Klíper, el avión espacial ruso que nunca fue



La Unión Soviética y Rusia tienen una amplia experiencia en el desarrollo de naves espaciales aladas. Desde el interceptor espacial Spiral hasta el transbordador Burán, pasando por el MAKS, los aviones espaciales han jugado un importante papel en la historia de la cosmonáutica. Lamentablemente, todos estos proyectos cayeron en el olvido, pero hace una década Rusia intentó una vez más desarrollar una lanzadera espacial de pequeño tamaño. Esta es la historia del proyecto Klíper.



El que sería conocido como Klíper nació en la primera mitad de los años 90 en el seno de la empresa RKK Energía, encargada de fabricar las naves Soyuz y Progress. Un grupo de ingenieros dirigido por Andréi Reshetin decidió investigar la posibilidad de desarrollar una nueva cápsula tripulada que sustituyese a las venerables Soyuz. Reshetin se basó en la experiencia de la empresa con las pequeñas cápsulas Ráduga (‘arcoiris’), usadas para traer a la Tierra pequeñas cantidades de carga útil desde la estación Mir y que viajaron dentro de algunas naves de carga Progress. La nueva cápsula de Rsehetin tendría forma de cuerpo sustentador, a diferencia de la Soyuz, lo que permitiría aumentar la maniobrabilidad durante la reentrada y aumentar así la precisión del aterrizaje, además de reducir la aceleración experimentada por los cosmonautas. El cuerpo sustentador no sería tan versátil como el Burán u otra nave alada, pero ciertamente sí más que una cápsula Soyuz.



El 5 de agosto de 1994 el grupo de Reshetin patentó el curioso diseño de cuerpo sustentador que sería la base del futuro Klíper. Se estudiaron varias configuraciones de distinto tamaño para la cápsula, tanto tripuladas como no, en función del cohete lanzador. El sistema de aterrizaje estaría formado por paracaídas y varios cohetes de combustible sólido acoplados a las líneas del paracaídas frenarían la velocidad justo antes de impactar contra el suelo. Una de esas versiones fue denominada TPKA (Transportni Pilotiruemi Kosmocheski Korabl, ‘nave espacial tripulada y de transporte’) y debía ser lanzada mediante el cohete Zenit. La TPKA usaba una cápsula con forma de cuerpo sustentador acoplada a un módulo orbital (BO) y un módulo de propulsión (PAO) muy similares a los de una Soyuz. El BO incorporaría un sistema de acoplamiento andrógino APAS para acoplarse al módulo Kristall de la Mir o a los módulos de la estación Mir 2. Con unas dimensiones de 6,2 x 2,8 metros, la TPKA podría llevar a tres cosmonautas o siete en caso de emergencia.



La TPKA y sus hermanas fueron olvidadas hasta principios del siglo XXI, cuando en Rusia volvió a discutirse la posibilidad de crear una nave sustituta de las Soyuz. En 2001 apareció una versión de nave tripulada que presentaba la peculiaridad de que su cápsula con forma de cuerpo sustentador estaba acoplada ‘al revés’ (esto es, con el morro hacia la parte trasera) con el módulo de propulsión. Esta nueva nave podría llevar hasta seis cosmonautas y retornar a la Tierra unos 700 kg de carga útil. Al colocar la cápsula de esta forma se podía instalar fácilmente un puerto de acoplamiento en la parte frontal del vehículo, que era al mismo tiempo la parte más ancha de la cápsula. Entre 2002 y 2003 los institutos TsAGI y TsNIIMash llevaron a cabo varias pruebas aerodinámicas de la cápsula originalmente diseñada por el grupo de Reshetin para intentar mejorar sus características.





Justo por esa época, RKK Energía tomó la decisión de volver a un diseño más tradicional con la cápsula situada ‘al derecho’ y le añadió un módulo BO derivado de la Soyuz dotado de un puerto de atraque. De este modo, la nave -que se acoplaría al revés- podría deshacerse del BO antes de la reentrada, una solución que permitía reducir la masa total del vehículo. El BO serviría además como esclusa de emergencia para paseos espaciales y como compartimento adicional de carga. Tres paracaídas situados en la parte superior de la cápsula amortiguarían el descenso en alguna región de Rusia, ya que se había decidido dejar de usar Kazajistán como pista de aterrizaje de las naves tripuladas rusas. La mayor precisión de la cápsula con forma de cuerpo sustentador -del orden de un kilómetro- permitiría introducir este cambio.



