Apollo 5

Lorsqu'en 1961 le président John F. Kennedy engagea les États-Unis à poser un astronaute sur la Lune avant la fin de la décennie et à le ramener vivant, on n'avait même pas encore décidé comment s'y prendre. À la fin de 1962, après un long débat technique, la NASA opta pour le rendez-vous en orbite lunaire : le vaisseau Apollo complet gagnerait la Lune propulsé par le troisième étage de Saturn V, le S-IVB, et, une fois en orbite lunaire, les astronautes chargés de descendre passeraient dans un véhicule distinct, alors appelé module d'excursion lunaire, puis simplement module lunaire. Ce véhicule se détacherait du module de commande et de service, alunirait, décollerait ensuite et s'amarrerait de nouveau ; le module de commande effectuerait le voyage de retour et le module lunaire serait abandonné.

Cette décision fit du module lunaire la pièce critique de tout l'édifice. En 1962, la NASA invita onze entreprises à concourir pour sa construction et, le 7 novembre de cette année-là, annonça que le contrat revenait à Grumman, à Bethpage (New York). C'était une machine sans précédent : elle n'aurait jamais à voler dans l'atmosphère, on la construirait aussi légère que possible et sa fiabilité n'admettait aucune alternative, car une défaillance à la surface lunaire ne laissait aucune chance de sauvetage. Avant d'y embarquer qui que ce soit, il fallait la voir fonctionner seule dans l'espace, et cette vérification fut Apollo 5.

Le bureau du général Samuel C. Phillips, directeur du programme Apollo, avait initialement prévu de lancer le premier module lunaire en avril 1967 à bord de l'Apollo-Saturn 206. En comptant six mois de vérifications au Centre spatial Kennedy, la livraison du LM-1 avait été demandée pour septembre 1966. Le développement s'allongea et la date glissa de mois en mois. En janvier 1967, le lanceur AS-206 fut érigé sur le complexe 37 sans que l'on sache encore quand arriverait sa charge utile.

L'incendie d'Apollo 1, ce même mois, rebattit les cartes. Les vols habités étant interrompus, la NASA décida de mettre à profit l'AS-204 — le Saturn IB qui aurait emporté l'équipage de Grissom, et le dernier doté d'une instrumentation complète de recherche et développement — pour le baptême du module lunaire. La fusée se trouvait au Cap depuis août 1966 ; elle fut démontée du complexe 34 en mars 1967, l'équipe de préparation du lancement dirigée par Rocco Petrone l'inspecta à la recherche de corrosion ou de dommages après son long séjour sur le pas de tir, puis elle fut érigée sur le complexe 37 le 12 avril.

Sans module lunaire à installer, des ingénieurs de la NASA et de Grumman montèrent sur le complexe 37 une maquette en contreplaqué pour vérifier les installations. Pour simuler le passage des câbles, ils achetèrent des centaines de mètres de tuyau d'arrosage dans une quincaillerie et les firent courir à travers les interfaces du complexe jusqu'à l'adaptateur. Le 12 mai 1967, George M. Low, responsable du vaisseau Apollo, communiqua au siège de la NASA que Grumman s'engageait à livrer le LM-1 le 28 juin, tout en prévenant que ce serait difficile à tenir.

Le module lunaire arriva à Cap Kennedy à bord du Super Guppy d'Aero Spacelines fin juin 1967, et les étages furent assemblés quatre jours plus tard. Une équipe de quatre cents personnes dirigée par John J. Williams, vétéran des opérations de lancement de Mercury et de Gemini, vérifia que le véhicule répondait aux spécifications, puis supervisa le travail des techniciens de Grumman. L'été et l'automne furent une succession de problèmes : remplacement de régulateurs d'hélium et d'accumulateurs d'eau-glycol dans l'étage d'ascension, déficiences du système de contrôle du vaisseau, fuites dans l'équipement de soutien au sol, contamination de l'installation d'azote gazeux et « désalignement important » à la jonction des coudes d'arrivée de carburant avec la conduite d'ergols, les pièces ayant été fabriquées pour la configuration de moteur précédente. Grumman fabriqua de nouveaux coudes et les livra à Kennedy en trois jours. Les fuites de l'étage d'ascension obligèrent à séparer les deux étages en août, puis de nouveau en septembre, et à les réunir en octobre.

