[Dossier] De Mercury à Apollo : les vaisseaux qui menèrent à la Lune

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Au cours de la guerre froide, la maîtrise de l'espace était considérée comme un domaine stratégique à la fois de propagande et de domination militaire. Les débuts des programmes spatiaux des deux géants allaient de pair avec le développement des missiles balistiques, les premières fusées étaient notamment dérivées des premiers missiles balistiques.

Les programmes spatiaux soviétiques et américains vont partager plusieurs points communs. Les deux se basent sur des technologies récupérées dans les restes du IIIème Reich à la fin de la seconde guerre mondiale. Les américains vont notamment engager d'anciens chercheurs allemands dont Von Braun. L'URSS va récupérer des plans de fusées dont celles des V2 qu'ils vont faire étudier par leurs spécialistes.

Le 4 octobre 1957, l'URSS prend une avance décisive avec la mise en orbite de Spoutnik, le premier satellite artificiel. L'union soviétique enfonce le clou un mois plus tard avec le lancement de Spoutnik 2 qui transporte notamment la chienne Leika, le premier être vivant envoyé dans l'espace. Rapidement, le programme Vostok est lancé avec comme but d'envoyer un homme dans l'espace. L'URSS remporte une nouvelle victoire le 12 avril 1961 avec le premier vol spatial de Youri Gagarine. Ce premier vol dure 1h48 et permet à la capsule de faire un tour de la Terre.

Le programme spatial américain progresse lui aussi, mais reste toujours "derrière". Ce n'est que le premier février 1958 que le satellite Explorer 1 est mis en orbite. La NASA va aussi se mettre très rapidement au travail pour envoyer un homme dans l'espace avec le programme Mercury. C'est le 5 mai 1961 que Alan Shepard devient le premier américain à aller dans l'espace à bord de la capsule Mercury 3. Ce premier vol est relativement court puisqu'il ne dure qu'un peu plus de 15 minutes, c'est pourtant à l'issue de ce vol que le président John Kennedy annonce le grand défi lunaire : un américain doit se rendre sur la Lune avant la fin de la décennie. La Nasa n'a alors qu'à peine 8 ans et demi pour y parvenir !

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Le programme Mercury ne fait pas complètement partie du programme lunaire dans la mesure où il a débuté avant la décision présidentielle d’envoyer un américain sur la Lune. L’objectif de Mercury est tout simplement d’envoyer un américain dans l’espace, si possible avant que l’URSS ne parvienne à envoyer un cosmonaute.


Les objectifs

Mercury a pour objectif d'envoyer un homme dans l'espace et ainsi d'acquérir de l'expérience en termes de vol spatial habité. Il s'agit tout d'abord de pouvoir faire voler un vaisseau dans l'espace et de pouvoir le récupérer sur Terre avec son occupant sain et sauf. Le programme Mercury doit permettre d'étudier les effets d'un vol spatial sur le corps humain et notamment les effets d'un séjour prolongé en apesanteur.


Le Vaisseau

Sous le nom de Mercury, ce sont plusieurs modèles de capsules différentes qui ont été développées. La version définitive, se présente sous la forme d'un cône prolongé par un petit cylindre sur sa pointe. Cet appendice contient notamment les parachutes pour freiner l'engin lors de la redescente sur Terre et des petites buses d'éjections de gaz permettant de manœuvrer le vaisseau. La base du cône est composée d'un solide bouclier thermique dont le rôle est à la fois de ralentir et de protéger la capsule lors du retour dans l'atmosphère.

La capsule renferme un certain nombre d'instruments de mesure dont certains permettent d'évaluer l'état de santé de l'astronaute. Un périscope et un système de télécommunications avec la Terre complètent l'équipement du vaisseau.

Lors du lancement, l'avant de la capsule est surmontée d'un pylône portant lui même une petite fusée. Il s'agit du système de secours qui permet de "tirer" et d'éloigner Mercury en cas de problème sur le lanceur. Le vaisseau peut ensuite déployer son parachute afin de revenir sur le sol avec son passager sain et sauf. Un tel système est aussi utilisé pour les actuels Soyouz mais dont ne peuvent profiter les équipages de la navette spatiale actuelle.

Vue en coupe d'une capsule habitable Mercury

Les capsules Mercury ainsi que les combinaisons portées par leur occupant ne possèdent pas de réelles protections contre les radiations. Les premiers satellites américains ont en effet établi que ces dernières sont regroupées au sein des ceintures de Van Allen dont la plus basse se trouve à 700 km de la Terre. La réponse la plus simple qui ait été apportée fut donc d'effectuer les premiers vols spatiaux à des distances moins élevées.

