EL COHETE R-7



El cohete soviético R-7 Semyorka, "El Séptimo", permitió a la URSS ser los primeros en llegar al espacio, lanzar el primer satélite espacial, enviar el primer hombre al espacio, las primeras sondas a la Luna, Marte y Venus, y las primeras tripulaciones a una estación espacial en órbita terrestre. Desde el 15 de mayo de 1957, fecha su primer lanzamiento, hasta el año 2000 se han lanzado 1628 cohetes R7, con una tasa de éxito superior al 97%.

El cohete R-7 Molniya 8K78, de la Gran Enciclopedia de la Astronáutica.
Artículo de Daniel Marín sobre el R-7 Semyorka
"Y EEUU alcanzó a la URSS", en sitio de El mundo de Pepone.
El error de Sajarov, de Daniel Marín, en Naukas.com

INTRODUCCIÓN

Los soviéticos, como los norteamericanos, estuvieron muy interesados en el cohete V-2 alemán; consiguieron atraer a algunos científicos e ingenieros nazis, a través de la «Operación Osoaviakhim», y reiniciaron la producción de misiles V-2 en la factoría Mittlewerk bajo la supervisión del alemán Helmut Gottrup. Así, lograron construir una réplica del V-2, el misil R-1.

El personal de origen soviético pronto dejó a un lado las contribuciones de los alemanes. En pocos años los soviéticos comenzaron a construir misiles cada vez más sofisticados. Una de las últimas versiones de los misiles V-2 fue el R-11, que en la primera guerra del golfo adquirió fama bajo el nombre de «Scud». Así, bajo la estela de cohetes letales, el viaje espacial se convirtió en una herramienta científica que en realidad enmascaraba la tensión generada en la Guerra Fría.

Lanzado en 1957, fue el primer paso importante en la construcción y desarrollo de cohetes desde el famoso V-2 alemán. Pero a pesar de haber sido diseñado para misil balístico intercontinental (ICBM), como arma de este tipo quedó pronto obsoleta, incluso antes de su lanzamiento. No obstante, siguió en servicio como vehículo de lanzamiento hasta nuestros días, permitiendo primero a la URSS y luego a Rusia, ser los primeros en llegar al espacio. Gracias al cohete R7 y sus posteriores modificaciones, los rusos pudieron lanzar los primeros hombres a orbitar la Tierra con el programa Volkov, enviar sondas de exploración espacial a Venus, Marte y la Luna, enviar las primeras tripulaciones a las primeras estaciones espaciales y, hoy en día, contribuir a la construcción de la Estación Espacial Internacional, su abastecimiento y relevo de tripulaciones.

El cohete R7 tiene 28 metros de altura sin cabeza nuclear ni etapas superiores. Con cabeza de guerra alcanza los 31,07 metros. Su diámetro oscila entre 10,3 y 11,2 metros en la base de sus cuatro propulsores. Cargado de combustible tiene un peso de un peso de 280 toneladas. Su combustible es queroseno T-1 y oxígeno líquido. Tiene dos etapas:

  • Etapa 1: Motor RD-107 (8D74) de cuatro propulsores y dos motores de guiado, 170 toneladas, 19,2 metros de largo y 2,68 metros de diámetro. Tiempo de combustión: entre 104 y 130 segundo.

  • Etapa 2: Motor RD-108 (8D75) y un motor de guiado, 93,36 toneladas de peso, 28 metros de longitud y 2,95 metros de diámetro. Tiempo de combustión: entre 285 y 320 segundos.

El cohete R7 equipado con una cabeza nuclear de entre 3 y 5 megatones de 5,5 toneladas fue denominado como versión 8K71 del cohete.


DISEÑO: 1953-57

Con objeto de enfrentar la amenaza nuclear norteamericana basada en su inmensa flota de bombardeos, el 4 de diciembre de 1950 el gobierno soviético aprobó la investigación para construir un cohete con una capacidad de carga de hasta diez toneladas y un alcance de entre 5.000 y 10.000 kilómetros. Los estudios posteriores concluyeron que el cohete debía tener un empuje de hasta 300 toneladas, y que el proyecto era posible. Por ello, el 13 de febrero de 1953 el Consejo de Ministro de la URSS decidió crear un centro de "Investigaciones Teóricas y Experimentales para la Creación de Cohetes Balísticos de Dos Etapas con un Alcance de 7000-8000 kilómetros", bajo la dirección del ingeniero Serguei Korolyov, para la construcción del primer misil balístico intercontinental (ICBM) de 170 toneladas y una capacidad de carga de tres toneladas.

En octubre de 1953 el gobierno soviétivo modificó las especificaciones para aumentar la capacidad de carga hasta las cinco toneladas y de este modo poder transportar las nuevas armas de fusión que los científicos soviéticos dirigidos por Andréi Sájarov estaban desarrollando, lo que aumentó las dificultades técnicas del nuevo misil. Por fin, el programa sería formalmente aprobado el 20 de mayo de 1954 con el decreto ministerial del proyecto de misil intercontinental de dos etapas 8K71 (R-7), ratificado el 24 de octubre de ese mismo año por el Consejo de Ministros de la URSS. Aunque el cohete sería conocido internamente como R-7 («R» de "raketa", "cohete" en ruso), recibiría el apelativo popular de "Semyorka", "el siete" en ruso.

Una comisión militar dirigida por el teniente general Vasili Voznyuk comenzó a buscar un lugar apropiado para el lanzamiento del cohete. El lugar de pruebas debía ser tal que toda la trayectoria del misil tuviese lugar sobre territorio soviético para poder seguir así su vuelo en detalle, además de ser lo suficientemente secreto para evitar en la medida de lo posible los sobrevuelos de aviones espía norteamericanos. El polígono de Kapustin Yar, situado entre Astracan y Volvogrado, donde se probaron las primeras V-2 alemanas y sus derivados soviéticos, no reunía estos requisitos, principalmente debido a la cercanía de las estaciones estadounidenses de vigilancia electrónica situadas en Turquía .

La comisión se decidió por la región que rodeaba a la estación de ferrocarril de Tyura-Tam, en plena estepa kazaja. Al ser lanzado desde allí, la ojiva del misil podía caer en la península de Kamchatka (situada a 6314 km del lugar de lanzamiento), a salvo de inoportunas miradas extranjeras. En esta península se instaló el polígono Kura con equipos de radar para poder seguir la caída del misil. La región del impacto de la ojiva, de 10×10 km de superficie, recibió el nombre de Kama.

