Module Lunaire

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Module Lunaire

Module lunaire Apollo

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Module lunaire du programme Apollo
Apollo 16 LM.jpg
Dimensions
Hauteur 7 m
Diam√®tre 4,27 m
Empattement 9,45 m
Masse totale 15 094 kg / 16 437 kg¬Ļ
Volume habitable 6,65 m3
√Čtage de descente
Masse √† vide 2 033 kg / 2 792 kg¬Ļ
Pouss√©e moteur de descente : 45 040 N (4 477 kg)
Ergols : Peroxyde d'azote/A√©rozine 50
7 899 kg / 8 355 kg¬Ļ
√Čtage de remont√©e
Masse √† vide 2 132
Masse totale¬≤ 4 889 kg / 4 967 kg¬Ļ
Pouss√©e moteur d'ascension : 15 600 N (1 460 kg)
Ergols : Peroxyde d'azote/A√©rozine 50
2 376 kg
Pouss√©e moteurs de contr√īle d'attitude x 16: 445 N (45 kg)
Ergol : 274 kg
Performances
Eau 137 litres / 225 l (39 l dans √©tage de remont√©e)¬Ļ
√Čnergie √©lectrique 2 280 A-h / 2 667 A-h (592 A-h dans √©tage de remont√©e)¬Ļ
Autonomie 35 h / 67 h¬Ļ
Delta v descente 2 470 m/s
mont√©e 2 220 m/s
¬Ļ √Ä partir d'Apollo 15 ¬≤Au d√©collage de la Lune
Source : Apollo by the numbers NASA ref SP-2000-4029
John Houbolt expliquant le scénario du LOR qu'il réussit à promouvoir non sans difficulté

Le module lunaire ou LEM (pour Lunar Excursion Module) ou LM (pour Lunar Module)[N 1] est le v√©hicule spatial utilis√© dans le cadre du programme spatial am√©ricain Apollo (1961-1972) pour d√©barquer des hommes sur la Lune. Son r√īle est de faire atterrir sur la Lune deux des trois membres d'√©quipage du vaisseau Apollo avec des √©quipements scientifiques, de leur permettre d'y s√©journer de deux √† quatre jours avant de d√©coller pour rejoindre le Module de Commande et de Service (CMS) rest√© en orbite lunaire et charg√© de ramener l'√©quipage sur Terre.

Lorsque en 1961 le pr√©sident des √Čtats-Unis, John Fitzgerald Kennedy, fixe comme objectif √† l'agence spatiale am√©ricaine d'envoyer des hommes sur la Lune avant la fin de la d√©cennie, le programme spatial am√©ricain est encore balbutiant. Apr√®s avoir √©tudi√© plusieurs configurations pour le vaisseau spatial, la NASA choisit en 1962 d'avoir recours au LEM, module d√©di√© au d√©barquement sur la Lune, malgr√© les interrogations que suscitent √† cette √©poque le recours au rendez-vous orbital lunaire (LOR) que sous-tendait ce choix. Seule cette solution permettait en effet de tenir l'√©ch√©ance fix√©e, en r√©duisant la masse √† satelliser et en limitant les co√Ľts et les risques techniques.

Le LEM comporte deux √©tages : un √©tage de descente dont le r√īle principal est de faire atterrir verticalement le module lunaire gr√Ęce √† un moteur √† pouss√©e variable et un √©tage de remont√©e dot√© de son propre moteur et dans lequel se situe la cabine pressuris√©e o√Ļ s√©journent les astronautes. Malgr√© la complexit√© de sa mission et une contrainte de masse tr√®s s√©v√®re (15 tonnes), le LEM a r√©ussi √† cinq reprises √† amener sans d√©faillance grave et faire s√©journer 2 hommes dans un environnement lunaire particuli√®rement hostile et √† l'√©poque mal connu.

La conception et la construction du module lunaire ont √©t√© r√©alis√©es sous la ma√ģtrise d'Ňďuvre de la soci√©t√© a√©rospatiale Grumman entre 1962 et 1969. Quinze modules lunaires ont √©t√© construits, dont dix ont vol√© et six atterri sur le sol lunaire au cours de la p√©riode 1969-1972. Le module lunaire de la mission Apollo 13 a permis de sauver l'√©quipage en se substituant au Module de Commande et de Service d√©faillant. Le programme Constellation qui doit permettre de d√©barquer des hommes sur la Lune √† l'horizon 2020 a d'ailleurs repris une grande partie des solutions d√©velopp√©es pour le LEM.

