Mercury-Atlas 1

Cuando la NASA definió el Proyecto Mercury no existía en Estados Unidos ningún lanzador civil concebido para poner a un ser humano en órbita. El Redstone servía para saltos balísticos de unos minutos, pero alcanzar la velocidad orbital exigía un vehículo de otra categoría, y el único disponible con esa energía era el misil Atlas D fabricado por Convair. Su elección no fue un capricho: era el único vehículo del arsenal estadounidense capaz de poner la nave en órbita y, además, acumulaba un número considerable de vuelos de los que la NASA podía extraer datos sin pagar ella misma cada ensayo. Las alternativas eran esperar años a que el Titan II ICBM de la generación siguiente entrara en servicio o desarrollar desde cero un lanzador dedicado a los programas tripulados, y ninguna encajaba en el calendario de la carrera espacial.

Hubo también un argumento técnico a favor del Atlas frente al Titan. Su arquitectura de etapa y media encendía todos sus motores en el suelo, de modo que el conjunto propulsivo entero quedaba comprobado antes de soltar los amarres; en un vehículo de dos etapas, el segundo escalón no se enciende hasta que ya no hay vuelta atrás. Para un programa que iba a poner personas encima, esa posibilidad de verificar el hardware en las comprobaciones previas al lanzamiento pesó mucho.

El inconveniente era el origen del cohete. El Atlas se había diseñado como sistema de armas, y en un arma la fiabilidad no necesita ser absoluta: bastaba con que funcionase lo suficiente, lo que en la práctica se traducía en lanzamientos que terminaban con frecuencia en explosión. Poco después de que el vehículo fuera elegido para el programa, a comienzos de 1959, se llevó a los astronautas de Mercury a presenciar el segundo ensayo de la serie D, que estalló al minuto de vuelo. Era el quinto fracaso consecutivo, total o parcial, de aquella serie. El cohete no estaba entonces ni cerca de ser lo bastante fiable como para llevar una cabeza nuclear o un satélite, y menos aún un pasajero humano. Convair estimaba llegar a un 75 % de fiabilidad a comienzos de 1961 y a un 85 % al final de ese mismo año. Los planes para hacerlo apto para vuelo humano estaban todavía sobre el tablero de dibujo.

El Atlas era un vehículo grande y complejo con cinco motores, dos de los cuales se desprendían durante el ascenso, un sistema de guiado sofisticado y, sobre todo, unos tanques de tipo globo que necesitaban presión interna constante para no colapsar. Esa es la clave de casi toda la historia de MA-1: la estructura del cohete no se sostiene por sí sola, sino por la presión de sus propios propulsantes. La piel de acero inoxidable es tan fina que la rigidez del conjunto depende de la diferencia de presión entre el interior y el exterior, y cualquier carga que supere lo que esa presión es capaz de contrarrestar produce un pandeo inmediato.

Sobre ese cilindro presurizado había que atornillar una cápsula con una forma aerodinámica muy distinta de la de una ojiva de misil, y el conjunto tenía que atravesar la zona de presión dinámica máxima con el ángulo de cabeceo que impone una trayectoria de lanzamiento orbital. Ni Big Joe ni MA-1 volaron con la piel reforzada en toda su longitud: ambos lanzadores llevaban un calibre algo más grueso en el tanque de combustible RP-1, pero el tanque de oxígeno líquido conservaba la piel fina estándar del misil de la serie D. Ahí, justo debajo de la nave, estaba el punto que MA-1 iba a poner a prueba sin que nadie hubiera previsto que sería el que fallara.

El precedente inmediato era Big Joe 1, lanzado el 9 de septiembre de 1959 desde el mismo complejo LC-14 sobre el Atlas 10-D con una maqueta estructural de la cápsula. Su propósito era ensayar el escudo térmico ablativo de la nave Mercury, el calentamiento del cuerpo posterior, la dinámica de reentrada, el control de actitud y la capacidad de recuperación, y fue el primer lanzamiento de una nave del Proyecto Mercury. Al vuelo lo precedieron dos ensayos de encendido en la rampa: el primero, el 1 de septiembre, se abortó nada más llegar a T-0 porque el temporizador ordenó la parada al no producirse el encendido de la etapa principal tras el de los vernier; el segundo, el 3 de septiembre, se completó con normalidad tras unos diecinueve segundos de funcionamiento.

