Big Joe 1

Quand le Project Mercury démarra, aucune décision de conception ne pesait autant que celle du bouclier thermique. Une capsule revenant d'orbite entrerait dans l'atmosphère à vitesse orbitale et toute son énergie cinétique se transformerait en chaleur : le véhicule survivrait ou non selon la manière dont cette énergie serait dissipée. La NASA envisageait deux familles de solutions, un dissipateur thermique métallique et un bouclier ablatif se consumant de façon contrôlée pendant la rentrée, et les sous-traitants des deux options travaillaient en parallèle. Les souffleries, les essais en arc de plasma et les calculs donnaient confiance, mais aucun ne reproduisait à la fois la taille réelle, la forme réelle et l'énergie réelle d'une rentrée. Big Joe naquit de ce manque : un vol balistique avec le missile le plus puissant disponible, capable d'accélérer une capsule de taille réelle jusqu'à des conditions d'échauffement comparables à celles du retour depuis l'orbite.

Le nom dit tout si on le lit à côté de celui de son petit frère. Little Joe était la fusée à propergol solide bon marché, fabriquée maison par Langley, avec laquelle on testait les abandons de mission et les charges maximales à basse altitude. Big Joe était, dans le jargon interne, « l'essai d'ablation avec Atlas » : le même esprit d'essai direct, mais avec le vrai lanceur et dans le régime thermique qui comptait.

Le vaisseau qui vola n'était pas une Mercury de production. Tandis que McDonnell Aircraft, à Saint-Louis, assemblait les capsules opérationnelles avec son réseau de sous-traitants — Minneapolis-Honeywell pour le système automatique de stabilisation et de contrôle, Bell pour le système de contrôle par réaction, Collins Radio pour l'électronique et les communications, AiResearch pour le contrôle environnemental —, le Space Task Group fabriqua son propre exemplaire d'essai. La répartition fut explicite : le centre Lewis prit en charge la section inférieure, c'est-à-dire le récipient sous pression, le bouclier thermique, les capteurs, la télémétrie et le système de contrôle d'attitude ; Langley, en collaboration avec Radioplane, s'occupa de la section supérieure, du conteneur de parachute et de l'équipement de récupération.

Cette capsule d'essai portait le système appelé ACS, « Attitude Control System ». Le sigle est un détail révélateur de la précocité de l'ensemble : ACS désignait spécifiquement l'équipement de la capsule de Big Joe, et ce n'est qu'après ce lancement de septembre 1959 qu'il devint un terme générique dans la nomenclature Mercury, supplanté dans le vaisseau de production par l'ASCS, le système automatique de stabilisation et de contrôle qui faisait office de pilote automatique. Big Joe vola donc avec une version primitive du contrôle d'attitude, dont la mission était d'orienter la capsule après séparation pour qu'elle entre dans l'atmosphère bouclier en avant.

Le lanceur fut un Atlas D, le numéro 10-D, emprunté au programme de missiles balistiques intercontinentaux. Pour le vol d'une capsule, c'était une décision lourde de conséquences : l'Atlas était un missile à structure d'acier fin pressurisé, extraordinairement léger pour sa taille et encore en plein développement, avec un historique de pannes et d'explosions qui inquiétait sérieusement les ingénieurs chargés de le certifier pour transporter des personnes. La coordination entre la NASA, McDonnell, la Division des missiles balistiques de l'Armée de l'air, Convair et le Space Task Group s'organisa au sein d'un panel spécifique qui résolut, point par point, les procédures de lancement, les trajectoires et plans de vol des deux premiers tirs prévus, l'accouplement mécanique et électrique entre capsule et fusée, les procédures de sécurité de la plateforme et du champ de tir, et le compte à rebours.

Même le pas de tir ne fut pas une affaire pacifique. Le Space Task Group demanda que le même complexe attribué au tir de Big Joe reste disponible en continu pour préparer tous les lancements Mercury-Atlas suivants ; le commandement du centre d'essais de l'Armée de l'air, désireux de tirer le meilleur parti des installations du Cap, préférait répartir les lancements entre différentes rampes. Le désaccord aboutit à une impasse fin juin, lorsque des représentants de la NASA et de l'agence de projets avancés du Département de la Défense se réunirent pour décider quels tirs seraient reportés : l'urgence des programmes de missiles intercontinentaux et d'alerte avancée eut la priorité. Cette scène décrit bien la position réelle de Mercury en 1959, un programme civil tout juste né qui se disputait plateformes, radars et navires avec les priorités militaires de la guerre froide.