Sommaire

Contexte : le choix du rendez-vous orbital lunaire (1961-1962)

Article d√©taill√© : programme Apollo.
Sc√©nario du vol direct : maquette du vaisseau spatial qui devait se poser sur la lune (NASA en 1962). Les modules de commande et de service perch√©s en haut donnent l'√©chelle.
Comparaison des tailles de véhicules lunaires selon la méthode retenue (la taille dans le mode LOR est sous-estimée)

En 1959, l'agence spatiale am√©ricaine lance des √©tudes dans une perspective √† long terme pour d√©terminer les techniques permettant d'envoyer des hommes sur la Lune. Trois sc√©narii principaux se d√©gagent[1] :

  • L'envoi direct d'un vaisseau sur la Lune (Direct Ascent) ; une fus√©e de forte puissance, de type Nova, propulse le vaisseau complet (v√©hicule lunaire et vaisseau utilis√© pour le retour sur Terre) vers la Lune ; l'ensemble atterrit sur la Lune puis en red√©colle avant de retourner sur la Terre.
  • Le rendez-vous orbital autour de la Terre (EOR Earth-Orbit Rendez-vous) : pour limiter les risques et le co√Ľt de d√©veloppement de la fus√©e g√©ante que n√©cessite le premier sc√©nario, les composants du vaisseau sont envoy√©s en orbite terrestre par 2 fus√©es (ou plus) moins puissantes. Ces diff√©rents √©l√©ments sont assembl√©s en orbite par des astronautes qui utilisent √©ventuellement une station spatiale comme base logistique. Le d√©roulement du vol du vaisseau, par la suite, est similaire √† celui du premier sc√©nario.
  • Le rendez-vous orbital autour de la Lune (LOR pour Lunar Orbital Rendez-vous) : une seule fus√©e est requise mais le vaisseau envoy√© vers la Lune comporte 2 sous-ensembles qui se s√©parent une fois que l'orbite lunaire est atteinte : le module dit lunaire atterrit avec une partie de l'√©quipage sur la Lune et en red√©colle pour ramener les astronautes jusqu'au module dit de commande, rest√© en orbite autour de la lune, qui prend en charge le retour des astronautes √† Terre. Cette solution permet d'√©conomiser du poids par rapport aux 2 autres sc√©narii (beaucoup moins de combustible est n√©cessaire pour l'atterrissage et le d√©collage) et permet de concevoir un vaisseau optimis√© pour l'atterrissage et le s√©jour sur la Lune. La fus√©e √† d√©velopper est moins puissante que celle requise par le premier sc√©nario.

Lorsque le pr√©sident am√©ricain John Kennedy donne √† la NASA le 25 mai 1961 l'objectif de faire atterrir des hommes sur la Lune avant la fin de la d√©cennie, l'√©valuation de ces 3 m√©thodes, est encore peu avanc√©e. La NASA n'a pas encore r√©alis√© un seul v√©ritable vol spatial habit√© (le premier vol orbital de la capsule Mercury n'a lieu qu'en septembre 1961)[N 2]. L'agence spatiale a du mal √† √©valuer l'ampleur des difficult√©s soulev√©es par les rendez-vous entre engins spatiaux et elle ne ma√ģtrise pas l'aptitude des astronautes √† supporter de longs s√©jours dans l'espace et √† y travailler ; ses lanceurs ont essuy√© une s√©rie d'√©checs, ce qui l'incite √† la prudence dans ses choix techniques. La NASA est consciente que le choix de la m√©thode conditionne les caract√©ristiques des v√©hicules spatiaux et des lanceurs √† d√©velopper, et que tout retard pris dans cette d√©cision p√®se sur une √©ch√©ance tr√®s proche, compte tenu des d√©fis techniques √† relever. Mais les responsables de la NASA vont mettre plus d'une ann√©e, pass√©e en √©tudes et en d√©bats, avant de s√©lectionner un des trois sc√©narios.