Les vols

De très nombreux vols d’essai vont avoir lieu à partir de 1959. Les premiers vols de capsules Mercury auront lieu avec des fusées Little Joe de conception plutôt sommaire, y compris pour l'époque. Le but de ces premiers lancements n'était pas toujours d'atteindre l'espace, mais de tester le comportement de la capsule dans différentes conditions dont des situations d'urgence.

D'autres vols ont pour but de tester les capacités de la capsule ainsi que de certains lanceurs à envoyer des êtres vivants dans l'espace et surtout à les ramener vivants et, de préférence, en bonne santé. Plusieurs chimpanzés vont ainsi être emmenés dans des prototypes de Mercury. Un premier atteindra ainsi l'altitude de 85 km, un second testera le système de secours et un troisième atteindra effectivement l'espace.

Lorsque le premier vol d’un américain a lieu, celui-ci ne dure que 15 minutes, à ce moment, les russes savent déjà maintenir un vaisseau dans l'espace et effectuer le tour de notre planète. C’est pourtant dans ce contexte que le président John Kennedy prend la décision d’envoyer un américain avant la fin de la décennie, c'est-à-dire en moins de 9 ans !

Les vols de Mercury se poursuivent au début des années 60 et la Nasa parvient à gravir plusieurs étapes. La première est de maintenir une orbite stabilisée, la seconde, de maintenir le vaisseau plus d'une journée, ce qui implique de pouvoir nourrir l'astronaute mais aussi et surtout de tester les équipements lui permettant d'évacuer ses urines et autres déjections.

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Le programme Gemini est celui de la montée en compétence de la Nasa en matière de vol habité. Plus grand, plus perfectionné, il s’agit d’un programme qui va être aussi éphémère que fulgurant, permettant à la NASA de prendre l’avantage sur l’agence spatiale soviétique. Le programme Gemini est un succès à la fois technique et populaire et va s’avérer être le marchepied décisif de la course à la Lune.


Les objectifs

Le programme Gemini doit servir de tremplin pour pouvoir envoyer ensuite des hommes sur la Lune. Il s’agit de tester les concepts nécessaires pour réaliser le scénario d’une mission Apollo.
- Permettre les rendez-vous dans l’espace
- Permettre les sorties extra-véhiculaires
- Allonger la durée de vol dans l’espace
- Améliorer la précision et la procédure de retour dans l’atmosphère

Au départ, les ingénieurs de la NASA pensaient faire un retour sur Terre avec atterrissage continental. Cependant, cet objectif fut abandonné lors de la conception de la capsule.

Le programme Gemini ne comprend pas seulement le développement de la capsule, mais aussi des combinaisons spatiales pour les sorties extravéhiculaires ainsi que la réalisation d’une fusée orbitale qui doit pouvoir servir d’hôte d’amarrage pour Gemini. L’engin doit pouvoir être piloté ensuite depuis la capsule Gemini. Il s’agit d’expérimenter les techniques de rencontres spatiales qui seront mises en œuvre entre le futur vaisseau Apollo et le LEM.


Le vaisseau

Sur la forme, Gemini ressemble à une capsule Mercury en version biplace. Cependant, les capsules Gemini sont plus perfectionnées et représentent d’énormes avancées technologiques. De manière général Gemini contient les briques de base nécessaires à la réussite des missions Apollo. Les vaisseaux Gemini reprennent la forme conique des premières ainsi que le mode de fonctionnement général.

Diagramme d'un vaisseau Gemini (cliquer pour agrandir)

Le nez de l’engin, très proéminent comparé à celui de Mercury, emporte les parachutes, des systèmes de buses permettant le contrôle de la trajectoire et un équipement permettant l’amarrage à des modules externes. Toutefois, les amarrages possibles ne sont que techniques, il n’est pas encore question de permettre aux astronautes de passer d’un engin à l’autre. Cependant, Gemini peut prendre le contrôle technique des équipements de son hôte dont ses systèmes de propulsion.

Les vaisseaux cibles utilisés sont des fusées Agena. Elles sont lancées préalablement aux missions Gemini et sont conçues pour permettre à une capsule Gemini de s’amarrer. Surtout, des systèmes sont connectés au vaisseau hôte qui peut ainsi contrôler les moteurs de la fusée cible.

