Introduction.
Dans le programme Apollo, il y a un engin qui défie, même encore de nos jours, tous les superlatifs : la fusée Saturn V. C’est à ce jour, la plus puissante et la plus imposante jamais construite par l’homme.
Elle est l’œuvre de l’ingénieur d’origine allemande Wernher Von Braun, père des tristement célèbres V2 de la seconde guerre mondiale.
Wernher Von Braun 1912-1977
Saturn V c’est la démesure. Un colosse de Rhodes des temps modernes, avec ses 111 mètres de haut et ses 2900 tonnes de masse.
C’est grâce à cette merveille d’ingénierie et de technologie, que l’homme a pu poser son pied sur la Lune un certain mois de juillet 1969, relevant ainsi le défi lancé quelques années plus tôt par le Président Kennedy mettant ainsi un terme aux humiliations spatiales successives de la part des soviétiques.
Nous allons voir l’histoire, ô combien chaotique et compliquée de cet engin, depuis sa conception jusqu’au stade ultime de son premier vol.
De la super-Jupiter à Saturn.
Les affaires commencèrent plutôt mal pour Von Braun. Pourtant tout avait si bien débuté, avec la création, le 1 février 1956, de l’Army Ballistic Missile Agency (l’ABMA), qui était chargée du développement de fusées porteuses de l’US Army. Cette institution était sous la direction du Major Général John Medaris et Von Braun en fut nommé Directeur Technique.
Outre la mission première de ce grand projet qu’était la réalisation et la mise en service du missile sol-sol Redstone, l’ABMA se devait de mener à terme la réalisation d’un projet commun à la Navy et à l’Army commencé voilà 3 ans, qui était le développement du missile à moyenne portée Jupiter.
Déjà un an avant la création de l’ABMA, Von Braun et Medaris avaient suggéré au Ministère de la Défense, de transformer la Redstone pour envoyer un satellite dans l’espace, et ce en 1956. Mais suite à l’intervention de la Navy et de l’Armée de l’Air, L’ABMA a tout simplement interdit aux chercheurs de travailler sur un tel projet et pour clore le débat, les travaux de recherche pour la satellisation d’un objet furent transmis au Projet Vanguard à l’US Naval Research Laboratories.
Pour « enfoncer le clou », l’ABMA a finalement transféré, en novembre 1956, le projet Jupiter à l’Armée de l’Air !
Fusée Juno I
Il était à craindre que l’US Army, dont dépendait Von Braun, n’ait bientôt plus rien à faire avec des fusées. À l’équipe de Von Braun il ne restait plus que le développement d’une version spéciale de la fusée Redstone, appelée Jupiter-C. Von Braun était limité au développement d’armes tactiques au sein de l’US Army, situation qu’il avait beaucoup de mal à accepter. Ce n’est que deux ans plus tard, ironie de l’histoire, suite aux échecs successifs du projet Vanguard de la Navy et aux humiliations répétées des soviétiques, que Von Braun put se mettre en avant et envoyer, le 1 février 1958, Explorer 1, le premier satellite américain dans l’espace, grâce à un missile Jupiter-C modifié, connu sous le nom de Juno I.
Les études de gros lanceurs avaient débuté dès 1957. L’Armée de l’Air et la Navy avaient besoin de gros lanceurs et là, Von Braun put saisir la chance qui se présentait. L’impulsion était donnée par le Ministère de la Défense qui a exigé la mise en place de moyens orbitaux pour les transmissions, des satellites météo, ainsi que des sondes spatiales. Ceci nécessita des fusées bien plus grandes et bien plus puissantes que celles existantes à ce jour. Cela donna naissance à la fusée nommée Super-Jupiter et qui deviendra Saturn I, dotée d’une performance 10 fois supérieure à la Jupiter classique. Son vol inaugural a eu lieu le 1 mars 1957. Les fusées de l’époque, telles que Thor, Juno II et Atlas C, avaient une capacité orbitale très limitée. Les projets étaient de pouvoir mettre en orbite d’ici 1962, une charge d’environ 4500 kg, ce qui nécessitera une toute nouvelle variété de lanceurs lourds. Mais pour l’instant aucun moteur-fusée n’était assez puissant.
C’est là que l’équipe de l’ABMA de Von Braun développa l’idée de regrouper 4 moteurs-fusées de la firme Rocketdyne dans le premier étage du lanceur, ce qui donnerait assez de puissance pour satelliser les 4500 kg de charge requise. Mais pour l’instant, même si le projet était de grande importance, il n’était néanmoins pas la priorité absolue du moment.
Mais deux événements vont venir changer la donne et précipiter les choses. En l’espace de quelques semaines à peine, les Soviétiques ont envoyé coup sur coup Spoutnik 1, 2 et 3 dans l’espace, ce qui a eu comme l’effet d’un électrochoc pour les États-Unis et comme si ça ne suffisait pas, il y eu encore le fiasco du projet Vanguard 1, qui ridiculisa et traumatisa les américains.
Explosion d’une fusée Vanguard le 06.12.1957
Le Président Eisenhower était maintenant obligé à la réussite. Il mit en place un nouvel organisme chargé d’améliorer les bases technologiques du pays. Ce fut la naissance de l’ARPA, Advanced Research Projects Agency. Malgré le peu d’effectif que comptait l’ARPA, à peine 80 personnes, le Président Eisenhower lui donna une très grande marge de manœuvre, des pouvoirs étendus et surtout un budget quasi illimité. Ceci permit de planifier sereinement l’étude et la fabrication de grands lanceurs.
L’équipe de Von Braun à Huntsville dans l’Alabama, avait alors une grande avance et une grande expérience des moteurs fusées grâce au lanceur Jupiter. C’est ainsi qu’il mit au point le « Cluster », un ensemble de 8 moteurs S-3D, assemblés en « grappes », qui donnera naissance à un nouveau Booster du nom de Juno V. Après des accords de principes, l’ARPA et l’ABMA donnaient leur feu vert et autorisaient les travaux de recherche et de développement sur Juno V en débloquant les crédits nécessaires.
Le bordereau établi par l’ARPA, porte le numéro 14-59 et est daté du 15 août 1958. Ce document a une grande valeur historique, car il est considéré aujourd’hui officiellement comme le point de départ du Projet Saturn.
Le 29 juillet 1958, le Président Eisenhower signa le « National Aeronautics and Space Act », qui n’est autre que l’acte de naissance de la « National Aeronautics and Space Administration » plus connue sous le nom de NASA.
La NASA est née sur les fondations d’un organisme alors âgé de 43 ans, la « National Advisory Committee for Aeronautics » ou NACA. Sur cette base, la NASA, le jour de sa création, disposait déjà de 8000 employés et de 4 centres de recherche.
Le premier administrateur de la NASA, Keith Glennan, voulait à tout prix intégrer Von Braun et son groupe dans la NASA, mais les militaires y opposèrent une fin de non-recevoir ! Von Braun et ses associés devaient encore patienter, mais plus pour longtemps.
En janvier 1958, la NACA créa le « Comité de Technologie Spatiale », au sein duquel Von Braun dirigeait le groupe de travail dédié aux vaisseaux spatiaux. Il était en même temps le représentant de l’ABMA près de la NACA. Sa nomination, suite au succès du lancement d’Explorer 1 coulait de source.
Ce comité définissait ses objectifs le 28 octobre 1958, à peine quelques semaines après la naissance de la NASA. Von Braun a tout de suite saisi le but de ces nouvelles orientations. Pour lui, il était clair que l’US Army n’était pas en mesure d’appliquer ses plans. Il n’y a que la NASA qui pouvait satisfaire ses ambitions. La fabrication de fusées à charges lourdes était une lacune au sein des services de la NASA, lacune que Von Braun et son équipe combleront par leurs compétences.
Le premier rapport que Von Braun fit à la NASA en 1958 commença par une critique très sévère envers les statuts, où il dénonça le fonctionnement de diverses organisations militaires qui travaillaient en parallèle sur divers concepts, tout en se faisant de la concurrence. Il y décrivit également les études qu’il a menées avec son équipe sur les moteurs fusées, qui, lorsqu’ils seraient assemblés par 4, (les « Clustered Booster »), dans un lanceur, atteindraient une poussée de 25 000 kilo newtons.
Mais à quoi bon pourrait servir un moteur d’une telle puissance ? L’équipe de Von Braun allait simplement de spéculations en spéculations et continua ses recherches sur les moteurs des super-fusées. Ses membres se disaient qu’après tout une station spatiale de 4 hommes avec l’aide de la fusée Atlas, était chose possible d’ici 1961. Se poser sur la Lune avec les moteurs disposés en « grappes », les fameux « Clustered Booster », serait fait d’ici 1966, ou que dire du projet d’une station spatiale géante habitée par 50 personnes d’ici 1967. Puis avec les super-fusées, ils prévoyaient également des expéditions lunaires de longues durées à partir de 1972, pour aboutir en 1974 à une base lunaire habitée. Et enfin à partir de 1977 les voyages interplanétaires seraient choses courantes.
