La ingeniería de: "Un pequeño paso para el hombre..."
- Scientia Zapata
- 21 jul 2020
- 7 Min. de lectura
Actualizado: 13 sept 2020
by Saúl Sánchez Morales
Ingeniería espacial en los años 60´s
El sistema de ingeniería más grande intentado hasta la década de los años 60´s fue el programa Apolo, de diez años de duración cuyo principal objetivo fue llevar hombres a la Luna y traerlos de regreso.
Los sistemas y subsistemas que tuvieron que crearse fueron tremendas empresas de ingeniería, quizá la más conocida sea la construcciones de 12 Módulos Lunares (ML), uno de los cuales, el número 7 en la línea de montaje, llegó a ser el salvavidas de la tripulación del Apolo 13, cuando en abril de 1970, su nave sufrió una explosión a unos 300 000 km de la Tierra. Tales módulos, que tienen patas de araña y que pesan entre 16 y 18 toneladas fueron diseñados por la Grumman Aerospace Corporation para transportar y dar cobijo a dos de los tres astronautas de cada misión, en sus exploraciones breves , de la nave orbital a la Luna y después de regreso. Que uno de ellos albergara a tres hombres en el espacio durante tres días y medio fue un hecho afortunado y sorprendente.
La planeación de Grumman para la construcción del ML es un ejemplo de cómo los ingenieros dirigen un sistema de gran complejidad ya que empezaron a planear la posibilidad de que el hombre visitara la Luna, en 1958, un año después del lanzamiento del Sputnik el primer satélite artificial. Durante miles de horas Grumman había concluido un amplio estudio de una nave para el descenso a la Luna, todo el libro tenía 10 cm de grosor, en el momento en que el presidente Kennedy hizo de la carrera a la Luna una meta nacional en 1961. El estudio no sólo contenía las partes técnicas sino toda la organización administrativa y una lista de todos los subcontratistas, uno debe entender todo lo que esto significa no solo es implementar un diseño y ya sino debe incluirse todos los procesos y logística necesarios para llevar a cabo el objetivo, indudablemente el costo debe aparecer o estimaciones del mismo para simplificar la toma de decisiones.
De esta manera Grumman obtuvo el contrato del ML, se estableció un programa de administración que funcionaría como compañía independiente. Además de sus divisiones técnicas, el programa tenía sus propios departamentos con gerentes de compras, control de costos y administración de contratos y subcontratos; hubo también departamentos de control de calidad y de servicios administrativos y de producción, algo muy diferente de las épocas donde el Jefe a cargo de un gran programa de ingeniería llevaba en la cabeza toda la administración general, además de revisar las cuentas y comprobantes.
En la primera propuesta Grumman nombro a 52 directores e ingenieros principales que sólo fue una pequeña parte del personal total contratado para la obra. Para 1968 había 7200 ingenieros y técnicos trabajando para la compañía, decenas más de la NASA colaboraron para el ML. Cada ingeniero de grumman tenia a su cargo era responsable de algún sistema o subsistema, y además tenía su contraparte en la NSA, y debían reunirse para analizar sus adelantos y complicaciones. Grumman era el principal contratista sólo se ocupó de menos de la mitad del trabajo total. miles de ingenieros y técnicos trabajaron en el vehículo espacial en las fábricas de muchos subcontratistas dispersos en todo el país, por ejemplo el motor de descenso del ML que bajo el vehículo a la Luna lo construyo TRW Inc. de Redondo Beach, California; el de ascenso, que llevó al ML de regreso a la nave en órbita, lo llevó a cabo la North American Rockwell´s Rocketdyne Division, de Canoga Park, California.
Sistemas dentro de sistemas
Cuando Grumman definió los objetivos principales que debía tener el ML, los subdividieron para que cada director de sistemas escogidos se dedicara a una tarea en específico. en total hubo 9 sistemas principales para el ML:
Factores humanos
Instrumentos
Operación de controles
Ventanillas
Confiabilidad
Estructura
Control y Vuelo
Temperatura
Integración
y dentro de estos 9 sistemas se integraron 10 subsistemas para crear una versión física para probarlo en condiciones extremas.
Estructura general del ML
Motor de ascenso
Motor de descenso
Guía y control
Suministro de energía
Comunicaciones
Mediciones
Desconectadores de explosión
Ambiente de cabina
Provisiones
El problemón del peso
El peso y la confiabilidad de la nave fueron dos de los grandes problemas a resolver. Cada kilo de equipo adicional implica kilos extra de combustible para elevarlo. Los ingenieros se dedicaron a eliminar todo el peso que no fuera absolutamente necesario, por ejemplo; el que llevaran una cámara de televisión además de una cámara fija era cuestión de un gran debate; deshacerse de una de ellas ahorraría 2250 g muy preciosos. se tuvo que literalmente afeitar los gramos innecesarios de metal del propio vehículo pero sin poner en riesgo la confiabilidad del vehículo, que era lo primordial para el supervisor del sistema de confiabilidad. No se tenía margen de error para esto. todo tenía que funcionar con exactitud la primera vez.
Para lograr esto todos los sistemas tuvieron que probarse en diversos centro espaciales a lo largo del país; enormes cámaras de acero en White Sands, Nuevo México, donde se encendieron los motores de descenso del vehículo en condiciones duplicadas de las que se encontrarían en la Luna. En Langley Field, Virginia una gigantesca estructura de viguetas de acero de más de 74 m de altura y 120 de largo hizo posible que otro grupo de ingenieros simulara el aterrizaje del ML en la Luna, algo extraño y austero pero un modelo de prueba del Ml colgaba de esta grúa y simulaba las maniobras necesarias para hacerlo descender en la la Luna.