En caso de emergencia durante el lanzamiento se emplearía una torre de escape (SAS) parecida a la empleada en la Soyuz, pero más potente. Y aquí es donde los ingenieros de Energía se toparon con el primer problema. La masa total del vehículo con el sistema SAS podría alcanzar las 17,3 toneladas, casi diez toneladas por encima de la capacidad de carga del cohete Soyuz. Por entonces la opción de usar el lanzador Zenit se había descartado al ser un vector fabricado parcialmente en Ucrania. Por lo tanto, la única posibilidad era emplear una de las muchas variantes del Soyuz que estaban en los tableros de diseño. Para reducir la masa total en 2005 se decidió sustituir el SAS por un conjunto de cohetes de combustible sólido acoplados a la base de la nave. Estos cohetes podrían servir además para insertar la nave en órbita en la fase final del lanzamiento, ahorrando combustible y, por consiguiente, masa útil.





En 2003 el transbordador Columbia se desintegró durante la reentrada e inmediatamente la NASA comenzó a buscar un sustituto a la lanzadera espacial. Una cápsula tradicional, posteriormente denominada Orión, sería el candidato más prometedor. Aprovechando el cambio de paradigma a nivel mundial, la agencia espacial rusa Rosaviakosmos también se lanzó a buscar de forma oficial un vehículo sustituto de las Soyuz y, como no podía ser de otra forma, comenzó a interesarse por los proyectos de cuerpos sustentadores de RKK Energía.



Para 2004 el proyecto de nueva nave tripulada ya se conocía como PKK (Pilotiruemi Kosmicheski Korabl, ‘nave espacial tripulada’), pero se decidió otorgarle un nombre más digno y en febrero de ese mismo año fue bautizada oficialmente como Klíper (Клипер), en honor de los famosos barcos Clipper que surcaron los océanos en el siglo XIX. El Klíper de 2004 era un cuerpo sustentador de 13 toneladas capaz de llevar seis personas sentadas en dos hileras de asientos y 500 kg de carga a la vuelta. La masa de la cápsula era de 8,8 toneladas, a lo que había que sumar la masa del módulo de propulsión (PAO), que a su vez rodeaba un módulo BO acoplado a la parte trasera. El escudo térmico estaría formado por losetas de carbono y cerámica del programa Burán además de materiales ablativos procedentes de la Soyuz. Cuatro superficies aerodinámicas situadas en la parte trasera de la nave dotaban al Klíper de cierta capacidad de maniobra.



En noviembre de 2004 RKK Energía presentó a la prensa una maqueta a tamaño real del Klíper situada en su sede de Moscú. Paradójicamente -o quizás no- la maqueta se encontraba frente a un modelo del Burán para pruebas de los sistemas eléctricos. Klíper sería reutilizable y su vida útil se estimaba en unos 20-25 años. Se construirían varias unidades que aterrizarían mediante tres paracaídas y cohetes de combustible sólidos de la empresa MKB Iskra. La nave podría aterrizar con sólo dos paracaídas desplegados y, para facilitar la reutilización de la misma, incorporaría un escudo térmico desechable en la parte inferior, la más castigada por las altas temperaturas de la reentrada. Gracias a su novedosa forma, los cosmonautas apenas tendrían que sufrir unos 2,5 g de aceleración durante la reentrada. El volumen útil interior alcanzaba los veinte metros cúbicos. En noviembre de 2004 se decidió usar células de combustible creadas durante el programa Burán para generar la electricidad necesaria, aunque hasta ese momento se había optado por los paneles solares. Aunque el lanzador favorito era un Soyuz mejorado, RKK Energía no renunciaba a usar una variante del Zenit-2 para el Klíper.



Entusiasmados por la respuesta favorable al proyecto Klíper por parte del gobierno ruso, los ingenieros de Energía introdujeron una segunda variante, pero esta vez con alas. Ya puestos, ¿por qué no aumentar un poquito más la maniobrabilidad de la nave? El Klíper alado fue obra de un estudio conjunto con la empresa fabricante de aviones Sujói y pronto causó sensación fuera y dentro de Rusia. Las alas permitían aumentar la precisión en el aterrizaje y reducir aún más la aceleración sufrida por los cosmonautas, aunque a cambio imponían unos criterios de control del vehículo más estrictos durante la fase de reentrada y aumentaban el peso total de la nave, algo nada desdeñable en un proyecto que ya sufría de sobrepeso. El Klíper alado no usaría paracaídas y tendría una capacidad de maniobra de 1500-2000 kilómetros con respecto a la trayectoria de reentrada, comparado con los 500 kilómetros de la versión sin alas. De esta forma, la nave podría alcanzar su pista de aterrizaje desde un rango de órbitas mucho mayor. El aterrizaje tendría lugar a una velocidad de unos 300 km/h y podría tener lugar en cualquier pista comercial de más de dos kilómetros de longitud. Durante unos meses la versión alada del Klíper se contempló como una especie de ‘plan B’ o de Klíper 2.0 de cara al futuro.





