Soyuz (nave espacial)

La nave espacial Vostok utilizaba un asiento eyectable para rescatar al cosmonauta en caso de fallo en el lanzamiento a baja altitud, así como durante la reentrada; sin embargo, probablemente habría sido ineficaz en los primeros 20  segundos tras el despegue, cuando la altitud sería demasiado baja para que el paracaídas se desplegara. Inspirados por el Mercury LES, los diseñadores soviéticos comenzaron a trabajar en un sistema similar en 1962. Esto incluía el desarrollo de un complejo sistema de sensores para monitorizar diversos parámetros del vehículo de lanzamiento y activar un aborto si se producía un fallo en el propulsor. Basándose en datos de lanzamientos del R-7 a lo largo de los años, los ingenieros elaboraron una lista de los modos de fallo más probables para el vehículo y pudieron reducir las condiciones de aborto a la separación prematura de un propulsor auxiliar, un empuje bajo del motor, la pérdida de presión en la cámara de combustión o la pérdida de la guía del propulsor. El sistema de aborto de la nave espacial (SAS; en ruso : Система Аварийного Спасения , romanizado : Sistema Avariynogo Spaseniya ) también podía activarse manualmente desde tierra, pero a diferencia de las naves espaciales estadounidenses, los cosmonautas no tenían forma de activarlo ellos mismos. 

Dado que resultó casi imposible separar limpiamente la cubierta de carga útil del módulo de servicio Soyuz, se decidió que, durante un aborto, la cubierta se dividiera entre el módulo de servicio y el módulo de descenso. Se añadieron cuatro estabilizadores plegables para mejorar la estabilidad aerodinámica durante el ascenso. Se realizaron dos pruebas del SAS entre 1966 y 1967. ^{[ 7 ]}

El diseño básico del SAS se ha mantenido prácticamente sin cambios en 50  años de uso, y todos los lanzamientos Soyuz lo llevan consigo. La única modificación se produjo en 1972, cuando se retiró el carenado aerodinámico sobre las toberas del motor del SAS para reducir el peso, ya que la nave espacial Soyuz 7K-T rediseñada llevaba equipo adicional de soporte vital. El transbordador de reabastecimiento no tripulado Progress tiene una torre de escape simulada y se le han retirado las aletas estabilizadoras de la cubierta de carga útil. Ha habido tres lanzamientos fallidos de un vehículo Soyuz tripulado: Soyuz 18a en 1975, Soyuz T-10a en 1983 y Soyuz MS-10 en octubre de 2018. El fallo de 1975 se abortó tras el desprendimiento de la torre de escape. En 1983, el SAS del Soyuz T-10a rescató con éxito a los cosmonautas de un incendio y explosión del vehículo de lanzamiento en la plataforma. ^{[ 8 ]} Más recientemente, en 2018, el subsistema SAS en la cubierta de carga útil de la Soyuz MS-10 rescató con éxito a los cosmonautas de una falla del cohete 2  minutos y 45  segundos después del despegue, después de que la torre de escape ya había sido desechada.

La parte delantera de la nave espacial es el módulo orbital ( en ruso: бытовой отсек , romanizado:  bytovoi otsek ), también conocido como sección de habitabilidad. Alberga todo el equipo que no se necesitará para la reentrada, como experimentos, cámaras o carga. El módulo también contiene un baño, aviónica de acoplamiento y equipo de comunicaciones. El volumen interno es de ⁶ m³ ( 210 pies cúbicos ) , y el espacio habitable es de ⁵ m³ ( 180 pies cúbicos ) . En versiones posteriores de la Soyuz (desde la Soyuz TM), se introdujo una pequeña ventana que proporciona a la tripulación una vista frontal.       

Una escotilla entre el módulo orbital y el módulo de descenso puede cerrarse para aislarlo y que funcione como una esclusa de aire si fuera necesario, permitiendo que los tripulantes salgan también por su puerto lateral (cerca del módulo de descenso). En la plataforma de lanzamiento, la tripulación accede a la nave espacial a través de este puerto. Esta separación también permite adaptar el módulo orbital a la misión con menor riesgo para el módulo de descenso, de vital importancia para la vida. La orientación en un entorno de microgravedad difiere de la del módulo de descenso, ya que los tripulantes se colocan de pie o sentados con la cabeza hacia el puerto de acoplamiento. Asimismo, el rescate de la tripulación en la plataforma de lanzamiento o con el sistema SAS se complica debido al módulo orbital.

