Los términos Androgynous Peripheral Attach System ( APAS ), Androgynous Peripheral Assembly System ( APAS ) y Androgynous Peripheral Docking System ( APDS ) [1] [2] se utilizan indistintamente para describir una familia rusa de mecanismos de acoplamiento de naves espaciales , y también se utilizan a veces como nombres genéricos para cualquier sistema de acoplamiento de esa familia. La nave espacial china Shenzhou utiliza un sistema similar al APAS-89/95 . [3]
El nombre del sistema es de origen ruso y es un acrónimo, АПАС , en el alfabeto cirílico, del ruso Андрогинно-периферийный агрегат стыковки ( Androginno-periferiynyy agregat stykovki ). El acrónimo en inglés fue diseñado para tener las mismas letras pero en el alfabeto latino, por lo que las dos primeras palabras son contrapartes directas de las del original. La tercera palabra en ruso proviene del alemán Aggregat , que significa "mecanismo complicado", y la última significa "acoplamiento". Las dos últimas palabras del nombre en inglés fueron elegidas para comenzar con las mismas letras equivalentes que en el nombre ruso. [ cita requerida ]
La idea detrás del diseño es que, a diferencia del sistema de acoplamiento de sonda y freno , cualquier anillo de acoplamiento APAS puede acoplarse con cualquier otro anillo de acoplamiento APAS; ambos lados son andróginos . En cada acoplamiento hay un lado activo y uno pasivo, pero ambos lados pueden cumplir cualquiera de las dos funciones. Hay tres variaciones básicas del APAS.
Desarrollado en conjunto por ingenieros estadounidenses y soviéticos a través de una serie de reuniones en persona, cartas y teleconferencias, el APAS-75 fue inicialmente planeado para ser utilizado en una misión estadounidense a una estación espacial Salyut que en su lugar se convirtió en Apollo-Soyuz . [4] Había diferencias entre la versión estadounidense y soviética del mecanismo de acoplamiento, pero aún eran mecánicamente compatibles. Al principio, los estadounidenses llamaron al dispositivo tanto Mecanismo de Acoplamiento de la Misión de Acoplamiento y Encuentro Internacional (IRDM) como Sistema de Acoplamiento Internacional. [5] El dispositivo se llama Sistema de Acoplamiento Periférico Andrógino (APDS) en el paquete de prensa de la NASA para ASTP. [1]
A diferencia de los sistemas de acoplamiento anteriores, la unidad APAS-75 podía asumir el papel activo o pasivo según fuera necesario. Para el acoplamiento, las guías en forma de pala de la unidad activa extendida (derecha) y la unidad pasiva retraída (izquierda) interactuaban para lograr una alineación general. El anillo que sujetaba las guías se desplazaba para alinear los pestillos de la unidad activa con los pestillos de la unidad pasiva. Una vez que estos se enganchaban, los amortiguadores disipaban la energía residual del impacto en la unidad estadounidense; los atenuadores mecánicos cumplían la misma función en el lado soviético. A continuación, la unidad activa se retraía para unir los collares de acoplamiento. Las guías y los casquillos de los collares de acoplamiento completaban la alineación. Cuatro varillas de empuje con resorte separaban la nave espacial al desacoplarse. [6]
Los estadounidenses seleccionaron a North American Rockwell para construir siete mecanismos de atraque (dos de vuelo, cuatro de prueba y uno de repuesto). [7]
La Unión Soviética construyó cinco naves espaciales Soyuz que utilizaban APAS-75. Las tres primeras volaron como sistemas de prueba ( Cosmos 638 , Cosmos 672 y Soyuz 16 ). Una se utilizó para el Proyecto de Pruebas Apollo-Soyuz, la Soyuz 19 fue la única Soyuz que realmente utilizó el sistema de acoplamiento, y la última voló como Soyuz 22. En el lado estadounidense, el módulo de acoplamiento Apollo-Soyuz llevaba un collar de acoplamiento APAS-75 y un collar de acoplamiento Apollo.