Le LOR est initialement la solution qui a le moins de partisans malgr√© les arguments d√©taill√©s avanc√©s par son plus ardent d√©fenseur John C. Houbolt du Centre de Recherche de Langley. Aux yeux de beaucoup de sp√©cialistes et responsables de la NASA, le rendez-vous autour de la Lune entre module lunaire et module de commande para√ģt instinctivement trop risqu√© : si le rendez-vous √©choue, les astronautes occupant le module lunaire n'ont pas le recours de freiner leur engin pour se laisser redescendre sur la Terre : ils sont condamn√©s √† tourner ind√©finiment autour de la Lune. Les avantages de ce sc√©nario, en particulier le gain sur la masse √† satelliser (45 tonnes avec le LOR contre 70 tonnes en vol direct), sont rejet√©s sans √©tude s√©rieuse. Houbolt, d√©sesp√©r√©, envoie √† deux reprises un courrier √† Robert Seaman le num√©ro deux de la NASA, en lui demandant d'intervenir pour que la m√©thode qu'il pr√©conise soit √©tudi√©e sur le fond et non pas rejet√©e sur la base d'id√©es pr√©con√ßues. En proc√©dant ainsi il court-circuitait plusieurs niveaux hi√©rarchiques et mettait en grand danger son avenir √† la NASA[2],[N 3]. Toutefois, au fur et √† mesure que les autres sc√©narios sont approfondis le LOR gagne en cr√©dibilit√© : les partisans du vol direct - Max Faget et ses hommes du Centre des Vols Habit√©s - se rendent compte de la difficult√© de faire atterrir un vaisseau lourd sur le sol irr√©gulier et aux caract√©ristiques incertaines de la Lune[3]. Wernher von Braun et l'√©quipe qu'il dirige au Centre de vol spatial Marshall, partisan d'un rendez-vous orbital terrestre finit lui-m√™me par √™tre convaincu que le choix du LOR est le seul qui permettra de tenir l'√©ch√©ance fix√©e par le pr√©sident Kennedy[3]

Au d√©but de l'√©t√© 1962, alors que les principaux responsables de la NASA se sont tous convertis au sc√©nario du rendez-vous orbital lunaire, leur choix se heurte au v√©to de Jerome B. Wiesner conseiller scientifique du pr√©sident Kennedy. Finalement, la solution du LOR est, malgr√© tout, ent√©rin√©e le 7 novembre 1962[4]. D√®s le 25 juillet, 11 soci√©t√©s a√©rospatiales am√©ricaines sont sollicit√©es pour la construction du module lunaire sur la base d'un cahier des charges √©tabli par la NASA. Celui-ci √©nonce dans ses grandes lignes les caract√©ristiques du module lunaire √† fabriquer - type de propergol, dur√©e de la mission (2 jours), taille de l'√©quipage (2 personnes), nombre d'√©coutilles, pr√©sence d'un syst√®me de navigation et de pilotage - ainsi que le d√©roulement d'une mission type. Une partie des fournitures est supervis√©e directement par la NASA (l'ordinateur de navigation, les scaphandres, les exp√©riences scientifiques). La s√©curit√© de l'√©quipage doit √™tre assur√©e avec un taux de 99,9 %, tandis que le taux de fiabilit√© du LEM est fix√© √† 99,5 %[5].

Une phase de conception laborieuse (1963-1964)

Le Centre spatial Marshall de la NASA Houston assiste Grumman dans la phase de conception et réalise les tests de réception
Manuel de familiarisation distribu√© par le ma√ģtre d'Ňďuvre Grumman √† ses employ√©s (1964)

Le 7 novembre 1962, la soci√©t√© Grumman[N 4] remporte l'appel d'offres. Ce constructeur am√©ricain du c√©l√®bre chasseur embarqu√© (Hellcat et, par la suite, du F14) avait, jusque l√†, soumissionn√© sans succ√®s √† plusieurs appels d'offres de la NASA. Grumman tient √† p√©n√©trer le march√© de l'a√©rospatiale et avait mobilis√© une importante √©quipe d'ing√©nieurs pour travailler √† la conception du futur module lunaire avant m√™me le lancement de l'appel d'offres.

L'interlocuteur de Grumman au sein de la NASA sera le Centre des Vols Habit√©s de la NASA (Manned Spacecraft Center ou MSC) qui vient d'emm√©nager au Centre Spatial de Houston (aujourd'hui Centre Spatial Lyndon B. Johnson ou JSC). Ce dernier doit assister Grumman dans la phase de sp√©cifications et a en charge la qualification du module lunaire. Apr√®s un round de n√©gociations, destin√© √† figer la distribution des t√Ęches et des proc√©dures, la r√©mun√©ration de Grumman est fix√©e √† 385 millions $ incluant un b√©n√©fice de 25 millions pour Grumann, bien que les contractants n'aient, √† l'√©poque, qu'une id√©e peu pr√©cise de l'engin √† construire[4].

Le projet part avec un handicap d'un an par rapport aux autres composants du programme Apollo, notamment le CSM. D√©but 1963, les ing√©nieurs de Grumman, bas√©s √† Bethpage, Long Island (√Čtat de New York), commencent √† travailler sur l'architecture g√©n√©rale du module lunaire. Au cours des premiers √©changes avec la NASA, on √©voque un vaisseau spatial de 3 m√®tres de diam√®tre et de 4,5 m√®tres de haut pesant environ 11 tonnes comportant une partie habitable de la taille et de la forme d'une cabine d'h√©licopt√®re[6].

