Little Joe 1B

La série Little Joe est née d'un calcul très simple. Lorsque la NASA chercha un propulseur pour les essais du Projet Mercury, elle découvrit que chaque Atlas coûtait de l'ordre de 2,5 millions de dollars et que même un Redstone avoisinait le million de dollars par lancement. Les responsables du programme savaient qu'il faudrait de nombreux tirs de développement, et à ces prix le calendrier était intenable. La réponse fut de concevoir un véhicule propre, à propergol solide, qui coûtait environ 200 000 dollars l'unité et qui pouvait être lancé depuis les installations déjà existantes de Wallops Island, sans avoir à se disputer un pas de tir au cap Canaveral.

L'idée remontait à janvier 1958, lorsque Max Faget et Paul Purser avaient détaillé sur le papier comment regrouper quatre fusées à propergol solide Sergeant — d'usage courant à Wallops — pour propulser une capsule habitée au-dessus de la stratosphère. En août de la même année, William Bland et Ronald Kolenkiewicz reprirent ces plans préliminaires, et en octobre une équipe de la NASA prépara les plans de la structure du propulseur et d'un lanceur adapté. Le nom vint du dessin lui-même : les premières sections montraient quatre trous, qu'on associa au coup de dés « little joe » (deux fois deux). Quatre cercles supplémentaires furent ensuite ajoutés pour les moteurs Recruit, mais le surnom était déjà resté ; les quatre grandes ailerons stabilisateurs du fuselage contribuèrent à le fixer. L'attribution du nom revient généralement à Faget, au Centre de recherche Langley.

Douze entreprises répondirent en novembre 1958 à l'appel d'offres pour le fuselage. L'évaluation technique fut menée en grande partie par Langley lui-même, et la Division des missiles de North American Aviation remporta le contrat le 29 décembre 1958, avec une commande de sept fuselages et un lanceur mobile, dont la fabrication débuta à Downey, en Californie.

Les objectifs fixés fin 1958 étaient au nombre de quatre : étudier la dynamique de la capsule à des altitudes progressivement plus élevées, essayer le système d'échappement à la pression dynamique maximale, qualifier le système de parachutes et vérifier les méthodes de recherche et de récupération. Les premiers vols devaient mesurer les contraintes en vol et à l'impact ; les suivants, des paramètres critiques à 20 000, 250 000 et 500 000 pieds. À ces exigences minimales pouvaient s'ajouter des études sur les niveaux de bruit, les charges thermiques et de pression, la séparation du bouclier thermique et le comportement de passagers animaux, dans la mesure où la télémétrie limitée disponible le permettait. Comme toutes les capsules lancées par Little Joe devaient être récupérées, l'enregistrement à bord simplifiait grandement le problème.

Le propulseur fut le premier des deux seuls systèmes conçus exclusivement pour qualifier des capsules habitées, et l'un des pionniers opérationnels du principe de regroupement de fusées. Les quatre Sergeant modifiés — appelés Castor ou Pollux selon la modification — et les quatre Recruit supplémentaires pouvaient être mis à feu selon des séquences différentes, si bien que la poussée au décollage variait beaucoup ; le maximum de conception avoisinait les 230 000 livres, soit environ 1 020 kilonewtons. En théorie, cela suffisait à placer un vaisseau d'environ 4 000 livres (1 800 kg) sur une trajectoire balistique de plus de 100 miles d'altitude, de sorte que le profil de montée ressemblait à celui que subirait un Atlas habité, et la secousse de la fusée d'échappement pouvait être démontrée dans les conditions de décollage les plus sévères imaginables.

L'abandon à pression dynamique maximale — le « max Q » — était l'essai clé. C'est l'instant où le produit de la densité de l'air par le carré de la vitesse atteint son maximum et où la capsule, en se séparant, subit les charges aérodynamiques les plus brutales ; c'est aussi la phase de plus forte vibration pour l'occupant. Si la tour d'échappement fonctionnait à ce moment-là, elle fonctionnerait à n'importe quel autre moment de l'ascension.

Little Joe 1 devait le démontrer en août 1959. Trente-cinq minutes avant le lancement, l'évacuation de la zone se déroulait comme prévu et l'on chargeait les batteries du programmateur et du système de destruction du propulseur lorsque, une demi-heure avant l'heure prévue, un éclair se produisit. Une fois la fumée dissipée, on constata que seules la capsule et la tour avaient décollé, selon une trajectoire proche de celle d'un abandon depuis le pas de tir ; le propulseur et l'anneau de fixation de l'adaptateur restaient intacts sur le lanceur. Près de l'apogée, à environ 2 000 pieds, l'anneau reliant la tour à la capsule se détacha et la petite fusée pyrotechnique d'éjection de la tour s'alluma. Le rapport d'accident, daté du 18 septembre 1959, attribua l'allumage prématuré du moteur d'échappement Grand Central à une fuite électrique — les transitoires ou « tensions fantômes » d'un circuit relais — et localisa la défaillance dans une bobine dont la fonction était précisément de protéger les spécimens biologiques d'un abandon trop brutal. La mission ne remplit aucun de ses objectifs.

Little Joe 1A répéta la tentative le 4 novembre 1959. Le système de détection de pression devait indiquer l'instant où la pression dynamique d'abandon était atteinte, environ trente secondes après le décollage, et envoyer le signal aux boulons explosifs séparant la capsule du propulseur ; la même impulsion allumait le moteur d'échappement. Tout fonctionna jusque-là, mais le moteur mit plusieurs secondes à développer sa poussée et la manœuvre d'abandon ne s'exécuta pas à la pression dynamique recherchée : elle resta à 168 livres par pied carré, bien en dessous des quelque 1 000 propres à un lancement avec Atlas. Le reste du vol, jusqu'à la récupération, se déroula sans incident : 9 miles statutaires d'altitude, 11 de portée, 2 022 miles à l'heure de vitesse maximale et 8 minutes et 11 secondes de vol pour une charge de 1 007 kg. Il fut classé comme succès partiel et l'on décida de répéter l'essai.

