Little Joe (fusée) - Définition et Explications

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Introduction

La Little Joe II du vol A004 à White Sands

La fusée Little-Joe est un lanceur développé par l'agence spatiale américaine (NASA) et utilisé entre 1959 et 1966 pour tester le comportement des vaisseaux spatiaux des programmes américains Mercury et Apollo durant les phases critiques de leur vol en particulier au moment ou la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) aérodynamique (L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte principalement sur la compréhension et l'analyse des écoulements d'air, ainsi qu'éventuellement sur leurs effets sur des éléments...) est maximale (Max Q). La Little Joe a été utilisée pour la qualification en vol de la tour de sauvetage et du déploiement des parachutes.

Conçue pour être simple et peu coûteuse, la Little Joe est construite en combinant sous forme de fagot un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable peut aussi...) d'étages de fusée (Fusée peut faire référence à :) à propergol (Un propergol, dans le domaine de l'astronautique, est un produit constitué par un ou plusieurs ergols, soit séparés soit réunis, pour former un mélange ou un composé, apte à fournir par réaction...) solide existants : Recruit, Pollux, Castor et Algol. Les performances du lanceur ( Lanceur, terme de l'astronautique Lanceur, terme du baseball ) lui permettent de propulser une maquette du vaisseau à l'échelle 1 à des vitesses supersoniques sur une trajectoire parabolique (Une trajectoire est dite parabolique si le mouvement d'un corps dans l'espace décrit une parabole.).

La première version du lanceur, Little Joe I, capable de propulser jusqu'à une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie...) de 160 km la capsule Mercury avec sa tour de sauvetage, a été lancée à huit reprises entre 1959 et 1961 et a connu deux échecs. Little Joe II, deuxième version beaucoup plus puissante développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales...) pour le programme Apollo (Le programme Apollo est le programme spatial de la NASA mené durant la période 1961 – 1975 qui a permis aux États-Unis d'envoyer pour la première fois des hommes sur la Lune. Il fut lancé...), a été lancée à cinq reprises entre 1963 et 1966 et a connu un échec. Les deux versions ont joué un rôle important dans la mise au point (Graphie) des véhicules spatiaux.

Little Joe I

La première fusée Little Joe I effectivement lancée à Wallops Island : le vol LJ-6
Assemblage de la fusée et de la capsule Mercury pour le vol LJ-5A

La construction de la première version de la fusée Little Joe est initiée dans le cadre du programme Mercury (Le programme Mercury est le premier programme spatial américain à avoir envoyé un homme dans l'espace. Il a été lancé en 1958, quelques jours après la création de l'agence spatiale...), premier programme spatial habité américain à partir d'un concept développé par Maxime Faget et Paul Purser. L'objectif est de limiter les coûts de qualification en vol de la tour de sauvetage et du déploiement des parachutes de la capsule Mercury. Le coût unitaire d'un exemplaire des lanceurs utilisés le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) Mercury - Mercury-Redstone (Le lanceur composite Mercury-Redstone était une fusée qui permit aux Etats-Unis d'accomplir ses premières incursions habitées dans l'espace dans le cadre du projet Mercury. Le véhicule propulsif tirait sa substance du...) (1 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il vaut un millier...) $) et Atlas (2,5 millions $) - semble à l'époque trop élevé pour des tests qui peuvent se contenter d'une fusée rustique. En combinant des propulseurs à poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent sous forme de petits morceaux, en général de taille inférieure au dixième de millimètre (100 µm).) existants dans un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) non guidé et mono-étage, les responsables du projet parviennent à obtenir un lanceur dont les performances égalent celles de la Mercury-Redstone pour un cinquième de son prix.

La structure de la fusée Little Joe I, commune à tous les exemplaires, regroupe une combinaison (Une combinaison peut être :) variable d'étages de fusée à propergol solide déjà en production à la conception du lanceur  : de 2 à 4 fusées de type Pollux ou Castor (26 tonnes de poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) durant 37 secondes) complétés par un nombre variable de fusées (de 1 à 4) Recruit (17 tonnes de poussée durant 1,53 secondes) qui accoissent la poussée au moment du décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état statique - au sol - vers le vol.). La masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre...) du seul lanceur est comprise, selon les configurations, entre 11 et 18 tonnes. Les fusées Castor et Pollux sont, soit toutes mises à feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) au lancement, soit allumées en deux temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), permettant de doubler la durée de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) propulsée.

Les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce...) de la fusée seule (environ 7,5 mètres de haut pour 2 mètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le...) hors adaptateur et empennage) ont été fixées par le diamètre de la capsule Mercury (1,90 m) et la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) des propulseurs Castor. L'ensemble constitué par le lanceur, la capsule Mercury et la tour des sauvetage culmine à 15 mètres. Les ailerons de l'empennage, très important pour assurer la stabilité en vol du lanceur, dépassent du corps de la fusée de plus de 2 mètres. La structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme d'études...) est composée de quatre alvéoles verticales destinées à recevoir les fusées Castor ou Pollux et de quatre alvéoles de petite taille, situées entre ces dernières et pouvant recevoir des fusées Recruit. La NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation...) lance un appel d'offres pour la construction du lanceur qui est remporté par la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre"...) missiles du constructeur aéronautique (L' industrie aéronautique et spatiale est le secteur économique qui regroupe les activités des secteurs de l'aéronautique et de l'aérospatiale. Ces secteurs sont étroitement liés aux activités de...) North American (North American Aviation fut le premier constructeur d'aéronautique militaire américain par le nombre, durant la période de 1935 à 1967. Rien que pendant la Seconde Guerre mondiale, il produisit 41 208...) fin décembre 1958.