Un étage de remontée profondément remanié

Au fur et à mesure de l'avancement des études beaucoup de ces caractéristiques vont être remises en question.

Les hublots qui reprenaient, dans la proposition de d√©part, la disposition bomb√©e d'une cabine d'h√©licopt√®re pour procurer la vision la plus compl√®te au pilote (ce qui √©tait jug√© essentiel pour les manŇďuvres d√©licates d'atterrissage et de rendez-vous) voient leur taille se r√©duire, pour des raisons de rigidit√© structurelle et de contr√īle thermique, √† 2 petits triangles de verre inclin√©s vers le bas repr√©sentant 10 % de la surface initiale.

Deux possibilit√©s d'arrimage au module de commande et de service Apollo √©taient pr√©vues : une √©coutille plac√©e au sommet de l'√©tage de remont√©e devait √™tre utilis√©e avant le d√©barquement sur la Lune, tandis que l'√©coutille situ√©e sur la face avant √©tait utilis√©e au retour lors du rendez-vous orbital lunaire pour permettre au pilote de contr√īler visuellement son approche √† travers les hublots : finalement, pour gagner en poids (s'il y a arrimage, il faut un tunnel et des renforts structurels), un petit hublot est ajout√© dans la partie sup√©rieure de l'√©tage de remont√©e permettant d'utiliser √©galement l'√©coutille sup√©rieure au retour[7].

Les ergols utilis√©s par les moteurs de remont√©e ont une masse diff√©rente. Chaque type d'ergol est r√©parti dans deux r√©servoirs pour permettre une r√©partition sym√©trique de la masse. Ce sch√©ma retenu pour l'√©tage de descente est abandonn√© dans l'√©tage de remont√©e : chaque type d'ergol sera stock√© dans un seul r√©servoir. La distance entre chaque r√©servoir et l'axe de pouss√©e sera diff√©rente pour ne pas d√©s√©quilibrer le vaisseau. Cette disposition donne une apparence nettement dissym√©trique √† la silhouette de l'√©tage de remont√©e[8].

Pour √©conomiser le poids et le volume de la cabine, les si√®ges des astronautes sont remplac√©s par de simples harnais qui maintiennent les astronautes dans les phases d'impesanteur ou de forte acc√©l√©ration : cette solution, viable dans le contexte de gravit√© g√©n√©ralement nulle ou faible de la mission, est accept√©e par les astronautes ; elle permet au pilote, plus proche du hublot (dans une position de conducteur de tramway dit l'astronaute Conrad), d'avoir une meilleure visibilit√© sur l'ext√©rieur[7].

Des essais dans un environnement simulant la gravit√© lunaire remettent en cause le dessin de l'√©coutille avant ainsi que la m√©thode propos√©e pour la descente sur le sol lunaire (une corde). On donne alors une forme carr√©e √† l'√©coutille (elle √©tait ronde √† l'origine), et on l'agrandit fortement pour que les astronautes puissent passer sans encombre ; une plate-forme est ajout√©e devant l'√©coutille ainsi qu'une √©chelle √† son aplomb port√©e par une des jambes du train d'atterrissage[9].

Deux solutions sont √©tudi√©es pour le positionnement des √©quipements : √† l'int√©rieur de la cabine pressuris√©e, √† port√©e de main des astronautes, ou √† l'ext√©rieur. La solution retenue est un compromis : une partie des √©quipements est log√©e √† l'ext√©rieur de la cabine pressuris√©e (essentiellement sur la face arri√®re). Le vaisseau ne doit voler que dans le vide spatial : les ing√©nieurs en tirent les cons√©quences et √©liminent dans la forme ext√©rieure tout ce qui rel√®ve d'une recherche d'a√©rodynamisme et accro√ģt le volume pressuris√©. La forme r√©sultante, peu esth√©tique vaut au module lunaire les surnoms de ¬ę punaise ¬Ľ (bug) et ¬ę araign√©e ¬Ľ (spider).

Ces modifications ainsi que d'autres non citées donnent à la cabine des formes si torturées que, dans certains cas, les ingénieurs de Grumman choisissent d'assembler les éléments de la structure du LEM par rivetage (au lieu de la soudure) au grand mécontentement des représentants de la NASA qui émettront longtemps des doutes sur l'étanchéité de la cabine pressurisée[8].

D√©but mai 1963 plusieurs caract√©ristiques importantes ne sont toujours pas d√©finies et la masse du module lunaire continue de cro√ģtre. Toutefois, l'√©volution pr√©visible de la puissance de la fus√©e Saturn V donne de la marge puisque celle-ci peut d√©sormais emporter un module lunaire de 13 tonnes contre les 9 tonnes pr√©vues au lancement de l'appel d'offres.

