AS-202

À la mi-1966, le programme Apollo ne volait pas encore avec équipage, mais il avait déjà commencé à tester son matériel par étapes. La stratégie consistait à enchaîner des vols sans équipage ajoutant chacun un degré de difficulté : d'abord vérifier que la fusée et le vaisseau tenaient ensemble, puis que le vaisseau savait revenir. AS-202 occupe l'échelon où l'ensemble cessa d'être une simple démonstration structurelle pour devenir un essai complet des systèmes.

Le vol fut explicitement conçu comme un prolongement d'AS-201. Cette mission avait démontré l'intégrité structurelle de l'ensemble et une rentrée courte ; AS-202 devait emmener la fusée plus haut et maintenir le vaisseau en vol deux fois plus longtemps, avec le moteur principal du vaisseau s'allumant quatre fois au cours du trajet. La différence n'était pas de degré : pour la première fois volaient à bord le système de guidage et de navigation d'Apollo et le système électrique à piles à combustible du module de service, deux sous-systèmes sans lesquels le vol habité était tout simplement impossible.

Un détail de calendrier explique une confusion fréquente. Bien que sa numérotation suggère le contraire, AS-202 fut le troisième vol d'essai du Saturn IB : le retard dans la disponibilité du vaisseau 011 repoussa son lancement derrière celui d'AS-203, qui vola en juillet 1966 avec un objectif très différent, le comportement de l'hydrogène liquide résiduel dans l'étage S-IVB.

CSM-011 était, pour l'essentiel, un module de commande et de service Block I de série, capable en principe d'emporter un équipage. Les différences par rapport à la configuration Block I « opérationnelle » visaient toutes un vol d'essai sans équipage et furent documentées une à une : un bouclier thermique Block I de développement fut installé ; les couchettes, les combinaisons spatiales et les provisions de l'équipage furent omises ; une barre de liaison fut ajoutée à l'emplacement qu'aurait occupé le module lunaire lors des missions lunaires ; l'instrumentation biomédicale fut supprimée ; certains indicateurs et commandes liés au pilotage par les astronautes furent retirés ; un programmeur de contrôle du module de commande et un système de référence d'assiette furent incorporés, et de l'instrumentation supplémentaire de recherche et développement fut embarquée.

Le vaisseau arriva à Cap Kennedy en avril 1966. Sa masse au lancement était de 56 900 livres, et l'ensemble spatial complet pesait 1 312 300 livres au moment du décollage.

La Saturn IB de cette mission n'était pas non plus un exemplaire de série. Le véhicule SA-202 s'écartait de la conception standard sur trois points : il embarquait de l'instrumentation de recherche et développement, incorporait une structure de R&D dans le premier étage S-IB et montait une caméra de télévision dans l'unité d'instruments pour observer le circuit du vaisseau. Les étages arrivèrent au Cap de façon échelonnée : le deuxième étage S-IVB en janvier 1966, et à la fois le premier étage S-IB et l'unité d'instruments en février 1966.

La mission comportait six objectifs primaires. Le premier, démontrer l'intégrité structurelle et la compatibilité entre le lanceur et le vaisseau et confirmer les charges de lancement. Le deuxième, démontrer les séparations : celle de l'ensemble S-IVB/unité d'instruments/vaisseau par rapport à l'étage S-IB, celle de la tour de sauvetage et de son carénage de protection, celle du module de commande et de service par rapport au S-IVB et à son adaptateur, et celle du module de commande par rapport au module de service. Le troisième, vérifier le fonctionnement des sous-systèmes du lanceur — propulsion, guidage et contrôle, système électrique — et du vaisseau : bouclier thermique, SPS à rallumage multiple, guidage et navigation, contrôle environnemental, communications, systèmes de contrôle de réaction du module de commande et du module de service, contrôle de stabilisation, système d'atterrissage et système électrique. Le quatrième, évaluer le système de détection d'urgence du véhicule en configuration bouclée. Le cinquième, évaluer le bouclier thermique sous une charge thermique élevée lors d'une rentrée à environ 28 000 pieds par seconde. Le sixième, éprouver les installations et opérations de soutien nécessaires au lancement, à la conduite de la mission et à la récupération du module de commande.

Venait ensuite une liste d'objectifs détaillés d'une minutie révélatrice : démontrer le rallumage multiple du SPS avec au moins trois allumages d'au moins trois secondes séparés par des intervalles de dix secondes ; déterminer le rendement du moteur lors d'un allumage long d'environ 200 secondes ; obtenir des données sur la stabilité de la combustion ; vérifier la protection thermique de l'astro-sextant ; contrôler la bande S en modes télémétrie et télémétrie avec mesure de distance ; et évaluer l'ablateur du bouclier thermique sous une charge de 20 000 Btu par pied carré. La NASA considéra tous les objectifs, primaires et détaillés, comme atteints.

AS-202 accumula un nombre inhabituel de premières. Ce fut le premier vol Apollo/Saturn à utiliser des piles à combustible dans le module de service ; le premier à faire voler le système de détection d'urgence en configuration bouclée, c'est-à-dire avec une réelle capacité de déclencher un abandon automatique ; le premier à tester les communications unifiées en bande S ; le premier à embarquer le système de guidage et de navigation d'Apollo, et le premier dont le vaisseau fut récupéré dans le Pacifique. S'y ajoutèrent une répétition de l'essai de pression de la cloison commune de l'étage S-IVB et un test de communications pendant le black-out radio de la rentrée.

