De la Travesía de los Océanos a la Travesía a la Luna: El Sextante.

Cómo se usó una herramienta de la Era del Descubrimiento en la Era del Espacio.


Jim Lovell trabajando en la estación de navegación Apollo 8. Crédito: NASA/Bill Anders.

En el transcurso de una década, el programa Apollo (¡además de aterrizar a los humanos en la Luna seis veces!) Produjo una increíble variedad de avances técnicos y logros. Pero muchas personas no saben que, además del ejército de empleados de la NASA que trabajaron en las misiones, el verdaderamente milagroso Apollo Guidance Computer (AGC) y la red mundial de estaciones de rastreo que ayudaron a los astronautas a llegar y venir de la Luna, un dispositivo descendiente de la antigüedad se incluyó a bordo de los módulos de comando para ayudar con la guía y la navegación: un sextante.


Un sextante tradicional, como el tipo que se puede usar en los veleros.
Personal del Museo USGS, Estudio Geológico de los Estados Unidos.

Fundamentos de sextante
Los sextantes miden la distancia angular entre dos objetos diferentes, generalmente estrellas distantes, aunque en la Tierra, el Sol y la Luna también se pueden usar como ayudas de navegación. La información derivada de los sextantes se puede usar para identificar la posición de uno en un mapa o tabla y es de vital importancia cuando no hay terreno a la vista. Los sextantes se adoptaron ampliamente después de su introducción en la década de 1700, ya que podían usarse de día o de noche y operarse incluso a bordo de una plataforma cambiante o inestable. Los sextantes se han utilizado durante siglos en la Tierra, generalmente a bordo de barcos en el mar, pero también funcionan a bordo de aviones (las primeras versiones del venerable Boeing 747 venían equipadas con un puerto de sextante para realizar avistamientos ópticos). Desde un punto de vista práctico, los sextantes no requieren energia y trabajan independientemente de otros sistemas de navegación, y, como tal, puede emplearse como seguro contra fallas si falla la energía eléctrica y / o las comunicaciones. El sextante de Apolo jugó precisamente este papel, trabajando con el AGC y, a menudo, funcionando como una ayuda de navegación. El personal en tierra comparó sus resultados calculados con los obtenidos a través del sextante como una copia de seguridad adicional.

El sextante Apollo combinó dos dispositivos ópticos separados que funcionaron en conjunto como un sextante funcional: un telescopio de campo amplio 1x (que se usó para identificar una constelación objetivo o una estrella) y un telescopio 28x (que se usó para hacer la medición del ángulo real). Basándose en esta medida, que era extremadamente precisa, el AGC podría calcular la posición del Módulo de Comando en base a los datos almacenados previamente. En el transcurso de una misión completa, constelaciones, estrellas, la Tierra y la propia Luna fueron todos objetivos del sextante.

Una herramienta multipropósito
El sextante de Apolo se usó en la Tierra y en la órbita lunar, así como en el trayecto entre la Tierra y la Luna. Jugó diferentes roles en cada uno de esos contextos: en órbita alrededor de la Tierra o la Luna, el sextante podría usarse para calcular la altitud y la posición de la nave espacial; mientras que en tránsito entre la Tierra y la Luna, podría usarse para calcular la actitud (orientación), posición y velocidad de la nave espacial. Una actitud adecuada durante el vuelo hacia y desde la Luna fue fundamental para que con las correcciones mediante encendidos de motor precisos alcanzasen la Luna e insertasen correctamente la nave espacial en la órbita lunar deseada.


Un sextante de Apolo en exhibición en el Museo Nacional del Aire y del Espacio.
Crédito: Dog Adler.
Un esquema simplicado de la óptica del Módulo de Comando.

