Los términos Sistema de conexión periférica andrógina ( APAS ), Sistema de ensamblaje periférico andrógino ( APAS ) y Sistema de acoplamiento periférico andrógino ( APDS ) [1] [2] se utilizan indistintamente para describir una familia rusa de mecanismos de acoplamiento de naves espaciales y, a veces, también se utilizan 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 alfabeto cirílico, del ruso Андрогинно-периферийный агрегат стыковки ( Androginno-periferiynyy agregat stykovki ). El acrónimo en inglés fue diseñado para ser exactamente las mismas letras pero en el alfabeto latino, para el cual 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 se eligieron para que comenzaran con las mismas letras equivalentes que en el nombre ruso. [ cita necesaria ]
La idea detrás del diseño es que, a diferencia del sistema de acoplamiento de sonda y drogue , cualquier anillo de acoplamiento APAS puede acoplarse con cualquier otro anillo de acoplamiento APAS; ambos lados son andróginos . En cada atraque hay un lado activo y otro pasivo, pero ambos lados pueden cumplir cualquiera de los dos roles. Hay tres variaciones básicas del APAS.
Desarrollado conjuntamente por ingenieros estadounidenses y soviéticos a través de una serie de reuniones en persona, cartas y teleconferencias, inicialmente se planeó utilizar APAS-75 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 Atraque de la Misión Internacional de Encuentro y Atraque (IRDM) como Sistema de Atraque Internacional. [5] El dispositivo se llama Sistema de Atraque Periférico Andrógino (APDS) en el paquete de prensa de la NASA para ASTP. [1]
A diferencia de los sistemas de atraque anteriores, cualquiera de las unidades APAS-75 podría 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) interactuaron para una alineación aproximada. El anillo que sujetaba las guías se movió para alinear los pestillos de la unidad activa con los pestillos de la unidad pasiva. Una vez atrapados, los amortiguadores disiparon la energía residual del impacto en la unidad estadounidense; Los atenuadores mecánicos cumplían la misma función en el lado soviético. Luego, la unidad activa se retrajo para juntar los collares de acoplamiento. Las guías y los casquillos en los collares de acoplamiento completaron la alineación. Cuatro empujadores de resorte separaron la nave durante el desacoplamiento. [6]
Los estadounidenses eligieron al norteamericano 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. Los tres primeros volaron como sistemas de prueba ( Cosmos 638 , Cosmos 672 y Soyuz 16 ). Uno se utilizó para el proyecto de prueba 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 materia de seguridad de los astronautas, incluido equipo de acoplamiento compatible en estaciones y naves espaciales para permitir operaciones de rescate en emergencias espaciales. [8]
El ingeniero Caldwell Johnson propuso un sistema de anillo y cono durante una reunión en Moscú en octubre de 1970. [9] Boris N. Petrov rechazó la simple adaptación de Apolo y Soyuz como un "truco espacial" y había propuesto desarrollar un mecanismo de acoplamiento universal, sugirió Johnson. que el Centro de Naves Espaciales Tripuladas (MSC) elabore un "diseño específicamente adecuado a los requisitos de una misión particular CSM/Salyut, siendo el diseño representativo únicamente de la forma y función fundamentales del equipo de acoplamiento que satisfaga los requisitos de un sistema de acoplamiento compatible para futuras naves espaciales". " [9]
Durante una reunión en Houston en junio de 1971, el especialista en atraques soviético Valentin N. Bobkov indicó que los soviéticos también favorecían alguna versión del doble anillo y cono. [5] Bobkov ilustró mediante bocetos que el diámetro total del sistema de atraque no podía exceder 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 el sudario, los soviéticos enfatizaron el gran impacto que tal modificación tendría. [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 a 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 cono y anillo doble de 1 metro que tenía cuatro dedos guía y atenuadores en ambos anillos, por lo que cualquiera de las mitades podía estar activa o pasiva durante el acoplamiento. . [5] El Laboratorio de Estructuras y Mecánica del MSC hizo películas de 16 milímetros que demuestran este sistema en acción, que Johnson llevó a Moscú en noviembre, junto con un folleto que describe 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 octubre anterior. [5] En lugar de los cuatro dedos guía en 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 par de dedos entrelazados para guiar las dos mitades del equipo de atraque desde el punto de contacto inicial hasta la captura. [5] El concepto de utilizar atenuadores de absorción de impactos en el anillo de captura de la nave espacial activa para amortiguar el impacto de dos naves espaciales que se juntan también era aceptable. [5] Ambos grupos de ingenieros planearon retraer la mitad activa del equipo de atraque utilizando un cabrestante eléctrico para enrollar un cable. [5] Una vez retraídos, los pestillos estructurales o del cuerpo se activarían para bloquear los dos barcos juntos. Debían resolverse tres cuestiones básicas (el número de guías, el tipo de atenuadores y el tipo de pestillos estructurales) antes de poder continuar con el diseño de un sistema universal. [5]
