Apollo 4

Lorsqu'en 1961 le président John F. Kennedy proposa d'envoyer un Américain sur la Lune et de le ramener sain et sauf avant la fin de la décennie, la première des grandes décisions en suspens concernait le lanceur à employer. La NASA se prononça pour le Saturn C-5, un lanceur à trois étages s'appuyant sur des développements déjà en cours, approuvé en 1962 avec l'idée d'un premier vol d'essai en 1965 et d'un premier vol habité en 1967 ; début 1963, le C-5 fut rebaptisé Saturn V. Fin 1962, l'agence avait également arrêté le mode de mission : le rendez-vous en orbite lunaire, dans lequel le troisième étage S-IVB propulserait vers la Lune l'ensemble du vaisseau Apollo et où seul un module de descente séparé se poserait à la surface. Aucune des installations de lancement existantes ne convenait à une fusée de cette taille ; la NASA annonça donc un nouveau complexe sur la côte de Floride, d'abord nommé Launch Operations Center puis rebaptisé John F. Kennedy Space Center après l'assassinat du président en novembre 1963. Apollo 4 fut le premier vol à décoller de ce centre et l'inauguration du complexe 39, construit expressément pour le Saturn V.

Auparavant, trois vols avec du matériel Apollo — AS-201, AS-203 et AS-202, tous en 1966 et tous réussis — avaient été effectués avec le Saturn IB, un lanceur plus petit qui n'utilisait pas les installations du nouveau centre mais partageait avec le Saturn V l'étage S-IVB et une bonne partie de la charge utile à qualifier. Les historiens du centre Kennedy, Charles D. Benson et William B. Flaherty, ont résumé l'apport de cette série : les lancements Apollo-Saturn IB de 1966 avaient corrigé les grands problèmes d'automatisation des rampes 34 et 37 et, sans cet apprentissage par essais et erreurs, le SA-501 — « le lancement le plus difficile de l'histoire d'Apollo » — aurait été bien plus ardu.

La décision qui définit Apollo 4 fut prise fin 1963 et ne relevait pas de l'ingénierie de détail, mais de la méthode. George Mueller, à la tête du Bureau des vols habités de la NASA, venait des programmes de missiles militaires et avait vu fonctionner sur le Minuteman de l'US Air Force l'essai « all-up » : faire voler dès la première tentative le véhicule complet, avec tous les étages actifs et un vrai vaisseau au sommet, au lieu de qualifier les éléments un à un. Dans un mémorandum, il ordonna que le premier vol du Saturn IB et le premier du Saturn V soient non habités mais complets, que le deuxième de chaque type se répète sans équipage et que le troisième emporte déjà des astronautes. La méthode heurtait les habitudes de l'équipe de Wernher von Braun au Marshall Space Flight Center, accoutumée à essayer étage par étage. Les responsables du programme l'acceptèrent avec réticence : l'essai progressif réduisait le risque, mais repoussait l'alunissage au-delà de 1970. L'« all-up » supprima quatre missions du calendrier, en échange de l'exigence que tout fonctionne du premier coup. Apollo 4 fut la première application de cette méthode par la NASA.

Le SA-501 était un Saturn V complet. Le premier étage, le S-IC, consommait en moins de trois minutes de vol propulsé près de 2 000 tonnes métriques d'ergols et emportait huit rétrofusées à propergol solide pour garantir la séparation. Le deuxième, le S-II, construit par North American Aviation, brûlait quelque 425 tonnes en environ six minutes avec cinq moteurs J-2 de Rocketdyne développant près de 4,5 millions de newtons ; son interétage arrière était largué après la séparation. Le troisième, le S-IVB, de Douglas Aircraft, était équipé d'un unique J-2 de 889 600 newtons, capable de s'éteindre dans l'espace et de se rallumer, avec deux modules de propulsion auxiliaire pour le contrôle en roulis ; entre ses deux allumages, il consommait environ 105 tonnes. Au-dessus se trouvait l'unité d'instruments d'IBM, un anneau de 6,6 mètres de diamètre et de moins d'un mètre de hauteur, pesant environ 10 tonnes et abritant l'avionique qui pilotait l'ensemble.

