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«Super-booster» UR-700
Redacción
El UR-700 era el miembro de la familia de Cohetes Universales 'UR' de Vladimir Chelomei diseñado para permitir vuelos tripulados directos de la nave LK-700 a la superficie selenita. La configuración básica del UR-700 se estableció en Enero de 1962 como parte del anteproyecto del UR-500 Proton. De todas maneras, el N1 de Korolev fue el diseño escogido para la construcción de un súper cohete soviético. Solamente cuando el N1 comenzó a experimentar retrasos en 1967, se reasumió el trabajo sobre el UR-700. El anteproyecto preveía un primer lanzamiento en Mayo de 1972. Pero no se brindó financiamiento para el desarrollo a plena escala, era evidente que la carrera lunar había sido perdida...

l sistema completo UR-700/LK-700 hubiera tenido una altura de 76 m, un diámetro de 17,6 m, y un peso bruto al despegue de 4 823 toneladas. La capacidad de carga era de 151 tn en órbita terrestre baja de 200 km, o de 50 tn en una trayectoria translunar. El UR-700 era un vector espacial de múltiples etapas: la 'etapa I' consistía de seis módulos de 4,15 m de diámetro cada uno, dispuestos en pares alrededor de otros tres módulos que constituían la llamada 'etapa II'. Cada uno de los nueve módulos de las etapas I y II estaba equipado con un motor del tipo RD-270 desarrollado por Glushko. Por su parte las etapas superiores estaban basadas en las del UR-500 Proton. Específicamente, la 'etapa III' tenía un módulo central de 4,15 m de diámetro con tres tanques de 1,6 m de diámetro.

UR-700
(© Anatoly Zak)

En 1962 el OKB-52 (llamado también informalmente como el 'Bureau de Chelomei') comenzó a trabajar en el vehículo pesado UR-700. Se estudiaron variantes con cargas de 70 tn a 175 tn, y etapas cohete de diversos niveles de empuje, incluso etapas nucleares. La conclusión a la que se llegó era que un descenso lunar directo requeriría transportar una carga de 130 a 170 toneladas.

La configuración del UR-700 fue determinada por el requerimiento que estipulaba que los elementos del sistema debían ser modulares y transportables por ferrocarril. De esta manera el vehículo de lanzamiento podría ser construido y completamente probado en la factoría Khrunichev de Moscú y luego ensamblado rápidamente para el lanzamiento en el Cosmódromo de Baikonur en Kazajstán. La solución de Chelomei fue usar un módulo básico del mayor diámetro posible permitido por el transporte por vía férrea. Éste podría consistir de un tanque para el oxidante, o un tanque de combustible con la sección del motor. El diseño tenía que satisfacer requerimientos provenientes de dos frentes:

Primero, las dimensiones máximas de los módulos (longitud y diámetro) fueron dictadas por el tamaño de los vagones y plataformas del ferrocarril, y la demás infraestructura existente: caminos, puentes, túneles de ferrocarril, canales, etc..

Segundo, el tamaño del módulo cohete, y sus correspondientes propiedades de masa y volumen, fueron determinados por las necesarias características técnicas del UR-700. Los requerimientos del UR-700 afectaron en gran medida al diseño del UR-500 Proton, ya que los elementos principales de éste servirían para desarrollar los del UR-700.

La configuración básica del UR-500, considerando por cierto los requerimientos del UR-700, fue seleccionada en Enero de 1962. Mientras que la aprobación para proceder con el desarrollo del UR-500 llegó en Abril de 1962, no fue recibida tal autorización para el UR-700. No obstante esto Glushko fue autorizado a proceder con el desarrollo de los enormes motores RD-270 requeridos para el UR-700. Chelomei reveló en Septiembre de 1964 su proyecto UR-700 a Khrushchev en una reunión en Baikonur, durante la cual le mostró a Khrushchev una maqueta del cohete. Korolev también estaba presente en la reunión, y se tomó la decisión de analizar el potencial de la propuesta. Desafortunadamente para Chelomei, Khrushchev fue desalojado del poder un mes más tarde, y todos sus proyectos comenzaron a ser examinados exhaustivamente por el nuevo régimen.

