El Complejo Espacial Lunar N1-L3: aspectos
generales
Redacción |
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complejo espacial lunar N1-L3 tuvo su origen en el decreto
gubernamental 715-296, promulgado el 23 de Junio de 1960 por el gobierno
de la ex-Unión Soviética, para el desarrollo de "Poderosos
Vehículos Lanzadores, Satélites, Naves, y Exploración
Espacial en el período 1960-1967".
El programa lunar ruso estaba constituido por el vector pesado N1
LV, y el sistema para misiones lunares L3. Una típica
misión a la Luna estaría compuesta por dos cosmonautas,
descendiendo sólo uno en la misma. El 3 de Agosto de 1964,
un decreto del gobierno soviético manifestaba por primera vez
que el objetivo principal del vector pesado N1 LV era la exploración
lunar, incluyendo obviamente misiones tripuladas hacia la misma. Los
estudios que condujeron al diseño del N1 LV comenzaron en 1956,
y los primeros trabajos fueron realizados a partir de 1960.
El desarrollo del complejo N1-L3 estuvo a cargo de Serguei
P. Korolev, Jefe del Bureau de Diseño especial OKB-1.
Con posterioridad a su fallecimiento en 1966, el trabajo continuó
siendo realizado bajo la dirección de su sucesor, Vladimir
P. Mishin. Los planes originales a comienzos de los ´60,
contemplaban un primer alunizaje a ser realizado entre los años
1967 y 1968. Sin embargo, estas "predicciones" consideraban
el desarrollo exitoso fundamentalmente del vector pesado N1 LV. |
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 El
VECTOR N1 LV |
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Este vector era un diseño de conjuntos o bloques
conectados entre sí, con tanques de combustible esféricos
unitarios y suspendidos, y unidades de propulsión con motores
múltiples en las etapas I, II y III. Estas
etapas también suelen ser referidas como Bloque A, Bloque
B y Bloque V respectivamente.
Para los vuelos hacia la Luna, se montaría sobre la etapa III
-o Bloque V- el sistema para misiones lunares L3. Este sistema, estaba
compuesto por una serie de elementos a saber: |
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Bloques de cohetes (propulsores) G y D. |
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El módulo de descenso lunar LK. |
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El módulo orbitador lunar LOK. |
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Una cubierta protectora de todo el conjunto que
evitaba daños aerodinámicos y térmicos,
y que era descartada a cierta velocidad. |
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Un sistema de rescate de emergencia llamado PU,
para el módulo orbitador, similar al que existe en los
vectores tipo Soyuz. |
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| La propulsión |
Para el diseño del N1 LV se pensaba inicialmente
en una carga de 75 t. Igualmente, el nuevo vector estaría equipado
en todas sus etapas con motores a combustible líquido que consumirían
oxígeno y kerosene. La masa total del vector N1 LV, al momento
del despegue, era de unas 2820 t. El empuje inicial, era de unas 4615
tf. Eventualmente, el uso de hidrógeno líquido en los
sistemas propulsores en principio permitía aumentar la carga
útil a unas 90-100 t, con la misma masa de lanzamiento.
Teniendo en cuenta diversos factores previos, se decidió utilizar
motores con un empuje de 150 tf. Las razones técnicas para
la elección de tales motores fueron: |
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Esos motores se podían fabricar y probar
con las instalaciones existentes en aquel momento. El desarrollo
de un motor de 600-900 tf de empuje hubiera requerido de nuevas
instalaciones, incrementando por lo tanto los costos de desarrollo
del cohete. |
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Un motor de 150 tf estaba bien "adaptado"
para usarlo en la II etapa del N1 LV. La versión de este
motor para la II etapa, tenía una tobera de escape más
ancha, lo que permitía usar un menor número de
unidades. |
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Ya que tanto la confiabilidad como la funcionalidad
de los motores descansan en numerosas pruebas de banco, con
costos económicos iguales se podía lograr una
mayor confiabilidad con el uso de tecnología probada
de motores de bajo empuje. |
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Con una unidad de propulsión de motores
múltiples era posible la redundancia (se podía
reemplazar un motor defectuoso), lo que aumentaba la probabilidad
de éxito del programa. |
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Por esto, las etapas I, II y III del N1 LV estaban
equipadas con el sistema de control de motor Kord, que detenía
el motor en caso de baja de rendimiento. El empuje del N1 LV se ajustaba
a cierto nivel, que permitiera la continuidad de la misión
aún con un motor apagado en la primer fase de la trayectoria.
En las fases finales del vuelo de la etapa I, más motores se
podían desactivar sin poner en peligro el programa de la misión.