El vuelo real, a las 08:19 GMT, salió a medias. A los dos minutos la telemetría indicó que la sección propulsora no se había separado, y el peso muerto de los motores dejó la velocidad por debajo de lo previsto. La consecuencia fue una cadena de despropósitos: el guiado no generó la señal de corte del motor sustentador prevista para T+270 s porque no se habían alcanzado la altitud ni la velocidad necesarias, el corte llegó por agotamiento del oxígeno líquido a T+293 s, la orden manual de seguridad de campo llegó pero no surtió efecto porque ya no quedaba helio de control para cerrar las válvulas, y tampoco se generó la señal de separación de la cápsula, de modo que hubo que arrancarla disparando repetidamente los propulsores del sistema de control de reacción hasta agotar su propulsante. Aun así, la maqueta cayó unas 500 millas (800 kilómetros) corta del punto previsto, se recuperó en buen estado y validó el escudo ablativo; el plan alternativo de un escudo de berilio se descartó. El vuelo balístico había cubierto 2.292 kilómetros hasta una altitud de 140 kilómetros.

Big Joe había respondido, pues, a la pregunta térmica. Lo que quedaba abierto era la pregunta estructural y operativa: si una cápsula Mercury de producción, con su geometría real y su masa real, podía volar sobre un Atlas a lo largo de todo el ascenso y sobrevivir a la reentrada más severa que cabía esperar de un aborto.

La carga de MA-1 era la nave número 4 y el vehículo lanzador 50-D. La cápsula iba deliberadamente incompleta: llevaba cohetes de separación reales pero retrocohetes simulados, y le faltaban sistemas que no hacían falta en un vuelo sin tripulación, entre ellos el de presurización de la cabina y el asiento del astronauta. En cambio se instrumentó a fondo para el objetivo térmico, con 51 termopares repartidos para medir las tasas de calentamiento del cuerpo posterior durante la reentrada.

La decisión más discutida fue prescindir de la torre de escape. En su lugar, sobre la cápsula se montó una carena de fibra de vidrio que ocupaba el espacio del sistema ausente. Los ingenieros de Convair habían defendido que la torre debía volar tanto por razones aerodinámicas como para recoger datos con la configuración real, pero los responsables del Proyecto Mercury decidieron lo contrario. También el sistema de detección de abortos voló en una configuración intermedia: el ASIS, el sistema automático que vigilaba los parámetros del Atlas y debía disparar el aborto ante una anomalía, se había ensayado antes en algunos vuelos de desarrollo del misil y en MA-1 volaba en lazo abierto, es decir, capaz de generar la señal de aborto pero no de enviar la orden de corte a la propulsión; el funcionamiento en lazo cerrado no llegaría hasta MA-3.

Los objetivos oficiales del vuelo, tal como los enunció la NASA, eran calificar la combinación de nave y Atlas, recuperar la cápsula, determinar la integridad estructural de la nave y de las tejas del cuerpo posterior bajo el máximo calentamiento que podía darse en un lanzamiento orbital, medir las tasas de calentamiento del cuerpo posterior en la reentrada, determinar las características dinámicas de vuelo de la cápsula durante esa reentrada, comprobar la adecuación de los sistemas de recuperación y familiarizar al personal del proyecto con las operaciones de lanzamiento y rescate.

El día del lanzamiento amaneció lluvioso y cubierto sobre Cabo Cañaveral. La meteorología no impedía volar, pero sí impedía ver, y en 1960 la observación óptica del ascenso —cámaras de seguimiento incluidas— formaba parte del instrumental de un ensayo tanto como la telemetría. Varios ingenieros de Mercury manifestaron su oposición a lanzar precisamente por eso: si algo salía mal, no habría imágenes con las que reconstruirlo. La objeción no prosperó y el Atlas 50-D despegó del LC-14 el 29 de julio de 1960.

A los veintiséis segundos de vuelo el vehículo entró en la nube y desapareció. A partir de ese instante, todo lo que se supo del vuelo llegó por radio.

