Nauka – Un Módulo Mutante

Artículo del 11 de agosto de 2021, por Juan Ignacio Morales Volosín.

Recuerda: puedes ir a las notas(?) del autor usando el índice en la columna de la derecha.


Este módulo ruso para la Estación Espacial Internacional (EEI) —Naúka(1)— inicia su historia, en realidad, con la de otro: Zaryá(2). Así, quedaría sin dudas marcado en su futura evolución y finalización de su desarrollo, y quizás en su vida útil. A continuación te lo contamos.

Zaryá, el mellizo de Naúka
Módulo Zaryá (crédito: NASA)

Transmutaciones Sucesivas


Al menos potenciales

Khrunichev(3) y Boeing firmaron en 1995 un contrato para desarrollar el Bloque de Carga Funcional (BCF). Es decir, el módulo Zaryá. Al año siguiente, la empresa rusa decidió unilateralmente construir un segundo ejemplar, como plan de contingencia, con el mismo nombre y el numeral 2: BCF-2.

El módulo BFC-2, futuro Naúka, en la fábrica
El BFC-2 en Khrunichev, mayo de 1999 (crédito: V. Mokhov)

En años siguientes, varias veces se propondría adaptar este bloque de reserva para una variedad de propósitos, como listamos a continuación:

Módulo de Control Interino (MCI) – 1997

Zaryá se lanzaría hacia fines de ese año —hecho que tuvo lugar el 23 de noviembre— y dependería de Zvezdá(4) para reabastecerse en vuelo. Como este último se retrasaba, tomaría su lugar el módulo interino. Malos manejos internos de Rusia llevaron a modificar Zaryá para que fuese independiente del otro.

Módulo de Acoplamiento Universal (MAU) – 1997

Por costos y complejidad de la adaptación se prefirió un desarrollo desde cero.

Nave de Transporte de Carga (NTC) – 1998

Se tornaría el primer ejemplar de un carguero pesado, con 9 t de carga –de ellas, 6 t en propelentes. Competiría con la Progress M. Tampoco fructificó.

Módulo de Atraque y Almacén (MAA) – 1998

La agencia esapacial rusa, Khrunichev y Energiya(5) consideraron simplificar el segmento ruso de la EEI, juntando varios módulos y dando lugar a éste. Una vez más, se prefirió iniciar un desarrollo nuevo.

Módulo de Usos Múltiples (MUM) – 1998

Se buscaba con él aumentar la capacidad de realizar investigaciones científicas, en vista del retraso del módulo Destiny de EEUU. También hubo planes de hacer lo propio con una Progress M2. Nada de esto prosperó por falta de fondos.

Módulo Espacial Comercial (MEC) – 2000

Llevaría 3 t de carga y contaría con 20 m3 de espacio aprovechable comercialmente. Al año siguiente, se propuso la competencia: el módulo Enterprise entre Energuia y Spacehab, de similares prestaciones.

Este año se lanzó el módulo Zvezdá el 26 de julio.

MAU, nuevamente – 2001 y Módulo Multifuncional (MM) – 2002

Las dificultades económicas en Rusia llevaron a retornar al MAU, aunque la versión comercial siguió considerándose. Finalmente, se firmó un contrato con Boeing para las adaptaciones. De éstas, la remoción de ocho de los dieciséis tanques de propelente sería crucial a futuro. El MM podría recibir dos módulos de ciencia y tener un puerto adicional.

Módulo de Laboratorio Multifuncional (MLM) – 2004

Las versiones comerciales no conseguían clientes y en 2003 sucedió el desastre del Columbia, terminando los vuelos privados en Soyuz. Preponderó la simplificación del segmento ruso con esta adaptación que aportaba funcionalidad científica. 

Así, por fin el BCF-2 tomó su forma definitiva bajo la denominación interna de 77KML y también bautizado Naúka (ciencia), en concordancia con uno de los mayores aportes que llevaría a la EEI. También transportaría el brazo robótico ERA y sería lanzado en 2007.

Uno hacia Adelante…


Del lado de EEUU se acoplaría el módulo Tranquility en 2008, lo que dificultaría el acoplamiento del MLM en Zaryá. Una financiación tardía y mucho tiempo sin trabajos en el BCF-2 postergaron el lanzamiento a 2009, 2011 y finalmente 2013. Ahora debería atracar en el Zvezdá.

