Apollo 13

L'équipage qui vola à bord d'Apollo 13 n'était pas celui prévu par la rotation habituelle. James A. Lovell, vétéran de Gemini 7, Gemini 12 et Apollo 8, commandait un équipage formé de Fred W. Haise comme pilote du module lunaire et de Thomas K. « Ken » Mattingly comme pilote du module de commande ; le trio avait été équipage de réserve d'Apollo 11 et était en principe affecté à Apollo 14, jusqu'à ce que Deke Slayton, directeur des opérations des équipages de vol, permute son tour avec celui de l'équipage d'Alan Shepard.

Sept jours avant le lancement, Charles Duke — membre de l'équipage de réserve — contracta la rubéole au contact du fils d'un ami. Des cinq hommes exposés, seul Mattingly ne possédait pas d'immunité préalable. La règle habituelle aurait imposé de remplacer tout l'équipage titulaire par celui de réserve, mais la maladie de Duke lui-même l'en empêchait ; deux jours avant le lancement, Mattingly fut donc remplacé par John L. « Jack » Swigert, pilote du module de commande de l'équipage de réserve. Mattingly ne développa jamais la rubéole et vola par la suite sur Apollo 16 ; depuis le sol, il joua un rôle décisif dans le sauvetage.

L'emblème de la mission n'eut pas besoin d'être refait : celui d'Apollo 13 est, avec celui d'Apollo 11, l'un des deux seuls emblèmes Apollo à ne pas comporter les noms de l'équipage. Les médailles Robbins embarquées, en revanche, furent fondues et refrappées après le vol pour refléter l'équipage réel et l'absence de date d'alunissage. Lovell choisit les indicatifs : Aquarius pour le module lunaire — d'après le Verseau, porteur d'eau — et Odyssey pour le module de commande, en référence à sa résonance homérique et au film 2001, l'Odyssée de l'espace, ainsi qu'à la définition même du mot, un long voyage semé de nombreux coups du sort. Le vaisseau était formé du module de commande et de service CSM-109, Odyssey, et du module lunaire LM-7, Aquarius.

Le site d'alunissage assigné se trouvait près du cratère Fra Mauro. On pensait que la formation Fra Mauro contenait des matériaux éjectés par l'impact ayant creusé le bassin d'Imbrium aux premiers stades de l'histoire lunaire : l'échantillonner revenait à dater l'un des événements majeurs de la Lune. Les objectifs primaires de la mission consistaient à réaliser l'inspection, la reconnaissance et l'échantillonnage sélénologiques des matériaux dans une région présélectionnée de la formation Fra Mauro, à déployer et activer un Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) et à obtenir des photographies de futurs sites d'exploration potentiels. S'y ajoutaient des objectifs photographiques complémentaires, dont le Gegenschein depuis l'orbite lunaire et la Lune elle-même pendant le retour.

Le plan assignait la première des deux activités extravéhiculaires de quatre heures au déploiement de l'ALSEP et la seconde à l'investigation du cratère Cone, proche du point d'alunissage. L'équipage titulaire accumula plus de 1 000 heures d'entraînement spécifique — plus de cinq heures pour chaque heure des dix jours de mission prévus —, avec une formation géologique dirigée par Lee Silver, de Caltech, et un entraînement à l'observation et à la photographie orbitale sous la direction de Farouk El-Baz.

La Saturn V AS-508 décolla du Centre spatial Kennedy à l'heure prévue, 14 h 13 EST (19 h 13 UTC) le 11 avril 1970. Le véhicule emportait du propergol supplémentaire à titre d'essai, car les futures missions J en auraient besoin de davantage pour leurs charges plus lourdes ; cela en fit le plus lourd jamais lancé par la NASA jusqu'alors et, visiblement, le plus lent à dégager la tour de lancement. Apollo 13 inaugurait en outre l'isolation pulvérisée sur les réservoirs cryogéniques du deuxième étage S-II, remplaçant les panneaux collés des missions précédentes.

