Apollo 6

Lorsque, le 4 avril 1968, AS-502 s'éleva du pas de tir 39A du Centre spatial Kennedy, la NASA ne mettait pas à l'épreuve un vaisseau : elle examinait pour la deuxième et dernière fois le lanceur qui devait emmener trois hommes sur la Lune. Apollo 6 fut le troisième et dernier vol inhabité du programme Apollo et le deuxième du Saturn V. Sa désignation officielle était AS-502 ; le véhicule, le deuxième Saturn V apte au vol ; et l'objectif, achever la qualification du lanceur pour le vol habité.

Le contexte ne pouvait être plus tendu. L'incendie d'Apollo 1, en janvier 1967, avait coûté la vie à trois astronautes et contraint à refaire entièrement le module de commande. Apollo 4, en novembre 1967, avait étrenné le Saturn V avec un succès si éclatant que la doctrine de l'« all-up testing » — faire voler la fusée complète dès le premier essai, plutôt que de tester étage par étage — s'était trouvée d'emblée justifiée. Sur cette toile de fond, Apollo 6 devait être la simple formalité qui dégagerait la voie. Ce ne fut pas le cas.

Le profil prévu était ambitieux. Après avoir atteint une orbite de stationnement circulaire d'environ 190 km, le troisième étage S-IVB devait se rallumer pour exécuter une injection translunaire simulée : une trajectoire qui passerait au-delà de l'orbite de la Lune sans la rencontrer. L'ensemble des modules de commande et de service (CSM) se séparerait peu après du S-IVB et le moteur du module de service freinerait le vaisseau, abaissant l'apogée jusqu'à 22 204 km (11 989 milles marins) afin de simuler un abandon par « retour direct », la manœuvre qui ramènerait un équipage chez lui en cas de défaillance en route vers la Lune.

Dans la phase de retour, ce même moteur devait être allumé une seconde fois pour accélérer la capsule et reproduire les conditions d'une rentrée lunaire : angle de −6,5 degrés et vitesse de 11 100 m/s (36 500 ft/s). La mission entière durerait environ dix heures. Ce que l'on éprouvait réellement, c'étaient les contraintes sur le module lunaire et les modes de vibration du Saturn V complet à charges quasi maximales ; le vaisseau avait déjà été qualifié lors d'Apollo 4, de sorte que l'attention portait sur le lanceur.

La charge utile d'AS-502 était constituée du CSM-020, un module de commande et de service de Bloc I comportant quelques modifications du Bloc II, et d'un article d'essai lunaire. Le Bloc I ne pouvait pas s'amarrer à un module lunaire, ce que le Bloc II ferait. Parmi les modifications du CSM-020, une nouvelle écoutille se distinguait : celle qui remplaçait l'écoutille que la commission d'enquête d'Apollo 1 avait condamnée comme trop difficile à ouvrir en cas d'urgence. Cette écoutille devait être mise à l'épreuve dans des conditions de retour lunaire. Le module de commande employé fut le CM-020, équipé d'un programmateur de mission et de l'instrumentation nécessaire pour l'exploiter à distance.

Le module de service n'était pas celui prévu. Le SM-020, affecté à l'origine à Apollo 6, avait servi pour Apollo 4 après que le SM-017 de cette mission eut été détruit dans une explosion et qu'il fallut le mettre au rebut ; et le CM-014 n'était pas disponible parce qu'il servait de pièce d'étude dans l'enquête sur Apollo 1. C'est donc le SM-014 qui vola. Vu la brièveté prévue du vol, tous les systèmes ne furent pas activés : les radiateurs qui évacuent la chaleur excédentaire du système électrique et du contrôle d'ambiance ne furent même pas raccordés.

Kenneth S. Kleinknecht, responsable du module de commande et de service au Centre des vaisseaux habités de Houston, fut satisfait du CSM-020 à son arrivée de North American Aviation, même s'il déplora qu'il soit arrivé enveloppé dans du Mylar inflammable. Le contraste avec Apollo 1 était éloquent : ce vaisseau-là était arrivé avec des centaines de points non résolus ; le CSM-020 arriva avec vingt-trois, presque tous de routine.

