Spiral

Prototipo del Spiral exhibido en el Museo Central de las Fuerzas Aéreas en Monino, cerca de Moscú.

El Spiral (en ruso Спираль), también llamado MiG-105 o EPOS (acrónimo ruso de Aeronave Orbital Experimental de Pasajeros) fue un proyecto de transbordador espacial de la Unión Soviética.

Se diseñó con el fin de efectuar misiones de reconocimiento fotográfico, reconocimiento por radar, intercepción orbital o ataque espacio-tierra mediante misiles. El Spiral contaba, además ciertas ventajas respecto a los cohetes convencionales, como poder sostener un elevado ritmo de lanzamientos, ser dos o tres veces más pequeño que un cohete de la misma capacidad de carga, costar de 3 a 3,5 veces menos que un cohete convencional, poder alcanzar cualquier tipo de órbita y no depender del tiempo meteorológico.

El programa fue iniciado en 1965 como respuesta al equivalente norteamericano X-20 Dyna-Soar, cancelado virtualmente en 1970 y resucitado brevemente a mediados de los 70 hasta que el concepto fue definitivamente abandonado frente al del transbordador Buran.

A pesar de su cancelación, la experiencia ganada con el Spiral sirvió para posteriores programas como el Buran. También se ha especulado con la posible continuación del programa en el proyecto Uragan. El Spiral sirvió a la NASA como inspiración para el proyecto del transbordador HL-20.

Para el desarrollo de Spiral se crearon varias versiones a subescala, denominados BOR, destacando la versión final, BOR-4, utilizado tras la cancelación de Spiral en el desarrollo del transbordador Buran.

Configuración

Maqueta del sistema completo.

El Spiral contaba de tres elementos principales:

• Un avión hipersónico reutilizable llamado Spiral 50/50.
• Un cohete desechable de dos etapas.
• El orbitador Spiral, cuya forma le valió el apodo лапоть (pronunciado Lapot, que significa "zueco").

El Spiral 50/50 estaba en la parte de abajo. Sobre su lomo, en una parte acanalada que servía como protección se colocaban el cohete y el orbitador. Una vez se separaba el avión del resto del sistema, el cohete impulsaba el orbitador hasta una órbita provisional.

Avión hipersónico

El avión que servía como primera etapa se benefició de los diseños de los aviones supersónicos Tupolev-144 (de pasajeros) y el Sujoi T-4 (bombardero que no llegó a entrar en producción).

El avión debía haber sido construido por la Oficina de Diseño de Túpolev (OKB-155).

Su forma básica era muy espigada, las alas tenían forma de flecha y contaban con grandes estabilizadores verticales en sus extremos.

Estaba equipado con 4 motores turbo-estratorreactores, montados bajo el cuerpo principal. Se consideraron dos versiones, una conservadora y otra de mayores prestaciones. La conservadora hubiera utilizado queroseno como combustible, hubiera alcanzado Mach 4 y 22-24 km de altura y hubiera permitido colocar en órbita cargas de hasta 5 t. La avanzada hubiera utilizado hidrógeno, alcanzado Mach 6 y 28-30 km de altura y hubiera permitido colocar en órbita cargas de hasta 10,3 t. Tras liberar las etapas superiores, el avión hubiera vuelto al lugar de lanzamiento. Para facilitar el aterrizaje el morro era inclinable, como el caso del Concorde o el Túpolev Tu-144.

Cohete

En primera instancia se pretendía que el cohete utilizara queroseno como combustible y oxígeno como comburente. Posteriormente se pretendía utilizar una combinación hidrógeno-oxígeno, de mayor rendimiento.

Orbitador

El orbitador parece que partió del diseño del avión espacial Tsybin PKA de los años 60, que tenía el mismo apodo.

La tripulación estaba formada por un único tripulante, que accedía al orbitador a través de una escotilla ubicada encima del asiento. La masa total del orbitador era de 8.800 kg. Podía alcanzar órbitas inclinadas entre 45 y 135 grados.

El gran grosor del morro ayudaba a reducir el calor generado durante la reentrada, por lo que fue también adoptado por la NASA para la propuesta HL-20 en los 80.

Una de las características más notables del transbordador es que las alas eran movibles. Se mantenían inclinadas 60 grados durante el lanzamiento, órbita y reentrada, lo que favorecía la estabilidad. Tras la reentrada, una vez se había frenado a velocidades subsónicas, unos actuadores movían las alas a una posición horizontal, lo que favorecía la sustentación.

El transbordador era colocado en una órbita provisional de 130-150 km, que sólo podía mantenerse 2 o 3 revoluciones antes de que el rozamiento provocara la reentrada. Para evitarla era necesario un último impulso que elevara el transbordador a una órbita más alta. Eso se conseguía mediante un motor que desarrollaba una fuerza equivalente a 1.500 kg, con dos motores de emergencia de 40 kg cada uno. Las maniobras orbitales se realizaban mediante seis motores con una fuerza de 16 kg cada uno y para las maniobras finas había diez motores de 1 kg de fuerza cada uno.

