Le déroulement d'une mission type

 

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1 - La préparation d'une mission

Une mission Apollo nécessite une préparation minutieuse pouvant s'étaler sur plusieurs années. Le déroulement des missions est réfléchi par la NASA durant de longues années.
Depuis le lancement de la " course à la Lune " par J.F.Kennedy, les ingénieurs élaborent des projets pour la fusée
Saturn 5. Ils ont tous en tête l'échec d'Apollo 1 où trois astronautes furent brûlés vivants. Il faudra attendre Apollo 7 pour qu'une mission soit habitée et ce n'est qu'à partir d'Apollo 11 que le voyage se déroulera comme nous allons le décrire ci-après.

Les astronautes subissent durant les mois qui précèdent le lancement un entraînement intensif. On les prépare physiquement, psychologiquement et techniquement. Leur corps est habitué à subir des accélérations importantes. De plus, l'équipage effectue des essais pour les manoeuvres d'arrimage entre le LEM et le CSM.

A gauche une machine fonctionnant comme une centrifugeuse, permettant d'habituer le corps aux accélérations. Au centre on voit la salle où sont installés les simulateurs. On remarquera en bas à droite de la photo le simulateur du LEM. A droite les astronautes s'entraînent dans le désert.

 

2 - De la Terre à la Lune

Le lanceur est placé sur son aire de lancement 36 heures avant le décollage. Pour cela on utilise une plate-forme équipée de chenilles : le "crawler". La fusée est accrochée par l'intermédiaire de passerelles à la tour de lancement. L'équipage devra prendre l'ascenseur pour accéder à leur étage. On équipe alors les astronautes de leurs combinaisons spatiales à l'aide de spécialistes de la NASA. Ils pénètrent dans le module de commande entre 3 à 6 heures avant le lancement. Les réservoirs sont mis sous pression, en alimentation constante, de façon à assurer un maximum de remplissage au moment du lancement.

Le haut du lanceur et de la tour de lancement et le crawler permettant d'amener Saturn 5 du hangar d'assemblage au pad de tir.

 

Huit secondes avant le lancement réel, appelé liftoff , le moteur central F1 du 1er étage est mis à feu, suivi des 4 autres 300ms après. Lorsque la poussée est suffisante, la fusée est libérée de la tour de lancement. Tous les systèmes de liaison et d'alimentation sont automatiquement déconnectés du lanceur, et Saturn 5 décolle de Cap Canaveral en Floride. En tout, il faut 12s au lanceur pour quitter la tour. Les réacteurs développent alors une poussée de 3 400 tonnes, et propulsant la fusée à travers l'atmosphère. L'Instrument Unit gère le décollage. La vitesse de la fusée apparemment lente au départ augmente alors très vite. A 130 m d'altitude, le lanceur bascule et s'oriente correctement par rapport à sa trajectoire.

Le décollage de Saturn 5.

Un p'tit peu de calculs sur cette page

Au bout de 135s et à environ 62 km d'altitude, le moteur central F1 s'arrête, suivi des 4 autres. Le S-1C vidé de son carburant est maintenant inutile. Grâce à des boulons explosifs, le 1erétage est éjecté. Ce dernier continue sa course et culmine à 110 km avant de retomber dans l'océan. Pendant ce temps, l'inter-étage séparant S1-C et S-2 a été éjecté et les réacteurs du 2e étage ont pris le relais. 

Une photo de la séparation entre le S1-C et le S-2 d' apollo 11.

Le S-2 propulse le lanceur à  24 600 km/h l'amenant ainsi jusqu'à 185 km d'altitude. La tour de sauvetage LES est ensuite éjectée. Trente secondes après, le 2e étage est à son tour séparé de l'ensemble et rejoint la Terre. A eux deux ils ont permis d'envoyer le vaisseau hors de l'atmosphère. Les astronautes sont maintenant dans l'espace, il ne reste plus qu'à assurer sa satellisation, ce qui sera fait par la mise à feu du moteur du 3e étage, qui propulse la fusée à une vitesse de 5,8 km/s. 

L'éjection du LES.

A ce moment, la fusée et l'équipage font une pause : l'unique réacteur J2 est coupé, le vaisseau effectue plusieurs orbites terrestres à 190 km d'altitude, pendant lesquelles tous les systèmes internes sont contrôlés, aussi bien par l'équipage en vol que par les équipes au sol qui sont en liaison constante depuis le centre de contrôle des vols spatiaux habités de Houston. Il faut signaler que seulement une personne est autorisée à parler à l'équipage: le Capcom. Tout les ordres et les conseils seront donnés par son intermédiaire.



