Sistema de fijación periférica andrógino

A diferencia de los sistemas de acoplamiento anteriores, cualquiera de las unidades APAS-75 podía asumir el rol activo o pasivo según fuera necesario. Para el acoplamiento, las guías en forma de pala de la unidad activa extendida (derecha) y la unidad pasiva retraída (izquierda) interactuaban para lograr una alineación general. El anillo que sostenía las guías se desplazaba para alinear los pestillos de la unidad activa con los de la unidad pasiva. Una vez acoplados, los amortiguadores disipaban la energía residual del impacto en la unidad estadounidense; los atenuadores mecánicos cumplían la misma función en el lado soviético. A continuación, la unidad activa se retraía para unir los collares de acoplamiento. Las guías y los receptáculos de los collares de acoplamiento completaban la alineación. Cuatro varillas de empuje con resorte separaban la nave espacial durante el desacoplamiento. ^{[ 6 ]}

Los estadounidenses seleccionaron a North American Rockwell para construir siete mecanismos de acoplamiento (dos de vuelo, cuatro de prueba y uno de repuesto). ^{[ 7 ]}

La Unión Soviética construyó cinco naves espaciales Soyuz que utilizaban el APAS-75. Las tres primeras volaron como sistemas de prueba ( Cosmos 638 , Cosmos 672 y Soyuz 16 ). La cuarta se utilizó para el Proyecto de Prueba Apolo-Soyuz, la Soyuz 19 fue la única Soyuz que realmente utilizó el sistema de acoplamiento, mientras que el último APAS-75 instalado en la Soyuz 22 fue reemplazado por una cámara antes del vuelo. ^{[ 8 ]} Por parte estadounidense, el Módulo de Acoplamiento Apolo-Soyuz llevaba un collar de acoplamiento APAS-75 y un collar de acoplamiento Apolo.

En abril de 1970, el administrador de la NASA, Thomas O. Paine, sugirió, en una reunión informal con el académico ruso Anatoli Blagonravov en Nueva York, que las dos naciones cooperaran en materia de seguridad de los astronautas, incluyendo equipos de acoplamiento compatibles en estaciones espaciales y naves espaciales para permitir operaciones de rescate en emergencias espaciales. ^{[ 9 ]}

El ingeniero Caldwell Johnson propuso un sistema de anillo y cono durante una reunión en Moscú en octubre de 1970. ^{[ 10 ]} Boris N. Petrov rechazó la simple adaptación de Apolo y Soyuz como una "acrobacia espacial" y propuso desarrollar un mecanismo de acoplamiento universal. Johnson sugirió que el Centro de Naves Espaciales Tripuladas (MSC) elaborara un "diseño específicamente adecuado a los requisitos de una misión CSM/Salyut en particular, siendo el diseño representativo únicamente de la forma y función fundamentales del mecanismo de acoplamiento que satisfaga los requisitos para un sistema de acoplamiento compatible para futuras naves espaciales". ^{[ 10 ]}

Durante una reunión en Houston en junio de 1971, el especialista soviético en acoplamiento Valentin N. Bobkov indicó que los soviéticos también favorecían alguna versión del doble anillo y cono. ^{[ 5 ]} Bobkov ilustró mediante bocetos que el diámetro total del sistema de acoplamiento no podía exceder los 1,3 metros, ya que cualquier sistema más grande requeriría un cambio en la cubierta de lanzamiento. ^{[ 5 ]} Cuando Johnson planteó la cuestión de modificar la cubierta, los soviéticos enfatizaron el gran impacto que tal modificación tendría. ^{[ 5 ]} Además de tener que diseñar una nueva cubierta, tendrían que probar la aerodinámica de lanzamiento del hardware modificado. ^{[ 5 ]} Los estadounidenses esperaban argumentar a favor de un túnel más grande, pero tal cambio parecía demasiado grande para sus contrapartes. ^{[ 5 ]}