Gemini est aussi conçu pour s'éloigner plus significativement de la Terre et est en cela le premier vaisseau spatial américain capable de traverser les ceintures de Van Allen en préservant la santé de ses occupants. Gemini peut aussi changer d'orbite plus facilement et permet à ses occupants d'effectuer des sorties extravéhiculaires, ce qui implique des systèmes de dépressurisation et re-pressurisation.

Au niveau du pilotage et du contrôle, Gemini est le premier vaisseau spatial équipé d’un ordinateur de bord. Il est capable de piloter automatiquement les mouvements de la capsule et d’effectuer des retours sur Terre avec une précision nettement améliorée par rapport aux vaisseaux Mercury.

Tableau de bord d'un vaisseau Gemini (cliquer pour agrandir)

Les vols

Les premiers vols Gemini ne sont pas habités, ils permettent de tester le bon fonctionnement de cette série de vaisseaux. Lors du tout premier vol, la capsule emporte des expériences biologiques. Placée sur une orbite fortement elliptique, les altitudes successives varient de 160 à 1400 km, ce qui permet déjà d’étudier le comportement de Gemini dans la première ceinture de Van Allen.

Le troisième vol de Gemini fût aussi le premier à transporter des astronautes, mais il ne s’agissait alors que de vérifier le bon fonctionnement général de Gemini. C’est surtout à partir du quatrième vol que débute les nouveautés avec la première sortie d’un américain dans l’espace. La Nasa a alors encore du retard sur le programme spatial soviétique, mais celui-ci tend à diminuer. Afin de prouver sa maitrise de la technologie, cette première sortie fût plus longue que celle pratiquée par les cosmonautes russes.

Le cinquième vol montre les possibilités de vol prolongé, la capsule Gemini reste alors plus de 7 jours dans l’espace, ce qui constitue un record. Les vols 6 et 7 ont lieu simultanément et pour cause : il s’agit de tester les possibilités de vol synchronisé entre deux vaisseaux pilotés. La mission de Gemini 7 est aussi d’aller encore plus loin en terme de durée de vol spatial en restant 13 jours en orbite, recueillant ainsi des données précieuse sur l’effet prolongée de l’apesanteur sur le corps humain.

A partir de Gemini 8, les missions vont se dérouler en compagnie du vaisseau-fusée cible Agena. Lors de la première mission du genre, la capsule Gemini s’est amarré sans problème à la fusée. Cependant, un problème technique sur la capsule elle-même va entrainer l’ensemble dans un mouvement en toupie qui va pousser Neil Armstrong, le pilote, à larguer d’urgence la fusée et à effectuer plusieurs manœuvres de rattrapage. Ayant rétabli la stabilité de l’appareil, il décide de mettre fin à la mission et effectue un retour d’urgence sur Terre qui se déroule sans encombre.

Gemini 9 va lui aussi s’amarrer sans problème à la fusée cible, mais sans parvenir à en prendre effectivement le contrôle. Toutefois, une autre sortie extravéhiculaire sera menée à bien lors de ce vol qui se terminera normalement.

C’est avec les missions Gemini 10 et 11 que la Nasa recommence à prendre de l’avance. Lors des deux missions, des sorties extravéhiculaires seront menées sans problème, mais surtout, les pilotes réussiront à prendre le contrôle des fusées Agena depuis leur capsule. Gemini 10 atteindra une première altitude record de 763 km, Gemini 11 enfoncera le clou avec une altitude maximale de 1373 km. Le programme Gemini se termine le 15 novembre 1966 avec un 12ème vol où Edwin Buzz Aldrin effectua une sortie extravéhiculaire d’une durée record de 5 heures.



Gemini dans la culture populaire

Grande réussite technologique, le programme Gemini va rencontrer un gros succès populaire dans les années 60.

Des capsules Gemini jouent un rôle important dans le James Bond « On ne vit que deux fois ». Dans le film, elles sont victimes d’un vaisseau cannibale appartenant à un milliardaire mégalomane. Leurs équipages ne font pas usage des possibilités de manœuvrabilité pour échapper au vaisseau ennemi.

Dans l’une de ses chansons, « Qui est in, qui est out », Gainsbourg nous confirme que « Gemini ne carbure pas au mazout », affirmation tout à fait exacte. Cependant, le vaisseau américain n’utilise ni nitroglycérine, ni les rythmes du rock psychédélique, comme suggéré dans la chanson, pour se mouvoir.