Johnson, Creasy y los demás ingenieros de la División de Diseño de Naves Espaciales querían utilizar cuatro guías porque creían que proporcionaban la mejor geometría al utilizar atenuadores hidráulicos. [5] Como Bill Creasy lo explicó posteriormente, la situación de falla más probable al usar atenuadores hidráulicos sería una fuga que causaría que un amortiguador colapsara en el impacto. [5] Un estudio de varias combinaciones llevó a los especialistas de MSC a concluir que cuatro guías y ocho amortiguadores era el diseño óptimo. [5] Creasy también señaló que el problema más probable con un sistema electromecánico sería la congelación o unión de uno de los pares de atenuadores. [5] Así, 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 una equidad significativa en ingeniería o hardware en su diseño propuesto, y dado que la URSS tenía una equidad 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 una serie de actas que describían el concepto básico de 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 estaban ubicados en varillas móviles que sirven como atenuadores y actuadores retráctiles, y un anillo de acoplamiento en el que se ubican pestillos de captura periféricos acoplados con un dispositivo de acoplamiento. sello." [5] En las actas también se incluyó información básica sobre las formas y dimensiones de las guías. [5] Debían ser sólidos y no como varillas; como lo propusieron por primera vez los soviéticos, y son tres. [5] Siempre que se cumpliera el requisito de absorber las fuerzas de acoplamiento, cada lado 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 seguir con amortiguadores hidráulicos similares a los utilizados en la sonda Apolo. [5] Esta propuesta también pedía el desarrollo de equipos de atraque que pudieran usarse en modo activo o pasivo; cuando el sistema de una nave 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 los pestillos estructurales y el anillo seguirían el patrón soviético. [5] Estos pares de anzuelos 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 en el desacoplamiento) y las ubicaciones de los conectores eléctricos. [5] Para evaluar el concepto del sistema de acoplamiento y garantizar la compatibilidad en una etapa temprana 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. reunión. [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 conducirán y coordinarán la próxima fase de los estudios de ingeniería de esos sistemas... Los entendimientos... se alcanzaron la mayoría de las veces fuera de reuniones formales, y por lo tanto no es probable que se informe de otra manera". [5] Por ejemplo, en el área del diámetro de la escotilla, señaló que "se hizo evidente desde el principio... que un diámetro de escotilla superior a unos 800 mm no podía incorporarse a la nave espacial Salyut sin gran dificultad", pero MSC "hacía tiempo que se había reconciliado" con un diámetro de trampilla de prueba de menos de 1 metro. [5] Johnson continuó comentando que "el conjunto del anillo de captura se había llamado de diversas formas anillo y cono, anillo doble y cono, y anillo y dedos. [5] Se acordó en adelante 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-estadounidenses. [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 luego 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 conversaciones con Rockwell sobre la construcción del sistema de acoplamiento. [10]
En abril de 1972, los soviéticos informaron a la NASA que habían elegido 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 conjunta se produjo 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 de cooperación en la exploración y utilización del espacio ultraterrestre con fines pacíficos, incluido el desarrollo de sistemas de acoplamiento de naves espaciales compatibles. mejorar la seguridad de los vuelos espaciales tripulados y hacer posibles experimentos científicos conjuntos. [8] El primer vuelo para probar los sistemas iba a realizarse 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 para el sistema de acoplamiento. [11] Se hicieron algunos refinamientos en las guías y otras partes del mecanismo; Al igual que con los demás grupos, se redactó un cronograma para los próximos meses, indicando los documentos a