Sin embargo, con el nombramiento de Nikolái Sevastiánov como presidente de Energía en 2005 el programa sufrió un importante impulso. Sevasttiánov apostó sin complejos a la carta de Klíper y nada más acceder al cargo se decidió que la versión alada sería la prioritaria. De hecho, el Klíper sin alas pasó a contemplarse como una posible versión para vuelos a la Luna u a otros planetas, ya que las cargas aerodinámicas durante una reentrada a velocidad de escape son incompatibles con la presencia de alas. El nuevo Klíper aterrizaría como un planeador de forma similar a los olvidados proyectos de transbordadores espaciales concebidos por RKK Energía durante las pasadas décadas. Se decía así adiós al clásico diseño de cuerpo sustentador de Reshetin, aunque no sin algunas protestas desde el seno de la empresa. La versión alada, decían los críticos, era mucho más compleja y cara y, por lo tanto, sería más difícil de desarrollar y operar.



El Klíper de 2005 también tendría capacidad para seis cosmonautas, dos en la fila delantera y cuatro en la posterior. La nave estaba dividida en tres partes. Por un lado estaba el avión espacial propiamente dicho, que sería reutilizado después de cada misión. Acoplado a su parte trasera estaba el módulo orbital BO con sistemas de soporte vital y un puerto de atraque para la estación espacial. En esta sección estarían localizados sensores exteriores para la orientación del vehículo, como en la Soyuz, además de ocho motores de 60 kgf de empuje agrupados en conjuntos de dos para maniobras orbitales. En principio se usarían combustibles hipergólicos de forma similar a la Soyuz, pero en 2005 Energía estudió la posibilidad de emplear etanol y oxígeno líquido. El resto de motores de maniobra, situados en el avión espacial, emplearían propergoles hipergólicos. La última parte del vehículo sería la sección trasera que unía la nave con el lanzador y que se desecharía justo después de alcanzar la órbita. Incorporaría ocho cohetes de combustible sólido que servirían tanto para la inserción orbital final como sistema de escape durante el lanzamiento. Toda la estructura estaba cubierta por losetas térmicas, salvo la parte superior. Tras diversos estudios se decidió doblar el tamaño de las losetas hasta los 30 centímetros de lado.



Para lanzar al Klíper existían varias opciones, todas ellas versiones avanzadas del cohete Soyuz, como el Onega o el Soyuz 2-3. Sin embargo, el Klíper seguía siendo demasiado pesado hasta para estos cohetes más potentes. Con el fin de atajar los continuos problemas de peso del proyecto, en 2005 la cúpula de Energía decidió introducir un nuevo elemento que a la postre sería la perdición del programa Klíper. Se decidió que el Klíper no llevaría el combustible para alcanzar la estación espacial y sólo transportaría lo necesario para situarse en una órbita baja. Posteriormente se acoplaría un remolcador espacial denominado Parom que lo remolcaría hasta la órbita deseada. Parom era una nave no tripulada de 6,8 toneladas y unas dimensiones de 6,55 x 3,20 metros cuyo diseño se basaba en varios estudios de naves de carga automática de los años 80, aunque su forma externa recordaba a las naves TKS de Cheloméi. Parom podría ser usado hasta 50 veces y para recargarlo de combustible se emplearían tanques desechables de 12,5 toneladas y 8,13 x 3,40 metros que serían lanzados regularmente de forma independiente. Estos tanques recordaban vagamente a una Progress de gran tamaño.



El esquema Klíper-Parom era sumamente complejo y requería una coreografía de vehículos que hacían dudar de la viabilidad del proyecto. Para colmo, el gobierno ruso no había cumplido sus promesas de financiar el proyecto. En 2005 Energía intentó atraer a inversores extranjeros al proyecto y durante unos meses la agencia espacial europea ESA se mostró interesada en una posible colaboración, aunque finalmente todo quedó en agua de borrajas. A pesar de todo Klíper siguió adelante y en 2006 su diseño volvió a sufrir un cambio drástico. Los análisis aerodinámicos del instituto TSAGI derivaron en una nueva forma para la lanzadera, que ahora lucía una especie de quilla en la parte inferior cuyo objetivo era moldear las ondas de choque durante la reentrada para reducir la temperatura sufrida por el escudo térmico, que seguía siendo demasiado elevada. El cuerpo central presurizado sería más estrecho y los seis cosmonautas estarían dispuestos en tres filas de dos asientos cada una. El nuevo diseño era menos maniobrable que el anterior, pero más eficiente. Por esa época Energía reveló que estaba estudiando variantes del Klíper denominadas ‘transformer’ con alas plegables que servirían igualmente para vuelos orbitales o lunares.





