Una breve y poco conocida historia sobre la primer prueba de la nave espacial que llevaría a Yuri Gagarin al espacio se presenta en la siguente entrada. Casi un año antes de su histórico vuelo, la prueba de este prototipo finaliza su misión de manera y en el lugar menos esperado. Con ustedes, la saga del Sputnik IV.
El trabajo es de Paco Arnau, para la Yuriesfera y Amazing.es.
Corría el año 1960 y la recién iniciada carrera espacial comenzaba una nueva y decisiva fase: la puesta en órbita de un ser humano y su regreso sano y salvo a la Tierra. La Unión Soviética estaba en la vanguardia de los logros aeroespaciales, y lo seguiría estando por mucho tiempo más. En ese año se inician las pruebas orbitales de la nave espacial que llevaría al espacio al primer viajero espacial de la historia. La oficina de diseño de Serguéi Koroliov, el célebre OKB-1, sería la encargada de concebir el diseño de la nueva nave. Así entonces el conocido como OD-2 (Obyekt 2) fue el precursor de las naves Vostok y fue propuesto por Mijáil Tijonrávov en 1957, el año en que la URSS lanzaba el Sputnik 1.
A comienzos de 1958 el diseño de la nave tomaba forma a cargo de Konstantín Feokístov, luego de un año de trabajo, el diseño básico del OD-2 tomaría su forma definitiva y el proyecto de nave tripulada sería fusionado con el del satélite de reconocimiento que las Fuerzas Armadas Soviéticas estaban necesitando. Así entonces el proyecto se denominaba Objeto K (Korabl, nave en ruso). En total se realizaron cuatro variantes, designadas 1K, 2K, 3K y 4K. Los modelos militares corresponderían a las 2K y 4K, mientras que las naves Vostok tripuladas serían las del tipo 3K.
Las naves designadas 1K son las primeras en ser lanzadas. Esta versión de la nave Vostok no sería la definitiva La principal diferencia entre las 3K tripuladas y las 1K consistían en la existencia de paneles solares con forma de alas de mariposa que se desplegaban desde la cápsula esférica. Estos no se usarían en las versiones subsiguientes de las naves Vostok. En el resto de los aspectos todas las versiones estaban formadas por dos módulos: la cápsula esférica (SA, Spuskaemi Apparat "aparato de descenso"), donde se ubicaba el cosmonauta, y el módulo de servicio (PO, Priborni Ostek, "sección de instrumentos").
Nave de la serie Vostok 1K. La imagen corresponde específicamente a Korabl Sputnik 3. En el interior del SA, en rojo, se aprecia el módulo habitado por las perras Pchyolka y Mushka dispuesto en el asiento eyector de la nave. La misión tampoco fue exitosa. Sin embargo la configuración externa de la nave es igual para toda la serie 1K. [Vía]
El lanzador de todas las series de naves del Objeto K sería una versión repotenciada del Semyorka de Korolyov, el modelo 8K72K, un probado cohete que fue la clave de las sucesivos logros espaciales soviéticos.
La designación oficial soviética de la nueva nave era Korabl Sputnik 1 (KS, "Nave Satélite 1"), para los Estados Unidos y la opinión pública la designación de la KS-1 era Sputnik IV. La primera prueba de las naves Vostok estaba limitada a una serie limitada de aspectos: no estaba equipada con los sistemas de soporte vital que llevaría en misiones tripuladas, ni sistema de aterrizaje (paracaídas), ni tampoco con el escudo térmico correspondiente. La KS-1 tenía el SA presionizado y transportaba un maniquí, "Iván Ivanovich". Asimismo llevaba un registro de voces que se transmitían en una frecuencia de 19.995 MHz. El principal objetivo de la misión era la puesta en órbita de la nave de 4540 kg. y comprobar la eficacia de separación del SA, así como otros aspectos generales del diseño primer nave espacial de la historia.