preparar y las pruebas a realizar. [11] Después de que el equipo examinó minuciosamente el sistema de acoplamiento estadounidense a escala de dos quintos, lo que ayudó a los diseñadores a discutir el funcionamiento del mecanismo y decidir las mejoras, programaron pruebas conjuntas del modelo 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 Apolo/Soyuz" (IED 50003), mientras que los estadounidenses elaboraron 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 atraque para la reunión conjunta. [12] Algunos de los estadounidenses observaron que si bien el mecanismo de la URSS era más complejo mecánicamente 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 dos quintos y programaron la prueba para diciembre en Moscú. [12]
Se planeó que la Revisión Preliminar de Sistemas (PSR) fuera una "revisión de configuración formal... iniciada cerca del final de la fase conceptual, pero antes del inicio del trabajo de diseño detallado" en el mecanismo de acoplamiento. [12] Como parte de su presentación ante la Junta de Revisión de Sistemas Preliminares (siendo la Junta 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 del diseño para el mecanismo. Después de escuchar su informe, Lunney y Bushuyev sintieron que tres áreas problemáticas necesitaban más estudio. [12] En primer lugar, les llamó la atención el requisito de un propulsor de resorte diseñado para ayudar a separar las dos naves espaciales, ya que si este propulsor no se comprime adecuadamente podría impedir que se complete el acoplamiento. [12] En segundo lugar, Lunney y Bushuyev enfatizaron la importancia de un indicador que verificara que los pestillos estructurales estuvieran correctamente colocados. [12] El sistema americano proporcionó información sobre el funcionamiento de cada pestillo pero no indicó que los sellos de la interfaz estuvieran comprimidos, mientras que el sistema soviético proporcionó datos sobre la compresión de los sellos pero ninguno para 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 todas estas cuestiones 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 atraque fueron las últimas actividades conjuntas programadas 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 realizaron en el Instituto de Investigación Espacial de Moscú. [13]
Las pruebas de los sistemas de atraque soviéticos y estadounidenses a gran escala comenzaron en Houston en octubre de 1973. [14]
Cuando la URSS empezó a trabajar en Mir , también estaban trabajando en el programa del transbordador Buran . Se concibió que APAS-89 sería el sistema de acoplamiento de Buran con la estación espacial Mir. El diseño del APAS-75 fue muy modificado. El diámetro exterior se redujo de 2030 mm a 1550 mm y los pétalos de alineación apuntaban hacia adentro en lugar de hacia afuera. Esto limitó el diámetro del paso interno del puerto de atraque 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 estaba equipado con dos mecanismos de acoplamiento APAS-89. El módulo de acoplamiento Mir , básicamente un módulo espaciador entre Kristall y el Shuttle, también utilizó APAS-89 en ambos lados.
APAS fue seleccionado para el programa Shuttle-Mir y fabricado por la empresa rusa RKK Energiya en virtud de un contrato de 18 millones de dólares firmado en junio de 1993. [16] Rockwell International, contratista principal del Shuttle, aceptó la entrega de hardware de Energiya en septiembre de 1994 [16] y lo integró en el sistema de acoplamiento Orbiter de los transbordadores espaciales, un complemento que se instaló en el compartimiento de carga útil y originalmente estaba diseñado para usarse con la Estación Espacial Freedom .
Aunque el código de Energia para el Shuttle APAS es APAS-95, se ha descrito que es básicamente el mismo que APAS-89. [17] Tenía una masa de 286 kg. [dieciséis]
APAS-95 fue seleccionado para unirse a los módulos estadounidense y ruso en la Estación Espacial Internacional (ISS) y permitir el acoplamiento del transbordador espacial. El sistema de acoplamiento del orbitador del transbordador se mantuvo sin cambios desde que se utilizó para el programa Shuttle-Mir en 1995. El anillo de captura activo que se extiende hacia afuera desde 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, asegurando los dos sistemas con un sello hermético. Los adaptadores de acoplamiento presurizados son permanentemente pasivos.
Lo utiliza únicamente la esclusa de aire Nauka Science (o Experiment) para atracar en el puerto avanzado 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 sistema blando activo de "sonda y embudo". Mecanismo de muelle en puerto y objetivo pasivo en esclusa de aire. [18]
Aunque el designador interno de Energiya para el Shuttle APAS es APAS-95, es esencialmente el mismo que el APAS-89 de Buran.
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