Quelques minutes après le décollage survint la première anomalie. Le moteur central (intérieur) de l'étage S-II s'éteignit environ deux minutes plus tôt que prévu, en raison d'oscillations pogo sévères amplifiées par la cavitation de la turbopompe. Le phénomène s'était déjà produit sur les Titan du programme Gemini et lors de missions Apollo antérieures, et une solution existait, mais la pression du calendrier empêcha de l'intégrer au véhicule d'Apollo 13. Le système de guidage, conçu depuis Apollo 10 pour couper le moteur en cas d'excursions de pression dans la chambre de combustion, fonctionna comme prévu ; une enquête ultérieure montra que le moteur n'aurait résisté qu'à un cycle supplémentaire avant une défaillance catastrophique. Les quatre moteurs extérieurs et le troisième étage S-IVB brûlèrent plus longtemps pour compenser, et l'ensemble atteignit une orbite de stationnement très proche de l'orbite circulaire de 190 kilomètres prévue. L'injection translunaire eut lieu environ deux heures plus tard.

Après l'injection translunaire, Swigert exécuta la séparation et la transposition, arrima l'Odyssey à l'Aquarius, et l'ensemble s'éloigna du troisième étage. Les contrôleurs envoyèrent ensuite le S-IVB percuter la Lune à portée du sismomètre laissé par Apollo 12, ce qui se produisit à 77 h 56 min 40 s de mission.

À 30 h 40 min 50 s de vol, caméra de télévision allumée, l'équipage exécuta l'allumage qui plaça Apollo 13 sur une trajectoire hybride. La décision répondait à une raison opérationnelle claire : une trajectoire de retour libre ne permet d'atteindre que des sites proches de l'équateur lunaire, tandis qu'une trajectoire hybride, activable à tout moment après l'injection translunaire, ouvrait l'accès à des latitudes plus élevées comme Fra Mauro. Le prix à payer était connu et accepté : abandonner le retour libre signifiait que, sans allumages supplémentaires, le vaisseau n'intercepterait pas la Terre à son retour.

La troisième journée apporta une retransmission télévisée programmée pour 55 h 00 min 00 s de mission, avec Lovell en maître de cérémonie montrant l'intérieur de l'Odyssey et de l'Aquarius. Aucune chaîne américaine ne la diffusa en direct : l'intérêt du public pour les voyages vers la Lune s'était étiolé. Haise achevait l'extinction du module lunaire après avoir testé ses systèmes, et Lovell rangeait la caméra quand le vol cessa de ressembler à ce qui était prévu.

Le capteur de pression de l'un des réservoirs d'oxygène du module de service donnait des lectures suspectes depuis un moment, si bien que Sy Liebergot, le contrôleur EECOM chargé de surveiller le système électrique du CSM, demanda l'activation des ventilateurs d'agitation des réservoirs. C'était une opération de routine, généralement quotidienne : l'agitation dissipait la stratification du contenu et rétablissait des lectures de pression fiables. Le directeur de vol Gene Kranz fit patienter Liebergot quelques minutes, le temps que l'équipage se remette après la retransmission ; le CAPCOM Jack Lousma transmit la demande, et Swigert actionna les interrupteurs des ventilateurs puis les éteignit quelques secondes plus tard.

L'accident survint à 55 h 54 min 53 s de mission (03 h 08 UTC le 14 avril ; 22 h 08 EST le 13 avril). Vingt-six secondes plus tard, Swigert annonça : « Okay, Houston, we've had a problem here » — « D'accord, Houston, nous avons eu un problème ici » —, et à 55 h 55 min 42 s Lovell le répéta : « Houston, we've had a problem. We've had a Main B Bus undervolt », c'est-à-dire une sous-tension sur le bus principal B. La phrase que la culture populaire retient, « Houston, nous avons un problème », est une invention du film de 1995 : il en changea le temps verbal et effaça le fait que ce fut Swigert, et non Lovell, qui parla en premier.

