroliov de las bondades de este sistema en una fecha relativamente tardía. Como resultado, el 19 de septiembre de 1958 un misil R-5 lanzado desde Kapustin Yar emitió una nube de sodio a 430 kilómetros sobre el océano Índico para probar esta técnica. Las sondas Ye-1 llevaban también varios emblemas e insignias metálicas con el escudo y el nombre de la URSS diseñadas para sobrevivir al impacto contra la Luna.

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Insignias de la URSS transportadas por las sondas Ye-1 (Eureka).

Los EEUU tenían previsto lanzar su primera sonda Pioneer -posteriormente conocida como Pioneer 0- a la Luna el 17 de agosto de 1958. Las sondas Ye-1 no estaban listas aún, pero Koroliov logró tener preparado un cohete 8K72 con una Ye-1 para esa fecha. El 8K72 era un cohete R-7 Semiorka 8K71 con una etapa superior adicional capaz de situar hasta 400 kg de masa en una trayectoria de escape. La etapa superior se denominó Bloque Ye y fue diseñada por la oficina de diseño OKB-156 de Semyon Kosberg. El delicado sistema de guiado que debía mandar la sonda hacia la Luna corrió a cargo de Nikolái Pilyugin. Este sistema debía corregir los posibles errores de trayectoria acumulados durante el lanzamiento y mantener la orientación de la etapa durante los casi seis minutos que duraba la ignición del único motor RD-0105.

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Cohete 8K72: un R-7 Semiorka con una etapa Bloque Ye.
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Sonda Ye-1 en un Bloque Ye.

Si los estadounidenses lograban lanzar la Pioneer, Koroliov mandaría la Ye-1 ese mismo día en una trayectoria más rápida que le permitiría llegar antes a la Luna. La victoria sería para la URSS de una manera u otra. Pero el lanzamiento de la Pioneer 0 del 17 de agosto se saldó en fracaso cuando la primera etapa del cohete Thor-Able exploró 77 segundos después del despegue. Koroliov respiró tranquilo. El fracaso norteamericano le dio un respiro gracias al cual pudo seguir desarrollando su cohete 8K72 y la serie Ye-1.

El 29 de septiembre de 1958 a las 09:03 UTC se lanzó la primera Ye-1, pero no llegaría muy lejos por culpa de un fallo en el lanzador. El 11 de octubre y el 4 de diciembre Koroliov volvió a intentar lanzar dos naves Ye-1, pero no hubo suerte y ambos intentos fracasaron estrepitosamente. Una serie de vibraciones incontroladas destruyeron la primera etapa de los cohetes 8K72 93 segundos y 104 segundos tras el lanzamiento respectivamente. El origen de las vibraciones no era otro que el Bloque Ye, ya que los ingenieros de la OKB-1 no habían tenido en cuenta el efecto de resonancia que causaba la presencia de esta etapa en la estructura básica del R-7. Por suerte para el Ingeniero Jefe, los intentos norteamericanos para lanzar una Pioneer a la Luna que tuvieron lugar el 11 de octubre (Pioneer 1), el 8 de noviembre (Pioneer 2) y el 6 de diciembre (Pioneer 3) también fallaron uno tras otro. Parecía que la suerte hubiera abandonado a los programas espaciales de los dos países.

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Lanzamiento de una sonda Ye-1.
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Sonda Ye-1 en un Bloque Ye (RIA Novosti).

El 2 de enero de 1959 a las 16:41:21 UTC el cohete 8К72 Nº B1-6 (‘Vostok-L’) con la cuarta sonda Ye-1 (Ye-1 nº 4) despegó desde Baikonur. Esta vez todo funcionó a la perfección y las tres etapas del cohete funcionaron correctamente. El Bloque Ye se encendió como estaba previsto y la sonda alcanzó una velocidad de 11,4 km/s. Por primera vez en la historia un artefacto viajaba a la velocidad de escape o ‘segunda velocidad cósmica’, tan rápido que el campo gravitatorio de la Tierra ya no podría retenerlo. La prensa soviética bautizó la Ye-1 nº 4 como la Primera Nave Cósmica o Primer Cohete Espacial (se le daría el nombre Luna 1 años después de forma retroactiva) y el mundo, ajeno a los fracasos que se habían producido, volvió a maravillarse ante los progresos espaciales soviéticos.

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«Abierta la era de los vuelos interplanetarios». Así describía la prensa soviética la misión del Luna 1.