Después de las reuniones de junio, Johnson había puesto a Bill Creasy y a sus diseñadores mecánicos a trabajar en el diseño preliminar de un mecanismo de acoplamiento. ^{[ 5 ]} Para cuando la delegación de la NASA partió hacia Moscú, el equipo de Creasy había diseñado y construido un sistema de acoplamiento de doble anillo y cono de 1 metro que tenía cuatro dedos guía y atenuadores en ambos anillos, de modo que cualquiera de las mitades podía ser activa o pasiva durante el acoplamiento. ^{[ 5 ]} El Laboratorio de Estructuras y Mecánica en MSC hizo películas de 16 milímetros que demostraban este sistema en acción, las cuales Johnson llevó a Moscú en noviembre, junto con un folleto que describía el sistema y un modelo de los pestillos de captura. ^{[ 5 ]} Para sorpresa de Johnson, Vladimir Syromyatnikov había estado trabajando en una variación del concepto de anillo y cono de la NASA desde el octubre anterior. ^{[ 5 ]} En lugar de los cuatro dedos guía de la propuesta estadounidense, Syromyatnikov sugirió tres, y en lugar de amortiguadores hidráulicos, propuso atenuadores electromecánicos. ^{[ 5 ]} En esencia, los soviéticos habían aceptado la idea de usar un conjunto de dedos entrelazados para guiar las dos mitades del tren de acoplamiento desde el punto de contacto inicial hasta la captura. ^{[ 5 ]} El concepto de usar atenuadores de absorción de impactos en el anillo de captura de la nave espacial activa para amortiguar el impacto de la unión de dos naves espaciales también era aceptable. ^{[ 5 ]} Ambos grupos de ingenieros planearon retraer la mitad activa del tren de acoplamiento usando un cabrestante eléctrico para enrollar un cable. ^{[ 5 ]} Una vez retraído, se activarían pestillos estructurales o de la carrocería para bloquear las dos naves. Tres cuestiones básicas debían resolverse  —el número de guías, el tipo de atenuadores y el tipo de pestillos estructurales—  antes de que pudiera procederse con el diseño de un sistema universal. ^{[ 5 ]}

Johnson, Creasy y los demás ingenieros de la División de Diseño de Naves Espaciales querían usar cuatro guías porque creían que proporcionaba la mejor geometría al usar atenuadores hidráulicos. ^{[ 5 ]} Como Bill Creasy explicó posteriormente, la situación de fallo más probable al usar atenuadores hidráulicos sería una fuga que provocaría el colapso de un amortiguador al impacto. ^{[ 5 ]} Un estudio de varias combinaciones llevó a los especialistas del MSC a concluir que cuatro guías y ocho amortiguadores era el diseño óptimo. ^{[ 5 ]} Creasy también señaló que el problema más probable con un sistema electromecánico sería el bloqueo o la obstrucción de uno de los pares de atenuadores. ^{[ 5 ]} Por lo tanto, los soviéticos habían buscado minimizar el número de pares en su sistema por la misma razón que los estadounidenses habían preferido un número mayor para limitar la probabilidad de que algo saliera mal. ^{[ 5 ]}

Dado que Estados Unidos no tenía una participación significativa en ingeniería o hardware en su diseño propuesto, y dado que la URSS tenía una participación considerable en el suyo, el diseño soviético fue seleccionado como base para la siguiente fase del estudio. ^{[ 5 ]}

Al final de la reunión de noviembre-diciembre, los dos equipos habían firmado un conjunto de actas que describían el concepto básico para un sistema de acoplamiento andrógino universal. ^{[ 5 ]} La declaración formal decía: "El concepto de diseño incluye un anillo equipado con guías y pestillos de captura que estaban ubicados en varillas móviles que sirven como atenuadores y actuadores de retracción, y un anillo de acoplamiento en el que se ubican pestillos de captura de acoplamiento periféricos con un sello de acoplamiento". ^{[ 5 ]} La información básica sobre las formas y dimensiones de las guías también se incluyó en las actas. ^{[ 5 ]} Debían ser sólidas y no en forma de varilla; como propusieron inicialmente los soviéticos, y en número de tres. ^{[ 5 ]} Siempre que se cumpliera el requisito de absorber las fuerzas de acoplamiento, cada parte era libre de ejecutar el diseño real del atenuador como mejor lo considerara conveniente. ^{[ 5 ]} Los soviéticos planeaban utilizar un enfoque electromecánico diseñado para la sonda de acoplamiento Soyuz, y los estadounidenses propusieron mantener los amortiguadores hidráulicos similares a los utilizados en la sonda Apolo. ^{[ 5 ]} Esta propuesta también contemplaba el desarrollo de un sistema de acoplamiento que pudiera utilizarse en modo activo o pasivo; cuando el sistema de un barco estuviera activo, el otro estaría pasivo. ^{[ 5 ]}

