Soyuz-U

El Soyuz-U ( índice GRAU : 11A511U) fue un vehículo de lanzamiento desechable de carga media soviético y posteriormente ruso , diseñado por la oficina de diseño TsSKB y construido en la fábrica Progress en Samara, Rusia . La designación U significa "unificado ", ya que el vehículo de lanzamiento reemplazó al cohete Voskhod y a varias variantes anteriores del cohete Soyuz . El Soyuz-U forma parte de la familia de cohetes R-7 , que evolucionó a partir del R-7 Semyorka , el primer misil balístico intercontinental .

El primer vuelo del Soyuz-U tuvo lugar el 18 de mayo de 1973, llevando como carga útil el Kosmos 559 , un satélite de vigilancia militar Zenit . ^{[ 5 ]} El último vuelo de un cohete Soyuz-U tuvo lugar el 22 de febrero de 2017, llevando el Progress MS-05 a la Estación Espacial Internacional .

Soyuz-U estuvo en uso continuo durante casi 44 años. La producción de vehículos de lanzamiento derivados del R-7 alcanzó su punto máximo a finales de la década de 1970 y principios de la de 1980, con 55 a 60 unidades por año. Soyuz-U ostentó el récord mundial de mayor tasa de lanzamientos en un año en 1979 con 47 vuelos, hasta que fue superado por el Falcon 9 de SpaceX en 2022. ^{[ 8 ] [ 9 ]} A lo largo de su vida operativa, la variante Soyuz-U realizó un total de 786 misiones, otro récord mundial. Soyuz-U también ha sido uno de los lanzadores más confiables, con una tasa de éxito de97,3% .

El cohete Soyuz original , presentado en 1966, representó el primer intento de estandarizar el diseño R-7. Era prácticamente idéntico al propulsor Molniya , pero omitía la cuarta etapa. Se produjeron dos variantes del Soyuz original, y se planificaron al menos tres variantes adicionales, que finalmente fueron canceladas.

A mediados de la década de 1970, la Unión Soviética operaba una amplia gama de variantes del R-7, incluyendo los modelos Molniya, Voskhod y varios Vostok . Para abordar esta fragmentación, se introdujo el Soyuz-U como una plataforma unificada. La "U" significaba "unificada", ya que reemplazó tanto al Voskhod como a los cohetes Soyuz originales. Este modelo presentaba un núcleo mejorado con motores RD-117/118 optimizados para mitigar problemas como la vibración en vuelo y la inestabilidad de la combustión. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

La adopción total del Soyuz-U no se logró hasta 1977, cuando se agotaron las existencias restantes de los cohetes Soyuz originales. Sin embargo, a pesar de la tendencia hacia la estandarización, algunas variantes persistieron. Los cohetes Vostok-2M y Molniya-M continuaron desempeñando funciones especializadas, lanzando satélites a órbitas más altas hasta 1991 y 2010, respectivamente.

Dos versiones del Soyuz-U fueron equipadas con una etapa superior adicional:

• El Soyuz-U/Ikar con la etapa superior Ikar , producida por Progress , se utiliza para transportar diversas cargas útiles con masas de 750 a 3920 kg (1650 a 8640 lb) a alturas de 250 a 1400 km (160 a 870 mi) . El rendimiento de la etapa superior Ikar es inferior al de la etapa superior Fregat, pero ofrece una maniobrabilidad más precisa y una operación autónoma más prolongada. Esta versión se lanzó seis veces en 1999, transportando cuatro satélites GlobalStar en cada misión. ^{[ 4 ]} El Ikar fue reemplazado por la etapa superior Volga mejorada, que continúa en uso con el Soyuz-2.    
• El Soyuz-U/Fregat con la etapa superior Fregat , desarrollada y producida por Lavochkin, voló cuatro veces en 2000. ^{[ 3 ]} Posteriormente, la etapa superior Fregat voló regularmente sobre los propulsores Soyuz-FG y Soyuz-2 .

