Mercury-Atlas 2

Le 29 juillet 1960, Mercury-Atlas 1 décolla de Cap Canaveral avec deux objectifs déclarés : vérifier l'intégrité de la structure de la capsule et des tuiles du corps arrière lors d'une rentrée associée à un abandon critique, et évaluer le comportement en boucle ouverte de l'instrumentation de détection d'abandon de l'Atlas. La capsule, la numéro 4 de production, n'emportait ni système d'échappement ni sujet d'essai ; les fusées posigrades qui devaient la séparer du lanceur étaient les fusées normales, mais les rétrofusées étaient simulées. Les performances du lanceur furent normales jusqu'à environ 57,6 secondes de vol, et l'ensemble se détruisit à 59 secondes à la suite d'une défaillance structurelle de l'ensemble lanceur-adaptateur. La capsule, incapable d'activer son système de récupération dans ces conditions, se détruisit en heurtant l'eau ; on récupéra ensuite du fond marin l'essentiel de l'engin, les moteurs du propulseur et la vanne d'évacuation d'oxygène liquide.

Le coup fut double. D'une part, Mercury perdait le vol censé démontrer que son bouclier thermique et son corps arrière tenaient dans le cas le plus dur imaginable ; d'autre part, cet échec s'ajoutait à celui de Big Joe 1, en septembre 1959, où l'Atlas n'avait pas séparé ses sections de propulsion et où la vitesse et la portée étaient restées bien en deçà des valeurs nominales, avec une séparation de la capsule retardée par recontact. Deux vols Atlas et aucun objectif principal rempli. Ni Big Joe ni MA-1 n'emportaient une instrumentation suffisante pour désigner la cause exacte de la défaillance : il n'y avait donc pas une panne à réparer, mais une incertitude à lever.

Le 11 août 1960, des représentants de la NASA, de McDonnell, de la Division des missiles balistiques, des Space Technology Laboratories et de Convair se réunirent à Cap Canaveral, et le firent à nouveau le 30 août chez Convair Astronautics. James A. Chamberlin, du Space Task Group, fut nommé président d'un comité conjoint avec une mission précise : résoudre le problème et apporter une solution avant la mission Mercury-Atlas 2. Le plan de travail arrêté lors de cette réunion donne la mesure de l'effort : analyse complète des données de vol de MA-1 et corrélation avec celles de tous les vols Atlas antérieurs ; analyse dynamique spéciale des charges ; essais vibratoires de la capsule, de l'adaptateur et de la partie supérieure du réservoir de l'Atlas ; et révision des études en soufflerie sur les charges de battement affectant ces mêmes éléments.

La série de réunions et d'essais s'étendit sur six mois : synthèse des données de MA-1 à Los Angeles le 9 août ; réunion d'évaluation à l'Atlantic Missile Range le 11 août ; comité d'enquête chez McDonnell le 22 août et chez Convair Astronautics le 9 septembre ; réunion de gestion à l'Atlantic Missile Range le 14 septembre ; conférence sur l'instrumentation et les essais en soufflerie au Space Task Group le 26 septembre ; essais vibratoires chez McDonnell et essais en soufflerie à l'Arnold Engineering Development Center, tous deux du 3 au 8 octobre ; et, le 16 novembre, la mise en commun du programme d'essais au Space Task Group. Lors de cette dernière réunion, tenue à Langley Field, furent expressément discutés l'établissement des causes de la défaillance de MA-1 et l'état de préparation de MA-2.

La conclusion, partagée par le Space Task Group et l'ensemble des parties impliquées, fut que le problème avait son origine dans la zone d'interface de la capsule : non pas dans le bouclier, non pas dans l'avionique, mais au point où l'engin reposait sur un missile conçu comme une arme et non comme un lanceur habité. L'Atlas devait sa légèreté à une structure « ballon », à parois de réservoir très minces sous pression ; sur cette paroi se trouvaient désormais montés un adaptateur et une capsule dont personne n'avait mesuré en vol le comportement dynamique ni les charges de battement.

Des essais sortirent deux corrections concrètes et une décision de programme. La première correction consista à rigidifier les anneaux de l'adaptateur ; les essais ultérieurs montrèrent que la solution était pleinement satisfaisante. La seconde naquit du constat qu'il existait des contraintes modérément élevées sur le lanceur, près d'une soudure située juste derrière l'adaptateur : cette zone fut renforcée par l'ajout d'une bande rigidifiante qui se comporta elle aussi correctement lors des essais.

La troisième décision fut la plus coûteuse et celle qui traça la frontière entre MA-2 et ce qui suivrait : à partir de Mercury-Atlas 3, le lanceur Atlas volerait en configuration « peau épaisse ». Autrement dit, le remède de fond — épaissir la structure du missile plutôt que de rapiécer la soudure — ne fut pas appliqué au vol de février 1961. MA-2 volerait avec la configuration disponible plus les renforts locaux, et ce serait précisément son instrumentation qui aurait le dernier mot : pour cette mission, il fut décidé d'intégrer une instrumentation supplémentaire dans la capsule et le lanceur dans trois buts explicites : définir les charges dans la zone d'interface, mesurer la pression sur l'adaptateur et à l'intérieur de celui-ci, et détecter toute réponse anormale dans cette zone.

Cette répartition explique le délai. La capsule numéro 6 fut livrée à Cap Canaveral le 1er septembre 1960 pour une mission non habitée destinée à obtenir des données de pression dynamique maximale et d'échauffement maximal du corps arrière ; l'Atlas 67-D arriva le 20 septembre. Les deux éléments étant sur la base dès l'automne, le lancement n'eut lieu que le 21 février 1961 : vingt-cinq semaines de préparation, contre les dix qu'avait exigées la capsule 4 de MA-1. La révision ne fut pas une formalité, ce fut le travail lui-même.

La clôture administrative arriva tardivement et par la voie la plus élevée. Du 13 au 17 février 1961, un groupe ad hoc NASA/US Air Force — connu sous les noms de ses responsables, Rhode pour la NASA et Worthman pour l'US Air Force — étudia les propositions du Space Task Group concernant les modifications du lanceur et de l'adaptateur, et approuva les résultats des essais ainsi que les actions prévues. Quatre jours plus tard, l'Atlas 67-D décollait.

Les objectifs d'essai de MA-2 recensés par la NASA sont au nombre de huit et décrivent un vol de qualification structurelle et thermique, non une démonstration de capacité. Il s'agissait de déterminer l'intégrité de la structure de la capsule, du bouclier ablatif et des tuiles du corps arrière lors d'une rentrée consécutive à un abandon critique ; d'évaluer le fonctionnement des systèmes opérationnels de l'engin tout au long du vol ; de déterminer les mouvements en vraie grandeur de la capsule et les taux d'échauffement du corps arrière lors de cette même rentrée ; d'évaluer la compatibilité des systèmes d'échappement de la capsule avec l'ensemble Mercury-Atlas ; d'établir l'adéquation des procédures de localisation et de récupération ; de déterminer le comportement en boucle fermée du système de détection et de mise en œuvre de l'abandon ; de déterminer la capacité du propulseur Atlas à libérer la capsule à la position, à l'altitude et à la vitesse définies par les équations de guidage ; et d'évaluer les caractéristiques de charge aérodynamique et de vibration ainsi que l'intégrité structurelle de la vanne d'évaporation d'oxygène liquide, de la calotte du réservoir, de l'adaptateur de la capsule et des structures associées.

Ce dernier objectif est la réponse directe à MA-1 : ce qui s'était brisé était exactement ce qu'on mesurait désormais. Et le sixième — la boucle fermée du système de détection d'abandon — représentait un saut par rapport à MA-1, où l'évaluation de cette instrumentation s'était faite en boucle ouverte.

La trajectoire fut choisie en conséquence. Le 17 février 1961, quatre jours avant le vol, le siège de la NASA rendit publique la sélection : les ingénieurs du Space Task Group avaient conçu le profil pour reproduire les conditions d'échauffement de rentrée les plus sévères susceptibles de survenir lors d'un abandon d'urgence pendant une tentative de vol orbital. On estimait un taux d'échauffement supérieur de 30 % à celui d'une rentrée orbitale normale de Mercury, des températures environ 25 % plus élevées en certains points du corps arrière, et une charge de décélération de l'ordre du double de celle d'un retour normal depuis l'orbite. Du 17 au 20 février, le personnel du Space Task Group révisa les règles de sécurité de vol de l'engin, de la mission et du lanceur pour la capsule numéro 6.

MA-2 décolla du LC-14 à Cap Canaveral et suivit de près la trajectoire souhaitée. Elle atteignit une altitude maximale de 114,04 milles terrestres — 602 140 pieds — et une portée maximale de 1 431,6 milles terrestres. La vitesse maximale fut de 18 100 pieds par seconde par rapport à la Terre et de 19 400 pieds par seconde par rapport à l'espace inertiel, soit 13 227,3 milles par heure. La pression dynamique maximale enregistrée fut de 991 livres par pied carré et l'accélération maximale de 15,9 g. La durée totale du vol fut de 17 minutes et 56 secondes.

La capsule amerrit et fut récupérée sans incident. Environ 55 minutes après le décollage, l'inspection à bord du navire de récupération indiqua que les objectifs d'essai avaient été atteints : la structure et les éléments de protection thermique présentaient un excellent état après avoir traversé une rentrée plus dure qu'aucune de celles prévues en exploitation normale. L'équipe de contrôle de vol obtint des données satisfaisantes, et le système complet de calcul et d'affichage de lancement, qui fonctionnait pour la première fois lors d'un vol réel, se comporta de manière satisfaisante. Dans le résumé officiel de la NASA, la mission figure simplement comme « mission réussie ».

Le 2 mars 1961, l'évaluation des résultats apporta une nuance qui, en ingénierie, vaut presque autant que le succès lui-même : les températures du corps arrière de la capsule s'étaient révélées un peu plus basses que prévu. Le cas de dimensionnement n'avait pas seulement été tenu : la marge réelle était supérieure à celle calculée.

Le 21 février 1961 même, le Space Task Group sélectionna les astronautes John Glenn, Virgil Grissom et Alan Shepard pour commencer l'entraînement spécifique au premier vol habité de Mercury. Cette coïncidence de dates n'est pas fortuite : la capsule ayant fait ses preuves face à l'abandon critique, le programme pouvait répartir son attention entre la préparation de l'équipage et le problème qui restait en suspens.

Car MA-2 ne clôtura pas le dossier de l'Atlas : elle le circonscrivit. La mission démontra que l'engin et le système d'échappement étaient compatibles avec l'ensemble Mercury-Atlas, que l'adaptateur renforcé tenait et que le bouclier remplissait son rôle dans le pire cas d'abandon ; mais le remède structurel de fond, la configuration à peau épaisse, n'avait pas encore volé. Le premier vol qui l'emporta, Mercury-Atlas 3, décolla le 25 avril 1961 lors d'une mission orbitale non habitée qui fut abandonnée peu après le décollage et n'atteignit pas ses objectifs, avec une altitude maximale d'à peine 4,5 milles terrestres et une durée de 7 minutes et 19 secondes. La capsule, la numéro 8, fut remise en état et vola de nouveau dans la même configuration sous le nom de MA-4 le 13 septembre 1961, cette fois avec succès et avec des objectifs pleinement orbitaux : intégrité de la structure, du bouclier et des tuiles lors d'une rentrée normale depuis des conditions orbitales, comportement des systèmes tout au long du vol, fonctionnement du réseau de poursuite et des opérations de récupération.

Vu depuis la fin du programme, MA-2 occupe une place précise dans la séquence : c'est le vol qui rendit confiance dans le tandem capsule-lanceur après deux tentatives infructueuses, celui qui transforma une défaillance structurelle non instrumentée en un problème mesuré et circonscrit, et celui qui permit à la discussion sur l'Atlas de passer de « pourquoi s'est-il rompu » à « quand la version renforcée sera-t-elle disponible ». C'est aussi un bon exemple de la manière de travailler du Space Task Group en 1960 et 1961 : face à une incertitude, ni rustine rapide ni refonte totale, mais un vol instrumenté jusqu'à la limite dans la condition la plus sévère imaginable, et un retard de cinq mois accepté sans discussion pour pouvoir le faire.