«Houston, tenemos otro problema». O cómo podía regresar a la Tierra una nave Apolo en caso de emergencia.

En 1970 la tripulación del Apolo 13 se salvó de una muerte segura gracias a la combinación de tres factores: el trabajo concienzudo de miles de personas, el correcto funcionamiento de los sistemas del módulo lunar y… simple suerte. Sí, suerte, porque si el tanque de oxígeno número dos del módulo de servicio del Apolo 13 hubiese explotado mientras el módulo de mando y servicio estaba en órbita lunar o de camino a la Tierra, Lovell, Swigert y Haise no habrían logrado regresar vivos. En realidad, el Apolo 13 fue la peor pesadilla de Houston hecha realidad porque el accidente del tanque de oxígeno dejó fuera de juego, aunque fuese de forma indirecta, el principal medio para regresar a la Tierra: el potente motor SPS del módulo de servicio.

El motor SPS del módulo de mando y servicio (CSM) del Apolo era la principal herramienta para hacer regresar a los astronautas en caso de que surgiese algún problema camino a la Luna (NASA).

Todo en el Apolo estaba planificado hasta el mínimo detalle. Y ‘todo’ incluía los posibles problemas que podían tener lugar en cada misión. Puesto que había muchas fases críticas que eran susceptibles de salir mal, todas las misiones tenían planeados varios ‘planes B’ denominados ‘misiones alternativas’. Por ejemplo, si por algún motivo no se podía abandonar la órbita terrestre, la misión se desarrollaría en órbita baja terrestre. Al fin y al cabo, salvo que hubiese una emergencia, lo lógico era aprovechar la misión para aprender algo nuevo. Por ejemplo, si la tercera etapa S-IVB del Saturno V en una misión lunar fallaba durante el lanzamiento, el módulo de mando y servicio (CSM) se separaría de la etapa y usaría el motor SPS (Service Propulsion System) para alcanzar la órbita baja mediante un encendido denominado COI (Contingency Orbit Insertion).

Misiones alternativas y modos de aborto en las distintas fases de una misión lunar Apolo (NASA).

Si este escenario hubiera ocurrido en el Apolo 11 y, suponiendo que los sistemas del CSM funcionasen correctamente, Armstrong, Collins y Aldrin tendrían que haber permanecido en el espacio casi el mismo tiempo que en una misión lunar, pero en órbita baja. Incluso habrían encendido el SPS para simular las igniciones de inyección en órbita lunar (LOI, Lunar Orbit Insertion) y de inyección transterrestre (TEI, Trans Earth Inyection). Por supuesto, siempre y cuando hubiese suficiente combustible para los motores de maniobra RCS (en órbita baja los motores RCS podían ser usados para regresar a la Tierra por si el SPS fallaba). Del mismo modo, si la tercera etapa S-IVB fallaba antes o durante el encendido translunar TLI (Trans Lunar Inyection), el CSM debía extraer el módulo lunar de la tercera etapa y proceder a una misión en órbita baja. El motivo de usar el LM era, por un lado, poner a prueba sus sistemas para tener más datos sobre sus sistemas y, por otro, disponer de más recursos vitales en caso de que surgiese otro problema. Del mismo modo, también había previstas varias misiones en órbita lunar o alrededor de la Luna si el LM presentaba algún problema grave o el CSM no se podía acoplar con él (algo que casi ocurre en el Apolo 14).

Tobera y motor AJ10-137 del sistema SPS del módulo de servicio con 91 kN de empuje  (NASA).

Pero, ¿qué hacer en caso de una emergencia realmente grave? Por culpa del Apolo 13 existe la impresión generalizada de que si ocurría algo realmente serio durante los tres días de camino a la Luna, la nave debía dar una vuelta alrededor de nuestro satélite siguiendo una trayectoria de retorno libre para volver a la Tierra. En realidad, en las misiones lunares el plan principal para regresar a la Tierra si había que abortar la misión pasaba por deshacerse del LM y usar el motor SPS para efectuar un encendido que pusiera al CSM en una trayectoria hacia nuestro planeta. Existía un amplio rango de posibilidades a la hora de usar el SPS en un aborto dependiendo de si se buscaba minimizar el tiempo de retorno —lo que requería un encendido más largo— o el tiempo de ignición del motor, así como de la cantidad de propelentes que hubiese en los tanques. Si se quería amerizar en el Pacífico, solo había una ventana para usar el SPS al día, así que, en función de la gravedad de la situación, el módulo de mando también podría amerizar en el Atlántico y el Índico, permitiendo tres oportunidades de aborto con el SPS al día. En el Apolo 13 se sopesó realizar un encendido del SPS unas 60 horas después del lanzamiento, lo que habría permitido que la tripulación regresase un día antes de lo previsto, pero para ello había que desacoplarse primero del LM, una opción inaceptable porque la tripulación dependía de los suministros del módulo lunar (además, Houston temía que la explosión del tanque de oxígeno hubiera dañado el SPS).

