Nave Espacial Soyuz de Rusia
La nave espacial Soyuz fue diseñada en la década de 1960 por los ingenieros de S.P. Korolyov Rocket & Space Corporation Energia (RKK Energia), con el objetivo de sustituir en servicio a la nave espacial Voskhod. Su plataforma de lanzamiento se encuentra situada en el Cosmódromo de Baikonur en Kazajistán, desde donde parte hacia el espacio a bordo del cohete Soyuz, el cual es a día de hoy el vehículo de lanzamiento más utilizado del mundo. La nave espacial fue desarrollada originalmente para los programas lunares tripulados de la Unión Soviética, siendo utilizada en la actualidad por la Agencia Espacial Federal Rusa (FKA) para prestar servicios a la Estación Espacial Internacional (ISS).El Programa Soyuz fue dirigido por el ingeniero ucraniano Serguéi Koroliov, con el objetivo de consolidar el liderazgo de la Unión Soviética en la carrera espacial. Después de varios años de desarrollo, la Soyuz 1 reunió el diseño final y fue lanzada por primera vez en abril de 1967, aunque la nave trágicamente se estrelló contra el suelo después de la reentrada muriendo su único tripulante, el astronauta e ingeniero Vladímir Mijáilovich Komarov, siendo el primer ser humano en fallecer en una misión espacial.
La trágica experiencia sirvió a los ingenieros del programa para corregir aspectos cruciales en la seguridad de la reentrada. Una vez subsanados los problemas y habiendo ejecutado varios vuelos de prueba no tripulados, la Soyuz 3 fue lanzada el 26 de octubre de 1968 con un único tripulante, Georgi Beregovoi. El objetivo de la misión era establecer un acoplamiento con la nave no tripulada Soyuz 2, pero el intento terminó en fracaso. No obstante y a pesar de ello, fue el primer diseño de la nave espacial Soyuz en llevar un astronauta al espacio y traerlo de vuelta sano y salvo.
Se estima que la Soyuz sea la única nave espacial tripulada capaz de viajar hacia y desde la Estación Espacial Internacional (ISS) al menos hasta el año 2015, cuando la NASA tendrá preparado el nuevo Vehículo de Traslado Multi Propósito Orión como resultado de la jubilación del Transbordador Espacial. Actualmente la ISS dispone de varias naves Soyuz para hacer frente a situaciones de emergencia, garantizando una rápida evacuación de todo el personal de la estación para su vuelta a la Tierra.
La nave espacial Soyuz se divide en tres partes: módulo orbital, módulo de servicio y módulo de reentrada. El módulo orbital corresponde a la parte delantera de la nave con forma de esferoide, el cual dispone de los equipamientos clave, carga, aviónica de acoplamiento, equipo de comunicación y una ventana que permite ver el exterior. Concretamente, cuenta con un volumen interno de 6 m³ y una área habitable de 5 m³ destinada al alojamiento de la tripulación durante la misión. Asimismo, el módulo de servicio con forma cilíndrica, está equipado con instrumentación, sistemas de propulsión y paneles solares, proveyendo de alimentación eléctrica, control de temperatura, radio telemetría y comunicación, así como sistemas de control de orientación para el compartimento presurizado.
El compartimento de propulsión no es presurizado ya que se destina a albergar los principales sistemas de propulsión y motores. Además, los sensores externos y los motores de bajo empuje del compartimento intermedio, permiten la orientación del satélite y los paneles solares. Y por último el módulo de reentrada de la Soyuz, es un compartimento aerodinámico que permite el reingreso de la tripulación a la atmósfera terrestre, con un volumen interno de 4 m³ y un espacio utilizable de 2,5 m³, incorporando un escudo térmico resistente a altas temperaturas y un sistema de paracaídas que permiten un aterrizaje suave sobre tierra.
La atmósfera interna se mantiene a través de cilindros de superóxido de potasio (KO2) e hidróxido de litio (LiOH). En líneas generales, la nave espacial puede proporcionar soporte vital durante 30 días por persona, pudiendo ser manejada operativamente desde el control de tierra o por el piloto de forma independiente. Desde su despegue en tierra, hasta llegar a la ISS y activar el sistema de acoplamiento automático, tarda una media de dos días. Una vez finalizada su misión, es capaz de regresar a la Tierra en alrededor de 3,5 horas desde la estación.
La Soyuz incorpora un sistema de control térmico, sistemas de soporte de vida, suministro de energía, sistema de control avanzado a bordo, sistema de propulsión combinado, sistema de acoplamiento, sistema de control de movimiento, sistema de emplazamiento Kurs, control de teleoperador, sistema de escape para el lanzamiento Soyuz, kit de supervivencia portátil, kit de ayudas de aterrizaje y sistema de actuadores de entrada.
Además, también está equipado con sistemas de radio Kvant-V y Rassvet, rastreo por radio orbital, sistema de medición a bordo y sistemas de televisión Klyost-M para seguimiento y comunicaciones. Los dispositivos ópticos y visuales incluyen luz de acoplamiento, periscopio VSK-4, visualización de vuelo, telémetro láser y un dispositivo de visión nocturna.