Entre 2011 y 2012 se fabricaron varios prototipos de pruebas con diferentes objetivos:

  • 3Kh77KML: ensayos eléctricos e hidráulicos.
  • B77KML: ensayos de mecanismos.
  • A77KML: ensayos estáticos de rigidez de los puntos de fijación.
  • V77KML: ensayos dinámicos de rigidez de los puntos de fijación.
  • T77KML: entrenamiento de cosmonautas.
  • EU1222: entrenamiento en el hidrolaboratorio.
Modelo de Naúka para ensayos 3Kh77KML
Modelo de ensayos 3Kh77KML, recién llegado a RKK Energuia en 2011 (crédito: RKK Energuia)

2012 trajo grandes avances con los paneles solares, instalación del brazo ERA, cableado y otros sistemas. Incluso se ensambló el módulo con sus cofias y adaptador para ensayos previos al vuelo. Sin embargo, a mediados de 2013 se encontró polvo metálico en el sistema de propulsión, producto de la remoción de tanques en 2002. 

El sistema debió desmontarse para recambio de piezas. Por desgracia, muchos componentes ya no se fabricaban y debió optarse por una limpieza exhaustiva. De esta forma, la nueva fecha de lanzamiento en 2017 pasó a 2018 y a 2019.

Por último, el módulo llegó al edificio MIK-254 de Baikonur en agosto de 2020, donde finalizó los ensayos.

Una vez en órbita recibirá las plataformas llamadas Sujetadores para Objetos de Gran Tamaño (SOGT), haciendo que el módulo adopte su configuración MLM-M, por Mejorado.

Habiendo transcurrido tanto tiempo, por fin fue lanzado al espacio el 21 de julio de 2021 a las 14:58 UTC.

Lanzador de Pura Cepa


El módulo Naúka es lanzado a bordo del cohete Proton-M
Naúka despegando sobre el Proton-M (crédito: Roscosmos)

Dada la masa de Naúka, iba a ser necesario un vehículo de carga pesada. Zaryá, el mellizo, había volado sobre un Proton-K. En estas épocas ya no se encontraba en servicio, por lo que haría el trabajo su sucesor: el Proton-M. En el enlace podrás encontrar sus características técnicas.

Originalmente concebido como UR-500 en 1961 y pensado tanto para misil intercontinental, como para lanzador espacial, sufrió algunos rediseños y terminó tomando el nombre de su primera carga lanzada: Proton. Esto daba nacimiento a la tercera familia de lanzadores rusos, además de la R-7 (los cohetes Soyuz) y Cosmos.

A lo largo de su servicio, el Proton lanzó naves hacia la Luna, las estaciones militares Almaz, satélites hacia Marte y sondas hacia Venus. Luego tomaría pedidos del mercado occidental enviando satélites a la demandada órbita geoestacionaria (OGE), por medio de la empresa ruso-estadounidense LKEI(6).

Finalmente, se consolidó el Proton-M y, si se necesitaba, la etapa superior Briz-M.

Evadiendo la Nominalidad


Vuelo, Órbita y Aprietos

21 de julio

Aproximadamente a las 15:08 UTC, Naúka se separó del cohete y quedó en una órbita de 191 km x 346 km x 51,6°, como se esperaba.

22 de julio

En seguida hubo noticias de problemas con las antenas del sistema Kurs de acople automático. También se sospechó que los motores principales estaban fuera de servicio. A bordo, hay tres subsistemas de propulsión: el DKS —motores principales, de corrección y encuentro—, el DPS —de aproximación y estabilización— y el DTS —de estabilización fina.

En los días siguientes, el desacoplamiento del módulo Pirs fue pospuesto en dos oportunidades, pasando del 23 al 26. Esto fue una primera evidencia significativa de dificultades.

Aún así, tuvieron lugar dos encendidos de maniobra:

  1. 15:07 UTC: un encendido de prueba que duró 17 s.
  2. 17:23 UTC: otro de 250 s, resultando en una órbita de 224 km x 347 km x 51,6°.

