Vehículo objetivo Agena

El Agena Target Vehicle ( / ə ˈ dʒ iː n ə / ; ATV ), también conocido como Gemini-Agena Target Vehicle ( GATV ), fue una nave espacial no tripulada utilizada por la NASA durante su programa Gemini para desarrollar y practicar técnicas de encuentro y acoplamiento orbital , y para realizar grandes cambios orbitales , en preparación para las misiones lunares del programa Apolo . ^{[ 1 ]} La nave espacial se basó en la etapa superior del cohete Agena-D de Lockheed Aircraft , equipada con un objetivo de acoplamiento fabricado por McDonnell Aircraft . El nombre 'Agena' deriva de la estrella Beta Centauri , también conocida como Agena. La nave espacial combinada era un cilindro de 26 pies (7,92 m) de largo con un diámetro de 5 pies (1,52 m) , colocado en órbita terrestre baja con el vehículo de lanzamiento Atlas-Agena . Transportaba aproximadamente 14.000 libras (6.400 kg) de propelente y gas en el lanzamiento, ^{[ 2 ]} y tenía una masa bruta en la inserción orbital de aproximadamente 7.200 libras (3.300 kg) .    

El ATV del Gemini 6 falló en su lanzamiento el 25 de octubre de 1965, lo que llevó a la NASA a desarrollar un sistema de respaldo: el Adaptador de Acoplamiento de Objetivo Aumentado (ATDA), una nave espacial más pequeña que constaba del objetivo de acoplamiento con un sistema de propulsión de control de actitud, pero sin el cohete de cambio orbital Agena. El ATDA se utilizó una vez en el Gemini 9A después de un segundo fallo en el lanzamiento del ATV el 17 de mayo de 1966, pero falló como objetivo de acoplamiento porque su cubierta de lanzamiento no se separó.

Cada ATV constaba de una etapa superior de cohete derivada del Agena-D, construida por Lockheed Aircraft , y un adaptador de acoplamiento construido por McDonnell Aircraft . El Agena se lanzaba desde el Complejo de Lanzamiento 14 de Cabo Kennedy sobre un propulsor Atlas construido por la división Convair de General Dynamics . El primer encendido del Agena se producía poco después de la separación de la cubierta protectora y del Atlas sobre el Océano Atlántico . Sobre la Isla Ascensión , un segundo encendido colocaba al Agena en una órbita circular baja. ^{[ 1 ]}

La nave espacial McDonnell Gemini sería lanzada desde el Complejo de Lanzamiento 19 , tan solo 90 minutos después. Ambas cuentas regresivas se desarrollarían en paralelo y requerirían una sincronización precisa. La Gemini se encontraría y acoplaría con la Agena tan pronto como la Gemini completara su primera órbita hacia el final del programa. ^{[ 1 ]} Richard F. Gordon, Jr., de Gemini 11 , comparó el acoplamiento con la Agena con el reabastecimiento de combustible en vuelo : ^{[ 3 ]}

Te colocas en posición, a unos cinco o diez pies de distancia. Si todo parece correcto y estás alineado con el cono de acoplamiento, solo tienes que añadir un poco de empuje con el controlador de traslación . Si parece que vas demasiado rápido, reduces un poco la velocidad con el controlador de traslación. Y, al igual que en un reabastecimiento aéreo, todo esto lo hacías a simple vista.

Una vez acoplado, el astronauta en el asiento derecho podría controlar los propulsores y el motor de Agena. ^{[ 3 ]} Volarían la nave espacial combinada en modo estabilizado y realizarían una serie de experimentos:

• Utilizando el sistema de control de actitud del Agena para estabilizar la combinación, se salvó el combustible del Gemini.
• Actividad extravehicular para realizar prácticas en un panel de herramientas. Esto requirió la instalación de pasamanos en vuelos posteriores para evitar un esfuerzo excesivo de los astronautas.
• Al volver a encender el motor Agena para elevar el apogeo de la nave espacial, Gemini 11 alcanzó un récord de 739,2 millas náuticas (1369,0 km) . El motor Bell 8247 modificado estaba homologado para hasta 15 reinicios. ^{[ 1 ]} 
• El desacoplamiento consiste en desenrollar un cable de nailon de 15 metros (50 pies ) entre la cápsula y el Agena, y volar en una configuración de " pesa " con el Agena debajo de los astronautas, para comprobar el efecto gravitatorio sobre la estabilidad de la formación en modo no controlado. Esta técnica se conoce ahora como estabilización por gradiente gravitatorio . 
• Utilizando un cable similar y algunos impulsos de propulsión para hacer girar las dos naves una alrededor de la otra como una prueba inicial de gravedad artificial.
• Tras encontrarse con su propio ATV, Gemini 10 realizó un segundo encuentro con el ATV de Gemini 8 .