La charge utile était le CSM-017, un module de commande et de service du Bloc I — la série destinée aux essais et aux premiers vols en orbite terrestre, sans capacité d'amarrage avec un module lunaire — composé du module de commande CM-017 et du module de service SM-020. Le CM-017 fut le deuxième module de commande pleinement fonctionnel livré à la NASA : le premier, le CM-012, était celui d'Apollo 1 et avait été détruit dans l'incendie. Le SM-020 était affecté à l'origine au deuxième vol du Saturn V et prit la place du SM-017, endommagé lors d'une explosion et mis au rebut. Comme aucun Bloc II ne volerait sans équipage, plusieurs modifications de cette série furent intégrées au CSM-017 afin de les qualifier : bouclier thermique de standard Bloc II, connecteur ombilical CM-SM du Bloc II, antennes VHF et en bande S du Bloc II et modifications de l'écoutille, dont l'étanchéité fut testée en remplaçant le hublot par un panneau d'essai. Des équipements spéciaux permettaient au contrôle de mission de commander les systèmes du vaisseau à distance, et une caméra automatique devait photographier la Terre depuis l'un des hublots. En l'absence d'équipage, le module était dépourvu de couchettes, de commandes et d'indicateurs. Dans l'adaptateur SLA-8 voyageait en outre le LTA-10R, un article d'essai du module lunaire : un étage de descente de type vol sans train d'atterrissage, dont les réservoirs étaient remplis d'un mélange d'eau, de glycol et de fréon, et une maquette d'étage de remontée en aluminium lestée. L'adaptateur et l'article étaient instrumentés pour mesurer les contraintes pendant l'ascension, et le LTA fut détruit lors de la rentrée du S-IVB.

En janvier 1965, le général Samuel C. Phillips, directeur du programme Apollo, fixa le SA-501 à janvier 1967, avec deux Saturn V supplémentaires prévus la même année. Presque personne dans le programme ne croyait à cette date. Une explosion dans une conduite d'oxygène liquide du complexe 39 fit planer la menace de plusieurs semaines de retard. North American Aviation, maître d'œuvre à la fois du deuxième étage et du module de commande et de service, accumulait des problèmes de délais, de coûts et de qualité si graves que Phillips conduisit fin 1965 une inspection de ses installations en Californie et fit remonter ses conclusions à Mueller. Des fissures apparurent sur le S-II et retardèrent ses essais de recette. Pendant ce temps, les pièces arrivaient peu à peu au centre Kennedy : le S-IVB le 14 août 1966 à bord d'un avion Pregnant Guppy, le S-IC le 12 septembre par barge, le module de commande et de service le 24 décembre et enfin le S-II le 21 janvier 1967, suivi le 31 de l'interétage arrière. Pour ne pas interrompre le travail, le véhicule fut empilé dans le bâtiment d'assemblage avec une « entretoise » en forme de bobine occupant la place du deuxième étage.

L'incendie d'Apollo 1, le 27 janvier 1967, bouleversa à nouveau le calendrier. Bien que le SA-501 n'eût pas d'équipage, la NASA voulut examiner à fond son vaisseau : l'inspection y trouva 1 407 défauts, dont beaucoup de câblages mal acheminés et à l'isolant endommagé, matière idéale pour un court-circuit. D'autres problèmes furent découverts, comme un boulon en trop et mal placé sur l'un des moteurs J-2, et lors d'une réunion de mars 1967 furent recensées mille deux cents questions en suspens concernant le Saturn V, que les techniciens se proposèrent de résoudre au rythme de quatre-vingts par jour. Le 24 mai, on annonça que le S-II serait retiré pour inspection après l'apparition de microfissures sur un autre exemplaire en construction ; le travail s'acheva à la mi-juin et l'ensemble fut pour la première fois entièrement assemblé. Le 26 août 1967, le véhicule roula vers le complexe 39A sur le transporteur à chenilles, et deux jours plus tard arriva la tour de service mobile. C'était la première fois qu'un vaisseau de la NASA était assemblé loin de son site de lancement, à l'abri de la chaleur et de l'humidité de la Floride.