Al examinar el diseño detallado del mecanismo, ambas partes acordaron que los pestillos de captura seguirían el diseño desarrollado en MSC y que los pestillos estructurales y el anillo seguirían el patrón soviético. ^{[ 5 ]} Estos pares de ganchos se habían utilizado con éxito tanto en Soyuz como en Salyut. ^{[ 5 ]} Además, el grupo coincidió en los detalles relativos a los pasadores de alineación, los propulsores de resorte (para ayudar en la separación de la nave espacial durante el desacoplamiento) y la ubicación de los conectores eléctricos. ^{[ 5 ]} Para evaluar el concepto del sistema de acoplamiento y asegurar el establecimiento de la compatibilidad en una etapa temprana del desarrollo, los hombres planearon construir un modelo de prueba a escala dos quintos, cuyos detalles exactos se decidirían en la siguiente reunión conjunta. ^{[ 5 ]}

A su regreso a Houston, Caldwell Johnson preparó un memorándum para documentar algunos de los acuerdos informales alcanzados en Moscú. ^{[ 5 ]} Indicó que esto reflejaba "la manera en que los dos países llevarían a cabo y coordinarían la siguiente fase de los estudios de ingeniería de esos sistemas  ... Los acuerdos  ... se alcanzaron en la mayoría de los casos fuera de reuniones formales, por lo que es poco probable que se informen de otra manera". ^{[ 5 ]} Por ejemplo, en el área del diámetro de la escotilla, señaló que "desde el principio se hizo evidente  ... que un diámetro de escotilla mayor a unos 800 mm no podría incorporarse a la nave espacial Salyut sin grandes dificultades", pero MSC "se había resignado hacía tiempo" a un diámetro de escotilla de prueba de menos de 1 metro. ^{[ 5 ]} Johnson continuó comentando que "el conjunto del anillo de captura había sido denominado indistintamente anillo y cono, doble anillo y cono, y anillo y dedos. ^{[ 5 ]} Se acordó en adelante llamar al anillo de captura 'anillo' y a los dedos 'guías'". ^{[ 5 ]}

Bill Creasy y varios de sus colegas trabajaron con Yevgeniy Gennadiyevich Bobrov en la mesa de dibujo para elaborar estos primeros planos de ingeniería soviético-estadounidenses. ^{[ 11 ]} Larry Ratcliff dibujó el anillo de captura y las guías en papel de dibujo, y Robert McElya proporcionó los detalles del anillo de interfaz estructural, mientras que Bobrov preparó un dibujo similar para los pestillos estructurales. ^{[ 11 ]} TO Ross tomó estos dibujos y realizó un análisis dimensional para asegurarse de que todos los elementos fueran compatibles. ^{[ 11 ]} El acuerdo sobre las especificaciones técnicas para el sistema de acoplamiento allanó el camino para que la NASA comenzara las conversaciones con Rockwell sobre la construcción del sistema de acoplamiento. ^{[ 11 ]}

En abril de 1972, los soviéticos informaron a la NASA que habían optado por utilizar una nave espacial Soyuz en lugar de una estación espacial Salyut por razones técnicas y de costo. ^{[ 4 ]}

La aprobación oficial final de una misión conjunta de acoplamiento se produjo en Moscú el 24 de mayo de 1972. El presidente estadounidense Nixon y el primer ministro soviético Aleksey N. Kosygin firmaron el Acuerdo sobre Cooperación en la Exploración y Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos, que incluía el desarrollo de sistemas de acoplamiento compatibles para mejorar la seguridad de los vuelos espaciales tripulados y posibilitar experimentos científicos conjuntos. ^{[ 9 ]} El primer vuelo para probar los sistemas estaba previsto para 1975, con naves espaciales Apolo y Soyuz modificadas. ^{[ 9 ]} Más allá de esta misión, se esperaba que las futuras naves espaciales tripuladas de ambas naciones pudieran acoplarse entre sí. ^{[ 9 ]}