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Le programme Apollo est celui qui va permettre à la Nasa d'envoyer des astronautes sur la Lune. Ce programme servira aussi de base à de futures missions dont la station spatiale Skylab et la mission apollo-Soyouz de 1975.


Les objectifs

Les objectifs de la mission Apollo sont bien connus. Ils consistent essentiellement à emmener un américain sur la Lune, si possible avant que l’Union Soviétique n’y arrive et avant le premier janvier 1970.Les dirigeants de la Nasa vont compléter cet objectif en ajoutant
- la sortie d’un astronaute afin qu’il pose le pied sur la Lune
- le retour sur Terre d’échantillons et d’images


Les vaisseaux

Le vaisseau Apollo est nettement plus imposant que Gemini. Cela est dû à la présence d’un module de service plus grand et surtout du Module Lunaire. Ils font de l’ensemble un vaisseau complet offrant plus d’espace de vie à ses occupants et surtout plus d’autonomie. Le module de service doit contenir le carburant et les réserves d'oxygène en suffisamment grandes quantités pour assurer un aller et un retour vers la Lune en plus de plusieurs orbites autour des deux astres, il est ainsi nettement plus grand que celui de Gemini.

Vaisseau Apollo et le Module Lunaire comparés à leurs occupants.

La capsule de commande est aussi celle permettant le retour sur Terre. En pratique, cette partie du vaisseau reprend la forme conique de ses prédécesseurs : Mercury et Gemini. Les astronautes ne sont plus obligés de rester sur leurs sièges et disposent d’un habitacle permettant de se déplacer à l’intérieur. Cependant, le volume global reste limité, laissant juste la place de rejoindre la trappe de sortie externe située sur le flanc ou la trappe de passage vers le module lunaire qui se situe devant le poste de pilotage, par-dessus le tableau de bord, sur la pointe du vaisseau.

Diagramme d'un vaisseau Apollo (cliquer pour agrandir)

Le Module Lunaire est composé en deux parties :
- un socle non habitable et regroupant les réserves principales à la manière d’un module de service et les bras articulés permettant au module de se poser sur le sol.
- Un module habitable transportant les astronautes et du carburant pour pouvoir décoller de la Lune.

Plan du Module Lunaire (cliquer pour agrandir)

La mise en œuvre de l'ensemble est plutôt complexe. Lors du décollage, le vaisseau Apollo (capsule et module de service) occupe le sommet de la fusée alors que le LEM est stocké juste en dessous. Une fois en orbite terrestre, le LEM est ramené de l'arrière à l'avant du vaisseau Apollo, formant ainsi le "train" lunaire qui peut alors prendre la direction de la Lune.

Apollo et le module lunaire au décollage,
L’ouverture de la coiffe abritant le module lunaire s'effectue à l'aide de petits explosifs.

Les vols

Les trois premiers vols non habités de vaisseaux Apollo ont lieu les 26 février, 5 juillet et 25 aout 1966. Ces vols permettent de tester à la fois la capsule habitable, son module de service et aussi le troisième étage de la future fusée Saturn 5. Le lanceur utilisé pour ces tests est le Saturn 1B.

Le tout premier vol, appelé Apollo 1, doit être annulé à la suite d’un accident dramatique lors d’un entrainement au sol. Un court-circuit à l’intérieur déclenche un incendie qui va entraîner la destruction de l’intérieur du vaisseau et, surtout, la mort des trois astronautes présents à bord. Élément aggravant, les capsules spatiales américaines de l’époque contenaient une atmosphère composée à 100% d’oxygène au lieu de 20 % sur Terre. De cette manière, l’incendie va devenir très rapidement incontrôlable. Ce drame va entraîner un retard d’environ deux ans du programme.

Le 9 novembre 1967, un nouveau vol, appelé Apollo 4, non habité, est effectué. Cette fois ci, c’est une fusée Saturn 5 qui est utilisée. Le 22 janvier, Apollo 5 décolle, toujours sans occupant, au sommet d’une fusée Saturn 1B. Cette fois ci, un module lunaire est présent à bord pour être testé à son tour. Enfin, le 4 avril 1968, une dernière mission non habitée est lancée avec une fusée Saturn 5. Les résultats de ce vol sont assez mitigés dans la mesure où certains moteurs de la fusée se sont coupés trop tôt, obligeant le module de service du vaisseau Apollo à prendre le relai. Cependant, les tests sont suffisamment concluants pour passer aux vols habités.