Ce que la télémétrie allait révéler était pire qu'une sous-tension. Liebergot, concentré sur le réservoir 1 et confiant que sa lecture servirait de repère pour le 2, tarda à voir les signaux inquiétants du réservoir 2, tout comme les contrôleurs de la salle de soutien. Les piles à combustible avaient besoin d'oxygène pour fonctionner ; quand le réservoir 1 se viderait, la dernière pile encore active s'éteindrait, et les seules sources significatives d'énergie et d'oxygène du CSM seraient alors les batteries du module de commande et son réservoir tampon d'oxygène, le surge tank, réservés aux dernières heures du vol. Kranz ordonna d'isoler le surge tank pour préserver son contenu, tout en sachant que cela condamnait la pile survivante à s'éteindre en quelques heures.

La cause ne résidait pas dans le vol, mais dans l'historique industriel du réservoir d'oxygène numéro 2. Il fut fabriqué par Beech Aircraft, à Boulder (Colorado), en tant que sous-traitant de North American Rockwell, à Downey (Californie), maître d'œuvre du module de commande et de service. Le réservoir fut d'abord installé sur une étagère à oxygène destinée au module de service d'Apollo 10, le SM-106, dont il fallut le retirer pour corriger un possible problème d'interférence électromagnétique. Lors de ce retrait, l'étagère tomba d'au moins 5 centimètres parce qu'un boulon de fixation n'avait pas été retiré. Après un nouvel essai qui n'incluait pas le remplissage du réservoir en oxygène liquide, l'étagère fut réinstallée en novembre 1968 sur le SM-109 — celui d'Apollo 13 —, envoyé au Centre spatial Kennedy en juin 1969.

Le dommage latent se déclencha lors de l'essai de démonstration du compte à rebours, débuté avec le SM-109 déjà monté près du sommet de la Saturn V le 16 mars 1970. Les réservoirs cryogéniques furent remplis, mais le numéro 2 ne put être vidangé par la conduite normale, et cela fut consigné. Pour le vider, on eut recours à ses réchauffeurs internes alimentés depuis l'alimentation au sol. C'est là qu'était le piège : les deux interrupteurs thermostatiques du réservoir avaient été conçus pour les 28 volts en courant continu du module de commande et pouvaient tomber en panne sous les 65 volts utilisés lors des essais au sol du Centre spatial Kennedy. Les thermostats devaient empêcher les réchauffeurs de faire monter la température au-delà de 27 °C, mais ils tombèrent en panne sous 65 volts. La température du tube chauffant put atteindre 540 °C, suffisamment pour endommager l'isolation en téflon du câblage interne, et personne ne s'en aperçut car l'indicateur de température n'était pas conçu pour lire au-delà de 29 °C. Ce chauffage prolongé avait été approuvé par Lovell et Mattingly, de l'équipage titulaire, ainsi que par des responsables et ingénieurs de la NASA.

Le dénouement en vol fut la conséquence mécanique de ce dommage. L'agitation provoqua un court-circuit dans le câblage à l'isolation endommagée à l'intérieur du réservoir 2 et y mit le feu ; la pression interne monta jusqu'à faire éclater la coupole du réservoir et remplit d'oxygène gazeux en expansion rapide et de produits de combustion le secteur 4 du module de service, où se trouvaient les piles à combustible. La montée en pression arracha les rivets du panneau extérieur en aluminium du secteur 4 et le projeta dans l'espace, ce qui exposa le secteur au vide et éteignit le feu. Le panneau détaché heurta l'antenne à haut gain, rendit inopérant le mode à faisceau étroit et interrompit les communications avec la Terre pendant 1,8 seconde, le temps que le système bascule automatiquement sur le faisceau large de secours. La défaillance soudaine du réservoir 2 compromit aussi le réservoir 1, dont le contenu fuit durant les 130 minutes suivantes — peut-être par une conduite ou une vanne endommagée — jusqu'à épuiser complètement la réserve d'oxygène du module de service. Les secteurs du module n'étaient pas étanches entre eux : s'il y avait eu le temps pour que tout le module de service atteigne la pression du secteur 4, la force exercée sur le bouclier thermique aurait séparé les deux modules.