El 15 de mayo de 1960 a las 03:00:06 (hora de Moscú) se lanzaba el Korabl Sputnik 1 desde el cosmódromo de Baikonur, y se iniciaba el periplo de esta primer prueba espacial de una nave diseñada para ser tripulada. La KS 1, o Sputnik IV se colocó en órbita según lo previsto: en un perigeo de 312 km y un apogeo de 369 km, a una inclinación de 65° con respecto al plano ecuatorial y con un período de rotación de 91,3 minutos. La misión se desarrolló según lo planeado, hasta el día 19 de mayo a las 2:52:00, hora de Moscú, momento en el que se procedía a la maniobra de frenado de la nave. Si bien el SA de la KS no estaba diseñado para sobrevivir a las altas temperaturas que el reingreso a la Tierra le causaría, el objetivo central de la misión era el encendido del motor TDU-1 ("Unidad del Motor de Frenado n° 1") y la separación del módulo SA.
Trayectoria orbital del Sputnik IV en momentos de la maniobra de encendido del retrocohete TDU-1. El mismo se produjo al pasar por la Unión Soviética. [Vía].
Es en ese momento en que se produce lo imprevisto: la nave experimentó problemas de orientación, de manera que el motor TDU-1 se encontraba en sentido contrario al correcto. El TDU-1 se activó acelerando al Sputnik IV en vez de frenarlo. Como consecuencia de esto se alteró dramáticamente la órbita de la nave. Los nuevos parámetros de la Sputnik IV eran: perigeo 307 km, apogeo 690 km, y período 94,25 minutos. La inclinación con respecto al ecuador conservó su ángulo original, pero en resumen, la misión estaba perdida. La causa de la falla residió en los sensores infrarrojos que captaban la radiación proveniente de la Tierra, que enviaron una señal incorrecta que determinó una orientación de los motores en el sentido del desplazamiento de la órbita, y no en contra como era necesario.
Según las crónicas de la época, el problema con el sensor infrarrojo había sido detectado, y el director del vuelo, Boris Chertok había sugerido utilizar el sensor de respaldo, que captaba los infrarrojos solares. Esto generó una breve disputa con Boris Rauschenbakh el diseñador del sistema de orientación, quién recomendó seguir según lo planeado. Serguéi Koroliov y Mstilav Keldish se convencieron entonces de confiar en el sistema de guía defectuoso. De esta manera ocurre el encendido del TDU-1 que determina el fin de la misión. Los sensores en cuestión no fueron utilizados en las versiones tripuladas de las 3K, pero si en las subsiguientes series no tripuladas.
Réplica en tamaño natural de una nave tipo 1K como la del Sputnik IV. La disposición externa es idéntica al resto de los modelos subsiguientes, salvo por el característico panel solar que sobresale del SA en forma de alas de mariposa, y por los sensores de IR que causaron los problemas de orientación. Los sensores se encuentran en el PO, en la sección de aviónica y equipos. (Ver la infografía de la Yuriesfera). Esta nave se encuentra en el museo de la Corporación Energía, heredero del célebre OKB-1. [Vía]
Sin embargo, esto no sería todo, el periplo del Sputnik IV recién comenzaba y su desenlace sería aún más imprevisto que los problemas técnicos detectados. Durante los meses siguientes, la nave experimentaría el inexorable frenado producido por las capas altas de la atmósfera. De esta manera el 14 de agosto de 1962 el KS-1 estaba en una órbita con perigeo de 138,1 km, apogeo de 160 km y un período de 89,3 minutos. Era evidente que el reingreso del Sputnik IV era inminente, y esta situación era de gran interés para la URSS y los EUA. A pocos años de ser iniciada la Era Espacial existía muy poca experiencia en materia de reingreso de satélites, por lo que el interés se centraba en los métodos de seguimiento, los modelos predictivos de reingreso, y por último, las condiciones que el viaje espacial imponía a la estructura del satélite. En particular había un gran interés en determinar los niveles de radiación portados a Tierra, que serían indicadores indirectos de las condiciones fisicas del vuelo espacial.
En los Estados Unidos una red civil de observadores se ocupó del rastreo del Sputnik IV desde el comienzo de su misión. El observatorio astrofísico del SAO (Smithsonian Astrophysical Observatory) fue la institución designada por los Estados Unidos para el seguimiento de satélites artificiales, en el marco del Año Geofísico Internacional. El SAO recibía apoyo financiero de la NASA y era, dentro del área civil, la única fuente de datos de seguimiento satelital. Las actividades se iniciaron con el lanzamiento del Sputnik II el 3 de noviembre de 1957, de manera que el seguimiento del Sputnik IV era parte de la rutina del observatorio.