En abril de 1970, el administrador de la NASA, Thomas O. Paine, sugirió, en una reunión informal con el académico ruso Anatoli Blagonravov en Nueva York, que las dos naciones cooperaran en la seguridad de los astronautas, incluyendo equipos de acoplamiento compatibles en estaciones espaciales y naves espaciales para permitir operaciones de rescate en emergencias espaciales. [8]
El ingeniero Caldwell Johnson propuso un sistema de cono y anillo durante una reunión en Moscú en octubre de 1970. [9] Boris N. Petrov rechazó la simple adaptación de Apollo y Soyuz como un "truco espacial" y había propuesto desarrollar un mecanismo de acoplamiento universal. Johnson sugirió que el Centro de Naves Espaciales Tripuladas (MSC) elaborara un "diseño específicamente adecuado a los requisitos de una misión CSM/Salyut particular, siendo el diseño representativo solo de la forma y función fundamentales del mecanismo de acoplamiento que satisfaga los requisitos para un sistema de acoplamiento compatible para futuras naves espaciales". [9]
Durante una reunión en Houston en junio de 1971, el especialista soviético en atraque Valentin N. Bobkov indicó que los soviéticos también estaban a favor de alguna versión del doble anillo y cono. [5] Bobkov ilustró mediante bocetos que el diámetro total del sistema de atraque no podía superar los 1,3 metros, porque cualquier sistema más grande requeriría un cambio en la cubierta de lanzamiento. [5] Cuando Johnson planteó la cuestión de alterar la cubierta, los soviéticos destacaron el gran impacto que tendría tal modificación. [5] Además de tener que diseñar una nueva cubierta, tendrían que probar la aerodinámica de lanzamiento del hardware modificado. [5] Los estadounidenses esperaban defender un túnel más grande, pero tal cambio parecía ser demasiado grande para sus homólogos. [5]
Después de las reuniones de junio, Johnson había puesto a Bill Creasy y sus diseñadores mecánicos a trabajar en el diseño preliminar de un mecanismo de acoplamiento. [5] Cuando la delegación de la NASA partió hacia Moscú, la tripulación de Creasy había diseñado y construido un sistema de acoplamiento de doble anillo y cono de 1 metro que tenía cuatro dedos guía y atenuadores en ambos anillos, de modo que cualquiera de las mitades pudiera estar activa o pasiva durante el acoplamiento. [5] El Laboratorio de Estructuras y Mecánica del MSC hizo películas de 16 milímetros que demostraban este sistema en acción, que Johnson llevó a Moscú en noviembre, junto con un folleto que describía el sistema y un modelo de los pestillos de captura. [5] Para sorpresa de Johnson, Vladimir Syromyatnikov había estado trabajando en una variación del concepto de anillo y cono de la NASA desde el octubre anterior. [5] En lugar de los cuatro dedos guía de la propuesta estadounidense, Syromyatnikov sugirió tres, y en lugar de amortiguadores hidráulicos, propuso atenuadores electromecánicos. [5] En esencia, los soviéticos habían aceptado la idea de utilizar un conjunto de dedos entrelazados para guiar las dos mitades del mecanismo de acoplamiento desde el punto de contacto inicial hasta el de captura. [5] El concepto de utilizar atenuadores que absorbieran los impactos en el anillo de captura de la nave espacial activa para amortiguar el impacto de dos naves espaciales que se juntaran también era aceptable. [5] Ambos grupos de ingenieros planearon retraer la mitad activa del mecanismo de acoplamiento utilizando un cabrestante eléctrico para enrollar un cable. [5] Una vez retraído, se activarían pestillos estructurales o de la carrocería para bloquear las dos naves juntas. Se tuvieron que resolver tres cuestiones básicas (la cantidad de guías, el tipo de atenuadores y el tipo de pestillos estructurales) antes de que pudiera procederse al diseño de un sistema universal. [5]