La telemetría mostró un Atlas que funcionaba con normalidad hasta T+58 s, sin el menor indicio de problema, y en ese momento registró una perturbación axial severa. Aproximadamente un segundo después, la diferencia de presión entre el tanque de RP-1 y el de oxígeno líquido cayó a cero; siguieron la pérdida de empuje y la pérdida de telemetría, y el radar empezó a mostrar múltiples objetos donde antes había uno. El vehículo estaba atravesando la zona de presión dinámica máxima, a unos 30.000 pies (9,1 kilómetros) de altitud y 11.000 pies (3,4 kilómetros) de alcance. Algunos testigos afirmaron haber oído una explosión, pero no pudo confirmarse.

El análisis posterior separó dos perturbaciones distintas. La primera, a T+58,5 s, provocó la pérdida instantánea de las medidas de telemetría de la parte delantera del cohete. La segunda ocurrió a T+59,4 s, después del corte de motores atribuido al ASIS. La propulsión, en cambio, no parecía afectada por el suceso inicial. Los datos de los giróscopos de la cápsula sugirieron que el conjunto llegó a cabecear hasta 10°.

La reconstrucción tropezó con una limitación de instrumentación: a diferencia de los Atlas D de investigación y desarrollo, que volaban cargados de sensores, el 50-D solo llevaba cincuenta medidas de telemetría. Además, el último segundo y dos décimas de datos quedó en entredicho por los circuitos abiertos que la perturbación había dejado en el cohete. El vehículo parecía seguir una trayectoria estable cuando la telemetría se perdió del todo a T+60 s.

La cápsula, en cambio, se comportó bien hasta el final. Los datos registraron movimientos violentos justo después de perderse la telemetría del lanzador, pero la nave siguió funcionando con normalidad y transmitiendo hasta impactar contra el océano unos 220 segundos después del despegue, a unas 6 millas (9,7 kilómetros) de la costa. El sistema de paracaídas no llegó a desplegarse porque el aborto se había producido demasiado pronto en el ascenso. El vuelo duró 3 minutos y 18 segundos, alcanzó un apogeo de 13 kilómetros y recorrió 9,6 kilómetros de alcance; la masa de la nave era de 1.154 kilogramos y la velocidad máxima registrada, según la NASA, unas 1.701 millas por hora.

Sin imágenes del ascenso, la investigación dependía de lo que pudiera recuperarse del fondo. La operación de salvamento subió a la superficie la cápsula, los motores propulsores del Atlas y la válvula de venteo del oxígeno líquido. Owen Maynard, ingeniero de sistemas de Mercury en la NASA, dirigió la recuperación de la nave desde el lecho marino y llegó a hacer una inmersión libre de 30 pies (9,1 metros) para localizar un componente concreto que faltaba.

El examen de las piezas dio dos resultados de signo contrario. Los motores no mostraban más daño que la deformación causada por el choque contra el agua, lo que apuntaba a que la propulsión no había estado en el origen del accidente. La válvula de venteo del oxígeno líquido y un tramo de tubería que seguía unido a ella, en cambio, presentaban grietas de fatiga apreciables. Los restos de la nave número 4 se reensamblaron para su estudio.

La primera sospecha fue que la carena de fibra de vidrio colocada sobre la cápsula en el lugar de la torre de escape ausente se hubiera soltado y perforado el tanque de oxígeno líquido del Atlas. La hipótesis era razonable, pero los cálculos posteriores al vuelo de Maynard apuntaron a otra cosa y más profunda: la piel del lanzador justo por debajo de la nave habría pandeado bajo la combinación de resistencia aerodinámica, aceleración y cargas de flexión, un conjunto de esfuerzos que superaba la tensión que la presurización interna era capaz de oponer en esa zona. Dicho de otro modo, el cohete no falló por un impacto ni por un fallo de sus motores, sino porque en la unión con la cápsula la estructura estaba pedida por encima de su margen. Maynard resumiría años después, en una entrevista de historia oral, que el problema de acoplar la cápsula Mercury al Atlas distaba mucho de estar bien resuelto en la época de MA-1.