Las observaciones permitieron determinar, mediante técnicas ópticas, la existencia de numerosos fragmentos entorno al Sputnik IV. A medida que la órbita de la nave soviética descendía el interés del SAO aumentaba. La forma en que realizaba el rastreo de satélites fue por cierto innovadora: mucho antes de las redes informáticas, el SAO desarrolló una red de observadores distribuidos por todo el país. La red de observadores se denominaba Moonwatch y jugó un rol muy importante en la identificación y seguimiento de los primeros satélites artificiales. Con la participación de profesionales y amateurs, fue una organización que promovía el desarrollo de la astronomía y la astronáutica en los Estados Unidos.
Una computadora del MIT generaba las efemérides, la red de observadores se dedicaba a realizar las observaciones, y comunicaba sus resultados al cuartel general del SAO. El 28 de agosto el SAO había advertido que el reingreso del Sputnik IV era cuestión de días, y se había calculado que el 6 de setiembre se produciría la reentrada.
Lo que aún no estaba claro, es dónde exactamente, aunque eso se revelaría muy pronto: el 5 de setiembre de 1962, el Sputnik IV se quemaba en la atmósfera y reingresaba a tierra sobre los cielos de los Estados Unidos de América. Esta insólita situación no hubiese sido noticia si no se hubiesen encontrado restos del Sputnik IV. El 5 de setiembre de 1962, a las 4:49 (hora local), un equipo de observadores del proyecto Moonwatch con sede en la ciudad de Milwaukee, en el estado de Wisconsin, identificaron lo que sin dudas eran los restos del Sputnik IV mientras se quemaba al reigresar a Tierra. Inmediatamente la noticia fue comunicada a la sede central del SAO, y un operativo de búsqueda se puso en marcha.
Reporte sobre la posible distribución de fragmentos del Sputnik IV. Fuente: Sputnik IV Re-entry: The Role of Moonwatch, SAO/NASA Astrophysics Data System ADS.
El primer indicio de que la pieza principal procedía de un objeto fabricado fuera de los Estados Unidos residía en lo que parecía ser un agujero de tornillo de unos 0,75 cm. Otros test analíticos sugerían que el material era de acero.
El lugar donde impactó la pieza principal. Es recordado mediante esta especie monumento. Este impactó en pleno centro de Manitowoc, en la Park Street y la calle n°8. Fuente: Wikipedia.
De esta manera el resto del Sputnik IV comenzó fue analizado en numeros laboratorios de los Estados Unidos. El interés central era la determinación de los niveles de radiactividad de la muestra. Debido a su permanencia en el espacio por un lapso de tiempo conocido se trataba de una oportunidad única para ensayar métodos de datación radiactiva, para comprobar modelos que luego se utilizarían para el estudio de meteoritos. Inesperadamente, el fallo del Sputnik IV logró contribuir al desarrollo científico. El periplo llevó a los restos de la nave por los laboratorios del SAO, de Los Alamos Scientific Laboratory, Air Force Cambridge Research Laboratory, Carnegie Institute of Technology Chemistry Departament, y el Brookhaven National Laboratory.Todos los estudios fueron consistentes con una exposición a radiación proveniente del espacio. Por ejemplo, el primer análisis realizado en Cambridge se detectaron trazas de Argón-37 y Manganeso-54, isótopos típicamente obtenidos mediante inducción de radiactividad. Este tipo de análisis fue el primero realizado en un objeto que presumiblemente provenía del espacio. Estos resultados fueron dados a conocer el 11 de setiembre, y suministrados por el SAO a la NASA.
Estudios procesados posteriormente determinaron la presencia de óxido ferroso, compuesto que llamó la atención de los investigadores. Su presencia se debe a las altas temperaturas producidas por el reingreso, y su determinación en el Sputnik IV determinó la búsqueda de este compuesto en meteoritos de origen natural. Otros compuestos identificados fueron el Tritio, un isótopo del Hidrógeno, cuya presencia se explica también por el rozamiento y las temperaturas de reingreso.
Réplica de la pieza de casi 10 kg que se encontró en pleno Manitowok. El resto reposa en el museo local. [Vía].