Johnson, Creasy y los demás ingenieros de la División de Diseño de Naves Espaciales habían querido utilizar cuatro guías porque creían que proporcionaba la mejor geometría al utilizar atenuadores hidráulicos. [5] Como Bill Creasy lo explicó posteriormente, la situación de fallo más probable al utilizar atenuadores hidráulicos sería una fuga que provocaría el colapso de un amortiguador en el impacto. [5] Un estudio de varias combinaciones había llevado a los especialistas del MSC a concluir que cuatro guías y ocho amortiguadores era el diseño óptimo. [5] Creasy señaló también que el problema más probable con un sistema electromecánico sería un bloqueo o atasco de uno de los pares de atenuadores. [5] Por tanto, los soviéticos habían tratado de minimizar el número de pares en su sistema por la misma razón que los estadounidenses habían preferido un número mayor para limitar la probabilidad de que algo saliera mal. [5]
Dado que Estados Unidos no tenía un capital significativo en ingeniería o hardware en su diseño propuesto, y dado que la URSS tenía un capital considerable en su diseño propuesto, se seleccionó el diseño soviético como base para la siguiente fase de estudio. [5]
Al final de la reunión de noviembre-diciembre, los dos equipos habían firmado un conjunto de actas que describían el concepto básico para un sistema de acoplamiento andrógino universal. [5] La declaración formal decía: "El concepto de diseño incluye un anillo equipado con guías y pestillos de captura que se ubicaron en varillas móviles que sirven como atenuadores y actuadores retráctiles, y un anillo de acoplamiento en el que se ubican pestillos de captura de acoplamiento periféricos con un sello de acoplamiento". [5] También se incluyó en las actas información básica sobre las formas y dimensiones de las guías. [5] Debían ser sólidas y no como varillas, como propusieron inicialmente los soviéticos, y tres en número. [5] Siempre que se cumpliera el requisito de absorber las fuerzas de acoplamiento, cada parte era libre de ejecutar el diseño real del atenuador como mejor le pareciera. [5] Los soviéticos planearon utilizar un enfoque electromecánico diseñado para la sonda de acoplamiento Soyuz, y los estadounidenses propusieron quedarse con amortiguadores hidráulicos similares a los utilizados en la sonda Apolo. [5] Esta propuesta también exigía el desarrollo de equipos de atraque que pudieran utilizarse en modo activo o pasivo: cuando el sistema de un barco estuviera activo, el otro sería pasivo. [5]
Al examinar el diseño detallado del mecanismo, las dos partes acordaron además que los pestillos de captura seguirían el diseño desarrollado en MSC y que los pestillos estructurales y el anillo seguirían el modelo soviético. [5] Estos pares de ganchos se habían utilizado con éxito tanto en Soyuz como en Salyut. [5] Además, el grupo estuvo de acuerdo en los detalles relacionados con los pasadores de alineación, los propulsores de resorte (para ayudar en la separación de la nave espacial al desacoplarse) y las ubicaciones de los conectores eléctricos. [5] Para evaluar el concepto del sistema de acoplamiento y garantizar el establecimiento de la compatibilidad en un punto temprano del desarrollo, los hombres planearon construir un modelo de prueba a escala de dos quintos, cuyos detalles exactos se decidirían en la próxima reunión conjunta. [5]
A su regreso a Houston, Caldwell Johnson preparó un memorando para documentar algunos de los entendimientos informales alcanzados en Moscú. [5] Indicó que esto reflejaba "la manera en que los dos países llevarán a cabo y coordinarán la siguiente fase de los estudios de ingeniería de esos sistemas... Los entendimientos... se alcanzaron en la mayoría de los casos fuera de reuniones formales, por lo que no es probable que se informe de otro modo". [5] Por ejemplo, en el área del diámetro de la escotilla, señaló que "se hizo evidente desde el principio... que un diámetro de escotilla mayor de unos 800 mm no podría incorporarse a la nave espacial Salyut sin gran dificultad", pero MSC "hace mucho que se había resignado" a un diámetro de escotilla de prueba de menos de 1 metro. [5] Johnson continuó comentando que "el conjunto del anillo de captura se había denominado de diversas formas anillo y cono, doble anillo y cono, y anillo y dedos. [5] Se acordó a partir de entonces llamar al anillo de captura 'anillo' y a los dedos 'guías'". [5]