Aborto directo a la Tierra usando el motor SPS del Apolo (NASA).
Tiempo de retorno a la Tierra en horas (líneas gruesas) tras un encendido de aborto del SPS en función del tiempo de la misión (eje X) y la Delta-V ejercida por el motor (NASA).

Otra posibilidad que se estudió seriamente en el Apolo 13 fue usar el SPS hasta agotar el combustible sin desacoplarse del LM y luego separar el módulo de servicio para, a continuación, emplear el motor DPS de la etapa de descenso del módulo lunar. Los dos motores hubieran podido poner a la nave en una trayectoria de aborto directo hacia la Tierra sin pasar alrededor de la Luna, pero el escudo térmico del módulo de mando habría estado expuesto al vacío muchas horas, una situación que no gustaba nada en Houston. Finalmente se decidió realizar una trayectoria de retorno libre porque permitía mantener unido el módulo de servicio y no hacía falta usar el SPS (además de dar más tiempo a Houston para analizar la situación). Por otro lado, es importante recordar que, a diferencia de los Apolo 8, 10 y 11, el Apolo 13 no seguía una trayectoria de retorno libre cuando sufrió el accidente, sino una trayectoria denominada híbrida. Era la segunda misión de alunizaje que había abandonado esta trayectoria con el fin de poder alunizar en zonas más alejadas del ecuador lunar, de ahí la urgencia por parte de Houston de usar el motor DPS para volver a colocar la nave en esta trayectoria lo antes posible. Afortunadamente, el Apolo 13 se benefició de los planes de emergencia elaborados años antes, así como de la experiencia del Apolo 9, en el que se probó el funcionamiento del módulo lunar acoplado al CSM.

La tobera del motor SPS del CSM (Eureka).
Trayectoria de retorno libre (línea discontinua) y trayectoria híbrida (línea continua). La primera se usó en los Apolo 8, 10 y 11. La segunda en el resto de misiones lunares Apolo. El Apolo 13 tuvo que volver a situarse en una trayectoria de retorno libre después del accidente usando el motor DPS de la etapa de descenso del LM (NASA).

El siguiente escenario que quitaba el sueño al control de la misión era algún problema relacionado con el encendido en órbita lunar o LOI. El motor SPS se encargaba del encendido LOI, que servía para poner al conjunto CSM-LM en órbita lunar. En estos casos la opción de emergencia pasaba por usar el motor DPS de la etapa de descenso para compensar el fallo del SPS. Había tres posibilidades de aborto. En el Modo I el SPS se habría apagado demasiado pronto, por lo que la nave seguiría una órbita hiperbólica de escape con respecto a la Luna, aunque no exactamente hacia la Tierra. El motor DPS serviría para volver a situar a la nave en una trayectoria hacia la Tierra lo antes posible. El Modo II entraría en acción si el SPS lograba colocar la nave en una órbita muy excéntrica. En este caso se requerirían dos encendidos del DPS para abandonar la órbita lunar. Si la nave quedaba situada en una órbita ligeramente excéntrica, se usaría el Modo III para volver a la Tierra, que requería de un encendido del DPS. En los dos primeros modos el motor DPS debía realizar un encendido relativamente rápido, mientras que en el tercero había hasta quince horas de margen. Dependiendo de las características del fallo y la misión, también se estudió el uso del motor APS de la etapa de ascenso del módulo lunar, aunque en general era preferible no recurrir a él por su incapacidad para mover su tobera y controlar el encendido de forma eficiente teniendo en cuenta el centro de masas variable de ambas naves.

Diferentes escenarios en caso de un encendido LOI defectuoso (NASA).
Aborto Modo I en caso de un LOI incompleto (NASA).
Modo II de aborto (NASA).
Modo III (NASA).
Sistema de propulsión del LM (NASA).