Tras separarse de sus respectivas cápsulas Gemini, los vehículos objetivo Agena continuaron realizando operaciones posteriores a la misión bajo control terrestre. Por ejemplo, el GATV 5003, tras separarse del Gemini 8, se sometió a extensas pruebas de sistemas. Su motor principal se encendió nueve veces y ejecutó 5000 comandos, superando el requisito contractual de 1000. Esto permitió una evaluación detallada de sus sistemas de mando y comunicación. Finalmente, el vehículo se colocó en una órbita de decaimiento circular de 220 millas náuticas (410 km; 250 millas) , lo que facilitó su observación durante la misión Gemini 10. ^{[ 4 ] : 238–239} De manera similar, el GATV 5005 realizó tres maniobras orbitales tras la separación del Gemini 10, incluyendo ajustes para estudiar los efectos de la temperatura en distintas órbitas y la ejecución de 1700 comandos, algunos de los cuales fueron retransmitidos desde el Gemini 10. ^{[ 4 ] : 252}   

El primer vehículo objetivo Gemini-Agena (GATV) fue lanzado el 25 de octubre de 1965, mientras los astronautas de la misión Gemini 6 esperaban en la plataforma de lanzamiento. Si bien el cohete Atlas funcionó con normalidad, el motor del Agena explotó durante la inyección orbital. Dado que el encuentro y el acoplamiento eran el objetivo principal, la misión Gemini 6 fue cancelada y reemplazada por la misión alternativa Gemini 6A , que se encontró (pero no pudo acoplarse) con la Gemini 7 en diciembre.

Una investigación sobre el fallo concluyó que probablemente se debió a modificaciones de diseño en la etapa GATV en comparación con una etapa Agena D estándar. La Agena D fue diseñada para reiniciar su motor solo una vez, mientras que la GATV necesitaba reiniciarse cinco veces. Si bien una Agena D estándar bombeaba primero el oxidante a la cámara de combustión y luego el combustible, la GATV fue modificada para hacer lo contrario, ya que el método de arranque normal tendía a provocar fugas de oxidante. Si bien esto no representaba un problema para la Agena D con su único reinicio, la GATV, con sus múltiples reinicios, eventualmente perdería todo su oxidante antes de que se completara la vida útil de la etapa (que duraría semanas en lugar de horas). Desafortunadamente, bombear primero el combustible a la cámara de combustión provocó una explosión en el motor y su ruptura por impacto mecánico. Se descubrió que los ingenieros de Lockheed no probaron adecuadamente la GATV para detectar este problema (se había probado a una altitud simulada de 34 kilómetros, cuando el arranque real del motor Agena se produciría a unos 120 kilómetros de altitud). La solución al problema consistió en volver al arranque normal del motor con el oxidante primero y también en probar el GATV en condiciones adecuadas. Asimismo, se le encargó a Bell Aerosystems, fabricante del motor del Agena, que realizara pruebas adicionales a nivel del suelo.

Tras el fracaso del primer GATV, la NASA encargó a McDonnell el desarrollo de un objetivo de acoplamiento alternativo sin el cohete Lockheed Agena, el Adaptador de Acoplamiento de Objetivo Aumentado ^{[ 5 ]} (ATDA). Este consistía en el collar de acoplamiento Gemini y un sistema de propulsión de control de actitud basado en el Sistema de Control de Reentrada Gemini. El ATDA tenía 3,3 m (10,9 pies ) de largo y una masa de 794 kg (1750 libras) . ^{[ 6 ]} Surgieron algunas dudas sobre la compatibilidad del ATDA con el propulsor Atlas, ya que tenía una masa mucho menor que el GATV, lo que podría afectar la aerodinámica y los ajustes calibrados del vehículo de lanzamiento. Sin embargo, Convair aseguró a McDonnell que no presentaría ningún problema técnico con el propulsor.  