El 3 de enero la sonda liberó la nube de sodio a 113000 kilómetros de nuestro planeta. Vista desde la superficie terrestre, la Luna 1 era ahora una pequeña estrella difusa de magnitud seis, casi en el límite de lo que el ojo humano puede ver a simple vista. Usando la nube como referencia, los astrónomos calcularon la trayectoria de la sonda. La nave pasaría cerca de la Luna, pero no chocaría con ella. ¿Qué había pasado?

El cohete 8K72 usaba un sistema de guiado mediante estaciones terrestres de radio, al igual que el misil R-7. Este sistema, diseñado por la oficina de Mijaíl Ryazanski, consistía en varias estaciones móviles -RUP-A y RUP-B- situadas de forma simétrica a ambos lados de la trayectoria de lanzamiento del Semiorka a una distancia de 276 kilómetros. Las estaciones RUP se encargaban de guiar al cohete durante esta fase, que debía mantenerse justo en medio de la línea imaginaria perpendicular a la recta situada entre ambas estaciones si quería alcanzar la órbita. La estación RUP-A estaba situada en Tartugay, mientras que la RUP-B se hallaba en Togiz, ambas en Kazajistán.

El 1 de enero de 1959 el encargado de la estación la RUP-A orientó la antena de cara al lanzamiento del día siguiente. Sin embargo, cometió un error. La antena debía estar orientada con una inclinación de 42º, pero el técnico la colocó a 44º. Nadie se dio cuenta de la instalación incorrecta, probablemente debido a que el personal estaba un tanto ‘distraído’ después de las celebraciones del 31 de diciembre. La etapa central del cohete 8K72 debía apagarse de acuerdo a los datos suministrados por las estaciones RUP, pero el fallo en la orientación provocó que la etapa quemase todo su combustible, por lo que el Bloque Ye se encendió posteriormente en una zona no prevista (con el fin de simplificar el diseño del Bloque Ye las primeras misiones lunares no pasaban por una órbita de aparcamiento para corregir este tipo de errores). En definitiva, un tonto error a la hora de orientar una antena condenó la misión de la primera sonda espacial de la humanidad.

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Duncionamiento del sistema de guiado RUP (Novosti Kosmonavtiki).
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Sonda Ye-1 en un Bloque Ye.

El 4 de enero la Luna 1 pasó a 5965 kilómetros de la superficie lunar y se convirtió en el primer ‘planeta artificial’, tal y como la denominó la prensa de la URSS. La órbita solar de la Luna 1 tenía un perihelio de 146,4 millones de kilómetros y un afelio de 197,2 millones. Los periodistas soviéticos comenzaron a llamarla Mechtá (‘sueño’), un apodo que perduraría en el tiempo. La nave continuó funcionando hasta 62 horas después del lanzamiento, cuando se encontraba a 600 000 kilómetros de la Tierra. Aunque la sonda no logró su objetivo primario, al llegar tan lejos puso a prueba a las estaciones de comunicación de la URSS. Algunas estaciones (Kama-Ye) sólo lograron captar señales de la nave hasta 20 000 kilómetros de distancia, mientras que otras (RTS-Ye 1 y 2) permanecieron en contacto hasta el medio millón de kilómetros.

Los resultados científicos de la Luna 1 dejaron perplejo a los científicos soviéticos. El detector de micrometeoros, diseñado por Tatiana Nazarova del Instituto Vernadsky, no descubrió ninguna partícula. Igualmente, el magnetómetro tampoco detectó ningún campo magnético cerca de la Luna y permitió determinar que, de existir, el campo magnético lunar era diez mil veces más débil que el terrestre. Sin embargo, sí que descubrió variaciones brutales del campo magnético en las cercanías de la Tierra. Gracias a estos datos, y junto con los resultados de los detectores de rayos cósmicos y las trampas de iones, los investigadores pudieron dibujar el primer mapa transversal de los cinturones de radiación terrestre. Las trampas de iones habían sido diseñadas por Konstantín Gringauz, quien descubrió que el Sol emitía un flujo continuo de plasma ionizado a una velocidad de 400 km/s. Gringauz se convirtió así en el descubridor del viento solar. Desgraciadamente, prácticamente nadie se acuerda de él en la actualidad. Gringauz publicó sus resultados en mayo de 1961 durante una conferencia científica en Florencia. El título de su artículo no era demasiado llamativo -«Estructura de la envoltura de gas ionizado de la Tierra según las concentraciones locales de partículas cargadas medidas en la URSS»-, algo que quizás explica por qué pasó relativamente desapercibido entre sus colegas occidentales.

