La Luna y los viajes espaciales interplanetarios en el 50 Aniversario de la primera misión tripulada en circunvalarla: Apolo 8. Una reseña.

La NASA liderará el desarrollo de la Puerta de enlace , una nave espacial permanente que orbitará la Luna, para que sirva de base para misiones humanas y robóticas a la superficie de la Luna y, en última instancia, a Marte . El primer laboratorio lunar en órbita será un hogar y una oficina temporales para astronautas por hasta tres meses a la vez, y es probable que las entregas de carga estén programadas cuando la tripulación no esté presente. Más Información.

Crédito: NASA

Desde principios de la década pasada al presente, se ha retomado el estudio de la Luna con misiones no tripuladas de carácter científico, como preámbulo a las futuras misiones tripuladas para instalar bases

permanentes en dicho astro con el fin de explotar sus recursos, en particular el agua, de la cual es posible obtener Oxígeno e Hidrógeno, como comburente y combustible respectivamente, para los motores de

cohetes en misiones interplanetarias.

Más aún, el objetivo es construir todo lo que sea posible para una misión espacial tripulada interplanetaria en la Luna, que de otra manera deberían construirse y lanzarse desde la Tierra, pero entonces, con todas las provisiones y combustible necesarios para el viaje, con costos exorbitantes debido a la fuerte gravedad de nuestro planeta en relación a la de la Luna (poner 1 gramo de material en órbita baja terrestre cuesta alrrededor de 10.000 dólares con la vieja tecnología de cohetes, es decir los no reusables).

Esto está debidamente fundamentado con estudios en profundidad.

Las naves para misiones interplanetarias tripuladas se lanzarían desde la Tierra con los propelentes necesarios para llegar a un puesto de avanzada en órbita cislunar ( una órbita particular entorno a la Luna muy elíptica, o

sea de alta excentricidad, pero estable), es decir una Estación Espacial, llamada Portal para el Espacio Profundo, donde atracarían y serían dotadas de los propelentes y provisiones necesarios traídos de la Luna para continuar el viaje interplanetario.

Pero toda este plan está basado en las capacidades tecnológicas adquiridas para llegar a la Luna con una nave tripulada, insertarse en órbita lunar y posteriormente salir de órbita, demostradas por primera vez por la Misión Apolo 8.

Partes de una nave espacial Apolo. De izquierda a derecha, el Módulo de Comando, el Módulo de Servicio y el Módulo Lunar compuesto de 2 partes: la cabina de los astronautas llamada Módulo de Ascenso y el Módulo de Descenso que es una plataforma de forma octogonal con 4 patas. La configuración que se muestra en la figura es la de lanzamiento encima del cohete Saturno V. Como se ve el Módula Lunar iba colocado contra la tobera del Módulo de Servicio, por lo que luego del lanzamiento y alcanzada la órbita terrestre la primera maniobra

consistía en colocar el módulo Lunar adelante, acoplado al Módulo de Comando para dejar libre dicha tobera como se muestra en la figura de abajo. Una maniobra crítica.

Configuración de vuelo de una nave Apolo con el Módulo Lunar acoplado al Módulo de Comando.

Para dar el verdadero valor a este logro, debemos tener presente las cirunstancias en que tuvo lugar la misión.

Anteriormente a Apolo 8 las naves que habían circunvalado la Luna, eran naves no tripuladas y de muy bajo peso ya que no tenían como requerimiento regresar a nuestro planeta, sino que eran naves de exploración que debían alunizar, adquirir y transmitir datos a la Tierra.

Así por ejemplo los alunizadores no tripulados del Programa Surveyor enviados por los americanos durante la segunda mitad de la década de los sesenta, para explorar la superficie Lunar como antesala a un descenso

tripulado en nuestro satélite natural tenían un peso de lanzamiento en la Tierra de unos 1000kg., mientras que Apolo formada por tres componentes, el Módulo de Comando, el Módulo de Servicio y el Módulo Lunar (de

prueba), pesaba en el lanzamiento 37.870 kg, es decir 38 veces más. Es la misma relación que existe entre un coche común para 4 pasajeros y un camión con una carga de 28.000 kg en su caja. Su comportamiento dinámico es totalmente diferente.