El dispositivo se usó repetidamente a lo largo del programa Apollo en muchas fases de las misiones, hasta e incluyendo el reingreso. Aunque todos los astronautas del Programa Apolo fueron entrenados en cierta medida en el uso del sextante, quizás su uso más famoso fue el de Jim Lovell a bordo del Apollo 8 durante su vuelo circumlunar. El dispositivo se integró en el programa de vuelos espaciales tripulados antes de que la NASA se diera cuenta de cuánto dependerían los astronautas de la ayuda del equipo de tierra y en un momento en que había temores reales de que la Unión Soviética intentara «interrumpir» las comunicaciones entre el Control Terrestre y los astronautas en una misión espacial.

(Aunque parezca una tontería pensar de esta manera ahora, vale la pena recordar que la Carrera espacial tuvo lugar en el momento culminante de la Guerra Fría, cuando esas preocupaciones se generalizaron y se tomaron muy en serio).


Telescopio y sextante del Módulo de Comando de Apollo 9 vistos desde el exterior. Crédito: NASA.

El sextante también podría usarse como un simple telescopio cuando sea necesario. En julio de 1969, Michael Collins intentó, sin éxito, utilizar el sextante de Apolo 11 para encontrar el Módulo Lunar «Águila» en el Mar de la Tranquilidad después de aterrizar. Su falla probablemente se debió al hecho de que Neil Armstrong había pilotado la nave a un sitio a unas cuatro millas (seis kilómetros) de la zona de aterrizaje prevista. En noviembre de 1969, durante la misión Apollo 12, Richard Gordon pudo usar la porción de telescopio 28x del sextante en el Módulo de Comando «Yankee Clipper» para ver claramente el Módulo Lunar «Intrepid» y la sonda «Surveyor» cercana en el «Océano de las Tormentas» de la Luna después de que Pete Conrad y Alan Bean aterrizaron.

Para aquellos que sienten curiosidad por ver el sextante en uso, a continuación se incluye un video hecho por la NASA, que entre otras, presenta una escena de Lovell operando el sextante durante Apolo 8.

Mientras que las misiones tripuladas a la Luna o incluso a Marte están cada vez más próximas de realizarse, parece probable que los futuros astronautas que viajen a estos destinos puedan llevar un sextante dada la precisión, la facilidad de uso y el valor de dicho dispositivo, además de los otros dispositivso de última tecnología que llevan consigo. A veces las viejas soluciones son realmente las mejores.

Fuente: Astronomy Magazine.

Artículo original: «The story of the Apollo sextant«. Doug Adler. June 4, 2018.

Material relacionado:

Cuando los aviones fueron capaces de realizar travesías transoceánicas, el sextante fue la principal herramienta disponible para los navegadores. Se usó con un reloj preciso, datos de tres volúmenes de mesas de reducción de visión y un Almanaque de aire . El sextante se utilizó para medir la altitud de los objetos celestes sobre el horizonte. Las primeras aeronaves transoceánicas volaban a alturas relativamente bajas por lo que no eran presurizadas y algunas tenían un domo de vidrio encima de la cabina, desde el cual el navegante hacia las observaciones con el sextante. Ver:

History of Trans-Oceanic Navigation and Communication at Seaboard. Captain Ken Kahn.

Un Douglas DC4 de la década de los 50. Sobre la cabina tiene un astrodomo de vidrio en el que, en las travesías transoceánicas, el navegante utilizando el sextante tomaba medidas angulares de las posiciones de las estrellas, que luego de procesadas le permitían conocer su posición. Crédito: Seaboard / Cap. Ken Kahn.

Luego con el advenimiento de los motores a chorro, los aviones necesitaron elevar su altura para transitar por aires menos densos y asi aumentar su velocidad y rendimiento, por lo cual fue necesario presurizar sus cabinas, lo que eliminó el uso de los domos de observación, que fueron sustituidos por sistemas con periscopio. Puedes verlo en el siguiente artículo:

Vickers VC10. Oddities and Innovations. Jelle Hieminga .

