Mercury-Atlas 4

Lorsque MA-4 est arrivée sur le pas de tir, le programme Mercury avait résolu le suborbital et restait à démontrer l'orbital. Les capsules avaient volé et étaient revenues selon une trajectoire balistique, la tour de sauvetage avait été testée dans des conditions sévères avec la série Little Joe, et deux astronautes, Alan Shepard et Virgil Grissom, avaient déjà effectué leur saut de quinze minutes avec la petite Redstone. Ce que personne n'avait encore démontré, c'est que l'ensemble complet — lanceur Atlas, vaisseau, système de contrôle environnemental, rétrofusées, bouclier thermique et réseau mondial de stations — puisse enchaîner sans défaillance les heures d'un vol orbital.

La tentative précédente, Mercury-Atlas 3, s'était achevée en avril 1961 par la destruction du lanceur pour raisons de sécurité, celui-ci n'ayant pas amorcé la manœuvre programmée de tangage et de roulis. L'enquête a mis en cause un transitoire de tension qui avait déréglé le programmateur de bord, un mécanisme étrangement semblable à celui qui avait empêché la séparation des étages lors du vol de Big Joe. Un comité d'enquête sur l'Atlas fut constitué en mai de cette année-là et isola trois causes probables à partir des données d'essai. La conséquence pratique fut une liste de modifications du pilote automatique et du programmateur, à valider en vol avant d'y placer qui que ce soit.

À cette dette technique s'ajoutait la pression du calendrier. L'Union soviétique avait mis en orbite Youri Gagarine en avril, puis Guerman Titov en août, avec un vol d'une journée entière. Les États-Unis n'avaient encore effectué aucun tour complet de la planète. MA-4 n'était donc pas, malgré son apparence modeste de vol sans équipage, un essai secondaire : c'était l'examen qui déciderait si l'Atlas pouvait être jugé apte à transporter des personnes.

Le détail le plus singulier de la mission est que le vaisseau qui a volé n'était pas celui prévu initialement. Le plan d'origine attribuait à MA-4 la capsule numéro 9, mais l'accident de MA-3 a laissé sur la table une opportunité inhabituelle : le vaisseau de ce vol avait été arraché au lanceur par sa tour de sauvetage avant la destruction, était retombé en mer et avait été récupéré avec des dommages limités. Remis en état à l'usine et renuméroté 8A, il devint la charge utile de MA-4.

Cette capsule appartenait en outre à l'ancienne génération de la conception : ce fut le dernier des modèles à petits hublots latéraux de type sabord, sans sac d'atterrissage pour amortir l'impact et avec un mécanisme de fermeture d'écoutille lourd. Les astronautes avaient déjà demandé — et obtenu — une véritable fenêtre frontale et une écoutille à ouverture rapide, de sorte que le vaisseau qui volait sur MA-4 n'était pas exactement celui qu'ils occuperaient. Pour l'objectif du vol, cependant, cette différence était sans importance : ce qui était mis à l'épreuve, c'étaient les systèmes, non l'ergonomie de la cabine.

Le vaisseau 8A fut livré à Cap Canaveral le 11 mai 1961 pour la mission orbitale sans équipage de l'astronaute mécanique. Sa réutilisation a permis d'économiser des mois de fabrication dans un programme déjà en retard et a, du même coup, apporté une preuve tangible de la robustesse du véhicule : une capsule ayant survécu à un abandon de vol violent et à une immersion en mer pouvait revoler.

Le lanceur de MA-4 fut l'Atlas 88-D, un véhicule de la variante renforcée que Convair fabriquait spécifiquement pour Mercury, avec une peau de réservoirs d'épaisseur accrue pour supporter la charge du vaisseau et de sa tour de sauvetage. Son inspection de sortie d'usine eut lieu les 29 et 30 juin 1961, et la livraison à Cap Canaveral n'intervint que le 15 juillet, un calendrier qui reflète l'ampleur des reprises imposées par les conclusions de MA-3.

Les modifications principales concernèrent le pilote automatique et le programmateur. Convair dota le système de la capacité de contrer le type de transitoire électrique soupçonné d'être à l'origine de la défaillance de MA-3, et il fut décidé de supprimer la possibilité que le programmateur se réinitialise en vol. Ce dernier point n'était pas théorique : un Atlas utilisé en juillet pour lancer le satellite MIDAS 3 avait subi une réinitialisation du programmateur lors de la séparation des étages, sans empêcher d'atteindre l'orbite, mais le cas fut examiné en profondeur précisément en raison de sa ressemblance avec le cas Mercury.

La préparation ne fut pas tranquille. Des retards survinrent en raison de problèmes du pilote automatique de l'Atlas, y compris le remplacement d'un gyroscope de vitesse de lacet défectueux. Le lancement, initialement prévu pour le 22 août, fut reporté. Apparut ensuite un problème de qualité plus gênant : la marque de transistors utilisée à la fois sur l'Atlas et sur le vaisseau était sujette à la formation de billes de soudure, et la dernière semaine d'août fut entièrement consacrée à les réparer un par un.

Restait par ailleurs une préoccupation de fond que MA-4 ne pouvait résoudre : la combustion instable et les défaillances de gyroscope avaient détruit deux véhicules Atlas de la série E en juin. Le système détecteur de rotation des gyroscopes des moteurs, conçu pour empêcher un Atlas de décoller avec un gyroscope défaillant, était alors en cours d'introduction et n'équiperait un véhicule Mercury qu'à partir de MA-5.

La charge utile de MA-4 était conçue pour répondre à une question très précise : le système de contrôle environnemental tient-il le rythme d'une personne pendant un vol orbital ? Pour y répondre, un simulateur d'équipage fut installé sur le siège, l'astronaute mécanique de la chronologie de la NASA, capable de consommer de l'oxygène et de restituer à l'atmosphère les produits de la respiration humaine, de sorte que les épurateurs et le circuit d'oxygène travaillent contre une charge réaliste plutôt que contre une cabine vide.

L'accompagnaient des instruments de vibration et de bruit spécialement montés pour le vol, des capteurs pour mesurer les niveaux de radiation, trois caméras et le système de survie complet. La radiation et le bruit intéressaient pour des raisons médicales évidentes ; la vibration, parce que personne ne savait encore à quel point la phase initiale de l'ascension de l'Atlas serait violente pour un passager humain.

Le deuxième grand objectif ne se trouvait pas à bord du vaisseau, mais réparti à travers la planète. MA-4 constituait le test orbital du réseau mondial de poursuite de Mercury, la chaîne de stations et de navires chargée de maintenir un contact continu avec l'astronaute, de recevoir sa télémétrie et de pouvoir lui envoyer des ordres. Deux bandes vocales furent installées à bord, dont l'unique fonction était d'émettre pour que chaque station vérifie sa liaison. La responsabilité d'exploiter ce réseau avait été confiée le 1er juillet 1961 au centre Goddard, avec cette particularité que, pendant les missions actives, le contrôle revenait au personnel du Space Task Group. Les règles de mission préalables au lancement furent publiées le 1er juin et les exigences de récupération le 8 juin.

MA-4 décolla du complexe LC-14 de Cap Canaveral le 13 septembre 1961. L'ascension fut bonne et l'Atlas à peau renforcée franchit sans dommage la phase de pression dynamique maximale. Le seul aspect vraiment désagréable fut le niveau de vibration entre la cinquième et la vingtième seconde de vol, incommodément élevé, ce qui imposerait par la suite de nouveaux ajustements du pilote automatique.

Une fois l'orbite atteinte, le vaisseau se sépara du lanceur et exécuta la manœuvre de retournement qui le laisse voler dos en avant, bouclier thermique en tête. Cette manœuvre prit environ cinquante secondes au lieu des vingt habituelles. À certains moments du vol, l'attitude devint légèrement instable en raison de la défaillance de deux propulseurs de contrôle, ce qui provoqua des coupures momentanées de télémétrie.

Le comportement général du vaisseau fut bon malgré une consommation d'oxygène plus élevée que prévu. Le contrôle au sol ne le jugea pas grave : la réserve suffisait pour au moins huit orbites, bien au-delà de la seule prévue. La chronologie officielle résume le vol par trois écarts mineurs : une petite fuite dans le système d'oxygène, la perte du contact vocal au-dessus de l'Australie et la défaillance d'un onduleur du système de contrôle environnemental.

L'orbite atteinte est décrite dans les sources avec des chiffres quelque peu différents selon l'unité et l'origine de la donnée. La chronologie de la NASA indique un apogée de 123 milles nautiques et un périgée de 86 ; la fiche des missions sans équipage de la NASA l'exprime en 142,1 milles terrestres d'apogée et 98,9 de périgée, valeurs équivalentes à celles conservées dans cette fiche. La période orbitale figure comme étant de 92 minutes et 28 secondes dans cette même fiche.

Après avoir complété une orbite, le dispositif de temporisation de bord déclencha les rétrofusées comme prévu, sans intervention humaine. La rentrée eut lieu environ une heure et vingt-huit minutes après le décollage, et le vaisseau amerrit dans l'Atlantique, à l'est des Bermudes. La durée totale du vol fut d'une heure, quarante-neuf minutes et vingt secondes.

La distance du point d'amerrissage par rapport aux Bermudes est citée différemment selon la source : la chronologie parle de 161 milles à l'est de l'île, d'autres sources de 176 milles, soit 283 kilomètres. Cette différence ne change rien au fait pertinent : le vaisseau est retombé dans la zone prévue, à courte distance des forces de récupération.

Le destroyer USS Decatur, situé à environ 34 milles du point de chute, récupéra la capsule une heure et vingt-deux minutes après l'amerrissage. Le vaisseau apparut en bon état, avec des dommages minimes attribuables au décollage, à l'orbite ou à la rentrée, un résultat qui renforçait la confiance dans le bouclier thermique et dans la structure.

L'opération de récupération faisait elle-même partie du programme d'essais. À cette période, on évaluait le collier de flottaison gonflable que le personnel de surface attache au vaisseau pour soutenir sa flottabilité et, après le naufrage de la Liberty Bell 7 en juillet, le Space Task Group annonça le 22 septembre l'installation d'un ballon de trente pouces de diamètre sur le vaisseau pour permettre la récupération par navire si l'hélicoptère était contraint de le lâcher.

L'examen de la capsule récupérée expliqua les anomalies avec précision. Le levier de débit d'oxygène s'était déplacé sous l'effet de la vibration du décollage et avait légèrement ouvert une vanne : l'oxygène s'échappait vers le vide à un rythme insuffisant pour déclencher la mesure d'alarme en télémétrie, bien qu'il ait allumé le témoin d'oxygène dans la cabine. Le levier fut ensuite redessiné pour être plus difficile à déplacer accidentellement.

Le retournement lent destiné à orienter le bouclier thermique fut attribué à un circuit ouvert dans le gyroscope de tangage. Et le problème considéré comme le plus sérieux du vol ne fut aucune des défaillances embarquées, mais le niveau de vibration au décollage entre la cinquième et la vingtième seconde, qui motiva quelques modifications supplémentaires du pilote automatique de l'Atlas.

Fort de ces données, le directeur du centre des vols habités, Robert Gilruth, exprima sa confiance dans le fait que le lanceur était désormais qualifié pour transporter des personnes et qu'un passager humain aurait survécu au vol sans problème. Le mémorandum de résultats préliminaires envoyé à l'administrateur de la NASA le 15 septembre 1961 concluait que l'Atlas avait bien fonctionné et était prêt pour le vol habité, que les systèmes du vaisseau avaient opéré correctement et que le réseau mondial de poursuite et la télémétrie avaient répondu de façon excellente.

L'effet immédiat de MA-4 fut de débloquer le reste de la séquence. Les règles de mission de Mercury-Atlas 5, le vol orbital avec le chimpanzé Enos à bord, furent publiées à peine cinq jours plus tard, le 18 septembre 1961, et révisées trois fois de plus avant le vol. L'Atlas 93-D affecté à MA-5 passa son inspection de sortie d'usine le 1er octobre et arriva à Cap Canaveral le 9 octobre. Le plan d'acquisition de données de MA-5 fut préparé le 20 octobre. Le calendrier, en d'autres termes, cessa d'être en suspens.

MA-4 donna également confiance pour élargir l'horizon du programme : le 25 octobre 1961, le siège de la NASA approuva officiellement le programme de mission à portée étendue, d'une durée d'une journée, dont les exigences de poursuite avaient déjà été discutées des mois plus tôt entre le Space Task Group et le centre Goddard.

Il convient de noter que l'évaluation formelle de la mission n'est pas unanime au sein même des sources de la NASA. La fiche des missions sans équipage la classe comme partiellement réussie, ce qui correspond au résultat enregistré dans cette fiche, tandis que la chronologie du programme la décrit comme très réussie. Les deux affirmations sont compatibles si l'on considère que les objectifs principaux furent atteints et que les anomalies, bien que réelles et nombreuses, ne compromirent pas le vol.

Mercury-Atlas 4 est la mission qui a fait de Mercury un programme orbital. Ce fut le premier vaisseau Mercury à atteindre l'orbite terrestre, le premier véritable test du réseau mondial de poursuite en conditions de vol orbital, et la validation en vol des corrections issues de l'échec de MA-3. Sa capsule recèle par ailleurs une histoire peu courante : celle d'un véhicule qui a échoué, a été récupéré en mer, réparé, et est reparti pour réussir.

On dit souvent des vols sans équipage qu'ils ne sont que des formalités. MA-4 prouve le contraire : sans cette orbite solitaire de septembre 1961, avec un mannequin respirant sur le siège et deux bandes vocales s'adressant à des stations réparties à travers le monde, ni le vol d'Enos sur MA-5 ni celui de John Glenn n'auraient eu de base sur laquelle s'autoriser.