Mais pour l’instant le but premier de ce rapport était le développement du « Clustered Booster », ainsi que l’élaboration du moteur fusée F-1, dont il était la pièce maitresse.
Le 27 janvier 1959, la NASA remis au Président Eisenhower un rapport qui lui présentait le nouveau programme de lanceurs spatiaux. L’auteur de ce programme était l’ingénieur de la NASA Milton Rosen. Dans son rapport, Rosen reprit la majorité des travaux sur lesquels Von Braun travaillait dans le Comité de Technologie Spatiale.
Mais dans ce rapport Rosen ne décrivit que trois classes de lanceurs.
La première classe était basée sur une fusée Atlas, utilisable en 2 versions. Une version serait un modèle standard d’un étage et demi, capable de satelliser une charge de 1,3 tonne en orbite basse et l’autre version, un modèle modifié, plus puissant, propulsé par un mélange hydrogène/oxygène, ce qui permettrait de satelliser une masse 4 fois supérieure qu’avec le modèle standard. Ce projet sera nommé « Centaur » par la NASA.
Fusée Centaur
Rosen définit que la maitrise de la propulsion avec des ergols liquides, serait la réussite et l’avenir de la conquête spatiale.
La deuxième classe de lanceurs était basée sur la Juno V, avec ses moteurs en « grappes ». Là également, 2 configurations étaient prévues. La première, Juno V-A, fusée à trois étages, dont le 2ème et 3ème étage étaient les parties d’un missile intercontinental Titan 1. La seconde configuration,
Juno V-B, serait équipé du 2ème étage d’une Titan 1, placé sur une fusée Centaur. La fusée Juno V-A serait destinée à des vols orbitaux terrestres, alors que la Juno V-B, elle, serait destinée aux missions lunaires et planétaires.
La troisième classe de lanceurs était basée sur un tout nouveau concept de super fusée de taille et de charge exceptionnelle. Dans son rapport, Rosen la nomma « Nova » à cause de toutes les nouveautés qu’elle développerait. Fusée à 4 étages, elle serait capable, aux dires de Rosen, d’amener un homme sur la Lune et de le ramener sur Terre.
À peu près au même moment se profila le changement de nom du futur lanceur géant. A Huntsville, au sein de l’équipe de Von Braun, des noms comme « super-Jupiter » ou « Juno » n’avaient pas bonne presse. Dès le début, l’équipe voulait donner une nouvelle appellation pour leur fusée et non un dérivé issu d’un missile intercontinental Jupiter.
Pour les ingénieurs des ateliers Redstone, il était évident qu’une nouvelle appellation était de mise.
Etant donné que la fusée Jupiter portait le nom d’une planète du système solaire, il était évident que le nouveau lanceur porterait le nom de sa planète voisine, à savoir Saturn. Même au sein de l’ABMA ce nom fit l’unanimité, car chez eux, il était de tradition de nommer les fusées d’après les noms de divinité de diverses mythologies, tels que Thor, Atlas, Titan ou Jupiter. Saturn étant un personnage du panthéon mythologique, personne n’y voyait d’objection. C’est ainsi qu’en février 1959, fut amené sur les fonts baptismaux le nom de Saturn, après quoi le Ministère de la Défense confirma officiellement que le programme Juno V est dorénavant rebaptisé « Programme Saturn ».
Mais le ciel ne restera pas serein bien longtemps et la surprise en fut d’autant plus grande, qu’une attaque aussi soudaine que violente de la part du Ministère de la Défense vient mettre à mal, en juin 1959, le tout jeune programme Saturn.
L’attaque est venue de Herbert York, Directeur du « Départment of Defense Research and Engineering », qui annonça son intention de suspendre le programme Saturn. Son argumentation était qu’il y avait des choses plus importantes à faire avec un budget limité et il était convaincu que les très influents militaires, auraient meilleure utilité des missiles intercontinentaux et qu’ils ne sauraient que faire d’une fusée géante qui engloutirait tout ou partie du budget de la défense. Le programme Saturn était de plus en plus considéré comme un « violon d’Ingres » très coûteux.
La nouvelle de l’arrêt du programme a fait l’effet d’une bombe au sein de l’ABMA. Cette directive a également fait trembler les murs de la toute jeune NASA qui dépendait en grande partie du programme Saturn. La fusée Saturn était certainement une fusée de l’avenir, mais il fallait se rendre à l’évidence, ni l’armée, ni même la NASA n’en voyait l’utilité en 1959.
C’est entre le 16 et le 18 septembre 1958 qu’une décision cruciale sur l’avenir du lanceur fut prise. C’est après des heures d’âpres discussions et après avoir reçu les arguments de la NASA, que York pris la décision suivante. Il exigea que l’ABMA et le projet Saturn quittent le giron militaire et soient transférés et intégrés à la NASA, avec tout le financement à leur charge bien entendu. Le programme Saturn était sauvé, mais la NASA vient d’hériter d’un cadeau empoisonné, car pour l’instant il n’y a aucun objectif pour un tel lanceur et qui de plus, est un gouffre financier.
Pour pallier à tous ces inconvénients, la NASA crée le « Comité de Goett », ainsi nommé du nom du Directeur du comité, Harry Goett. Ce comité tracera les lignes directrices pour les missions habitées futures. Dans le cadre de leurs études il était question pour la première fois de missions circumlunaires et même d’alunissage. Ces objectifs étaient certes très vagues et lointains, mais cela avait le mérite de mettre le programme Saturn en avant. Pour la NASA la fusée Saturn avait enfin son utilité.
Le transfert de l’ABMA, incluant le programme Saturn ainsi que l’équipe de Von Braun, dura environ 6 mois. Le 15 mars, le centre de recherche au sein de l’arsenal Redstone à Huntsville dans l’Alabama, fut intégré au sein de la NASA sous le nom de « George Marshall Space Flight Center », avec toutes ses installations et une surface d’environ 5 km2. Le 1er juin 1960, les personnels de Redstone, soit 4670 collaborateurs de l’US Army, sont devenus des employés de la NASA.
Pendant que les politiques et les managers se faisaient des pensées sur l’avenir du projet, les ingénieurs et chercheurs du groupe planchaient sur l’élaboration des étages supérieurs de la fusée. Les lignes directrices du projet portaient les noms de Saturn A et Saturn B et virent le jour dans les premiers mois de 1959. Leur seul point commun était le premier étage avec un diamètre de 6,5 mètres. Pour les étages supérieurs, il n’y avait encore rien de défini et des multitudes d’esquisses virent le jour et certaines s’élevaient jusqu’à 76 mètres de hauteur.
Après plusieurs études, c’est au printemps 1959, que l’ensemble prit forme sous l’aspect d’un lanceur à trois étages, dans lequel le 2ème étage était issu du programme Titan et le dernier étage du programme Atlas.
Mais toutes ces études ne satisfirent pas. Il y eut même un retournement de situation. Le Ministère de la Défense a même suggéré de repartir à zéro et de développer de nouveaux étages supérieurs pour le lanceur. C’est ainsi qu’en automne 1959, les chercheurs ont recommencé leurs études pour élaborer les nouveaux étages supérieurs de Saturn. Ces étages seraient propulsés par un mélange hydrogène/oxygène liquide, suite à quoi les versions prototypes Saturn A et B, furent renommées Saturn C1, C2 et C3.
Croquis de la fusée Saturn V Réalisé par Von Braun en 1960
Aujourd’hui, on admet volontiers que le discours du Président Kennedy devant le Congrès, le 25 mai 1961, donna le coup d’envoi du programme lunaire américain.
Ceci donna à la NASA le mandat et les ressources nécessaires pour mener à terme ce projet ambitieux et contrer les réussites soviétiques successives ressenties comme des humiliations.
Déjà en janvier de la même année, donc 5 mois avant l’annonce de Kennedy, le Major Général Donald Ostrander, lors d’une réunion de planification, annonça l’objectif prioritaire, qui était de poser un équipage sur la Lune et de le ramener sain et sauf sur Terre. Ce plan définissait un vol circumlunaire d’ici 1970 et quelques temps plus tard l’alunissage d’un équipage. Ostrander nomma les trois types de fusées utilisées pour ces missions. Les Saturn C1 et C2 et la toute nouvelle fusée géante Nova. Mais à ce moment-là, il n’y avait aucune pression, Kennedy n’avait pas encore fixé la date butoir de la fin de la décennie. Mais la construction de ce nouveau lanceur aurait duré des années, car il fallait tout recommencer du début, alors que le programme Saturn était déjà bien engagé.
C’est ainsi que le 18 janvier 1960, le programme Saturn obtint le fameux « DX Rating », que seuls obtiennent les programmes nationaux hautement prioritaires. Ce « sésame » donne accès à des budgets illimités, permet de débloquer les fonds nécessaires pour l’embauche de personnels, pour le travail en heures supplémentaires, etc.
La machine est lancée !
Chronologie de la conception du lanceur Saturn.