Durante el descenso a la superficie, el LM podía regresar a la órbita usando el motor DPS en las fases iniciales del descenso o, más adelante, separando la etapa de descenso y empleando el motor APS de la etapa de ascenso. Por contra, para el ascenso no había capacidad de aborto posible: el motor APS de la etapa de ascenso debía funcionar sí o sí (el LM disponía del AGS, un ordenador y un sistema de navegación de reserva por si el sistema principal PGNCS fallaba, pero no había un sustituto del motor APS). Por este motivo, el ascenso desde la superficie lunar era la fase más arriesgada en una misión Apolo lunar. Si después de una misión normal o un aborto la etapa de ascenso quedaba situada en una órbita lunar, pero era incapaz de acoplarse con el CSM, el módulo de mando podía reducir su órbita hasta unos 15 kilómetros de altura para acoplarse con el LM y rescatar a los astronautas. Pero la posibilidad que ponía los pelos de punta a los encargados de las misiones Apolo era un fallo del SPS una vez que la nave estuviese en una órbita lunar circular (energéticamente más difícil de abandonar que una excéntrica). En este caso, se debía abortar el descenso del LM a la superficie y usar los motores DPS y APS para abandonar la órbita lunar, o bien usar solo el DPS previo desacople del módulo de servicio, aunque en este caso habría que usar los víveres del módulo lunar para mantener viva a la tripulación hasta llegar a la Tierra.

Los tres motores de las naves Apolo que podían usarse en caso de emergencia: el SPS del CSM, el DPS de la etapa de descenso del LM y el APS de la etapa de ascenso (NASA).
Motores de aborto en el panel de mando del LM. El botón de ‘aborto’ permitía volver a la órbita una vez iniciado el descenso a la superficie si no había pasado mucho tiempo. El botón ‘abort stage’ separaba la etapa de descenso de la ascenso y, por lo tanto, también se usaba en el despegue desde la superficie (NASA).

Durante el Apolo 16 el CSM Casper experimentó un problema con su motor SPS poco después de la separación del LM Orión y Houston ordenó posponer el descenso a la superficie hasta que se resolvió el problema. De no haber sido así, Young y Duke deberían haber vuelto a acoplarse con el CSM, donde les esperaba Mattingly, y usar Orión para abandonar la órbita lunar. Una vez puesto rumbo a la Tierra, el LM se había quedado atrás y ya no se podía usar como ‘bote salvavidas’. La única opción era usar el motor SPS o los cuatro motores RCS para acelerar el regreso, aunque la diferencia en tiempo no podía ser demasiado alta, debido a las limitaciones de velocidad del escudo térmico. En cualquier caso, solo se podía modificar la trayectoria de regreso 24 horas antes de la reentrada.

El módulo lunar Orión del Apolo 16 se hubiese vuelto a acoplar con el CSM Casper si el motor SPS no se hubiese arreglado (NASA).
En algunos escenarios de emergencia el CM debía permanecer acoplado al LM tras la separación del SM (previamente se habría encendido del SPS hasta gastar todo el combustible). En la realidad esto solo ocurrió en la fase final de la misión Apolo 13 (NASA).

Echando la vista atrás, quizás lo más sorprendente del programa Apolo es que solo una misión tuviese problemas importantes de camino a la Luna. Pero, como vemos, de haber ocurrido otro fallo la NASA habría intentado recurrir a alguno de los miles de planes de contingencia con los que contaba.

Referencias:

  • https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720017278.pdf
  • https://history.nasa.gov/afj/ap11fj/pdf/hybrid-mission-effects-on-apollo11-loi-abort-plan.pdf


32 Comentarios

  1. el hecho de que en una TAN completa misión lunar, que tiene muchos peligros pero también «soluciones redundantes» («en caso de..») hace que las las acciones » SI o SI » (o funciona o mueren) pongan los pelos de punta; y aunque todo indica que la misión va lo mas normal, en la mente de los ingenieros hay monstruos que ni en las peores pesadillas hay. como cuando se enciende un motor (normal), o se tropieza un astronauta (también normal, pero peligroso).

    pd: el tanque de oxigeno del Apollo 13, fue en principio del Apollo 10 (en el libro de David Woods explica)
    se imaginan un escenario así …pero en Apollo 10? 🙂

    1. Si hubiera ocurrido en el Apolo 10 habrían usado el LM como bote salvavidas como en el 13, con la ventaja de que ya estaban en una trayectoria de retorno libre. Pero es un escenario muy interesante porque habría retrasado significativamente el alunizaje y, casi con seguridad, hubiera sido el Apolo 12 la primera misión en intentar descender a la superficie, y quizás en 1970, más allá de la fecha límite de Kennedy autoimpuesta por la NASA. También es interesante plantearse qué hubiese hecho Slayton con las tripulaciones.