La separación del módulo orbital es fundamental para un aterrizaje seguro; sin ella, la tripulación no podría sobrevivir al aterrizaje en el módulo de descenso. Esto se debe a que el módulo orbital interferiría con el despliegue adecuado de los paracaídas del módulo de descenso, y la masa adicional excede la capacidad del paracaídas principal y los motores de frenado para proporcionar una velocidad de aterrizaje suave y segura. Por este motivo, hasta finales de la década de 1980, el módulo orbital se separaba antes del encendido del motor de retorno. Esto garantizaba la separación del módulo de descenso y el módulo orbital antes de que el módulo de descenso entrara en trayectoria de reentrada. Sin embargo, tras el problemático aterrizaje de la Soyuz TM-5 en septiembre de 1988, este procedimiento se modificó y ahora el módulo orbital se separa después de la maniobra de retorno. Este cambio se realizó debido a que la tripulación de la TM-5 no pudo desorbitar durante 24  horas después de desprenderse del módulo orbital, que contenía sus instalaciones sanitarias y el collar de acoplamiento necesario para conectarse a la Mir . Se considera que el riesgo de no poder separar el módulo orbital es menor que el riesgo de necesitar las instalaciones que contiene, incluido el aseo, tras un intento fallido de desorbitación.

El módulo de descenso ( en ruso : Спуска́емый Аппара́т , romanizado :  spuskáyemy apparát ), también conocido como cápsula de reentrada, se utiliza para el lanzamiento y el viaje de regreso a la Tierra. La mitad del módulo de descenso está cubierta por una cubierta resistente al calor para protegerlo durante la reentrada ; esta mitad apunta hacia adelante durante la reentrada. Inicialmente, la atmósfera lo frena, luego un paracaídas de frenado, seguido del paracaídas principal, que frena la nave para el aterrizaje. A un metro del suelo, se encienden los motores de frenado de combustible sólido montados detrás del escudo térmico para lograr un aterrizaje suave. Uno de los requisitos de diseño para el módulo de descenso era que tuviera la mayor eficiencia volumétrica posible (volumen interno dividido por el área del casco). La mejor forma para esto es una esfera  , como la que usaba el módulo de descenso de la nave espacial Vostok  , pero tal forma no puede proporcionar sustentación, lo que resulta en una reentrada puramente balística . Las reentradas balísticas son duras para los ocupantes debido a la alta desaceleración y no se pueden dirigir más allá de su encendido inicial de desorbitación. Por lo tanto, se decidió optar por la forma de "faro" que usa la Soyuz  : un área superior hemisférica unida por una sección cónica apenas inclinada (siete grados) a un escudo térmico de sección esférica clásica. Esta forma permite generar una pequeña cantidad de sustentación debido a la distribución desigual del peso. El apodo se ideó en una época en la que casi todos los faros eran circulares. Las pequeñas dimensiones del módulo de descenso hicieron que solo tuviera tripulaciones de dos personas después de la muerte de la tripulación de la Soyuz 11. La nave espacial Soyuz-T posterior resolvió este problema. El volumen interno de la Soyuz  SA es de ⁴ m³ ( 140 pies cúbicos ) ; Se pueden utilizar 2,5 m³ (88 pies cúbicos ) para la tripulación (espacio habitable) ^.      

El sistema de protección térmica en las paredes laterales ligeramente cónicas está separado de la estructura para proporcionar también protección contra micrometeoritos en órbita. ^{[ 9 ]} El escudo térmico ligeramente curvado en la parte inferior consta de un ablador de 21 mm a 28 mm de espesor (compuesto de vidrio-fenólico) que se sujeta mediante soportes a aproximadamente 15 mm del sustrato de aluminio AMg-6 de 3,5 mm de espesor. El aislamiento fibroso de sílice de baja densidad VIM (8 mm de espesor) se encuentra en el espacio entre el ablador del escudo térmico y el sustrato de aluminio. ^{[ 9 ]}

