Resolviendo el misterio de las sondas lunares Luna 23 y Luna 24

La sonda Luna 24 se dirige a la superficie lunar.

Entre 1969 y 1976, tres sondas espaciales soviéticas lograron traer a la Tierra muestras de la superficie lunar. Junto a la sonda japonesa Hayabusa, son las únicas misiones que han recogido pedazos de otro mundo de forma automática. Sin embargo, a pesar de que sólo tres naves fueron un éxito -Luna 16, Luna 20 y Luna 24-, la URSS lanzó un total de once sondas de la serie Ye-8-5 (Е-8-5 en ruso) para conseguir su objetivo. El programa Ye-8-5 fue, junto con los Lunojod (Ye-8), la respuesta soviética al Programa Apolo, aunque en realidad ambas familias de sondas se habían creado con la intención de facilitar las misiones tripuladas del proyecto N1-L3.

Las Ye-8-5 eran sondas pesadas construidas por NPO Lávochkin cuya masa rondaba los 5800 kg. Estaban divididas en dos secciones, una etapa de descenso y otra de ascenso. La etapa de descenso -etapa KT (корректирующе-тормозной модуль, “módulo corrector y de frenado”)- tenía cuatro metros de diámetro y disponía de un motor principal KTDU-417 (11D417) de 18,9 kN de empuje diseñado por la oficina de diseño de Isayev que se alimentaba de cuatro tanques de combustibles hipergólicos, dos de hidracina (UDMH) y dos de ácido nítrico. La etapa KT estaba dotada de dos cámaras panorámicas separadas 50 cm entre sí similares a las usadas por las sondas Ye-6 y los Lunojod. La etapa de ascenso (RYe-85) tenía una masa de 520 kg y una altura de dos metros. Contaba con una cápsula en su parte superior de 50 cm de diámetro y 39 kg para albergar las muestras del regolito lunar recogidas por un brazo-taladro (GZU) de 90 cm de longitud situado en la etapa KT y que había sido diseñado por Vladímir Barmin. Con el fin de alcanzar la velocidad de escape lunar de 2,7 km/s y poder así dirigirse a la Tierra, la etapa de ascenso estaba dotada de un motor KRD-61 de Isayev que generaba 18,8 kN de empuje durante 53 segundos. La cápsula era capaz de sobrevivir una reentrada directa en la atmósfera terrestre a 11 km/s con una deceleración de 315 g y estaba dotada de dos paracaídas (piloto y principal).

Sonda Ye-8-5.

Detalle del brazo de recogida de muestras.

Etapa de ascenso de una Ye-8-5 camino a la Tierra con las muestras lunares.

Cápsula de descenso del Luna 20 (Novosti Kosmonavtiki).

Cilindro con las muestras de la cápsula del Luna 20 (Novosti Kosmonavtiki).

La etapa de ascenso de una Ye-8-5 parte de la Luna (A. Sokolov).

Además de las tres sondas que lograron traer muestras a la Tierra, otras tres Ye-8-5 alcanzaron nuestro satélite: Luna 15, Luna 18 y Luna 23. La Luna 15 (Ye-8-5 nº 401) se estrelló contra la superficie del Mare Crisium en julio de 1969 mientras Armstrong y Aldrin preparaban el Eagle para volver a la órbita lunar después de completar su histórica misión. La Luna 18 (Ye-8-5 nº 407) también se estampó contra el regolito lunar a las 07:58 UTC del 11 de septiembre de 1971 (en la región 3,57º N, 56,50º E) al caer desde una altura de cien metros. Por lo visto, el motor de la etapa de descenso se apagó antes de tiempo por culpa de un consumo de combustible mayor de lo previsto.

Pero la Luna 23 fue un caso aparte. La sonda, con una masa de 5795 kg, fue lanzada el 28 de octubre de 1974 desde Baikonur mediante un cohete Protón-K. Designada Ye-8-5M nº 410, fue la primera Ye-8-5 mejorada. La serie Ye-8-5M contaba con un nuevo mecanismo de recogida de muestras construido por Barmin. El brazo GZU fue sustituido por un ingenioso sistema de raíles montado en la etapa KT. El taladro era capaz de perforar el regolito hasta una profundidad de 2,5 metros y una vez recogidas las muestras, el taladro subía por los raíles hasta alcanzar la cápsula. Además, las Ye-8-5M no incorporaban ninguna cámara panorámica en la etapa KT para ahorrar peso.

Sonda Ye-8-5M con el sistema de recogida de muestras mejorado.

Trayectoria de una misión Ye-8-5.

La Luna 23 realizó una maniobra de ajuste de camino hacia la Luna y se insertó en una órbita lunar de 94 x 104 km el 2 de noviembre de 1974. Después de rebajar su perilunio hasta los 17 km de altura sobre la zona de aterrizaje, el 6 de noviembre comenzó la maniobra de descenso. Para alunizar, la sondas Ye-8-5 debían encender el motor de la etapa KT una vez más durante unos cinco o seis minutos, dependiendo de la misión. Este encendido estaba calculado para que la nave alcanzase una velocidad  nula -tanto vertical y como horizontal- a unos 1800 km de altura sobre la superficie. A partir de entonces, la nave caía libremente hasta que el radar de descenso indicaba que se encontraba a 700 metros de altura. En ese momento se encendía otra vez el motor para frenar la caída. El motor principal se apagaba a 20 metros de altura y el descenso final se completaba mediante los motores vernier, evitando de este modo que el escape del motor principal pudiese dañar el vehículo al alcanzar la superficie. Para evitar que la nave pudiera rebotar en el momento del aterrizaje, los vernier se apagaban a unos 2-3 metros de altura de acuerdo con los datos del sensor de rayos gamma Kvant-2.