Le LTA-2R complétait la charge, un module lunaire simulé : un étage de descente de type vol, sans train d'atterrissage, dont les réservoirs d'ergols étaient remplis d'un mélange d'eau et de glycol, et ceux de comburant de fréon. Son étage de remontée ne portait aucun système : c'était de l'aluminium lesté et instrumenté pour mesurer les vibrations, l'acoustique et l'intégrité structurelle. Le LTA-2R resta pendant tout le vol à l'intérieur de l'adaptateur vaisseau-module lunaire, le SLA-9.

Le premier étage S-IC arriva par barge le 13 mars 1967 et fut érigé dans le Vehicle Assembly Building quatre jours plus tard ; le troisième étage S-IVB et l'unité d'instruments arrivèrent le 17. Le deuxième étage S-II n'étant pas prêt, on recourut à l'espaceur en forme d'haltère déjà utilisé pour Apollo 4 — même hauteur, même masse et toutes les connexions électriques — afin de pouvoir poursuivre les essais. Le S-II arriva en mai et fut empilé et intégré à la fusée le 7 juillet.

Apollo 6 étrenna la travée haute 3 du bâtiment, et l'on s'aperçut vite que sa climatisation était insuffisante : il fallut apporter des équipements portables de grande capacité pour garder au frais les opérateurs et le matériel. Les retards s'enchaînèrent : en avril, le personnel et les équipements étaient occupés par Apollo 4, le travail sur les bras de la plate-forme de lancement mobile 2 avançait lentement et le CSM lui-même, prévu pour fin septembre, prit deux mois de retard.

Après le lancement d'Apollo 4 le 9 novembre 1967, le rythme s'accéléra. Le CSM fut placé sur le lanceur le 11 décembre 1967 et l'ensemble partit vers le complexe de lancement 39A le 6 février 1968. Le transfert dura toute la journée et se fit en grande partie sous une pluie battante ; le transporteur à chenilles dut s'arrêter deux heures à cause d'une panne de communications et le véhicule n'atteignit le pas de tir qu'à la nuit tombée. Le vent empêcha d'approcher la tour de service mobile pendant deux jours.

Le test de préparation au vol s'acheva le 8 mars 1968 et, lors de la revue tenue trois jours plus tard, Apollo 6 fut autorisé à condition de mener à bien certains essais et actions en suspens. Le lancement, fixé d'abord au 28 mars, fut reporté au 1er puis au 3 avril en raison de problèmes avec des équipements du système de guidage et avec le remplissage des réservoirs. Le compte à rebours final commença le 3 avril ; les problèmes ultérieurs furent résolus durant les arrêts programmés et ne retardèrent pas la mission.

Le décollage eut lieu le 4 avril 1968 à 7 h 00 min 01 s du matin, heure de l'Est. Durant les deux premières minutes, le Saturn V se comporta normalement. Puis, pendant que brûlait le premier étage S-IC, apparurent les oscillations pogo : une vibration longitudinale qui secoua tout le véhicule. Les fluctuations de poussée soumirent la fusée à des accélérations de ±0,6 g (5,9 m/s²) alors que la conception ne prévoyait qu'un maximum de 0,25 g (2,5 m/s²). Le véhicule ne subit pas de dommages, hormis la perte d'un des panneaux de l'adaptateur SLA.

George Mueller, administrateur associé de la NASA pour le vol spatial habité, expliqua le phénomène devant une commission de la Chambre des représentants au moyen d'une image domestique : la poussée d'un moteur-fusée n'est jamais parfaitement uniforme, car la combustion ne l'est pas non plus ; la tuyauterie qui conduit l'ergol des réservoirs au moteur possède, du fait de sa longueur, une fréquence de résonance propre, « comme un tuyau d'orgue » ; et la structure de la fusée se comporte « comme un diapason », capable d'osciller longitudinalement si on la frappe au bon endroit. Le pogo est l'interaction entre ces fréquences.

Une fois le premier étage séparé, les problèmes se déplacèrent vers les moteurs J-2 du S-II. Le moteur numéro deux commença à donner de mauvaises performances à 225 secondes après le décollage et se dégrada brutalement à T+319 secondes. À T+412 secondes, l'unité d'instruments l'éteignit complètement, et deux secondes plus tard le moteur numéro trois s'arrêta lui aussi. La panne affectait le moteur deux ; mais un croisement de câbles fit que l'ordre de coupure atteignit le moteur trois, qui fonctionnait normalement.

L'unité d'instruments sut compenser : les trois moteurs restants brûlèrent 58 secondes de plus que prévu, et le S-IVB dut brûler 29 secondes de trop, avec une légère perte de performance supplémentaire. La compensation fonctionna, mais elle ne fut pas gratuite.