Saturn V est le dernier né de la famille des lanceurs Saturn, développée au début des années 1960. La mise au point de ce lanceur constitue un défi sans précédent sur le plan technique et de l’organisation. Il fallait mettre au point un lanceur spatial dont le gigantisme générerait des problèmes jamais rencontrés jusque-là, de nouveaux moteurs innovants par leur puissance, le F-1, ou leur technologie, le J-2, des vaisseaux d’une grande complexité et avec une exigence de fiabilité très élevée, car la probabilité de perte de l’équipage devant être inférieur à 0,1% et un calendrier tendu.
C’est ainsi que fut développée toute une série de lanceurs Saturn, Saturn I, puis IB, pour aboutir à l’apothéose, la fusée Saturn V.
Chaque étape de la conception, permettait d’élaborer la version du lanceur suivant, jusqu’à aboutir en final, à la plus grande et la plus puissante fusée jamais réalisée.
Pendant toute la conception du lanceur il y eut en tout 10 tirs de Saturn I, 9 de Saturn IB et 13 pour Saturn V.
Fusée Saturn IB
A l’heure du discours historique du Président Kennedy, l’étage S-I de la Saturn C-1 était déjà sur son banc d’essai. Déjà depuis 1961, de la fusée à trois étages C-1 planifiée, on avait réalisé une fusée à deux étages, la S-V. Le développement de la S-V a abouti à une fusée à trois étages, la C-2. Les modifications sur ce lanceur se faisaient de semaines en semaines, à tel point que les nouveaux changements de variantes empêchaient de garder la cadence de production.
Les changements successifs étaient dus au fait, que pendant toute l’année 1961, la question du mode de mission pour Apollo, n’était pas encore définie.
On n’était sûr que d’une chose ; il y aura un mode de rendez-vous, mais lequel, là était la question.
S’agirait-il d’un rendez-vous en orbite terrestre, en mode circumlunaire, ou en orbite lunaire ?
Il se devait donc de préparer toute une palette de possibilités. Pour cette raison un consensus sur une version renforcée du lanceur Saturn I fut adopté, lequel a eu l’appellation Saturn IB. La base du lanceur était la même que Saturn C-1, avec comme amélioration des moteurs fusées H-1, « gonflés » en puissance et dans le deuxième étage devront être testé les tout nouveaux moteurs J-2 de la firme Rocketdyne.
En février 1961 fut conçue la version C-2, lanceur à 3 étages, issu de la version IB. Elle aurait été appelée à emmener un équipage pour le mode « Lunar-Surface-Rendez-Vous », mais il s’avéra que cette variante du lanceur aurait été sous-motorisée. C’est ainsi que le type C-2 fut abandonné en juin 1961 au profit de la Saturn C-3. Son 1er étage serait équipé de 3 énormes moteurs F-1, le 2ème étage, lui, serait doté de 4 moteurs J-2 et enfin le 3ème étage comporterait 4 moteurs Centaur. Mais en fin de compte la version de la Saturn C-3 se révéla également trop faible. A l’été 1961, la version Saturn C-4 a vécu une très courte carrière. Plus puissante que les précédentes, elle aurait été adaptée pour le mode de rendez-vous en orbite terrestre et pour l’alunissage d’un équipage sur la Lune. La version C-4 avait de sérieuses chances d’être retenue, mais étant donné que le type de Mode de Rendez-vous n’a pas encore été clairement défini et pour éviter toute surprise, il se révéla qu’un type de lanceur encore plus puissant serait plus judicieux. Il fallait de la flexibilité pour parer aux décisions futures. C’est ainsi que l’on passa du modèle C-4 au modèle C-5. Ce lanceur sera doté de 5 moteurs F-1 pour le 1er étage, le 2ème étage aura 5 moteurs J-2 et le 3ème étage, lui, ne sera équipé que d’un seul moteur J-2.
Le modèle C-5 sera beaucoup plus coûteux dans son développement et sa fabrication, mais il permettra de s’adapter à n’importe quel Mode de Rendez-vous.
Jusqu’au discours de Kennedy, il était à peine question du Mode de Mission. La question ne se posait pas. On volait vers la Lune, on s’y posait et on revenait, un point c’est tout !
Mais on dut se rendre très vite compte que les choses n’étaient pas aussi simples qu’il ne paraissait.
Pour un voyage direct Terre-Lune, il aurait fallu opter pour le « Rendez-Vous en Orbite Terrestre ». Très longtemps soutenu par Von Braun, il aurait nécessité le lancement de plusieurs fusées porteuses de différents modules qui auraient dû être assemblés en orbite terrestre, avant de partir vers la Lune. Une méthode très gourmande en temps et en énergie et de plus très complexe.
Une autre méthode élaborée par la NASA, était la « Lunar-Surface Rendez-vous ». L’idée était d’envoyer plusieurs véhicules inhabités se poser sur la Lune. Un de ces véhicules serait le vaisseau de retour pour un astronaute, les autres véhicules transporteraient le matériel et l’énergie nécessaire à la mission. Une fois le tout installé sur la Lune, un seul astronaute décollerait de la Terre, direction Lune, se poserait à proximité de cette base lunaire et après avoir réalisé sa mission, prendrait place dans le véhicule de retour, précédemment posé sur la Lune.
Une autre méthode, la « Lunar Transfer Rendez-Vous », était également envisagée. Là il était question de transfert de carburant à l’approche de la Lune, à partir d’un véhicule autoguidé en orbite autour de notre satellite. Cette méthode aurait certes un avantage de taille, la charge utile du véhicule principal était réduite, mais présentait néanmoins une fiabilité toute relative qui augmenterait les risques pour l’équipage. Elle fut rapidement abandonnée.
John Houbolt 1919-2014
Pendant que les spécialistes discutaient de toutes ces méthodes plus ou moins exotiques, une nouvelle méthode à première vue encore plus folle que les précédentes, fit son apparition. Cette nouvelle méthode est la « Lunar Orbit Rendez-Vous ». Ici les manœuvres de rendez-vous devront se dérouler en orbite lunaire et non en orbite terrestre ! Cette variante, en raison de son gain de poids, était de loin la meilleure. L’objectif de manœuvres en orbite lunaire, à près de 400 000 km de la Terre, laissa les ingénieurs de la NASA perplexes. L’homme qui eut cette idée saugrenue s’appelait John Houbolt. Il émit l’idée, que la partie du vaisseau qui devait revenir sur Terre soit parquée en orbite lunaire. Elle n’avait pas besoin de se poser sur la Lune. Pourquoi devrait-il d’ailleurs s’y poser si après il faut le faire décoller ? A la place, il sera plus aisé de concevoir un véhicule spécial, aussi petit et léger que possible qui pourrait se poser et décoller de la Lune. L’économie de carburant, donc de poids, serait énorme ! Pendant presque toute l’année 1961, Houbolt essaya de faire adopter son idée, mais comme il le dira plus tard, c’était comme « prêcher dans le désert » ! L’opposition de la NASA n’était pas étonnante, car presque tous, Wernher Von Braun y compris, estimaient cette méthode trop risquée. Ce n’est qu’en juin 1962 que John Houbolt arriva à convaincre Von Braun, qui décida de l’accepter, même s’il l’estimait toujours aussi dangereuse, mais l’avantage premier de cette méthode est que, vus les délais fixés par Kennedy, elle serait la plus rapide à mettre en œuvre. En plus le Lunar Rendez-vous avait un autre gros avantage, celui de s’accomplir avec une seule et unique fusée C-5. La méthode a obtenu le feu vert de la NASA le 10 juillet 1962.
En février 1963, la NASA donna donc ses nouvelles directives pour le lanceur. Maintenant que la méthode de rendez-vous en orbite lunaire a été retenue, il n’y aura plus de nouvelle variante de lanceur. Les modèles types Saturn C-A et B sont définitivement abandonnés. La Saturn C-1 devient Saturn I, la Saturn C-1B devient Saturn IB et la Saturn C-5 devient Saturn V.
Les infrastructures et la logistique.
Pour réaliser ce lanceur hors normes, il fallait des infrastructures hors normes.
La construction et l’assemblage du 1er étage de la Saturn I se firent sous la direction de Von Braun dans les anciennes installations du Redstone Arsenal de l’US Army à Huntsville. Les techniciens devaient faire preuve d’imaginations et s’adapter aux installations existantes qui étaient destinées jusqu’à ce jour à la réalisation de missiles de moyenne portée Jupiter. Le banc d’essai nécessitait de sérieuses modifications. Un nouveau socle en béton, un nouveau système d’arrosage, une grue capable de soulever une charge de 110 tonnes, etc. C’est ainsi qu’en juin 1960, pour la première fois on a pu tester tous les 8 moteurs de la fusée simultanément pendant une durée de 2 minutes. Malgré toutes ces transformations, pour les essais futur des étages S-IC et S-IIC de la Saturn, les installations se révéleront inadaptées. C’est ainsi, que non loin de là, on vit bientôt sortir de terre de nouvelles installations plus grandes les unes que les autres. Deux bâtiments en particulier sortaient du lot. Un premier banc d’essai pour tester le 1er étage de Saturn S-IC, de 123 m de hauteur et plus loin le banc d’essai « Dynamic » avec ses 129 m de haut, qui était destiné au test de la fusée Saturn V dans sa configuration complète.