Todos los sitios de aterrizaje de Surveyor , excepto el último, se seleccionaron principalmente porque estaban siendo considerados como sitios de aterrizaje de Apolo . El sitio seleccionado para Surveyor 3 estaba en la parte sureste de Oceanus Procellarum. La nave espacial se detuvo en un cráter moderado y redondeado de unos 200 metros de diámetro, aproximadamente 370 kilómetros al sur del cráter Copérnico. Más tarde, este sitio fue de hecho el lugar de aterrizaje de una misión de Apolo . El Apolo 12 aterrizó cerca y la tripulación visitó el lugar de aterrizaje del Surveyor 3 y realizó una investigación de la nave espacial. Más información. Crédito: NASA.

Esto sugería que antes de mandar un vuelo tripulado a circunvalar la Luna y regresar a la Tierra, debía previamente hacerse un vuelo de prueba no tripulado con la misma nave y la misma carga que luego llevaría la futura misión tripulada para probar a fondo el funcionamiento de todos sus sistemas y comportamiento, lo que efectivamente estaba planificado hacerse en el Programa Apolo.

Apolo 7, la misión anterior lanzada a principios de Octubre de 1968, había sido la primera misión tripulada del Programa Apolo y se había limitado a probar las comunicaciones y, todos los sistemas y la capacidad de maniobra

en órbita baja, de los Módulos de Comando y Servicio practicando la maniobra de acercamiento con la última fase del Saturno 5, ya que el Módulo Lunar, con el cual debería realmente haberse hecho la maniobra, todavía no estaba disponible.

La situación en 1968 era de una fuerte competencia con los rusos en la “Carrera Espacial”; éstos a mediados de Septiembre de ese año enviaron la nave espacial Zond 5 con tortugas a bordo y otros organismos vivientes a

circunvalar la Luna y regresar a la Tierra, para evaluar los efectos de un tal viaje sobre criaturas vivientes; fue la primera misión que se conozca que circunvaló la Luna y regresó a la Tierra de forma exitosa, lo que era un

presagio de un inminente descenso tripulado ruso en la Luna.

Zond 5 se lanzó el 14 de Septiembre de 1968. Dirigido a la Luna, contenía una carga biológica que incluía moscas del vino, gusanos de la comida, plantas, bacterias y … dos tortugas rusas . Zond 5 tomó una trayectoria circunlunar, lo que significa que giró alrededor de la Luna, pero no entró en múltiples órbitas a su alrededor. En la foto compuesta se muestra la recuperación de la Zond 5 en el Océano Índico y las tortugas sanas y reactivas luego del viaje. Más información. Crédito: pikabu.ru.

Por otro lado se estaba trabajando intensamente en la solución de dos problemas importantes que había presentado el cohete Saturno 5 en vuelos anteriores: una pérdida en la línea de alimentación de Hidrógeno cuando se encontraba en el vacío del espacio y unas fuertes oscilaciones, que luego de estudiadas, se adjudicaron a que la frecuencia de vibración

de los motores coincidía con la frecuencia de resonancia de la estructura del cohete, entrando toda la estructura en resonancia.

A su vez el módulo Lunar entregado por Grumman presentaba una multitud de problemas, que llevó a los directores de la Misión a dilatar su certificación al mes de Febrero del año siguiente, 1969, muy cerca de la fecha comprometida para el aterrizaje tripulado en la Luna a mediados de ese año.

La solución de los problemas del Saturno 5 y el retraso en la certificación del Módulo Lunar, estaban imponiendo al Programa un importante retraso en lo planificado, que junto a la presión impuesta por la Carrera Espacial, indicaba que de no tomarse una decisión drástica, se desvanecían las posiblidades de hacer un descenso tripulado en la Luna antes de

que terminase la década de los sesenta, objetivo primario del Programa Apolo, comprometido por el Presidente J.F. Kennedy.

