Anexo
Instrumentación nave Vostok
Como complemento de esta entrada voy a incluir una breve descripción de los sistemas de la nave Vostok. La nave era extremadamente sencilla y a la vez lo suficientemente complicada para ser completamente automática. Es de admirar el trabajo de los ingenieros soviéticos que lograron lo que lograron en un país que fue destrozado en la segunda guerra mundial, sufrió unas purgas internas brutales y en poco más de 10 años fueron los primeros en poner un objeto en órbita y una persona.
Voy a centrarme en los sistemas relacionados con el supuesto «bajo rendimiento» laboral de nuestra protagonista.
Pero antes un poquito de nomenclatura para los no versados en terminología aeronáutica.
El control de actitud no es limitar el ego y la disposición de los pilotos (que no digo que fuera necesario en aquella época) sino que es el ejercicio de acciones para controlar la orientación de un objeto (por ejemplo, una nave espacial) con respecto a un sistema de referencia inercial u otra entidad (como pueden ser las estrellas).
Hablando en plata, saber dónde estás y cómo estás orientado.
La Vostok tenía dos sistemas independientes de control de actitud solar (respecto al sistema de coordenadas del sol):
- АСО: Sistema automático. Compuesto a su vez por:
- Sistema ГРИФ (sensor fotoeléctrico del sistema de orientación solar);
- Sistema ДУС (sensor de velocidad angular)
- Conversores analógico-digitales
- РУ: Sistema manual:
- orientador óptico ВЗОР
El sistema manual (РУ), que debía ser utilizado por todos los cosmonautas en el caso de fallo del automático, constaba del instrumento óptico ВЗОР (VZOR). Era un espejo circular montado en el ojo de buey situado a los pies del cosmonauta y una pantalla esmerilada para proyectar la imagen. La pantalla tenía flechas que indicaban el sentido de marcha respecto de la superficie de la Tierra durante la orientación orbital en el proceso de frenado antes de descender durante el frenado con un motor ТДУ. Un anillo de espejos permitía observar el horizonte de la Tierra a altitudes de 150-350 km. La observación directa de la superficie terrestre a través del centro de la pantalla permitía controlar la dirección del vuelo.
Una vez conseguida la orientación precisa de la nave (bien automática, bien manual) se iniciaba el contador (cuenta atrás) del motor de retrofrenado (ТДУ).
En la imagen superior se pueden ver los paneles de control de la Vostok 6 (ligeramente distintos de los empleados por Gagarin y Titov en las Vostok 1 y 2.
De izquierda a derecha:
- Sistema ПУ-2-3КА: Panel de control
- Sistema РУ-1Б: mando (joystick) de control
- Sistema ПД-2-3КА: Indicadores gauge con el indicador de posición
Os cuento una curiosidad del ПУ-2-3КА, pero para ello tenéis que fijaros en esta imagen más detallada y un poco girada
Fijaos en el lateral de la parte superior izquierda. Sí; un teclado con seis botones con los números del 1 al 6. Aquí lo veréis mejor.
¿sabéis qué es?
Imagino que no.
Como he comentado en varias ocasiones la nave Vostok era casi completamente automática. El cosmonauta era un pasajero que se limitaba a realizar unas pocas tareas que habían sido definidas pero sobre todo era objeto de medida de los sensores fisiológicos que llevaba incorporados dentro del traje.
El procedimiento crítico de la reentrada se dejaba a los sistemas automáticos. No se sabía si el cosmonauta quedaría inerte por la ingravidez o cualquier otro fenómeno espacial. El espacio en ese momento era Terra Incógnita.
No se podía dejar que el éxito de la misión dependiera de un cosmonauta desmayado en órbita.
Pero claro, los sistemas automáticos están muy bien… cuando funcionan. La posibilidad de fallo es algo que todo ingeniero debe tener en cuenta. Y Koroliov era muy buen ingeniero.
Había que disponer de un sistema manual para suplir el automático en caso de fallo. Pero tampoco se quería que el cosmonauta lo activara a su antojo (quizás en un momento de pánico).
Así que los mandos manuales se configuraban en el despegue en modo bloqueado.
Si fuera necesario iniciar el procedimiento de reentrada de modo manual el cosmonauta debía teclear un código de 4 dígitos en ese teclado. Y el código lo sabrían en tierra y solo se comunicaría al cosmonauta en caso de emergencia.
