Beach Abort

Un système de sauvetage au lancement n'existe que pour une seule chose : séparer rapidement la cabine habitée de la fusée qui la porte lorsque cette fusée cesse d'être un véhicule et devient un réservoir de propergol sur le point d'exploser. Chez Mercury, cette fonction était assurée par une tour réticulée montée au-dessus de la capsule, avec un moteur à propergol solide à son sommet qui, en s'allumant, tirait le vaisseau vers le haut et sur le côté, loin de la colonne de feu.

Au sein de cette mission générale, la variante la plus exigente n'est pas celle qui survient en pleine ascension, mais celle qui survient avant même que la fusée ait bougé. Une panne à haute altitude laisse une marge : le vaisseau dispose déjà d'énergie, il y a le temps de déployer les parachutes et il y a la haute mer devant lui. Une panne sur la rampe, en revanche, ne laisse rien. La capsule est immobile, à quelques mètres du sol, au sommet d'un lanceur chargé ; le système de sauvetage doit lui donner en un instant toute l'altitude et toute la portée nécessaires pour ouvrir les parachutes et tomber dans l'eau avant même que le parachute ait fini de se gonfler. Cette condition, l'« off-the-pad abort », est celle qui définit la taille du moteur de sauvetage et qui décide si la tour est un ornement ou une bouée de sauvetage.

D'où le fait que l'essai ne pouvait pas se faire sur le papier. Il fallait allumer une tour réelle sur un vaisseau réel, sans fusée en dessous, et observer toute la séquence : allumage, ascension, largage de la tour, ouverture du parachute de freinage, ouverture du parachute principal, amerrissage, flottaison et récupération. Tout maillon défaillant dans cette chaîne transformait le sauvetage en un accident différent mais tout aussi mortel.

L'engin testé consistait en une structure tubulaire montée au-dessus du bouclier aérodynamique de la capsule et, à son extrémité, un moteur à propergol solide à trois tuyères orientées de façon que la poussée passe le long du vaisseau sans le brûler, avec une légère inclinaison écartant l'ensemble de la verticale de la rampe. Le moteur était fabriqué par la Grand Central Rocket Company, à Redlands (Californie), et son comportement fit l'objet d'une campagne de qualification séparée : l'Arnold Engineering Development Center le testa pour vérifier l'allumage en altitude et déterminer la courbe de pression de chambre en fonction du temps, et dans la soufflerie d'altitude du Lewis Research Center, trois moteurs de sauvetage furent tirés sur une maquette de vaisseau dans des conditions équivalentes à haute altitude, l'un d'eux sur une balance à quatre composantes pour mesurer le désalignement de la poussée. Ces essais furent achevés fin juillet 1960 et conclurent que le moteur répondait aux exigences opérationnelles.

La préoccupation concernant le désalignement n'était pas théorique. Lors du premier essai à échelle réelle d'une situation d'abandon sur la rampe, réalisé à Wallops Island par la Pilotless Aircraft Research Division du centre Langley avec un vaisseau de poids et de taille réels, le vol fut essentiellement rectiligne pendant les cinquante premiers pieds, puis le vaisseau tangua en effectuant plusieurs tours avant de heurter le sol à faible distance du rivage. La cause fut localisée dans la perte de l'insert en graphite de l'une des trois tuyères de la fusée d'abandon, qui dévia la poussée. Ce fut une leçon précoce et bon marché sur le peu qu'il faut pour qu'un système de sauvetage lance la capsule dans la mauvaise direction.

Avant le vol de mai, il y eut donc une série d'essais échelonnés sur la même plage. Après cette première tentative ratée, un vol d'abandon sur rampe fut réalisé avec une maquette structurelle (« boilerplate ») déjà équipée de la version de production de la tour et de la fusée de sauvetage ; ce vol, réussi, fut le premier essai opérationnel du moteur de Grand Central. Vint ensuite un second essai de plage avec une autre maquette, cette fois instrumentée pour mesurer le niveau de pression acoustique et de vibration, dont le but était de connaître l'environnement acoustique et vibratoire auquel était soumise la capsule pendant le tir de la fusée d'abandon ; ses résultats furent consignés dans une note interne de Langley datée d'octobre 1959. Cette série de tirs depuis la plage fut, littéralement, le prélude à la campagne Little Joe, dans laquelle le même système serait testé en vol avec la fusée porteuse correspondante.

Le nom de la mission vient de là : « beach abort », abandon de plage, car la rampe était le sable de Wallops Island et le décor de l'essai, le front de l'Atlantique. L'expression fut forgée pour distinguer ces tirs de l'abandon qui serait testé en vol avec les Little Joe et de celui qui, le cas échéant, se produirait réellement à Cap Canaveral.

Le 9 mai 1960 fut lancé depuis Wallops Island le premier vaisseau de production de McDonnell, avec sa propre fusée de sauvetage comme unique force propulsive. La désignation officielle de l'essai fut « beach-abort test » et ses objectifs, tels qu'énoncés, étaient l'évaluation des performances du système de sauvetage, du système de parachutes et d'amerrissage, et des opérations de récupération dans une situation d'abandon depuis la rampe.