En la parte posterior del vehículo se encuentra el módulo de servicio ( en ruso : прибо́рно-агрега́тный отсе́к , romanizado :  pribórno-agregátny otsék ). Tiene un contenedor presurizado con forma de lata abultada (compartimento de instrumentación, priborniy otsek ) que contiene sistemas para el control de temperatura, suministro de energía eléctrica, comunicaciones de radio de largo alcance , radiotelemetría e instrumentos para orientación y control. Una parte no presurizada del módulo de servicio (compartimento de propulsión, _agregatniy otsek ) contiene el motor principal y un sistema de propulsión de combustible líquido , que utiliza N₂O₄ y UDMH , ^{[ 10 ]} para maniobrar en órbita e iniciar el descenso de regreso a _la Tierra . La nave también cuenta con un sistema de motores de baja potencia para la orientación, acoplado al compartimento intermedio ( perekhodnoi otsek ). Fuera del módulo de servicio se encuentran los sensores del sistema de orientación y el panel solar, que se orienta hacia el Sol mediante la rotación de la nave. Una separación incompleta entre los módulos de servicio y reentrada provocó situaciones de emergencia durante las misiones Soyuz 5 , Soyuz TMA-10 y Soyuz TMA-11 , lo que resultó en una orientación de reentrada incorrecta (la escotilla de acceso de la tripulación entró primero). El fallo de varios pernos explosivos no interrumpió la conexión entre los módulos de servicio y reentrada en los dos últimos vuelos.

La Soyuz utiliza un método similar al del módulo de mando y servicio Apolo de Estados Unidos en la década de 1970 para desorbitar. La nave se orienta con los motores hacia adelante y se enciende el motor principal para desorbitar en la cara oculta de la Tierra, antes de su lugar de aterrizaje previsto. Esto requiere la menor cantidad de propulsor para la reentrada ; la nave viaja en una órbita de transferencia de Hohmann elíptica hasta el punto de entrada, donde la resistencia atmosférica la frena lo suficiente como para que salga de órbita.

Las primeras naves Soyuz separaban simultáneamente los módulos de servicio y orbital del módulo de descenso. Al estar conectados mediante tuberías y cables eléctricos al módulo de descenso, esto facilitaba su separación y evitaba que este alterara su orientación. Las naves Soyuz posteriores separaban el módulo orbital antes de encender el motor principal, lo que ahorraba combustible. Tras el problema de aterrizaje de la Soyuz TM-5 , el módulo orbital se separa de nuevo solo después del encendido del motor de reentrada, lo que provocó (aunque no causó) situaciones de emergencia en las Soyuz TMA-10 y TMA-11 . El módulo orbital no puede permanecer en órbita como parte de una estación espacial, ya que la esclusa de aire entre los módulos orbital y de reentrada forma parte del módulo de reentrada, por lo que el módulo orbital se despresuriza tras la separación.

El encendido de los propulsores de reentrada se realiza normalmente en el lado iluminado por el sol, de modo que los helicópteros de recuperación puedan ver la nave espacial durante su descenso al atardecer, iluminada por el sol cuando este se encuentra por encima de la sombra de la Tierra. La nave Soyuz está diseñada para amerizar, generalmente en algún lugar de los desiertos de Kazajistán, en Asia Central. Esto contrasta con las primeras naves espaciales tripuladas de Estados Unidos y la actual Crew Dragon de SpaceX, que amerizan en el océano.

• Sistema de control térmico: sistema obespecheniya teplovogo rezhima, SOTR
• Sistema de soporte vital: kompleks sistem obespecheniya zhiznedeyatelnosti, KSOZh
• Sistema de alimentación: sistema elektropitaniya, SEP
• Sistemas de comunicación y seguimiento: sistema de radiocomunicaciones Rassvet (Amanecer), sistema de medición a bordo (SBI), control de la nave espacial Kvant-V, sistema de televisión Klyost-M, seguimiento de órbita por radio (RKO).
• Sistema de control complejo a bordo: sistema upravleniya bortovym kompleksom, SUBK
• Sistema de propulsión combinado: kompleksnaya dvigatelnaya ustanovka, KDU
• Sistema de control de movimiento Chaika-3 (SUD):
• Dispositivos ópticos/visuales (OVP): VSK-4 ( vizir spetsialniy kosmicheskiy-4 ), dispositivo de visión nocturna (VNUK-K, visir nochnogo upravleniya po kursu ), luz de acoplamiento, mira del piloto (VP-1, vizir pilota-1 ), telémetro láser (LPR-1, lazerniy dalnomer-1 )
• Sistema de citas de Kurs :
• Sistema de acoplamiento SSVP :
• Modo de control TORU :
• Sistema de actuadores de entrada: sistema ispolnitelnikh organov spuska, SIO-S
• Kit de ayudas al aterrizaje: kompleks sredstv prisemleniya, KSP
• Kit de supervivencia portátil: nosimiy avariyniy zapas, NAZ , que contiene una pistola TP-82 o Makarov
• Launch escape system: sistema avariynogo spaseniya, SAS