La primera generación de la nave espacial, fueron designadas para las misiones de la Soyuz 1 a la 11 entre 1967 y 1971, las cuales se basaban en el sistema de acoplamiento automático Igla que requería de antenas especiales de radar. La segunda generación fue designada para las misiones Soyuz de la 12 a la 40 llevadas a cabo entre 1973 y 1981. La Soyuz-T, perteneciente a la tercera generación entre 1976 y 1986, era capaz de proporcionar espacio suficiente para tres tripulantes con sus trajes espaciales puestos, incluyendo una modernización del sistema Igla, de los paneles solares e integrándose un nuevo módulo de servicio con un único sistema de control de actitud y traslación, alimentado por un sistema bipropelente.
La Soyuz-TM fue la cuarta generación operativa entre 1986 y 2003, encargada de transportar a la primera tripulación de la ISS. Este modelo incorporó nuevos sistemas de aproximación, acoplamiento, paracaídas, motores de aterrizaje integrados, un casco más resistente y un escudo térmico más ligero.
La siguiente versión se trató de la Soyuz-TMA, diseñada para cumplir los requisitos de la NASA para prestar servicio a la ISS. La primera misión, la Soyuz TMA-1, fue llevada a cabo en 2002, siendo la Soyuz TMA-22 el último vuelo al desacoplarse de la ISS en abril de 2012. Ésta fue relevada por la última y actual versión más avanzada, la serie TMA-M, a la cual se le sustituyó un total de 36 componentes obsoletos, incluyendo la modificación de los sistemas de control, los sistemas de suministro de energía eléctrica y añadiendo nuevos dispositivos de regulación térmica que, como resultado, permitieron reducir en 70 kg el peso de la nave.
Infografía de la Soyuz TMA-M
La nave espacial Soyuz es fabricada en las instalaciones de la compañía RKK Energia en Moscú, desde donde es transportada hasta el Cosmódromo de Baikonur en donde se llenan los tanques de combustibles principales con hidrazina y ácido nítrico. Posteriormente la nave es trasladada al centro de ensamblaje, donde se finaliza la configuración de la nave y se implementa dentro de la cofia del cohete para su protección durante el lanzamiento al espacio. A continuación, la nave espacial Soyuz localizada en el interior de la cofia, es llevada por tren a otro complejo donde se acopla al resto del cohete Soyuz, instalándose la torre de escape. A partir de ahí, el cohete en su conjunto es trasladado en posición horizontal por ferrocarril hasta una de las dos plataformas de lanzamiento disponibles.
Media hora antes de la ignición, las estructuras de servicio son retiradas para mantener el perímetro de seguridad. Los motores entran en funcionamiento durante la primera etapa de lanzamiento 20 segundos antes del despegue. Una vez que el empuje del sistema de propulsión iguala al peso del cohete, los sistemas de sujeción se retraen abandonando la Soyuz tierra firme, momento en el que la tripulación experimenta una aceleración de 3G durante los primeros minutos. Pasados 115 segundos del despegue a una altura de 46 km, la torre de escape se desacopla, mientras que al llegar a los 49 km se separan los cuatro cohetes auxiliares.
Posteriormente, 165 segundos después del lanzamiento, a unos 85 km tras superar las capas más densas de la atmósfera, la cofia protectora se desprende dejando a la nave visible. Transcurrido los primeros 288 segundos tras el despegue, el módulo central se separa y a unos 520 segundos, la tercera etapa finaliza tras haber alcanzado la velocidad orbital de 8 km/s. Por último, la nave espacial Soyuz se separa y queda operativa orbitalmente, permitiendo activar los motores del módulo de servicio para ajustar y elevar su órbita según las necesidades.
Una vez finalizada la misión, la nave espacial Soyuz tarda aproximadamente alrededor de media hora en regresar a la Tierra. Diez minutos después de frenar su velocidad con los motores principales en el espacio, la nave gira 90 grados separándose del módulo orbital y del módulo de servicio, que se destruirán en su reentrada a la atmósfera terrestre. Posteriormente, la cápsula se orienta con el escudo térmico en la dirección del movimiento que, gracias a su diseño, permite producir algo de sustentación reduciendo la aceleración experimentada durante la reentrada de 3 a 4 G. Para su posicionamiento correcto, la nave utiliza unos pequeños propulsores incorporados que hacen uso de peróxido de hidrógeno. Entre una altura de 80 y 40 km se produce el mayor calentamiento del escudo térmico, formándose un plasma alrededor de la cápsula que interrumpe por unos instantes las comunicaciones por radio con la tripulación.
Una vez alcanzado los 10 km de altura, se despliega un paracaídas de frenado que reduce la velocidad de 250 a 90 metros por segundo. Unos 20 segundos después se activa el paracaídas principal que alcanza su máxima extensión a una altura de 5 km, frenando aún más la cápsula hasta alcanzar los 6 m/s. En ese punto el escudo térmico se separa para dejar al descubierto unos retrocohetes de combustible sólido, que son activados a 1,5 metros del suelo a través de un altímetro de rayos gamma, aterrizando sobre la superficie con total seguridad.
Viaje de la Soyuz desde la ISS a la superficie terrestre:
Fuente: Fieras de la Ingeniería