Le vaisseau s'est maintenant débarassée de ses éléments les plus massifs.

Après 2 ou 3 orbites et de multiples vérifications (de trajectoire, de vitesse...), l'opération d'injection translunaire, TLI ( TransLunar Injection), débute. Elle consiste à envoyer le vaisseau Apollo vers la Lune. Pour cela on rallume le moteur J2 du S-4B. Les astronautes subissent une accélération importante. En effet la fusée atteint environ 40 200 km/h, soit 11,2 km/s. Un peu moins de 3 heures après le décollage l'équipage se dirige droit sur la Lune. La pression des dernières heures est retombée dans le module de commande. Mais le répit est de courte durée car il reste une opération cruciale à réaliser avant le véritable voyage. Il faut que le vaisseau Apollo à proprement dit ( CSM + LEM ) se constitue. Le CSM se sépare du 3e étage, pivote de 180° pour se retrouver face au S-4B. La coque protectrice de ce dernier s'ouvre alors en pétales et libère le LEM. Le pilote, entraîné depuis des mois pour cela, manoeuvre pour que l'arrimage entre le CM et le module lunaire se passe sans encombre.



En premier lieu, le CSM se libère du 3e étage (1). Puis il pivote de 180° (2). Enfin, il s'arrime au LEM gràce au système " Drogue and probe ". Le module lunaire se détache alors du S-4B (3).


Cette opération effectuée, l'ensemble du vaisseau Apollo est réorienté vers la Lune, une très légère poussée est effectuée, et le voyage Terre-Lune peut réellement commencer. Parallèlement, le moteur du troisième étage, qui ne sert plus à rien, est remis à feu à distance, l'étage est réorienté vers la Lune, où il finit sa course en s'écrasant quelques jours plus tard.

Le 3e étage avant sa remise à feu et un dessin du vaisseau Apollo composé du CM, du SM et du LEM.

 

Le voyage Terre-Lune dure 4 jours pendant lesquels les astronautes s'occupent comme ils peuvent. On voit fréquemment des photos d'astronautes goûtant aux joies de l'apesanteur. Le contact perdure avec Houston durant cette période.
La monotonie est brisée à mi-parcours, soit environ quarante huit heures après le lancement lorsque l'ordinateur de bord compare la route suivie par le vaisseau et la route initialement programmée par les calculs mathématiques. Eventuellement, même si c'est presque toujours le cas, une correction de trajectoire doit être effectuée. Le moteur du module de service est mis à feu quelques secondes pour assurer un vol parfait jusqu'à la Lune. Petit à petit, l'attraction terrestre diminue et celle de la Lune augmente.

 

3 - On a marché sur la Lune !

L'équipage voit à présent la Lune grossir dans les hublots. Le vaisseau Apollo pivote pour se placer dans le sens opposé à son déplacement. Puis le moteur du module de service est allumé, pour diminuer la vitesse. L'ensemble CSM + LEM se place en orbite autour de la Lune à environ 100 km d'altitude. Deux astronautes, le commandant de bord et le pilote du LEM, rejoignent le module lunaire par le tunnel d'accès qui le relie au module de commande. Le troisième astronaute, reste à bord : il tournera en orbite pendant les activités lunaires de ses compagnons.
Le LEM se décroche et les 2 hommes descendent vers la surface. Ils effectuent un tour d'inspection du site d'alunissage. Puis au prochain tour si tout va bien ils s'approcheront encore plus près. Ils ralentissent leur vitesse grâce au réacteur central pour se poser tout en douceur. Les astronautes s'aident du radar d'alunissage et manoeuvres dos au Soleil de telle sorte que l'ombre du LEM les renseignent sur leur altitude. C'est un moment particulièrement critique pour le pilote du module lunaire ainsi que pour les ingénieurs de la NASA ... Ouf de soulagement, le LEM alunit !

Depuis le sol lunaire les astronautes peuvent admirer ce que peu d'hommes ont put voir : la Terre vue d'ailleurs.

 

Après l'alunissage, le LEM est inspecté pour vérifier si les astronautes pourront rentrer. Une fois tous les contrôles effectués, les deux hommes doivent attendre le feu vert de Houston pour descendre les 9 échelons et commencer l'excursion lunaire. Ces sorties extravéhiculaires sont appelées : EVA ( ExtraVehicular Activity ). La majeure partie de cette exploration est géologique. Les astronautes photographient, observent, prélèvent des échantillons, mesurent le rayonnement. Ils installent également l'ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiment Package ) ; une sorte de kit contenant différentes expériences. Ils mettent en place des capteurs sismiques.

