Programme Lunar Orbiter

Le programme Lunar Orbiter est une série de 5 sondes spatiales américaines lancées par la NASA entre 1966 et 1967 pour effectuer une cartographie du sol de la Lune afin de repérer les zones d'atterrissage des vaisseaux du programme Apollo et compléter le travail effectué par les sondes Surveyor et Ranger. Les cinq vols furent couronnés de succès et 99% de la surface de la Lune fut cartographiée avec une résolution inférieure ou égale à 60 mètres. Le programme permit également de tester le système de télémétrie mis en place par la NASA, d'identifier et mesurer les anomalies du champ de gravité lunaire, de faire des mesures de la fréquence des micro-météorites et de l'intensité du rayonnement cosmique.

Les trois premières sondes avaient pour objectif de photographier 20 sites d'atterrissages potentiels pré-sélectionnés par des observations effectuées depuis la Terre. Ces vols ont été effectués sur des orbites de faible inclinaison. Les vols des quatrième et cinquième sondes furent consacrés à des objectifs scientifiques plus étendus et s'effectuèrent sur des orbites polaires à des altitudes élevées. Lunar Orbiter 4 photographia toute la face visible de la Lune ainsi que 95% de la face cachée de la Lune tandis que Lunar Orbiter 5 complétait la couverture de la face cachée et effectuait des photos de 35 zones présélectionnées pour leur intérêt scientifique ou en tant que zone d'atterrissage potentielle pour les missions Apollo Aplications avec une résolution moyenne (20 m) et haute (2 m).

Les sondes Lunar Orbiter étaient équipées d'un système photographique ingénieux composé de deux caméras, d'un système de développement, d'un scanneur et d'un système d'avancement de film. Les deux objectifs, un téléobjectif de 610 mm à haute résolution (HR) et un objectif grand angle de 80 mm moyenne résolution (MR) faisaient converger les images sur la même pellicule de 70 mm. Les axes des deux objectifs étaient placés de manière à ce que les images fournies par le téléobjectif se situent dans la zone photographiée par le grand angle. Le film avançait durant la prise de vue de manière à compenser la vitesse de déplacement de la sonde ; celle-ci était évaluée à l'aide d'un capteur électro-optique. Le film était développé, numérisé et les images étaient ensuite envoyées vers la Terre.

Les sondes Lunar Orbiter furent les premières à effectuer des photographies de la Terre entière vue de l'espace : les levers de Terre au-dessus de l'horizon lunaire furent photographiés par Lunar Orbiter 1 tandis que les photographies de la Terre entière ont été prises par Lunar Orbiter 5.

Initialement les sondes Lunar Orbiter devaient être un dérivé de la sonde Surveyor sans rétrofusée ni train d'atterrissage. Mais le retard pris par le programme Surveyor et la fusée Atlas-Centaur nécessitèrent finalement un développement indépendant prenant en compte les capacités plus limitées de la fusée Atlas-Agena. La NASA figea le cahier des charges en août 1963, Boeing remporta l'appel d'offres en décembre 1963 et signa avec la NASA le contrat définitif en mai de la même année. Le développement fut particulièrement rapide puisque la première sonde était placée en orbite environ 2 ans plus tard.

La sonde pèse 400 kg et a une envergure de 3,75 mètres avec ses panneaux et mats déployés. Le corps de la sonde a la forme d'un cône tronqué haut de 1,65 mètre et de 1,5 mètre à la base dont l'armature est constituée d'un treillis de tubes métalliques. Les équipements de la sonde sont répartis sur 3 «étages». L'équipement logé à la base le plus large de la sonde comprend la batterie, un transpondeur, le programmeur de vol, une centrale à inertie (IRU), un senseur stellaire et le système photographique. À l'étage au-dessus se situent le moteur principal avec les réservoirs de carburant et de comburant, les senseurs solaires et les détecteurs de micro-météores. Le troisième étage est constitué d'un bouclier de protection contre la chaleur générée par le moteur principal au milieu duquel émerge la tuyère. Les 4 moteurs d'orientation sont montés sur le périmètre du bouclier. La navigation utilise 5 senseurs solaires, un senseur stellaire utilisé pour viser l'étoile Canopus, et la centrale à inertie équipée de son gyroscope.