Puede deducirse por las duraciones que no fueron utilizados los motores principales en estas oportunidades. Sin embargo, se aprecia que el objetivo fue elevar el perigeo de manera de disminuir la influencia atmosférica y así el decaimiento orbital.

23 de julio

Dos elevaciones de órbita tuvieron lugar:

  1. Entre 7 y 10:00 UTC: llevándola a 225 km x 363 km x 51,6°.
  2. Cerca de las 19:40 UTC: llevándola a 238 km x 370 km x 51,6°.

Naúka, poco a poco, elevaba su órbita hacia la de la EEI.

24 de julio

Pudo utilizarse uno de los dos motores del sistema DKS. Con éste se realizaron, una vez más y para elevar tanto apogeo como perigeo, dos encendidos:

  1. 14:21 UTC: del que no trascendieron datos.
  2. 14:54 UTC: llevando la órbita a 334 km x 406 km x 51,6°.

25 de julio

Gracias al éxito de las pruebas del sistema Kurs, se aprobó desacoplar el módulo Pirs el 26 de julio.

26 de julio

Pirs es desacoplado de Zvezdá a las 10:56 UTC, llevado por la nave Progress MS-16, para posteriormente reingresar destructivamente en la atmósfera, convirtiéndose en el primero de los módulos de la EEI en ser desorbitado. Se confirma que el puerto liberado en este último se halla en buenas condiciones para que Naúka pueda atracar en él.

27 de julio

Dos maniobras se habían previsto, pero finalmente parece haberse necesitado una sola a las 14:33 UTC, llevando la órbita a 359 km x 406 km x 51,6°.

28 de julio

A las 13:43 UTC una corrección menor tuvo lugar, llevando la órbita a 370 km x 406 km x 51,6°. Se dio a conocer que el módulo sólo tenía propelente para un único intento de acoplamiento a la EEI.

29 de julio

A las 13:29 UTC tuvo lugar el acoplamiento.

Aproximación, Acoplamiento y Caos

Previamente a recibir a Naúka, la EEI había realizado un giro de 180° en guiñada, de modo que se encontraba ‘volando’ al revés. De la misma forma, otros preparativos a nivel de equipos y «software» fueron realizados con anterioridad.

En los últimos instantes previos al acoplamiento, pudieron observarse algunas maniobras algo bruscas de Naúka, llevadas a cabo por el sistema automático Kurs. En determinado punto, la trayectoria no era nominal y uno de los cosmonautas en la EEI —Oleg Novitsky— estuvo por tomar el control con el sistema manual TORU. Sin embargo, esto no fue necesario y finalmente, no sólo corrigió la trayectoria, sino que se acopló a Zvezdá de forma autónoma.

Graficada a continuación está la trayectoria que siguió el módulo, en términos de su órbita y como fue modificándose. Cada color indica un objeto distinto: rosa, la EEI; azul, Nauka; rojo, la tercera etapa del cohete Proton-M que lanzó el módulo. Asímismo, para cada uno la línea superior muestra el punto más alto de su órbita (apogeo) y la inferior, el más bajo (perigeo).

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Naúka y Cohete; height: altura; time: horario; stage: etapa; ISS: EEI (crédito: Jonathan McDowell)

Una vez acoplado, nuevos problemas se presentaron poco antes de abrir las escotillas hacia el nuevo compartimiento: a las 16:34 UTC los impulsores de Naúka —sistema DPS— comenzaron a dispararse sin haber recibido comandos. Situación que se prolongó hasta las 17:29 UTC.

Debido a cuestiones de las computadoras, el módulo estaba considerando que no se hallaba acoplado a la EEI y, adicionalmente, debía alejarse. Esta operación de los motores introdujo velocidades de rotación de 0,56°/s, aunque hay menciones de picos de hasta 8°/s. Hubo cambios en la actitud —el posicionamiento— de la EEI en cabeceo por un total de 540°, es decir una vuelta y media.

Animación del giro de la estación (crédito: Scott Manley)

En el segmento estadounidense, los giroscopios de control de movimiento no dieron a basto. Zvezdá tomó el mando, pero sus impulsores tampoco fueron suficiente, por lo que rápidamente se pasó a los de la nave Progress MS-17, la cual así y todo se encontraba en desventaja. El giro de la estación llevó a perder la comunicación dos veces con tierra y el episodio concluyó únicamente cuando Naúka vació por completo sus tanques de propelente.