Quedó también en el aire la sospecha de que la ausencia del sistema de escape hubiera empeorado el perfil aerodinámico del conjunto, exactamente lo que los ingenieros de Convair habían argumentado antes del vuelo al pedir que la torre volara.

Sobre la base de aquel hallazgo, la NASA impuso dos cambios de fondo en los lanzadores Mercury-Atlas posteriores. El primero fue estructural: añadir refuerzos de piel (doblers) en la zona crítica bajo la nave y engrosar la piel del tanque de oxígeno líquido, que hasta entonces era la del misil de serie. El segundo fue de trayectoria: aplanar el perfil de ascenso para reducir la velocidad de cabeceo y, con ella, los esfuerzos de flexión sobre el vehículo.

La aplicación práctica llevó su tiempo, porque los cohetes ya estaban fabricados. El Atlas 100-D sería el primer vehículo de piel gruesa entregado. Mientras tanto, el 67-D asignado a MA-2 seguía siendo del modelo de piel fina, así que hubo que modificarlo: se le instaló una banda de refuerzo de acero inoxidable alrededor del vehículo entre las estaciones 502 y 510 —la interfaz entre la cápsula y el cohete— con una lámina delgada de amianto intercalada entre la banda y la piel del tanque, precisamente como precaución contra el tipo de fallo sufrido por MA-1. El 77-D, que según los planes originales debía volar en MA-3 y había pasado su inspección de salida de fábrica en septiembre de 1960, fue retirado poco después, cuando aparecieron las conclusiones del análisis posterior al vuelo de MA-1, y se sustituyó por el 100-D. Más adelante, ya en MA-7, la piel del tanque de oxígeno líquido se engrosó todavía más, porque las naves operativas llevaban más equipo y consumibles que las de investigación y el peso de la cápsula seguía creciendo.

La prueba de que el diagnóstico era correcto llegó el 21 de febrero de 1961 a las 14:10 UTC, cuando MA-2 despegó del LC-14 bajo un cielo azul y despejado, tan distinto de la niebla de MA-1. En el búnker se esperó con nervios el paso por la zona de presión dinámica máxima, y cuando el vehículo la superó la reacción del equipo de lanzamiento fue de júbilo. MA-2 completó un vuelo suborbital de 17 minutos y 56 segundos, alcanzó 114 millas (183 kilómetros) de altitud y 13.227 millas por hora (21.287 kilómetros por hora), soportó una aceleración máxima de 15,9 g y la cápsula se recuperó a 1.432 millas (2.305 kilómetros) del punto de lanzamiento. Todos los objetivos se cumplieron y el único problema reseñable fue algo de chapoteo del propulsante. El modo de fallo de MA-1 no volvió a repetirse en ningún vuelo posterior.

MA-1 se contabiliza como fracaso y lo fue: se perdieron la nave número 4 y el Atlas 50-D, no se recuperó ningún dato de reentrada, no se probaron ni las tejas del cuerpo posterior ni los sistemas de recuperación, y ninguno de los objetivos declarados llegó a cumplirse. Pero el vuelo hizo, involuntariamente, algo que ningún ensayo planificado había conseguido: puso en evidencia que la unión entre la cápsula y el lanzador no estaba resuelta, y lo hizo en un vuelo sin nadie a bordo, cuando aún quedaban dieciocho meses para el primer vuelo orbital tripulado.

Ese es el patrón que se repite en toda la serie no tripulada de Mercury y la razón por la que estos vuelos merecen contarse con el mismo detalle que los tripulados: Big Joe validó el escudo térmico a costa de una separación fallida, MA-1 descubrió el punto débil estructural a costa del vehículo entero, y cada hallazgo se tradujo en hardware distinto en el cohete siguiente. De MA-1 salieron la banda de acero del 67-D, la retirada del 77-D, el adelanto del 100-D de piel gruesa y las trayectorias más tendidas que acompañarían al resto del programa.

De la propia nave queda material físico: piezas de la Mercury número 4 se conservan expuestas en el Cosmosphere de Hutchinson, en Kansas, y la escotilla se encuentra en el American Space Museum de Titusville, en Florida.