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Estructura de los cinturones de radiación terrestres de acuerdo con los datos de la Luna 1.
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Konstantin Gringauz, el descubridor del viento solar.

El retraso en la publicación del artículo de Gringauz también tiene su miga. Mstislav Keldish era el encargado de supervisar todos los artículos científicos redactados a partir de datos del programa espacial, así que tenía decidir si publicar los resultados de Gringauz -por entonces un científico con una trayectoria bastante modesta- o no. Pero Keldish no sabía nada de plasma, así que consultó a expertos como Serguéi Vernov, Yuri Alpert y Iosif Shklovsky (el creador de la nube de sodio para determinar la posición de la sonda). Vernov pensaba que la hipótesis de viento solar de Gringauz era totalmente descabellada, mientras que Alpert creía que los datos del instrumento podían ser erróneos. Sólo Shklovsky apoyó a Gringauz. Afortunadamente, A. L. Mintz, el director del Instituto de Técnica de Radio, se opuso a la ‘censura’ de Keldish, la cual consideraba inaceptable en el ámbito académico, e intercedió a favor de Gringauz. Mintz se salió con la suya, aunque las luchas intestinas entre los científicos soviéticos ocasionaron un importante retraso en la publicación del artículo

55 años después, la Luna 1 sigue en órbita alrededor del Sol. Aunque sus sistemas hace mucho tiempo que dejaron de funcionar, la primera nave que abandonó la gravedad terrestre sigue allá fuera como un planeta artificial, transformada en un monumento al afán del ser humano por viajar cada vez más lejos y más rápido.



16 Comentarios

    1. Desgracidamamente, no. Es muy pequeña para ser captada por los telescopios terrestres y las perturbaciones de la gravedad de la Tierra y otros planetas hacen imposible predecir con exactitud dónde estará ahora.

        1. La verdad es que no lo sé, pero supongo que existe cierta probabilidad de que impacte contra la Tierra en un futuro. No obstante, la probabailidad de que su órbita sea desviada por la gravedad terrestre debe ser mayor.

  1. Qué maravilloso artículo!
    Me encanta leer historia de la ciencia espacial, éxitos o fracasos, siempre es muy inspiradora e ilustrativa. ^^

    Mencionas que los lanzamientos fallidos eran debidos (entre otras cosas) a vibraciones incontroladas debido al bloque Ye. Se sabe como las amortiguaron para el lanzamiento exitoso? (quiero decir, normalmente para cambiar la frequencia de resonancia, puedes añadir masa y tal…pero en un cohete espacial, no se me hace muy viable)

    1. Sin duda eran los tiempos heroicos. Hoy en día se tiene mucho más miedo al riesgo y no se piensa a lo grande, al menos en los gobiernos de las tres agencias principales. Aunque, de todas ellas, Rusia es la que más invierte en proporción a su PIB y donde hay más apoyo de la población al programa espacial. El problema es que ya no tienen el dinero de antes. Hay ejemplos para dar y regalar:

      – La NASA, en vez de seguir desarrollando los ASRG sacando el dinero que le falta de otras partidas hasta acabar lo poco que le falta, prefiere cancelar el programa y con ello prácticamente renunciar a la exploración más allá de Júpiter durante los próximos 30 o 40 años.

      – La ESA, con un presupuesto mucho mayor que la agencia china, no tiene ninguna nave tripulada ni previsión de tenerla, mientras que China tiene una estación espacial en funcionamiento.

      – RKK Energía se lanza una y otra vez a diseñar enormes naves tripuladas de 800 o 1.000 toneladas para ir a Marte, que todo el mundo sabe que no hay dinero para construir ni lanzar, en vez de ponerse en serio a crear alternativas realistas, estilo Mars Direct, y lanzar la misión en poco tiempo, como haría Koroliov, en vez de crear powerpoints que con suerte se podrían hacer realidad dentro de 40 años.

  2. Ya se que no tiene nada que ver con el tema, pero tengo una pregunta que hacerte Daniel… ¿Se sabe algo más sonbre la sonda Chang’e 3 y su rover lunar Yutu?

    He leido todas tus bitacoras sobre el asunto pero me gustaria poder buscar por mi mismo más información sin tener que esperar a un nuevo articulo tuyo.

    ¿Que fuentes consultas tu para elaborar articulos tan detallados y fiables? ¿Podrias informarme, si no es mucha molestia?

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 8 enero, 2014
Categoría(s): ✓ Astronáutica • General • Historias de la Cosmonáutica • Luna • Rusia • Sondasespaciales