Les piles à combustible condamnées et l'alunissage écarté — les règles de mission interdisaient d'entrer en orbite lunaire sans que toutes les piles soient opérationnelles —, il ne restait qu'une seule réserve vivante : le module lunaire. L'Aquarius disposait de batteries chargées et de réservoirs d'oxygène pleins pour la surface lunaire, aussi Kranz ordonna-t-il de l'allumer et de l'utiliser comme canot de sauvetage, un scénario prévu mais jugé improbable. Les procédures existaient parce que les contrôleurs du module lunaire les avaient élaborées après une simulation d'entraînement d'Apollo 10 dans laquelle le LM s'avérait nécessaire pour survivre et ne pouvait pas être allumé à temps.

Le transfert dut se faire à la main et contre la montre. Pendant que le module de commande s'éteignait, Lovell recopia les informations d'orientation de son système de guidage et effectua les calculs manuels pour les transférer à l'ordinateur du module lunaire, qui était éteint ; à sa demande, le contrôle de mission vérifia ses chiffres. Le module de commande resta au repos, ses réserves préservées pour la seule chose qui comptait désormais : la rentrée.

L'abandon direct fut vite écarté ; il aurait utilisé le moteur principal du module de service, le Service Propulsion System, pour faire demi-tour avant d'atteindre la Lune : l'accident pouvait avoir endommagé le SPS, et les piles à combustible auraient dû tenir au moins une heure de plus pour l'alimenter. Kranz opta pour la route longue, contourner la Lune avant de revenir vers la Terre. Mais Apollo 13 suivait la trajectoire hybride vers Fra Mauro, et il fallait le ramener au retour libre : à 61 h 29 min 43,49 s de mission, un allumage de 34,23 secondes du moteur de descente du module lunaire y parvint.

Cette route ramenait le vaisseau vers la Terre en environ quatre jours, avec un amerrissage dans l'océan Indien, où la NASA disposait de peu de moyens de récupération. Jerry Bostick et les autres officiers de dynamique de vol voulaient raccourcir le trajet et amener l'amerrissage vers le Pacifique, où se trouvaient les forces principales. La solution fut un second allumage du moteur de descente deux heures après le péricynthion, le point d'approche maximale de la Lune : l'allumage « PC+2 ». Au péricynthion du 14 avril, l'équipage se trouvait à 400 171 kilomètres de la Terre, la plus grande distance atteinte par des êtres humains jusqu'au survol lunaire d'Artemis II en 2026 ; ce record tenait au fait que la Lune se trouvait presque à son point le plus éloigné et que la trajectoire de retour libre emmenait la capsule plus loin de la Lune que dans aucune autre mission Apollo. La précision de l'allumage ne put être assurée par la méthode normale — vérifier l'alignement transmis par Lovell par rapport à la position d'une étoile de navigation —, car les scintillements des nombreux débris accompagnant le vaisseau rendaient cela impraticable. Pendant qu'ils préparaient la manœuvre, l'équipage apprit que le S-IVB avait percuté la Lune comme prévu, ce qui arracha à Lovell un commentaire résigné : au moins quelque chose avait fonctionné durant ce vol. Une fois le PC+2 exécuté, presque tout fut éteint à bord pour économiser les réserves.

L'Aquarius disposait d'oxygène suffisant, mais cela ne résolvait pas le problème inverse : évacuer le dioxyde de carbone exhalé par trois hommes dans un habitacle conçu pour deux pendant deux jours. Le CO2 était absorbé par des cartouches d'hydroxyde de lithium, et celles du module de commande ne s'adaptaient pas au système du module lunaire. La solution fut improvisée par le sol et l'équipage avec ce qui se trouvait à bord : un adaptateur que les ingénieurs de la NASA baptisèrent « la boîte aux lettres ». Le CAPCOM Joseph Kerwin lut la procédure de construction à l'équipage pendant une heure ; Swigert et Haise l'assemblèrent, et les niveaux de dioxyde de carbone commencèrent à baisser immédiatement. Lovell décrirait plus tard cette improvisation comme un bon exemple de coopération entre le sol et l'espace.