Entre-temps, le 4 décembre 1959, Little Joe 2 testa l'échappement d'un primate à haute altitude avec le macaque rhésus Sam à bord : 53 miles statutaires d'apogée, 194 de portée, 2 150 livres par pied carré de pression dynamique maximale, 14,8 g et 3 minutes et 13 secondes d'impesanteur pour un vol de 11 minutes et 6 secondes. Cette mission remplit ses objectifs, mais c'était un essai différent : un échappement à haute altitude, et non au point de charge aérodynamique maximale. La dette restait donc entière.

LJ-1B vola avec une capsule boilerplate — un modèle d'essai à l'échelle et au poids réels, sans les systèmes d'un vaisseau opérationnel — du type que McDonnell et les ateliers de Langley fabriquaient alors pour tester la récupération et la tour d'échappement. La masse au lancement associée au vol était de 1 007 kg, le même chiffre que celui des essais frères de la série.

La passagère était une macaque rhésus (Macaca mulatta) nommée Miss Sam, installée sur un lit de fibre de verre moulé et logée dans un conteneur à l'intérieur de la capsule. Son nom renvoyait à celui du macaque Sam, qui avait volé sept semaines plus tôt sur Little Joe 2. La présence d'un primate et l'essai d'échappement n'étaient pas des objectifs concurrents : la consigne de la série était d'ajouter des observations sur le comportement des passagers animaux chaque fois que la télémétrie disponible le permettait, et un abandon en max Q était justement l'occasion de mesurer ce que la secousse la plus violente prévue sur tout le profil de vol faisait à un être vivant.

Le tir eut lieu le 21 janvier 1960 depuis le pas de tir de Wallops Island, avec le cinquième véhicule Little Joe de la série. L'objectif déclaré par la NASA était, à nouveau, « abandon et essai d'échappement en max Q ».

Cette fois, le système fit ce qu'on attendait de lui. La séparation se produisit à une pression dynamique de 1 070 livres par pied carré — l'ordre de grandeur recherché depuis le début et que ni LJ-1 ni LJ-1A n'avaient atteint —, la capsule supporta une accélération maximale de 4,5 g et atteignit une vitesse de 2 022 miles à l'heure. L'apogée se situa autour de 9 miles statutaires, soit 15,0 km, et la portée à environ 12 miles au large. Entre la fin de la poussée et le début de la chute, il y eut 28 secondes d'impesanteur. Le vol complet, du décollage à l'amerrissage, dura 8 minutes et 35 secondes.

La capsule amerrit au large des côtes de Virginie et fut récupérée par un hélicoptère du Corps des Marines, qui la ramena à Wallops Island en environ 45 minutes. Miss Sam sortit du conteneur en bon état. La rapidité du sauvetage n'était pas un détail anecdotique : la vérification des méthodes de recherche et de récupération figurait depuis 1958 parmi les objectifs premiers de la série, aux côtés de l'essai d'échappement et de la qualification des parachutes, et chaque vol permettait de mesurer le temps réellement nécessaire au dispositif pour atteindre la capsule.

La NASA classa la mission comme un succès.

La valeur de LJ-1B ne réside pas dans son altitude — à peine 9 miles — ni dans sa durée, mais dans le fait qu'il a clos un dossier resté ouvert. Avec lui, l'abandon au point de pression dynamique maximale cessa d'être une hypothèse raisonnable pour devenir un fait mesuré, et le système d'échappement à propulsion de Mercury fut démontré dans la condition même qui le justifiait. Les vols suivants de la série purent se consacrer à autre chose.

Il marqua aussi la frontière entre deux phases. Au 21 janvier 1960, les cinq tirs réalisés ou tentés avaient consommé quatre des six propulseurs d'essai livrés par North American, ainsi que cinq capsules prototypes des ateliers de Langley. Il restait deux propulseurs pour les vols de qualification, et le Space Task Group ordonna de remettre en état le septième fuselage — retenu à Downey pour des essais de charge statique — afin d'en disposer de trois. Le succès de LJ-1B impliquait que le tir suivant, le sixième, appelé Little Joe 5, serait le premier à voler avec une véritable capsule Mercury issue de la chaîne de production de McDonnell. Dans ce passage, des essais de développement avec des maquettes boilerplate aux vols de qualification avec le vaisseau réel, le Space Task Group s'éloignait de la recherche pour se rapprocher de l'exploitation opérationnelle.

Le programme Little Joe utilisa sept fuselages pour huit vols entre 1959 et 1961, dont trois furent considérés comme pleinement réussis. Vue de l'extérieur, c'est une statistique médiocre ; vue de l'intérieur, c'est exactement ce que l'on attend d'un banc d'essai bon marché : échouer au sol et sur des maquettes d'essai ce qui ne pouvait plus échouer plus tard avec un homme à bord. La numérotation officielle de Mercury — deux lettres pour le lanceur, un chiffre pour l'ensemble d'objectifs et une lettre optionnelle pour distinguer les tentatives successives du même essai — explique à elle seule l'histoire de cette mission : le « B » de LJ-1B signifie qu'il s'agissait de la troisième tentative de remplir les objectifs du vol LJ-1.

Le concept survécut au programme. Un successeur, Little Joe II, fut utilisé entre 1963 et 1966 pour les essais en vol du système d'échappement du programme Apollo, avec la même logique : un propulseur solide, bon marché, sans autre mission que de démontrer que l'équipage pouvait s'échapper de là.