La Luna en Texas
Lo más notable fue la construcción de un paisaje Lunar de prueba construido en Houston, Texas, cubierto con fragmentos de piedra y de piedra pómez , toneladas de escoria volcánica y grandes trozos de rocas volcánicas y varios cráteres de distintos metros de profundidad. Este paisaje desolado sirvió para perfeccionar el diseño del instrumental y equipo científico que usarían los astronautas y también para hacer estudios de tiempo y movimiento de las tripulaciones del ML en sus trajes espaciales.
Las comunicaciones debían funcionar a la perfección pero la distancia de la Tierra a la Luna hacia que la comunicación tardara en llegar 1.25s después de realizar diversas pruebas sobre este tiempo se determino que no se verían afectados los equipos en su funcionamiento con esta discrepancia de tiempo, las operaciones podrían sincronizarse prácticamente al segundo.
Riesgos de un aterrizaje Lunar
¡Qué peligros inesperados se podrían tener en el aterrizaje? En primer lugar el suelo lunar era un completo misterio, sólido, delgado, frágil, en capas de polvo fino de poco espesor o de gran espesor. Además habría que considerar la gravedad de la Luna de un sexto de la Tierra, que reduciría la estabilidad del Ml durante el descenso. Otro factor era la velocidad con la que el ML se acercaría a la Luna. Una vez determinada la velocidad de aterrizaje se empezó a estudiar que tipo de tren de aterrizaje sería el más apropiado de usar, al inicio se optó por uno con 5 patas pero finalmente quedó en 4.
El tren de aterrizaje tendría que absorber la mayor parte de los golpes del descenso. Los ingenieros resolvieron este problema colocando material comprimible dentro de las patas, para que cuando se tocara Tierra las patas se contraerían un poco y absorberían el impacto. Por otro lado el tren de aterrizaje debía ser protegido del calor del motor de descenso que rebotaría de la superficie lunar cuando el aparato tocara la Tierra. Dicho problema se resolvió envolviendo las patas con un Mylar aluminizado. Sin embargo 6 semanas antes del lanzamiento del Apolo 11, los ingenieros de Grumman diseñaron y probaron un nuevo tipo de protección térmica debido a que la NASA decidió mantener prendido el motor de descenso hasta el momento de tocar la Luna, en lugar de apagarlo segundos antes, como se planeaba originalmente, el Eagle, el ML del Apolo 11 ya estaba dentro de Saturno V cuando los obreros le aplicaron cincuenta capas adicionales de Mylar.
¿Y las ventanillas?
Para el ML originalmente se tenía pensado que los astronautas descendieran sentados teniendo 4 ventanillas que en total sumaban 1.2 metros cuadrados y estarían a 60 cm de los astronautas. Este diseño fue descartado, las ventanillas estaban muy lejos de los astronautas y limitaban su visión , tenían un gran peso y dejaban pasar mucha luz. entonces los ingenieros se rompieron la cabeza durante ¡2 años! hasta que a alguien se lo ocurrió pensar en el tiempo que duraría el descenso a la Luna, 1 hora o menos, así que los astronautas pueden estar de pie ese tiempo sin problema. Dicho esto se quitaron los asientos, y el problema de las ventanillas se resolvió por si solo, ya que de pie los astronautas pueden ir pegados a las ventanillas, y entonces no necesitan ser mayores que la cara de un hombre. Puff! problema resuelto, ¿o no?
Complicaciones debido a una solución simple
El hecho de que los astronautas estuvieran de pie suponía alterar varios aspectos de la cabina, cada uno de los cuales debía ser rediseñado y re-aprobado, el esfuerzo exigió de los esfuerzos de cuando menos siete grandes grupos de ingeniería de Grumman. Se reordenaron los instrumentos para que quedaran a mano, se ideó un arnés que protegiera a los hombres durante el aterrizaje, cosa que un asiento hubiera logrado fácilmente, en fin. Finalmente se obtuvo una cabina segura y sin asientos. Tenía tres pequeñas ventanas triangulares cuya superficie total era de menos de 0.4 metros cuadrados, mecho menos que en el diseño con asientos, además su visibilidad era muy superior a la de las anteriores.
¿Unas simples ventanillas harían la diferencia a la hora de la verdad?, pues sí. Neil Armstrong tuvo que tomar el control del ML y escoger un lugar de aterrizaje seguro y alejado del escogido por la computadora, qué resultó ser un cráter lleno de rocas. De no haber visto con claridad las piedras debajo de ellos, así como el lugar seguro que había ahí cerca; de no haber contado con un motor que pudiera acelerar y controlar; de no haber tenido un vehículo que pudiera cernerse e inclinarse, es muy probable que Armstrong nunca hubiera radiado a la Tierra su histórico mensaje desde la Luna: "El águila ha aterrizado"
El programa Apolo, junto con sus predecesores, Mercury y Gemini fueron el resultado de las técnicas en ingeniería de sistemas.
Esta es la historia de una pequeña parte de los problemas en la ingeniería que logró el alunizaje de 6 naves en nuestro satélite. La ingeniería es una piedra angular en el desarrollo tecnológico de la civilización y sin ella, nuestros conocimientos en Física, Matemáticas Química y las demás ciencias solo se quedarían en el papel. Se necesitan aún más ingenieros que puedan ser capaces de diseñar nuevas formas de aplicar los avances de estas ciencias para llevarnos a un mejor futuro próximo.
Saúl Sánchez Morales, Físico por convicción, egresado de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, de la Buapachosa, con un paso en el Instituto de Física "Luis Rivera Terrazas" y con un estacionamiento en la Academia de Física de la Preparatoria Emiliano Zapata. "No pueden ver la belleza en la solución del problema?"
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