      1. Y también es muy interesante cómo habría afectado si la URSS hubiese conseguido traer muestras de la Luna antes de que alunizasen… hummm voy a releer esa joya de ucronía que hiciste sobre qué hubiese pasado si Koroliov no hubiese muerto tan pronto.

        Pero primero voy a acabarme este post, en realidad yo iba a comentar que el primer párrafo se debería dar como ejemplo de cómo atraer la atención sobre un tema.

        Daniel, este ritmo de entradas me está dando la vida! infinitas gracias…

          1. De hecho ya se contaba con la posibilidad de que se fuese a 1970 y tener que explicar al público que la década terminaba el 31 de diciembre de 1970, no de 1969.

    2. Bueno, pero lo que dejó defectuoso al tanque del Apolo 13 fue precisamente el hecho de habérselo retirado al Apolo 10.

      Porque el problema no es que se les hubiera caído, sino que por tenerlo en cuarentena no le hicieron el cambio de configuración a bajo voltaje al que se sometieron todos los tanques por el accidente del Apolo 1.

      O sea que si el tanque del Apolo 10 se hubiera quedado en el Apolo 10 debía haber funcionado con normalidad.

  2. Hola Daniel
    Me podrías ayudar a resolver estas dos dudas:

    – Si la trayectoria de retorno libre fue usada también por los Apolo 8, 10 y 11, por qué se dice que el 13 fue el que mas lejos ha estado de la Tierra?
    – Por qué no le gustaba a Houston que el escudo térmico del módulo de mando este expuesto al vacío muchas horas?

    Gracias y excelente artículo.

    1. Lo del temor que el escudo térmico este expuesto al vacío. Puede que se deba a que los componentes ablativos del mismo se degradan por la diferencias de temperaturas que hay en el espacio. Lo que podía ocasionar que el escudo de dañará de forma que no pudiera desempeñar sus funciones de disipación de calor correctamente.

      Añade también posibles daños por impacto de micrómeteoritos que posiblemente agrietaran el escudo.

      Acepto: Aclaraciones o correcciones.
      Gracias buen día.

  3. Ufff, Daniel, la ignorancia es felicidad… nos estás preparando el terreno para que estemos tanto o más infartados que el control de Tierra, en la primera Orión tripulada?

      1. Pues realmente sí, Julio. Artemis-2, EM-2 o como se llame cuando suceda, será casi una repetición del Apollo-8….
        Ahora en la órbita baja tenemos la ISS, eso sí. En algo ayudará.
        Y al igual que en la 8, no se contaba con el salvavidas del módulo lunar.
        Va a tener su miga.

  4. Entrada de excepcion, como siempre.

    Debo de estar confundiendo seguramente esto con la lanzadera, en la que no habia modos abortables mientras los SRBs estuvieran funcionando, pero ¿habia algo similar en el Apolo, un modo no abortable?

  5. Don luis Ruiz de Gopegui es un español, uno de los responsables de que el hombre pusiera pie en la Luna y desde la discreción ha venido aportando sus conocimientos a los españoles.

  6. Los astronautas estimado Daniel son aliens que se convirtieron en extraterrestres.ya que para ir a la luna dejaron la tierra. Es decir que fueron extraliens neutros en su etapa orbitaria. Y nunca lograron el afelio porque no existe. Alguien vio el afelio alguna vez? Yo tenía uno pero me lo robaron. En Ulan Bator se consiguen baratos. Los afelios, por supuesto. Tengo pasaje para ir a marte así que no me molesten. Estoy entrenando intensamente.

  7. Muy buena entrada, como siempre.
    Seguramente tarde para comentar esto, pero hay un error en el pie de la foto de la última imagen:
    En algunos escenarios de emergencia el CM debía permanecer acoplado al CM tras la separación del SM…
    Uno de esos CM tendría que ser LM.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 8 agosto, 2019
Categoría(s): ✓ Apolo • Astronáutica • Luna • NASA