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Partitura para una sinfonía espacial

El ATV, el sistema de comunicaciones vía satélite, los centros terrenos de control, la ISS y tu tripulación, todos ellos en perfecta armonía…

Lanzamiento en un Ariane 5 y su procedimiento final de salida de órbita, el ATV acumula fases independientes de vuelo orbital, fases de vuelo coordinadas con la ISS¿Qué tienen en común el ATV y una sinfonía para orquesta?

A primera vista, más bien poco, excepto quizá que la ‘partitura’ es efectivamente fabulosa. Entre su lanzamiento en un Ariane 5 y su procedimiento final de salida de órbita, el ATV acumula fases independientes de vuelo orbital, fases de vuelo coordinadas con la EEI (cita espacial, atraque, desatraque y partida), y también fases integradas con la Estación Espacial durante las cuales funciona como si fuera otro módulo de la EEI. Cual contrapunto musical, las señales de datos y de mando viajan entre el ATV, las estaciones terrenas de control, la EEI y la tripulación de la EEI.

Un elevado nivel de orquestación

El ATV es el más complejo vehículo espacial construido hasta la fecha en Europa. Para Airbus Defence and Space, contratista principal de la Agencia Espacial Europea (ESA), el reto no se limitó al diseño e integración del vehículo. Trabajando con sus numerosos socios, la compañía también tuvo que definir cómo se iba a hacer el seguimiento y control del vehículo desde Tierra en el Centro de Control de ATV (ATV-CC) de Toulouse que gestiona la agencia espacial francesa CNES para y en representación de la ESA, y por parte de la EEI y su tripulación, a lo largo de los meses en los que el ATV formará parte integral de la Estación.

Los equipos del Centro de Control de Toulouse se hacen cargo del ATV una vez Ariane 5 inyecta el vehículo en su órbita, vale decir, unos 60 minutos después del despegue. Su misión no finalizará hasta la destrucción del vehículo de carga durante su reentrada atmosférica, unos seis meses después. En el ínterin, el Centro de Toulouse está a cargo de las operaciones de estabilización y transferencia orbital del ATV, de su aproximación a la EEI, del atraque y mantenimiento en servicio mientras se encuentra acoplado a la Estación –mas bajo control de la ISS para ajuste de la órbita o trasvase de propelente– y por último del desatraque y de la salida del vehículo de su órbita al final de su misión.

A lo largo de todas estas operaciones, el Centro de Toulouse trabaja constantemente en estrecha colaboración con:

El centro de control de NASA en Houston(© NASA). El centro de control de NASA en Houston, la suma autoridad en lo que se refiere a todas las operaciones relacionadas con la EEI y que también controla los satélites de enlace TDRS que utilizará el ATV;
El centro de control Korolev, cercano a Moscú (© NASA) El centro de control Korolev, cercano a Moscú, responsable de la parte rusa de la EEI, que es donde se acopla el ATV;

El equipo de la ISS © ESA/NASA

El equipo de la EEI, que descarga los transportado hasta allí por el ATV;
El Centro de Control de Columbus (COL-CC) de Oberpfaffenhofen  © DLR El Centro de Control de Columbus (COL-CC) de Oberpfaffenhofen (Alemania), que controla la red terrena de ESA, interconectada con la red EEI; 
El Centro de Control de Redu, en Bélgica (© ESA El Centro de Control de Redu, en Bélgica, que controla el satélite de enlace Artemis.

Una vez atracado en la Estación, el ATV será puesto en modo de ‘animación suspendida’. (Eso no significa que esté ‘apagado’, sino que se encuentra en modalidad automatizada, con sus sistemas activos todos ellos. Durante este período, el ATV-CC efectúa un seguimiento permanente del ATV y adapta los paneles solares y las configuraciones energéticas del vehículo a las limitaciones o demandas impuestas por la EEI). 