L'électricité du CSM provenait de piles à combustible qui produisaient de l'eau comme sous-produit ; le module lunaire, lui, était alimenté par des batteries argent-zinc, qui n'en produisaient pas. Énergie et eau — nécessaire tant pour boire que pour refroidir les équipements — devinrent les ressources critiques. La consommation du LM fut réduite au minimum possible. Swigert parvint à remplir quelques poches avec l'eau du robinet du module de commande, mais même en rationnant la consommation personnelle, Haise calcula d'abord qu'ils manqueraient d'eau de refroidissement environ cinq heures avant la rentrée ; le risque fut accepté parce que les systèmes du module lunaire d'Apollo 11, déjà largué en orbite lunaire, avaient continué à fonctionner de sept à huit heures après la coupure d'eau.

La ration fut fixée à 200 millilitres d'eau par personne et par jour. Les trois astronautes perdirent 14 kilogrammes à eux trois et Haise contracta une infection urinaire. Dans le vaisseau plongé dans l'obscurité, la température descendit jusqu'à 3 °C et l'eau se condensa sur les parois ; la condensation qui aurait pu subsister derrière les panneaux d'équipements ne causa pas de problèmes, en grande partie grâce aux améliorations d'isolation électrique introduites après l'incendie d'Apollo 1. À 133 heures de vol, comprenant que le froid et le manque de repos rendraient difficile le démarrage du module de commande, le contrôle de mission autorisa l'allumage complet du module lunaire pour faire remonter la température de la cabine, ce qui incluait de redémarrer son ordinateur de guidage.

Redémarrer un module de commande depuis l'extinction totale n'était pas prévu en vol, et encore moins avec les contraintes d'énergie et de temps d'Apollo 13. Le contrôleur John Aaron élabora la procédure avec Mattingly et plusieurs ingénieurs et concepteurs, et l'équipage l'exécuta sans difficulté apparente ; Kranz attribuerait plus tard leur survie, en partie, à l'expérience des trois hommes comme pilotes d'essai dans des situations critiques. Avoir de nouveau l'ordinateur du module lunaire en marche permit à Lovell d'effectuer une visée de navigation et de calibrer l'unité de mesure inertielle ; le LM connaissant désormais sa position et son orientation, l'ordinateur du module de commande fut ensuite calibré en inversant la procédure normale, ce qui économisa des étapes du démarrage et améliora la précision de la rentrée guidée par le PGNCS.

La dernière correction de trajectoire répondit en outre à une préoccupation de la Commission de l'énergie atomique, qui voulait que la capsule contenant l'oxyde de plutonium du générateur SNAP-27 retombe en lieu sûr. La séparation du module lunaire posa un problème d'ingénierie qui lui était propre : Grumman, son constructeur, chargea une équipe de l'université de Toronto dirigée par Bernard Etkin de calculer quelle pression d'air devait être laissée dans le tunnel d'amarrage, plutôt que de le purger entièrement, pour séparer les modules. Le système de guidage du LM ayant été éteint après le PC+2, il fut demandé à l'équipage de s'orienter d'après la ligne entre le jour et la nuit au-dessus de la Terre, une technique utilisée dans les missions en orbite terrestre mais jamais lors d'un retour depuis la Lune.