Por eso el código se configuraba en el último momento para que no se le chivara al cosmonauta (si sabías el código de poco servía la medida de seguridad).
¿y cómo se configuraba el código secreto?
Fíjate de nuevo en el módulo del teclado. ¿Ves una pequeña pieza en su parte superior?
El código iba codificado en este pequeño módulo intercambiable que se introducía en el módulo antes del despegue. Era una auténtica llave hardware. Los más viejos del lugar quizás recuerden las mochilas hardware que se ponían en el puerto paralelo de los primeros ordenadores para ejecutar algunos programas como el AutoCAD. Todavía siguen existiendo (ahora como llaves USB). Mi hija usa una para un programa de su trabajo.
El código iba escrito en un sobre cerrado que se daba al cosmonauta antes de cerrar la compuerta en la torre de lanzamiento. Pero Kamanin (y otros) en sus diarios dicen que Gagarin lo sabía antes de subir a bordo. Hay cierto debate en cuál fue el pin para el primer vuelo humano al espacio. Según Kamanin fue 145 pero según otras fuentes era 125.
El Vostok 6 ya no llevó este sistema porque solo se empleo en los dos primeros Vostok.
Hemos visto el sistema de desbloqueo de los sistemas de la nave. Pero para poder actuar es necesario saber antes la situación. El sistema de visualización de información de la nave era, cuando menos, escueto.
- Indicador de posición (ИМП);
- Paneles informativos luminosos (on/off);
- Indicador de presión de gas en los sistemas del Глобус de:
- Sistema de control automático de actitud (АУ);
- Sistema de control manual de actitud (РУ);
- Sistema de frenado (ТДУ);
- Indicador de la composición del aire: oxígeno (O2), dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2);
- Indicador de los parámetros del aire: humedad, presión y temperatura.
- Cronómetro (ИВК)
Sin duda el instrumento más sorprendente de este panel de visualización es el globo terrestre. Veámoslo en detalle
ИНК (Indicador de Navegación Espacial) más conocido como Глобус (Globus)
Este instrumento de navegación era un ordenador electromecánico analógico que utilizaba un complejo sistema de engranajes, levas y diferenciales para calcular la posición de la nave espacial.
¡Sí, un ordenador no digital!
- Indicador de aterrizaje. Se encendía al activar el conmutador (Глобус) del panel de control a la posición aterrizaje;
- Contador de órbitas (3 dígitos);
- Conmutador de selección de decimales;
- Глобус (Globo);
- Botón de giro para desplazar el Globo Terrestre (Глобус) en el plano ecuatorial;
- Botón de giro para desplazar el Globo Terrestre (Глобус) en el plano orbital.
Esta versión es posterior al vuelo de Valentina pero nos sirve para ver cómo era por dentro
El objetivo principal del Глобус era indicar la posición de la nave espacial (Modo posición de vuelo: МЕСТАПОЛОЖЕНИЯ). El globo giraba y las marcas fijas en la cúpula de plástico indicaban la posición de la nave espacial. De este modo, el globo coincidía con la visión que los astronautas tenían de la Tierra, lo que les permitía confirmar su ubicación.
El Глобус tenía un segundo modo, que indicaba dónde aterrizaría la nave espacial si encendían los motores de frenado para iniciar el aterrizaje. Al pulsar el interruptor, el globo giraba hasta que el lugar de aterrizaje aparecía en el punto de mira y los astronautas podían evaluar la idoneidad de ese lugar para el aterrizaje. Esto puede parecer un brindis al sol pero al ser un descenso completamente balístico la estimación era bastante buena.
Hay que señalar que este aparato no tenía ninguna entrada o dato que le informara de la posición de la nave en la órbita, Si te fijas en la foto del interior observarás que es como un reloj. ¡Había que ponerlo en hora! Era labor del cosmonauta girar los dos mandos ( 5 y 6 en el gráfico) hasta definir el lugar de inicio. A partir de ese momento el reloj hacía todo. Es decir, la posición que mostraba era una estimación calculada por el tiempo pasado desde su «puesta en hora». Muy ingenioso.
Utilizaba un mapa físico bastante detallado pero sin fronteras; salvo las de la propia URSS y países donde era aceptable el aterrizaje (con regímenes políticos «amigos»). Los círculos con los números indicaban las estaciones terrenas de modo que se podía saber cuando entraba la nave en la zona de cobertura de cada una de ellas.