Si bien este no fue el primer caso de encendido no comandado de propulsores en la EEI, sí es la primera vez en que se la declaró en estado de emergencia.

Inspecciones posteriores no encontraron daños a lo largo de toda la estación y las fuentes oficiales aseguraron que en ningún momento estuvo la tripulación en peligro alguno.

Finalmente, se abrieron las escotillas y se filtró el aire en los días posteriores, para poder ingresar al módulo el 31 de julio. Se realizó un purgado con helio de los tanques de propelente y, mediante válvulas pirotécnicas, quedaron aislados de todo el sistema de propulsión de la Estación Espacial Internacional. Sólo los impulsores que aporten control de rolido a la EEI permanecerán activos, recibiendo tanto N2O4 como UDMH del resto de la estación, para su funcionamiento.

Naúka es el módulo más masivo con el que cuenta la estación. Desde 2010 que no se agregaba ningún módulo, cuando se sumó el Rassvet al segmento ruso. Asímismo, es el cuarto módulo dedicado a ciencia.

Nauka docked to ISS
Naúka acoplado a la EEI (crédito: NASA/Shane Kimbrough)

Conclusiones y Futuro


Atando Cabos

Toda la historia del módulo Naúka queda atravesada por cambios y modificaciones, y, en última instancia visto en perspectiva, no nos resulta sorprendente que haya terminado presentando tantos problemas. Lo que es más, cuando Zaryá, el mellizo, fue lanzado en 1997, su misión casi experimenta el fracaso completo ya que inicialmente no respondió al comando de encender los propulsores para elevar su órbita.

Responsabilidad

Rusia indicó que toman la situación como un evento nominal y, por ende, no planean realizar una investigación. Paralelamente, resulta preocupante enterarse sobre comentarios al respecto de que NASA estaba al tanto de la pérdida, por parte del módulo y antes del acople, de dos de las tres medidas de redundancia con que contaba el sistema de propulsión. Adicionalmente, esta agencia no habría recibido de antemano toda la información sobre este sistema, como hubiesen querido.

A ojos de algunos, la cultura de seguridad instaurada en la agencia estadounidense está tornándose algo laxa.

Ciencia y Más…

Dentro de este módulo hay un lugar para que duerma un astronauta, un baño, sistemas para la regeneración de oxígeno desde agua, y agua desde la orina, puestos de trabajo para realizar experimentos. También está equipado con una esclusa de aire, para realizar experimentos fuera de la estación, y con el brazo robótico europeo ERA.

Se planea llevar a cabo trece experimentos en varios campos, incluyendo Kaplya-2 (tecnologías espaciales), Aseptic (biología y fisiología espaciales), Mirage, Vampire, Fullerene (ciencia de materiales espaciales), Vitacyc-T (biología y fisiología espaciales), Rakurs (exploración de la Tierra desde el espacio) y otros. Las pruebas de vuelo de Naúka se completarán en aproximadamente un año.

European Robotic Arm on the Space Station pillars
Esquemático de la EEI mostrando en rojo la ubicación del brazo robótico ERA [también dónde estaría la Starliner si ya hubiera sido lanzada] (crédito: ESA)


Notas del autor

  1. Naúka: la palabra significa ciencia en ruso y realmente se pronuncia acentuándola en la u.
  2. Zaryá: o BCF, primer módulo de la EEI; la palabra significa “amanecer” en ruso.
  3. Khrunichev: es un fabricante con sede en Moscú de naves espaciales y sistemas de lanzamiento espacial, incluidos los cohetes Proton y Rokot, y los módulos rusos de Mir y la Estación Espacial Internacional.
  4. Zvezdá: módulo de servicio, tercero de la estación, brinda soporte vital; la palabra significa “estrella” en ruso.
  5. Energiya: es una empresa rusa de misiles balísticos, naves espaciales y componentes para la EEI; el nombre se pronuncia energuia.
  6. LKEI: emprendimiento aeroespacial entre Lockheed Martin, Khrunichev y Energiya; hoy ILS (siglas en inglés para Servicios de Lanzamiento Internacionales) cuenta con los derechos exclusivos de comercialización de los vuelos de los cohetes Proton y Angara.

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