En raison de l'ascension déficiente, le CSM et le S-IVB entrèrent sur une orbite de stationnement de 173,14 km sur 360,10 km (93,49 sur 194,44 milles marins) au lieu de l'orbite circulaire de 190 km prévue. L'écart n'empêchait pas de poursuivre la mission. Durant le premier tour, le S-IVB manœuvra pour modifier son attitude par rapport à l'horizon et qualifier les techniques de suivi de points de repère qu'utiliseraient les futurs astronautes. Ensuite, après les deux orbites réglementaires pour vérifier que le véhicule était prêt pour l'injection translunaire, le rallumage du S-IVB fut commandé. L'étage ne se ralluma pas.

Le directeur de vol Clifford E. Charlesworth et son équipe au contrôle de mission recoururent à une solution de rechange déjà prévue : utiliser le moteur du système de propulsion de service (SPS) du module de service pour élever le vaisseau sur une orbite d'apogée élevé et de périgée bas qui provoquerait la rentrée, comme cela avait été fait lors d'Apollo 4. Ce plan permettait de remplir une partie des objectifs. Le SPS brûla 442 secondes jusqu'à atteindre l'apogée prévu de 22 204 km (11 989 milles marins).

Le prix à payer fut l'énergie de rentrée. Il ne restait plus d'ergols pour le second allumage du SPS, celui qui devait accélérer la capsule, si bien que le vaisseau entra dans l'atmosphère à environ 10 000 m/s (33 000 ft/s) au lieu des 11 000 m/s (37 000 ft/s) qui auraient simulé un retour lunaire. La grande altitude atteinte donna en revanche une récolte inattendue : le module de commande put mesurer dans quelle mesure la paroi même du vaisseau protégerait les futurs astronautes des ceintures de Van Allen.

Une dizaine d'heures après le décollage, le module de commande amerrit à 80 kilomètres (43 milles marins) du point prévu, dans le Pacifique Nord, au nord d'Hawaï, et fut hissé à bord de l'USS Okinawa. Le module de service se sépara juste avant la rentrée et se désintégra. L'orbite du S-IVB décrut peu à peu jusqu'à ce que l'étage rentre dans l'atmosphère le 26 avril 1968.

Le Saturn V emportait plusieurs caméras destinées à être éjectées et récupérées. Trois des quatre installées sur le S-IC ne parvinrent pas à s'éjecter et furent détruites, et des deux du S-II, une seule fut récupérée : précisément celle qui avait filmé la séparation entre les étages. La défaillance fut attribuée au manque de pression d'azote dans les bouteilles chargées de l'éjection. La caméra de cinéma du module de commande devait filmer le lancement et la rentrée, mais comme la mission dura une dizaine de minutes de plus que prévu, les événements de la rentrée ne furent pas enregistrés. En revanche, un appareil photo de 70 mm pointé vers la Terre depuis le hublot de l'écoutille, avec une pellicule et un filtre capables de traverser la brume, fonctionna : il couvrit des parties des États-Unis, l'Atlantique, l'Afrique et le Pacifique occidental, et ses images, d'un meilleur équilibre colorimétrique et d'une résolution supérieure à celles des missions habitées précédentes, se révélèrent excellentes pour des études cartographiques, topographiques et géographiques.

Lors de la conférence de presse qui suivit le lancement, le directeur du programme Apollo, Samuel C. Phillips, admit qu'« il ne fait aucun doute que c'est une mission moins que parfaite », tout en ajoutant qu'atteindre l'orbite après avoir perdu deux moteurs était « une réalisation importante non planifiée ». Mueller la qualifia de « bon travail dans l'ensemble, un excellent lancement et, tout bien pesé, une mission réussie », mais reconnut plus tard qu'Apollo 6 « devra être défini comme un échec ».

Le pogo était un phénomène bien connu ; la NASA croyait avoir « désaccordé » le Saturn V, c'est-à-dire l'avoir empêché de vibrer à ses fréquences naturelles. Ce n'était pas le cas. Près d'un millier d'ingénieurs de l'administration et de l'industrie se mirent au travail sur le problème. La solution pour amortir les oscillations de pression dans les moteurs F-1 et J-2 fut de remplir d'hélium, peu avant le décollage, les cavités des vannes qui les alimentent, en guise d'amortisseur.

