Little Joe 5A

Little Joe 5 fut le premier vol de la série à utiliser une capsule Mercury de série de McDonnell, et non une maquette structurelle. Le vaisseau numéro 3, livré initialement à Langley en juillet 1959 pour des essais de bruit et de vibration, fut dressé sur le pas de tir de Wallops Island le 27 septembre 1960, et le vol eut lieu le 8 novembre de cette même année, avec pour objectif de vérifier la capsule lors d'un abandon simulant les conditions de lancement les plus sévères.

L'ascension fut normale jusqu'à 15,4 secondes après le décollage, moment où le moteur de la fusée d'éjection s'alluma prématurément. La séquence se dérégla complètement : la capsule ne se sépara pas du propulseur et l'ensemble se détruisit en heurtant l'océan. Seuls des débris du vaisseau et du propulseur furent récupérés au fond marin pour analyse ultérieure. Le vol atteignit environ 16,2 km d'altitude et une portée d'environ 20,9 km, très loin du profil prévu.

L'analyse de la NASA n'aboutit pas à une cause unique, mais à trois hypothèses pointant vers le même composant. La première était la défaillance des interrupteurs de fin de course de l'anneau de fixation entre le vaisseau et l'adaptateur. La deuxième, la défaillance des interrupteurs équivalents de l'anneau de la tour d'éjection. La troisième, un montage incorrect de ces interrupteurs dans l'une ou l'autre position, de sorte que la vibration ou la déformation structurelle pendant l'ascension aurait pu les fermer d'elle-même et déclencher la séquence d'éjection avant l'heure. Les objectifs de l'essai n'ayant pas été atteints, il fut décidé de répéter la mission.

La capsule choisie pour la seconde tentative fut la numéro 14, également de série, livrée à Wallops Island le 20 janvier 1961 pour l'essai d'abandon à pression dynamique maximale. Ce choix n'était pas anodin : répéter l'essai avec un vaisseau de série, et non une maquette, était la seule façon d'obtenir des conclusions sur le comportement réel de la structure qui allait voler avec un astronaute à bord.

Les sources institutionnelles consultées décrivent l'échec de LJ-5 et la décision de répéter le vol, mais ne détaillent pas quelles modifications précises furent apportées aux interrupteurs de fin de course, à leur montage ou au câblage de la séquence d'éjection avant LJ-5A. Ce point reste documenté comme une lacune : le résultat du vol suggère que les mesures adoptées ne suffirent pas, mais la nature exacte de ces mesures n'est pas affirmée ici faute de source.

Le contexte du programme durant ces semaines était celui d'une pression maximale. Le 31 janvier 1961 avait volé Mercury-Redstone 2 avec le chimpanzé Ham à bord, un vol où la propulsion avait donné un rendement supérieur aux prévisions et qui obligea à revoir le calendrier des missions suborbitales habitées. Le 21 février, Mercury-Atlas 2 avait été un succès. La première mission habitée, Mercury-Redstone 3, était prévue pour mai. Le système d'éjection était la pièce qui n'avait pas encore démontré ce qu'elle devait démontrer.

L'objectif déclaré de LJ-5A était de démontrer, avant tout, l'intégrité structurelle du vaisseau et du système d'éjection lors d'une manœuvre d'abandon déclenchée au point de pression dynamique maximale prévisible dans un lancement vers l'orbite avec Atlas. La NASA le classa comme essai d'éjection et d'impact à pression dynamique maximale.

Ce point de l'ascension, connu en jargon sous le nom de « max Q », est l'instant où le produit de la densité de l'air et du carré de la vitesse atteint son maximum, et avec lui les charges aérodynamiques sur la structure. Un abandon déclenché à cet instant soumet la capsule et sa tour à la pire combinaison possible : la tour doit arracher le vaisseau du propulseur avec une accélération très élevée, tandis que l'air, encore dense, exerce une poussée latérale sur un ensemble long et élancé. Sur LJ-5A, la pression dynamique enregistrée fut de 1 580 psf et l'accélération maximale de 8 G. Le propulseur employé fut le Little Joe numéro 7, une fusée à propergol solide conçue précisément pour ce type d'essais : bon marché, lançable depuis Wallops Island et capable d'amener la capsule au régime de vol recherché sans consommer un Atlas.

LJ-5A décolla de Wallops Island le 18 mars 1961, sixième mission de la série Little Joe. Le décollage fut normal. Dix-neuf secondes plus tard, la tour d'éjection s'alluma prématurément, dans une situation que la chronologie même de la NASA décrit comme très proche de celle du vol de novembre précédent.

À partir de là, le vol devint un exercice d'improvisation contrôlée depuis le sol. Le signal de déclencher la manœuvre d'abandon fut donné et l'anneau de fixation entre le propulseur et l'adaptateur se libéra comme prévu, mais la capsule resta au-dessus du propulseur : le moteur d'éjection s'était déjà consumé lors de l'allumage prématuré et il ne restait plus de poussée pour l'en arracher. Le vaisseau et la fusée continuaient de voler ensemble, la tour épuisée, exactement le scénario qui avait détruit LJ-5.

La différence résida dans la réaction. Il fut ordonné de séparer la capsule à l'aide des rétrofusées, et cet ordre fut transmis avant que le vol n'atteigne l'apogée, qui était le point où la séparation avait été planifiée. La conséquence fut une séparation décrite comme violente, mais efficace : la capsule se libéra du propulseur et de la tour d'éjection, et put ainsi entrer dans la séquence de récupération. Le vol atteignit environ 12 km d'altitude et une portée d'environ 29 km, avec une vitesse maximale de 1 783 miles par heure (2 869 km/h).

Les parachutes se déployèrent vers 40 000 pieds d'altitude et le vaisseau descendit normalement jusqu'à la mer. La capsule fut récupérée, et l'inspection ultérieure livra le résultat le plus précieux de tout l'essai : malgré l'allumage prématuré, la séparation forcée et le fait d'avoir volé attachée au propulseur pendant une bonne partie de la trajectoire, le vaisseau numéro 14 n'avait subi que des dommages structurels superficiels.

Ce résultat n'était pas celui recherché, mais il disait en lui-même quelque chose d'important sur la robustesse de la structure de McDonnell. La NASA enregistra la mission comme partiellement réussie et nota explicitement que les objectifs de l'essai n'avaient pas été atteints : l'essai d'éjection à pression dynamique maximale restait à réaliser dans les conditions prévues, car la tour s'était allumée au mauvais moment et n'avait pas pu démontrer ce qu'elle devait démontrer.

La décision qui suivit fut de retenter l'expérience une troisième fois, et de le faire avec le même vaisseau. La capsule numéro 14, remise en état et redésignée 14A, fut de nouveau livrée à Wallops Island le 4 avril 1961 pour la mission Little Joe 5B, un autre essai d'abandon à pression dynamique maximale.

LJ-5B vola le 28 avril 1961 et cette fois la mission fut un succès : le vaisseau fut récupéré après un vol qui atteignit environ 4,5 km d'altitude et une portée d'environ 14 km, avec une vitesse maximale de 1 780 miles par heure et une accélération de 10 g. Le profil, plus bas et plus court que celui de LJ-5A, correspondait à un abandon déclenché plus tôt dans la trajectoire. Avec LJ-5B se referma la série Little Joe du programme Mercury.

La séquence LJ-5, LJ-5A, LJ-5B est probablement le meilleur exemple de la méthode avec laquelle Mercury fut construit : un essai qui échoue, se répète, échoue à nouveau de façon similaire et se répète une troisième fois jusqu'à obtenir la donnée recherchée. Les trois vols occupèrent un peu moins de six mois, entre novembre 1960 et avril 1961, en parallèle aux missions Redstone et Atlas qui préparaient le premier vol habité.

La capsule numéro 14 est le seul vaisseau Mercury à avoir volé deux fois — lors de LJ-5A et de LJ-5B — et elle est aujourd'hui exposée au Virginia Air and Space Center de Hampton, en Virginie, à peu de distance du centre de Langley où le programme avait été conçu.

Au-delà de l'objet, LJ-5A a laissé deux leçons. La première, négative : une défaillance répétée dans la même partie du système, la tour s'allumant prématurément pour la deuxième fois consécutive, démontrait que le problème n'avait pas été totalement compris après LJ-5. La seconde, positive et d'une certaine manière rassurante : la structure de la capsule supporta un enchaînement d'événements bien pire que prévu — allumage prématuré, vol attaché au propulseur et séparation violente hors du point planifié — et arriva à l'eau en état de pouvoir revoler. Un mois et demi après LJ-5A, la série Little Joe désormais close, Alan Shepard volait à bord de Freedom 7 avec une tour d'éjection au-dessus de la tête.