La répétition de compte à rebours, prévue le 20 septembre, ne commença que dans l'après-midi du 27. Le 4 octobre, elle atteignit moins quarante-cinq minutes et un ordinateur tomba en panne ; le compte à rebours fut relancé treize heures avant le lancement et reprit le 9 octobre, avec de nouvelles pannes d'ordinateurs et d'équipements, jusqu'à ce que l'épuisement de l'équipe impose un repos de deux jours. L'essai s'acheva le 13 octobre : trois semaines au lieu de la semaine prévue. Sous les yeux du monde entier, le chef des relations publiques de la NASA, Julian Scheer, rapporta à l'administrateur James E. Webb le scepticisme de la presse quant à la capacité d'Apollo 4 à voler un jour, lors d'une réunion tendue que Webb trancha en déclarant qu'il annoncerait la date quand bon lui semblerait. Une revue d'aptitude au vol le 19 octobre donna un feu vert conditionnel, et le 2 novembre Phillips reporta le lancement du 7 au 9 par crainte de fuites dans les joints de téflon et les vannes de vidange des réservoirs d'oxygène liquide, après tant de temps passé au soleil sur le pas de tir.

Le compte à rebours débuta le 6 novembre 1967 à 22 h 30 EST avec le chargement des ergols : au total 89 camions-citernes d'oxygène liquide, 28 d'hydrogène liquide et 27 wagons de chemin de fer de RP-1, le kérosène raffiné de la fusée. Il dura environ 56 heures et demie et, cette fois, les problèmes furent rares et mineurs, absorbés par les pauses programmées.

Apollo 4 décolla le 9 novembre à 7 h 00 EST, soit 12 h 00 min 1 s UTC. Les cinq moteurs F-1 s'allumèrent huit secondes avant le décollage et déversèrent sur le centre Kennedy un fracas bien supérieur à ce qui était prévu : bien que les pas de tir du complexe 39 fussent à plus de cinq kilomètres du bâtiment d'assemblage, la pression acoustique secoua le bâtiment, le centre de contrôle de lancement et les cabines de presse, et fit tomber de la poussière du plafond du centre de contrôle, qui se déposa sur les pupitres. William Donn, de l'université Columbia, décrivit l'explosion sonore comme l'un des bruits les plus forts, naturels ou artificiels, de l'histoire humaine, à l'exclusion des explosions nucléaires. Dans la caravane de CBS, le commentateur Walter Cronkite et le producteur Jeff Gralnick maintinrent des deux mains la baie vitrée pour qu'elle n'éclate pas tandis que des plaques du plafond tombaient ; Cronkite se souviendrait d'Apollo 4 comme de la mission spatiale la plus effrayante qu'il ait couverte.

Le lancement plaça le S-IVB et le CSM sur une orbite de stationnement quasi circulaire d'environ 190 kilomètres, la même que celle qu'emprunteraient les missions lunaires. Après deux révolutions, le S-IVB se ralluma pour la première fois dans l'espace, en simulation de l'injection translunaire, et plaça l'ensemble sur une orbite très elliptique d'apogée 17 218 kilomètres et de périgée délibérément situé 84,6 kilomètres sous la surface terrestre, ce qui garantissait à la fois une rentrée rapide du module de commande et la destruction de l'étage. Peu après, le CSM se sépara et alluma le moteur du module de service pour porter l'apogée à 18 092 kilomètres. Après l'apogée, ce même moteur se ralluma pendant 281 secondes afin d'accroître la vitesse de rentrée jusqu'à 11 168 mètres par seconde (36 639 pieds par seconde) à 120 kilomètres d'altitude, avec un angle de trajectoire de −6,93 degrés, reproduisant les conditions d'un retour de la Lune : le véritable objet de l'essai était le bouclier thermique.