Sur la base la plus large sont attachés 4 panneaux solaires carrés de 4 m² tapissés de 2714 cellules solaires placés sur la face située à l'opposé du moteur principal. La production électrique de 375 watts est stockée dans une batterie nickel-cadmium de 12 ampère-heures pour permettre à la sonde de disposer d'électricité lorsque le Soleil est masqué par la Lune. Les photographies sont transmises aux installations à Terre par un émetteur-radio de 10 W utilisant une antenne haut-gain de 1 mètre de diamètre situé au bout d'une perche de 1,32 mètres tandis que les autres communications utilisent un émetteur-radio de 0,5 W. utilisant une antenne à petit gain omnidirectionnelle à l'extrémité d'une perche de 2,08 mètres. Les deux antennes fonctionnent en bande S sur la fréquence 2295 MHz. Le contrôle thermique est assuré par un film isolant multi-couches de mylar et dacron appliqué sur une feuille d'aluminium qui entoure le corps de la sonde ainsi qu'à l'aide de peintures spéciales et de petits systèmes de chauffage.

Les manœuvres les plus importantes sont réalisées à l'aide du moteur principal consommant des carburants hypergoliques (peroxyde d'azote et aérozine 50)) qui est monté sur cardan et a une poussée de 445 newtons. L'orientation de la sonde est réalisé à l'aide des 4 petits moteurs de 4 newtons de poussée qui fonctionnent en émettant des jets d'azote.

Les sondes Lunar Orbiter ont transmis en tout 2 180 photos en haute résolution et 822 photos en résolution moyenne. Le système de détection de météorites a enregistré 22 impacts c'est-à-dire deux ordres de grandeur au-dessus ce qui se rencontre dans l'espace interplanétaire mais un peu moins qu'à proximité de la Terre. Les expériences sur le rayonnement ont confirmé que les blindages prévus sur les vaisseaux Apollo suffiraient pour protéger les astronautes des éruptions solaires moyennes ou supérieures à la moyenne. Les sondes furent utilisées pour valider le fonctionnement des stations du réseau d'écoute des vols habités et le programme de calcul de l'orbite Apollo avec 3 sondes suivies en parallèle (Lunar Orbiter 2, 3 et 5) entre août et octobre 1967. Des ordres furent envoyés à toutes les sondes pour que celles-ci aillent s'écraser sur le sol lunaire avant qu'elles n'épuisent leur carburant afin qu'elles ne constituent pas une gêne pour la navigation des futurs vaisseaux Apollo. Le programme Lunar Orbiter piloté par le Centre de Recherche de Langley a coûté 200 millions de $ (environ 1 350 millions de $ 2008).

En 2008, le Lunar Orbiter Image Recovery Project, situé au Ames Research Center à Moffett Field, en Californie, restaure et numérise environ 1 500 cassettes analogiques utilisant un format 70 mm .

Il y eut cinq missions Lunar Orbiter.

• Lunar Orbiter 1 — lancement le 10 août 1966 ; photographies des sites d'atterrissage potentiels du 18 au 29 août 1966.
• Lunar Orbiter 2 — lancement le 20 septembre 1966 ; photographies des sites d'atterrissage potentiels du 18 au 25 novembre 1966.
• Lunar Orbiter 3 — lancement le 17 avril 1967 ; photographies des sites d'atterrissage potentiels du 15 au 23 février 1967.
• Lunar Orbiter 4 — lancement le 14 juillet 1967 ; cartographie de la Lune du 11 au 26 mai 1967.
• Lunar Orbiter 5 — lancement le 3 septembre 1967 ; cartographie de la Lune et étude de sites en haute résolution du 6 au 18 août 1967.