La etapa I (Bloque A) estaba equipada con motores Kuznetsov
NK-15 (inicialmente 24, y más tarde 30), con un empuje
por unidad de ~150 tf, e instalados en una disposición de anillo.
La etapa II (Bloque B) incorporaba ocho de los mismos motores, pero
con toberas de escape optimizadas para trabajar a altas altitudes.
Esta versión del NK-15 era denominada NK-15B, y brindaba
un empuje de ~170 tf.
La etapa III (Bloque V), estaba equipada con cuatro motores Kuznetsov
NK-19, de ~40 tf de empuje, con toberas de escape adaptadas al
funcionamiento en altas cotas.
El Bloque G también estaba equipado con este tipo de motor
NK-19.
Por último, el Bloque D incorporaba un propulsor del tipo RD-58M,
de 8.7 tf de empuje. |
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| Un concepto modular |
| A partir del vector N1 LV, era posible diseñar
toda una familia estandarizada de vectores, entre ellos: |
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El N11 ensamblado con las etapas II, III,
y IV del N1 LV. Se estimaba un peso para este vector de 700
t, con la capacidad de colocar en una órbita terrestre
a 300 km de altura una carga útil de
20 t. |
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El N111 ensamblado con las etapas III
y IV del N1 LV, y la segunda etapa estaría basada en
el vector R-9A. Se estimaba un peso de 200 t al momento
del despegue, con una capacidad de colocar una carga de 5 t
en órbita terrestre de 300 km de altitud. |
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| Las pruebas de lanzamiento |
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 El
primer lanzamiento del complejo N1-L3 tuvo lugar el 21 de Febrero
de 1969, y terminó en una explosión a los 68.7s
de vuelo. Debido a vibraciones de alta frecuencia en el generador
de gas del motor #2 de la etapa I, se destruyó un conector
reductor de presión ubicado detrás de una turbina.
Como consecuencia de ello, se inició un incendio en el
compartimiento de motores debido al combustible desparramado,
lo que excedió las capacidades del sistema de control
de motores, desembocando en una explosión final.
A pesar de este accidente, el lanzamiento probó la validez
del perfil dinámico, la dinámica del lanzamiento,
los procesos de control del N1 LV, y permitió obtener
valiosos datos de las cargas sobre el N1 LV, resistencia, cargas
acústicas sobre el vector y otros sistemas de lanzamiento,
y además se obtuvieron datos sobre las condiciones de
operación en un ambiente real. |
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El segundo lanzamiento del N1-L3 se llevó
a cabo el 3 de Julio de 1969, y nuevamente resultó en
una explosión final, debido a un fallo en la operación
del motor #8 de la etapa I. La verdadera causa del accidente
nunca fue descubierta, pero lo más probable es que se
debiera a la rotura de una bomba del oxidante de un motor, en
el momento de la transición a máxima potencia.
Se requirieron dos años para analizar los resultados
de la prueba, realizar estudios y numerosos experimentos. Como
resultado de este esfuerzo, se tomaron medidas para tratar de
evitar todas las posibles causas de accidentes, mejorar la confiabilidad
de los motores, sistemas y equipos, tanto como asegurar una
mejor seguridad en el pad de lanzamiento. |
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El tercer lanzamiento del N1-L3 tuvo lugar el
27 de Junio de 1971. Y nuevamente todo terminó en desastre...
Debido a las turbulencias generadas por los gases de escape
de los treinta motores de la primer etapa, el vector comenzó
a girar sobre su eje longitudinal de manera no prevista. A 48
segundos del lanzamiento, la segunda etapa comenzó a
desintegrarse debido al torque generado por el giro del vector.
Finalmente, el vector explotó a los 51 segundos del despegue.
Los restos del N1-L3 vinieron a caer a unos 20 km de distancia
del punto de despegue, provocando un cráter de 30 m de
diámetro. Las causas del giro no controlado del N1-L3,
se atribuyen a fenómenos aerodinámicos no previamente
estudiados. |
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El cuarto y último lanzamiento del N1-L3
se realizó el 23 de Noviembre de 1972. El vector empleado
en esta ocasión era una versión muy modificada,
con mayor capacidad de carga, equipado con más de 13.000
sensores para analizar el comportamiento integral del ingenio,
y dotado con nuevos sistemas electrónicos de control,
telemétricos y radiales.