Centro de Control de ATV (ATV-CC) de Toulouse El ATV se activa a menudo a petición de la tripulación de la EEI: para tener acceso a la ‘carga seca’ de su módulo presurizado, y para trasvasar agua o gas con objeto de reabastecer la atmósfera interna de la EEI. La activación que lleva a cabo la tripulación es más bien limitada, pero siempre se coordina y se monitoriza desde Tierra, es decir, el centro de Toulouse en lo que se refiere al ATV y los centros de Houston y Moscú en los aspectos que conciernen a la EEI y la tripulación de abordo. Por consiguiente los operadores del ATV-CC tienen que ‘despertar’ el ATV, comprobar su situación, activar los sistemas utilitarios necesarios y transmitir la autorización a la Estación para iniciar las operaciones.

Al ATV se lo precisa también para ejecutar maniobras de elevación de altitud o para ajustar la actitud de la EEI. En este último caso, una vez activados en primer lugar los sistemas de propulsión, los equipos de ATV-CC transfieren el control a la Estación, que a continuación utiliza el ATV como su propio módulo de propulsión. Durante la fase acoplada, la Estación trasvasa agua y oxígeno de los depósitos del ATV al tiempo que gradualmente se van cargando deshechos del complejo orbital en el vehículo. Una de las últimas funciones del ATV es el reabastecimiento de la ISS, una típica operación combinada que implica el ATV-CC, los sistemas de propulsión de la EEI y el centro de Moscú, y que en general se desarrolla al final de la estancia del ATV acoplado a la Estación, justo antes de su desatraque y partida.

ATV funcionará de nuevo en modo autónomo orbital para distanciarse de la ISS, después de lo cual responderá a las señales de mando del Centro de Control para empezar su viaje de regreso a la atmósfera y su desintegraciónY ese será el momento de irse. En esa ocasión, el Centro de Control despierta el ATV con todos sus sistemas utilitarios, incluida su inteligencia integrada, que será reactivada para garantizar la separación de la Estación sin tropiezos. A continuación el ATV funcionará de nuevo en modo autónomo orbital para distanciarse de la EEI, después de lo cual responderá a las señales de mando del Centro de Control para empezar su viaje de regreso a la atmósfera y su desintegración.

Todos estos intercambios de información en tiempo real, a lo largo de la misión, implican la transferencia inmediata de telemetría y una red eficaz de comunicaciones basada en los satélites estadounidenses TDRS, en el satélite europeo Artemis y en un “enlace de proximidad” directo de comunicaciones por radiofrecuencia entre el ATV y la Estación. Lo sorprendente es que en una misión tan increíblemente compleja la “partitura” es más bien escueta: como ingenio espacial totalmente autónomo, el ATV ha de ser capaz de volar con sólo una limitada velocidad de datos a y desde suelo. Ahí radica la belleza de este poema sinfónico: no está compuesto de muchas notas, pero todas están perfectamente armonizadas.

Los equipos del Centro de Control de Toulouse se hacen cargo del ATV una vez Ariane 5 inyecta el vehículo en su órbita, vale decir, unos 60 minutos después del despegue. © CNES

Los equipos del Centro de Control de Toulouse se hacen cargo del ATV una vez Ariane 5 inyecta el vehículo en su órbita, vale decir, unos 60 minutos después del despegue. © CNES

Muchos intérpretes en cerrada armonía

De modo que podemos ver que, en paralelo con el diseño y cualificación del vehículo, es esta intrincadamente entretejida partitura que involucra el ATV, el sistema de comunicaciones por satélite, los Centros de Control de ATV y de la EEI, la estación orbital y su tripulación –la misión al completo, inclusive una miríada de hechos, fallos u otros problemas– la que Airbus Defence and Space ha tenido que definir y simular hasta en su más nimio detalle en beneficio de los operadores terrenos y de la tripulación de la Estación.