Le module de commande amerrit dans le Pacifique nord, au nord-ouest de l'île Midway, à environ 8,6 milles marins (16 kilomètres) du point prévu, huit heures, trente-six minutes et cinquante-neuf secondes après le décollage. Sa descente fut observée depuis le pont du porte-avions USS Bennington, navire principal de récupération, qui en moins de deux heures repêcha la capsule et l'un de ses parachutes : c'était la première fois qu'un parachute Apollo était récupéré pour inspection. Le vaisseau fut emmené à Hawaï pour être désactivé, puis aux installations de North American à Downey, en Californie, pour l'analyse postérieure au vol.

Apollo 4 emportait deux caméras de cinéma montées sur le Saturn V pour filmer la séparation du premier étage et de l'interétage. Leur tâche accomplie, elles furent éjectées et redescendirent dans l'Atlantique dans des capsules à parachute et à radiobalise, et furent récupérées à quelque 870 kilomètres du centre Kennedy. À l'intérieur du module de commande se trouvait en outre une caméra automatique de 70 millimètres qui photographia la quasi-totalité du disque terrestre : pendant deux heures et treize minutes, tandis que le vaisseau approchait de l'apogée et le dépassait, elle prit 755 images en couleur par le hublot avant gauche, entre 13 510 et 18 092 kilomètres d'altitude. Ce furent les images en couleur prises de la plus haute altitude jusqu'alors ; leur résolution ne suffisait pas pour obtenir des données scientifiques détaillées, mais elles intéressèrent ceux qui travaillaient en sciences de la Terre.

Tous les systèmes du lanceur et du vaisseau se comportèrent de manière satisfaisante. Les trois étages brûlèrent un peu plus que prévu, ce qui laissa l'ensemble sur une orbite plus haute d'un kilomètre que celle calculée, dans les tolérances ; un allumage plus long de onze secondes que le décompte fit entrer le module de commande dans l'atmosphère un peu plus vite et avec un angle un peu plus tendu que prévu, également dans les marges, non pas à cause d'une défaillance du système de guidage — dont le comportement fut exemplaire — mais parce que l'allumage était commandé depuis le sol. Le système de contrôle environnemental maintint la cabine à des pressions et des températures acceptables pendant toute la mission : elle ne s'échauffa que de 5,6 °C durant la rentrée.

Le président Lyndon Johnson déclara que le monde entier avait pu voir le spectacle impressionnant du premier lancement de la plus grande fusée jamais lancée, symbole de la puissance que le pays mettait au service de l'exploration pacifique de l'espace. Von Braun parla d'« un lancement d'experts du début à la fin, du décollage ponctuel à la performance de chaque étage ». L'historien du Saturn V, Roger E. Bilstein, écrivit que la mission impeccable d'Apollo 4 avait enthousiasmé toute l'organisation. Mueller affirma que le vol avait accru spectaculairement la confiance et rendait vraisemblable un alunissage habité à la mi-1969.

Apollo 4 fut aussi la première mission numérotée selon le schéma officiel que Mueller approuva le 24 avril 1967 : le vol habité qui ne décolla jamais reçut rétroactivement le nom d'Apollo 1, comme l'avaient demandé les veuves de l'équipage, et la séquence reprit au quatre sans qu'il y eût d'Apollo 2 ni d'Apollo 3. Le deuxième vol du Saturn V, Apollo 6, décolla le 4 avril 1968 et posa davantage de problèmes — oscillation pogo sur le premier étage et arrêt prématuré d'un moteur du deuxième —, mais un troisième essai non habité fut jugé inutile : le Saturn V vola avec équipage pour la première fois avec Apollo 8 et, sauf pour Apollo 9, emmena des astronautes vers la Lune à chaque mission suivante.

Le CM-017 lui-même passa à la Smithsonian Institution en janvier 1969 et y fut exposé pendant un an ; en janvier 1974, il voyagea par la route depuis la base aérienne d'Andrews, dans le Maryland, jusqu'au Musée de la vie et des sciences de Caroline du Nord. Il fut ensuite exposé au Stennis Space Center de la NASA, où il resta jusqu'en 2017, et il est aujourd'hui conservé au centre d'accueil des visiteurs de Stennis, l'Infinity Science Center de Pearlington, dans le Mississippi.