Mise en place du 1er étage de Saturn sur son banc d’essai
Depuis 1950, les habitants de Huntsville, étaient habitués aux tests des « petites » fusées Juno II. Mais là, nous changeons de dimensions. Une fusée Saturn V comparée à une fusée Juno II ; les effets ne sont pas comparables ! Dans la ville de Huntsville et ses environs, les habitants des localités ont eu la désagréable surprise de voir les vitres voler en éclat et le crépi tomber des murs lors des essais de la fusée ! De nombreuses plaintes ont suivi les essais, mais la NASA n’étant pas regardante à la dépense, payait très généreusement les plaignants à tel point qu’il y eu même des dépôts de plaintes alors qu’il n’y avait aucun essai en cours !
Naturellement cette situation ne pouvait pas perdurer. En plus, avec l’augmentation de la cadence des tests la situation devenait invivable pour les habitants. L’idéal serait d’avoir les bancs d’essai à proximité des usines de production et de surcroît dans un endroit relativement désert. Mais ce n’est pas tout : en plus, il faudra que le site soit desservi par des voies fluviales, tels que canaux et routes maritimes pour pouvoir transporter ces gigantesques pièces de la fusée. Facteur également de première importance, ces voies fluviales devront être libres de glace toute l’année. Pour ce faire c’est donc le sud des États-Unis et en particulier le Golf du Mexique qui présentait tous ces avantages. Ce fut Michoud, une localité à 25 km à l’ouest de la New-Orléans qui fut retenu par Von Braun. En plus la localité disposait d’anciennes infrastructures militaires situées au bord de l’eau. Le site idéal. C’est là que la NASA et l’entreprise Chrysler assembleront et testeront le 1er étage de Saturn I et IB, et Boeing le 1er étage de Saturn V. Mais les normes acoustiques mises en place entre temps par les autorités devenaient problématiques. Elles instauraient une zone tampon allant jusqu’à 70 km de Michoud, ce qui faisait une surface de 400 km2. Pour couper court à tout problème, la NASA acheta dans un premier temps une surface de 54 km2 et prit le droit de préemption sur 518 autre km2, qui furent acquis ultérieurement. Propriétaire des terres, la NASA a vidé les lieux de tous les habitants, ce qui a fait déplacer plus de 100 familles, entre autre tout le village de Gainsville dans le Mississippi. Les réclamations de la part des habitants se sont très vite calmées, car une fois de plus la NASA n’a pas regardé à la dépense en indemnisant très grassement les villageois. De plus les habitants de la région se réjouissaient de la manne de travail que leur fournissait la NASA.
Même si en 1961 les dimensions exactes de la super fusée n’étaient pas encore arrêtées, une chose était certaine, elle serait très, très grande. Trop grande pour les infrastructures existantes au Cap Canaveral. C’est pour cela que la réalisation d’un nouveau site de lancement à la mesure du nouveau lanceur était la priorité de la NASA. Un des critères était la distance minimale entre les pas de tir et les bâtiments les plus proches. Cette distance était d’un minimum de 5 km. Ce n’était qu’un des nombreux critères que devait tenir le nouveau « Operation Manager »de la NASA, Kurt Debus, qui se mit à la recherche de sites appropriés pour créer une toute nouvelle base de lancement.
Huit sites furent retenus. Un site Offshore en face de la côte est de la Floride, Meritt Island au nord du Cap Canaveral, Mayaguana aux Bahamas, Cumberland Island sur la côte sud-est de la Géorgie, Brownsville au Texas, Christmas Island dans le Pacifique, Hawai, et Withe Sands dans l’état de New Mexico.
Après les premières études de faisabilité, il ne restait plus que Withe Sands et Meritt Island en course. La raison en était très simple ; avant le programme Apollo, ces deux sites étaient déjà utilisés pour la conquête de l’espace et avaient donc bon nombre d’infrastructures existantes. C’est la proximité de Cap Canaveral qui prêcha en faveur de Meritt Island. Ce site fut donc retenu le 24 août 1961 et la NASA annonça qu’elle se porte acquéreur de 324 km2 de terrain pour construire la nouvelle « gare spatiale » qui emmènera l’homme vers la Lune.
En 1964, les deux bases de lancement du Cap Canaveral et de Merrit Island seront réunies sous le nom de Kennedy Space Center, en hommage au Président assassiné un an plus tôt.
En 1973 les habitants du Cap obtiendront que le site retrouve son nom d’origine et c’est ainsi que la base de lancement prendra le nom de Cap Canaveral Air Force Station.
Mais avant toute chose, la NASA doit déclarer la guerre à un hôte indésirable.
Meritt Island est un immense marécage qui a un énorme inconvénient : les moustiques.
L’invasion de ces parasites, prend sur Meritt Island des proportions apocalyptiques ! La NASA a décidé de leurs déclarer une guerre sans merci et de les éradiquer. Ne serait-ce que pour des raisons sanitaires, il fallait entreprendre quelque chose, car sur le site travaillaient des milliers d’ouvriers à la construction des nouveaux bâtiments. Il y avait tant de moustiques que les ouvriers, malgré les 40° à l’ombre, devaient travailler couverts de la tête aux pieds. Après une pluie abondante et il pleut souvent en Floride, on voyait l’éclosion de pas moins de 15 millions de nouveaux moustiques par 1000 m2 ! En comptant une surface totale de 60 km2 de marais, je vous laisse faire le calcul !
Le personnel est même allé jusqu’à créer un indice d’invasion, le « Landing Rate », qui était de 500 moustiques par minute et par personne. En 1962, un entomologiste, muni d’une simple petite épuisette, pouvait collecter 1,6 kg de moustiques vivants en 1 heure !
Le problème était hallucinant et la NASA se devait de déclarer la guerre aux diptères avant de poursuivre les travaux. Pour parer au plus pressé, on mit en route des campagnes de démoustication chimique, à l’aide de deux avions et d’un hélicoptère épandeurs d’insecticides. Mais il était inconcevable d’utiliser des produits chimiques dans la durée. Il fallait élaborer une autre stratégie. C’est ainsi qu’on érigea un système de barrages, équipés de vannes qui communiquaient avec la mer. Le principe en était très simple. En été on inondait le lieu de ponte des moustiques. Les eaux calmes ainsi formées virent se développer une multitude des vairons, petits poissons qui se nourrissaient essentiellement des larves de ces parasites. C’est ainsi qu’est revenu un équilibre naturel qui a fait quasiment disparaître les gêneurs.
Maintenant Von Braun avait son nouveau centre de test et de recherche à Huntsville et son site de production à Michoud et Kurt Debus a eu son site de lancement.
Il ne manque plus qu’un local pour faire l’assemblage de la fusée Saturn V, ce qui sera bientôt fait avec le VAB.
Debus décida de faire réaliser un bâtiment gigantesque, le « Vehicle Assembly Building » ou VAB, où les différentes parties de la fusée pouvaient être assemblées verticalement.
Ses dimensions gigantesques, en font le bâtiment à un étage le plus grand du monde, avec 218 mètres de longueur, 158 de largeur et 160 de hauteur, soit un volume de 5’500’000 m3. Constitué d’une ossature métallique d’une masse de 89’000 tonnes et avec des piliers de fondations enfoncées à 60 mètres dans le sol, le bâtiment a une masse totale approximative de 225 000 tonnes. Il est conçu pour résister aux ouragans. Il est doté de deux énormes portes, laissant passer l’ensemble de lancement mobile avec la fusée et sa tour de servitude d’une hauteur de 125 mètres et à qui il faut 45 minutes pour s’ouvrir ou se fermer. Son sol en béton était lissé avec une précision micrométrique et l’on avait dû installer un système d’air conditionné pesant au total 10’000 tonnes, qui aurait suffi à climatiser 3000 maisons particulières. Sans cette climatisation, une atmosphère autonome se serait formée et on aurait ainsi vu des nuages se développer qui auraient généré des gouttes de pluie à l’intérieur du bâtiment !
Les deux énormes portes du VAB laissent passer l’ensemble de lancement mobile.
Situé à l’angle sud-est du VAB, le centre de contrôle de tir, le Launch Control Center ou LCC, abrite les installations qui permettent d’effectuer les répétitions de lancements et de contrôler le lancement effectif. Il est abrité dans un grand bâtiment de 115 mètres de long pour 55 mètres de large et de quatre étages.
Il contient les installations électroniques et informatiques qui permettent de contrôler le fonctionnement du lanceur au sol et en vol. Au 3ème étage se trouvent 4 salles de contrôle de tir qui permettent chacune de suivre les opérations de préparation et de lancement des fusées. Chaque salle contient un ensemble d’équipements qui permet aux opérateurs de contrôler et suivre les opérations.
Le bâtiment contient également des bureaux et des salles de conférences.
Le programme Saturn n’était pas seulement une entreprise technique colossale, c’était également un défi logistique sans commune mesure. Les composants de plus de 2000 mandataires et sous-traitants, devaient, non seulement être disponibles à temps, mais surtout être livrés aux différents centres de la NASA en temps voulu, pour l’assemblage et le test des divers éléments de la fusée.
