astronautique (suite)

Injection sur orbite de transfert

Une remise en marche du moteur-fusée du troisième étage est nécessaire pour faire passer le véhicule spatial sur une orbite plus excentrique dirigée vers la Lune, dite « orbite de transfert ». Le choix parmi les nombreuses trajectoires possibles étant préalablement déterminé, c’est à partir du compartiment des instruments du troisième étage que sont calculés l’instant précis de l’allumage et la durée exacte de la combustion, de manière à se placer sur la trajectoire voulue. En principe, le choix se porte sur une trajectoire à retour libre, quoique ce ne fût pas le cas pour « Apollo 12 », c’est-à-dire que, en cas d’échec à l’approche de la Lune, le retour vers la Terre est assuré pour le véhicule spatial sans modification orbitale par réallumage du propulseur. Après cinq minutes et demie de propulsion, l’altitude est de 300 km, et la vitesse d’environ 29 000 km/h.

Voyage Terre-Lune

La séparation du troisième étage ne sera effectuée que plus tard, lorsque le module lunaire aura été amarré à la pointe avant du module de commande, c’est-à-dire de la capsule « Apollo » proprement dite. Après l’éjection des panneaux de protection du module lunaire, les modules de service et de commande se séparent de l’ensemble constitué par le troisième étage « Apollo », auquel reste provisoirement attaché le module lunaire. Les modules de service et de commande s’éloignent de ce dernier ensemble d’environ 15 à 20 mètres et effectuent une manœuvre de rotation de 180°, de manière que le module de commande se trouve face au module lunaire, auquel il va être amarré. Après cet amarrage, le troisième étage « Apollo » est définitivement abandonné, et l’attelage lunaire commence son voyage vers la Lune. Si, en cours de route, une correction de trajectoire est nécessaire, elle peut être effectuée par les fusées de stabilisation du module de service pour les faibles évolutions, ou par le propulseur principal du même module pour les modifications importantes. Lorsque la trajectoire est correcte, le vaisseau spatial est animé d’un mouvement de rotation sur lui-même d’environ deux tours par heure pour uniformiser l’échauffement dû à l’effet du Soleil. Pendant toute la durée du voyage, des informations biologiques et physiologiques concernant les astronautes sont envoyées en permanence vers le sol.

Mise sur orbite lunaire

Cette opération est réalisée par une manœuvre connue sous le nom de transfert orbital. Elle est effectuée par un ralentissement provoqué par une double mise à feu du propulseur du module de service : la première place l’ensemble sur une orbite elliptique et la seconde ramène l’orbite à une forme quasi circulaire. C’est de la Terre que sont déterminés les paramètres généraux de fonctionnement qui sont introduits dans les calculateurs de bord du service de commande, et ce sont ceux-ci qui déclenchent automatiquement la mise à feu au moment opportun. L’orbite est alors placée à environ 110 km de la Lune.

Les modules de commande et de service d’une part, le module lunaire d’autre part, toujours arrimés ensemble, évoluent sur orbite lunaire. On peut localiser leur position avec une extrême précision et déterminer les paramètres de propulsion du module lunaire, compte tenu du site d’atterrissage prévu. Ces mesures effectuées, les deux membres de l’équipage prennent place dans le module lunaire, dont ils vérifient le bon fonctionnement des installations. Quelques minutes avant la séparation, les calculateurs de guidage sont mis en route, et le train d’atterrissage est déployé.