Les défaillances du S-II et du S-IVB remontèrent au J-2 lui-même, moteur commun aux deux étages. Le J-2 est équipé d'un allumeur à étincelle augmenté (ASI), en pratique un moteur-fusée miniature monté au centre du dôme du moteur : il reçoit des ergols cryogéniques à un débit suffisamment faible pour qu'une bougie puisse enflammer le mélange, et la flamme obtenue est capable d'allumer le débit principal. Les essais ultérieurs démontrèrent que les lignes d'ergols alimentant l'ASI pouvaient se rompre dans le vide. Ces lignes comportaient un tronçon à soufflet métallique pour absorber la dilatation thermique ; lors des essais au sol, les ergols froids formaient une couche de givre sur la ligne d'oxygène et d'air liquéfié sur celle d'hydrogène, et cette couche amortissait les vibrations. Dans le vide, une telle protection n'existe pas.

Sur Apollo 6, la ligne d'hydrogène de l'ASI du moteur deux céda, tandis que celle d'oxygène continuait d'alimenter l'allumeur. L'excès d'oxygène injecté dans une chambre riche en hydrogène éleva considérablement la température dans la zone de l'allumeur et perfora le dôme du moteur ; la perte de pression conduisit l'unité d'instruments à émettre l'ordre de coupure. L'erreur de câblage propagea cet ordre au moteur trois ; la chute de pression de celui-ci engendra un second ordre de coupure qui, par le même croisement, éteignit le moteur deux. Les trois moteurs restants continuèrent de fonctionner. Une défaillance analogue des lignes de l'allumeur fut, selon toute probabilité, ce qui empêcha de rallumer l'unique J-2 du S-IVB.

Pour les vols suivants, les soufflets furent remplacés par des coudes rigides et les lignes furent renforcées. On débattit aussi de la possibilité de configurer le système de détection d'urgence pour avorter automatiquement en cas de pogo excessif ; le directeur des opérations des équipages de vol, Deke Slayton, s'y opposa, et l'on choisit de développer un « capteur d'abandon pour pogo » qui laisserait la décision à l'équipage. En août 1968, il était clair que le pogo pouvait être maîtrisé sans ce capteur et le travail fut abandonné. Quant au panneau perdu du SLA, la cause résidait dans sa structure en nid d'abeilles : lorsque la fusée accéléra à travers l'atmosphère, les alvéoles se dilatèrent sous l'effet de l'air et de l'humidité piégés et arrachèrent la surface de l'adaptateur. La réponse consista à percer de petits orifices pour laisser s'échapper les gaz et à ajouter une fine couche de liège qui absorberait l'humidité.

La réaction de la NASA suffit à satisfaire la commission des sciences aéronautiques et spatiales du Sénat, qui fit savoir fin avril que l'agence avait analysé et diagnostiqué rapidement les anomalies d'Apollo 6 et adopté des mesures correctives. Après l'analyse détaillée du comportement du Saturn V et des corrections prévues, les ingénieurs du Centre de vols spatiaux Marshall, en Alabama, conclurent qu'un troisième vol inhabité du Saturn V était inutile. Le Saturn V suivant à voler, celui d'Apollo 8, emporterait un équipage ; Apollo 7, première mission habitée du programme, partirait avec un Saturn IB.

C'est une décision qui impressionne encore aujourd'hui : deux moteurs éteints, un étage qui ne s'est pas rallumé, une vibration qui a triplé la limite de conception, et pourtant le véhicule fut déclaré apte à voler avec des hommes à bord huit mois plus tard. La justification était que toutes les défaillances avaient été expliquées jusqu'à leur cause profonde, que les corrections étaient vérifiables et que le vol lui-même avait démontré une marge remarquable : la fusée avait atteint l'orbite avec trois moteurs de deuxième étage au lieu de cinq.

Apollo 6 n'eut guère de couverture journalistique. Le jour même du lancement, Martin Luther King Jr. fut assassiné à Memphis ; quatre jours plus tôt, le président Lyndon B. Johnson avait annoncé qu'il ne se représenterait pas. La mission la plus problématique du programme Apollo fut exécutée, analysée et devint le feu vert pour voler vers la Lune presque sans que personne regarde.

Après la mission, le CM-020 passa à la Smithsonian Institution. Le module de commande d'Apollo 6 est aujourd'hui exposé au Fernbank Science Center d'Atlanta, en Géorgie.