La zona de Tyura-Tam fue designada oficialmente como «Quinto Polígono de Pruebas para Investigaciones» (NIIP-5) mediante el decreto 292-181 del Consejo de Ministros del 12 de febrero de 1955. Posteriormente, el polígono sería bautizado Baikonur -en realidad, el nombre de un pueblo situado a varios kilómetros- en un intento de despistar a la inteligencia norteamericana, objetivo que no consiguió. En junio de 1955 comenzaron las obras del futuro cosmódromo bajo las órdenes del general Georgi Shubnikov.

La oficina de diseño de Korolyov, denominada OKB-1, había conseguido realizar el primer misil nuclear ruso, el R-5M. Al igual que en anteriores diseños de misiles, la OKB-1 construiría el R-7 junto a la OKB-456 de Valentín Glushkó (1908-1989), el cual debía encargarse de los motores para el cohete. Esta división de tareas era heredera de los tiempos de posguerra, cuando el Ejército de Tierra y la Fuerza Aérea soviéticos llegaron a un compromiso a la hora de repartirse el desarrollo de nuevos misiles derivados del V-2. Como resultado de esta bicefalia, y de la ceguera de las autoridades, los numerosos conflictos entre Korolyov y Glushkó a la hora de diseñar el R-7 sembrarían las semillas de una discordia que florecería de manera desastrosa en los años sesenta.

Desde un primer momento Korolyov favoreció el uso de queroseno (de tipo T-1) y oxígeno líquido debido a su mayor rendimiento y a que había sido el carburante empleado en anteriores misiles. Glushkó, por su parte, consideraba que el uso de estos combustibles en un misil era inadecuado desde el punto de vista operativo e implicaba diseñar unos motores más complejos y costosos. El tiempo terminaría por darle la razón a Glushkó. La OKB-1 se basaría en el proyecto N3 de misil intercontinental para el diseño del R-7, que en un principio fue denominado T1.

La URSS, al igual que los EE UU, carecía de experiencia en el empleo de cohetes de varias fases y además los experimentos demostraban una tendencia al choque de las etapas al separarse. Puesto que los motores de la primera fase no se paraban en seco (siempre quedan cantidades residuales de propergoles en las líneas), la primera etapa podía colisionar con la segunda en el momento de la separación, con resultados desastrosos. Los ingenieros idearon varios mecanismos para evitar estos accidentes: uso de dispositivos pirotécnicos para destruir las líneas de combustible y eliminar la presurización de los tanques, separación de las etapas «en caliente» y garantizar así el alejamiento de la segunda fase, empleo de pequeños motores de combustible sólido para asegurar la separación, etc. Sin embargo, todas estas opciones, que aplicables sin problemas a cohetes más pequeños, no convencían a Korolyov, presionado por las autoridades para que tuviera el misil operativo antes de 1957.

Por lo tanto la OKB-1 realizó una apuesta arriesgada: el vehículo tendría varias fases, algo imprescindible para garantizar la enorme capacidad de carga requerida. Pero estas etapas, que serían cuatro en total, estarían dispuestas alrededor de una fase central, un diseño conocido como «paquete de cohetes» que fue concretado en julio de 1954. Este diseño se remontaba a las investigaciones por parte de Mijaíl Tijonravov, del instituto del NII-4 del Ministerio de Defensa. A partir de 1956, Tijonravov, uno de los pioneros de la cosmonáutica tripulada, pasaría a trabajar directamente para la OKB-1 de Korolyov. El diseño final del R-7 se decidiría entre el 11 de marzo y el 25 de julio de 1955. La apariencia definitiva del cohete era completamente distinta a los misiles fabricados hasta ese momento: con una longitud de 33 metros y una masa de 270 toneladas, se trataba de una máquina enorme para los estándares de la época.

Los cuatro bloques laterales tenían una forma cónica que daban un aspecto único al conjunto. Este original diseño garantizaba además que todos los motores del vehículo se encenderían al mismo tiempo, evitando la necesidad de encendidos en el vacío tras la separación de fases, algo que tantos quebraderos de cabeza le había proporcionado a Glushkó. Éste por su parte había diseñado los motores que impulsarían al R-7: los míticos RD-107 (8D74) y RD-108 (8D75), basados en los RD-105 y RD-106. En realidad se trataba de dos versiones del mismo motor: el RD-108 sería usado en la etapa central -denominado también segunda etapa o Bloque A- y el RD-107 en los cuatro bloques laterales -designados como primera etapa o Bloques B, V, G y D respectivamente, siguiendo el orden de las primeras letras del alfabeto cirílico ruso-. La diferencia fundamental entre ambos es que el RD-107 contaba con dos pequeños motores vernier para el control del cohete mientras que el RD-108 tenía cuatro. Además el RD-108 debía funcionar durante más tiempo. Los cohetes vernier (llamados S1.35800) resultaron ser una de las mayores complicaciones para el desarrollo de los motores, tanto que Glushkó se negó a diseñarlos y Korolyov tuvo que recurrir a V. M. Melnikov, de la OKB-1, para su fabricación. Posteriormente la construcción en serie de estos motores fue trasladada a la OKB-154 de Semyon Kosberg, la cual consiguió un incremento de 15 segundos en el impulso específico.



Cohete R-7 "Semyorka".

En 1956 los miembros del Presidium del PCUS pudieron contemplar una maqueta del R-7 en la fabrica de la OKB-1 en Kaliningrado, Moscú. A mediados de ese mismo año se completaron un Bloque A (segunda etapa) y un Bloque B para realizar diversas pruebas dinámicas, así como dos maquetas adicionales. Por fin, a finales de 1956 se envió a Baikonur el primer ejemplar del R-7. En el increíble plazo de sólo tres años Glushkó y Korolyov habían conseguido construir el primer ICBM soviético gracias al trabajo de miles de personas y una financiación ilimitada por parte del gobierno soviético. Ahora quedaba por demostrar que el R-7 podía volar.