La séquence se déroula comme prévu. La tour s'alluma et éleva la capsule depuis le niveau du sol jusqu'à un apogée de l'ordre de 751 mètres, avec une vitesse maximale de 436 mètres par seconde ; l'ensemble décrivit un court arc vers la mer, la tour se détacha, le système de parachutes se déploya et le vaisseau amerrit à environ 0,97 kilomètre du point de lancement. Le vol entier, de l'allumage au contact avec l'eau, dura une minute et seize secondes : la brièveté est précisément le trait qui définit ce type d'essai, car un abandon sur rampe se joue en cette poignée de secondes.

La récupération faisait partie de l'essai au même titre que le vol. Un hélicoptère du Corps des Marines localisa et récupéra la capsule dix-sept minutes après le décollage, un délai qui importait autant que l'apogée : lors d'un abandon réel, un astronaute se trouverait à l'intérieur, et la procédure de sauvetage devait être chronométrée et répétée, non improvisée.

L'essai fut qualifié de réussi. Le vaisseau vola, la tour fonctionna, les parachutes s'ouvrirent, la capsule flotta et l'hélicoptère la sortit de l'eau ; les quatre éléments que l'on voulait vérifier répondirent présents. La capsule numéro 1 retourna ensuite à l'usine McDonnell pour un essai d'intégrité, ce qui en dit long sur l'état dans lequel elle arriva.

La réserve concernait le largage de la tour : la distance de séparation entre la tour et la capsule s'avéra insuffisante. Lors d'un abandon sur rampe, la tour doit s'éloigner proprement et retomber au loin, car la capsule vient derrière et va ouvrir ses parachutes dans ce même volume d'air. L'affaire ne fut pas close avec l'essai : la séparation sûre du vaisseau par rapport au lanceur et au système de sauvetage lui-même fit l'objet d'études approfondies de la part de Space Task Group, Convair-Astronautics, Space Technology Laboratories, McDonnell et du Marshall Space Flight Center, consignées dans des documents internes du projet sur la distance de séparation dans Mercury-Redstone, sa dispersion statistique et l'excentricité de la poussée de la fusée de sauvetage par rapport au lanceur Atlas.

C'est là, en réalité, la valeur durable du Beach Abort : non pas tant avoir démontré que le système fonctionnait — chose que l'on tenait presque pour acquise — que d'avoir mesuré avec quelles marges il le faisait et d'avoir mis des chiffres sur ce qui n'était jusque-là que des estimations.

Sept mois après le vol de Wallops, le mode d'abandon testé s'activa sans que personne ne l'ait demandé. Le 21 novembre 1960, lors de la tentative de lancement de Mercury-Redstone 1, le moteur du Redstone s'éteignit juste après l'allumage, la fusée étant encore sur la rampe, et le système de sauvetage se déclencha et fut éjecté de la capsule. La tour vola seule ; le vaisseau, au lieu d'être arraché, resta où il était, au sommet d'un lanceur chargé, et déploya son parachute au-dessus de la rampe elle-même. Ce fut l'épisode connu dans le programme comme le vol de quatre pouces.

Le contraste avec le Beach Abort explique pourquoi l'essai de mai avait été nécessaire et, en même temps, pourquoi il ne suffisait pas. Sur la plage, la séquence s'était déroulée dans le bon ordre et avec la capsule solidaire de la tour ; à Cap Canaveral, elle se déroula dans le désordre, la tour se détachant avant d'avoir rien tiré. Le système de sauvetage fit ce que son minuteur lui ordonna, et ce qui fut mis au jour ne fut pas le moteur de Grand Central mais la logique qui décidait quand il devait s'allumer et dans quel ordre les éléments devaient se séparer. De là sortirent des corrections qui furent appliquées avant que la série habitée ne vienne à voler, et c'est pourquoi l'abandon sur rampe fut de nouveau testé, désormais intégré dans la chaîne de commande du véhicule, lors de la campagne de vols de qualification qui précéda les vols avec astronaute.

Le vaisseau qui vola lors du Beach Abort connut une seconde vie comme pièce de musée. Après l'essai d'intégrité chez McDonnell, la capsule Mercury numéro 1 — la première de la série de production et la seule à avoir volé sans fusée en dessous — finit exposée au New York Hall of Science, à Corona Park (New York), suspendue au plafond avec une tour de sauvetage accouplée dont la provenance n'est pas documentée. C'est un détail mineur et bien caractéristique de la muséographie spatiale de l'époque, mais il convient de le noter : la tour que l'on voit aujourd'hui sur cette capsule n'est pas nécessairement celle qui la souleva du sable de Wallops Island.

Dans le recensement des vols Mercury, le Beach Abort occupe une place particulière. Ce ne fut ni un lancement orbital ni suborbital au sens habituel, il n'emporta pas de lanceur et ne visait ni altitude ni vitesse : ce fut l'essai d'un sous-système poussé jusqu'à la limite de son enveloppe la plus défavorable. C'est précisément pour cela qu'il reste généralement en dehors des listes de missions et n'apparaît qu'à peine mentionné dans les récits du programme, qui passent directement des Little Joe aux Mercury-Redstone habités.

Pourtant, sans cette minute et seize secondes de vol, le programme serait entré dans la phase habitée sans avoir jamais vérifié, de bout en bout, la seule manœuvre capable de sauver un astronaute au pire moment possible : celui qui s'écoule entre l'allumage du lanceur et l'instant où le vaisseau commence à bouger. Le Beach Abort est, en ce sens, l'un des essais les moins coûteux et les plus rentables de tout le programme Mercury.