Chronologie des vols de Little Joe I

Huit vols ont été effectués : quatre tests sont des échecs dont deux imputables au lanceur. Les lancements ont tous eu lieu au Wallops Flight Facility.

Le premier vol (Le premier vol ou vol inaugural d'un avion est la première occasion pour celui-ci de prendre les airs par ses propres moyens. C'est l'équivalent en...) de la Little Joe (LJ-1) devait intervenir le 21 aout 1959. Il emporte une maquette de la capsule Mercury et une tour de sauvetage fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a été...). Son objectif est de tester le fonctionnement de la tour de sauvetage dans les conditions de pression aérodynamique les plus sévères (Max Q). Mais le moteur-fusée (Les moteurs-fusées sont des moteurs à réaction utilisés sur les fusées, dont certains sont prévus pour fonctionner aussi bien dans, que hors de l'atmosphère terrestre. Ils embarquent, en plus de leur carburant, un comburant.) de la tour se déclenche accidentellement au sol, 35 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la...) avant l'heure (L'heure est une unité de mesure  :) du décollage, en arrachant la maquette de la capsule Mercury et en laissant le lanceur au sol. L'origine de ce faux départ est un courant « vagabond ».

En octobre 1959 de la même année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) le lanceur qui n'avait pu être mis à feu en aout est reconditionné et lancé cette fois avec une tour de sauvetage inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.) pour valider le fonctionnement de la fusée. Les propulseurs à poudre Pollux sont allumés en deux temps pour obtenir la durée de vol propulsée la plus longue. Le vol LJ-6 monte jusqu'à une altitude de 74 km en deux minutes et demi puis la fusée est détruite par commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) à distance démontrant le bon fonctionnement de l'ensemble.

Le lanceur Little Joe ayant été qualifié, le vol LJ-1A programmé en novembre 1959 tente à nouveau de tester le comportement de la tour de sauvetage à Max Q. Malheureusement la mise à feu de celle-ci se déclenche 10 secondes trop tard alors que la pression aérodynamique est le dixième de celle prévue pour les tests. La séquence de séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :), d'ouverture des parachutes et d'amerrissage (L'amerrissage est, à l'origine, le mouvement par lequel un hydravion se pose à la surface de l'eau (mer, lac ou fleuve).) se déroulent par contre de manière nominale. La qualification de la tour de sauvetage est remise à plus tard car deux vols ayant d'autres objectifs sont déjà programmés.

Le vol suivant, LJ-2, doit tester le comportement d'un être vivant durant un vol spatial (Constantin Tsiolkovski (1857-1935) est considéré comme le père du vol spatial. Dès la fin du XIXe siècle, il décrit les technologies nécessaires pour aller dans l'espace (notamment les moteurs-fusées) et lancera...). À cet effet la capsule emporte Sam un Macaque (Le mot macaque vient du portugais macaco, qui signifie « singe », ce mot provenant lui-même d'un mot bantou à l'époque de la colonisation de la...) rhésus dans le cadre d'une expérience préparée par l'École de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal (physiologie),...) aérospatiale (L'aérospatiale (nom commun féminin singulier) est une discipline scientifique qui rassemble les techniques de l'aéronautique (déplacement dans...) ainsi que des graines, des préparations de cellules nerveuses, etc... Il s'agit surtout de tester l'effet de l'apesanteur mais également celui du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) à haute altitude. Le vol doit également permettre de tester le fonctionnement de la tour de sauvetage à haute altitude et à grande vitesse (On distingue :) ainsi que le comportement du bouclier thermique (Un bouclier thermique, dans le domaine de l'astronautique, est un dispositif destiné à protéger une partie d'un engin spatial contre l'échauffement cinétique.) durant la rentrée dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Le 4 décembre 1959, le lanceur atteint l'altitude de 30 km à la fin de la phase propulsée. La capsule s'en détache et sur sa lancée et aidée par le propulseur de la tour de sauvetage parvient à se hisser à 98 km d'altitude, toutefois 30 km en dessous de l'altitude visée. Sam subit trois minutes d'apesanteur et est récupéré vivant après un séjour de près de 6 heures dans la capsule, le temps que le destroyer (Dans la terminologie militaire moderne, un destroyer ("destructeur" en anglais) est un navire de guerre capable de défendre un groupe de bâtiments (militaire ou civil) contre toute menace, comme...) chargé de sa récupération repère le vaisseau. Le vol est un succès.