La aeronave de fabricaicón británica VIckers VC 10 de la década de los 60, de la desaparecida empresa BOAC, equipada con 4 turbojets. El interior de estos aviones es presurizado lo que obligó a proveer un periscopio en la cabina para el uso del sextante. Crédito de la Imagen: BOAC.
En el techo de la Cabina del Vicker VC 10 de la Royal Air Force (RAF), se aprecia el sextante unido al sistema de periscopio.

El Boening 707 tenía también el sextante unido al sistema de periscopio, lo mismo que las primeras versiones del «Jumbo», Boeing 747.

Sistema de Navegación Guiado y Control de una nave espacial APOLO.

El Sistema de Navegación Guiado y Control de la naves Apolo fue diseñado en el Laboratorio de Instrumentación del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT). Consistía de una Unidad de Medida Inercial (Inertial Measurement Unit, IMU), trabajando en equipo con la Computadora de Navegación y también de un sextante. Tenian también el rastreo de su posición desde tierra.

 Para permitir correcciones en el curso a mitad de vuelo, el Laboratorio de Instrumentación también diseñó un telescopio y un sextante que juntos podrían ayudar a ubicar la nave en el espacio. Usando un ocular en la consola del módulo de comando, un astronauta podría encontrar un trío de puntos de referencia (por ejemplo, el horizonte de la Tierra, el de la luna y Alpha Centauri) y presionar un botón. La computadora a bordo calcularía la posición de la nave desde los ángulos entre los avistamientos. Puedes vertodo lo referente al Sistema de Navegación Guiado y Control en el siguiente artículo:

Apollo’s Rocket Scientists. Forty years ago, NASA put a man on the Moon. But MIT did the steering. Larry Hardesty. MIT Technology Review. October 20, 2009.

Sobre la Computadora de NAvegación Guiado y Control de Apolo el siguiente artículo pcontiene en al apartado «Material relacionado» una selección de recursos:

Escena en el MIT: Código Apollo de Margaret Hamilton. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Marzo 22, 2019.

Un técnico de MIT ingresando datos en la consola de la Computadora de Navegación, en un simulador del Módulo de Comando de una Nave Apolo. Frente a él y por encima está el sistema del sextante. Crédito: MIT.

Un interesante artículo, que muestra uno de los problemas técnicos de incertidumbre de las medidas que tuvieron que afrontar los técnicos de navegación del Programa Apolo se presenta en el siguiente artículo:K

Entendiendo lo invisible. El problema de rastrear la trayectoria de una nave espacial Apolo. Carlos Costa. Asociación de Aficiondos a la Astronomía de Uruguay. Marzo 26, 2019.

Sistema de Navegación Guiado y Control del Módulo Lunar

EL Sistema de Navegación Guiado y Control del Módulo Lunar era idéntico al del Módulo de Comando con una simplificación en el sistema del sextante.

Cabina y Cockpit del Módulo Lunar. Protegido por las barras amarillas está el visor del telescopio del sextamte Entre los dos puestos de comando y en la parte inferior del Cockpit (a la derecha de la mano del manequí) están el teclado y el display de la Computadora de Navegación Guiado y Control. Crédito: NASA.

En el siguiente video, William S. Hammack describe el Telescopio óptico de alineación utilizado en el Módulo Lunar en las misiones Apolo a la Luna. Este telescopio tomó observaciones de estrellas que se utilizaron para alinear el sistema de guía del Módulo. Bill muestra cómo el telescopio usó una espiral de Arquímedes inscrita en su ocular para reemplazar los motores pesados, los engranajes helicoidales y las pistas rígidas utilizadas en un sextante tradicional: este peso afeitado del Módulo Lunar y le permitió transportar más combustible.

Apollo: The Alignment Optical Telescope. William S. Hammack / University of Illinois.

EL Sextante como equipo de respaldo en la Estación Espacial Internacional.


El astronauta Alexander Gerst aprende a usar un sextante en una maqueta del Módulo de la Cúpula de la ISS. Crédito: NASA .

NASA’s Newest Backup Navigation Tool is Centuries – Old Technology. Kiona N. Smith. Forbes.

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