Little Joe 5

Quand la NASA a commencé à planifier les essais du programme Mercury, elle s'est heurtée à une arithmétique inconfortable : un Atlas coûtait de l'ordre de deux millions et demi de dollars l'unité et un Redstone environ un million, des chiffres impossibles à soutenir pour la longue série de vols de qualification dont le projet avait besoin. La réponse fut de construire un lanceur propre, simple et à propergol solide, dont le coût unitaire se situait autour de deux cent mille dollars. Ce lanceur, c'était Little Joe.

L'idée remontait à avant même l'existence de la NASA. En janvier 1958, Max Faget et Paul Purser avaient travaillé sur le papier à la manière de regrouper en grappe quatre fusées solides Sergeant, d'usage courant à Wallops Island, pour propulser un nez habité au-dessus de la stratosphère. La proposition resta en suspens, mais en août 1958 William Bland et Ronald Kolenkiewicz reprirent ces esquisses préliminaires à la recherche d'une grappe bon marché capable de soulever des capsules à échelle et poids réels. Les essais de chute de maquettes fournissaient des données aérodynamiques sur la stabilité dynamique de la configuration en chute libre, et il manquait l'équivalent pour la phase propulsée. En octobre 1958, une équipe de l'agence prépara les plans et les estimations mécaniques de la structure du lanceur et d'une rampe adaptée.

Le nom est né sur cette planche à dessin. Les premières coupes montraient quatre cercles, d'où le surnom « Little Joe », emprunté au coup de dés du double deux au craps ; les quatre grandes ailerons stabilisateurs qui dépassaient du fuselage achevèrent de le fixer. Quatre autres cercles plus petits furent ensuite ajoutés pour les moteurs Recruit, mais le nom ne bougea plus. Little Joe fut la première fusée conçue uniquement pour qualifier des vaisseaux habités et l'un des premiers véhicules opérationnels construits selon le principe de la grappe de moteurs. Entre 1959 et 1961, elle vola huit fois depuis Wallops Island, toujours dans le même but : mettre à l'épreuve le système d'échappement et le bouclier thermique des capsules Mercury, et surtout résoudre le problème de l'échappement en cas d'explosion sur la rampe ou pendant l'ascension.

Les premiers vols de la série — Little Joe 1, LJ-6, LJ-1A, LJ-2 et LJ-1B — avaient utilisé des maquettes : des structures représentatives en forme et en masse, certaines avec des primates à bord, suffisantes pour vérifier le concept du système d'échappement, la dynamique du vaisseau à la descente et le fonctionnement des parachutes. Ce matériel ne permettait cependant rien de dire sur le comportement du véhicule réel, avec son électronique, son système séquentiel et ses mécanismes de séparation de production.

Little Joe 5 a franchi cette barrière. Ce fut le premier de la série à faire voler un vaisseau Mercury de production fabriqué par McDonnell Aircraft, le numéro 3. Cette capsule avait déjà sa propre histoire au sein du programme : elle avait été livrée à Langley le 29 juillet 1959 pour un essai de bruit et de vibration, et plus d'un an plus tard, le 27 septembre 1960, elle fut érigée sur la rampe de Wallops Island pour le vol LJ-5. Faire voler du matériel de production changeait le sens de l'essai : il ne s'agissait plus de vérifier si le concept fonctionnait, mais de certifier que l'ensemble qui allait emporter un astronaute réagirait comme prévu au pire moment imaginable de l'ascension.

L'objectif de l'essai, tel qu'il figure dans la documentation du programme, était de vérifier le vaisseau lors d'un abandon simulant les conditions de lancement les plus sévères. Traduit en termes d'ingénierie, il s'agissait de démontrer l'intégrité structurelle de la capsule et du système d'échappement lors d'une manœuvre d'échappement déclenchée à la pression dynamique la plus élevée que l'on pouvait anticiper lors d'un lancement par Atlas vers une mission orbitale, de vérifier le fonctionnement du système d'échappement, du système séquentiel et du système de récupération, de déterminer les caractéristiques dynamiques de vol du vaisseau pendant la manœuvre, et d'établir l'adéquation des procédures de récupération et de vérification préalable au lancement. Ce même ensemble d'objectifs, presque mot pour mot, allait se répéter ensuite dans les plans de LJ-5A et LJ-5B, précisément parce que LJ-5 n'en avait satisfait aucun.