Una vez analizada la muestra, el 13 de setiembre, las autoridades del SAO se reunieron con la delegación de los Estados Unidos a las Naciones Unidas. El interés real de los EUA era devolver la pieza, que debido a los estudios realizados tenía una masa de 6,4 kg. Es interesante este aspecto ya que los EUA y la URSS estaban en plena confrontación estratégica, en todos los planos. En particular la Carrera Espacial era la expresión política de esa disputa, y un gesto de este tipo no era esperable. Naturalmente habían muchas razones para que esta decisión. Una de las más significativas residía en la carencia de un marco legal internacional que estableciera el tipo de procedimientos a seguir cuando una país recibía semejante delegación internacional. En definitiva, la Era Espacial recién comenzaba, y los EUA a pesar de su rezago también tenían satélites, que eventualmente podrían caer sobre su rival estratégico.
La decisión la tomó el presidente de los EUA, John F. Kennedy, y así entonces la delegación diplomática se dirigió a la sesión ordinaria del Comité para el Uso Pacífico del Espacio Exterior, con los restos del Sputnik IV bajo el brazo. Lo que debía ser una sesión de trabajo un poco fuera de lo común, pero en definitiva tranquila, fue en realidad todo un espectáculo propio del clima diplomático de la época, no exento de espectacularidad. Por los EUA encabezaba la delegación el embajador Francis T.P. Plimpton, y por la Unión Soviética el camarada Platon Morozov. El 14 de setiembre se reunió el Comité, el primero en hablar fue el soviético Anatoly Blagonravov, quién expuso los lineamientos generales en materia de política espacial de la URSS. Naturalmente se destacaron los logros soviéticos en esa área. Especialmente el vuelo de Yuri Gagarin realizado el año anterior.
Las intenciones de los EUA eran devolver el fragmento del Sputnik IV, pero la actitud del embajador norteamericano Plimpton conspiró con la tarea. Luego de las palabras de Blagonravov, Plimpton se despacha en términos diplomáticos, y para establecer con contundencia su punto de vista no se le ocurre mejor idea que poner sobre la mesa, además de sus argumentos obviamente, el resto del Sputnik IV en cuestión. Naturalmente la delegación soviética protestó ante el gesto, Morozov se despachó y la sesión terminó en tablas, con fragmento del Sputnik IV arriba de la mesa. La delegación soviética no recogió el fragmento como era de esperarse.
El 23 de octubre de 1962 Alla Massevitch y E.K. Fedorov visitan las instalaciones del SAO. Massevitch era un especialista soviético en seguimiento óptico de satélites. Parte de la reunión determinó en el establecimiento de términos de colaboración entre el programa de seguimiento satelital del SAO y el de la Unión Soviética. La delegación soviética tomó contacto con la muestra del Sputnik IV y con los estudios realizados al mismo. El 31 de diciembre la Embajada de la URSS en EUA se comunica con el Departamento de Estado de los EUA con la intención de recuperar el fragmento de la nave, aspecto que se concretaría el 5 de enero de 1963, cuando una delegación de la Embajada Soviética retira el fragmento en la sede del Departamento de Estado.
Como consecuencia de este vuelo el OKB de Koroliov tomó la desición de lanzar a las siguientes naves en órbitas más bajas que permitieran un reingreso natural en caso de que el TDU-1 o el sistema de guía fallaran. Por ejemplo, la Vostok 1 tripulada por Yuri Gagarin tuvo una órbita de 169 x 315 km. De esta manera se garantizaba que en un plazo de 10 días la sharik reingresara a la Tierra. Afortunadamente este drástico método de deorbitación natural no se utilizó.
La saga de casi cuatro meses de la Korabl Sputnik 1, el primer prototipo de las naves tripuladas Vostok, terminaba en forma diplomática. El programa de lanzamientos tendría algunos contratiempos más, pero seguiría avanzando y solucionando problemas hasta hacer de las naves diseñadas por Koroliov lo suficientemente seguras para el vuelo tripulado. El resto, es historia, como sabemos. La Humanidad iba a dar sus primeros pasos en el espacio el 13 de abril de 1961, cuando Yuri Gagarin grita poyejali! a bordo de la Vostok 1 y el incidente del Sputnik IV sería una pequeña anécdota diplomática entre la Unión Soviética y los Estados Unidos.
Fuentes:
Sven´s Space Place.
A Sputnik IV saga. Acta Astronautica 65 (2009) 1530-1536.
Spacenet (en ruso).
Yuriesfera.
Enlaces relacionados:
La presentación en sociedad de la Vostok 1. Un regalo de Gagarin.
Vostok, la nave secreta (Eureka blog).
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