Début septembre 1967, la mission accusait environ trente-neuf jours de retard sur le plan établi en juillet, même si tous les problèmes connus étaient en voie de résolution, hormis quelques fuites du système de propulsion. À la fin de l'année, la documentation de vol était presque prête : le directeur de mission William C. Schneider, qui avait tenu le même rôle sur Gemini, émit les règles de mission en novembre 1967, répartissant les responsabilités et anticipant la conduite à tenir dans presque toutes les éventualités. Le module lunaire fut réuni à son lanceur le 19 novembre 1967 et l'essai de configuration de vol s'acheva le 22 décembre. Début janvier 1968, on annonça qu'Apollo 5 ne serait pas lancé avant le 18 janvier. Les préparatifs de l'essai de démonstration du compte à rebours commencèrent à la mi-janvier, le décollage simulé eut lieu le 19 et le compte à rebours réel, abrégé à vingt-deux heures, débuta le 21.

Le véhicule spatial d'Apollo 5 ne ressemblait à aucun autre Apollo. Sans module de commande et de service et sans tour de sauvetage, l'ensemble mesurait environ 55 mètres et affichait un aspect trapu et tronqué. À la place, le module lunaire voyageait logé dans l'adaptateur vaisseau-module lunaire, numéroté SLA-7, juste sous le cône de proue ; quatre panneaux de l'adaptateur s'ouvriraient en orbite, une fois le cône éjecté, pour libérer le LM-1. La masse au décollage de l'ensemble, vaisseau et ergols compris, était de 589 413 kg.

Le LM-1 était le premier module lunaire apte au vol. Il n'avait pas de train d'atterrissage : il n'en avait pas besoin pour une mission orbitale et, dépourvu de bouclier thermique, il se désintégrerait à la rentrée, de sorte que le supprimer économisait de la masse. Après qu'en décembre 1967 une fenêtre du LM-5 — celui qui volerait sur Apollo 11 — se fut brisée lors d'essais, la NASA remplaça les fenêtres du LM-1 par des plaques d'aluminium par crainte d'une défaillance en vol. Comme il n'y avait personne à bord, on installa un programmateur de mission capable de piloter le vaisseau à distance. Tous les systèmes ne furent pas non plus activés et les consommables ne furent pas chargés au complet : les batteries principales furent partiellement déchargées pour éviter les surtensions et les réservoirs d'oxygène du système de contrôle d'ambiance ne furent remplis qu'en partie.

Le plan de vol fut organisé en vingt-cinq priorités suivies par dix-sept spécialistes. Les trois premières concernaient le « fire in the hole », l'essai qui donnait son nom à la partie la plus délicate de l'expérience : allumer le moteur d'ascension alors que l'étage de descente restait solidaire, afin de mesurer les effets structurels, la dynamique de séparation et la stabilité lors d'un abandon lunaire simulé. L'expression vient du monde minier, de l'avertissement que l'on lance avant de faire détoner une charge. C'était la procédure par laquelle un équipage décollerait de la surface lunaire et, surtout, par laquelle il abandonnerait un alunissage qui tournerait mal dans la dernière phase.

Les autres objectifs consistaient à faire fonctionner les systèmes de propulsion de descente et d'ascension, en les démarrant et en les arrêtant pour simuler les phases d'une mission d'alunissage, à évaluer la séparation des étages du module lunaire et à vérifier le comportement de la case à équipements dans sa configuration de Saturn V. Il était prévu de surveiller le module lunaire pendant quelques heures en orbite basse. Les calculs préalables donnaient à l'étage d'ascension du LM-1 environ deux ans de séjour en orbite avant de rentrer et de se désintégrer, et environ trois semaines à celui de descente.

Le compte à rebours ne fut pas sans accroc. Le chargement des ergols hypergoliques posa des problèmes de procédure et retarda le compte à rebours terminal, et à deux heures et demie du décollage, le superviseur des essais Donald Phillips arrêta l'horloge à cause de défaillances d'une alimentation électrique et des systèmes informatiques au sol. Au total, la mission cumula un arrêt de 228 minutes, dû à une température du bouilleur d'eau du vaisseau plus élevée que prévu — causée par un problème d'alimentation en fréon de l'équipement de soutien au sol — et à la défaillance d'une alimentation électrique dans un registre de sortie du système numérique d'acquisition de données. Les problèmes furent résolus à temps pour lancer avant la tombée de la nuit.

Apollo 5 décolla du complexe 37B de la station de l'Armée de l'air de Cap Kennedy à 17 h 48 min 8 s, heure normale de l'Est, soit 22 h 48 min 8 s UTC le 22 janvier 1968. Le Saturn IB se comporta exactement comme prévu : le moteur du S-IVB s'éteignit après dix minutes de vol et l'ensemble entra en orbite dix secondes plus tard, avec un périgée de 163 km et un apogée de 222 km. Le cône de proue fut éjecté et, après une phase de vol inertiel de 43 minutes et 52 secondes, les moteurs de contrôle d'attitude du LM-1 le séparèrent de l'adaptateur et de l'étage S-IVB, le laissant sur une orbite de 167 par 222 km.