Fue entonces que el Director de Vuelos Espaciales de la NASA George Lowe, propuso saltar pasos planificados del programa e ir directamente a circunvalar la Luna en una misión tripulada y sin un Módulo Lunar ya que no estaba pronto, pero sí para ver el comportamiento dinámico de la nave y comprobar el eficaz funcionamiento de todos sus sistemas. Habiendo consultado a los responsables de las distintas áreas técnicas involucradas y de operaciones del proyecto y obtenido el respaldo de todos ellos, la propuesta le fue presentada al entonces Administrador de la NASA, James Webb, quien luego de varias deliberaciones le dio la aprobación final.

Fue tan apretado el cronograma para esta misión, que la revisión de aptitud del cohete Saturno 5 luego de los arreglos de los problemas antes mencionados, concluyó en la misma plataforma de lanzamiento, el 18 de Diciembre de 1968, tres días antes del lanzamiento. A su vez faltaba el tiempo de entrenamiento necesario de los astronautas para una misión de este tipo.

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Plan de vuelo a la Luna y de regreso a la Tierra de Apollo 8. Crédito: Hamish Lindsay

En estas condiciones voló Apolo 8, asumiendo un riesgo importante, con una probabilidad de éxito del 50%, pero con la convicción de cada uno de los responsables de área de la misión, asi como de los astronautas, de que las cosas andarían bien. Y así sucedió.

Los riesgos que se asumieron fueron varios, entre ellos que el cohete de inserción y abandono de la órbita lunar funcionase correctamente así como los motores del sistema de control de reacción para el control de actitud de la nave. Era la primera prueba del Ssitema de Guiado y Navegación computarizado de la nave en el primer viaje tripulado fuera de la órbita terrestre. Debía poner a la nave en la trayectoria correcta hacia y desde la Luna y un fallo pondría en riesgo la misión y su tripulación.

Tal vez el riesgo más alto que enfrentó esta misión fue el reingreso a la atmósfera terrestre a la velocidad que se traía. Había que apuntar muy bien la trayectoria para insertarse en la atmósfera en una ventana de tan sólo 23 millas náuticas de alto para evitar o rebotar en la atmósfera terrestre o bien literalmente quemar la nave al entrar en un ángulo muy pronunciado.

Lo demás sobre esta misión es lo más conocido por el público: la primera foto de la Tierra saliendo sobre el Horizonte lunar, la lectura de los primeros versos del libro del Génesis en la víspera de Navidad de 1968 desde la órbita lunar y, la menos conocida circunstancia del efecto gravitatorio de las zonas con concentración de masa en la Luna (masscons), produciendo alteraciones en la órbita de Apolo 8.

La primera fotografía “Earthrise” en blanco y negro tomada por Anders el 24 de Diciembre de 1968. Crédito: (NASA).

Una reconstrucción de la posición y orientación exacta de Apolo 8 en la órbita lunar, momentos después de que se tomara la primera foto de la Tierra saliendo por encima del horizonte lunar. Este imponente trabajo utilizó imágenes de la superificie lunar, tomadas por el “LRO” y los datos de la órbita de la nave Apolo 8 para reproducir exactamente las circunstancias en que se tomó dicha imagen.

Crédito: Ernie Wright. Science Visualization Studio/NASA Goddard. Ver “Earthrise 4K” en la Sección “Videos”.

Material relacionado:

Sobre los vuelos espaciales interplanetarios, la explotación de la Luna y el Portal al Espacio Profundo:

In-Situ Resource Utilization (ISRU). NASA. Last Updated: May 2, 2018.

To save on weight, a detour to the moon is the best route to Mars. Jennifer Chu | Massachusetts Institute of Technology (MIT) News Office. October 14, 2015.