En julio de 1972, el grupo se concentró en detallar más a fondo las especificaciones del sistema de acoplamiento. ^{[ 12 ]} Se realizaron algunos ajustes en las guías y otras partes del mecanismo; al igual que con los demás grupos, se redactó un cronograma para los meses siguientes, indicando los documentos que debían prepararse y las pruebas que debían realizarse. ^{[ 12 ]} Después de que el equipo examinara minuciosamente el sistema de acoplamiento estadounidense a escala dos quintos, lo que ayudó a los diseñadores a discutir el funcionamiento del mecanismo y decidir sobre los ajustes, programaron pruebas conjuntas del modelo para diciembre. ^{[ 12 ]} Entonces los ingenieros podrían ver cómo los elementos de interfaz del sistema de un país se acoplaban con los del otro. ^{[ 12 ]} Los soviéticos dijeron que redactarían el "Plan de prueba para modelos a escala del sistema de acoplamiento Apolo/Soyuz" (IED 50003), mientras que los estadounidenses elaboraron las dimensiones del modelo y los dispositivos de prueba. ^{[ 12 ]}

Bajo la dirección de Syromyatnikov, el equipo soviético había preparado su documentación en inglés y ruso, y había elaborado un modelo a escala de dos quintos del sistema de acoplamiento para la reunión conjunta. ^{[ 13 ]} Algunos estadounidenses observaron que, si bien el mecanismo de la URSS era mecánicamente más complejo que el estadounidense, era adecuado para la misión y de ejecución «sofisticada». ^{[ 13 ]} Ambas partes revisaron y firmaron el plan de prueba del modelo a escala de dos quintos y programaron la prueba para diciembre en Moscú. ^{[ 13 ]}

La Revisión Preliminar de Sistemas (PSR) se planeó como una "revisión formal de configuración  ... iniciada cerca del final de la fase conceptual, pero antes del inicio del trabajo de diseño detallado" en el mecanismo de acoplamiento. ^{[ 13 ]} Como parte de su presentación a la Junta de Revisión Preliminar de Sistemas (la Junta estaba compuesta por los Directores Técnicos), Don Wade y Syromyatnikov incluyeron todos los datos de prueba, especificaciones y dibujos para el sistema de acoplamiento, así como una evaluación de diseño para el mecanismo. Después de escuchar su informe, Lunney y Bushuyev consideraron que tres áreas problemáticas necesitaban un estudio más profundo. ^{[ 13 ]} Primero, el requisito de un propulsor de resorte diseñado para ayudar a separar las dos naves espaciales había llamado su atención, ya que la falla de este propulsor para comprimirse correctamente podría impedir la finalización del acoplamiento. ^{[ 13 ]} Segundo, Lunney y Bushuyev enfatizaron la importancia de un indicador que verificara que los pestillos estructurales estuvieran correctamente en su lugar. ^{[ 13 ]} El sistema estadounidense proporcionó información sobre el funcionamiento de cada pestillo, pero no indicó que los sellos de interfaz estuvieran comprimidos, mientras que el sistema soviético dio datos sobre la compresión de los sellos, pero ninguno sobre los pestillos. ^{[ 13 ]} Para asegurar la integridad estructural del túnel de transferencia, era importante saber que los ocho pestillos estaban cerrados. ^{[ 13 ]} La tercera área problemática era si era posible que los pestillos estructurales se liberaran inadvertidamente. ^{[ 13 ]} Bushuyev y Lunney pidieron una reevaluación exhaustiva de todos estos problemas y aconsejaron al grupo que les presentara sus recomendaciones específicas en diciembre y enero. ^{[ 13 ]}

Las pruebas grupales del modelo a escala dos quintos y la segunda parte de la Revisión Preliminar de Sistemas para el sistema de acoplamiento fue la última actividad conjunta programada para 1972. ^{[ 14 ]} Los estadounidenses llegaron a Moscú el 6 de diciembre y trabajaron hasta el 15 de diciembre. ^{[ 14 ]} Las pruebas de los modelos a escala se llevaron a cabo en el Instituto de Investigación Espacial de Moscú. ^{[ 14 ]}

Las pruebas de los sistemas de acoplamiento soviéticos y estadounidenses a gran escala comenzaron en Houston durante octubre de 1973. ^{[ 15 ]}