El vector había volado por el lapso de 106.93s sin novedad,
pero 7s antes de la separación de las etapas I y II,
la ruptura realmente instantánea de la bomba del oxidante
de un motor, provocó un incendio y la destrucción
del vector. |
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El próximo
lanzamiento estaba programado para la segunda mitad de 1974. Hacia
el mes de Mayo de ese año, y teniendo en cuenta la experiencia
ganada en los anteriores lanzamientos, todas las actividades estaban
dirigidas a garantizar la supervivencia del vector. También
había comenzado la construcción de motores modificados
reutilizables. Sin embargo ahora Valentin P. Glushko era el
nuevo Director General del Bureau RSC Energia, y por medio
de una orden suya, y con el silencioso consentimiento del gobierno,
cesaron todas las actividades del programa N1-L3.
Hacia Enero de 1973, el costo del programa N1-L3 era de unos 3.600
millones de rublos (al cambio de esos años), de los cuales
2.400 millones correspondían al desarrollo del vector N1 LV.
El programa fue formalmente cancelado por medio de un decreto gubernamental
en Febrero de 1976, para dar paso al desarrollo del nuevo sistema
Energia-Buran, y todos los costos fueron computados como pérdidas.
Luego, tanto los cohetes ensamblados -dos completos y cuatro parcialmente
ensamblados-, como todos los equipos asociados al programa N1-L3 fueron
destruidos (¿?). En total, se estima que fueron gastados unos
6.000 millones de rublos, al cambio de aquella época. |
"...aunque
toda la experiencia ganada durante el diseño del poderoso
vector N1 LV fue ampliamente aprovechada durante el desarrollo
del vector pesado Energia LV, y quizás también
lo sea en futuros proyectos, resulta difícil no admitir
que la cancelación del trabajo sobre el N1 fue un gran
error. Con posterioridad, el desarrollo del Energia LV, con
una capacidad de carga similar al N1 LV, demandó adicionalmente
más de trece años y 14.500 millones
de rublos."
(Korolev RSC Energia) |
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| EL
MÓDULO DE DESCENSO LUNAR LK |
 Este
módulo LK ("Lunniy korabl" - nave lunar en ruso)
estaba compuesto por una cabina presurizada de aproximadamente cuatro
metros cúbicos de volumen, que podía acomodar a un cosmonauta,
un compartimiento con los motores para el control de actitud y un
mecanismo de acople pasivo, un compartimiento de instrumentos, un
módulo de descenso lunar, y una etapa o Bloque E, con
sistemas propulsores. Se estima un peso para el LK de unos 5500 kg,
y una altura cercana a los 5 m. Su desarrollo estuvo a cargo del bureau
de diseño ucraniano OKB-586, encabezado por el diseñador
Yangel.
Algunas de sus principales características eran: |
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Tenía sólo un motor principal sobre
su eje longitudinal, más un motor de reserva con dos
toberas. La unidad de propulsión era llamada "unidad
Ye", y pesaba aproximadamente 2250 kg. Esta unidad
era alimentada con N2O4 (tetróxido de nitrógeno)
y UDMH (siglas en inglés de "unsymmetrical dimethyl
hydrazine"). El N2O4 era almacenado en un tanque toroidal
que rodeaba las unidades de motores. El combustible cargado
en el LK, le permitía un tiempo de vuelo de un minuto,
dejando reservas para el vuelo de ascenso desde la superficie
lunar. |
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Por primera vez en el programa espacial ruso,
el sistema de control estaba basado en una computadora de abordo.
Esta computadora tenía triple redundancia, podía
realizar más de 20000 operaciones por segundo, y era
alimentada con datos provenientes de una plataforma giro-estabilizada
en los tres ejes, un radar de alunizaje, y una mira para la
alineación. El cosmonauta usaría la mira para
señalar el punto de alunizaje, y luego ingresaría
las coordenadas respectivas a la computadora. Los comandos de
ésta, se comprobarían con diversos sensores estelares. |
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Dos motores de 40 kgf de empuje cada uno le daban
el control de guiñada; dos más para el control
de cabeceo; y cuatro motores de 10 kgf de empuje cada uno le
daban el control de rolido. Para garantizar redundancia, todo
este sistema estaba completamente duplicado. |
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La atmósfera de la cabina era una mezcla
de oxígeno/nitrógeno a 560 mm/Hg, con ligeramente
menos nitrógeno que en la mezcla normalmente usada en
las naves rusas. |
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Para el suministro de energía eléctrica,
el LK estaba equipado con cinco baterías químicas.