Trabajando codo con codo con ESA y todos los socios del programa, ya sean rusos, estadounidenses o europeos, el equipo de Airbus Defence and Space tuvo que determinar cómo funcionaría el ATV y cómo monitorizar el vehículo y reaccionar ante cualquier situación. También tuvieron que fijar cómo compartir tareas entre el ATV, los diversos Centros de Control y la tripulación de la ISS en todas las fases de la misión. Todo lo anterior se basó en diversas culturas y experiencias adquiridas, y, por consiguiente, en métodos también distintos.

El ATV ha sido diseñado para su integración en un vasto sistema con una multitud de componentes, provengan bien de ESA (segmentos de vuelo y terreno de ATV, Ariane 5 y Artemis) o NASA y RSC-Energia (segmentos de vuelo y terreno de la EEI, tripulación de la ISS y satélites TDRS). El equipo de Airbus Defence and Space tuvo que definir no sólo cómo se compartirían las funciones, sino también los planes de operación destinados a los Centros de Control del ATV (en Toulouse) y de la EEI (en Houston y Moscú), y a la tripulación de la Estación a lo largo de la misión. Esta Referencia de Operaciones del Sistema ATV representa ahora una ‘constitución’ escrita que cubre todas y cada una de las fases de la misión.

En lo que respecta al ATV propiamente dicho, los equipos de Airbus Defence and Space han descrito en detalle todos los procedimientos e instrucciones operativas, lo que posibilita que cada operador u operadora del Centro de Control de Toulouse sepa exactamente lo que tiene que vigilar y cómo controlar el vehículo a lo largo de su misión. Estas instrucciones constituyen el Manual de Operaciones, una verdadera enciclopedia electrónica que suma varios gigabytes, y cuyo elemento esencial está constituido por los 19 volúmenes principales relativos a los subsistemas (como el sistema de propulsión, por ejemplo), y los nueve volúmenes que cubren la operativa en general del vehículo (como por ejemplo la corriente eléctrica de a bordo y la gestión energética).

El ATV, el sistema de comunicaciones vía satélite, los centros terrenos de control, la EEI y tu tripulación, todos ellos en perfecta armonía…

El ATV, el sistema de comunicaciones vía satélite, los centros terrenos de control, la EEI y tu tripulación, todos ellos en perfecta armonía… © Airbus Defence and Space

Por añadidura, los equipos transcribieron y suministraron todas las instrucciones relativas a la transmisión de señales de orden desde el Centro al ATV, bajo la forma de procedimientos electrónicos informáticos que pueden utilizar directamente los operadores del Centro. Se han suministrado en este formato más de un millar de procedimientos y aproximadamente un centenar de planes de secuencia de mando. Y eso no es todo. Airbus Defence and Space también ha elaborado 1.300 microprogramas de cálculo, 1.400 señales de alarma para monitorización del vehículos a cargo de los operadores de ATV-CC, y decenas de miles de datos de características relacionados con el ATV (necesarios para la operación del vehículo, como los miles de puntos de ajuste de control térmico del ATV, por ejemplo). Una tarea titánica, actualizada y entregada regularmente al Centro de Control de Toulouse, fase a fase, desde 2002.

Música, maestro


Esta fabulosa ‘partitura’ va a ser interpretada una vez más con la misión ATV-3 ‘Edoardo Amaldi’. Los expertos de Airbus Defence and Space permanecerán en primera línea a lo largo de la totalidad de la misión, listos para ayudar a los operadores del Centro de Control de Toulouse y con el respaldo del equipo combinado de la base de retaguardia en Bremen, al norte de Alemania, y de Les Mureaux, cerca de París, que a su vez podrán contar con la ayuda, si fuere necesario, de las destrezas, know-how y recursos del equipo industrial del ATV. Todas estas personas, cada una a su manera, son miembros de la orquesta que interpreta una de las más fantásticas sinfonías espaciales de todos los tiempos.

Artemis relay satellite Control Centre in Belgium (© ESA

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