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La nave Soyuz llega a la Estación Espacial Internacional en un tiempo récord

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Madrid, SP, 4 abril de 2013.- ¿Por qué el último viaje tripulado de la nave Soyuz (la única nave actualmente en servicio para trasladar las tripulaciones de la EEI) ha tardado solamente 5 horas 45 minutos en llegar, frente a los dos días que empleaban antes?

Es una buena pregunta que me han hecho hace unos días y ya he aprovechado para escribir este artículo.


He tenido ocasión de leer relatos muy buenos sobre este tema pero demasiado técnicos y otros demasiado simples que dejaban al lector con preguntas como las que he planteado al principio. Este artículo va dedicado a todas aquellas personas que sin estar familiarizadas con asuntos técnicos aerospaciales, sí tienen curiosidad por profundizar y conocer con un poco más de detalle el porque de las cosas.

La proeza parece fácil, pero no lo es. Si hubiera sido tan sencilla se hubiera hecho antes con las decenas y decenas de viajes que han realizado las distintas agencias espaciales a la EEI.

Se me ha ocurrido que para entender mejor este evento que se da en un entorno bastante diferente al que estamos acostumbrados en nuestro quehacer diario, lo mejor es poner un símil con el que estemos más familiarizados.

El símil va ha consistir en impulsar una pelota una o varias veces hasta meterla en un agujero. El que lo haga con menos golpes, gana. A esto lo llaman Golf.

Cuando uno comienza a jugar a este deporte lo más normal es que ni siquiera se dé a la bola. Después con la práctica ya casi siempre se acierta pero va donde quiere. Tampoco importa mucho, tenemos todo el tiempo del mundo y al final con más o menos golpes acaba en el hoyo situado en una zona muy cuidada llamada green y es de lo que se trata.

Poco a poco vamos mejorando, nos explican la técnica, el material que se utiliza, se va cogiendo confianza, experiencia y cada vez se emboca la bola con menos golpes. Pero cuando ya esta uno todo orgulloso por lograr meter la bola con solo seis golpes, llega un perdonavidas que lo hace con tres.

¿Qué es lo que hay que hacer para dejar al perdonavidas en ridículo?

Lo primero comprar un buen equipo de palos, uno para cada circunstancia, drivers, maderas de calle, híbridos, putters, blasters, etc. de última tecnología. La pelota también es importante, pues dicho y hecho, la más cara (bespoke balls, con mi logotipo).

Ya tengo el mejor equipo del club, pero sigo necesitando más golpes que elperdonavidas.

Empiezo a percatarme que es fundamental tener en cuenta cosas que antes pasaba por alto, como el viento, su dirección, intensidad, si es racheado, si esta mojada la hierba, la altura que tiene, inclinación de la superficie, etc. y valorar de una forma precisa que influencia tienen todos estos parámetros en el comportamiento de la trayectoria de la pelota.

Al final, después de entrenar todos los días durante varios años y mejorar mi equipo he logrado humillar al perdonavidas, haciendo el hoyo siempre con menos golpes que él.

Lo del Golf no es fácil, pero ahora vamos al campo de verdad, al espacio, donde la acción se desarrolla no en 2 dimensiones sino en 3, donde el green no está parado sino moviéndose a 28.000 Km./h y donde las reglas del juego son muy diferentes entre la zona de la atmósfera (rozamiento, viento, densidades, temperaturas, aerodinámica, etc.) y en el vacío, más un largo etc. de variables adicionales.

La EEI está orbitando la Tierra a una distancia de unos 400 Km., con una velocidad de aproximadamente 28.000 Km./h, una inclinación (ángulo que forma el plano de la órbita con el del ecuador) de 51,64 grados y tarda en cada órbita 92 minutos 32 segundos, es decir, orbita casi 16 veces la Tierra en 24 horas. El juego consiste lanzar la pelota de Golf desde la torre de despegue y dar a la EEI con el mínimo número de golpes y de tiempo.

Al ser el plano de la órbita inclinado (51,64 grados respecto al Ecuador) y la tierra girar 360 grados en 24 horas, la EEI barre gran parte de la superficie de nuestro planeta a lo largo del día (toda menos los dos casquetes polares), repitiéndose el proceso día tras día y en algún momento (2) su plano orbital pasara por el lugar de lanzamiento diariamente.



¿Dificultades para embocar la pelota en el hoyo?

Lo dicho hasta ahora ya complica bastante las cosas, además la órbita de la EEI es ligeramente elíptica, el plano orbital también gira lentamente por la distribución irregular de las masas en la Tierra (precesión), hay zonas de no cobertura de las comunicaciones con las naves soviéticas y hay que tenerlas en consideración, (el Shuttle no tenía este problema al estar permanentemente comunicado a través de la red de satélites TDRSS), la posición del sol es otra de las limitaciones, etc. dificultades todas ellas que hay que tener en cuenta pero que no voy a entrar en más detalle.

Hasta ahora tanto las naves Soyuz (tripuladas) como las Progress (de carga) despegaban cuando el plano de la orbita de la EEI pasaba por el lugar del lanzamiento para estar en el mismo plano orbital, aparcando posteriormente en una órbita de inserción y mediante una técnica de aproximación consistente en cuatro encendidos de los motores lograban después de muchas órbitas (34) acoplarse a la EEI.