Sergei Korolev promovió inicialmente el concepto del complejo circumlunar Soyuz ABV ( 7K-9K-11K ) (también conocido como L1 ), en el que una nave Soyuz 7K tripulada por dos personas se encontraría con otros componentes (9K y 11K) en órbita terrestre para ensamblar un vehículo de excursión lunar, cuyos componentes serían entregados por el probado cohete R-7 .

Las naves espaciales tripuladas Soyuz se pueden clasificar en generaciones de diseño. Las Soyuz 1 a Soyuz 11 (1967-1971) fueron vehículos de primera generación, con una tripulación de hasta tres personas sin trajes espaciales , y se distinguían de las posteriores por sus paneles solares curvados y el uso del sistema de navegación de acoplamiento automático Igla , que requería antenas de radar especiales. Esta primera generación comprendía la Soyuz 7K-OK original y la Soyuz 7K-OKS para el acoplamiento con la estación espacial Salyut 1. El sistema de acoplamiento sonda-contenedor permitía la transferencia interna de cosmonautas desde la Soyuz a la estación.

La Soyuz 7K-L1 fue diseñada para lanzar una tripulación desde la Tierra a orbitar la Luna y fue la principal esperanza para un vuelo circumlunar soviético. Tuvo varios vuelos de prueba en el programa Zond entre 1967 y 1970 ( Zond 4 a Zond 8 ), que produjeron múltiples fallas en los sistemas de reentrada de la 7K-L1. Las 7K-L1 restantes fueron desguazadas. La Soyuz 7K-L3 fue diseñada y desarrollada en paralelo a la Soyuz 7K-L1, pero también fue desguazada. La Soyuz 1 estuvo plagada de problemas técnicos, y el cosmonauta Vladimir Komarov murió cuando la nave espacial se estrelló durante su regreso a la Tierra. Esta fue la primera muerte en vuelo en la historia de los vuelos espaciales .

La siguiente versión tripulada de la Soyuz fue la Soyuz 7K-OKS . Diseñada para vuelos a la estación espacial , contaba con un puerto de acoplamiento que permitía la transferencia interna entre naves. La Soyuz 7K-OKS realizó dos vuelos tripulados, ambos en 1971. La Soyuz 11 , el segundo vuelo, sufrió una despresurización durante la reentrada, lo que provocó la muerte de sus tres tripulantes.

La segunda generación, denominada Soyuz Ferry o Soyuz 7K-T , comprendía las naves Soyuz 12 a Soyuz 40 (1973-1981). No disponía de paneles solares. En su lugar, se instalaron dos antenas largas y delgadas. Su desarrollo se basó en los conceptos militares de la Soyuz estudiados en años anteriores y era capaz de transportar a dos cosmonautas con trajes espaciales Sokol (tras el accidente de la Soyuz 11 ). Se planificaron varios modelos, pero ninguno llegó a volar al espacio. Estas versiones recibieron los nombres de Soyuz P , Soyuz PPK , Soyuz R , Soyuz 7K-VI y Soyuz OIS (Orbital Research Station).

La versión Soyuz 7K-T/A9 se utilizó para los vuelos a la estación espacial militar Almaz .

La Soyuz 7K-TM fue la nave espacial utilizada en el Proyecto de Prueba Apolo-Soyuz en 1975, que presenció el primer y único acoplamiento de una nave Soyuz con un módulo de mando y servicio Apolo . También se utilizó en 1976 para la misión de ciencias de la Tierra Soyuz 22. La Soyuz 7K-TM sirvió como puente tecnológico hacia la tercera generación.

La nave espacial Soyuz-T de tercera generación , donde la "T" significa "transporte" ( en ruso: транспортный , romanizado:  transportnyi ), contaba nuevamente con paneles solares, lo que permitía misiones más largas, un sistema de encuentro Igla revisado y un nuevo sistema de propulsores de traslación/actitud en el módulo de servicio. Podía transportar una tripulación de tres personas, que ahora vestían trajes espaciales. Se utilizó desde 1976 hasta 1986.