Apollo 11 : 3) 1952-1962 Les différents projets lunaires


1961. Projets de trajets (NASA / G. Troude) et de fusées (NASA)

Après avoir évoqué le contexte de la Course à l’espace, puis les programmes Mercury et Gemini, cet article aborde les débuts du programme Apollo.

Ci-dessous :
1) Les différents trajets, lanceurs, équipages et séjours envisagés.
2) Le défi de Kennedy impose des choix.
3) Les solutions retenues.

Dès les années 1920, les projets futuristes de mission lunaire imaginaient une fusée monobloc atterrissant puis redécollant entièrement de la Lune. Ce concept a été popularisé par Fritz Lang en 1929 dans son remarquable film « La femme sur la Lune« . En 1944, l’Allemagne Nazie fit d’énormes progrès dans la conception des fusées, avec les missiles V2 de sinistre mémoire, conçus par Wernher von Braun. Ce modèle inspira Hergé pour « Objectif Lune » en 1953 puis « On a marché sur la Lune » en 1954. La fusée décolle de la Terre, atterri sur la Lune, puis repart sur la Terre dans un trajet « Lune direct ».

     
1929 : affiche « La femme sur la Lune » — 1944 : décollage d’un V2 — 1953 et 1954 : albums de Tintin

Wernher von Braun, accueilli en 1945 par les américains lors de la défaite de l’Allemagne nazie, emporta avec lui son savoir faire et une partie de ses prototypes. Dès 1948 il effectua des calculs poussés et imaginé un voyage lunaire différent, en deux parties, appelé « Rendez-vous en orbite terrestre ». Des vaisseaux cargo décollent de la Terre pour alimenter une station en orbite terrestre d’où partent des vaisseaux lunaires adaptés au vide (von Braun imaginait même une mission vers Mars quittant la Terre en 1965, embarquant 70 personnes réparties dans 10 vaisseaux).

  
1952. Wernher von Braun et son projet Cargo-fusée (Getty) — « Across the space frontier » (The Viking Press)

 
1952. Le projet de vaisseaux  lunaires de Wernher von Braun (Collier’s magazine)

Inventeur optimiste, porté par les budgets militaires massifs de la Guerre froide, Wernher von Braun décrivit en 1952 dans un livre collectif « Across the space frontier » et surtout dans le magazine américain Collier’s, un projet de base lunaire de 50 hommes pour 1977. Elle nécessitait la constructions d’une flotte de 20 cargos-fusée aux spécifications précises : un poids unitaire de 7000 tonnes au décollage (plus de 2 fois ce que serait la fusée Saturn V), avec 50 moteurs pour le 1er étage, réutilisable tous les 5 jours. Le nombre de navettes permettrait 4 décollages par jour. Elle nécessitait également la construction d’une station spatiale en orbite terrestre (en forme d’anneau sur l’illustration centrale ci-dessus). Elle nécessitait enfin trois vaisseaux lunaires monoblocs (ne circulant que dans le vide) pour rallier la Lune et revenir sur l’orbite terrestre : deux vaisseaux embarquaient l’équipage, et le troisième les vivres, le matériel scientifique et le carburant pour le retour.


1961. Gagarine (Paris Match) — J-F Kennedy : « We choose to go to the moon » (NASA)

En avril 1961, le soviétique Youri Gagarine devenait le premier homme mis en orbite. Un mois plus tard, le président américain J-F Kennedy lançait le grand défi national d’atteindre la Lune avant la fin de la décennie. Mais à l’époque, la charge la plus lourde mise en orbite par les américains n’était que de 1,1 t (Discoverer 20), aucun américain n’avait pu être mis en orbite, les fusées avaient un taux d’échec élevé incompatible avec une mission habitée, et l’idée d’un rendez-vous orbital semblait hors d’atteinte. Ceci impliquait des efforts sans précédents en temps de paix, dans les domaines de la recherche, ingénierie, organisation et budget.

Trois types de trajets étaient alors envisagés :
– le trajet « Rendez-vous en orbite terrestre » (EOR, pour Earth Orbit Rendez-vous) de von Braun qui était jugé beaucoup trop complexe, nécessitant une flotte de cargos-fusées, d’inventer des techniques d’assemblage de vaisseaux en orbite et surtout de réussir des rendez-vous en orbite dont les calculs de trajectoire semblaient hors de portée et représentaient la plus grosse inconnue du programme.
– le trajet classique « Lune direct » (Direct ascent) apparaissait en comparaison beaucoup plus simple aux dirigeants de la NASA, ne nécessitant aucun rendez-vous en orbite, et sa fusée – bien que gigantesque – ne posait que des problèmes d’ingénierie.
– un troisième type de trajet « Rendez-vous en orbite lunaire » (LOR, pour Lunar Orbit Rendez-vous) avait également été étudié mais écarté d’office car obligeant non seulement à un rendez-vous orbital complexe, mais de surcroît à l’exécuter à 400 000 km de la Terre avec des contacts radio transitoires (les communications avec la Terre sont coupées lorsque le vaisseau passe derrière la Lune), et sans possibilité d’envoyer une équipe de secours en cas d’échec.