Dos estaban situadas en la porción de ascenso de la nave. |
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Para asegurar un firme contacto con la superficie
lunar, el LK disponía de cuatro pequeños motores
de combustible sólido que eran activados en el momento
del contacto. Estos motores tenían sus toberas apuntando
hacia arriba. |
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El sistema de alunizaje era capaz de posarse
con velocidades laterales de 1 m/s, sobre suelo duro y con una
pendiente de 20°. |
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Se podía modificar el Centro de Gravedad
(Cg), redistribuyendo el agua en los tanques del sistema
refrigerante. |
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El LK usaba el mismo sistema propulsor principal,
para la etapa final del descenso y el ascenso. Para el despegue
desde la superficie lunar, tanto el sistema principal de propulsión
como el de reserva eran activados. Si ambos sistemas operaban
correctamente, se desconectaba el de reserva. |
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Tenía una compuerta oval con las dimensiones
adecuadas para permitir el ingreso/egreso del cosmonauta equipado
con un traje espacial específicamente diseñado
llamado Krechet. |
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El LK transportaba en su parte superior, la unidad
pasiva del sistema de acople Kontakt.
Este sistema de acople era extremadamente simple y tolerante
a los errores de alineación. La unidad que iba en el
LK consistía de 108 hexágonos, de seis centímetros
de diámetro cada uno, y formaban un arreglo que recordaba
a un panal de abejas. En una misión típica se
debería haber usado este sistema después que el
LK abandonara la superficie lunar y en su acople con el módulo
orbital LOK, para permitir que el cosmonauta del LK realizara
una caminata espacial para retornar al LOK. Precisamente el
LOK transportaba en uno de sus extremos la unidad activa del
sistema Kontakt, llamada Aktiv. |
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706x800
(85088 bytes)
(Imagen: RSC Energia) |
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1. Módulo de descenso lunar
2. Etapa o Bloque E
3. Cabina presurizada
4. Equipos de soporte de vida
5. Ventana de observación del alunizaje
6. Motores del control de actitud
7. Radiador del sistema de control térmico
8. Mecanismo de acople
9. Sensor de objetivo
10. Sensores de alineación
11. Compartimiento de instrumentación
12. Cámara de TV
13. Antenas Omni-direccionales
14. Fuentes de energía
15. Pata de apoyo con amortiguador (4)
16. Puntal con amortiguador
17. Radar de alunizaje
18. Compartimiento de instrumentación
19. Antenas de baja ganancia
20. Antenas del sistema de aproximación
21. Antenas de TV
22. Motor de combustible sólido
23. Motor principal
24. Reflector
25. Motor de reserva |
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| EL
MÓDULO ORBITADOR LUNAR LOK |
El LOK era un diseño derivado de las conocidas
cápsulas Soyuz y, al igual que éstas, en realidad
era un conjunto de tres componentes o módulos: habitable, de
descenso (terrestre), y de servicio. El LOK era la contraparte del
estadounidense CSM (Command-Service Module) del programa Apollo. Se
estima un peso total de 9850 kg, y una longitud de unos 10 m.
Algunas de sus principales características eran: |
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El LOK estaba diseñado para acomodar a
dos cosmonautas, y la electrónica general era más
compleja que en la Soyuz original. |
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El módulo habitable estaba equipado con
la parte activa del sistema de acople Kontakt, denominado Aktiv,
como se mencionó anteriormente. Tenía una "cúpula"
para permitir un acople manual visual con el módulo LK.
El módulo habitable también servía como
esclusa de aire para salir al espacio (para dirigirse al módulo
LK). |
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Por primera vez en el programa espacial ruso,
se emplearon células de combustible Oxígeno/Hidrógeno
para la generación de electricidad, en reemplazo de los
paneles solares. |
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El módulo de descenso tenía un
escudo protector térmico más grueso que en las
Soyuz originales, para permitir un reingreso seguro a la atmósfera
terrestre después de una misión lunar. |
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El módulo de servicio era radicalmente
diferente, tenía un sistema propulsor mucho más
poderoso, y mayor capacidad de combustible. |
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1024x502
(72562 bytes)
(Imagen: RSC Energia) |
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1. Módulo de descenso
2. Módulo habitable
3. Mecanismo de acople
4. Motores de acople y de control de actitud
5. Motores de acople
6. Compartimiento de propulsión
7. Compartimiento de energía
8. Motores del control de actitud
9. Etapa I de propulsión
10. Compartimiento de instrumentación |
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| Mendoza, Argentina, 21 de
Diciembre de 2003. |
Este
módulo LK ("Lunniy korabl" - nave lunar en ruso)
estaba compuesto por una cabina presurizada de aproximadamente cuatro
metros cúbicos de volumen, que podía acomodar a un cosmonauta,
un compartimiento con los motores para el control de actitud y un
mecanismo de acople pasivo, un compartimiento de instrumentos, un
módulo de descenso lunar, y una etapa o Bloque E, con
sistemas propulsores. Se estima un peso para el LK de unos 5500 kg,
y una altura cercana a los 5 m. Su desarrollo estuvo a cargo del bureau
de diseño ucraniano OKB-586, encabezado por el diseñador
Yangel.