El sistema de giro del globo es también bastante ingenioso
El eje principal que sujeta todo el dispositivo tiene una inclinación respecto al eje polar de la Tierra de 51.8º. Solidario con la estructura hay un aro metálico que representa el ecuador y dentro de él el globo terrestre tiene otro eje que permite girar la bola desde su interior. De este modo podemos girar en dos ejes ortogonales.
Si no lo ves claro te recomiendo que veas este vídeo
Te preguntarás por qué el ángulo de 51,8º. Porque es el ángulo habitual de las órbitas de las naves lanzadas desde Baikonur. Generalmente el ángulo de la órbita depende de la latitud del lugar de lanzamiento. Y Baikonur está a 45,97º de latitud. El motivo de esa diferencia 6º es que de ese modo se evita que durante la etapa crítica del lanzamiento la nave pase por el Este de China. Hay que tenerlo todo en cuenta.
Una de las deficiencias del diseño del globus es que sólo sirve para órbitas casi circulares y por supuesto es inútil en maniobras orbitales. Con diversas modificaciones (mejoras y nuevos indicadores analógios de latitud y longitud) se mantuvo en todas las naves Voskhod y Soyuz hasta el modelo TMA en el que fue sustituido por un dispositivo digital.
Para saber más de este fantástico dispositivo puedes visitar el blog de Ken Shirriff’s.
Sistemas de radio
Como has podido leer más arriba las comunicaciones espacio-Tierra del Vostok 6 fueron bastante problemáticas. En la entrada de «Она, Валентина» habrás podido leer la carencia de lo que se denomina Sector Terreno (Infraestructura de estaciones terrenas para seguimiento de los ingenios espaciales). Eso originaba pérdidas de la señal en grandes segmentos de la órbita y por ello las frecuencias de los enlaces estaban determinadas por esa carencia.
Sven’s Space Place
- Sistema Сигнал: Transmisión de telemetría.
- Recepción de onda corta de estaciones de radiodifusión.
- Sistema Трал: Telemetría y señal de televisión del interior de la nave.
- Baliza para seguimiento de la órbita.
- Antenas de onda corta para canales half-duplex vocal y telegráfico.
- Recepción de telecomandos.
- Antena VHF para canal vocal.
- Sistema SIGNAL: Información para telemetría y datos durante la fase de reentrada.
El Sistema SIGNAL (Сигнал телеметрии) usaba un beacon (portadora) de 19.995 MHz y se usaba para transmitir el ritmo cardíaco de la cosmonauta.
¿Cómo lo hacían?
De un modo muy ingenioso.
Un instrumento convertía la señal bioeléctrica que se recibía de los electrodos incluidos en el traje en una onda cuadrada de periodo 0,15 segundos que interrumpía la señal cada vez que se detectaba un latido de la cosmonauta. De este modo con esta sencilla señal de HF (High Frequency) se podía monitorizar el estado de salud del astronauta a grandes distancias con unos equipos muy sencillos.
Este sistema médico se transmitía por la antena 1 del gráfico.
Este sistema se siguió usando con las dos naves Voskhod pero se incluyó la frecuencia respiratoria con otra señal cuadrada de periodo mayor superpuesta a la señal del latido cardiaco.
La antena 2 del gráfico es una cesión a los cosmonautas. Servía para recibir las señales de radiodifusión de Tierra. Vamos, la radio pública (en la URSS no había radios privadas). Me imagino a Valentina escuchando la versión orquestada de la Internacional que emitía Radio Moscú para escucharse a este lado de los Pirineos…
El Sistema Трал (TRAL) era capaz de transmitir 48 parámetros. Llevaba dos sistemas redundantes Трал П1-1 y Трал П1-2 y un tercero Топаз-25 para la señal de televisión. Los tres sistemas alimentaban la antena 3 del gráfico. Las imágenes de Valentina dentro de la cápsula (sí, las que aparecía saludando o dormida) salieron por estas grandes antenas de cuarto de onda ubicadas en la parte posterior del módulo de servicio de la Vostok. Si te preguntas por qué las imágenes de vídeo son tan malas la explicación es sencilla: aunque tenía un sistema reductor de ruido muy bueno, la señal solo tenía una resolución de 400 líneas y solo transmitía 25 fotogramas por segundo (El sistema de vídeo Трал Т del Vostok 1 con Gagarin empleó un sistema de 100 líneas y 10 imágenes por segundo).