Descente du module lunaire

Dès que le système d’arrimage entre les deux ensembles est déverrouillé, le système de contrôle d’attitude par réaction du module lunaire éloigne ce dernier d’une faible distance des modules de commande et de service, puis oriente le module lunaire de manière que le pilote du module de commande puisse inspecter le train d’atterrissage. Un second allumage du propulseur du module lunaire éloigne alors les deux vaisseaux devenus indépendants et autonomes. La descente vers la Lune s’effectue sur une orbite elliptique jusqu’à une distance d’environ 1 500 m de la surface lunaire, au voisinage du site d’atterrissage. À ce moment, le module lunaire est freiné sur sa trajectoire. L’approche finale commence à une distance de 2 700 m par une manœuvre destinée à placer le point de l’atterrissage en vue des astronautes. La combustion de la fusée de freinage est automatiquement contrôlée jusqu’à 150 m d’altitude. Vers 20 m d’altitude, le module lunaire est réorienté et descend ensuite verticalement à la vitesse de 90 cm/s. Le propulseur-fusée de descente est automatiquement stoppé dès que les sondes placées à l’extrémité des pieds du train d’atterrissage ont pris contact avec le sol lunaire. La descente se poursuit dans les derniers centimètres par la seule attraction lunaire et est ralentie par le jeu des amortisseurs du train. La première tâche des astronautes est alors d’effectuer une vérification complète des appareillages, de manière à pouvoir repartir à tout instant.

Décollage du module lunaire

Au moment de la mise à feu du propulseur, le module lunaire se sépare en deux parties : la partie inférieure reste sur le sol lunaire, tandis que la partie supérieure est placée sur une orbite elliptique. Une manœuvre de propulsion permet ensuite de placer le module lunaire sur une orbite circulaire voisine de celle sur laquelle stationnent les modules de service et de commande. Les manœuvres d’approche vers ces modules sont commandées simultanément par le calculateur de bord et à partir du sol. Ces manœuvres s’effectuent par de très courtes périodes de combustion. Le décollage du module lunaire et les manœuvres de rendez-vous et d’arrimage avec les modules de commande et de service demandent environ trois heures pour leur exécution.

Retour vers la Terre

Lorsque les astronautes ont rejoint le module de commande à l’aide du sas qui l’unit au module lunaire, ce dernier est éjecté. Le propulseur principal du module de service est alors allumé durant deux minutes et demie pour accroître la vitesse de l’ensemble des deux modules et les replacer sur une orbite de transfert vers la Terre. Cette manœuvre délicate doit être effectuée derrière la Lune, en l’absence de toute communication avec la Terre. Ces communications ne sont rétablies que vingt minutes après la fin de la combustion. Le retour vers les couches denses de l’atmosphère nécessite de 80 à 110 heures. La vitesse commence par décroître en raison de l’attraction lunaire, puis croît progressivement au fur et à mesure que la Terre se rapproche. Au moment de l’entrée dans l’atmosphère, la vitesse est de l’ordre de 40 000 km/h. Peu de temps avant d’aborder les premières couches atmosphériques, le module de service est éjecté. Les systèmes de propulsion des deux modules sont mis simultanément en marche, de manière à éviter toute collision ultérieure entre eux. La capsule « Apollo » est alors orientée de manière à prendre la bonne inclinaison pour pénétrer dans l’atmosphère, où la température superficielle du bouclier thermique est portée à 2 800 °C, tandis que la température intérieure reste inférieure à 27 °C et que la décélération ressentie par les astronautes dépasse légèrement 5 g. Les conditions très particulières de la rentrée sont déterminées par les ordinateurs du sol, qui commandent les éventuelles corrections de trajectoire et d’orientation. Le premier ralentissement effectué par l’atmosphère est ensuite complété par le déploiement de deux parachutes de freinage, après éjection du bouclier thermique. Assurant un ralentissement jusqu’à 200 km/h, ils sont utilisés jusqu’à l’altitude de 3 200 m. C’est alors que sont déployés les trois parachutes principaux de 27 m de diamètre, qui assurent la fin de la descente jusqu’au contact avec l’eau à une vitesse de 35 km/h. Sept vols lunaires ont eu lieu d’« Apollo 11 » à « Apollo 17 », dont seul celui d’« Apollo 13 » n’a pu être mené à bien. Lors des trois dernières missions, les cosmonautes disposaient sur le sol lunaire d’un véhicule autopropulsé et d’une foreuse électrique qui a servi à prélever des échantillons du sol. La dernière mission, « Apollo 17 », s’est terminée le 19 décembre 1972.