Bill Creasy y varios de sus colegas trabajaron con Yevgeniy Gennadiyevich Bobrov en la mesa de dibujo para diseñar estos primeros dibujos de ingeniería soviético-estadounidense. [10] Larry Ratcliff dibujó el anillo de captura y las guías en papel de dibujo, y Robert McElya proporcionó los detalles del anillo de interfaz estructural, mientras que Bobrov preparó un dibujo similar para los pestillos estructurales. [10] TO Ross tomó estos dibujos y realizó un análisis dimensional para asegurarse de que todos los elementos fueran compatibles. [10] El acuerdo sobre las especificaciones técnicas para el sistema de acoplamiento despejó el camino para que la NASA comenzara las conversaciones con Rockwell sobre la construcción del sistema de acoplamiento. [10]
En abril de 1972, los soviéticos informaron a la NASA que habían decidido utilizar una nave espacial Soyuz en lugar de una estación espacial Salyut por razones técnicas y de costo. [4]
La aprobación oficial final de una misión de acoplamiento conjunto llegó en Moscú el 24 de mayo de 1972. El presidente estadounidense Nixon y el primer ministro de la URSS Aleksey N. Kosygin firmaron el Acuerdo sobre la cooperación en la exploración y utilización del espacio ultraterrestre con fines pacíficos, incluido el desarrollo de sistemas de acoplamiento de naves espaciales compatibles para mejorar la seguridad de los vuelos espaciales tripulados y hacer posible la realización de experimentos científicos conjuntos. [8] El primer vuelo para probar los sistemas iba a ser en 1975, con naves espaciales Apollo y Soyuz modificadas. [8] Más allá de esta misión, se esperaba que las futuras naves espaciales tripuladas de las dos naciones pudieran acoplarse entre sí. [8]
En julio de 1972, el grupo se concentró en detallar con más detalle las especificaciones del sistema de acoplamiento. [11] Se hicieron algunos ajustes en las guías y otras partes del mecanismo; al igual que con los otros grupos, se redactó un cronograma para los meses siguientes, indicando los documentos que se debían preparar y las pruebas que se debían realizar. [11] Después de que el equipo examinara en profundidad el sistema de acoplamiento estadounidense a escala de dos quintos, lo que ayudó a los diseñadores a discutir el funcionamiento del mecanismo y decidir sobre los ajustes, programaron pruebas de modelos conjuntos para diciembre. [11] Entonces los ingenieros podrían ver cómo los elementos de interfaz del sistema de un país se acoplaban con los del otro. [11] Los soviéticos dijeron que redactarían el "Plan de prueba para modelos a escala del sistema de acoplamiento Apollo/Soyuz" (IED 50003), mientras que los estadounidenses trazarían las dimensiones del modelo y los accesorios de prueba. [11]
Bajo la dirección de Syromyatnikov, el equipo soviético había preparado su documentación tanto en inglés como en ruso y había preparado su modelo a escala de dos quintos del sistema de acoplamiento para la reunión conjunta. [12] Algunos de los estadounidenses observaron que, si bien el mecanismo de la URSS era mecánicamente más complejo que el estadounidense, era adecuado para la misión y "sofisticado" en su ejecución. [12] Las dos partes revisaron y firmaron el plan de prueba del modelo a escala de dos quintos y programaron la prueba para diciembre en Moscú. [12]
La Revisión Preliminar de Sistemas (PSR) fue planeada como una "revisión formal de configuración... iniciada cerca del final de la fase conceptual, pero antes del inicio del trabajo de diseño detallado" sobre el mecanismo de acoplamiento. [12] Como parte de su presentación a la Junta de Revisión Preliminar de Sistemas (la Junta estaba formada por los Directores Técnicos), Don Wade y Syromyatnikov incluyeron todos los datos de prueba, especificaciones y dibujos para el sistema de acoplamiento, así como una evaluación de diseño para el mecanismo. Después de escuchar su informe, Lunney y Bushuyev sintieron que tres áreas problemáticas necesitaban un estudio más profundo. [12] Primero, el requisito de un propulsor de resorte diseñado para ayudar a separar las dos naves espaciales había llamado su atención, ya que el fracaso de este propulsor para comprimirse correctamente podría impedir la finalización del acoplamiento. [12] Segundo, Lunney y Bushuyev enfatizaron la importancia de un indicador que verificara que los pestillos estructurales