Après deux révolutions de vérifications, le contrôle au sol ordonna le premier allumage du moteur de descente, prévu pour 39 secondes. Au bout de quatre secondes, l'ordinateur de guidage d'Apollo coupa le moteur : le vaisseau ne gagnait pas de vitesse au rythme attendu. Cet arrêt n'était pas une panne, mais une fonction délibérée, conçue pour que, lors d'un vol habité, les astronautes disposent d'une marge pour analyser la situation et décider s'il convenait de rallumer le moteur et de poursuivre la mission.

La cause tenait à la préparation même de l'essai. On soupçonnait qu'une des vannes du moteur fuyait ; on avait donc décidé de ne l'armer qu'au moment même de l'allumage, déjà en orbite, ce qui fit que l'ergol mit plus de temps à parvenir au moteur. Dans des conditions normales, l'allumage aurait commencé avec le réservoir entièrement pressurisé et aurait atteint la vitesse requise en quatre secondes, mais avec la pressurisation partielle, il en aurait fallu six. À cela s'ajoutait que les réservoirs n'étaient qu'à moitié pleins, ce qui contribua à une accélération plus lente du véhicule. Les programmeurs auraient pu ajuster le logiciel pour tenir compte de ce retard, mais ils ne furent pas informés du changement.

À Houston, le directeur de vol principal était John Hodge et son adjoint Eugene F. Kranz ; c'est l'équipe de Kranz qui dirigea le vol une fois qu'Apollo 5 eut quitté le pas de tir. Renoncer aux allumages aurait fait de la mission un échec, de sorte que le contrôle de mission décida en cours de route d'exécuter les essais du moteur et le « fire in the hole » sous contrôle manuel depuis le sol. Un signal fut envoyé pour déconnecter l'ordinateur de guidage et la commande fut confiée au programmateur de mission, qui pilota les manœuvres du véhicule. Il y eut des problèmes de communications avec le vaisseau, mais l'équipe mena à bien tous les allumages prévus.

Le moteur de descente fut rallumé deux fois, dont une pendant 33 secondes, et il y eut deux allumages du moteur d'ascension, l'un d'eux étant la manœuvre d'abandon avec les étages encore solidaires. Après le premier allumage du moteur d'ascension, l'apogée de la trajectoire monta à 961 km, avec le périgée à 172 km. George Mueller informa l'administrateur James Webb que tous les objectifs primaires avaient été atteints. Huit heures après le décollage, les allumages une fois terminés, l'étage d'ascension perdit le contrôle d'attitude à cause d'un problème du système de guidage et se mit à tourner sur lui-même sans être gouverné.

Les étages restèrent sur des orbites assez basses pour que la traînée atmosphérique les fasse décroître en peu de temps. L'étage d'ascension rentra le 24 janvier 1968 et se désintégra ; celui de descente tint jusqu'au 12 février et ses débris incandescents tombèrent dans le Pacifique, à plusieurs centaines de kilomètres au sud-ouest de Guam. Les simulations situèrent la rentrée de l'étage S-IVB du lanceur environ quinze heures et demie après le décollage. Aucun élément ne fut récupéré : ce n'était pas prévu, et le LM-1 était dépourvu de bouclier thermique.

Apollo 5 leva le doute qui importait. Après avoir lu une version préliminaire du rapport de mission, le général Phillips télégraphia aux trois centres de vol spatial habité de ne pas planifier de seconde mission inhabitée du module lunaire. L'envoi du LM-2 et de son Saturn IB au Cap fut suspendu en attendant le comité de certification de George Mueller, qui conclut les 6 et 7 mars qu'il n'y avait aucune raison de répéter l'essai. Le premier module lunaire à emporter des hommes serait lancé par un Saturn V, et ce vol fut Apollo 9, en mars 1969.

George M. Low attribua le succès à deux choses : un bon équipement matériel et d'excellentes équipes de contrôle de vol sous la direction de Kranz. Cela ne signifiait pas que le module lunaire était achevé. L'instabilité du moteur d'ascension préoccupa d'août 1967 à juin 1968 ; lorsque Mueller et Phillips rendirent visite au fabricant du moteur à l'été 1967, ils conclurent que Bell avait de bonnes chances de résoudre les problèmes d'injecteur de carburant à temps pour le premier module lunaire habité, mais la NASA engagea parallèlement Rocketdyne pour développer un injecteur alternatif, un travail d'environ un an qui fut mené dans les délais et le budget. L'annulation d'un vol inhabité, dans un programme qui comptait six vols planifiés en 1968, était exactement le type de marge dont la NASA avait besoin pour atteindre la Lune avant la fin de la décennie.