La photo d'un ASLEP.

Pour assurer une bonne mobilité, les ingénieurs de la NASA ont créé une combinaison appelée EMU, Extravehicular Mobility Units. Elle se compose d'une tenue protégeant contre les rayonnements et les micrométéorites, ainsi que d'un scaphandre et d'un sac à dos appelé PLSS. Le Portable Life Support System est la trousse de survie de l'astronaute dans un univers hostile comme la Lune. C'est là que sont stockés l'oxygène, l'eau et les autres provisions.

Pour les premières missions, les deux astronautes ne resteront que quelques heures et ne s'aventureront qu'à une centaine de mètre autour du LEM mais lors d'Apollo 17, ils sont restés plusieurs jours et ont effectué des explorations à des kilomètres. Cette mobilité a été améliorée lorsque les Américains ont amené une Jeep sur la Lune : le LRV ( Lunar Roving Vehicle ).

Une des opérations du protocole Apollo est de saluer le drapeau américain planté dans le sol comme on peut le voir. A droite, une photo du LRV.

 

Vidéo d'Apollo 17

 

4 - Le retour sur Terre

Lorsque l'heure de rentrer est arrivée, les deux astronautes remontent au LEM. Ils décollent seulement avec l'étage orbital en se servant de celui de descente comme plate-forme de lancement. Ce dernier est laissé sur la Lune ainsi que d'autre matériel comme le LRV. Petit à petit le CSM et le LEM se rapprochent, les astronautes vont procéder à l'arrimage. Cette opération est effectuée en orbite lunaire.

Le LEM se rapprochant du module de commande.

 

Une fois l'étage orbital solidement arrimé au CM l'équipage se retrouve au complet. Les deux pionniers reprennent leur place dans le module avec leur troisième compatriote. Le LEM, qui n'est d'aucune utilité maintenant, est largué et s'écrasera sur la surface lunaire quelques jours plus tard. L'ensemble du vaisseau Apollo effectue plusieurs rotations lunaires afin d'augmenter sa vitesse et le moment venu le réacteur SPS du module de service est mis à feu. Le voyage du retour commence et va durer 4 jours. Les astronautes s'occupent comme ils peuvent dans le module de commande, seule une correction de trajectoire à mi-parcours perturbe la monotonie du voyage.



 

Durant le trajet du retour le vaisseau est uniquement composé de l'ensemble CSM (CM + SM).

 

Lorsqu'ils arrivent à proximité de la Terre les astronautes larguent le module de service. Ce dernier continue sa course vers notre planète et se désintègre dans l'atmosphère. Le module de commande lui, pivote, le bouclier thermique vers la Terre. Un paramètre très important qui rentre en jeu maintenant est l'angle d'attaque du vaisseau, c'est-à-dire l'angle sous lequel il entre dans l'atmosphère. Une marge d'erreur de 2° seulement est acceptée. Si l'angle est trop direct, le vaisseau se désintègre dans l'atmosphère car la vitesse de rentrée est trop élevée. Si l'angle est trop aigu, le vaisseau rebondit sur l'atmosphère et repart dans l'espace. Si l'angle est correct, le vaisseau traverse l'atmosphère à une vitesse de 40 000 km/h. Les astronautes subissent alors une décélération de plus de 6 G. Le frottement de l'air sur les parois de l'appareil l'échauffe et il atteint des températures très élevées ( plus de 3000 °C ! ). Lorsque le CM est à 3000 m d'altitude, les 3 parachutes s'ouvrent afin de ralentir la capsule. Dans le cas où un des parachutes ne résistait pas à cette descente infernale, le module est prévu pour attérir sans gravité avec seulement 2 parachutes.

L'amerrissage de la capsule est appelée : le splashdown . Elle est équipé de 3 énormes ballons qui évitent que celle ci ne se retourne sur mer. Un bateau de la flotte américaine arrive alors sur les lieux. Des plongeurs aident les astronautes à s'extraire du CM et à se hisser dans un hélicoptère pour les ramener à bord. La mission se termine là, après plusieurs jours intensifs autant pour l'équipage que pour les ingénieurs au sol.




En haut à gauche, des plongeurs participent à la récupération du CM sur le navire. En haut à droite, on voit facilement les ballons qui servent à la stabilisation du module sur l'eau. A gauche, un des membres de l'équipage est hélitreuillé.

 

En tout, 6 missions se sont déroulées de la sorte, d'Apollo 11 à Apollo 17 sans compter Apollo 13 qui subit un problème technique écourtant le voyage. A ce jour, 12 hommes ont foulé le sol lunaire.

 


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