La antena 4 en el gráfico era usada por el sistema Бинокль-Д (BINOKL-D) que usaba un transpondedor de radar Рубин-Д (RUBIN-D) con balizas transmisoras Факел-М (FAKEL-M). Con esa señal se podía triangularizar la posición de la nave a lo largo de la órbita (básicamente como un GPS pero al revés).
La conversación entre Nikita Kruschov y Valentina Tereshkova se realizó a través del sistema de onda corta AM de 20 MHz (20.006 MHz downlink, 22.205 MHz uplink) transmitido por la antena 5 del gráfico.
Si hay un Sistema crítico en la Vostok es el asociado a la(s) antena(s) 6 de la figura. Es el МРВ-ВС-БКРЛ-В (enlace de telecomando MRV-VS-BKRL-V). Eran 4 antenas en forma de clip (en la parte superior de la nave) para una muy baja frecuencia (menos de 100 MHz). Era el sistema encargado de recibir las órdenes o comandos que se enviaban desde Tierra y que desencadenaban actuaciones automáticas en la nave. Los comandos eran muy reducidos (40) y solo un conjunto de ellos estaban redundados (Descenso, Eyección y Destrucción).
Ya hemos hablado antes que las acciones críticas se ejecutaban automáticamente tras la recepción de comandos desde Tierra. En todos los vuelos Vostok el inicio de la reentrada no se dejaba a la actuación del cosmonauta. El vuelo de Valentina no fue una excepción y como pasajera fue convidada de piedra en esa parte del vuelo (igual que sus anteriores compañeros). Otra cosa es que no comentara por el canal de audio que los pasos desencadenados por la recepción del comando se iban produciendo correctamente.
Orientación en el espacio de la nave Vostok
Uno de los principales reproches que se le hacen a Valentina fue que no pudo realizar (en los dos primeros intentos) los ejercicios de orientación de la nave, para que en caso de fallo del sistema automático de reentrada pudiera regresar manualmente a la Tierra.
La reentrada de la nave se producía tras la decisión del centro de control de Moscú en función del cumplimiento de los objetivos de la misión y teniendo en cuenta los parámetros orbitales durante la inserción orbital.
Desde Tierra (Estaciones de Kamchatka o Tyura Tam) se mandaban una serie de comandos al programador y ejecutor de acciones de la nave mediante el enlace de telecontrol. Esos comandos indicaban exactamente el momento de ejecución y el cosmonauta a bordo se limitaba a ver y verificar su ejecución.
El sistema de orientación automático se activaba en primer lugar y constaba de un sensor solar, detectores infrarrojos de horizonte y varios giróscopos.
Cuando el sistema a bordo había recibido la orden de reentrada el sensor solar se activaba para buscar el sol de modo que con los pequeños retrocohetes se orientaba el eje longitudinal de la nave hacia el sol. El límite en la precisión de la orientación era de 2 segundos de arco.
Una vez apuntado el sol los sensores infrarrojos de horizonte giraban la nave alrededor del eje solar para dejarla en el plano orbital adecuado (esta orientación del horizonte se demostró bastante pobre y tampoco era excesivamente importante en el proceso).
Una vez orientada la nave en los tres ejes los giróscopos establecían un sistema de coordenadas inercial preciso para preparar la ignición del motor de desinserción orbital. En ese momento se desactivaban los sensores solares y de horizonte. El momento de la ignición del motor de reentrada se calculaba eligiendo el punto de contacto en la superficie terrestre ya que el descenso era puramente balístico. Elegido el punto, el momento de ignición y el ángulo relativo al plano tangente de la órbita quedaban determinados exactamente. En todos los vuelos Vostok la ignición para la reentrada se producía cuando la nave cruzaba el ecuador terrestre de modo que la caída balística llevaba la cápsula hasta territorio soviético (unos 8000 km).
El impulso generado por el motor era fijo (la duración era a máxima potencia durante 40.3 segundos) y el empuje estimado era de 1624 ± 172 kg que frenaba la nave (delta-v) 141,5 ± 15 m/s.
Alrededor de 8 ó 9 segundos tras el apagado del motor de desinserción orbital se producía la separación de la cápsula esférica donde iba el cosmonauta y del módulo de instrumentación con el equipamiento. Ambos elementos entraban en la atmósfera con un ángulo de entre 1,7º y 2.5º.
La cápsula esférica se orientaba de modo que el escudo térmico fuera por delante en el movimiento. Esa orientación era puramente gravitatoria (Pesaba más por un lado que por otro).