Il convient de souligner le point critique : l'abandon à pression dynamique maximale est la condition limite du système d'échappement. Si la tour arrache la capsule à cet instant, la structure supporte simultanément la poussée du moteur d'échappement, la décélération de l'ensemble et les charges aérodynamiques du flux. C'est le cas qu'aucun essai de chute ni aucun test sur rampe ne peut reproduire.

L'automne 1960 fut une période d'activité intense dans le programme. Pendant que le vaisseau numéro 3 se préparait à Wallops, le numéro 5 était envoyé au Marshall Space Flight Center pour des vérifications de compatibilité avec le propulseur puis à Cap Canaveral pour la mission Mercury-Redstone 2 ; les combinaisons de pression de vol arrivaient de chez B. F. Goodrich et étaient aussitôt amenées à la centrifugeuse humaine ; et en octobre les astronautes achevaient leur troisième programme d'entraînement sur la centrifugeuse de l'Aviation Medical Acceleration Laboratory, considéré comme la dernière grande préparation avant le premier vol habité Mercury-Redstone. LJ-5 n'était donc pas un essai isolé, mais une pièce d'un calendrier qui visait déjà le vol habité.

Little Joe 5 décolla de la rampe LA-1 de Wallops Island le matin du 8 novembre 1960. L'ascension fut normale pendant les premières secondes. À 15,4 secondes après le décollage, le moteur de la fusée d'échappement et le moteur d'éjection de la tour s'allumèrent prématurément, hors de toute séquence prévue.

Ce qui suivit fut pire qu'un allumage à contretemps. La capsule ne se sépara pas du lanceur. Le propulseur, le vaisseau et la tour d'échappement restèrent unis tout au long de la trajectoire balistique et arrivèrent ainsi à l'eau : l'ensemble fut détruit à l'impact contre l'Atlantique. Le vol atteignit un apogée de 10,1 miles (16,2 km) et une portée de 13 miles (20,9 km), et dura deux minutes et vingt-deux secondes entre le décollage et l'impact. Des débris de la capsule et du propulseur furent ensuite récupérés au fond marin pour l'analyse post-vol.

Aucun objectif de l'essai ne fut atteint. Le vaisseau numéro 3, qui avait survécu à plus d'un an d'essais au sol, fut perdu en un peu plus de deux minutes.

L'analyse ultérieure attribua l'échec à plusieurs causes possibles, sans pouvoir trancher pour l'une d'elles. La première hypothèse pointait la défaillance des fins de course de l'anneau d'arrimage entre le vaisseau et l'adaptateur. La deuxième, la défaillance des fins de course de l'anneau d'arrimage de la tour d'échappement. La troisième, un montage incorrect de ces interrupteurs sur l'un des deux ensembles.

Les trois explications partagent un même dénominateur, et c'est là que réside la leçon du vol : une poignée de microrupteurs chargés de signaler qu'un anneau était libéré pouvait, mal montés ou mal réglés, déclencher le système d'échappement avant l'heure tout en empêchant la séparation que ce même système devait provoquer. Ce n'était pas un défaut de conception du système d'échappement ni de la structure de la capsule ; c'était une défaillance de la chaîne de capteurs et du câblage qui gouvernait la séquence. Le matériel étant détruit à l'impact et seuls des débris ayant été récupérés au fond de la mer, l'enquête ne put clore le dossier sur une cause unique démontrée.

La conséquence immédiate fut qu'il fallait répéter l'essai. Le 20 janvier 1961, le vaisseau numéro 14 fut livré à Wallops Island pour l'essai d'abandon à pression dynamique maximale Little Joe 5A, sixième mission de la série Little Joe. Le vol eut lieu le 18 mars 1961 avec l'objectif explicite de satisfaire les objectifs que LJ-5 avait laissés inaccomplis faute de séparation du vaisseau et du lanceur.