Il y eut des choses, qui jusqu’à présent ne représentait guère d’importance et qui du coup se révélaient d’une nécessité capitale.
A titre d’exemple, pour faire le plein d’une Saturn V, il ne fallait pas moins d’une centaine de wagons citernes. Les différents étages du lanceur mettaient par voies fluviales et maritimes, plus de 70 jours à parvenir à destination. Pour transporter les éléments de ce mastodonte, il fallait inventer de nouveaux véhicules, avec les voies de transport qui allaient avec. Autre exemple, à Huntsville, il fallut construire une route extra large longue de 13 km qui allait de l’usine d’assemblage aux docks de la Tennesse River.
Chaque étage de la fusée avait sa particularité logistique. Après son assemblage en Californie par exemple, l’étage S-II était chargé sur un bateau qui l’emmena au Mississippi Test Facility, le MFT, par un périple de plus de 1000 km à travers le Canal de Panama et le Golf du Mexique. Par contre l’étage S-IC, assemblé à Michoud, n’avait, lui, que 70 km à parcourir sur une barge construite à cet effet.
Après tous les tests respectifs, les différents éléments étaient à nouveau chargés sur des barges et amenés au Kennedy Space Center en Floride.
Du coup le Marshall Space Flight Center disposait de toute une flotte de navires spéciaux.
Le premier navire de la série était le « Palaemon », une barge de 79 mètres de long, qui venait du stock de la Navy. Pendant son voyage de Huntsville dans l’Alabama jusqu’au Kennedy Space Center, le navire devait parcourir 3500 km en plusieurs semaines. Des docks de la Tennessee River, il rejoignit dans un premier temps le Mississippi, puis au sud de Baton Rouge, rejoignait le « Gulf Intracoastal Waterway », direction St Georg Sound par le Golf du Mexique, puis par le « Okeechobee Waterway » à travers la Floride, direction Stuart jusqu’à la côte Atlantique. De là, il remontait la côte via la « Florida Intracoastal Waterway », jusqu’au Kennedy Space Center.
L’utilisation des routes maritimes côtières, les Intracoastal Waterway, évitait autant que faire se peut, de prendre la haute mer.
Barge le « Palaemon »
Ces routes maritimes étaient étudiées de telle sorte que les barges n’étaient jamais à une distance supérieure de 80 km d’un port où elles pouvaient trouver refuge en cas de problèmes. L’équipage de ces navires était composé de 12 hommes ; 5 hommes à la manœuvre, 6 techniciens de la NASA et 1 chef de mission responsable du transport de modules. Le « Palaemon » ne resta pas longtemps seul.
Bientôt la flotte s’agrandit avec les cadences de production qui augmentaient. Il était rapidement épaulé par les barges « Promise » et « Poseidon » et plus tard la NASA fit encore l’acquisition du navire de débarquement « Point Barrow » de la Navy qui était jusque-là en service dans l’Arctique, puis encore d’un cargo militaire, le « Taurus », pour le transport en haute mer des éléments qui venaient de Californie. Pour les courtes distances entre Michoud et le MFT, se sont encore rajoutées deux barges, la « Little Lake » et la « Pearl River », qui assuraient un service de porte à porte et pouvaient directement accéder au site de test. Puis, il y eut 7 barges tanker pour le transport de l’hydrogène liquide. Chaque bateau était équipé d’un réservoir spécial qui pouvait contenir 875 m3 d’hydrogène liquide chacun.
En plus de tout cela, la NASA fit l’acquisition de moyens de transport aérien, notamment dans un premier temps, d’un Boeing B-377 Stratocruiser, qui fut modifié pour pouvoir transporter les différents éléments de la fusée. Cet aéroplane bizarre, fut rebaptisé par les constructeur, B-377-PG, PG pour « Pregnant Guppy », nom d’un petit poisson, le Guppy, qui de surcroît était enceinte.
Le B-377 « Very Pregnant Guppy »
Le transport aérien permit de gagner 3 semaines de transport par module transporté par rapport au transport fluvial. C’est pour cette raison qu’un second appareil fut acquis. Cet avion a été réalisé à partir de composants de trois B-377. Ses performances et son volume ont été améliorés, à tel point qu’il était possible de transporter, individuellement bien sûr, tous les éléments de toutes les fusées du programme spatial américain. Il a été nommé VPG, pour « Very Pregnant Guppy ».
C’est à « l’Aero Spacelines », nouvelle compagnie aérienne créée par la NASA, que fut confiée l’exploitation de ces avions.
La famille des lanceurs Saturn.
La Saturn-I.
A Huntsville, les ingénieurs et techniciens allaient de l’avant avec la conception de l’étage S-I. Le développement de ce module entre 1958 et son premier vol le 27 octobre 1961, s’est déroulé quasiment sans problème. Mais très bientôt des critiques assassines envers la conception en grappes des moteurs, imaginés par Von Braun, se mirent à fuser. Car dans sa conception, ces modules avaient un « talon d’Achilles », à savoir les turbopompes. Et la S-I n’en avait pas moins de 16 !
Certains plaisantins faisaient la liaison avec une citation historique connue de tous les américains, due à la situation inextricable dans laquelle se trouvait le Général Custer, face à une coalition d’indiens, lors de la bataille de Little Big Horn en 1876 : « Custer’s Last Stand » (l’ultime résistance de Custer).
En allusion à l’appellation que Von Braun a donné aux boosters assemblés en grappe, ces farceurs ont repris cette citation à leur compte pour le railler en la changeant en : « Cluster’s Last Stand » (l’ultime résistance des Clusters).
Effectivement cette construction, avec ses 8 moteurs et 9 réservoirs et tout son système de tuyauterie qui les reliaient les uns aux autres, faisait office de cauchemar pour les assembleurs. Le tout se compliqua encore plus quand l’étage supérieur, le S-IV, s’y rajouta avec ses six moteurs, qui eux n’étaient alimentés que par un seul réservoir unique.
L’étage S-I fut encore quelque peu modifié et eut la dénomination de S-IB.
La Saturn-IB.
Le S-IB n’est ni plus ni moins qu’une version améliorée des lanceurs Saturn I, qui a été conçue au début du programme Apollo. Le cœur du lanceur était un gigantesque réservoir d’oxygène liquide, entouré à la façon d’un barillet de révolver, de 8 autres réservoirs. Quatre étaient destinés à recevoir le carburant, du RP-1 (un kérosène raffiné) et quatre autres pour le comburant (de l’oxygène liquide). Le tout alimentait huit propulseurs. Chaque réservoir de carburant alimentait deux moteurs, mais malgré tout, tous les moteurs et réservoirs étaient reliés entre eux, ce qui permettait une consommation égale de chaque moteur et cela évitait aussi l’arrêt prématuré de l’un ou l’autre des moteurs.
Au-dessus du S-IB, on trouve le S-IVB qui est équipé d’un seul moteur fusée, le J-2, qui sera utilisé ultérieurement comme 3ème étage du lanceur Saturn V.
La Saturn V.
Le lanceur Saturn V a été utilisé par toutes les missions habitées du programme Apollo, à l’exception d’Apollo 7, qui utilisa le lanceur Saturn I-B.
Saturn V utilisait des techniques et des équipements qui avaient été mis à l’épreuve et testés sur les autres programmes de lanceur Saturn I et Saturn IB, mais de nombreux autres composants furent encore crées pour Saturn V.
Ce lanceur est composé de 3 étages différents, le S-IC, le S-II et le S-IVB, couronnés par l’Instrument Unit (UI), qui coordonne la coupure et l’allumage des moteurs et qui gère le système de guidage et de navigation du lanceur.
L’étage S-IC.
Le 1er étage développé par The Boeing Compagny, était équipé de 5 moteurs F-1 qui produisaient 3477 tonnes de poussée. Au bout de 2mn30, les moteurs étaient coupés et l’étage largué. Le S-IC ne peut fournir qu’une poussée unique non dirigeable et une fois coupés, on ne peut plus redémarrer les moteurs fusée. De plus, on ne peut ni orienter la direction de poussée, ni augmenter ou diminuer celle-ci.
Fusée Saturn V
Le S-II.
Le 2ème étage fut développé par la North American Rockwell’s Space Division. Tout comme le S-IC, on ne peut ni varier ou orienter la poussée, ni redémarrer les moteurs une fois coupés. Ses 5 moteurs J-2 lui fournissaient 523 tonnes de poussée.
Le S-IVB.
Le dernier étage du lanceur, est identique à celui utilisé sur la S-IB. Il est construit par Mc Donnell Douglas Aeronautics. Cet étage peut être redémarré. Il n’est doté que d’un seul moteur J-2 qui lui fournissait une poussée de 94 tonnes.
Au-dessus du dernier étage, on trouve l’IU, ou Instrument Unit, réalisé par la société IBM. C’est le cerveau du lanceur. C’est lui qui coordonne toutes les phases de mise en orbite du vaisseau. L’IU effectue les corrections de trajectoires nécessaires grâce à son système de guidage, gère la séparation des étages ainsi que l’allumage des moteurs fusée. C’est une structure fabriquée en trois segments de 120 degrés. Elle est réalisée à partir de minces feuilles d’alliage d’aluminium collées sur une structure en nid d’abeilles. Il a un diamètre de 6,6 mètres pour une hauteur de 0,91 mètre et une masse totale de 2041 kg.