C’est donc le 11 octobre 1968 qu’un vaisseau Apollo, Apollo 7, va transporter pour la première fois des astronautes dans l’espace. Lancé seul et sans module lunaire, cette mission a pour but de valider le fonctionnement général de la capsule. Avec cette mission, la Nasa teste aussi sa capacité de couverture médiatique en diffusant des images à la télévision.

Du 21 au 27 décembre 1968, la Nasa réalise sont premier voyage lunaire habité avec Apollo 8. Le vaisseau quitte l’orbite terrestre pour rejoindre la Lune et effectue un vol orbital autour du satellite. La mission va permettre de recueillir de nombreuses images de la surface et aussi un premier lever de Terre. Lors de ce vol, la mer de la Tranquillité et la face cachée de la Lune vont être particulièrement observées.

Les missions Apollo 9 et Apollo 10 vont être des missions de répétition où les équipages vont tester l’ensemble des éléments d’une mission lunaire. Pilotage du module lunaire, manœuvre d’arrimage, sortie extravéhiculaire, Ils testent aussi plusieurs manœuvres de secours dont l’utilisation du module Lunaire comme canot de sauvetage, ce qui ne sera pas inutile pour la suite du programme.

Apollo 11 est la première mission lunaire à prévoir un alunissage et la sortie d’astronautes sur le sol lunaire. Vous avez découvert ces derniers jours des images d’époque à travers les articles de Michel. Le succès est total, la Nasa a enfin réussi le pari lancé par John Kennedy en 1961.

Les missions suivantes vont permettre plusieurs avancées techniques et l’installation de plusieurs équipements sur la surface de la Lune. Apollo 12 est la première mission à être menée avec un équipement informatique à la hauteur des enjeux, permettant ainsi un alunissage de précision.

[jyb]

Le programme lunaire fut finalement de courte durée. Le principal objectif est rempli dès la première mission : les américains ont réussi à devancer les russes dans la course à la Lune. Reste que le rêve des américains retombe rapidement, l’intérêt scientifique de la poursuite des missions, compte tenu du coût et la manière dont se passent ces missions, ne fait guère rêver.

Dans les films de science fiction, les vaisseaux voyagent de planète en planète de la même manière que les avions volent d’aéroport en aéroport. Pour commencer, certains composants ne sont guère présentables. Le LEM présente des formes que n’aurait pas reniées le sculpteur César. Pour continuer, chaque élément d’une mission Apollo ne sert qu’une seule fois et est immédiatement abandonné après usage. On est très loin de ce que le public attend d’un vaisseau spatial.

La Nasa va donc abandonner le programme lunaire au bénéfice de deux programmes. Un premier programme, mis en place pratiquement dans l’urgence est celui de la station spatiale Skylab. Elle est construite à partir d’éléments de la fusée Saturn 5 et de modules de contrôle Apollo. Lancée en 1973, cette station spatiale va présenter au public un premier engin spatial « durable ». Elle sera ravitaillée par les vaisseaux Apollo non utilisés pour la Lune, après le vol du dernier, la station va être maintenue en orbite jusqu’en 1979.

Le second programme de la NASA va être bien sûr le programme d’avion spatial qui va donner naissance à la navette. En réalité, les recherches dans ce domaine ont commencé avant le programme lunaire et a donné lieu à la construction d’appareils de légende dont le X15, le premier avion à atteindre la limite de l’espace, c’était dans les années 60. L’avion spatial a le mérite d’être beau et de correspondre à ce que le public attend d’un vaisseau spatial : il décolle, va dans l’espace, redescend et atterrit prêt à refaire le plein pour un autre voyage.

Cependant, cet attrait pour cette forme de conquête spatiale ne va pas avoir les effets escomptés. La navette ne rend pas plus de service que les fusées standards, elle est plus chère à mettre en œuvre et ne permet pas de s’éloigner des orbites terrestres les plus basses. Finalement, la décision américaine de retourner sur la Lune s’accompagne d’une décision d’arrêter la navette pour la conception d’un nouveau vaisseau ressemblant en partie étrangement à… Apollo !

[jyb]

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[jyb]

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[cisou9]

Bonjour JYB.

Très bien cette rétrospective, mais dans les Gémini tu n'a pas fais allusion à l'incendie provoqué par L'O2 pur en basse pression dans la cabine, c'est quand même important.

[Victor]

Non il me semble que l'histoire de l'incendie par O² pur c'était dans le programme Appolo appolo 1 qui a eut cet incendie dû a un court circuit au sol avec la mort des 3 astronautes Virgil Grissom, Edward White et Roger Chaffee