Una variante anterior del Soyuz-U, el lanzador Soyuz-U2 , que realizó su primer vuelo en 1982, tenía el mismo hardware que el Soyuz-U básico. En lugar del combustible estándar RP-1 , utilizaba una versión sintética de alta energía, Syntin , como combustible para la primera etapa. Esta variante, utilizada principalmente para transportar tripulación y carga a la estación espacial Mir , realizó su último vuelo en 1995, después de que la producción de Syntin cesara por motivos de coste.

La Soyuz-U fue la plataforma básica para el desarrollo de la variante Soyuz-FG , que utilizó una primera etapa completamente nueva y asumió el transporte de tripulación a la ISS en 2002. Desde 2013, tanto la Soyuz-U como la Soyuz-FG están siendo reemplazadas gradualmente por el vehículo de lanzamiento modernizado Soyuz-2 .

El primer uso de un Soyuz-U para lanzar una misión tripulada tuvo lugar el 2 de diciembre de 1974, cuando se lanzó la tripulación del Soyuz 16 como preparación para el Proyecto de Prueba Apolo-Soyuz (ASTP). El Soyuz 19 , que como parte del ASTP se acopló con la última nave espacial Apolo que voló, también fue lanzado por un cohete Soyuz-U. ^{[ 5 ]}

El 6 de julio de 1976, un cohete Soyuz-U lanzó la Soyuz 21 , que transportó a dos tripulantes a la estación espacial Salyut 5. Muchos viajes posteriores a estaciones espaciales fueron lanzados con cohetes Soyuz-U. La última misión tripulada que utilizó el Soyuz-U fue la Soyuz TM-34 , un vuelo de traslado a la Estación Espacial Internacional .

El 26 de septiembre de 1983 se produjo un aparatoso accidente cuando el lanzador de la misión Soyuz T-10a fue destruido por un incendio en la plataforma de lanzamiento. La tripulación se salvó gracias a la activación del sistema de escape de lanzamiento pocos segundos antes de la explosión.

Desde el año 2000 hasta su retirada en 2017, los vehículos Soyuz-U fueron utilizados por la Agencia Espacial Federal Rusa principalmente para lanzar naves espaciales de carga robóticas Progress-M en misiones de reabastecimiento a la Estación Espacial Internacional (ISS).

Aunque el Soyuz-U era generalmente fiable, se producían fallos ocasionales, la mayoría en lanzamientos de los satélites de reconocimiento Zenit y Yantar. Como todos los vehículos de lanzamiento soviéticos/rusos, el 11A511U incorporaba el sistema de detección de fallos AVD, que interrumpía el empuje del motor en vuelo si detectaba una desviación de los niveles normales de rendimiento del propulsor y, en los lanzamientos Soyuz, también activaba el sistema de escape de lanzamiento. La orden de terminación de vuelo no podía enviarse hasta transcurridos 20 segundos del lanzamiento para evitar que el propulsor cayera sobre o cerca del complejo de lanzamiento, y el AVD no podía generar dicha orden hasta transcurridos ocho segundos para asegurar que el propulsor hubiera entrado en funcionamiento estable en la etapa principal. El 18 de junio de 1987, el lanzamiento de un satélite Resurs desde Plesetsk terminó desastrosamente cuando la turbobomba de oxígeno líquido Blok D se desintegró a los 6 segundos del lanzamiento debido a la ingestión de escombros. El propulsor se estrelló cerca de la plataforma, sufriendo graves daños y quedando fuera de servicio durante 18 meses. Durante la investigación del percance, se concluyó que el lanzamiento no habría sido viable incluso con tripulación, ya que el fallo se produjo antes de que el sistema AVD pudiera activarse y, por lo tanto, el sistema de escape de lanzamiento no habría funcionado en un lanzamiento tripulado.

También se concluyó que ocho segundos era un tiempo excesivo y que el propulsor alcanzaría la etapa principal en aproximadamente T+1,6 segundos; el sistema AVD se había diseñado a finales de la década de 1950, cuando solo habían volado unos pocos prototipos del R-7 y había pocos datos de vuelo disponibles. El AVD se rediseñó para poder emitir una orden de terminación de vuelo a los 1,6 segundos, la cual, por supuesto, seguiría bloqueada hasta T+20 segundos.