Avant le vol, deux allumages de vérification du véhicule furent réalisés, la pratique habituelle avec l'Atlas : on allume la fusée ancrée à la plateforme pendant quelques secondes pour vérifier la séquence complète. Le premier, le 1er septembre 1959, se termina immédiatement après avoir atteint T-0 : après l'allumage normal des moteurs vernier, celui de la chambre sustentatrice ni celui des moteurs principaux ne suivit, et la temporisation de la phase d'allumage ordonna la coupure. Ni la fusée ni la plateforme ne subirent de dommages. La seconde tentative, le 3 septembre, se déroula normalement, avec un allumage correct, une transition vers l'étage principal et une coupure par temporisation après quelques secondes de fonctionnement. Le véhicule ayant été déclaré apte, le lancement fut fixé au 9 septembre.

Big Joe 1 décolla de la rampe 14 de Cap Canaveral au petit matin du 9 septembre 1959. La première partie de l'ascension se déroula normalement, mais l'Atlas échoua sur un point critique de sa séquence : la section des moteurs de décollage ne se désolidarisa pas. L'Atlas était une fusée à un étage et demi, et le largage de cet anneau de moteurs était indispensable pour alléger le véhicule avant la phase finale de la poussée. Ce largage ne s'étant pas produit, l'ensemble continua d'accélérer chargé d'une masse morte considérable, et la capsule ne put pas non plus se séparer à l'instant prévu ; la séparation finit par avoir lieu, mais en retard.

Les conséquences s'enchaînèrent. La capsule atteignit une altitude et une vitesse inférieures à celles prévues, de sorte que les conditions de rentrée furent moins sévères que celles recherchées, et elle se retrouva en rotation après une séparation qui ne s'était pas produite dans les conditions pour lesquelles le contrôle d'attitude avait été conçu. Le système tenta d'orienter le véhicule et épuisa son ergol sans parvenir au pointage programmé. C'est là que se produisit le point le plus intéressant du vol : privée de contrôle actif, la capsule s'orienta d'elle-même. La forme de la Mercury, avec son corps émoussé et son centre de gravité très avancé vers le bouclier, est aérodynamiquement stable bouclier en avant, et c'est exactement ce que fit la capsule en rencontrant l'air dense. La rentrée se produisit dans l'attitude correcte sans que rien ne l'ait commandée.

Le bouclier ablatif fit son travail. La capsule traversa l'échauffement, déploya son parachute et amerrit dans l'Atlantique, où elle fut récupérée après un vol d'environ treize minutes et ramenée à terre pour examen. L'apogée enregistrée fut d'environ 152,9 kilomètres et le vol n'acheva aucune orbite : c'était, par conception, une trajectoire balistique.

Le bilan de Big Joe 1 se résume habituellement comme un résultat partiel, et à juste titre : le lanceur échoua dans la séparation de la section des moteurs et le profil de rentrée ne fut pas celui qui avait été planifié. Mais la mission ne se jugeait pas sur l'Atlas, mais sur le bouclier. Et le bouclier, récupéré et examiné, démontra que le concept ablatif fonctionnait à taille réelle et en vol réel. Furent ainsi validées plusieurs autres choses : la stabilité aérodynamique passive de la configuration Mercury, qui s'orienta d'elle-même quand le contrôle actif manqua de ressources ; le comportement thermique du corps arrière de la capsule ; l'instrumentation et la télémétrie qui avaient mesuré tout cela ; et toute la chaîne de récupération en mer, avec le navire à son poste et la capsule ramenée intacte.

L'échec de l'Atlas fut lui aussi une information utile, et dans la logique d'un programme de développement, c'est une manière parfaitement respectable de tirer parti d'un vol. La séparation de la section des moteurs redevint un sujet connu de la liste des problèmes du missile et fut traitée comme tel.

L'effet le plus tangible de Big Joe concerna le calendrier. Il était prévu de répéter l'essai avec un second exemplaire, mais les données du premier furent jugées suffisantes pour ce qu'on voulait savoir, et la répétition fut annulée. Dans un programme qui accumulait des retards chroniques et où chaque plateforme et chaque Atlas se disputaient avec les programmes militaires, économiser un vol entier et sa préparation n'était pas rien : cela libéra des ressources et avança le moment où Mercury pourrait passer aux vols avec le véhicule de production de McDonnell.

Sur le plan technique, Big Joe clôt la discussion sur le bouclier thermique dans le sens qui paraît aujourd'hui évident et qui ne l'était pas alors. Il laissa aussi une leçon qui reviendrait tout au long du programme : la forme de la capsule était son meilleur système de sécurité, car elle garantissait l'attitude de rentrée même si tout le reste échouait. Quand, en 1962 et 1963, les vols habités durent résoudre des problèmes de contrôle d'attitude et de consommation d'ergol, cette propriété passive était toujours là, vérifiée depuis le tout premier vol d'une capsule Mercury.

En tant que pièce d'histoire, Big Joe 1 occupe une place particulière : ce fut le premier vol d'une capsule du programme, le premier Mercury-Atlas et un échec partiel du lanceur qui, néanmoins, livra la donnée qui justifiait son existence. Les vols non habités de ce type sont rarement évoqués aux côtés des vols habités, mais ce sont exactement eux qui ont décidé si ces derniers seraient possibles. </content>