Los tanques de combustible se localizaban en el centro del transbordador. Todos los motores utilizaban una combinación de dimetilhidracina asimétrica (combustible) y tetróxido de nitrógeno (comburente). Se tenía previsto desarrollar una versión más avanzada que habría utilizado flúor y amoníaco.

El orbitador contaba bajo con un motor a reacción que, a plena potencia, permitía una autonomía de diez minutos. Esto permitía en caso necesario abortar el aterrizaje, alejarse e intentarlo de nuevo. El motor estaba ubicado bajo el estabilizador central y durante el resto del vuelo estaba oculto para su protección.

En caso de emergencia, el tripulante del orbitador podía salir eyectado en su cabina en una cápsula. Dicha cápsula podía ser activada en cualquier momento del vuelo, ya que contaba con su propio sistema de navegación, motores para salir de órbita y escudo de reentrada (cuya forma era parecida a la de las cápsulas Soyuz).

El aterrizaje se efectuaba con esquís ya que no se confiaba en que unas ruedas convencionales pudieran resistir el calor de la reentrada. El compartimento para alojarlos estaba ubicado en un lateral (no en la parte inferior, como suele ser habitual en las aeronaves) para proteger la integridad del escudo de reentrada.

El escudo de reentrada estaba compuesto por metales muy resistentes al calor, como el niobio, el molibdeno y el wolframio. Estaba articulado para que la dilatación térmica generada por la reentrada no lo dañara.

Versiones

Se diseñaron tres versiones diferentes:

• Reconocimiento: llevaba 500 kg de material militar. Los equipos fotográficos permitían una resolución de 1,2 m para una órbita de 130 km. Hubiera llevado una antena desechable de 12*1,5 m capaz de detectar escuadrones de aviones y grandes bases. Unos motores de flúor y amidol permitían variar la inclinación de la órbita hasta 17 grados.
• Intercepción: llevaba 500 kg de material militar. Unos motores de flúor y amidol permitían variar la inclinación de la órbita hasta 17 grados. Se desarrollaron dos versiones del interceptor:

• Interceptor-inspector: hubiera sido capaz de acercarse a 3-5 km del objetivo, estudiarlo con un visor que amplificaba las imágenes 50 veces y, en caso que se quisiera, atacarlo con hasta 6 misiles de 25 kg cada uno y cuyo alcance máximo era de 30 km. Esta versión hubiera sido capaz de atacar hasta dos objetivos diferentes que ocuparan órbitas que se diferenciaran 7-8 grados y 1.000 km
• Interceptor de largo alcance: hubiera llevado misiles de 170 kg con guiado óptico, capaces de alcanzar objetivos a 350 km de distancia. En esta versión de largo alcance el Spiral también hubiera sido capaz de atacar dos objetivos, que podían encontrarse a alturas de hasta 1.000 km.

• Ataque: llevaba 2.000 kg de material militar. Se hubiera utilizado para atacar buques. El orbitador hubiera contado con un único misil de 1.700 kg, cuya probabilidad de acertar a un portaaviones se estimaba en un 90%. Unos motores de flúor y amidol permitían variar la inclinación de la órbita hasta 7 u 8 grados; además, podía efectuar simultáneamente un cambio de órbita de 1.000 km de altura, tras lo cual su peso se hubiera reducido a 4.900 kg.

Historia

Proyecto

El trabajo en el Spiral comenzó a principios de los 60 en la Mikoyan GKAT OKB-155. En 1965 el diseño inicial estaba completado y se esperaba que el sistema estuviera listo a mediados de los 70.

El coste total de desarrollo se estimó en 453 millones de rublos.

Dada la complejidad del proyecto, se tenía previsto acometerlo en cuatro fases:

• Primera fase: se preveía la construcción de un prototipo tripulado suborbital que pesara unas 11,85 t, incluidas 7,45 de combustible. El prototipo sería soltado desde un bombardero Tu-95 e impulsado mediante dos motores cohete. Se esperaba tener tres de estos prototipos realizando pruebas de vuelo subsónico en 1967 y en 1968, como respuesta al X-15 de Estados Unidos, se realizarían pruebas de vuelo hipersónico.
• Segunda fase: se preveía la construcción de un avión de 6,8 t que tendría la misma forma que el orbitador Spiral y que recibió el nombre de EPOS. El EPOS sería llevado a una órbita de unos 150-180 km de altura mediante un cohete Soyuz y, tras dos o tres revoluciones a la Tierra y maniobrar en el espacio, aterrizaría. Para estos vuelo de prueba en cohetes Soyuz Serguéi Koroliov propuso inicialmente que el orbitador se colocara debajo del cohete y fuera arrastrado por éste. Esta extravagante configuración hubiera eliminado el problema de lanzar una carga tan asimétrica ubicada en el morro del cohete, pero finalmente se optó por colocarlo en el lugar convencional. Se esperaba que se realizaran cuatro vuelos (entre tripulados y automáticos) entre 1969 y 1970.
• Tercera fase: se esperaba que en 1970 se pudieran realizar las primeras pruebas de los prototipos del avión hipersónico. Los cuatro prototipos previstos debían volar hasta Mach 4 y usar queroseno como combustible. Tras analizar los datos, se construirían otro cuatro prototipos que emplearían hidrógeno. Estos nuevos prototipos debían empezar a volar en 1972.
• Cuarta fase: en 1972 debían empezar a realizarse las primeras pruebas del sistema completo, con el avión que usaba queroseno junto a un cohete y un orbitador que usaran hidrógeno. En 1973 debía cambiarse el avión por uno que empleara hidrógeno, con lo que el sistema podía considerarse operativo.
• Fases ulteriores: se estudió la posibilidad de cambiar el oxígeno como oxidante para el cohete y el orbitador por flúor, que tiene un rendimiento más alto. También se estudió la posibilidad de reutilizar el cohete incorporándole motores estratorreactores para que pudiera volar y aterrizar en tierra.

Se tenía previsto construir tres prototipos del orbitador, de igual forma pero un poco más pequeños que la versión definitiva para permitir el lanzamiento en un cohete Soyuz. Los dos primeros prototipos (105-11 y 105-12) debían ser cargados en un bombardero Tupolev-95 y, una vez separados del avión, impulsarse mediante un motor a reacción o un cohete (el primero sólo hasta velocidades subsónicas y el segundo hasta Mach 6-8). El tercer prototipo (105-13) debía ser el primero en llegar a órbita.

Los elevados costes hicieron que se intentara desarrollar sólo el orbitador, que voló en diversas ocasiones tras ser arrojado desde un avión. Sin embargo, no se llegó a enviar nunca al espacio.

Desarrollo

En 1965 se escogió a Gherman Titov como jefe del cuerpo de cosmonautas que iban a volar en el Spiral. Junto a él, en julio se eligió también a Dobrovolskiy, Filipchenko, Kuklin y Matinchenko. En diciembre se cambió la composición del cuerpo de cosmonautas: Titov, Beregovoy, Filipchenko, Kuklin y Shatalov. En diciembre de 1967 se volvió a cambiar los cosmonautas: Titov, Kizim, Kozelskiy, Lyakhov, Malyshev y Petrushenko.

El desarrollo del transbordador se inició en 1967 y los primeros prototipos se ensamblaron con rapidez, pero el Ingeniero Jefe Artyom Mikoyan murió el 9 de diciembre de 1970. Titov, atisbando que el programa no llegaría a fructificar, abandonó el programa ese mismo año. A principios de 1971 el ministro de defensa A. Grenchko determinó que "¡no vamos a apoyar fantasías!", lo cual fue apoyado por Dimitri Ustinov, supervisor de la industria armamentística del Partido Comunista. Así, el proyecto fue transformado en una serie de pruebas de prototipos, en vez de considerarlo como un proyecto realizable. Titov fue sustituido por Filipchenko hasta 1972 que, a su vez, fue sustituido por Khrunov. En el momento de la disolución del cuerpo de cosmonautas, este estaba formado por Illarionov, Khrunov, Kizim, Kozelskiy, Lyakhov y Malyshev.

En junio de 1974 se decidió resucitar el Spiral, aunque no como sistema operativo sino como banco de pruebas para desarrollar tecnologías útiles para futuros transbordadores.

Se hicieron pruebas en los túneles de viento del TsAGI para probar las características aerodinámicas del Spiral.

Los cosmonautas fueron sustituidos por los pilotos de prueba Igor Volk, Valery Menitsky, Aleksandr Fedotov y Vassily Uriadov y Aviard G. Fastovets, siendo este último quien realizó la mayor parte de los vuelos. En febrero de 1976, debido a la elección de construir el transbordador Buran en su lugar, el programa fue abandonado salvo por las pruebas del primer prototipo (105-11), que ya estaba construido. El 105-11 voló en régimen subsónico en ocho ocasiones entre octubre de 1976 y septiembre de 1978. En este último vuelo se produjo un aterrizaje duro, lo que dañó el prototipo. Aunque fue reparado poco tiempo después, se consideró que se habían recabado suficientes datos y el programa fue definitivamente cancelado. El prototipo 105-11 está expuesto en el Museo Central de las Fuerzas Aéreas en Monino.