El 17 de mayo de 1966 se produjo un segundo fallo en el lanzamiento del cohete GATV, mientras los astronautas del Gemini 9, Tom Stafford y Eugene Cernan, esperaban el despegue en la plataforma de lanzamiento. El Atlas-Agena ascendió suavemente hacia un cielo nublado y desapareció de la vista alrededor de los 50 segundos previos al lanzamiento. Poco antes del apagado del motor del propulsor (BECO), el oficial de control de guiado anunció que había perdido contacto con el cohete.

La telemetría indicó que la separación de Agena se había producido según lo previsto a los T+300 segundos. Agena continuó transmitiendo señales hasta los T+436 segundos, momento en el que cesó toda la telemetría. Oculto tras las nubes, el motor B-2 del Atlas giró bruscamente hacia la derecha a partir de los T+120 segundos y permaneció fijo en esa posición, haciendo que el vehículo de lanzamiento girara 216° y lo enviara de vuelta hacia Cabo Kennedy. Esta rotación había imposibilitado que el sistema de guiado terrestre lo fijara. Las estaciones de radar en las Bahamas lo rastrearon dirigiéndose hacia el norte y descendiendo. La estabilidad del vehículo se recuperó gradualmente tras el BECO, aunque se había desviado aproximadamente 231° de su trayectoria de vuelo prevista. Ambos vehículos se precipitaron al océano Atlántico a 107 millas náuticas (198 km) de distancia. El motor de Agena no se activó ya que no se había alcanzado la altitud y velocidad adecuadas, lo que impidió que el sistema de guiado enviara la orden de arranque. Aunque no se encontró la causa exacta de la pérdida de control del cardán del motor, la telemetría indicó que se produjo un cortocircuito a tierra en el circuito de la señal de comando de salida del servoamplificador, que pudo haber sido causado por una fuga criogénica en la sección de empuje. Esta teoría se corroboró con las temperaturas anormalmente bajas de la sección de empuje a partir de T+65 segundos. No se identificó la fuente de la fuga criogénica. La pérdida de la señal de tierra impidió que se transmitieran las señales normales de apagado del motor al Atlas; el BECO fue generado por el acelerómetro de respaldo de la etapa, el SECO a T+273 segundos debido al agotamiento de LOX, y el VECO y la etapa Agena a partir de un comando de respaldo generado por el programador del misil. Aparte del sistema de control de vuelo, todos los sistemas del Atlas funcionaron correctamente. ^{[ 7 ] [ 8 ]} 

Si bien Convair asumió la responsabilidad del fallo en el lanzamiento, los ingenieros de Lockheed expresaron su preocupación por los datos de telemetría que indicaban un fallo en el servomotor del Agena, lo que generó dudas sobre si la etapa habría funcionado correctamente de no haber fallado el Atlas. Sin embargo, la verdadera causa del fallo salió a la luz cuando la Fuerza Aérea publicó un vídeo grabado por cámaras de seguimiento en Melbourne Beach, Florida, que mostraba al Atlas inclinándose y descendiendo. Se determinó entonces que el fallo del servomotor del Agena se debió a su paso por la estela de gases de escape ionizados del Atlas.

El lanzamiento de la misión modificada Gemini 9A se reprogramó para el 1 de junio de 1966, utilizando el ATDA. Sin embargo, la cubierta que protegía el adaptador de acoplamiento durante el lanzamiento no se separó debido a que los cordones se aseguraron incorrectamente con cinta adhesiva. Gemini 9A se lanzó el 3 de junio y, una vez en órbita, la tripulación observó que la cubierta del ATDA se había abierto parcialmente y Stafford la describió como "parecida a un caimán furioso". El acoplamiento no fue posible, pero se practicó la maniobra de encuentro. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

El acoplamiento del Gemini 8 con el Agena se mostró en el episodio 1, "¿Podemos hacer esto?", de la miniserie de HBO de 1998, De la Tierra a la Luna , y en la película biográfica de Neil Armstrong de 2018 , First Man .

El acoplamiento de la Gemini 8 con la Agena aparece en el cortometraje de ciencia ficción DARKSIDE, producido por nrgpix como participante del Festival de Cine de Ciencia Ficción de Londres 2020.

 Este artículo incorpora material de dominio público procedente de sitios web o documentos de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) .

• Evaluación de las pruebas de sistemas del vehículo objetivo Gemini 6/Agena 5002 (PDF) Diciembre de 1965
• Vehículo objetivo Gemini 6 Agena
• Gemini 8 Docks con Agena Video
• Sobre los hombros de titanes, Proyecto Géminis , historia de la NASA