Esta secuencia de acciones era lo que ocurría si todo iba bien. Pero un ingeniero ha de pensar que las cosas fallan y debe diseñar alternativas (sobre todo cuando hay vidas humanas en juego). Había redundancia automática en todos los sistemas salvo en uno.
La alternativa al proceso automático de alineación solar dependía de la pericia del cosmonauta. Y por eso era tan importante realizar el procedimiento manual al principio de la misión pues si fallaba el automático sería el único modo que permitiría que la nave descendiera en un lugar conocido de antemano. De ahí el gran cabreo de Serguei Koroliov cuando Valentina no lo logró a la primera.
El sensor solar ГРИФ (GRIF) se fabricó según un esquema de rendijas basado en el principio de superposición de campos de visión de tres fotocélulas. El sensor de control señalaba la orientación correcta antes de encender el motor ТДУ. Los sensores de velocidad angular ДУС (DUS), eran giroscopios flotantes de dos etapas con retroalimentación mecánica.
Los movimientos de Valentina con el traje espacial СК-2 (una modificación del СК-1 masculino) no eran fáciles ya que las modificaciones del traje fueron apresuradas y aún así llegaron tarde. Ella se quejó de molestias por los sensores y no sería de extrañar que impidieran una correcta visión de la claraboya para realizar la orientación manual.
Pero aunque los dos primeros intentos de realizar el procedimiento fallaron recordad que a la tercera fue la vencida y logró realizar una alineación correcta de la nave durante 15 minutos. No obstante en la reentrada se produjo el procedimiento automático que he contado antes, igual que en el resto de vuelos Vostok tripulados por cosmonautas masculinos.
Y para terminar esta entrada un recordatorio de que los primeros hombres y mujeres en el espacio se adentraron en un lugar en el que nadie había estado antes. Se prepararon ante cualquier contingencia imaginable del mejor modo posible. No eran perfectos; ni ellos, ni ella. Pero lo hicieron bien y abrieron el camino a todos y todas que vinieron detrás.
Y como muestra de que no eran perfectos os dejo esta imagen de la pegatina que tenían a la vista dentro de la cápsula: el recordatorio de lo que tenían que hacer cuando entraban o salían de la cápsula.
Fijaos en la tarea 3 al salir (8 al entrar): Катапульт.
Llegados a este punto creo que ya reconocerás algunas palabras en cirílico. Sí. Es Catapulta. Además de estar con toneladas de combustible explosivo bajo las posaderas iban en una silla catapulta que los podía lanzar como hombres y mujeres bala. No me digáis que no tenían lo que hay que tener. Y no me refiero a pelotas.
Puede que hoy día la nave Vostok nos parezca un auténtico Rocomóvil (guiño a mis seguidores boomers). Si la comparamos con la cápsula norteamericana de la época, la cápsula Mercury, quizás lo fuera (La Vostok tenía 4 interruptores y 35 indicadores; la Mercury tenía 56 interruptores y 76 indicadores). Pero hay que quitarse el sombrero ante aquellos ingenieros soviéticos y sus locos cacharros y sobre todo a Yuri, German, Nikolai, Pavel, Valery y, sobre todo, a Valentina.
Bibliografía
La verdad es que sería imposible poner todas las fuentes de esta entrada. Aquí os dejo algunas.
- Russian Space Web. Artículo sobre el Vostok 6.
- Чаечка, я тебя очень прошу: никогда нигде об этом не говори, Artículo de Новая Газета. 2013.
- The first woman in Earth orbit. Transcripts give new perspective on Vostok 6 mission. Asif A. Siddiqi. (Parte 1 y Parte 2).
- Книга о ракетчике. А.Ф. Евич. ISBN: 5-901227-57-3
- ОКБ МЭИ и «ВОСТОК». ISBN 978-5-903780-13-6
- Ракеты и люди. Горячие дни холодной войны. Черток Борис. Машиностроение, 1999. ISBN: 5-217-02936-6
- Socialist Masculinity as Private-Public Performance in the Kamanin Diaries. Erica Fraser / Katherina Tonkykh. doi:10.3167/asp.2021.150105
- Sven Space Place.
- Космонавтов ждут на Земле
- Космического корабля Восток
- Vostok Control and Instrument Panels
- Sistemas de visualización de información de las naves espaciales Vostok y Voskhod
He visto cosas 
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