La extraña maniobra de descenso de las Ye-8-5, con su peligrosa caída libre de varios cientos de kilómetros, no era tan eficiente como el powered descent del LM del Apolo, pero se podía adaptar a casi cualquier tipo de relieve en una época que la URSS carecía de modelos detallados de la superficie lunar. La Luna 23 completó todas las etapas del descenso y alunizó en el Mare Crisium, pero por motivos que no están claros, la velocidad de aterrizaje fue mayor de la esperada, alcanzando los 11 m/s. Como resultado, el nuevo mecanismo de recogida de muestras resultó dañado y no se intentó hacer despegar la etapa superior. La Luna 23 siguió transmitiendo en su frecuencia de 922 MHz hasta que los sistemas de la nave dejaron de funcionar el 9 de noviembre. Por este motivo, la Luna 23 resulta especialmente interesante, ya que se trata de la única sonda Ye-8-5 que se encuentra casi intacta en la superficie lunar. El resto de sondas de la serie que están en la Luna, o bien resultaron destruidas (Luna 15 y Luna 18), o bien dejaron únicamente la etapa de descenso KT después de completar su misión. Pero, ¿por qué falló la Luna 23? Durante años, la causa del fallo ha sido un misterio, aunque en su momento se culpó al sistema de guiado del vehículo. No obstante, en las recientes imágenes del lugar de alunizaje captadas por la sonda de la NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) resulta evidente que la sonda cayó de lado y se halla tumbada de costado sobre el regolito. Ahora está claro por qué las autoridades soviéticas decidieron no encender el motor de la etapa de ascenso para al menos probar el correcto funcionamiento de sus sistemas, aunque que sepamos, los ingenieros de Lávochkin desconocían que la nave había quedado tumbada sobre la superficie.

La Luna 23, la única sonda Ye-8-5 que está intacta en la Luna. Las imágenes de la LRO demuestran que la sonda cayó de lado después del alunizaje. A: etapa de ascenso. D: etapa de descenso (NASA).

La carrera lunar había terminado, pero los soviéticos no querían finalizar su parte en el espectáculo con un fracaso. La siguiente Ye-8-5M (nº 412) fue lanzada el 16 de octubre de 1975 y tampoco logró su objetivo al estrellarse por culpa de un fallo de la cuarta etapa del Protón. Pero el que la sigue la consigue y el 9 agosto de 1976 despegó la última Ye-8-5 (nº 413). Esta vez todo fue bien y la sonda, bautizada como Luna 24, se posó el 18 de agosto muy cerca de su hermana Luna 23. El 19 de agosto la etapa de ascenso se encendió y 3,52 días más tarde la cápsula con 170 gramos de regolito lunar aterrizó en Siberia a 200 km de la ciudad de Surgut. Gracias a los radiofaros con los que iba equipada, el equipo de rescate no tuvo problemas en encontrarla. Tres gramos de regolito serían intercambiados con la NASA por una cantidad equivalente de muestras obtenidas por las misiones Apolo.

Hasta hace muy poco nadie sabía a qué distancia de la Luna 23 había aterrizado la Luna 24, pero la sonda LRO ha permitido calcular la separación exacta entre ambas sondas: 2,3 kilómetros. Es decir, los futuros turistas que se paseen por el Mare Crisium podrán disfrutar de los restos intactos de la Luna 23 y, por el mismo precio, ver la etapa KT del Luna 24 a poca distancia. Si el guía se lo permite, quizá puedan buscar los restos de la Luna 15 desperdigados por la superficie un poco más al norte y llevarse algún pedazo. Un tour bien completo, sí señor.

La etapa de descenso KT de la Luna 24 vista por la LRO. La sonda aterrizó justo en el borde de un cráter de 65 metros. Las manchas brillantes que rodean la etapa podrían ser trozos de material aislante (NASA).

La Luna 23 y Luna 24 están separadas por 2300 metros solamente (NASA).

 Los programas Ye-8 y Ye-8-5 desaparecieron en los años 70, pero curiosamente parte de su herencia sigue viva. La etapa de descenso KT sería usada por NPO Lávochkin como base para desarrollar la etapa de crucero de la familia de sondas UMVL, de las que sólo se lanzarían las malogradas Fobos 1 y Fobos 2. A partir de esta etapa, NPO Lávochkin construyó la famosa etapa superior Fregat, empleada en los lanzamientos  comerciales de los cohetes Soyuz. Así que ya sabes, cuando veas un lanzador Soyuz despegando desde la Guayana Francesa o desde Rusia piensa que un pedazo del desaparecido programa lunar soviético viaja dentro de él.

Fuente

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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