Le décollage fut normal, mais dix-neuf secondes plus tard la tour d'échappement s'alluma prématurément, dans une répétition presque calquée sur ce qui s'était produit en novembre. Le signal de déclenchement de la manœuvre d'abandon fut envoyé et l'anneau d'arrimage entre lanceur et adaptateur se libéra comme prévu, mais le vaisseau resta sur la fusée car le moteur d'échappement était déjà consumé. La séparation fut obtenue en recourant aux rétrofusées, avec cette particularité que l'ordre fut transmis avant que le vol n'atteigne son apogée, où la séparation était prévue ; il en résulta une séparation assez violente. Les parachutes se déployèrent malgré tout vers quarante mille pieds et, après récupération, on constata que la capsule n'avait subi que des dommages structurels superficiels. À tel point que ce même vaisseau fut réutilisé ensuite pour le vol Little Joe 5B.

Le vol atteignit 7,7 miles (12 km) d'altitude et 18 miles (29 km) de portée, dura cinq minutes et vingt-cinq secondes et soumit le vaisseau à une accélération de 8 g. Malgré la récupération, les objectifs de l'essai ne furent pas non plus considérés comme atteints : l'abandon ne s'était pas produit dans les conditions recherchées.

Le vaisseau numéro 14A — le même que lors du vol précédent, remis en état — arriva à Wallops Island le 4 avril 1961 pour la mission Little Joe 5B. Le lancement eut lieu le 28 avril 1961 depuis la rampe LA-4, avec le même objectif que toujours : mettre à l'épreuve le système d'échappement Mercury dans des conditions de pression dynamique maximale.

Il y eut une anomalie dès le premier instant. L'un des moteurs du lanceur ne s'alluma qu'après quatre secondes de décollage, ce qui fit tanguer la fusée vers une trajectoire plus basse que prévu. L'effet collatéral fut que la manœuvre d'abandon s'exécuta à des pressions dynamiques supérieures à celles spécifiées dans le plan d'essai. Hormis cela, le reste des systèmes séquentiels fonctionna comme prévu et, après l'amerrissage, une récupération normale par hélicoptère fut menée à bien. Résultat : tous les objectifs de l'essai furent atteints et même dépassés : le vaisseau avait résisté à des pressions dynamiques supérieures à celles exigées.

LJ-5B atteignit 2,8 miles (4,5 km) d'apogée et 9 miles (14 km) de portée, avec une durée de cinq minutes et vingt-cinq secondes et une accélération de 10 g. La capsule qui avait volé sur LJ-5A et LJ-5B est aujourd'hui exposée au Virginia Air and Space Center, à Hampton (Virginie).

Mesuré à l'aune de ses propres objectifs, Little Joe 5 fut un échec complet : il perdit le vaisseau, ne sépara pas la capsule, ne vérifia rien de ce qu'il devait vérifier et ne laissa même pas une cause définitivement établie. Mesuré à l'aune de ce qu'il apporta au programme, le bilan est différent. Le vol mit à l'épreuve pour la première fois du matériel de production dans des conditions réelles d'abandon et découvrit que le maillon faible ne se trouvait pas là où on le surveillait — le moteur d'échappement, la structure, le bouclier — mais dans l'instrumentation des anneaux d'arrimage et dans leur montage. Le fait que LJ-5A ait répété la défaillance quatre mois plus tard confirme que le problème était subtil et ne fut pas résolu par la première correction.

Cela illustre aussi la logique de toute la série non habitée de Mercury. Little Joe existait précisément pour que ces défaillances se produisent au-dessus de l'Atlantique et avec la cabine vide, à un coût par vol très inférieur à celui d'un Atlas. Un allumage prématuré du moteur d'échappement à quinze secondes de vol, avec une capsule incapable de se séparer, aurait été un accident mortel lors d'un vol habité. Quand, le 5 mai 1961, Alan Shepard vola sur le premier Mercury-Redstone habité, le système d'échappement qu'il emportait avait été amélioré, entre autres, grâce à ce qui était arrivé au vaisseau numéro 3 ce 8 novembre 1960.