L’Instrument Unit
Au-dessus de l’IU se trouve le « Spacecraft-to-LM-Adapter », juste en-dessous du Module de Commande et de Service. Il renferme le LM, qui permettra à l’équipage de se poser sur la Lune. Une fois envoyé vers la Lune, le CSM est libéré, pivote de 180°, vient s’arrimer avec le LM, puis l’extrait de son carénage. Le S-IVB est ensuite catapulté vers la Lune ou laissé en orbite terrestre.
Au sommet de Saturn V, se trouve le vaisseau Apollo, recouvert de la Launch Escap Tower (LET), qui protège celui-ci lors du lancement et qui permet de se détacher du lanceur en cas d’abandon de la mission. Une fois en orbite, la LET est éjectée.
Les propulseurs.
Généralement un moteur-fusée fonctionne en expulsant des gaz qui sont produits par une réaction chimique exothermique dans une chambre de combustion et qui sont accélérés par une tuyère de Laval. Les capacités d’un moteur-fusée sont principalement caractérisées par sa poussée, c’est-à-dire la force qu’il peut exercer au décollage. Il existe de nombreuses catégories de moteurs. Les principaux sont ceux à ergols solides et ceux à ergols liquides.
Le H-1.
Les premiers moteurs fusée utilisés dans le programme Saturn étaient le H-1. Il a été conçu initialement dès 1950 par le motoriste Rocketdyne pour l’US Army. Il était alimenté par un mélange de Kérosène et d’oxygène liquide. Il développa une poussée de 91 tonnes. Installés par grappes de 8 sur les fusées Saturn I et IB, ils leur conféraient une poussée d’environ 600 tonnes.
Le F-1.
Les origines du moteur F-1 remontent à 1955, lorsque la compagnie Rocketdyne se voit confier par l’Armée de l’Air, la réalisation d’un moteur fusée à forte puissance. Dès le début, le développement progresse très rapidement et en 1957, Rocketdyne fournit à l’Armée de l’Air les spécificités du moteur et commence les tests. En 1958, le projet est tout bonnement abandonné par l’Armée de l’Air, qui considère qu’un moteur de ce type est beaucoup trop puissant pour ses besoins. La toute jeune NASA, qui suivait de près l’élaboration du F-1, décide de reprendre à son compte le projet en 1959.
La conception d’un moteur fusée d’une telle puissance allait surpasser de loin tout ce qui a été réalisé dans ce domaine. Pour obtenir un moteur géant d’une grande fiabilité et mener ce projet à terme le plus rapidement possible, les concepteurs décidèrent d’utiliser une approche conservatrice dans l’élaboration du moteur en choisissant des mécanismes et des concepts ayant déjà fait leurs preuves. Par exemple, le choix des ergols se sont portés sur des substances bien maitrisées, comme l’oxygène liquide et le RP-1, une forme de kérosène spécialement raffiné.
Cinq moteurs équiperont le 1er étage de la fusée Saturn V et lui fourniront une poussée de 3477 tonnes. Le 6 septembre 1966, le F-1 recevait sa qualification complète pour les vols habités.
Le moteur F-1
Le RL-10.
Le RL-10 est un moteur-fusée à ergols liquides, développé par Pratt & Whiney pour le compte de la NASA. Il est le premier engin produit en série à utiliser une combinaison d’hydrogène et d’oxygène liquide comme carburant. Son développement joue un rôle essentiel dans la réussite du programme Apollo en permettant la mise au point de ce nouveau type de propulsion qui sera utilisé par le moteur J-2 du lanceur Saturn V.
Le J-2.
Le J-2 est un moteur qui propulsait les 2ème et 3ème étages de Saturn V, ainsi que le 2ème étage du lanceur Saturn IB. Développé au début des années 1960 par Rocketdyne, c’est le premier moteur cryogénique d’une telle poussée, 103 tonnes, ayant recours à la combinaison particulièrement énergétique hydrogène et oxygène liquide.
Développé pour placer en orbite les vaisseaux avec équipage, le J-2 est conçu pour être un engin particulièrement fiable. C’est le moteur qui a permis à l’homme de conquérir la Lune.
Le moteur J-2 sur son banc d’essai
Le résultat final : Saturn V.
Après avoir été véhiculé, soit par eau ou par air, les différents éléments de la fusée étaient livrés au VAB, leur lieu d’assemblage.
A leur arrivée chaque élément était contrôlé en position horizontale avant d’être basculé à la verticale. La NASA construisit aussi de larges structures cylindriques, les « Spacer » qui pouvaient être mises à la place des étages si l’un d’entre eux devait être retardé. Ces structures avaient la même hauteur et la même masse et contenaient les mêmes connexions électriques que les vrais étages. La fusée, une fois assemblée, était montée sur sa plateforme de lancement dans le VAB.
La structure complète était déplacée vers son pas de tir, à 6 km de là, par un engin mobil, long de 40 mètres et large de 34, disposé sur quatre bogies à deux chenilles chacun : le « Crawler ». Il est mû par 16 moteurs électriques alimentés par six moteurs Diesel de 2750 chevaux chacun, consommant 600 litres de carburant par heure. Il faut environ entre 3300 et 4000 litres de carburant pour amener le Crawler du VAB au pas de tir. Chaque chenille comporte 57 patins en acier d’une masse unitaire de 907 kg. A elle seule, la masse totale de tous les patins est de 413 tonnes. La masse du « Crawler » à vide est de 2700 tonnes. Avec la plateforme de lancement, la tour de servitude haute de 125 mètres et le lanceur, c’est une masse totale de 5000 tonnes qui se déplace à la vitesse maximale de 1km/h. Il fallait environ 9 heures à l’ensemble pour parcourir la distance entre le VAB et l’aire de lancement. Deux cabines permettaient de le piloter. Il fut construit à deux exemplaires, baptisés « Hans » et « Franz » pour un prix unitaires de 14 millions de Dollars US de l’époque.
Le lanceur est placé sur son aire de lancement 36 heures avant le décollage.
Arrivé au pas de tir, le Crawler « dépose » la plateforme avec la fusée et sa tour de lancement, sur un socle, puis se dégage de l’aire de lancement, après quoi vient se fixer à la fusée une seconde tour, la tour de service mobile. Celle-ci a pour fonction de permettre aux techniciens d’intervenir sur le lanceur à tous les étages. Cette tour de service est éloignée de la fusée le jour du lancement.
La tour de lancement sert uniquement à relier au lanceur les cordons ombilicaux, l’alimentant en carburant et en énergie, ainsi qu’à permettre aux astronautes d’accéder à la capsule, grâce à un ascenseur desservant la « White Room » ou salle blanche, sas spécial de 2 m sur 2,3 m et 2 m sous plafond, pouvant accueillir cinq personnes à la fois. A l’intérieur la pression était légèrement plus élevée que la normale afin de garantir un environnement propre dans le Module de Commande. C’est là que l’équipe du chef de Pad, aidait à l’installation des astronautes dans le vaisseau spatial, qui avait lieu entre 3 et 6 heures avant le lancement. Puis les réservoirs sont mis sous pressions.
La « White Room »
Le plus emblématique des chefs de Pad, est sans nul doute le Pad Leader Guenter Wendt. D’origine allemande, il est arrivé aux États-Unis en 1949. Il a été de tous les lancements, depuis le tout premier vol suborbital d’Alan Shepard, jusqu’au dernier vol de la navette Chalenger en 1986.
C’est à cause de son fort accent allemand et de son inflexibilité, que John Glenn l’affubla du sobriquet de « Führer of the Launch Pad », sobriquet qu’il gardera toute sa vie.
Lorsque l’équipage rejoignait la White Room pour embarquer, il était de coutume que les astronautes offrent un cadeau au Chef de Pad.
Michael Collins et Guenter Wendt allaient souvent à la pêche ensemble. C’est ainsi que Collins, en s’embarquant pour la Lune, offrit à Wendt un cadre en bois sur lequel était épinglé une minuscule truitelle congelée ! Wendt raconta qu’il garda longtemps ce cadeau dans son congélateur avant de le confier à un taxidermiste, afin de pouvoir l’accrocher dans son bureau !
L’équipage d’Apollo 14, Shepard, Mitchell et Roosa, offre à Wendt un casque allemand sur lequel il est inscrit « Col. Guenter Klink », en référence à la série télévisée du moment, « Hogan’s Heroes » (Papa Schultz ou Stalag 13 en France) et flanqué de deux croix gammées rouges. L’intégralité de la scène est passée en directe à la télévision, ce qui ne plut pas à Kurt Debus, qui convoquera Guenter Wendt pour lui passer un savon.
Mais le « Pad Führer » n’était pas en reste pour la plaisanterie. Alors que l’équipage d’Apollo 14 vient de lui offrir le casque allemand, Guenter Wendt a remis à Shepard, qu’il a surnommé « The Old Mann » étant donné qu’il était à 47 ans l’astronaute le plus âgé à marcher sur la Lune, une canne blanche sur laquelle il a inscrit « Lunar Explorer Support Equipment » (Equipement de Soutien pour Explorateur Lunaire).
