Emilio
Ideas, artefactos y cosas para construir

Sputnik 1

Korolev, Kurchatov y Keldysh Korolev, Kurchatov y Keldysh

El primer satélite artificial de la tierra fue uno de los mayores logros técnicos y políticos realizados por la Unión Soviética. Fue construído con rápides para vencer a los americanos en la carrera por colocar un artefacto orbitando el planeta tierra, sin embargo, la ciencia espacial que involucraba el Sputnik había estado desarrollandose por cerca de una década en la Unión Soviética, esto haría que posteriormente una serie de naves espaciales más sofisticadas estuvieran casi terminadas por esa misma época.

Mucho tiempo despúes se conocío que la ciencia de los Soviéticos entre 1950 y 1960 estaba dominada por tres poderosas personalidades: Sergei Korolev que encabezaba el programa espcial, Igor Kurchatov líder del lavoratorio de armas atómicas y Mstislav Keldysh quién era el presidente de la Academia de Ciencias de la Unión Soviética. Las agendas de estos personajes estaban profundamente enlazadas. Tanto Keldysh y Kurchatov necesitaban el largo alcance de los cohetes de Korolev, y Keldysh enfocaba los esfuerzos de la comunidad académica soviética para realizar las tareas estratégicas para producir vuelos y energía atómica.

Las aplicaciones científicas de los vuelos espaciales en la Unión Soviética comenzaron en 1948, para ello usaron sus misíles R-1, R-2 y 5. Experimentos efectuados a una altitud entre 100 y 500 kilómetros incluían la fotografía de la superficie terrestre, medición de rayos x y ultravioletas, detección de rayos cósmicos, experimentos con animales, análisis químico y espectrométrico de la ionósfera, detección de micrometeorítos y estudio de reingreso de vehículos en la atmósfera terrestre. En el mejor de los casos los grupos de trabajo tenían un tiempo de 10 minutos para realizar estas tareas.

En marzo de 1954, Keldysh, Korolev y Tikhonravov conversaron la idea de enviar a la órbita terrestre un satélite artificial. Dos meses después, propusieron al gobierno soviético el lanzamiento de dicho satélite antes del inicio del Año Geofísico Internacional, evento que iniciaría el 1 de julio de 1957 y concluiría el 31 de diciembre de 1958 e involucraría a más de 30,000 científicos de 66 países, además si el lanzamiento y puesta en órbita resultaba exitoso se adelantarían a los Norteamericanos. Keldysh coordinó la comisión para crear un "laboratorio automático" y Tikhonravov dirigió el equipo que diseñaría el OKB-1 un gran y complejo satélite que pesaría cerca de una tonelada y cuyo nombre clave era Objeto D.

A medida que el desarrollo del satélite objeto D se atrasaba, Korolev comenzó a preocuparse por la posibilidad de no poder adelantarse a los Norteamericanos en el espacio. En noviembre de 1956 Korolev propuso considerar y concentrarse en dos satélites más simples llamados Objeto PS-1 y PS-2 para febrero de 1957 se había aceptado oficialmente estas propuestas. Mikhail Khomyakov fue el diseñador en jefe a cargo de la creación del Objeto PS-1.

Objeto PS-1 desensamblado Objeto PS-1 desensamblado

El PS-1 era un satélite esférico de 58 centímetros de diámetro y un peso de 84.6 kilográmos, en su interior contenía dos transmisores de radio de tan sólo 1 watt de potencia cada uno y además tres baterías de plata-zinc (parecidas en tamaño y peso a las utilizadas en los automóviles) estas baterías alimentaban de energía eléctrica a los dos transmisores y a un ventilador. La esfera que contenía estos dispositivos era de aluminio de 2mm de grosor y eran dos piezas que se unían con 36 tornillos y un empaque de goma para producir un interior hermético. Además, tenía una protección exterior térmica de 1mm de grosor, con ello se obtenía un doble aislante del exterior. Uno de los hemisferios de esta esfeera estaba anodizada para mejorar la refracción de los rayos y mantener enfríada a la cápsula mientras navegaba por el espacio.

Interior de satélite y ventilador Interior del satélite y ventilador

La esfera fue llenada de gas nitrógeno con una presión de 1.3 atmósferas, con ello se esperaba tener una temperatura interior de 30° Celsius en su interior, el ventilador se desactivaría cuando la temperatura cayera alrededor de los 23° Celsius.

Se instalaron además cuatro antenas que formando un ángulo de 70°, dos de ellas de 2.4 metros y las otras dos de 2.9 metros longitud. Los radios instalados transmitirían en frecuencias alternas: 20.005 Khz y 40,002 Khz en intérvalos de 0.3 segundos para cada frecuencia. Esta alternancia de frecuencias para la transmisión había sido propuesta por Konstantin Gringauz quién había realizado investigaciones sobre las propagaciones de la radio en la ionosfera y no se sabía cuál era la frecuencia crítica de la ionosfera en la capasuperior F, o si esto intereriría con las transmisiones de radio entre el espacio exterior y la tierra.

Satélite finalizado Satélite finalizado

Los científicos también estaban interesados en saber los efectos del sobrecalentamiento o el posible daño de micrometeoritos sobre cualquier objeto en el espacio, por ello si la presión interna era menor de 0.35 atmósferas, o si la temperatura exterior oscilaba entre 0° a 50° celsius, el patrón de cambio de la frecuencia cambiaría de 0.2 segundos a 0.4 segundos.

Trayectoria orbital del Sputnik-1 Trayectoria orbital del Sputnik-1

Colocar el satélite en órbita requería un nuevo ángulo de trayectoria en el cyclogram para el cohete R-7, un engrane elaborado con gran precisión controlaba la trayectoria en función del tiempo. Al momento de despegar el cohete viajó muy cerca de la trayectoria vertical manteniéndose alejado de la fricción o de la baja órbita atmosférica lo más rápido posible.

Sin embargo para alcanzar la órbita, se tuvo que mantener una velocidad de 8km/seg apróximadamente en una posición perpendicular a la vertical para que cuando el motor se apagara el ángulo de la trayectoria fuera lo más próximo a cero. Para ello se realizaron los cálculos en el Institudo Steklov de Matemática Aplicada para poder obtener un programa de inclinación óptimo.

Foto del Gyrohorizon V-142 Foto del Gyrohorizon V-142

El cohete R-7 contenía una plataforma uniaxial estabilizada, el GYROHORIZON v-142 le permitía medir la trayectoria del ángulo y mantener en línea con el programa en curso. Este giroscopio contenía un acelerómetro que se mantuvo orientado a lo largo de un eje de rotación durnte todo el vuelo. Esta técnica era considerablemente más precisa que los giroscopios utilizados por el ingeniero pionero de la aeronautica de estados unidos Robert Goddard e incluso por los cohetes alemanes V-2. La velocidad fue medida por el acelerómetro V-139, su funcionamiento estaba basado en la fuerza de precesion de un giroscopio no balanceado.

Sistema de despliegue del satélite Sistema de despliege del satélite

El satelite fue montado en la punta en un cono especial y que 20 segundos antes de apagarse el cohete ejectaba un cono de 80 centíetros, entonces gas a presión y oxígeno líquido empujaban el satélite hacá afuera. Otro sistema pirotécnico de ejección fue también instalado como respaldo, en caso de que el sistema neumático fallara.

Noche del lanzamiento del Sputnik-1 Noche del lanzamiento del Sputnik-1

El PS-1 fue lanzado la noche del 4 de octubre de 1957 a las 19:28:34 UTC. En la bitácora se anotó que la separación del cohete propulsor ocurrió 116.38 segundos de vuelo y la etapa de apagado de motores ocurrió a los 314.45 egundos. El sistema de balanceo del R-7 falló lo cuál causo un incremento en el consumo de combustible. El apogeo ocurrió entre los 80 a 90 km (más bajo de lo planeado). La órbita elíptica del satélite tuvo un perigeo de 228km y un apogeo de 947 km con una inclinación orbital de 65.1 grados desde el ecuador y completó una revoluciń en 96.17 minutos.

La órbita en el espacio se mantuvo durante 882 revoluciones, y comenzó a caer a partir del 2 de diciembre, Los reflectores instalados en el cohete permitió seguirlos a través del radar. La etapa sustainer del cohete era un objeto muy brillante y fue observado a simple vista por muchas personas que generalmente confundían con el satélite.

Medición de la señal del Sputnik desde la base soviética en la antartida Medición de la señal del Sputnik desde la base soviética en la antartida

El satélite fue rastrado y la caida de su órbita proporcionó nuevos conocimientos acerca de los efectos de la densidad extrema fuera de la atmósfera. La forma esférica del satélite fue seleccionada específicamente para permitir un fácil análisis teórico de la fricción. Para diciembre 25 el perigeo y apogeo habían declinado 190km y 458km respectivamente. El satélite calló a tierra el 4 de enero de 1958, completando para ese entonces 1400 órbitas. La señal de radio duró tres semanas más y nunca cambió la frecuencia de pulso indicando con este la caída en la presión. Esto fue una importante demostración de los daños producidos por micrometeoritos en la superficie de la esfera y que debería ser contemplada para evitar problemas en futuras naves espaciales.

La señal de 20mhz del Sputnik no cayó por debajo e la frecuencia crítica de reflexión producida por el plasma ionosférico, y en ocasiones podía ser escuchada a grandes distancias, entre 10,000 y 15,00 kilómetros, la señal del satélite fue recibida por la base soviética en la Antartida. Las dos picos fuertes muestran sus aproximaciones más cercanas, mientras que el pico pequeño entre ellos demuestra el efecto antipodal conocido entre los técnicos de las emisoras de onda corta.

Los científicos estudiaron la ionosfera y midieron la reflexión de las ondas de radio envíadas desde tierra, se conocía poco sobre la densidad que tenían los electrones ubicados encima de la capa altamente ionizada. A partir de cientos de mediciones de las señales del Sputnik se estimó que la capa F de la ionosfera se extendía de 200km hasta 320 km. La densidad de electrones se midió de 200km a 3,100km.

El satélite PS-1 fue llamado iskusstvennyi sputnik zemli (Satélite arfiticial de la tierra en ruso) pero pronto recibió el sobrenombre de Sputnik.

Las consecuencias políticas del Sputnik fueron profundas. Para los militares expertos este hecho había sido una demostración pública del poderío de los cohetes rusos y con ello su capacidad para desarrollar una arma nuclear que pudiera ser envíada. El público reaccionó con gran entusiasmo, mucho más de lo que los propios líderes del gobierno soviético habían imaginado.

El primer ministro Khrushchev quedó encantado por la noticia del lanzamiento del satélite y sorprendió la intensidad de las reacciones en todo el mundo.

Después de este evento tanto la USSR como USA dieron una mayor prioridad a sus programas de exploración espacial.

Las señales de radio del Sputnik-1 estaba destinado a ser escuchado especialmente por radioaficionados entusiastas a través de todo el mundo. Incluso las publicaciones científicas populares en Rusia describían cómo se podrían escuchar las señales del satélite incluso antes de su lanzamiento.

Las señales que envíaba el Sputnik-1 no estaban moduladas, pero las frecuencias fueron elegidas para ser escuchadas en receptores de radioaficionados con frecuencias de batido (VFO), las variaciones de los tonos se deben al efecto Doppler.

Grabaciones realizadas por distintos radioaficionados:

Nota: El presente documento lo traduje y comparto sin ánimos de lucro desde el siguiente enlace: http://mentallandscape.com/S_Sputnik1.htm

Emilio