Una nueva oportunidad para que el proyecto fuera considerado llegó el 16 de Noviembre de 1966, cuando una comisión de expertos encabezada por Keldysh analizó el estado del programa N1. Korolev había muerto a principios de ese año, y una vez más Glushko, Chelomei, y Yangel abogaron por el desarrollo del UR-700 o el R-56 en lugar del N1. Aun cuando se acordó que el desarrollo del motor RD-270 y los estudios de estos vectores espaciales podían continuar, el decreto gubernamental emitido aprobaba el anteproyecto de Mishin1 para el primer descenso lunar empleando el vector N1.

Chelomei firmó los documentos con las directivas de diseño el 21 de Julio de 1967. Se emprendió el desarrollo del UR-700 de acuerdo a los siguientes decretos: 1070-363 del 'Consejo de Ministros y el Comité Central del Partido Comunista' del 17 de Septiembre de 1967, y 472 del 'Ministerio de Construcción de Maquinarias' (MOM) del 28 de Septiembre de 1967. En 1966, el estudio 4855CC del TsNIIMASH demostraba que desarrollar cualquier versión mejorada del N1 era prácticamente equivalente a diseñar y cualificar un nuevo vector, mientras que el diseño 'modular' del UR-700 permitía variar las cargas transportadas sin necesidad de recalificar. Además el conjunto UR-700/LK-700 brindaría un mejor soporte a la base lunar DLB, y permitiría sobrevuelos tripulados a Venus/Marte y expediciones de descenso en Marte.

El plan para el desarrollo del proyecto era el siguiente:

  • Octubre de 1968 a Enero de 1973: Trabajos de ingeniería a plena escala con financiamiento externo al bureau.
  • Octubre de 1971: Entrega del primer vehículo de lanzamiento UR-700. Entregas siguientes en Febrero, Mayo, Agosto y Noviembre de 1972.
  • Mayo de 1972: Primer lanzamiento no tripulado del conjunto UR-700/LK-700. Siguiente lanzamiento no tripulado en Noviembre de 1972.
  • Abril de 1973: Primer lanzamiento tripulado del UR-700/LK-700. Siguientes vuelos tripulados en Agosto y Octubre de 1973.

De acuerdo al plan aprobado, un total de cinco conjuntos UK-700/LK-700 con aptitud de vuelo tenían que ser construidos. Los dos vuelos iniciales no tripulados debían ser seguidos por tres vuelos tripulados. Aunque se llegó a construir maquetas, no se recibió financiamiento alguno para el desarrollo a plena escala del proyecto, el cual debía comenzar –de acuerdo al plan– a fines de 1968. Para entonces era evidente que, salvo algún desastre con la nave Apollo, la carrera lunar estaba perdida. El interés del Kremlin en apoyar tales proyectos declinaba.

Luego de la explosión del primer N1 en Febrero de 1969, Nikolai Pilyugin2 fue llamado para asistir a una reunión en el Kremlin. Chelomei de nuevo proponía el uso de su UR-700 en lugar del problemático N1 de Korolev, y un vuelo a Marte usando para ello una versión incluso más grande del vehículo de lanzamiento llamada UR-900, con capacidad de colocar en órbita baja terrestre una carga de 240 tn. El Ministro Afanasyev (MOM) estaba preparando un decreto en este sentido. Pilyugin se negó a participar de esta 'aventura'. La opinión general era de que el proyecto UR-700/LK-700 representaba desde el comienzo un esfuerzo doble.

A Tyulin3 no le preocupaba el UR-700. Él sabía que Mishin había avanzado en el desarrollo del N1, mientras que el UR-700 sólo estaba siendo discutido y promovido como un anteproyecto. Los documentos originales del UR-700 habían sido archivados en 1964 cuando el N1-L3 fue aprobado. Poco tiempo después de esto, en una recepción Chelomei le dijo a Chertok4 que si el UR-700 hubiera sido seleccionado en lugar del N1, Rusia ya estaría en la Luna. Las tres etapas del UR-700 ya habrían sido desarrolladas y probadas en vuelo al igual que el UR-500 Proton. Solamente los motores RD-270 de las primeras etapas tendrían que haber sido desarrollados. La configuración del UR-700 para la misión lunar consistía en 9 motores RD-270 con 5 760 tn de empuje total a nivel del mar. Esto habría permitido entregar como mínimo 140 toneladas de carga en órbita baja terrestre.