Le « Pad Leader Guenter Wendt » et l’équipage d’Apollo 14 dans la « White Room »
Lors du dernier vol de Gemini, lorsque Lovell et Aldrin arrivent dans la White Room, ils aperçoivent une énorme affiche au-dessus de leur capsule sur laquelle ils peuvent lire : « Last Chance ! No Returns ! Show will close after this performance ! » (Dernière chance, il n’y aura pas de rediffusion. Le spectacle se termine après cette représentation).
Ou quand l’équipage d’Apollo 15 se présente à l’embarquement, Scott et Irwin se voient remettre par Wendt deux permis de conduire géants, car ils seront les premiers à conduire le « Rover lunaire » sur notre satellite.
Séquences de lancement de la fusée Saturn V.
Une mission type utilisait la fusée pour un total d’environ vingt minutes. Quoiqu’Apollo 6 et Apollo 13 connurent des pannes moteurs, les ordinateurs de bord furent capables de compenser en laissant fonctionner les moteurs restants plus longtemps et aucun des lancements Apollo ne se termina par une perte de la charge utile.
Séquence du S-IC
Le premier étage fonctionnait pendant 2,5 minutes, hissant la fusée à une altitude de 61 km avec une vitesse de 8600 km/h après avoir brûlé 2000 tonnes d’ergols.
A T-30 minutes, le pas de tir état entièrement évacué et le bras supérieur de la tour de lancement qui contient la « White Room » se détache du lanceur et est mis en position d’attente.
Il sera complètement rétracté contre la tour à T-5 minutes, mais il peut être ramené en moins de trente secondes contre le vaisseau Apollo en cas de problème.
Le fait de détacher la salle blanche du lanceur, permet d’armer le système d’éjection, puisqu’il ne peut pas être mis à feu lorsque la « White Room » est connectée au Module de Commande.
A 8,9 secondes avant le lancement, la séquence d’allumage du 1er étage démarrait. Le moteur central s’allumait en premier, suivi par les deux paires de moteurs symétriques avec un décalage de 300 millisecondes pour diminuer les efforts mécaniques sur la fusée. Quatre bras de maintien au sol, appelés « Hold Down Arms » (HDA), retiennent le lanceur à la mise à feu, jusqu’à ce que la poussée des moteurs soit suffisante. L’ensemble des quatre bras étaient capable de retenir une force verticale de 725 000 tonnes !
Une fois que l’atteinte de la poussée maximale était confirmée par les ordinateurs de bord, la fusée était « relâchée en douceur », les bras qui maintenaient la fusée se déverrouillaient pour la libérer.
En plus des 4 HDA, trois mats de service, les « Tail Service Mast », sont positionnés à la base de Saturn V assurant le passage des câbles électriques, des lignes de carburants, des lignes hydrauliques et pneumatiques pour le 1er étage du lanceur.
Tandis que la fusée commençait à accélérer verticalement, ils sont rétractés automatiquement grâce à un système hydraulique, basculant dans une structure métallique qui les protège des flammes des moteurs, jusqu’à relâcher totalement le lanceur. Au même moment, tous les systèmes de liaisons et d’alimentation sont automatiquement déconnectés du lanceur. Cette dernière opération durait une demi-seconde.
A partir de ce moment, aucun retour en arrière n’était envisageable ; si un moteur avait un fonctionnement défectueux, la fusée ne pouvait plus être récupérée sur le pas de tir.
Il fallait à peu près 12 secondes à la fusée pour s’éloigner de la tour de lancement. Une fois qu’elle l’avait dépassée, elle réalisait un mouvement de pivotement pour s’éloigner convenablement de la zone de tir.
À une altitude de 130 mètres, la fusée commençait à prendre du roulis ainsi qu’à basculer pour avoir le bon azimut.
Par précaution, les quatre moteurs périphériques étaient inclinés vers l’extérieur, de manière à ce que si un moteur vînt à s’arrêter, la poussée des moteurs restants fût dirigée vers le centre de gravité de la fusée. Saturn V accélérait rapidement, atteignant la vitesse de 500 m/s à 2 km d’altitude. La priorité de la phase préliminaire du vol était de prendre de l’altitude, le critère de vitesse venant plus tard.
Après à peu près 80 secondes, la fusée atteignait le point de pression dynamique maximale à une altitude de 13183 mètres, connue sous le nom de Max Q. La pression dynamique sur une fusée est proportionnelle à la densité de l’air autour de la fusée et au carré de la vitesse. Au fur et à mesure que la vitesse de la fusée augmente avec l’altitude, la densité de l’air, elle, décroît.
À 135,5 secondes, le moteur central s’éteignait pour diminuer les contraintes structurelles sur la fusée dues à l’accélération. Cette opération était imposée par le fait que la fusée s’allégeait au fur et à mesure de la consommation des ergols. 600 millisecondes après l’extinction du moteur, le premier étage se séparait avec l’aide de huit petits moteurs à poudre. Juste avant que ne soit largué le premier étage, l’équipage subissait sa plus forte accélération, 4 g. Ceci se passait à une altitude d’environ 62 km.
Après séparation, le premier étage continuait sa trajectoire jusqu’à une altitude de 110 km. En effet, les moteurs périphériques continuaient à fonctionner jusqu’à ce que les capteurs dans les dispositifs d’aspirations ne mesurent l’épuisement d’un des deux ergols.
Puis le premier étage retombait dans l’océan Atlantique à peu près 560 km du pas de tir.
Séparation du 1er étage de Saturn V
Séquence du S-II.
Après la séquence de fonctionnement du S-IC, l’étage S-II prenait le relais et, en 6 minutes, propulsait la fusée à une altitude de 185 km ainsi qu’à une vitesse de 24 600 km/h, valeur proche de la vitesse orbitale.
Le second étage suivait une procédure d’allumage en deux temps, qui a varié pendant les différents lancements de Saturn V. Pour les deux premières missions inhabitées de la fusée, le premier temps consistait en l’allumage pendant 4 secondes de huit moteurs d’appoint à poudre, de manière à ré-accélérer le lanceur. Puis les 5 moteurs J-2 rentraient en fonctionnement. Pour les sept premières missions Apollo habitées, seuls quatre moteurs d’appoint étaient utilisés. Pour les quatre derniers lancements de Saturn, les quatre moteurs inutilisés furent même retirés.
Le deuxième temps de la procédure consistait en la séparation de la jupe inter-étage, à peu près 30 secondes après le largage du premier étage. Cette manœuvre de séparation demandait une grande précision, car il ne fallait pas que l’inter-étage touche les moteurs, sachant qu’il passait à un mètre d’eux. Au même moment que l’inter-étage se séparait, la tour de sauvetage était larguée.
Environ 38 secondes après l’allumage du second étage, le dispositif de guidage de Saturn V passait d’une consigne préenregistrée pour l’assiette de vol à un dispositif de guidage en boucle, contrôlé par l’Instrument Unit, tels qu’accéléromètres et mesure de l’altitude. Si les ordinateurs de bord emmenaient la fusée hors des limites des trajectoires acceptables, l’équipage pouvait soit annuler la mission soit prendre le contrôle du lanceur en utilisant un des manches rotatifs de pilotage localisés dans la capsule.
Environ 90 secondes avant la séparation du deuxième étage, le moteur central s’éteignait pour diminuer les oscillations longitudinales connues sous le nom de « effet pogo ». Un dispositif d’élimination de l’effet pogo fut mis en place à partir d’Apollo 14, mais le moteur central était toujours éteint en avance. Environ au même moment, le débit de l’oxygène liquide diminuait, modifiant ainsi le ratio de mélange des deux ergols, tout en assurant qu’il restait aussi peu d’ergols que possible dans les réservoirs à la fin de la séquence de vol du second étage.
Il y avait cinq capteurs au fond de chaque réservoir du S-II. Une fois que deux d’entre eux étaient découverts, les dispositifs de contrôle de Saturn V initiaient la séquence de changement d’étage. Une seconde après l’extinction du deuxième étage, ce dernier se séparait et un dixième de seconde plus tard le troisième étage s’allumait. Des rétrofusées à poudre montées sur l’inter-étage au sommet du deuxième étage se mettaient en marche pour aider le second étage vide à s’éloigner du reste du lanceur. L’étage S-II retombait à peu près à 4200 km du site de lancement.
Séquence du S-IVB
Le troisième étage fonctionnait pendant les 2,5 minutes suivantes.
Contrairement à la précédente séparation d’étages, il n’y avait pas de séparation pour l’inter-étage. L’inter-étage entre les second et troisième étages restait attaché au second étage, quoiqu’il fût construit comme une composante du troisième étage.
10 minutes et 30 secondes après son décollage, Saturn V était à 164 km d’altitude ainsi qu’à 1700 km de distance au sol du site de lancement. Quelques instants plus tard, après des manœuvres de mise en orbite, le lanceur était sur une orbite terrestre basse de 180 km d’altitude.