estaban correctamente colocados. [12] El sistema americano proporcionó información sobre el funcionamiento de cada pestillo pero no indicó que los sellos de interfaz estuvieran comprimidos, mientras que el sistema soviético dio datos sobre la compresión de los sellos pero ninguno sobre los pestillos. [12] Para asegurar la integridad estructural del túnel de transferencia, era importante saber que los ocho pestillos estaban cerrados. [12] El tercer problema era si era posible que los pestillos estructurales se soltaran inadvertidamente. [12] Bushuyev y Lunney pidieron una reevaluación exhaustiva de todos estos problemas y aconsejaron al grupo que les presentara sus recomendaciones específicas en diciembre y enero. [12]
Las pruebas grupales del modelo a escala de dos quintos y la segunda parte de la Revisión Preliminar de Sistemas para el sistema de acoplamiento fue la última actividad conjunta programada para 1972. [13] Los estadounidenses llegaron a Moscú el 6 de diciembre y trabajaron hasta el 15 de diciembre . [13] Las pruebas de los modelos a escala se llevaron a cabo en el Instituto de Investigación Espacial de Moscú. [13]
Las pruebas de los sistemas de acoplamiento soviéticos y estadounidenses a gran escala comenzaron en Houston durante octubre de 1973. [14]
Cuando la URSS empezó a trabajar en la Mir , también estaba trabajando en el programa del transbordador Buran . El APAS-89 fue concebido para ser el sistema de acoplamiento del Buran con la estación espacial Mir. El diseño del APAS-75 fue modificado en gran medida. El diámetro exterior se redujo de 2030 mm a 1550 mm y los pétalos de alineación apuntaron hacia adentro en lugar de hacia afuera. Esto limitó el diámetro del paso interno del puerto de acoplamiento a unos 800 mm. [15] El transbordador Buran fue finalmente cancelado en 1994 y nunca voló a la estación espacial Mir, pero el módulo Kristall de Mir fue equipado con dos mecanismos de acoplamiento APAS-89. El módulo de acoplamiento Mir , básicamente un módulo espaciador entre Kristall y el transbordador, también utilizó APAS-89 en ambos lados.
APAS fue seleccionado para el programa Shuttle-Mir y fabricado por la compañía rusa RKK Energiya bajo un contrato de $18 millones firmado en junio de 1993. [16] Rockwell International, contratista principal del Shuttle, aceptó la entrega del hardware de Energiya en septiembre de 1994 [16] y lo integró en el Sistema de Acoplamiento del Orbitador del Transbordador Espacial, un complemento que se instaló en la bahía de carga útil y originalmente estaba destinado a usarse con la Estación Espacial Freedom .
Aunque el código de Energia para el transbordador APAS es APAS-95, se ha descrito como básicamente el mismo que APAS-89. [17] Tenía una masa de 286 kg. [16]
El APAS-95 fue seleccionado para unir los módulos estadounidense y ruso en la Estación Espacial Internacional (ISS) y permitir el acoplamiento del Transbordador Espacial. El sistema de acoplamiento del transbordador espacial permaneció sin cambios desde que se utilizó para el Programa Transbordador-Mir en 1995. El anillo de captura activo que se extiende hacia afuera de la nave espacial capturó el anillo de acoplamiento pasivo en la conexión APAS-95 de la estación espacial en el Adaptador de acoplamiento presurizado . El anillo de captura los alineó, los juntó y desplegó 12 ganchos estructurales, trabando los dos sistemas con un sello hermético. Los Adaptadores de acoplamiento presurizados son permanentemente pasivos.
El ASA-G es utilizado únicamente por la esclusa de aire científica (o experimental) de Nauka para atracar en el puerto de proa de Nauka el 4 de mayo de 2023 a las 01:00 UTC durante la caminata espacial VKD-57. El mecanismo de atraque no andrógino es un derivado híbrido único del sistema ruso APAS-89/APAS-95, ya que tiene 4 pétalos en lugar de 3 junto con 12 ganchos estructurales y es una combinación de un mecanismo de acoplamiento suave de "sonda y drogue" activo en el puerto y un objetivo pasivo en la esclusa de aire. [18]
el designador interno de Energiya para el APAS del transbordador es APAS-95, es esencialmente el mismo que el APAS-89 de Buran.
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