NASA’s Lunar Outpost will Extend Human Presence in Deep Space. NASA. May 2, 2018.

Competition Seeks University Concepts for Gateway and Deep Space Exploration Capabilities. NASA Advanced Exploration Systems. Sept. 5, 2018.

NASA Seeks Information for Gateway Cargo Delivery Services. NASA. Oct. 23, 2018.

NASA Seeks US Partners to Develop Reusable Systems to Land Astronauts on Moon. NASA. Dec. 13, 2018.

Este capítulo de la futura explotación de los recursos de la Luna y la necesidad de un Portal en órbita Lunar para misiones interplanetarias, son parte del Programa:

Exploration Technology Development Program (ETDP). NASA.

Una de las tecnologías innovadoras en pleno desarrollo es la de las naves y habitats inflables:

The Future of Construction in Space. Is the International Space Station the last aluminum spacecraft?. Bruce Lieberman. AIR & SPACE MAGAZINE, Smithsonian. Sept. 2015.

Sobre la misión Apolo 8:

La Oficina de Historia del Marshall Space Flight Center, está subiendo estos días un conjunto de archivos con fotos comentadas sobre diversos aspectos de la Misión Apolo 8, como parte de su reconocida Serie “This Day in History”:

Marshall History. NASA.

Un conjunto de 5 publicaciones realizadas por el Goddard Space Flight Center, con motivo del recordatorio de la misión Apolo 8:

Apollo 8. NASA/Goddard Space Flight Center.

“Astronomy Picture of the Day” (APOD), que publica día a día una imagen seleccionada, comentada, le ha dedicado durante varios años un lugar a la misión Apolo 8 y diversos aspectos relacionados a ella, que el lector puede consultar en el archivo de APOD:

Apollo 8. APOD/NASA.

To the Moon and Back: Apollo 8 and the Future of Lunar Exploration. NASA. Dec. 18, 2018.

Sobre la mayor decisión tomada en el Programa Apolo, el vuelo de Apolo 8:

The Man Who Won the Moon Race. Richard Jurek. AIR & SPACE MAGAZINE, Smithsonian. Dec. 2018.

Apollo 8 Press Kit. NASA. Dec. 15, 1968.

Apollo 8 Flight Journal. NASA. Corrected Transcript and Commentary by W. David Woods and Frank O’Brien.

Sobre las fotos de la Misión Apolo 8:

Apollo 8 Mission images. NASA.

Apollo 8 Photo Collection. Flickr.

Amanecer de la Tierra (45 años del Apolo 8). NAUKAS, 24 de Dic. de 2013.

Ver en la sección “Videos” una explicación y reproducción en detalle de cómo se obtuvo la primera foto de la Tierra saliendo sobre

el horizonte lunar (Earthrise) desde Apolo 8.

Libros:

Genesis. The Story of Apollo 8. Robert Zimmerman. D Street Books. Nov. 2, 2012.

Apollo 8: The Thrilling Story of the First Mission to the Moon. Jeffrey Kluger. Henry Holt and Co. May 16, 2017.

Rocket Men: The Daring Odyssey of Apollo 8 and the Astronauts Who Made Man’s First Journey to the Moon. Robert Kurson. Random House. April 3, 2018.

#Apollo8: The Longest Journey. Phillip Gibson. (The APOLLO Missions to the Moon Book 1). June 2, 2015.

Chariots for Apollo: The NASA History of Manned Lunar Spacecraft to 1969. Courtney G. Brooks, James M. Grimwood, Loyd S. Swenson. Dover Publications, 2009.

Luego de 8 años de meticulosa investigación el libro de Andrew Chaikin publicado por primera vez en 1994, fue la base principal de la miniserie de HBO de 12 partes de Tom Hanks, From the Earth to the Moon, que ganó el Emmy a la mejor miniserie en 1998:

A Man on the Moon: The Voyages of the Apollo Astronauts. Andrew Chaikin. Penguin Random House. 2007.