Herencia

Resto de prototipos

El 105-12, que debía haber realizado vuelos supersónicos, estaba listo cuando el programa se dio por finalizado. Nunca llegó a volar. El 105-13, que debía haber realizado vuelos hipersónicos, sólo tenía completado el fuselaje y se probó en una cámara de vacío para simular las condiciones de reentrada, demostrándose capaz de resistir condiciones de hasta 50 vuelos.

BOR

Los BOR (acrónimo de Avión-cohete Automático Orbital) fueron unos prototipos que sirvieron para probar tecnologías para futuros transbordadores, especialmente en lo concerniente al escudo de reentrada. El prototipo BOR-4 fue una copia a escala 1:2 del Spiral, del cual difería en que se eliminó el motor a reacción y que las alas eran fijas. El BOR-4 voló al espacio en cuatro ocasiones entre 1982 y 1984, dando una vuelta a la Tierra antes de volver a entrar. Aterrizó mediante paracaídas en el Mar Índico y el Mar Negro, donde fue recuperado y preparado para nuevos vuelos.

Uragan

El interceptor Uragan fue un supuesto proyecto soviético para crear un transbordador espacial de combate. Habría partido del diseño del Spiral, constando de su misma forma aunque de mayor masa (13 t) y dotado con misiles y una ametralladora.

El Departamento de Defensa estadounidense creyó que el programa era bien real. Según se dijo, el programa se inició en septiembre de 1978 y se efectuaron cuatro pruebas en órbita entre 1982 y 1984. Desde el principio formaron parte del equipo seis cosmonautas, a los que se sumaron otros tres más. El transbordador iba a ser lanzado con un cohete Zenit. Según creyeron los medios occidentales el programa fue cancelado en septiembre de 1987, poco después de que el accidente del Transbordador espacial Challenger eliminara el programa estadounidense de misiones militares de los transbordadores desde Vandemberg.

Sin embargo, las fuentes rusas (incluso después de la desintegración de la Unión Soviética) mantienen que el programa Uragan nunca existió. Según ellos, los presuntos vuelos del Uragan no fueron más que pruebas del BOR (que partía del diseño del Spiral) y que se estaban realizando como banco de pruebas para el futuro transbordador Buran. Es probable que, en realidad, los servicios de inteligencia de Estados Unidos fueran engañados por una exitosa campaña de desinformación en plena Guerra Fría. Además, la existencia de los programas de transbordadores LKS y OK-M (además del transbordador Buran y el prototipo BOR) pudo contribuir a aumentar la confusión de los estadounidenses.

HL-20

La NASA se inspiró en el diseño del BOR-4 (además de su experiencia ganada años atrás con la serie X) para construir un prototipo de transbordador espacial, el HL-20.

Los Estados Unidos habían recogido información sobre el BOR-4 gracias a aviones de reconocimiento, que lograron fotografiar el prototipo cuando estaba siendo recogido del mar. Los análisis de la forma llevaron a la NASA a la conclusión de que el vehículo tenía buenas características de vuelo desde la reentrada hasta el aterrizaje.

Tras el accidente del Challenger, la NASA estudió la posibilidad de crear una nave de rescate para la Estación Espacial Freedom. Tras estudiar varias opciones se escogió el HL-20, basado en el BOR-4, como nave de rescate. Sin embargo, finalmente, la Freedom no se llegó a construir.

Dream Chaser

A su vez, el HL-20 sirvió como fuente de inspiración a la compañía privada de turismo espacial SpaceDev para diseñar el transbordador Dream Chaser. El transbordador estaba diseñado para ser lanzado verticalmente y alcanzar un vuelo suborbital por sus propios medios. Posteriormente, mediante la incorporación de un cohete, se preveía que el transbordador pudiera realizar vuelos orbitales.

No obstante, en mayo de 2007 la compañía anunció que abandonaba este diseño, optando por uno que recuerda más a un clásico cohete. Según la compañía el nuevo diseño es más ligero, más seguro y más aerodinámico, lo que les permitirá desarrollarlo antes.

Véase también

• X-20 Dyna-Soar
• Transbordador Buran
• BOR-4

Fuentes

• Información del proyecto en la empresa Molniya (en inglés)
• Orbitador Spiral en la Encyclopedia Astronautica (en inglés)
• MiG 105-11 en USSR-airspace (en inglés)
• Spiral 50/50 en la Encyclopedia Astronautica (en inglés)
• El BOR-4 en la Encyclopedia Astronautica (en inglés)
• El interceptor Uragan en la Encyclopedia Astronautica (en inglés)
• El HL-20 en la Encyclopedia Astronautica (en inglés)
• El Dream Chaser (en inglés)
• Se abandona el diseño basado en el Spiral para el Dream Chaser (en inglés)

Enlaces externos

• SPIRAL y EPOS proyecto (en inglés)
• DeepCold (en inglés)
• Maquetas del MiG-105 (en inglés)