En cierta ocasión Chertok le preguntó a Chelomei qué sucedería si, Dios no lo permita, un vector de este tipo estallaba en la plataforma de lanzamiento. ¿No se convertiría todo el complejo de lanzamiento en una zona muerta por 18 o 20 años?. La respuesta de Chelomei fue que no podría explotar, ya que los motores de Glushko eran confiables y no fallaban. Aparte de eso, estos propergoles hipergólicos habían sido utilizados en centenares de cohetes militares, desplegados en silos, a bordo de naves y de submarinos, sin problema. El temor por estos propergoles era irracional. Propergoles similares eran usados por los norteamericanos en la nave tripulada Apollo.

No obstante el bureau de Chelomei continuó estudiando diversas maneras de agrupar los módulos básicos hasta 1974, cuando el proyecto fue definitivamente cancelado.

Descripción técnica
El sistema propuesto por Chelomei estaba diseñado para realizar misiones de descenso directo a la Luna, es decir, sin necesidad de efectuar acoples en órbita terrestre o lunar. Se componía de los siguientes elementos:

Nave lunar LK-700
Vehículo de lanzamiento UR-700
Complejo de lanzamiento para el UR-700
Instalaciones de montaje, de revisión técnica, etc.
Sistema de comando-rastreo
Sistema de descenso y rescate de la tripulación
Sistema de recuperación de la tripulación

El UR-700 sería lanzado desde el Complejo de Lanzamiento 110 de Baikonur, construido para el N1, el cual requería de mínimas modificaciones para adaptarlo al nuevo vector. La propuesta de Chelomei adoptaba una filosofía de diseño conservadora (por ejemplo no se requerían acoples, no había elementos criogénicos, etc.), y tenía la capacidad de incorporar paulatinas mejoras.

El motor RD-270 era usado en todos los nueve módulos de las etapas I y II, operando al 103% de empuje en el lanzamiento. En el despegue todos los nueve motores RD-270 se encenderían; los motores de la segunda etapa se alimentarían de los tanques de propergoles instalados en la sección superior (opuesta al motor) de los módulos de la primer etapa. Por consiguiente luego de la separación de los seis módulos de la primer etapa, los tanques de propergoles de los tres módulos de la segunda etapa todavía estarían llenos. En una variante del diseño, en vez de tener tanques separados de propergoles, cada uno de los módulos de las etapas I y II tendría solamente un tanque de propergol. Un sistema de alimentación 'cruzada' sería usado para alimentar a todos los motores desde todos los tanques. Esto resultaría en un más complejo pero más liviano sistema que optimizaría el uso de propergoles. Se empleaban motores a combustible sólido para separar los módulos en un ángulo de 15 a 20 grados luego de que éstos agotaran su carga de propergoles.

Cada módulo se componía, de abajo hacia arriba, de: una sección del motor, un tanque de combustible, un tanque de oxidante, un tanque para combustible u oxidante (sólo en los módulos de la primer etapa para alimentar a la segunda etapa como bien se describiera anteriormente), y una cubierta cónica aerodinámica. Debido a sus diferentes volúmenes, los tanques de oxidante se extendían dentro de la cubierta cónica aerodinámica, mientras que los tanques de combustible eran contenidos en la porción cilíndrica del módulo. En la parte inferior del módulo se encontraba el bloque autónomo cónico del motor, el cual transmitía las cargas del motor RD-270 a la estructura del cohete. Los tanques de propergoles eran de aleación de aluminio AMg6, y estaban fresados químicamente con un patrón tipo rejilla para ahorrar peso y proporcionar rigidez.