En janvier 1960 le vol LJ-1B permet enfin de tester le fonctionnement de la tour de sauvetage à Max Q dans des conditions nominales. La capsule emporte Miss Sam un Macaque rhésus qui doit réaliser des tests destinés à prouver l'aptitude des futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) astronautes durant les phases de vol les plus sévères. Lorsque le lanceur parvient à 17 km d'altitude en atteignant une vitesse de mach 3, la tour de sauvetage se déclenche et arrache la tour de la fusée en fournissant un delta-v supplémentaire de 75 m/s. Le vaisseau amerrit 8 minutes et demi après son envol et le singe (Un singe (du latin simius, pluriel Simia) est un animal faisant partie du groupe constitué par l'ordre des primates. Parmi les primates, il n'est pas simple de définir à partir de quelle espèce, le terme de singe n'est plus...) est ramené en hélicoptère (Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors procurent à eux seuls la propulsion et la...) à son point de départ 45 minutes après le décollage. L'analyse du vol démontre que le singe a convenablement rempli sa tâche sauf durant les 30 secondes qui ont suivi le déclenchement du propulseur de la tour de sauvetage ce qui jette un doute sur la capacité des astronautes à réagir en cas de problème à l'ouverture du parachute (Le parachute est un dispositif destiné à freiner le mouvement, principalement vertical d'un objet ou d'une personne.).

Le vol LJ-5 en novembre 1960 emporte la première capsule Mercury de série, qu'elle doit qualifier. Le vol est un échec : le moteur-fusée de la tour de sauvetage se déclenche de manière prématurée 15 secondes après le décollage et la capsule refuse de se séparer du lanceur. Les deux incidents resteront inexpliqués. Le vol LJ-5A de mars 1961 est une répétition du vol LJ-5 en simulant les conditions de vol d'un vaisseau Mercury propulsé par une fusée Atlas. Mais le problème rencontré durant le vol précédent se reproduit : allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse au-dessus de sa température d'inflammation (ti-380°C).) prématuré du moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une...) de la tour de sauvetage et échec de la séparation du lanceur et de la tour de sauvetage. Le moteur de séparation de la capsule, utilisé normalement à l'issue de la phase propulsé, est alors mis à feu pour réaliser la séparation mais dans des conditions très différentes de celles prévues : la capsule bascule (Une bascule ou un basculeur est un circuit intégré logique doté d'une sortie et d'une ou plusieurs entrées. La sortie peut être au niveau logique 0 ou 1. Les...) sur le côté, manque d'être percutée par le lanceur, perd la tour de sauvetage ainsi que le compartiment de l'antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.) et déclenche dans des conditions hors normes l'ouverture des parachutes principal et de réserve. La capsule amerrit normalement et est récupérée pratiquement intacte.

La dernière fusée Little Joe disponible est lancée en avril 1961. La pression sur les équipes est considérable. Le vol LJ-5B réutilise la capsule Mercury du vol précédent qui a été reconditionnée. Le système de séparation avec le lanceur a été revu et des vérifications poussées ont été effectuées pour s'assurer que le moteur de la tour de sauvetage ne se déclenchera pas de manière prématurée. Lorsque la fusée s'élance, les témoins se rendent compte que l'un des propulseurs à poudre du lanceur ne s'est pas allumé ce qui modifie complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité...) la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) qui est beaucoup plus basse que planifiée. Lorsque le moteur de la tour de sauvetage est mis à feu au moment programmé, l'altitude atteinte est relativement basse et en conséquence la pression aérodynamique est deux fois plus élevée que celle prévue. Néanmoins la séparation, le déploiement des parachutes et l'amerrissage se déroulent de manière nominale ce qui qualifie le fonctionnement de la tour de sauvetage dans des conditions de fonctionnement beaucoup plus sévères que celles qu'elle devrait rencontré.

Liste des vols de la Little Joe I dans l'ordre chronologique
Mission Propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice l'énergie...) Date lancement Durée de la
phase propulsée
Altitude max vitesse max
(Mach)
Commentaire
LJ-1 4 Pollux, 4 Recruit 21 aout 1959 - - - Échec. Lanceur reste au sol.
LJ-6 4 Pollux, 4 Recruit 4 octobre 1959 74 km 3,5 Succès
LJ-1A 2 Pollux, 4 Recruit 4. novembre 1959 13 km 1,9 Demi-succès du test : déclenchement tardif de la tour de sauvetage.
LJ-2 4 Castor, 4 Recruit 4 décembre 1959 96 km 5,2 Succès
LJ-1B 2 Pollux, 4 Recruit 21 janvier 1960 17 km 2,1 Succès
LJ-5 2 Pollux, 4 Recruit 8 novembre 1960 16,5 km 1,7 Échec du test : allumage prématuré de la tour de sauvetage et pas de séparation lanceur-capsule.
LJ-5A 4 Castor, 4 Recruit 18 mars 1961 Échec du test : allumage prématuré de la tour de sauvetage et pas de séparation lanceur-capsule.
LJ-5B 4 Castor, 4 Recruit 28 avril 1961 Succès du test; défaillance partielle du lanceur.
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