Apollo – The Lost and Forgotten Missions. David Shayler. Springer. 2002.

Apollo. The Definitive Sourcebook. Richard W. Orloff, David Harland. Springer. 2006.

How Apollo Flew to the Moon. W. David Woods. Springer, 2011.

Tracking Apollo to the Moon. Hamish Lindsay. Springer. 2001.

The Decision to Go to the Moon: Project Apollo and the National Interest. John Logsdon. MIT Press, 1970.

John F. Kennedy and the Race to the Moon. John Logsdon. Palgrave Studies in the History of Science and Technology. 2010.

Nota: Los libros de la editorial “Springer” están disponibles en la Biblioteca Timbó.

Podcasts:

Earthrise! Celebrating the 50th Anniversary of Apollo 8. Planetary Radio. Dec. 19, 2018.

Apollo 8, 50 Years Later. What Really Happened in the Space Race to the Moon. Dr. James Rice, Your Online Coffe Break. Dec. 21, 2018.

Apollo 8: Part 1. NASA. Dr. Jennifer Ross-Nazzal. Dec. 21, 2018.

50th Anniversary of Apollo 8. George Nooryand Robert Zimmerman. Best of Coast to Coast AM.

El completo grupo de podcasts the BBC Radio 4, cubriendo los detalles de la Misión Apolo 8:

Apollo 8. BBC Radio 4.

Videos:

Sobre las imágenes y videos de la NASA:

How did NASA get those great film shots of Apollo and the Shuttle?. Curious Droid. March 03, 2018.

Una impresionante realización del “Science Visualization Studio” del Centro Goddard de la Nasa, recreando las condiciones en que se tomó la fotografía “Earthrise”, reconstruyendo la posición y la orientación de la nave respecto a la Luna con los datos de la misión y los recogidos por el “Lunar Reconnaissance Orbiter” de la NASA, con multitud de detalles se encuentra en:

Earthrise in 4K. Visualizations by Ernie Wright. Science Visualization Studio/NASA Goddard. Released on December 21, 2018.

Algunos videos generales sobre la Misión:

Un interesante diálogo con Paul Hildebrandt, Director de la documental, “First to the Moon – Documentary on Apollo 8” se presenta en el siguiente Hangout:

Astronomy Cast Ep. 478: Apollo 8 with Paul Hildebrandt. Fraser Cain and Dr. Pamela Gay. Feb. 3, 2018.

When We Left Earth: Apollo 8 Launch.

NASA APOLLO 8 Manned Space Flight Film Report Lunar Mission 63124. PeriscopeFilm.

The Daring Adventure of Apollo 8 in 1968. Dan Beaumont Space Museum. Oct. 17, 2016.

Para el lector interesado, que desee una visión en profundidad de la Misión, un conjunto de 42 videos, con una descripción en detalle de cada etapa y cada hora de la misión Apolo 8, con contenidos inéditos, se encuentra en:

Apollo 8 Full Mission. lunarmodule5. Last updated, Dec. 27, 2015.

How Apollo flew to the Moon” by David Woods. aphysicsteacher. January 12, 2016.

Recomendamos al lector la miniserie Televisiva de HBO ganadora del Emmy a la mejor miniserie en 1998, dirigida por el multifacético Actor y Director Tom Hanks, basada en el detallado libro de Andrew Chaikin, que presentáramos más arriba en la sección “Libros”

From the Earth to the Moon. HBO Series.

Sobre el Cohete Saturno V, el propulsor del Programa Apolo:

Una colección de videos sobre el Cohete Saturno V:

Saturn V Tribute.You Tube.

Documentales sobre el Saturno V:

The Saturn V Story (Space Race Documentary) | Spark.

Saturn V Rocket.

Spacecraft Films The Mighty Saturns Part I The Early Saturns 2002

Spacecraft Films The Mighty Saturns Part II The Saturn V 2002.

Podríamos construir hoy un cohete Saturno V: