Module de commande et de service Apollo

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Vaisseau Apollo
Description de cette image, également commentée ci-après
Apollo 15 en orbite lunaire.
Fiche d'identité
Organisation Drapeau des États-Unis NASA
Constructeur North American
Type de vaisseau Vaisseau spatial habité
Lanceur Saturn V
Base de lancement Centre spatial Kennedy
Premier vol
Nombre de vols 19
Statut Retiré
Version décrite Apollo 15
Caractéristiques
Hauteur 11 m.
Diamètre 3,9 m.
Masse totale 30,37 t.
Ergols t.
Propulsion AJ10-137
Source énergie Piles à combustible
Atmosphère Oxygène
Atterrissage en mer
Performances
Destination orbite lunaire
Équipage 3
Volume pressurisé 10,4 m3
Espace habitable 6,2 m3
Delta-V 2 800 m/s
Autonomie 14 jours
Puissance électrique ? kW
Type d'écoutille Apollo
Rendez-vous non automatique


Le module de commande et de service Apollo (Command/Service Module ou CSM en anglais) est le véhicule spatial du programme Apollo conçu pour transporter les trois astronautes durant leur mission entre la Terre et la Lune. Sa conception démarre en 1961 au lancement du programme Apollo ; il a effectué son premier vol avec équipage en 1968 (mission Apollo 7) et son dernier dans le cadre de la mission Apollo-Soyouz en 1975. Pesant plus de 30 tonnes, il est pratiquement 10 fois plus lourd que le vaisseau Gemini de la génération précédente. La masse supplémentaire est en grande partie (21,5 tonnes) représentée par le moteur et les ergols qui fournissent un delta-v de 2 800 m/s permettant au vaisseau de s'insérer en orbite lunaire puis de quitter cette orbite.

Le vaisseau Apollo reprend une disposition inaugurée avec le vaisseau Gemini : un module de commande abrite l'équipage et un module de service contient le moteur de propulsion principal, l'essentiel des sources d'énergie ainsi que l’équipement nécessaire à la survie des astronautes. Le module de service est largué juste avant la rentrée dans l'atmosphère au retour sur Terre.

La conception du vaisseau Apollo est revue à la suite de l'incident qui détruit au sol la capsule Apollo 1 au cours de tests au sol qui coûtent la vie aux trois membres de l'équipage. Deux versions ont été fabriquées, dont seule la deuxième était à même de réaliser les missions lunaires.

Contexte[modifier | modifier le code]

Le module de commande et de service Apollo est, avec la fusée Saturn V et le module lunaire Apollo, un des trois composants majeurs du programme Apollo développé par l'agence spatiale américaine, la NASA, qui se déroule entre 1961 et 1975 et qui a permis aux États-Unis d'envoyer pour la première fois des hommes sur la Lune. Le programme est lancé par John F. Kennedy le , essentiellement pour reconquérir le prestige américain mis à mal par les succès de l'astronautique soviétique, à une époque où la guerre froide entre les deux superpuissances bat son plein.

Historique[modifier | modifier le code]

Les débuts de la NASA[modifier | modifier le code]

Schéma du module de commande et de service Apollo (sans la tour de sauvetage).

L'agence spatiale civile américaine, la NASA est créée en octobre 1958 après le lancement du premier satellite artificiel Spoutnik 1. Sa mission comprend notamment l'envoi d'un homme en orbite terrestre. Pour développer ses programmes la NASA dispose de plusieurs établissements : certains sont hérités de la NACA - Langley qui rassemble plusieurs dizaines de souffleries, Ames et Glenn aujourd'hui Lewis -, d'autres sont rapatrié de l'Armée de Terre - Centre de vol spatial Marshall qui développe les fusées nécessaires au programme - et du monde universitaire - Jet Propulsion Laboratory consacré aux missions interplanétaires - ou créé ab nihilo (centre de vol spatial Goddard consacré aux missions scientifiques et Centre spatial Lyndon B. Johnson consacré au vol habité)[1].

Premières réflexions sur une mission lunaire[modifier | modifier le code]

Dès la fin 1958, l'état-major de l'agence spatiale étudie une mission avec équipage à destination du sol lunaire. Von Braun, consulté, estime que si le scénario du vol direct est retenu - un unique vaisseau est conçu pour être lancé, atterrir sur la Lune et en redécoller pour revenir sur Terre - cela nécessiterait une fusée de 6 100 tonnes pour lancer un pareil engin dont la masse estimée serait de 6 170 kg (l'étage de descente et de remontée depuis la Lune n'est pas inclus dans cette masse) en partant de l'hypothèse que l'étage supérieur de la fusée utilise la technique de propulsion la plus avancée (moteur-fusée brulant le mélange hydrogène-oxygène technique non maitrisée à l'époque). Développer un lanceur d'une telle taille lui semblant un défi insurmontable, il recommande le lancement d'une quinzaine de fusées et l'assemblage en orbite terrestre basse d'un véhicule d'une masse approximative de 200 tonnes à partir de leurs charges utiles. Celui-ci après s'être injecté sur une orbite de transfert vers la Lune larguerait l'étage utilisé pour cette manœuvre. Parmi les inconnues, Von Braun cite le comportement des matériaux dans l'espace, la protection des équipages contre les rayonnements et les météorites, les conséquences de l'apesanteur sur la santé des équipages[2].

Plan décennal[modifier | modifier le code]

Début 1959 un programme d'exploration spatiale pour les dix années à venir est esquissé par un comité réunissant des spécialistes du domaine aérospatial. Pour les missions avec équipage il est prévu de réaliser au cours de la deuxième moitié de la décennie 1960 et après les missions du programme Mercury, un vol faisant le tour de la Lune. L'atterrissage sur le sol lunaire est envisagé au cours des premières années de la décennie 1970. Les administrateurs de la NASA Glennan et Dryden valident ces objectifs. Pour remplir les missions assignées à la NASA sur la décennie à venir ils demandent des fonds pour développer une famille comprenant quatre étages de lanceurs/lanceurs de puissance croissante : Vega (étage), Centaur (étage), Saturn et Nova. Bien que Nova et Vega ne dépassent pas le stade de la planche à dessin, le développement de Centaur (un étage de fusée utilisant un couple d'ergols novateur oxygène et hydrogène), et de Saturn (baptisée initialement Juno V) sont immédiatement des projets prioritaires. Un comité (le comité Goeth) chargé d'étudier le futur du programme spatial habité et réunissant des représentant des différents centres de la NASA est créé en avril 1959 au sein de la NASA. Celui-ci définit au cours de sa première séance de travail des objectifs prioritaires[N 1] et travaille par la suite sur les différents aspects techniques à développer (rentrée atmosphérique à grande vitesse, rendez-vous orbital, lanceur de grande puissance...)[3].

Premières études du vaisseau Apollo[modifier | modifier le code]

La conception d'un vaisseau spatial avec équipage à destination de la Lune est étudiée à la NASA dès 1960 alors que l'agence spatiale n'a pas encore envoyé un seul astronaute dans l'espace et qu'elle ne maitrise aucune des techniques spatiales nécessaires. Le programme Mercury est en cours de développement et les américains ne disposent que du lanceur Atlas en cours de mise au point et capable de placer seulement une tonne en orbite basse. De nombreuses études sont lancées dans les différents établissements de la NASA et chez les industriels de la branche aérospatiale pour tenter de mieux cerner le déroulement d'une telle mission ainsi que les caractéristiques techniques d'un vaisseau capable de remplir cet objectif. En juillet 1960 la NASA annonce que les missions qui prendront la suite du programme Mercury auront pour objectif de faire le tour de la Lune. Les industriels sont sollicités pour étudier la faisabilité de cet objectif[4].

Lancement du programme Apollo[modifier | modifier le code]

Ce programme est bouleversé par les soviétiques qui lancent le premier homme dans l'espace (Youri Gagarine) le 12 avril 1961. Ils devancent de trois semaines le vol du premier astronaute américain Alan Shepard qui doit se contenter d'un vol suborbital. Pour le corps politique et les américains en général c'est un camouflet qui remet en cause la supériorité de leur société à travers celle de leurs avancées techniques. Le président Kennedy décide en mai 1961 de relever le défi soviétique en donnant comme objectif à la NASA d'envoyer des hommes sur le sol lunaire d'ici la fin de la décennie.

Un des points soulignés par Kennedy dans son message est que les missions lunaires devaient être conçues de manière à limiter les risques courus par les astronautes. Mais le risque ne peut être nul compte tenu des centaines de millions de pièces dont sont composées le lanceur et les vaisseaux spatiaux[N 2] ainsi que des multiples innovations techniques introduites par le programme Apollo. Réduire le risque a un cout d'autant plus important qu'on recherche une fiabilité plus poussée. Par ailleurs comment fixer le niveau de risque acceptable ? Après de longs débats impliquant Bob Gilruth, Max Faget et les membres du Space Task Group la probabilité de ramener un équipage sur Terre fut fixée à 0,999 (999 chances sur 1000 pour que l'équipage revienne sur Terre sain et sauf) et celle de remplir les objectifs de la mission à 0,99[N 3],[5].

Sélection du plan de mission en orbite lunaire[modifier | modifier le code]

Lorsque Kennedy fait son discours il n'existe aucun consensus au sein de la NASA et des industriels concernés sur la méthode à utiliser pour amener des hommes sur le sol lunaire : vol direct, assemblage en orbite terrestre, rendez-vous en orbite lunaire (LOR). Il faut 18 mois de débats houleux pour parvenir à l'adoption de cette dernière méthode qui permet également de figer les caractéristiques du lanceur. La fusée géante de 3 000 tonnes Saturn V, capable de placer en orbite basse 140 tonnes, est développée pour lancer les deux véhicules de l'expédition lunaire : le module de commande et de service (vaisseau Apollo) et le module lunaire Apollo utilisé pour descendre sur le sol lunaire. L'industriel chargé de développer le vaisseau Apollo a déjà été choisi. La société North American, pour tenir compte des contraintes calendaires, décide de développer deux versions, l'une qui sera utilisée pour les différents vols de qualification ne disposera pas de la capacité d'effectuer un rendez-vous orbital lunaire, le second sera utilisé pour les missions qui se poseront sur la Lune.

Conception et développement[modifier | modifier le code]

Le développement du vaisseau Apollo à la fois novateur et complexe prend deux ans et les tests au sol commencent en 1965. Le programme est bouleversé par l'incendie au sol du vaisseau de la mission Apollo 1 le 27 janvier 1967 qui impose des modifications importantes dans sa conception[6].

Sélection du scénario du rendez-vous en orbite lunaire[modifier | modifier le code]

Pour atteindre la Lune, les responsables américains choisissent la méthode audacieuse du rendez-vous en orbite lunaire, qui nécessite de disposer de deux vaisseaux spatiaux : le module de commande et de service Apollo et le module lunaire destiné à l'atterrissage sur la Lune. La fusée géante de 3 000 tonnes Saturn V, capable de placer en orbite basse 140 tonnes, est développée pour lancer les deux véhicules de l'expédition lunaire.

Développement[modifier | modifier le code]

La société californienne North American, avionneur célèbre pour avoir construit les B-25 et le chasseur Mustang durant la Seconde Guerre mondiale, joue un rôle central dans le programme. L'arrêt et l'échec de plusieurs projets aéronautiques ont conduit son président à miser sur le développement de l'astronautique. La société s'est déjà distinguée dans le domaine en produisant l'avion fusée X-15. Pour le programme Apollo, la société fournit pratiquement tous les composants sensibles dont le module de commande et de service Apollo[7].

Le Manned Spacecraft Center (MSC)[N 4], édifié en 1962 près de Houston au Texas, est destiné à la conception et la qualification des vaisseaux spatiaux (module lunaire et CSM)[8]. L'Ames Research Center est un centre de recherche ancien (1939) situé en Californie dont les souffleries sont utilisées pour mettre au point la forme de la capsule Apollo en vue de sa rentrée dans l'atmosphère terrestre[7].

Caractéristiques générales du vaisseau Apollo[modifier | modifier le code]

Le véhicule spatial Apollo (ou module de commande et de service abrégé en CSM) transporte les astronautes à l'aller et au retour. Pesant plus de 30 tonnes, il est pratiquement dix fois plus lourd que le vaisseau du programme Gemini. La masse supplémentaire (21,5 tonnes) est en grande partie représentée par le moteur et les ergols qui fournissent un delta-v de 2 800 m/s permettant au vaisseau de s'insérer en orbite lunaire puis de quitter cette orbite. Le vaisseau Apollo reprend une disposition inaugurée avec le vaisseau Gemini : un module de commande (CM) abrite l'équipage et un module de service (SM) contient le moteur de propulsion principal, l'essentiel des sources d'énergie ainsi que l’équipement nécessaire à la survie des astronautes. Le module de service est largué juste avant l'atterrissage[9].

Le module de commande[modifier | modifier le code]

Le module de commande Apollo est la partie dans laquelle les trois astronautes séjournent durant la mission, sauf lorsque deux d'entre eux descendent sur la Lune au moyen du module lunaire. Pesant 6,5 tonnes et de forme conique, sa structure externe comporte une double paroi : une enceinte constituée de tôles et nid d'abeilles à base d'aluminium qui renferme la zone pressurisée et un bouclier thermique qui recouvre la première paroi et dont l'épaisseur varie en fonction de l'exposition durant la rentrée atmosphérique. Le bouclier thermique est réalisé avec un matériau composite constitué de fibres de silice et microbilles de résine, dans une matrice de résine époxy. Ce matériau est inséré dans un nid d'abeille en acier.

La structure[modifier | modifier le code]

Pesant 6,5 tonnes et de forme conique, sa structure externe comporte une double paroi : une enceinte constituée de tôles et nid d'abeille à base d'aluminium, qui renferme la partie pressurisée, et un bouclier thermique qui recouvre la première paroi et dont l'épaisseur varie selon la partie concernée en fonction de son exposition à la chaleur durant la rentrée atmosphérique : le vaisseau rentrant dans l'atmosphère la pointe du cône tournée vers l'arrière, c'est donc la base qui est la plus exposée et qui bénéficie donc logiquement du bouclier le plus épais. Le bouclier thermique est réalisé avec un matériau composite constitué de fibres de silice et microbilles de résine, dans une matrice de résine époxy. Ce matériau est inséré dans un nid d'abeille en acier.

Le volume pressurisé[modifier | modifier le code]

L'espace pressurisé représente un volume de 6,5 m3. Les astronautes sont installés sur trois couchettes placées côte à côte et parallèles au fond du cône : elles sont suspendues à des poutrelles dotées de systèmes d'amortissement partant du plancher et du plafond (la pointe du cône). Les couchettes sont constituées d'un cadre métallique sur lequel a été tendue une toile ignifugée. Dans l'espace la couchette centrale peut être démontée pour libérer de la place. Les couchettes sont dotées d'appui-têtes réglables et les couchettes droite et gauche disposent de manches à balai permettant à leurs occupants de régler le fonctionnement des moteurs. Le plancher sous les couchettes reçoit un certain nombre d'appareillages mais il reste suffisamment d'espace pour que les astronautes puissent y ranger la couchette démontée[10].

Les panneaux de commande[modifier | modifier le code]

En position allongée, les astronautes ont en face d'eux, suspendu au plafond, un panneau de commandes large de 2 mètres et haut de 1 mètre sur lequel se trouvent les principaux interrupteurs et voyants de contrôle. Les cadrans sont répartis en fonction du rôle de chaque membre d'équipage. Sur la gauche, face au commandant du vaisseau, se trouvent les cadrans de contrôle des moteurs de contrôle d'orientation et du moteur principal ainsi que les commandes d'un des calculateurs de navigation. Au centre, face au pilote du vaisseau, se trouvent les jauges des réservoirs de carburant du moteur principal et des moteurs d'orientation ainsi que les voyants contrôlant le système environnemental. Sur la droite, face au pilote du module lunaire, se trouvent les commandes du système de communication, les jauges du système électrique et des réservoirs situés dans le module de commande. Sur les parois latérales se trouvent des baies dédiées à la navigation, d'autres panneaux de commande ainsi que des zones de stockage de nourriture et de déchets. Pour la navigation et le pilotage, les astronautes utilisent un télescope et un ordinateur de bord qui exploite les données fournies par une centrale inertielle[10].

Les écoutilles[modifier | modifier le code]

Disposition intérieure du module de commande.
Le bouclier thermique situé à la base du cône subit la plus forte agression thermique (Apollo 10).

Le vaisseau dispose de deux écoutilles : l'une située à la pointe du cône comporte un tunnel et est utilisée pour passer dans le module lunaire lorsque celui-ci est amarré au vaisseau Apollo. Le tunnel d'un diamètre de 80 cm est entouré par le compartiment des parachutes et surmonté du système d'arrimage, composé de dispositifs de guidage et de verrouillage. Le tunnel est fermé côté cabine par une porte qui est démontée et rangée sous les couchettes lorsque le module lunaire est arrimé. L'autre écoutille située sur la paroi latérale est utilisée à Terre pour pénétrer dans le vaisseau avant le décollage de la fusée Saturne V, au retour sur Terre pour extraire les astronautes suite à l’amerrissage et éventuellement dans l'espace pour certaines sorties extra véhiculaires : pour ce type de manœuvre, le vide est effectué dans la cabine car il n'y a pas de sas. À la suite de l'incendie d'Apollo 1, cette écoutille, qui était composée initialement de deux panneaux distincts et ne s'ouvrait que de l'intérieur, a été remplacée par une écoutille unique à ouverture rapide montée sur des charnières qui assure à la fois l'étanchéité et la protection thermique[10].

Les hublots et les moteurs d'orientation[modifier | modifier le code]

Les astronautes disposent par ailleurs de cinq hublots pour effectuer des observations et réaliser les manœuvres de rendez-vous avec le module lunaire. Un hublot de 23 cm dans l'écoutille latérale, deux fenêtres carrées de 33 cm situées de part et d'autre des couchettes pour les observations et la photographie, et deux hublots triangulaires situés vers la pointe du cône pour les manœuvres de rendez-vous[10].

Le module de commande dispose de quatre grappes de petits moteurs d'orientation mais il dépend, pour les principales corrections de trajectoire comme pour l'énergie et le support-vie, du module de service. Ces propulseurs sont utilisés pour les petites corrections de trajectoire et les modifications d'orientation en particulier lors de la rentrée atmosphérique au retour sur Terre. Celles-ci s'effectuent en orientant le module en roulis, la capsule ayant une incidence voisine de 25 à 30 degrés par rapport à son axe de symétrie. Cette incidence est obtenue par balourd statique de construction[11],[10].

Caractéristiques du module de commande[modifier | modifier le code]

  • Équipage : 3
  • Volume de l'habitacle : 6,17 m3
  • Longueur : 3,47 m
  • Diamètre : 3,90 m
  • Masse : 5 806 kg
  • Masse de la structure : 1 567 kg
  • Masse du bouclier : 848 kg
  • Masse des moteurs de contrôle d'orientation : 400 kg
  • Masse des équipements d'amerrissage : 245 kg
  • Masse de l'équipement de navigation : 505 kg
  • Masse de l'équipement de télémétrie : 200 kg
  • Masse de l'équipement électrique : 700 kg
  • Masse des équipements de télécommunications : 100 kg
  • Masse des couchettes et de la nourriture : 550 kg
  • Masse du système de contrôle environnemental : 200 kg
  • Masse des différents système de secours : 200 kg
  • Poussée des moteurs de contrôle d'orientation : 12 × 410 N
  • Propergols des moteurs de contrôle d'orientation : N2O4/UDMH
  • Masse des propergols moteurs de contrôle d'orientation : 122 kg
  • Capacité de stockage de l'eau potable : 15 kg
  • Capacité de stockage des eaux usées : 26,5 kg
  • Filtre CO2 : hydroxyde de lithium
  • Désodorisant : charbon actif
  • Batteries électriques : trois batteries de 40 Ah argent/zinc, deux batteries de 0,75 Ah argent/zinc pour les dispositifs pyrotechniques
  • Parachutes : deux parachutes de stabilisation coniques de 5 m de diamètre, trois parachutes extracteurs de 2,2 m de diamètre et trois parachutes principaux de 25,45 m de diamètre.


Le module de service[modifier | modifier le code]

Le module de service (Service Module ou SM en anglais) est un cylindre d'aluminium non pressurisé de 5 m de long et 3,9 m de diamètre pesant 24 tonnes. Il est accouplé à la base du module de commande et la longue tuyère du moteur-fusée principal de 9 tonnes de poussée en dépasse de 2,5 m. Le module est organisé autour d'un cylindre central qui contient les réservoirs d'hélium servant à pressuriser les réservoirs d'ergols principaux ainsi que la partie haute du moteur principal. Autour de cette partie centrale l'espace est découpé en six secteurs en forme de parts de gâteau. Quatre de ces secteurs abritent les réservoirs d'ergols (18,5 tonnes). Un secteur contient trois piles à combustible qui fournissent la puissance électrique et en sous-produit l'eau ainsi que les réservoirs d'hydrogène et d'oxygène qui les alimentent. L'oxygène est également utilisé pour renouveler l'atmosphère de la cabine. Un secteur reçoit des équipements qui ont varié en fonction des missions : appareils scientifiques, petit satellite, caméras, réservoir d'oxygène supplémentaire. Le module de service contient également les radiateurs qui dissipent l'excédent de chaleur du système électrique et qui régulent la température de la cabine. Quatre grappes de petits moteurs de contrôle d'attitude, les quads, sont disposés sur le pourtour du cylindre. Chaque grappe est constituée de quatre tuyères perpendiculaires, la totalité de ce système constituant le RCS. Une antenne comportant 5 petites paraboles, assurant les communications à grande distance, est déployée une fois le vaisseau lancé[12].

La propulsion principale : le moteur SPS[modifier | modifier le code]

Chambre de combustion du moteur AJ10-137 : De haut en bas : valves d'alimentation des ergols (redondantes), injecteurs, chambre de combustion, de part et d'autre vérins permettant d'orienter le moteur et donc la poussée, partie supérieure de la tuyère.

La propulsion principale du vaisseau Apollo est désignée par l'acronyme SPS (Service Propulsion System). Celui-ci joue un rôle central dans la mission car il est utilisé pour l'insertion en orbite autour de la Lune, puis pour quitter cette orbite une fois l'équipage revenu de la surface de la Lune ainsi que pour effectuer les corrections de trajectoire durant les transits aller et retour entre la Terre et la Lune. Dans le cas où une mission doit être interrompue au début du transit entre la Terre et la Lune il a également la capacité de ramener le vaisseau vers la Terre. Il a été choisi pour être suffisamment puissant pour modifier la vitesse du vaisseau de 45 tonnes (avant séparation du module lunaire) de 2,8 km/s. Le propulseur retenu est l'AJ10-137 d'Aerojet, version modifiée d'un moteur-fusée qui à l'origine propulsait la fusée Vanguard. Le moteur proposé, l'AJ10-137, dérive directement d'une version propulsant un étage supérieur du missile balistique intercontinental Titan. Ce moteur-fusée à ergols liquides brûlae un mélange de peroxyde d'azoteet d'Aérozine 50 d'une poussée de 9,1 tonnes (91 kilonewtons) avec une impulsion spécifique dans le vide de 314,5 secondes. La fiabilité a été un critère essentiel de sélection car l'équipage n'aurait aucun recours en cas de défaillance de ce moteur une fois loin de la Terre. Elle est obtenue par le choix d'ergols hypergoliques (s'enflammant spontanément lorsque les deux ergols sont mis en présence), l'alimentation par gaz sous pression (hélium) qui évite la complexité inhérente aux turbopompes (au détriment des performances), une poussée non modulable et donc plus simple et l'existence d'un double circuit d'alimentation, de pressurisation des réservoirs et de contrôle. Pour remplir sa mission le moteur peut être rallumé 50 fois et la durée de combustion totale est de 750 secondes. Pour réduire la masse du moteur, les injecteurs sont réalisés en aluminium et sont refroidis en utilisant les deux ergols. La chambre de combustion est maintenue en dessous de la température critique par un revêtement intérieur ablatif (qui s'évapore sous l'effet de la chaleur). Les ergols y sont injectés avec une pression de 11 bars. Celle-ci tombe à 7 bars dans la chambre de combustion. La tuyère, qui est en forme de coquetier, est très allongée - elle dépasse de 2,84 mètres la partie inférieure du module de service alors que la partie du moteur insérée dans le module est haute de 1,22 mètres pour 1,12 mètres de diamètre - car son rapport de section de 1:62,5 est optimisé pour un fonctionnement dans le vide. Elle est réalisée dans sa partie supérieure en titan et pour l'essentiel en columbium recouvert d'une couche d'aluminium. La chaleur est évacuée par rayonnement. Le moteur est orientable grâce à des vérins fixés au sommet de la tuyère qui peuvent écarter son axe de 5,5° par rapport à celui du vaisseau spatial[13].

Caractéristiques du module de service[modifier | modifier le code]

  • Longueur : 7,56 m
  • Diamètre : 3,90 m
  • Masse : 24 523 kg
  • Masse de la structure : 1 910 kg
  • Masse de l'équipement électrique : 1 200 kg
  • Poussée des moteurs de contrôle d'orientation : 16 × 446 N
  • Propergols des moteurs de contrôle d'orientation : N2O4/UDMH
  • Masse du moteur principal (SPS) : 3 000 kg
  • Poussée du moteur principal (SPS) : 91,2 kN (9,12 tonnes)
  • Type d'ergols utilisés par le SPS : N2O4/Aerozine 50 (UDMH/N2H4)
  • Masse ergols moteur principal (SPS) : 18 413 kg
  • Impulsion spécifique du moteur principal (SPS) : 314 s (3 100 m/s)
  • Delta-v moteur principal (SPS) : 2 804 m/s
  • Système électrique : trois piles à combustible fournissant 1,4 kW de courant continu à 30 V

La tour de sauvetage[modifier | modifier le code]

Schéma du vaisseau Apollo et de la tour de sauvetage.

Au décollage, le vaisseau Apollo est surmonté d'une tour de sauvetage, qui est un dispositif destiné à éloigner le vaisseau du lanceur Saturn V si celui-ci subit une défaillance durant les premières phases du décollage. Le recours à des sièges éjectables, utilisé par le vaisseau Gemini, était exclu compte tenu du diamètre de la boule de feu qui aurait pu être créée par une explosion de la fusée géante. La tour de sauvetage est constituée d'un propulseur à poudre situé au bout d'un treillis métallique, lui-même perché au sommet du vaisseau Apollo. En cas d'incident, le moteur de la tour arrache le vaisseau de la fusée tandis qu'un petit propulseur l'écarte de la trajectoire de la fusée. La tour est alors larguée et le vaisseau entame sa descente en suivant une séquence similaire à celle d'un retour sur Terre. Elle est éjectée lorsque le deuxième étage de la fusée Saturn est mis à feu[14],[15].

Déroulement d'une mission[modifier | modifier le code]

L'ensemble, composé du module de commande, du module de service et du LEM, part alors vers la Lune. Arrivés près de la Lune, deux astronautes passent dans le LEM, qui se détache, tandis qu'un astronaute reste en orbite lunaire. Lorsque la mission lunaire est terminée, une partie du LEM décolle (l'étage de remontée), et rejoint le module de commande. Les astronautes repassent dans le module de commande, qui se sépare du LEM, et le voyage de retour vers la terre peut commencer.

Avant de pénétrer dans l'atmosphère terrestre, le module de commande se détache du module de service, et il rentre dans l'atmosphère, protégé par son bouclier thermique.

Après une phase de décélération qui atteint 4 g, le vaisseau a perdu sa vitesse horizontale et descend pratiquement à la verticale. À 7 000 m d'altitude, la protection située à l'extrémité conique du vaisseau est éjectée et deux petits parachutes se déploient pour stabiliser la cabine et faire chuter sa vitesse de 480 à 280 km/h. À 3 000 m, trois petits parachutes pilotes sont déployés latéralement par des mortiers pour extraire les trois parachutes principaux en évitant qu'ils s'emmêlent. Le vaisseau percute la surface de l'océan à une vitesse de 35 km/h. Les parachutes sont immédiatement largués et trois ballonnets se gonflent de manière à éviter que le vaisseau reste la pointe sous l'eau. L'équipage est récupéré par des plongeurs montés sur des embarcations légères tandis que le vaisseau est hissé sur le pont du porte-avions affecté à sa récupération[16].

Missions spatiales[modifier | modifier le code]

Comparaison du vaisseau Apollo et du LEM avec les capsules et fusées des programmes précédents Gemini et Mercury.
Le module de commande et de service d'Apollo 9 photographié depuis le seuil du module lunaire par Rusty Schweickart (1969).

Le vaisseau Apollo fut utilisé pour les vols habités d'Apollo 7 à Apollo 17 du programme Apollo. L'ensemble du programme Apollo se déroula sur une période très courte, puisque la tragédie d'Apollo 1 date de 1967, et que le dernier vol Apollo date de 1973. Pour les missions Apollo 7 (simple test) et Apollo 9 (simulation d'approche lunaire en orbite terrestre), il restera en orbite terrestre. Il participe, en tout, à 9 missions lunaires, dont six permirent à des hommes de marcher sur la Lune : la mission Apollo 10 est une répétition d'atterrissage et la mission Apollo 13 est un échec.

Il fut le premier engin spatial américain à emmener trois hommes en orbite (les Soviétiques ayant réalisé cette première lors du vol Voskhod 1 en 1964). Lors de la mission Apollo 8, il fut le premier engin spatial à emmener des hommes vers un autre corps céleste que la Terre. Lors de la mission Apollo 17, il fut le dernier, aucun autre engin spatial n'ayant jamais emmené des hommes aussi loin de la Terre.

En 1973, trois vols sont effectués pour desservir la station spatiale Skylab (missions Skylab 2 à Skylab 4). En 1975, le vaisseau sert une dernière fois lors de la mission américano-soviétique Apollo-Soyouz.

Incidents et accidents[modifier | modifier le code]

L'incendie du module et de commande de service d'Apollo 1[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Apollo 1.

Le 27 janvier 1967, alors que l'équipage du premier vol habité Apollo 1, qui doit décoller un mois plus tard, effectue une répétition au sol en conditions réelles, un incendie se déclare dans le vaisseau Apollo (CSM) dans lequel les trois astronautes se trouvent sanglés à leur siège. Les flammes font rage dans l'atmosphère confinée composée uniquement d'oxygène ; Virgil Grissom, Edward White et Roger Chaffee décèdent asphyxiés sans être parvenus à ouvrir l'écoutille. Le vaisseau avait rencontré de nombreux problèmes de mise au point avant l'accident. Le déclenchement de l'incendie sera attribué, sans être clairement identifié, à un court-circuit dû à un fil électrique dénudé. L'enquête révèle l'utilisation de nombreux matériaux inflammables dans la cabine et beaucoup de négligences dans le câblage électrique et la plomberie[17]. La cabine était tapissée de bandes de scratch, afin de permettre aux astronautes de coincer tout ce qui risquerait de flotter au milieu de la cabine, en apesanteur. Cependant, le Velcro explose dans une atmosphère d'oxygène! En 1966, il y avait 10 fois plus de Velcro dans la cabine que prévu à l'origine, parce que les astronautes avaient « personnalisé » leur vaisseau et en voulaient toujours plus partout[18].

De nombreuses modifications furent apportées pour que la cabine du vaisseau offre une meilleure résistance au feu. L'écoutille, constituée à la base de plusieurs éléments fut modifiée pour ne plus être constituée que d'un bloc et pour pouvoir être ouverte en moins de 10 secondes, et même depuis l'extérieur. À l'origine, les plans prévoyaient une ouverture de l'extérieur mais la NASA décida d'une ouverture par l'intérieur. L'ironie a voulu que cette décision fut prise suite aux problèmes rencontrés par Grissom sur Mercury[18].

L'ensemble du programme Apollo subit une revue qui entraîna la modification de nombreux composants. Les exigences de qualité et les procédures de test furent renforcées. Tout le programme subit un décalage de 21 mois accroissant la pression sur les équipes : la fin de la décennie approchait. Par ailleurs tout le monde s'inquiétait de l'avancement du programme soviétique, même si aucune information officielle ne filtrait de là-bas.

Apollo 13 : le LEM radeau de sauvetage[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Apollo 13.
Quantité Description Montant
400 001 Mille Remorquage : 4 $ le premier mille, 1 $ par mille ensuite.
Tarif Appel d'urgence, Service express
400 004 $
1 Recharge de batterie avec les câbles du client + $.05 pour recharge in situ 4,05 $
25 Oxygène à 20 $/kg 500 $
Couchage pour 2, sans télévision, avec air climatisé et vue (contrat NAS-9-1100)[N 5] Prépayé
4 Couchage supplémentaire à 8 $ la nuit, chambre à libérer avant le vendredi 17/4/1970, service non garanti au-delà de cette date 32 $
La facture humoristique envoyée au constructeur du module de commande défaillant

Alors que le LEM et le CSM de la mission Apollo 13 sont en route pour la Lune, un réservoir d'oxygène explose à la suite d'un court-circuit et ravage le module de service : les réserves en oxygène du CSM tombent à zéro et les deux tiers de ses ressources électriques disparaissent.

La mission doit être interrompue mais le moteur de propulsion principal n'est plus jugé assez sûr, du fait de sa proximité avec le foyer de l'explosion, pour permettre son utilisation et réaliser un demi-tour. Le LEM va finalement jouer un rôle crucial, qui n'avait pas été prévu par ses concepteurs, dans le sauvetage de l'équipage de la mission Apollo 13. L'équipage se réfugie dans le module lunaire qui est alors activé. Le contrôle au sol décide de laisser le vaisseau faire le tour de la Lune et revenir vers la Terre. Les consommables (oxygène, électricité) stockés dans les deux vaisseaux ne sont toutefois pas suffisants pour faire face aux besoins des trois astronautes jusqu'à leur arrivée. Le moteur de descente du LEM est utilisé à plusieurs reprises pour optimiser la trajectoire. Plusieurs bricolages sont improvisés pour disposer de suffisamment d'électricité et éliminer le CO2, ce qui permet à l'équipage d'arriver sain et sauf.

Un employé de Grumman enverra une facture humoristique pour ce remorquage non prévu à la société North American, constructeur du Module de Commande et de Service sinistré[19].

Les vaisseaux Apollo fabriqués[modifier | modifier le code]

Block I (1re version)
N° de série Utilisation Date de lancement Localisation actuelle
CSM-001 Exemplaire utilisé pour tester la compatibilité des systèmes
CSM-002 A-004 Module de commande en exposition au Cradle of Aviation (en), Long Island, New York
CSM-004 Tests au sol statiques et thermiques Détruit
CSM-006 Détruit
CSM-007 Différents tests dont des tests de vibration acoustiques et de largage Module de commande en exposition au Museum of Flight, Seattle (Washington)
CSM-008 Vaisseau complet utilisé pour des tests thermiques dans le vide Détruit
CSM-009 AS-201 et tests de largage Module de commande en exposition au Strategic Air and Space Museum (en), Ashland (Nebraska)
CSM-010 Module de commande en exposition au U.S. Space & Rocket Center (en), Huntsville (Alabama)
CSM-011 AS-202 Module de commande en exposition au USS Hornet museum, in Alameda (Californie)
CSM-012 Apollo 1; Le module de commande a été fortement endommagé par l'incendie. Module de commande stocké au Langley Research Center, Hampton (Virginie)
CSM-014 Module de commande démonté pour l'enquête sur l'accident d'Apollo 1. Le module de service (SM-014) a été réutilisé pour la mission Apollo 6 (voir CSM-020)
CSM-017 Apollo 4 Module de commande en exposition au Stennis Space Center, Bay St. Louis (Mississippi)
CSM-020 CM-020 lancé par Apollo 6, associé au SM-014 après la destruction du SM-020 lors d'une explosion Module de commande en exposition au Fernbank Science Center (en), Atlanta
Block II (version 2)[20]
N° de série Utilisation Date de lancement Localisation actuelle
CSM-098 Utilisé pour les tests thermiques dans le vide Vaisseau Apollo en exposition au Academy of Science Museum, Moscou, Russie
CSM-099 Tests structurels statiques Détruit
CSM-100 Tests structurels statiques Inconnu
CSM-101 Apollo 7 Module de commande en exposition au National Museum of Science & Technology, Ottawa, Canada entre 1974 et 2004, maintenant exposé au Frontiers of Flight Museum (en), Dallas, TX après un prêt de 30 ans[21].
CSM-102 Véhicule utilisé pour valider les installations du Launch Complex 34 (en) Le module de service est au JSC au sommet de la fusée Little Joe OO dans le parc des fusées. Le module de commande était la maquette no 22.
CSM-103 Apollo 8 Module de commande en exposition au Museum of Science and Industry à Chicago
CSM-104

Gumdrop

Apollo 9 Module de commande en exposition au musée de l'air et de l'espace (San Diego)
CSM-105 acoustic tests Module de commande en exposition au National Air and Space Museum, Washington dans la salle consacrée à la mission Apollo-Soyouz. (Photo)
CSM-106

Charlie Brown

Apollo 10 Module de commande en exposition au Science Museum, Londres
CSM-107

Columbia

Apollo 11 Module de commande en exposition au National Air and Space Museum, Washington
CSM-108

Yankee Clipper

Apollo 12 Module de commande en exposition au Virginia Air & Space Center (en), Hampton, Virginie
CSM-109

Odyssey

Apollo 13 11 avril 1970 Module de commande en exposition au Kansas Cosmosphere and Space Center (en)
CSM-110

Kitty Hawk

Apollo 14 Module de commande en exposition au United States Astronaut Hall of Fame, Titusville, Floride
CSM-111 Mission Apollo-Soyouz Module de commande en exposition au California Science Center à Los Angeles (Californie)
CSM-112

Endeavour

Apollo 15 Module de commande en exposition au National Museum of the United States Air Force, Wright-Patterson Air Force Base, Dayton (Ohio)
CSM-113

Casper

Apollo 16 Module de commande en exposition au U.S. Space & Rocket Center (en), Huntsville (Alabama)
CSM-114

America

Apollo 17 7 décembre 1972 Module de commande en exposition au Space Center Houston, Houston (Texas)
CSM-115 annulé Resté inachevé : le module de service n'a pas reçu son moteur de propulsion principal. Le vaisseau est exposé avec une fusée Saturn V au centre spatial Lyndon B. Johnson, Houston (Texas) ; le module de commande a été restauré en 2005
CSM-115a annulé Inachevé
CSM-116 Skylab 2 Module de commande en exposition au National Museum of Naval Aviation, Pensacola (Floride)
CSM-117 Skylab 3 Module de commande en exposition au Glenn Research Center, Cleveland (Ohio)
CSM-118 Skylab 4 Module de commande en exposition au National Air and Space Museum, Washington
CSM-119 Skylab Rescue et sauvegarde de Apollo-Soyouz Module de commande en exposition au centre spatial Kennedy

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. 1) Envoyer un homme dans l'espace (programme Mercury), 2) vols balistiques (étude de la rentrée atmosphérique), 2) satellite d'étude environnement spatial, 4) vaisseau avec équipage manœuvrable (ce n'est pas le cas de la capsule Mercury), 5) laboratoire spatial avec équipage, 6) satellite permettant d'étudier la Lune, 7) atterrissage sur la Lune, 8) satellite d'étude de Mars et Vénus, 9) Atterrissage sur Mars et Vénus
  2. La fiabilité d'un équipement comprenant deux composants est égale au produit de la fiabilité de chacun de chacun des composants : si le composant 1 a une fiabilité de 0,9 (risque de défaillance de 10 %) et le deuxième de 0,8, la fiabilité de l'équipement est de 0,9 x 0,8 soit 0,72
  3. Selon l'un des membres impliqués dans les discussions, enlever un 9 aurait permis de diviser le coup du programme par deux, en ajouter un aurait rendu le projet impossible
  4. Renommé Lyndon B. Johnson Space Center à la mort du président en 1973.
  5. Cette référence correspond au contrat NASA/Grumman pour la fabrication du LEM.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft, p. 1-4
  2. Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft, p. 5-6
  3. Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft, p. 7-8
  4. Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft, p. XIII-XIV
  5. Apollo : the behind the scenes story of humankind's greatest achievements, p. 85-87
  6. Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft, p. XIV-XVI
  7. a et b Patrick Maurel, op. cit., p. 240-241.
  8. « JSC Celebrates 40 Years of Human Space Flight », JSC (NASA) (consulté le 11 octobre 2009).
  9. Patrick Maurel, op. cit., p. 215-225.
  10. a b c d et e Patrick Maurel, op. cit., p.215-217
  11. C. Davis, M. Arcadi, « Planetary Missons Entry Guide » (consulté le 18 août 2009).
  12. Patrick Maurel, op. cit., p. 221-223
  13. (en) Clay Boyce, Remembering the Giants: Apollo Rocket Propulsion Development - Aerojet - AJ10-137 Apollo Service Module Engine, , 209 p. (lire en ligne [PDF]), p. 61-74 et 145-152
  14. Neil A, Townsend (NASA MSFC), « Apollo experience report -Launch escape propulsion subsystem », (consulté le 6 octobre 2009).
  15. Charles T. Hyle? Charles E. Foggatt et Bobbie D, Weber (NASA MSFC), « APOLLO EXPERIENCE REPORT -ABORT PLANNING », (consulté le 6 octobre 2009).
  16. Patrick Maurel, op. cit., p. 220-221
  17. W. David Compton SETBACK AND RECOVERY: 1967 Death at the Cape
  18. a et b D'après Andrew Chaikin et son livre "A man on the Moon", « Annexe 23 - Les vérités d'Apollo », sur le site web Capcom Espace (consulté le 23 juin 2014)
  19. Facture envoyé par Grumman à North American
  20. (en) « Apollo Command and Service Module Documentation », NASA
  21. Apollo 7 Command Module and Wally Schirra’s Training Suit Leave Science and Tech Museum After 30 Years

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) NASA, Apollo operation handbook Block II spacecraft : Volume 1 Spacecraft description, (lire en ligne [PDF]) Manuel utilisateur du module de commande et de service block 2
  • (en) North American Rockwell et NASA, CSM/LM Spacecratf Operationnal Data Book : Volume III : mass properties revisison 2, , 966 p. (lire en ligne [PDF]) Manuel utilisateur du module de commande et de service block 2
  • (en) G Brooks, James M. Grimwood, Loyd S. Swenson, Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft, , 537 p. (lire en ligne [PDF]) Le programme Apollo : le développement du vaisseau Apollo (document NASA n° Special Publication--4205)
  • (en) G Brooks, James M. Grimwood, Loyd S. Swenson, Apollo Spacecraft News Reference, , 350 p. (lire en ligne [PDF])
  • (en) W. David Compton, Where No Man Has Gone Before: A History of Apollo Lunar Exploration Missions, (lire en ligne [PDF]) Le programme Apollo et l'exploration de la Lune (document NASA n° Special Publication-4214 )
  • (en) Charles Murray et Catherine Bly Cox, Apollo : the behind the scenes story of humankind's greatest achievements, South Mountains Books, (ISBN 978-0-9760008-0-8), p. 85-87Récit de la conception et du déroulement du programme Apollo basé sur les témoignages de ses principaux acteurs
  • (en) Hansen, James R, Enchanted Rendezvous : John C. Houbolt and the Genesis of the Lunar-Orbit Rendezvous Concept, (lire en ligne [PDF]) Genèse du rendez-vous en orbite lunaire (NASA) [PDF]
  • Patrick Maurel, L'escalade du Cosmos, Bordas,
  • (en) W.David Woods, How Apollo flew to the moon, Springer, (ISBN 978-0-3877-1675-6)
    Déroulement détaillé d'une mission lunaire Apollo
  • (en) David A. Mindell, Digital Apollo Human and Machine in Spaceflight, The MIT Press, (ISBN 978-0-2621-3497-2)
    Histoire de la conception des systèmes informatiques embarqués du programme Apollo
  • (en) Steven C. Fisher et Shamim A. Rahman, Remembering the Giants: Apollo Rocket Propulsion Development, , 209 p. (lire en ligne [PDF])

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]