El 27 de julio de 1988, el primer cohete R-7 con el sistema AVD rediseñado despegó de Plesetsk junto con otro satélite Resurs. El AVD emitió una orden de apagado errónea a los 1,6 segundos del lanzamiento. El cohete propulsor se elevó y voló hasta los 20 segundos, momento en que se desbloqueó la orden de apagado y se interrumpió el empuje del motor, lo que provocó que cayera cerca de la plataforma de lanzamiento LC-43/4 y la dañara gravemente. Una investigación sobre el incidente determinó que el nuevo sistema AVD presentaba un circuito defectuoso.

El lanzamiento de un satélite Foton en octubre de 2002 se estrelló cerca de la plataforma de lanzamiento en Plesetsk después de que el propulsor auxiliar Blok D sufriera una falla en el motor. Una persona en tierra falleció. El Blok D experimentó un aumento de empuje anormalmente lento al encenderse, seguido de una disminución en el rendimiento a partir de los T+4 segundos. El sistema AVD detectó la caída en el rendimiento del Blok D y emitió la orden de terminación de vuelo a los T+5 segundos, pero esta fue bloqueada hasta los T+20 segundos. El Blok D se apagó por completo y se separó del conjunto a los T+8 segundos. El propulsor continuó ascendiendo, pero comenzó a desviarse de su trayectoria de vuelo debido al empuje desequilibrado. La orden de terminación de vuelo se desbloqueó a los T+20 segundos y el núcleo y los propulsores auxiliares restantes se apagaron. El propulsor impactó contra el suelo a los T+41 segundos ante una multitud de 300 espectadores. Seis militares rusos resultaron heridos y uno falleció posteriormente a causa de sus heridas. Un edificio utilizado para producir aire comprimido y nitrógeno también sufrió graves daños. La investigación del incidente determinó que la bomba de peróxido de hidrógeno del Blok D había dejado de funcionar debido a la ingestión de residuos.

El 24 de agosto de 2011, una misión Soyuz-U no logró lanzar la Progress M-12M a la ISS debido a un problema en la etapa superior, que se desintegró sobre Siberia . Fue la primera vez que una nave Progress no alcanzaba la órbita. Otra nave de carga, la Progress MS-04 , se perdió el 1 de diciembre de 2016 poco después de su lanzamiento, probablemente debido a un problema con la tercera etapa de la Soyuz-U.

En abril de 2015, el Soyuz-U fue declarado obsoleto. Su producción se detuvo y el cohete fue programado para su retiro después de lanzar los vehículos restantes con naves de carga Progress. ^{[ 12 ]} El último vuelo fue el Progress MS-05 , que se lanzó desde el Cosmódromo de Baikonur el 22 de febrero de 2017 a las 05:58:33 UTC. ^{[ 13 ]}

El Soyuz 2 modernizado se presentó en 2004, incorporando varias mejoras clave, como motores optimizados y sistemas digitales de control de vuelo y telemetría, lo que permitió lanzamientos desde plataformas fijas y el uso de grandes cofias de carga útil. Los sistemas analógicos de control de vuelo del Soyuz-U y el FG limitaban la capacidad del vehículo de lanzamiento para ajustar su trayectoria en vuelo, requiriendo que el cohete fuera "apuntado" antes del despegue mediante una compleja plataforma de lanzamiento giratoria. Las cofias de carga útil, largas y anchas, también generaban demasiada inestabilidad aerodinámica para que el antiguo sistema analógico pudiera gestionarla, lo que limitaba el potencial del vehículo para lanzar satélites comerciales cada vez más grandes.

Después de varios años de desarrollo, pruebas de vuelo y uso simultáneo, la Soyuz 2 reemplazó a la Soyuz-U en 2017 y a la Soyuz-FG en 2019, y lanzó su primera misión tripulada en 2020. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

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  Una Soyuz-U en la plataforma de lanzamiento para la misión Soyuz 18.

• (PDF) Manual de usuario del vehículo de lanzamiento Soyuz