La tercer etapa era una adaptación de la primer etapa de UR-500 Proton. Toda la etapa tenía el 80% de la masa de la primer etapa del Proton, pero con sólo tres tanques externos y tres motores en lugar de los seis tanques (de mayor diámetro) y seis motores del Proton. El tanque central de 4,15 m de diámetro era ligeramente más corto que la del Proton, mientras que los tres tanques externos de 2,0 m de diámetro eran más largos. Los tres motores RD-254 eran versiones de los RD-253 del UR-500, con toberas para grandes alturas. Las cargas eran transmitidas de la segunda a la tercer etapa empleando tres estructuras cónicas. La tercer etapa estaba equipada con motores de aceleración (o en inglés ullage5 engines) los cuales eran accionados luego de la separación de la segunda etapa para proporcionar las suficientes fuerzas G para forzar a los propergoles al fondo de sus tanques, y así poder ser bombeados para proceder con el encendido de los motores principales.

UR-700
«Super-booster» UR-700 (© Mark Wade)
LK-700
Nave para misiones lunares LK-700 (© Mark Wade)
El sistema de guía del UR-700 era de KBEM MOM y empleaba computadoras digitales. El cohete era maniobrado gracias a motores que podían pivotear. Los actuadores del sistema de movimiento de los motores eran del TsNIIAG. Los motores RD-270 de la primer etapa podían pivotear 8 grados hacia fuera, y 3 grados los motores de la tercer etapa.

Los módulos cohete se conectaban por medio de un sistema de acople desarrollado por
KB Arsenal (M.V. Frunze Arsenal Design Bureau). Los módulos se conectaban en cuatro lugares: en la parte superior de la sección del motor, donde las cargas principales eran transmitidas, en la parte intermedia de la sección de tanques, en la parte superior del módulo, y en el punto de salida de las líneas de propergoles. NIIP MAP desarrolló los sistemas llamados SOB (monitoreo de tanques) y KSURT (administración de propergoles). En la separación de la primer etapa estos sistemas cerraban las válvulas de los propergoles y disparaban la pirotecnia para la separación de la etapa, entre otras acciones. La segunda etapa usaba el sistema de administración de propergoles SKU desarrollado para el UR-500 Proton.

El conjunto UR-700/LK-700 sería ensamblado en Baikonur en las instalaciones del N1. De todas maneras el bureau de diseño KBOM dirigido por Vladimir Barmin encaró el diseño de un complejo de lanzamiento para el UR-700, por si se tomaba la decisión de construir un sitio de lanzamiento dedicado. KBOM preveía construir dos plataformas de lanzamiento separadas entre sí por unos 1 500 m, y un puesto de comando ubicado a 5 km de las mismas. En la plataforma de lanzamiento al UR-700 se lo conectaría por medio de líneas umbilicales triples.
Misiones y Cargas
El anteproyecto preveía la construcción de un vector espacial equipado con poderosos motores RD-270, el cual podría transportar a órbita baja terrestre una carga de unas 150 tn. De esta manera se podría colocar a dos cosmonautas en cualquier punto del 88% de la superficie lunar visible.

Chelomei pensaba que el esquema lunar N1-L3 diseñado por Korolev comprometía la seguridad de la tripulación a un grado inaceptable. El esquema de descenso lunar 'directo' permitía el desarrollo de un sistema de expedición lunar mucho más simple y confiable.

Las características principales del diseño de Chelomei eran:
  • Diseño modular.
  • No se necesitaban de acoples durante la misión.
  • Todas las etapas usarían los propergoles N2O4/UDMH los cuales eran almacenables y tóxicos.
  • Al minimizar el número de piezas, se obtendría una alta confiabilidad en todas las partes del sistema.
  • Los descensos comenzarían lo más pronto posible, ya que se usarían sistemas ya probados. El desarrollo de nuevos equipos era mínimo.
  • Mínimo número de motores principales: las etapas I y II usarían nueve motores
    RD-270 (designación del gobierno 8D420) de 640 tn de empuje cada uno.
  • Las etapas I y II estaban dispuestas en paralelo, todos los motores se encendían en el lanzamiento. AV (Sistema de Emergencia de Apagado de Motor) usado para mantener al vehículo bajo control durante situaciones de emergencia.
  • La tercer etapa sería una adaptación de la primer etapa del UR-500 (tres motores
    RD-254/11D44).
  • Sería usado el complejo de lanzamiento LC-110/11P852 del N1, por lo que el diseño del vehículo tenía que ser compatible con la infraestructura existente en Baikonur desde un punto de vista dimensional y de dinámica de gases.
  • Las misiones iniciales estarían compuestas de dos cosmonautas quienes explorarían la superficie de la Luna a la misma vez. Futuras mejoras introducidas al diseño del vehículo de lanzamiento posibilitarían el envío de tres o más cosmonautas usando el mismo equipo básico.
  • Todos los elementos del vehículo de lanzamiento serían terminados y probados en la factoría antes de enviarlos al cosmódromo. No era necesario construir factorías en el sitio de lanzamiento.
  • El diseño del vehículo tenía la flexibilidad de aceptar distintas cargas de propergoles. Esto significaba que una gama más amplia de ventanas de lanzamiento, lugares de descenso, y trayectorias de vuelo estaría disponible sin tener que rediseñar el vehículo de lanzamiento y la nave espacial.
  • La seguridad de la tripulación estaba asegurada a lo largo de toda la misión mediante el uso de sistemas con redundancia doble o triple, y mediante el uso de la próxima etapa para la ejecución de diversas maniobras en caso de alguna falla de una etapa inferior.
  • El complejo podría ser fácilmente adaptado para una amplia gama de misiones. Por ejemplo, la carga del vehículo de lanzamiento podía ser incrementada si se alargaban los tanques de propergoles. Esto permitía el envío de equipo adicional para implementar misiones de exploración extendidas.
UR-700 Secuencia de Lanzamiento
Secuencia de lanzamiento del UR-700. Este vector hubiera permitido la implementación de misiones lunares directas. (© Mark Wade)

Luego de las primeras misiones del LK-700, sería enviado a la superficie el Complejo Expedicionario Lunar LKE. Éste posibilitaría estudios de larga duración de la superficie selenita y una gama mucho más amplia de investigaciones. El complejo sería enviado a la Luna por medio de dos o tres lanzamientos del UR-700:

  • Lanzamiento 1: Una estación de gran peso es enviada sin tripulación a la superficie lunar.
  • Lanzamiento 2: Nave lunar LK-700 con tripulación. La nave LK-700 proporcionaría el medio de regreso y era capaz de permanecer inactiva por un mes.
  • Lanzamiento 3: Laboratorio Lunar/Rover de gran tamaño.

Las operaciones sobre la superficie lunar tendrían una duración de tres a seis meses. Se recomendó que una unidad LK-700 de reserva se mantuviera lista para el despegue en caso de surgir alguna emergencia.

Una posterior base lunar DLB necesitaría recibir al año 80 tn de diversas cargas comenzando en 1975; después de 1980 sería necesario enviar anualmente unas 150 tn de carga. Las versiones del UR-700/LK-700 podrían manejar esto más fácilmente que las versiones del N1. Versiones posteriores del UR-700 podrían emplear propergoles de alta energía, o incluso etapas superiores nucleares.

Versiones lunares tripuladas de las estaciones Almaz OPS serían estacionadas en órbita lunar para llevar a cabo un reconocimiento detallado de la superficie. Las OPS también serían usadas como un puestos de comando para coordinar las actividades sobre la superficie lunar, y para organizar rescates en el caso de emergencias sobre la superficie.

El estudio del TsNIIMASH recomendaba el UR-700 por sobre el N1 por estas últimas operaciones. El UR-700 también sería usado para:

  • MAK Complejo Automatizado de Marte.
  • Misión automática a Marte para el retorno de muestras de suelo.
  • Orbitador de Júpiter.
  • Sobrevuelo de Júpiter para realizar una misión de estudio del Sol – la gravedad de Júpiter pondría a la sonda en una órbita de tres años con un perihelio de 0,2 Unidades Astronómicas.
  • Sondas de estudio de Saturno.
  • Sobrevuelo tripulado de Marte.
  • Sobrevuelo tripulado de Marte/Venus; la tripulación observaría el Sol, Marte, Venus, y Mercurio.
  • Envío de un orbitador tripulado a Marte.
  • Expedición a la superficie marciana.
  • Resolver 'problemas nacionales económicos y militares' tal como recomendaba el
    NII-4 MO.
  • Soporte de la estación orbital terrestre MKBS: reconocimiento; inspección y destrucción de satélites enemigos; ataque a puntos designados en la superfice.
  • OPDS – Estación Orbital de Abastecimiento y Operaciones la cual tendría módulos múltiples (evidentemente como un reemplazo para la MKBS).
  • Lanzamiento de satélites de gran peso transportando nuevos equipos militares (armas de energía dirigida).
  • TPOKS – Estación orbital tripulada de gran peso equipada con generadores de óptica cuántica, para la defensa y ataque desde el espacio, defensa de las armas
    terrestres-espaciales, aniquilación de los ASATs y ABMs enemigos, destrucción de ICBMs en la fase de ascenso.
  • STSSR – Sistema de grandes satélites estacionarios. Éste se compondría de dos satélites situados en órbitas geoestacionarias, los cuales interferirían los sistemas de radio del enemigo a nivel global. Se encubriría el verdadero propósito del sistema empleando técnicas de ocultación y desinformación llamadas en ruso 'maskirovka'; así, sólo se trataría de 'satélites civiles de TV'.
  • KPUS – Satélite geoestacionario de control y comunicaciones para dirigir operaciones militares.
  • KSTSS – Gran satélite geoestacionario de uso comercial para comunicaciones. El KPUS y el KSTSS serían colocados en órbita por medio de sólo un lanzamiento del UR-700.
  • Satélite de comunicaciones en órbita geoestacionaria para transmisiones en directo.
  • TKA – Nave pesada para combate espacial. El problema de la defensa espacial sería resuelto por una constelación de tales ingenios en dos o tres planos orbitales.
Fuente: Astronautix.com / Russianspaceweb.com
 
Para saber más...


El RD-270, un motor cohete gigante


El proyecto UR-700 dependía fundamentalmente de la disponibilidad de un motor de gran empuje y confiabilidad. En este sentido el equipo de Glushko comenzó a desarrollar en 1962 al RD-270, el cual es considerado como la respuesta rusa al norteamericano F-1 que propulsaba a la primer etapa del Saturno V.

El RD-270 tenía un empuje de 640 tn, lo cual permitía reducir dramáticamente la cantidad de motores necesarios para 'levantar' al vector espacial. A diferencia del F-1, el RD-270 consumía propergoles hipergólicos tóxicos: N2O4 (tetróxido de nitrógeno, oxidante) y UDMH (hidracina, combustible).

Cuando en los '70 el programa lunar fue definitivamente cancelado, el bureau de Glushko había solucionado la mayoría de los problemas técnicos y realizado unas 40 pruebas de encendido, probando así que era posible construir un motor de semejante empuje y tamaño. Tenía un peso de
5 603 kg, un diámetro de 3,30 m y una altura de 4,85 m. Fue el motor cohete de una sola tobera más grande jamás construido en Rusia.

RD-270
RD-270 (© Dietrich Haeseler)
 
1Vasili P. Mishin, Diseñador Jefe del OKB-1 luego de la muerte de Serguei Pavlovich Korolev (1966).
2Nikolai A. Pilyugin, Diseñador Jefe (1948-1982) del Nll-885 y NII AP. Experto en sistemas de guía y control.
3Georgi A. Tyulin, Oficial militar ruso. Vicepresidente Primero del Comité Estatal para la Tecnología de Defensa (GKOT) 1961-1965. Vice Primer Ministro del Ministerio de Construcción de Maquinarias (MOM) 1965-1976.
4Boris Y. Chertok, Diseñador Jefe Adjunto del OKB-1.
5La palabra ullage se refiere al espacio vacío que se encuentra sobre el líquido dentro de un tanque.
 
Mendoza, Argentina, 16 de Agosto de 2007.
Última actualización: 27/01/2013
 
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