L'ionisation de l'air autour du module de commande pendant la rentrée provoque habituellement un black-out des communications d'environ quatre minutes. Celui d'Apollo 13 se prolongea plus que la normale, et cette attente fut le dernier acte public du sauvetage. L'Odyssey retrouva le contact radio et amerrit sans dommage dans le Pacifique Sud, par 21°38′24″S 165°21′42″O, au sud-est des Samoa américaines et à 6,5 kilomètres du navire de récupération USS Iwo Jima, après 5 jours, 22 heures, 54 minutes et 41 secondes de vol. On estime que 40 millions d'Américains regardèrent l'amerrissage en direct sur les trois chaînes, et 30 millions supplémentaires suivirent une partie de la retransmission. Le module lunaire rentra dans l'atmosphère et fut détruit, ses restes tombant en eaux profondes : le point d'impact se situa au-dessus de la fosse des Tonga, l'un des endroits les plus profonds du Pacifique, et la capsule de plutonium coula à 10 kilomètres de profondeur jusqu'au fond.

Dès le retour de l'équipage, l'administrateur de la NASA, Paine, et l'administrateur adjoint, George Low, nommèrent une commission d'enquête. Elle fut présidée par Edgar Cortright et comptait parmi ses membres, entre autres, Neil Armstrong et six autres personnes ; son rapport final parvint à Paine le 15 juin. La commission conclut que l'activation du ventilateur du réservoir d'oxygène 2 par Swigert, à la demande du contrôle de mission, provoqua un arc électrique qui enflamma le réservoir, et attribua la responsabilité à l'essai préalable au vol et à l'usage de téflon à l'intérieur du récipient. Le rapport mit en cause l'emploi du téflon et d'autres matériaux inflammables dans l'oxygène supercritique, l'aluminium compris, à l'intérieur du réservoir. Pour étayer cette reconstitution, la commission fit l'essai d'un réservoir équipé d'allumeurs à fil chaud, qui produisit une montée rapide de température et une défaillance dont la télémétrie ressemblait à celle du réservoir 2 d'Apollo 13, et testa également des panneaux semblables à celui qui manquait au secteur 4, lesquels se détachèrent sur le banc d'essai comme en vol.

Les conséquences sur la conception touchèrent Apollo 14 et les missions suivantes. Le réservoir d'oxygène fut redessiné et les thermostats furent remplacés par d'autres capables de supporter la tension correcte. Les ventilateurs de brassage, dont les moteurs n'étaient pas étanches, furent supprimés, au prix d'une perte de précision de l'indicateur de quantité d'oxygène. Et les vannes d'alimentation en oxygène des piles à combustible furent redessinées afin d'isoler de l'oxygène le câblage revêtu de téflon.

Bien qu'il n'y ait pas eu d'alunissage, plusieurs expériences furent menées à bien. L'impact du troisième étage S-IVB sur la Lune — prévu à partir d'Apollo 13 pour provoquer des secousses plus fortes que celles des micrométéorites et étudier la croûte lunaire — survint à 77 h 56 min 40 s de mission et libéra tant d'énergie qu'il fallut réduire le gain du sismomètre d'Apollo 12, situé à 117 kilomètres du point d'impact. Une expérience ajoutée après la foudre qui avait frappé Apollo 12 mesura les phénomènes électriques atmosphériques pendant l'ascension et fournit des données indiquant un risque élevé par météo marginale.

Apollo 13 ranima l'intérêt mondial pour le programme : il y eut des gros titres partout dans le monde, des chaînes interrompant leurs programmes et des foules devant les téléviseurs ; Paul VI dirigea une prière pour les astronautes devant dix mille personnes, et en Inde, un nombre dix fois supérieur pria pour eux lors d'une fête religieuse. Le président Richard Nixon décerna à l'équipage la Médaille présidentielle de la Liberté et fit escale à Houston pour remettre la même distinction à l'équipe des opérations de mission, sur proposition de Paine. La destination scientifique d'Apollo 13 fut atteinte par Apollo 14 : le 5 février 1971, son module lunaire Antares se posa près de Fra Mauro avec à son bord Alan Shepard et Edgar Mitchell. Le module de commande Odyssey, restauré par Max Ary, est exposé au Cosmosphere de Hutchinson (Kansas). L'historien W. D. Compton résuma ainsi la leçon laissée par la mission : seul un effort héroïque d'improvisation en temps réel de la part des équipes des opérations sauva l'équipage.