El nuevo Klíper tenía una masa de 12,5 toneladas al lanzamiento y podía permanecer tres días en vuelo autónomo o un año acoplado a la ISS (en vez de los seis meses de la Soyuz). Esta versión fue denominada Variante 1 y no incluía el módulo orbital BO para ahorrar masa. En vez del mismo se añadió un compartimento trasero simplificado con los motores de maniobra orbital y un túnel de atraque. La versión con el BO se denominó Variante 2 y, puesto que su masa era de unas 14 toneladas, sólo entraría en servicio cuando estuviese disponible un lanzador lo suficientemente potente.



La primera misión estaba prevista para 2012 o 2015. Pero no pudo ser. En febrero de 2006 la agencia espacial rusa Roscosmos decidió no elegir al Klíper como la nueva nave tripulada rusa y en noviembre de ese año el proyecto fue cancelado de forma no oficial. Las causas de la cancelación nunca se hicieron públicas, pero a esas alturas era evidente que Klíper se trataba de un proyecto demasiado ambicioso para la Rusia de principios del siglo XXI. La falta de un lanzador adecuado y la necesidad de usar el complejo sistema Parom para llevar a cabo una simple misión a la ISS eran indicadores claros de que Klíper no era un sistema eficiente, y mucho menos barato.



Poco tiempo después surgió la nueva propuesta de Energía para sustituir a la Soyuz, la PPTS o PTK-NP, cuyo diseño ya ha sido finalizado. Esperemos que no corra la misma suerte que su antecesor.







En una realidad alternativa el Klíper se acerca a la ISS para acoplarse (Vadim Lukashevich/www.buran.ru).Forma original de cuerpo sustentador en la que se basaría Klíper (www.buran.ru).Nave TPKA con na cápsula con forma de cuerpo sustentador (www.buran.ru).Configuraciones originales de naves tripuladas basadas en cápsulas tipo cuerpo sustentador (RKK Energía).Uno de los diseños originales del que sería el Klíper (RKK Energía).Versión del Klíper de 2005 con una torre de escape SAS. Se aprecia el compartimento de propulsión y el módulo BO (Novosti Kosmonavtiki).Klíper de 2004 con una Soyuz al lado (no a escala) (Novosti Kosmonavtiki).Interior del Klíper de 2004, sin el PAO y el BO (Novosti Kosmonavtiki).Versión original del Klíper con un SAS situado en la parte trasera (RKK Energía).Esquema de misión de un Klíper en 2004 (Novosti Kosmonavtiki).Arriba, versión alada de Klíper de 2005. Abajo, versión original de 2004 (novosti Kosmonavtiki).Klíper alado de 2005 (Vadim Lukashevich/www.buran.ru).Elementos de las versiones con alas y sin alas del Klíper (RKK Energía).Versiones con alas y sin alas del Klíper (RKK Energía).Lanzadores Soyuz avanzados que se usarían para el Klíper (Novosti Kosmonavtiki).Maqueta del Klíper (Novosti Kosmonavtiki).El cosmonauta kazajo Talgat Musabayev en el interior de la maqueta del Klíper. Los controles son similares a los de la Soyuz (Novosti Kosmonavtiki).Remolcador Parom y el Klíper (RKK Energía).Remolcador Parom (izquierda) acoplado a un tanque de combustible desechable (RKK Energía).Uno de los diseños del remolcador orbital Parom (RKK Energía).Elementos del sistema Parom. El tanque de combustible a la izquierda y el remolcador Parom a la derecha (Novosti Kosmonavtiki)Tanque de combustible del sistema Parom (RKK Energía).Versión del Klíper de 2006 (Novosti Kosmonavtiki).La característica quilla del Klíper de 2006 (RKK Energía).El Klíper de 2006 comparado con una Soyuz (Novosti Kosmonavtiki).Cohetes Soyuz 2-3 usados para las dos variantes del Klíper (Novosti Kosmonavtiki).El Klíper acoplado a la ISS (Novosti Kosmonavtiki).El Klíper de 2005 en órbita (Armin Schieb).