LANZAMIENTO DEL R-7: 1957

En Baikonur proseguían los trabajos para el lanzamiento del primer R-7 desde la «Rampa nº 1». En septiembre de 1956 se comenzó a montar el sistema «tulipán» de brazos mecánicos del complejo. Al mismo tiempo, se estaba construyendo una segunda rampa a unos veinte kilómetros, en el Área 31.

En una época donde no había ordenadores que pudieran simular las complejidades del lanzamiento de un cohete, no se podía dejar nada abierto a la improvisación. Es por esto que antes de su montaje en Tyura-Tam, el sistema "tulipán" fue instalado en la fábrica LMZ (Leningradski Metalicheski Zavod) de Leningrado, donde se realizaron pruebas de colocación del cohete sobre la rampa y su lanzamiento empleando una maqueta del R-7 (R-7 SN), con los tanques llenos de agua para simular la masa del vehículo.

Además de la rampa, en Baikonur se había construido un edificio de montaje horizontal MIK, en ruso «Edificio para Montaje y Pruebas» en el Área 2, a unos dos kilómetros de la rampa de lanzamiento. Aunque la OKB-1 estudió el montaje en vertical, una de las prioridades para el uso del R-7 como arma era minimizar el tiempo necesario para su montaje y transporte, por lo cual se decidió que el ensamblaje horizontal era mucho más adecuado para este fin.

El R-7 incluía numerosos sistemas que debían funcionar por primera vez. Para maximizar las posibilidades de éxito, muchos de los sistemas más novedosos se probaron en cohetes más pequeños. Por ejemplo, desde el 16 de febrero de 1956 se llevaron a cabo múltiples lanzamientos del cohete M5RD (un R-5 modificado) para probar el sistema de telemetría «Tral» y el sistema de control «Fakel». Además, del 31 de mayo al 15 de junio de 1956 se realizaron tres lanzamientos con éxito del cohete R-5R para comprobar la idoneidad del sistema de guiado por radio que debía emplear el R-7.

De julio de 1956 a marzo de 1957 tuvieron lugar las pruebas con el encendido de las etapas enteras en la filial nº2 del NII-88 (posteriormente NII-229) en Zagorsk. Primero se realizaron pruebas «en frío» para verificar la carga de los tanques y la telemetría de los bloques y después distintos ensayos «en caliente» con los motores encendidos. En concreto, se realizaron cinco pruebas de encendido con dos bloques laterales, tres con el bloque central y dos pruebas del «paquete» completo. La principal fuente de problemas en estos ensayos fue la carga de oxígeno líquido, que, debido a las bajas temperaturas, ocasionaba la congelación de algunas válvulas y sistemas. En la NII-229 también se probaron con éxito los sistemas de separación de los bloques laterales.

En marzo de 1957 se trasladó hasta Baikonur el primer misil R-7 (R-7 Nº M1-5) que debía ser lanzado. La denominación M1 indicaba que era un cohete perteneciente a la primera serie de vehículos (la «M» viene de «modificaciones»), aunque a veces también se le llama R-7 Nº 5L (en este caso la «L» quiere decir que es un ejemplar para vuelos y no una maqueta de prueba). De todas formas, hay bastante confusión entre las diversas fuentes respecto a la nomenclatura de los primeros R-7, pues algunos autores confunden los números de serie de las ojivas con los del cohete. Aunque estos números eran similares en los primeros lanzamientos, no sucedió lo mismo en vuelos posteriores, lo que todavía es objeto de diferencias entre los estudiosos del tema. Todas las pruebas de montaje en horizontal, traslado a la rampa y colocación en posición vertical resultaron satisfactorias.

En abril se reunió la Comisión Estatal para autorizar el inicio de los lanzamientos. La comisión acordó que los tres o cinco primeros lanzamientos de pruebas estarían destinados a estudiar la separación de etapas y el correcto funcionamiento del cohete, aunque también se decidió que desde el primer lanzamiento se intentaría lanzar la ojiva hacia Kamchatka. El 10 de abril Ryabikov y Korolyov mandaron un informe personal a Jruschov poniéndole al tanto de estas decisiones y del resultado de las pruebas del R-7.

El 5 de mayo de 1957 el R-7 Nº M1-5 se trasladó a la Rampa 1 mediante un sistema de ferrocarril que alcanzaba tan solo los 5 km/h. Los miembros de la Comisión Estatal acompañaron al cohete a pie desde el MIK hasta la rampa. La colocación en vertical llevó todo un día y las pruebas eléctricas del vehículo duraron unas 110 horas. Tras varios días de pruebas y preparativos adicionales, se decidió efectuar el lanzamiento entre los días 13 y 15 de mayo. Finalmente, el día 15 a las 4 hora de Moscú, comenzó la carga de combustible, operación supervisada por el futuro cosmonauta Georgi Grechko. El jefe militar del polígono, E. I. Ostashev -que moriría tres años más tarde en la Catástrofe de Nedelin-, dio la orden de lanzamiento y a las 19 horas y 1 minuto, hora de Moscú (otras fuentes señalan las las 15 h 5 m como la hora del lanzamiento), despegaba el primer cohete R-7 Semyorka de la historia.

El primer minuto de vuelo transcurrió sin problemas, pero entonces aparecieron unas llamas en la base del Bloque D (lateral). A los 98 segundos, el incendio se había propagado por todo el bloque, provocando el apagado del resto de los motores por parte del sistema de control 103 segundos tras el despegue. La causa del incendio fue una rotura de las líneas de alta presión (hasta 100 atmósferas) que conducían el queroseno hasta el motor. Los fragmentos del lanzador caerían a 196-319 km de la rampa. Como resultado del accidente se introdujeron varias mejoras, incluyendo un sistema de rociado de agua a 18 atmósferas que debía refrigerar la rampa durante el lanzamiento para evitar que la sección de cola del cohete alcanzase temperaturas demasiado altas.

Sin embargo, este fracaso no fue una decepción. Los ingenieros soviéticos estaban acostumbrados a probar vehículos al mismo tiempo que eran lanzados por primera vez. El hecho de que todos los sistemas funcionasen a la perfección durante el primer minuto de vuelo fue considerado todo un éxito por Korolyov, pues al fin y al cabo este lanzamiento había demostrado que su cohete podía despegar sin problemas. El 11 de junio se debía haber llevado a cabo el segundo lanzamiento (R-7 M1-6), pero tras tres intentos infructuosos en los que los motores no lograron encenderse, además de repetidos problemas durante la carga de combustible, se decidió cancelarlo y usar este cohete para pruebas de ingeniería.

El 12 de julio se efectuó el segundo lanzamiento (7L/M1-7) a las 15 horas 53 minutos hora de Moscú. Lamentablemente, 33 segundos tras el despegue se produjo un fallo del sistema de control que provocó el giro del vehículo alrededor de su eje longitudinal, causando su desintegración 43 segundos después del lanzamiento a 4,5 km de altura.

Tras estos reiterados fracasos, la cúpula soviética se estaba poniendo muy nerviosa. El día anterior (el 11 de julio) los EE UU habían efectuado el primer lanzamiento de su nuevo misil intercontinental, el Atlas, aunque por suerte para la URSS fue un fracaso. Este misil compartía numerosas características de diseño con el R-7, como el empleo de la mezcla queroseno/LOX como combustible o un sistema de guiado doble radio-inercial. Además, carecía también de un sistema de etapas en tándem para evitar los numerosos problemas de separación de fases. Sin embargo, y pese a los fracasos soviéticos, el programa Atlas llevaba un retraso considerable respecto al R-7. Pese a todo, la presión sobre Korolyov era enorme. Si los EE UU lograban desarrollar un ICBM antes que la Unión Soviética, su ventaja estratégica sería aplastante y todo el trabajo de Korolyov quedaría en entredicho.

El 21 de agosto, a las 15 horas y 25 minutos tuvo lugar el primer lanzamiento exitoso de un R-7 (8L), aunque la cabeza (M1-9) se destruyó en las capas altas de la atmósfera y sólo se recibió telemetría de la ojiva durante 15-20 segundos tras la separación del cohete. No obstante, el R-7 había cumplido su papel con buena nota y Korolyov pudo por fin dar un respiro. La URSS ya contaba con un misil intercontinental, para regocijo de Jruschov. El 27 de agosto, la agencia TASS comunicaba al mundo la noticia. Curiosamente, en Occidente nadie pareció prestar atención. Todos los mensajes que provenían de detrás del telón de acero eran considerados pura «propaganda roja» sin credibilidad alguna. Y eso que el comunicado era muy claro:

    «De acuerdo con los planes de trabajo científico-técnicos, en la Unión Soviética han sido llevadas a cabo pruebas exitosas de un misil balístico intercontinental, así como varias detonaciones de armas nucleares y termonucleares.[?] Hace unos días se efectuó el lanzamiento de un misil balístico intercontinental de varias etapas y de muy largo alcance.[?] Los resultados demuestran que es posible lanzar cohetes a cualquier parte del globo terrestre.»

Curiosamente, el reconocimiento oficial por parte de la URSS de que disponía de un misil capaz de lanzar una bomba de hidrógeno sobre las principales ciudades norteamericanas apenas despertó el interés de unos cuantos medios de comunicación. Simplemente, nadie creía que la URSS fuese capaz de tal hazaña tecnológica. Los documentos desclasificados prueban que la inteligencia estadounidense conocía el programa R-7, pero en 1957 carecía de informaciones detalladas sobre su estado real. El exitoso y sorprendente lanzamiento del Sputnik provocaría pocos meses más tarde una histeria colectiva en los Estados Unidos.

El 7 de septiembre se efectuó el siguiente lanzamiento (10L) y también fue un éxito. Una vez más, sin embargo, la ojiva (M1-10) se destruyó en la reentrada a 60 km de altura y no pudo alcanzar su blanco en Kamchatka. Korolyov había demostrado que el primer lanzamiento no había sido simple suerte. El problema de la ojiva resultaba acuciante para los militares. La OKB-1 había hecho su trabajo y el R-7 funcionaba correctamente, pero de poco serviría como arma si la cabeza nuclear se desintegraba cada vez que reentraba en la atmósfera. Mientras se diseñaba una nueva ojiva, Korolyov vio la oportunidad de ofrecer a la cúpula militar soviética su proyecto favorito: un satélite artificial.


4 DE OCTUBRE DE 1957: EL R-7 (8K71PS) LANZA EL SPUTNIK

Korolyov nunca había olvidado la posibilidad de usar sus cohetes para investigar el espacio, pero las prioridades de los militares estaban claras: el espacio podía esperar. Todo cambiaría en 1954, pues una vez que el desarrollo del R-7 fue aprobado, Korolyov pudo sopesar la posibilidad de usar este gran misil para poner un satélite en órbita. El 16 de marzo de 1954 Korolyov se reunió con el académico Mstislav Keldish, de la Academia de Ciencias de la URSS, para discutir este proyecto, quien lo puso en conocimiento del por entonces presidente de la Academia, Alexander Nesmeyanov.

El 27 de mayo de ese año, Korolyov se dirigió al influyente Dimitri Ustínov -por entonces miembro del Comité Central del PCUS y ministro de la Industria Militar- para usar el R-7 con fines científicos. Aprovechó la ocasión para entregarle el famoso informe titulado "Sobre un Satélite Artificial de la Tierra", elaborado por Mijaíl Tijonravov, donde se detallaban los progresos sobre el tema en el extranjero y la posible respuesta soviética, así como las múltiples aplicaciones de un satélite.

En agosto de 1954 el Consejo de Ministros de la URSS aprobó una resolución presentada por varias autoridades científicas del país para la consecución de estudios relacionados con el vuelo espacial. Poco después, Korolyov encargó a su colaborador Ilya V. Lavrov la organización de un grupo de trabajo dentro de la OKB-1 para coordinar el esfuerzo espacial. El 30 de agosto de 1955 Korolyov, con el apoyo de Keldish, se reunió con el presidente del complejo militar industrial Ryabikov y le sugirió lanzar, además de satélites artificiales, una misión de sobrevuelo lunar. Para este objetivo se propusieron dos variantes del R-7 con una tercera etapa: una de las propuestas debía lanzar una sonda de 400 kg y la otra, una de 800-1000 kg.

Por otro lado, en los EE UU estaban tomando forma las propuestas para lanzar un satélite artificial. El presidente Eisenhower apoyó la idea de desarrollar un satélite norteamericano, idea apodada como «la estrella de Eisenhower». Dicho aparato debería ser lanzado durante el Año Geofísico Internacional de 1957-1958. Para lograr este objetivo nació el Proyecto Vanguard.

Así las cosas, el 30 de enero de 1956 el gobierno de la URSS toma la decisión de desarrollar un satélite artificial de la tierra (ISZ según sus siglas en ruso), aunque la prioridad seguía siendo la puesta en funcionamiento del cohete R-7 como arma estratégica. El satélite, denominado por entonces Objeto D (o D-1) tendría una masa de 1000-1400 kg, de los cuales 200-300 kg serían equipos científicos. La OKB-1 tendría el control del proyecto, aunque la Academia de las Ciencias fue la encargada de tomar las decisiones científicas, control que fue perdiendo en favor de Korolyov a medida que el proyecto avance. Serguéi S. Kriukov y Tijonravov fueron los principales encargados de dirigir el proyecto, cuyos detalles fueron aprobados en julio de 1956.

Para poder seguir la órbita del satélite y determinar sus parámetros, además de las estaciones de telemetría para el R-7, se instalaron quince estaciones de seguimiento mediante telescopios. Sin embargo, a finales de 1956 estaba claro que el Objeto D era demasiado complejo y que no estaría listo una vez el R-7 demostrase su viabilidad. Mientras tanto, diversos representantes soviéticos anunciaron públicamente que la URSS tenía previsto lanzar un satélite durante el Año Geofísico Internacional. Una vez más, nadie prestó atención.

Por otro lado, Korolyov logró llegar a un acuerdo con los militares: una vez que el R-7 hubiese llevado a cabo dos lanzamientos con éxito, la OKB-1 podría intentar poner en órbita un satélite. Debido a los retrasos con el Objeto D, el 15 de febrero de 1957 se decidió diseñar un satélite más simple: el Objeto PS («Satélite Simplificado»). Ryazanski sería designado el «Ingeniero Jefe» del PS-1. Dos cohetes R-7 fueron destinados a lanzar dos PS. Estos lanzadores modificados recibirían el código 8K71PS. El PS tendría una forma esférica de de 580 mm de diámetro y un interior presurizado con nitrógeno a 1,3 kg/cm². Estaba formado por dos hemisferios unidos por 36 tuercas. En el hemisferio superior se instalarían dos antenas de 2,4 m de largo y otras dos de 3,9 m, formando 35º con el eje del satélite. Las antenas serían construidas por M.V. Karayushkin. Tres baterías de plata-zinc a cargo de N.S. Lidorenko alimentarían el aparato.



Cohete R-7 "Semyorka" para el lanzamiento del satélite Sputnik (8K71PS). (Foto: RKK Energia/RosKosmos).

El característico «bip-bip» de Sputnik era generado por dos transmisores D-200 obra de Vyacheslav I. Lappo, de la NII-885 de Ryazanski, y contaba con 1 W de potencia. La señal se interrumpía cada 0,4 segundos y era retransmitida en longitudes de onda de 7,5 y 15 m. La duración de las señales era sensible a la temperatura y a la presión existente dentro del satélite: si la temperatura subía por encima de 50º C, la duración señal aumentaba. Si la temperatura disminuía por debajo de 0º C, la duración también disminuía. Un sistema de regulación de temperatura intentaba mantener el interior presurizado a 23 ºC. La señal del PS-1 tenía una doble finalidad: por un lado permitiría a los ingenieros soviéticos calcular las características orbitales del satélite y, por otro lado, podría ser captada por radioaficionados y gobiernos de todo el mundo, demostrando así la existencia del aparato. La masa total del PS-1 era de 83,6 kg y estaría integrado en la cubierta delantera del cohete R-7 (8K71PS) de forma muy simple. Su montaje se realizaría en el MIK del Área 2 de Baikonur.

Por entonces, además de la competencia norteamericana, Korolyov se enteró de que la oficina de Mijaíl Yangel también planeaba lanzar un satélite con un misil R-12 modificado. Por suerte para Korolyov, las autoridades soviéticas no apoyaron el plan por el momento, aunque sería aprobado más adelante como el programa de cohetes Kosmos.



El «satélite simplificado» PS-1, posteriormente conocido como Sputnik 1 (Foto: RKK Energia).

Tras los dos lanzamientos exitosos del R-7 de agosto y septiembre, Korolyov decide que el cohete R-7 con el PS-1 despegue entre el 6 y el 7 de octubre de 1957. En un principio se había barajado la posibilidad de lanzarlo el 17 de septiembre para celebrar el centenario del nacimiento de Tsiolkovsky, pero los trabajos de preparación del 8K71PS llevaron más tiempo del previsto. Sin embargo, hasta el Ingeniero Jefe llegaron a finales de septiembre rumores de que los EE UU planeaban lanzar un satélite el día 6 de octubre, bien el Vanguard-1, o bien otro satélite lanzado mediante un cohete Jupiter-C, programa dirigido por von Braun. Korolyov no se lo puede creer. Años de duro trabajo y abnegado sacrificio pueden terminar en el cubo de la basura por una diferencia de un día, así que decide adelantar el lanzamiento al día 4. Es una decisión arriesgada. Sabe que si algo sale mal, lo cual es muy probable, los norteamericanos pueden adelantarse y ser los primeros en el espacio. Posteriormente se comprobó que esos rumores no eran fundados.

El día 4 de octubre de 1957 a las 22 horas, 28 minutos y 34 segundos, hora de Moscú, despegó el cohete 8K71PS (M1-PS) de 272,830 toneladas con el pequeño PS-1 a bordo. Aunque el lanzamiento fue un éxito, Korolyov no pudo verificar que el satélite estaba en órbita (228×947 km) hasta casi una hora después, cuando volvió a sobrevolar territorio soviético.

Pocos son los que se acuerdan que ese día en realidad la URSS puso en órbita no uno, sino tres satélites: el propio PS-1, la cubierta del cohete y la etapa central del R-7. En efecto, puesto que la masa del PS-1 era tan pequeña comparada con la carga nuclear que debía transportar el R-7, la etapa central logró adquirir la velocidad orbital y durante muchos años ostentó el récord de ser el satélite más grande jamás lanzado. El bloque central estuvo en órbita hasta el 2 de diciembre, pudiendo ser visto al anochecer y al atardecer por miles de personas en todo el mundo. El nuevo satélite sería conocido fuera de la URSS como «Sputnik» y orbitaría la Tierra hasta el 4 de enero de 1958. Aunque habitualmente se suele decir que se trataba de un neologismo -sputnik significa «compañero de viaje» en ruso-, lo cierto es que esta palabra ya se usaba en la Unión Soviética como sinónimo de «satélite», significado que mantiene en la actualidad.

El 4 de octubre de 1957 el mundo cambió para siempre. La Humanidad había abandonado su cuna por primera vez.

El 3 de noviembre de 1957 otro cohete R-7 lanzó el segundo satélite espacial soviéico, el Sputnik-2, llevando a la perrita Layka a bordo. Desgraciadamente, Laika murió a los tres días debido al sobrecalentamiento de la cabina. El 15 de mayo de 1958 otro cohete R-7 lanzó el Sputnik 3, convirtiéndose en el tercer satélite artificial ruso en el espacio. Mientras tanto, los vuelos de prueba del cohete R-7 continuaron entre 1958 y 1959, en sus versiones 8K71, 8A91 y R-7A.


Las tres versiones del cohete R-7 que lanzaron los tres satélites Sputnik soviéticos.

The version of the R-7 rocket that was destined to carry the first satellite into orbit was designated 8K71PS No. M1-1PS. That particular vehicle received several upgrades deferring it from earlier experimental R-7 rockets. (52) Along with the military warhead, gone were measurement hardware, top avionics section containing the vibration monitoring system, cables connecting the rocket and the warhead and a considerable portion of the flight control hardware, including the radio-control system. Some of the onboard electric batteries were also removed. (51) As a result, the total mass of the rocket went down from 280 tons for the original R-7 rocket to 272.83 tons (or 267 tons, at the time of liftoff) for the space launcher. At liftoff, the engines would reach the total thrust of around 398 tons. (256, 52)

Upon reaching the orbit, the main engine cutoff had to be performed by the gyroscopic integrator or on a command from the emergency contact of the turbine in the main engine. Such command would be issued as soon as the rocket run out of fuel or oxidizer.

All tracking of the rocket in flight had to be conducted passively by means of radar, without onboard response, and with the help of ground telescopes. Both ways had a limited range and accuracy. Based on experience with the previous launch of the R-7 rocket, ground controllers expected the Binokl (binocular) tracking system to "see" no further than 200 kilometers for the rocket, and much less for a satellite. In the meantime, the P-30 radar demonstrated an effective range of 500 kilometers, when tracking aircraft. Its effectiveness would be further reduced by a relatively slow rotation of its antenna. Optical sensors Kth-41 and KT-50 available in Tyuratam at the time had a range of 100-200 kilometers, also too short for effective tracking of a satellite. (51)

Modifying the rocket for Sputnik-2

For the launch of the second satellite, the second braking nozzle was added to the core stage of the rocket to prevent tumbling of the vehicle upon entering orbit. (248) As in the rocket launching the first satellite, the braking nozzle would employ gas, which pressurized oxidizer tank during the powered flight. (84)

Once in orbit, a special programming device, installed on the core stage would switch the Tral-Ts telemetry system from transmitting the parameters of the rocket to channel data from scientific payloads. (52)

To help maintain proper temperature in the dog cabin, the transfer cone, which connected the satellite with the rocket, was thoroughly polished, additional thermal blanket were added and copper panels were installed on the telemetry boxes. The core stage was also equipped with deployable reflectors.

To maximize scientific payload of Sputnik-2, some flight control equipment was removed from the rocket. For the same purpose, the flight profile was modified to ensure maximum use of onboard propellant. It was achieved by programming the flight control system to shut down the main engine only when its turbo pump detects that it run out of either propellant or oxidizer. In the previous launch, this way of shutting down the engine was only a backup mode.

The rocket for Object D: 8A91

By the time the third Soviet orbital mission was prepared to fly, a new version of the R-7 launch vehicle designated 8A91 was also in works. It was a transitional upgrade between the older 8K71 ballistic missile and the yet-to-be-tested lighter 8K74 ICBM designed for a longer range. Chemical milling was used to shave off some extra metal from waffle-like tank walls. In addition, the Tral-V telemetry system was removed from the first stage and its tasks of data transmission were transferred to a single Tral unit on the second stage. (537)

Mass changes led to a different flight profile. The engine of the core stage would be throttled down from 73 tons to 60 tons, while strap-on boosters would be throttled up 25 percent 17 seconds before their separation. Also special covers would be introduced to reduce the backward thrust of separation nozzles. The radio-equipment bay was replaced with an adapter section.

The development of the 8A91 launch vehicle was completed by the beginning of 1958. (84)


EL COHETE R-7 MOLNIYA (8K78), HACIA LAS ESTRELLAS

Pocos meses después de los éxitos del Sputnik, Koroliov y sus ingenieros empezaron a pensar en enviar sondas hacia los planetas, especialmente Venus. Se creía posible un primer lanzamiento para junio de 1959. El vehículo lanzador sería el 8K73, o en su defecto el 8K72, ambos basados en el 8K71, pero con una etapa superior (Blok E). Los dos vehículos se diferenciarían en el fabricante del motor. El 8K73 se retrasó debido a las problemáticas del desarrollo de este último, y no fue posible lanzar la sonda a Venus en el momento previsto. De hecho, las próximas misiones a la Luna deberían usar el 8K72. Con el 8K73 ya cancelado, y ante las evidentes limitaciones de masa satelizada del 8K72 (y sus fallos), el OKB-1 de Koroliov tuvo que empezar a pensar en otras alternativas. La siguiente ventana de lanzamiento hacia Venus se abría en 1961, de modo que habría tiempo para desarrollar un nuevo vehículo.

La principal propuesta de Koroliov fue situar la segunda etapa del nuevo misil R-9 como etapa superior del R-7, el misil usado como base para los cohetes espaciales. Sin embargo, una serie de estudios durante 1958 y a principios de 1959 llegaron a la conclusión de que para enviar una sonda a otro planeta, sería más eficaz colocar primero el vehículo en una órbita terrestre provisional, y después encender un motor para enviarla hacia su destino, una vez evaluada su posición y orientación. Dado que en esa época no se construían motores fiables con capacidad de reencendido, la solución al problema pareció ser colocar no una sino dos etapas superiores sobre el R-7. Así pues, se abandonó el desarrollo de cohetes 8K72 o 8K73 adaptados para lanzar sondas interplanetarias y se inició el de un vehículo de cuatro etapas que se llamaría 8K78.

El objetivo, en efecto, sería sustituir la etapa superior Blok E del lanzador 8K72 por otras dos más potentes, adosándolas a una versión del misil R-7 mejorada. Esta última se llamaría R-7A (8K74/III) y tendría unos motores RD-107/108 de mayor rendimiento. En cuanto a las etapas superiores, la Blok I procedería de la segunda etapa del misil R-9A (8K75), con depósitos ampliados para los propergoles. Tendría un motor 8D715K, fabricado por el OKB-154 (Kosberg) y derivado del empleado en el propio segundo escalón del misil R-9 (SS-8). Su papel sería completar la fase de propulsión inicial y colocar en órbita baja a la carga. Esta última consistiría a su vez en la propia sonda interplanetaria y su etapa de impulsión, el Blok L, pensado para acelerarla hasta la velocidad de escape hacia el planeta de destino. El Blok L contaría con un motor S.1.5400 fabricado por el OKB-1 de Koroliov, tendría 6,5 toneladas de empuje y podría ser orientado de forma exacta, además de poder encenderse en el vacío y en un ambiente de ingravidez. Todo el cohete consumiría oxígeno líquido y queroseno T-1, aunque el T-1 será sustituido más adelante por una nueva mezcla llamada RG-1. Gracias a sus características, el 8K78 también podría ser utilizado para misiones lunares. A diferencia de las realizadas con el 8K72, de ascenso directo, el nuevo vector permitiría pasar primero por una órbita baja de aparcamiento, ofreciendo mejores oportunidades de disparo hacia la Luna o los planetas, y colocar en ella 7 toneladas de peso.

El Consejo de Ministros de la URSS promulgó el 10 de diciembre de 1959 el decreto 1386-618 por el cual se ordenaban y priorizaban los objetivos del programa espacial del país. Entre otros temas, se autorizó el desarrollo de la versión de cuatro etapas del misil R-7 (8K78) para envíos de sondas a los planetas y la Luna. Tras la luz verde del Gobierno, Koroliov puso en pie el 15 de enero de 1960 un plan para el desarrollo acelerado del vector 8K78. Su primera meta sería enviar al espacio las sondas marcianas previstas, por lo que todo debía estar a punto para octubre de ese año, cuando se abría la ventana hacia el Planeta Rojo, de modo que no habría mucho tiempo para ensayos en vuelo de las nuevas etapas superiores (Blok I y L). Pero los motores y las etapas sí serían probados en tierra de forma intensiva.

El 20 de enero de 1960 se ensayaba con éxito la versión R-7A (8K74) del misil en el que se basaría el 8K78, siendo declarado operativo por las fuerzas militares. Además, la misión transportó una etapa superior Blok-I real más una maqueta de la Blok-L. El 30 de enero se efectuó otra prueba suborbital semejante.


Familia de cohetes basados en el lanzador R-7.

El 10 de mayo de 1960, Koroliov firmaba el plan definitivo para el desarrollo del cohete 8K78. Debería estar listo en octubre, así que no podrían ensayarse en vuelo las nuevas etapas superiores Blok L, pero algunos de sus componentes se probarían en aviones y en condiciones de baja presión. En junio, el ingeniero jefe empezaba a pensar en mejoras para el 8K78, que contemplaban el uso de etapas superiores criogénicas (oxígeno/hidrógeno líquidos), como el Saturn de la NASA. Se aumentaría así la carga útil en órbita baja hasta las 10 toneladas (3 toneladas en ruta de escape). El decreto que lo autorizaba (587-238) se firmó el 4 de junio.

El 5 y el 7 de julio se lanzaron en ruta suborbital otros dos cohetes para ensayar la versión 8K78. Por fin, en octubre, el vector completo estaba listo para su primera misión interplanetaria.

El cohete 8K78 medía 41,71 metros de alto, tenía un diámetro máximo en la base de 10,3 metros y un peso cargado de 305,5 toneladas. La primera etapa 8K74 (R-7A) estaba formada por el tradicional Blok-A o etapa núcleo, equipado con un motor 8D75K (RD-108). Su empuje era de 75,8 toneladas a nivel del mar y funcionaba durante 330 segundos. Rodeando al Blok-A se encontraban los cuatro aceleradores Blok-B, V, G y D, cada uno con un motor 8D74K (RD-107) de 83,5 toneladas de empuje y un tiempo de funcionamiento de 135 segundos. La etapa superior Blok-I, como se ha dicho, poseía un motor 8D715K (RD-0107), una versión del 8D715 (RD-0106) perteneciente al misil R-9A, adaptada para trabajar en el vacío y durante un tiempo más prolongado. Su empuje alcanzaría las 30 toneladas. Por fin, la última etapa, denominada "de escape" o Blok-L, utilizaría el motor S1.5400. Su diseño era novedoso porque debía asegurarse su ignición en ingravidez, para lo cual utilizaba un sistema llamado BOZ, una unidad dotada con cohetes sólidos auxiliares que proporcionarían una cierta aceleración para garantizar que los propergoles se movieran hacia la cámara de combustión.

La versión inicial del 8K78 debutó el 10 de octubre de 1960 con el lanzamiento de la sonda Korabl 4 hacia Marte, pero fracasó. Otro cohete cuatro días después sufrió un fin similar, y en febrero de 1961, una Venera se quedó anclada en órbita terrestre y sólo una pudo viajar a Venus (Venera-1).



Cohete R7 versión 8K78, en un lanzamiento.

El 8K78 fue mejorado ligeramente en 1962 para poder transportar las sondas Venera y Mars 2MV, algo más pesadas. Se amplió el tamaño del carenado y se mejoró el motor RD-108 de la primera etapa a la versión 8D727K, con algo más de empuje e impulso específico. Además, se mejoró la etapa superior Blok-L, que recibió el motor S1.5400A. El primer 8K78 así configurado voló el 25 de agosto de 1962, con poco éxito, ya que este último no consiguió colocar a su Venera en ruta interplanetaria.

En total se lanzaron 19 cohetes 8K78, hasta el 3 de diciembre de 1965. Todos partieron desde Baikonur. Hubo tres fallos totales y 7 parciales. Además de las sondas Mars de primera generación, se transportaron vehículos Venera, Molniya (que daría nombre al cohete), Zond y Luna.

La mayor parte de los problemas iniciales encontrados estuvieron relacionados con el mal funcionamiento de las etapas superiores (insuficientemente ensayadas), que en ocasiones no permitieron alcanzar la órbita provisional y en otras salir de ella por falta de ignición. Los ingenieros tardaron bastante tiempo en solucionar todas las dificultades, pero al final el cohete consiguió cumplir sus objetivos, si bien a costa de las primeras sondas a Marte y Venus.


(c) ATSD 2020.





A mediados del siglo XX las dos grandes potencias mundiales de aquel momento, Estados Unidos y la Unión Soviética, miraban hacia el cielo con la obsesión de dilucidar quién iba a liderar la carrera espacial. Eran los tiempos de la Guerra Fría. Para ambos era vital demostrar al mundo quién era el más poderoso y avanzado tecnológicamente. Ello era sinónimo de supremacía militar.

Sin embargo, a pesar de disponer de una tecnología menos avanzada, fue la Unión Soviética la que tomó la delantera. Puso en órbita el primer satélite artificial, el Sputnik (1957) y llevó a Yuri Gagarin hasta el espacio exterior (1961) antes que su eterno rival pudiera hacer algo similar. ¿Cómo fue esto posible?

Incluso hoy en día, después de sesenta años, las naves Soyuz que viajan hasta la ISS lo hacen impulsadas por un cohete derivado del R-7.

Como pasa con muchos avances científicos, a veces un error produce un avance mayor que cien aciertos. Y este fue el caso.

A finales de los años cuarenta, Serguéi Korolev (1) estaba a la cabeza del Instituto NII-88, dedicado al diseño de misiles de largo alcance. Sus primeros desarrollos se basaron en el misil V-2 alemán, gran parte de cuya tecnología había pasado a manos de ambas potencias tras la guerra mundial. Con su primer desarrollo propio, denominado R-1 (2), los soviéticos consiguieron resultados similares a los alcanzados previamente por los alemanes. El R-2 consiguió duplicar las prestaciones del modelo anterior llegando hasta los 600 km. El problemático desarrollo del R-3, con un alcance previsto de 3000 km, se canceló al no ser capaces de conseguir un motor suficientemente potente. En su lugar se diseño el R-5, más pequeño pero que incorporaba algunos nuevos conceptos, con un alcance de 1200 km y una carga útil de cerca de 1,4 Tm.

Llegados a ese punto (noviembre de 1953) las más altas autoridades soviéticas decidieron que una de las prioridades estratégicas nacionales era el desarrollo de un misil balístico intercontinental (ICBM). Debería ser capaz de transportar una carga nuclear y hacerla llegar a los EE. UU. desde territorio soviético. Los requerimientos para el transporte de esa bomba debían determinarse por los responsables del desarrollo nuclear de la URSS.

Dicho encargo recayó sobre Andrei Sajarov (3), a quien se le solicitó que especificara la carga nuclear que el nuevo misil debería estar capacitado para transportar. Dicho de otra manera, ¿cuánto iba a pesar una bomba nuclear soviética que aún no existía?

Sajarov no tenía en 1953 una idea clara al respecto. Sus desarrollos de la bomba de fusión seguían dos líneas de trabajo apoyadas en conceptos bien diferentes. Una de ellas se basaba en el diseño "Sloyka", que consistía en la alternancia de capas de combustible de fusión y de fisión. El otro concepto de desarrollo se denominaba "Teller-Ulam", una bomba de fusión por etapas. Con el tiempo, el segundo de los modelos se reveló mucho más eficaz al tener una capacidad destructora mucho mayor para un peso muy inferior. Pero eso no lo sabía todavía el eminente científico soviético.

Para no pillarse los dedos, dado que aún estaba en fase de desarrollo, Sajarov optó por inflar el informe que redactó para las autoridades. Tomó los datos suponiendo una bomba según el modelo Sloyka, mucho más pesado (e ineficaz). El resultado fue un requerimiento de carga de 5,5 Tm para el misil.

El tiempo demostró que se trataba de un error, pues finalmente se optó por el proceso Teller-Ulam, que habría requerido cargas equivalentes entre 1 y 3 Tm.

Pero el reto que tenía ante sí Serguéi Korolev era construir un enorme cohete que fuera capaz de portar una carga útil como la que había propuesto Andrei Sajarov. Según sus primeros cálculos, precisaba de un motor con empuje de unas 120 toneladas, algo impensable en aquel momento teniendo en cuenta que el motor evolucionado de la V-2 desplazaba hasta unas 25 toneladas. La solución que se le ocurrió fue la de un misil (cohete) en el que se unirían cinco unidades en una configuración denominada "en paquete" consistente en una etapa central rodeada con cuatro cohetes-aceleradores de forma cónica. Este misil gigante, denominado R-7 (4), medía 34 metros de longitud, pesaba 280 Tm y tenía un diámetro total de 10 metros en su base (3 m en su cuerpo central). Tenía capacidad para transportar hasta 5 Tm a una distancia de 8.800 km.

El R-7 despegó por primera vez en 1957 desde las instalaciones del cosmódromo de Baikonur, en la actual Kazajistán. Era un coloso con una capacidad inmensa que dejaba pequeños a todos los misiles estratégicos o cohetes desarrollados en los Estados Unidos. Korolev había conseguido desarrollar la mayor lanzadera de la historia que, además, ha demostrado tener una eficacia del 97% en sus más de mil setecientos lanzamientos.

El 4 de octubre de 1957, el R-7 puso en órbita el Sputnik 1, el primer satélite artificial. Poco después llevó a la perra Laika al espacio y, a continuación, convirtió a Yuri Gagarin en el primer astronauta de la historia.

Incluso hoy en día, después de sesenta años, las naves Soyuz que viajan hasta la ISS (Estación Espacial Internacional) lo hacen impulsadas por un cohete derivado del R-7. Como misil resultó ser un fiasco pero, por el contrario, ha sido y es un cohete magnífico.

Sin duda, el error de cálculo (o la imprecisión) de Andrei Sajarov se convirtió en uno de los mayores éxitos en la historia aeroespacial.