Trois types de missions étaient également envisagés : parallèlement au projet initial d’établissement d’une base permanente d’une dizaine d’hommes, l’échéance de 1969 nécessitait d’étudier des projets simplifiés d’un équipage de trois hommes soit avec retour immédiat, soit avec séjour d’un mois.

 
1961 Trois hypothèses de trajets lunaires (NASA, modif G. Troude) et de séjours lunaires (NASA)

Les lanceurs également devaient faire des progrès phénoménaux. Le record de 1,1 tonne mis en orbite devait passer à plus de 200 tonnes pour réaliser le trajet Lune direct. Et en raison du manque de fiabilité on prévoyait 20 lancements afin d’être certain de réussir à se poser sur la Lune. Deux types de fusées étaient envisagées : Nova pour un trajet Lune direct, et Saturn pour le trajet EOR de von Braun.


1961, 1962, 1963. Comparaisons de projets Saturn et Nova (NASA)

Contrairement au projet Saturn, le projet de fusée Nova était moins cadré et a beaucoup évolué. En 1962 Nova devait permettre de monter en orbite une charge 50% plus élevée que ce qu’on prévoyait pour Saturn V grâce à ses 8 moteurs F1 pour son premier étage (contre 5 pour Saturn V). En 1963 Nova était encore plus gigantesque par rapport à Saturn V (qui était pourtant déjà immense) avec 10 à 12 moteurs F1. Ci-dessous, comparaison des tonnages de mise en orbite terrestre (LEO) et d’injection vers la Lune (TLI) en 1962 (je n’ai pas trouvé les tonnages pour Nova en 1963) :

Lanceur Mise en orbite (LEO) Injection lunaire (TLI)
Saturn 1 (C-1) 9 t
Saturn 1B 18.6 t
Saturn V (C-5) 118 t * 47 t
Nova (C-8) 188 t ? 75 t

* Les améliorations sur Saturn V ont permis au fil des missions de porter la capacité LEO à 140 tonnes.

Un ingénieur de la NASA, John Houbolt, persistait dans l’idée que seul le trajet LOR permettait de rejoindre la Lune d’ici fin 1969, car la fusée Nova du trajet Lune direct ne serait pas prête dans les temps, et le trajet EOR était en réalité moins fiable que le LOR.

 
1961. Comparaison atterrisseurs et probabilités (NASA, trad G. Troude)

L’illustration ci-dessus à gauche présente les atterrisseurs lunaires et le gain de taille et poids du trajet LOR, qui avait l’avantage de n’utiliser qu’une seule fusée Saturn V, contre plusieurs Saturn V pour le trajet EOR ou l’hypothétique fusée Nova pour un trajet direct (sur le schéma, la taille capsule LOR est un peu sous-estimée). A droite, comparaison des probabilités sur les trois trajets, mettant en évidence l’avantage du LOR.

Von Braun, d’abord hostile au projet LOR, fini par en devenir un promoteur actif lorsque s’accumulèrent les difficultés et que se concrétisaient les risques du trajet EOR. Il pu finalement convaincre la NASA et le trajet LOR fut finalement adopté en novembre 1962, ce qui lança le programme Gemini visant principalement à mettre au point la technique du rendez-vous spatial. Cela également mis fin au projet de fusée Nova.

Dans le prochain article, nous verrons la concrétisation du projet Apollo.

 

Notes et références :
Discours intégral de John F. Kennedy de 1962, en français (sur Anecdotes spatiales)
Le programme Apollo (sur Wikipedia)
La genèse du rendez-vous en orbite lunaire (Alexandre Schwenck)
– « Saturn the giant » by Wernher von Braun (NASA, en anglais)
– « Stations spatiales et fusées ailées » (NASA, en anglais)
– « Trajet Lune direct contre Rendez-vous en orbite » (NASA, en anglais)
Reproduction intégrale d’articles du magazine Collier’s (Space Stuff, en anglais)
– Les illustrations de cette page ont été nettoyées par mes soins. Elles correspondent aux meilleures disponibles sur le Web au moment de la rédaction de l’article.

 


Cet article fait partie d’une série consacrée à Apollo 11 :
1) La course à l’espace
2) Les préalables Mercury et Gemini
3) 1952-1962 : Les différents projets lunaires
4) 1963-1966 : Les constructions
5) 1966 : Le projet d’alunissage en images
Apollo 11 : un discours déjà très moderne sur l’environnement

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