Le décollage eut lieu depuis le complexe de lancement 34 le 25 août 1966, à 12h15 heure de l'Est, avec un azimut de lancement de 105 degrés. La phase d'ascension fut nominale. Le premier étage brûla un peu moins de deux minutes et demie et amena la fusée à une altitude de 31,4 milles nautiques (58,2 km), pour une portée de 30,4 milles nautiques (56,3 km) depuis le pas de tir. Le deuxième étage s'alluma ensuite pendant sept minutes et demie supplémentaires et plaça le vaisseau sur une trajectoire balistique longue portée — aucune insertion orbitale n'était prévue. La séparation du module de commande et de service eut lieu à 419,8 milles nautiques (777,5 km) d'altitude.

Le SPS était préprogrammé pour s'allumer quatre fois. Le premier allumage se produisit une paire de secondes après la séparation du S-IVB et dura trois minutes et trente-cinq secondes : c'est lui qui éleva l'apogée du vaisseau à 617,1 milles nautiques (1 142,9 km), pour une portée de 874,8 milles nautiques (1 620,1 km). Vingt-cinq minutes plus tard vint le deuxième allumage, d'une minute et vingt-huit secondes. Dix secondes après son extinction, le moteur se ralluma deux fois de plus, trois secondes à chaque fois, pour vérifier sa capacité de rallumage rapide. Cette séquence — un allumage long suivi d'impulsions courtes à intervalles de dix secondes — correspondait exactement à ce qu'exigeait l'objectif détaillé sur le rallumage multiple, et répondait à une préoccupation bien précise : lors d'une mission lunaire, le SPS devait démarrer sans faute après des jours de vol, d'abord pour entrer en orbite lunaire, puis pour en sortir.

Le module de commande entra dans l'atmosphère à 28 512 pieds par seconde (8 690 m/s). Plutôt que de descendre d'un seul coup, il effectua une rentrée à double plongée : il descendit d'abord jusqu'à 36 milles nautiques (67 km), remonta ensuite jusqu'à 44 milles nautiques (81 km) — ayant alors perdu 4 300 pieds par seconde (1 300 m/s) de vitesse — et ne continua sa descente qu'après. Ce profil n'avait rien d'un caprice : allonger la trajectoire à l'intérieur de l'atmosphère multiplie le temps pendant lequel le bouclier doit supporter la chaleur, et c'était justement le point que la mission voulait mesurer, avec une charge thermique de l'ordre de 260 mégajoules par mètre carré. La portée totale du vol fut de 13 900 milles nautiques.

Les parachutes principaux se déployèrent à 23 790 pieds (7 250 m) et le module de commande amerrit dans le Pacifique Nord, aux coordonnées 16°7' N, 168°54' E, à 205 milles nautiques (380 km) du point d'atterrissage prévu et à environ 230 milles nautiques (430 km) au sud-est de l'île Wake. L'amerrissage eut lieu à 13h48 heure de l'Est, portant la durée totale de la mission à une heure et trente-trois minutes de vol. L'écart par rapport à la cible obligea le porte-avions USS Hornet à naviguer huit heures et demie jusqu'à la capsule, qui fut hissée à bord à 22h10 heure de l'Est, ce même 25 août 1966.

AS-202 fut l'une des trois missions Apollo sans équipage — avec Apollo 4 et Apollo 6 — à avoir obtenu des séquences rapprochées de la séparation des étages d'une fusée Saturn. La technique venait du Saturn I : des caméras éjectables montées sur le véhicule, qui se détachaient et étaient récupérées ensuite. Sur AS-202, la caméra se trouvait sur le premier étage S-IB, orientée vers l'avant, et filma le deuxième étage S-IVB — de la série 200 — s'éloignant et allumant son unique moteur J-2. La version de l'étage se reconnaît au détail des moteurs d'accélération : la série 200 en tirait trois, tandis que la série 500 qui vola sur Saturn V n'en portait que deux. Ces images sont devenues un plan d'archive courant des documentaires sur les vols habités — elles ont été utilisées dans le documentaire Apollo 11 — et sont souvent attribuées par erreur à des missions avec équipage.

Le résultat d'AS-202 eut un effet immédiat sur le calendrier du programme : avec le bouclier thermique validé pour une rentrée depuis l'orbite terrestre basse, le guidage et la navigation testés en vol, les piles à combustible opérationnelles et le système de détection d'urgence essayé en configuration bouclée, la NASA estima que le vaisseau Block I comme le Saturn IB étaient en mesure d'envoyer des hommes en orbite lors de la mission suivante, AS-204. Cette mission est celle que l'histoire connaît sous le nom d'Apollo 1.

Le module de commande de la mission connut une seconde vie publique : il fut exposé au pavillon des États-Unis de l'Expo 67 de Montréal et se trouve aujourd'hui conservé à bord du porte-avions USS Hornet, ouvert au public sous le nom d'USS Hornet Museum à Alameda, en Californie — précisément le navire qui l'avait repêché des eaux.