Une fois sur cette orbite dite « parking », le S-IVB et le vaisseau spatial, restés attachés, réalisaient deux tours et demi autour de la Terre pendant que les astronautes examinaient le vaisseau et le reste de la fusée pour s’assurer que tout était en parfait état de marche et préparer le vaisseau pour la manœuvre d’injection « translunaire » (TLI).
La manœuvre TLI intervenait à peu près 2 heures et demie après le lancement, lorsque le troisième étage se rallumait pour propulser le vaisseau spatial vers la Lune. La deuxième mise à feu du S-IVB durait 6 minutes et amenait le vaisseau à une vitesse supérieure à 10 km/s, vitesse suffisante pour s’échapper de l’attraction terrestre.
Quelques heures après la manœuvre TLI, le module de commande et de service Apollo se séparait du troisième étage, pivotait de 180°, puis s’arrimait au module lunaire pour l’extraire de son carénage.
S’il était resté sur la même trajectoire que le vaisseau Apollo, le troisième étage aurait pu présenter un danger pour la suite de la mission. Pour éviter cela, les ergols restants dans les réservoirs étaient évacués du moteur, ce qui changeait sa trajectoire. À partir d’Apollo 13, les contrôleurs dirigeaient le troisième étage vers la Lune. Des sismographes déposés sur la Lune par les missions précédentes détectaient les impacts et les données enregistrées ont contribué à étudier la composition intérieure de la Lune. Avant Apollo 13 (sauf Apollo 9 et Apollo 12), les troisièmes étages étaient positionnés sur une trajectoire passant à proximité de la Lune qui les renvoyaient vers une orbite solaire. Apollo 9 quant à lui fut dirigé directement vers une orbite solaire.
L’étage S-IVB d’Apollo 12 rencontra un destin tout différent. Le 3 septembre 2002, l’astronome amateur Bill Yeung découvrit un astéroïde suspect à qui il donna le nom provisoire de J002E3. Mais après des analyses spectrales, il se révéla être couvert d’une peinture blanche de dioxyde de titane, la même que celle utilisée pour Saturn V. Les contrôleurs de mission avaient prévus d’envoyer le S-IVB d’Apollo 12 en orbite solaire mais l’allumage moteur après la séparation du vaisseau Apollo dura trop longtemps et le troisième étage passa trop près de la Lune et finit sur une orbite à peine stable autour de la Terre et de la Lune. On pense qu’en 1971, suite à une série de perturbations gravitationnelles, le S-IVB se plaça sur une orbite solaire puis revint sur une orbite terrestre 31 ans plus tard. En juin 2003, ce troisième étage quitta l’orbite terrestre.
En cas de défaillance en vol nécessitant la destruction de la fusée, le lanceur Saturn V disposait d’un système facilitant la dispersion des ergols afin d’éviter qu’ils ne forment un mélange explosif. Celui-ci est activé une fois que le vaisseau Apollo contenant l’équipage s’est séparé du lanceur grâce à l’action de la tour de sauvetage. Le responsable de la sécurité du vol transmet par radio un ordre d’interruption de la mission, qui est reçu par des antennes situées au sommet de chaque étage et qui sont elles-mêmes reliées aux systèmes de destruction. Ceux-ci déclenchent alors la mise à feu de cordons explosifs placés sur les réservoirs qui les éventrent en libérant les ergols. Après l’éjection de la tour de sauvetage, ces charges étaient désamorcées.
Saturn V en quelques chiffres.
Vu du sol, le lancement d’une fusée Saturn est un spectacle terrifiant que seul, parmi les phénomènes crées par l’homme, une explosion nucléaire peut surpasser !
A l’heure actuelle aucun lanceur spatial n’a surpassé la fusée Saturn V, ni en hauteur ni en poids, ou en charge utile. En puissance, il n’y a que la fusée soviétique Energia qui pouvait atteindre une poussée semblable à Saturn V. Mais cette fusée, qui était prévue pour satelliser la navette Bourane, ne fit que deux vols d’essai en 1987 et 1988 et ne fut jamais opérationnelle.
Les mensurations du lanceur Saturn V était vraiment hors normes et ne laissaient pas indifférent.
Avec ses 111 mètres de haut, elle était de loin la plus grande fusée existante. Son diamètre était de 10,10 mètres à sa base et elle avait une masse de 2900 tonnes réservoirs pleins. Il lui fallait 3’650’000 litres d’ergols, soit 2722 tonnes de carburant.
A lui seul le 1er étage de Saturn V consomme 2000 tonnes d’ergols, à raison de 13 tonnes par secondes, soit l’équivalent d’environ 233 réservoirs de voitures ! Les 5 moteurs F-1 produisent une poussée d’environ 3500 tonnes et libèrent 160 millions de chevaux. La vitesse atteinte en fin de combustion de ce 1er étage est de 2400 m/s. Pour alimenter les 160 millions de chevaux, une pompe d’une puissance de 140 000 chevaux était nécessaire afin de pouvoir déverser les 13 tonnes d’ergols par secondes dans les chambres de combustion. La puissance de 160 millions de chevaux ne peut être comparée, car aucune autre machine mobile de cette puissance, n’a pour l’instant été inventée par l’homme !
Les flammes qui sortaient des cinq tuyères étaient longues de 500 mètres, soit 5 fois la longueur du lanceur.
Si cette cargaison avait explosée, sa déflagration aurait été équivalente à celle d’une bombe de 500’000 kg de TNT ! Ce qui représenterait 1/26ème de la bombe d’Hiroshima !
Les secousses engendrées par la fusée d’Apollo 11 au décollage étaient telles, que le toit de la tribune de presse située à 5 kilomètres du pas de tir s’est effondrée, blessant au passage plusieurs journalistes.
Ce gigantesque lanceur génère 85 fois plus de puissance que le barrage Hoower et la puissance combinée des deux premiers étages génère en 8 minutes et 30 secondes une énergie capable d’alimenter une ville comme New-York pendant 1h15.
Au décollage de nuit d’Apollo 17, les flammes dégagées par le premier étage, étaient visibles en Caroline du Nord et au sud de Cuba, soit à 1000 km de distance, apparaissant comme un Soleil en pleine nuit !
Le bruit engendré par la fusée au décollage, atteint allègrement 175 dB, un niveau sonore capable de déchirer les tympans et de provoquer une perte immédiate de l’audition ! Sur la fameuse plage de Cocoa Beach située à 40 km au sud du pas de tir, le bruit du décollage était encore entre 77 et 95 dB.
Pour les astronautes dans la capsule, grâce à l’isolation et aux équipements qu’ils portaient, le bruit n’était « que » de 85 à 90 dB ! La fusée Saturn V serait la machine produite par l’Homme ayant généré le plus grand nombre de décibels.
Au moment de l’allumage des 5 moteurs, la poussée est de 3500 tonnes et la masse de gaz à très haute température éjectée est de 13 tonnes par secondes. Afin de réduire le bruit et aussi pour protéger le béton du pas de tir, on noie ce dernier sous un déluge d’eau, grâce au « Sound Suppression System ». Une masse de 1,4 millions de litres d’eau sont déversés sur le pas de tir grâce à des canalisations de 2,1 mètres de diamètre, provenant d’un château d’eau situé à proximité, le tout avec un débit de 106’000 litres par minute.
Il faut savoir que tout dans le programme lunaire était traçable. Ainsi pour un simple boulon en acier on pouvait remonter jusqu’à la mine où le fer avait été extrait.
De 1964 à 1973, un total de 6,5 milliards de dollars a été dépensé pour le programme Saturn V.
C’est en 1966 que l’effort financier annuel a été le plus élevé avec une somme de 1,2 milliards de dollars.
Conclusion.
Wernher Von Braun a réussi à relever le défi lancé par Kennedy. C’est grâce à lui et son équipe, que les États-Unis ont pu se hisser au premier rang mondial de la conquête de l’espace.
Le programme Saturn et la conception du lanceur, ont modifié au plus profond l’industrie et la recherche américaine de l’époque.
Le taux de réussite des lancements des fusées Saturn a été de 100%. Aux yeux du monde entier le programme Saturn est une démonstration magistrale du savoir-faire américain et de sa supériorité sur l’astronautique soviétique, qui au même moment accumulait des échecs successifs, notamment avec leur fusée lunaire géante N1.
Depuis le programme Saturn et Apollo qui ont permis à l’homme de fouler le sol lunaire, plus aucun projet spatial aussi ambitieux n’a été réalisé. Sans doute que les conjonctures politiques actuelles y sont pour beaucoup, la motivation première de l’époque, la course entre le bloc soviétique et occidental n’étant plus. Une fois la Lune conquise, les ambitions ont été revues à la baisse des deux côtés du rideau de fer. Actuellement l’objectif est plutôt de fédérer les connaissances et les moyens entre pays.
La conquête palpitante de l’espace des années 60 est terminée, de nouveaux objectifs sont en vue. Peut-être verrons-nous à nouveau un jour pointer vers le ciel un vaisseau aussi merveilleux que Saturn V, qui emmènera l’homme vers des horizons nouveaux, l’avenir nous le dira.