Como curiosidad, diré que tardar dos días o unas pocas horas en este proceso no supone una gran diferencia en el gasto de combustible, porque una vez en órbita no hace falta ninguna aportación energética para permanecer dando vueltas, solamente en las maniobras. Lo que supone un gasto importante de combustible es el cambio de plano orbital, por lo que hay que tratar ya desde el lanzamiento que ambas naves orbiten en el mismo plano para evitar un gasto energético excesivo.

Voy a poner un ejemplo extremo. Si tenemos un objeto orbitando la Tierra en una órbita ecuatorial y queremos cambiarlo a una órbita polar, la cantidad de energía necesaria para esa transformación seria enorme.

En el caso que nos ocupa, se trata de que la tripulación llegue lo antes posible a su destino por razones obvias. No es cómodo estar dos días en una lata de sardinas cuando se puede pasar ese tiempo en un lugar más confortable y realizando labores productivas.

Para lograr llegar en tiempos tan cortos, la planificación debe ser más meticulosa y afinar mucho en la hora del lanzamiento tanto para hacerlo en el plano orbital adecuado como para encontrarse con la EEI cuando se intercepte su órbita.




A parte de afinar en los cálculos, las naves también han sufrido modificaciones de optimización en lo que concierne a su maniobrabilidad y precisión de las maniobras con mejores sistemas del proceso de datos.

Primero voy a tratar de describir el proceso seguido por las naves Soyuz y Progress cuando empleaban 2 días en el viaje para abordar la EEI.

Después de despegar dentro del margen de tiempo previsto llamado ventana o window se quedaban en una órbita de inserción a poco más de 200 Km. de la Tierra procediendo a continuación al encendido del motor principal durante tiempos muy cortos y precisos (V1 y V2) lo cual las situaba en otra órbita llamada de espera o fase. En la etapa final del proceso se volvía a encender el motor con más precisión aún (V3 y V4) para corregir el defasaje angular entre ambas naves y ajustar una trayectoria final que permitiera el acople a la EEI después de haber orbitado la Tierra 34 veces.

El acoplamiento final ya se hace con unos pequeños jets que permiten una gran maniobrabilidad y precisión (ver el videoclip del final).

Todo este proceso descrito de una forma muy simple, parece sencillo pero tardaban dos días en llevarlo a cabo por su gran complejidad. Es como el golpear la pelota de Golf para meterla en el hoyo pero con una dificultad añadida, el hoyo se esta moviendo. Hay que golpear con la fuerza justa y en el momento preciso para que la trayectoria de la bola se encuentre con la trayectoria del hoyo también en movimiento, sin pasarse ni quedarse corto.

Estando familiarizados con la forma de movernos en la superficie de la Tierra, parece lógico que lo normal debería ser desplazarse en línea recta, con el acelerador a tope y ya está. Pero en el espacio las cosas no funcionan así.

Voy a poner un ejemplo sencillo, hay una nave (A) que está viajando a cierta distancia detrás de un objeto (B) en su misma órbita, en su mismo plano y obviamente a su misma velocidad. Si a la nave retrasada (A), para alcanzar ese objeto (B) se le ocurre encender el motor e impulsarse hacia el objeto, logrará justamente lo contrario que pretende, con el impulso pasará a ocupar una órbita superior y disminuirá su velocidad, con lo cual, se ira distanciando de su objetivo en vez de acercando.

Para quedarse orbitando la Tierra hay que alcanzar una velocidad determinada, conocida como Velocidad Orbital que en nuestro caso es de unos 28.000 Km./h. Para llegar antes a la EEI no se ha aumentado la velocidad, sino que se ha utilizado una combinación de trayectorias más precisas y al emplear menos órbitas (solo 4 frente a 34 anteriormente) en el proceso, llegan antes. Es más, los ingenieros Rusos están pensando como hacerlo aún en menos tiempo.

Los Rusos llevaban ya un tiempo detrás de acortar esos dos días de viaje y lo ensayaron previamente con las naves de carga Progress en tres ocasiones. No satisfechos con el último éxito, pretenden reducirlo a 2 órbitas en vez de 4.

El transbordador especial Shuttle empleaba una técnica de aproximación de tres días, lo que le permitía mucha más flexibilidad a lo hora de los retrasos en la salida.

Moraleja final, meter la bola de Golf sin importar el número de golpes que des, es más fácil que si quieres hacer un «ace o hole in one» (meter la bola de un solo golpe). El secreto de hacerlo en menos tiempo es simplemente «grandes dosis de precisión» en todas las fases del trayecto.

Otra pregunta muy importante que me han hecho, ¿qué riesgos tiene el hacerlo en menos tiempo?

Si un jugador de baloncesto muy, pero que muy experto, tira a cesta desde el extremo opuesto del campo y lo tiene muy controlado, es muy probable que enceste. Pero si lo hace uno con poca experiencia, es más que probable que no enceste ni una y acaben perdiendo el partido. Perder un partido en el espacio, ya saben lo que significa.


Loss 3 últimos Km. del Soyuz y el recibimiento:
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