Le sol lunaire, cet inconnu

La configuration du train d'atterrissage est l'objet de nombreux d√©bats car les ing√©nieurs ne disposent jusqu'en 1966 d'aucune donn√©e pr√©cise sur la consistance du sol lunaire[N 5]. Dans le doute, la NASA modifie ses sp√©cifications initiales en demandant √† Grumman de faire passer la taille des semelles situ√©es √† l'extr√©mit√© des jambes du train d'atterrissage de 22 √† 91 cm de diam√®tre. Mais dans cette nouvelle configuration le LEM ne tient plus dans le car√©nage qui doit l'accueillir au sommet de la fus√©e Saturn V : il faut donc pr√©voir un train d'atterrissage articul√© qui ne sera d√©pli√© qu'une fois le module lunaire extrait de son car√©nage. Pour des raisons d'encombrement √©galement le nombre de jambes passe de cinq √† quatre apr√®s avoir envisag√© de le r√©duire √† trois. Cette derni√®re solution est √©cart√©e car elle aurait condamn√© √† mort les astronautes en cas de rupture d'une jambe √† l'atterrissage[7].

Des moteurs complètement nouveaux

Moteur de l'étage de remontée
Le LGC ordinateur également présent dans le module de commande

Le module lunaire doit disposer de deux moteurs-fus√©e de conception nouvelle (1 par √©tage) et de 16 petits moteurs de contr√īle d'attitude regroup√©s par grappes de quatre et situ√©s sur l'√©tage de remont√©e.

Le moteur de l'√©tage de descente a des caract√©ristiques qui en font sans doute la plus grande innovation technique de tout le projet Apollo dans le domaine des moteurs : pour pouvoir poser le LEM sur la Lune, la pouss√©e du moteur doit √™tre √† la fois orientable (de 6¬į maximum[10] par rapport √† l'axe vertical) et surtout modulable entre 4,7 et 43,9 kN[N 6],[10]). Pour limiter le risque, Grumman demande √† 2 industriels de construire un prototype en se proposant de s√©lectionner √† l'√©ch√©ance le projet le plus abouti : la soci√©t√© Rocketdyne propose de moduler la pouss√©e gr√Ęce √† l'injection d'un flux d'h√©lium tandis que Space Technology Laboratories (STL) choisit de faire varier le d√©bit de carburant gr√Ęce √† des vannes et un injecteur √† superficie variable. D√©but 1965 les deux fabricants ont obtenu des r√©sultats sensiblement identiques : Grumman s√©lectionne Rocketdyne mais la NASA intervient et impose le choix de STL pour que Rocketdyne puisse se concentrer sur les d√©veloppements que cet industriel m√®ne dans le cadre du programme Gemini[11].

Une électronique complexe

Lorsque le projet Apollo est lanc√©, la NASA estime n√©cessaire que l'√©quipage puisse calculer les param√®tres complexes du vol sans d√©pendre des moyens de calcul situ√©s sur Terre : en orbite autour de la Lune, il faut en effet composer avec le temps de latence entre deux √©changes Terre-Lune (3 secondes pour l'aller retour), la n√©cessit√© de r√©agir rapidement dans la phase de descente vers le sol lunaire, les probl√®mes de communication qui peuvent survenir, etc[12]...

Pour r√©pondre √† ce besoin il est pr√©vu que le module lunaire dispose d'un syst√®me de navigation et de pilotage complexe(le Primary Guidance, Navigation and Control System PGNCS) construit autour d'une centrale √† inertie et d'un ordinateur (le LGC Lem Guidance Computer). Ce dernier prend en charge, gr√Ęce √† des programmes de navigation √©labor√©s, √† la fois la d√©termination de la position du LEM dans l'espace, le calcul de la trajectoire √† suivre et le pilotage automatique (force et direction de la pouss√©e des moteurs).

La NASA, qui suit directement cette fourniture exige que le syst√®me fourni par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et install√© dans le Module de Commande soit repris dans le LEM malgr√© une √©valuation n√©gative de Grumman. Le MIT avait l'exp√©rience d'ordinateurs embarqu√©s √† bord de sondes spatiales et plus r√©cemment du missile Polaris[12]. La premi√®re version du LGC fabriqu√©e en 1963 est d'ailleurs une extrapolation de celui utilis√© dans les missiles Polaris. Pour diminuer le poids et acc√©l√©rer le temps de traitement, le MIT choisit de remplacer les transistors par des circuits int√©gr√©s. La fabrication des circuits int√©gr√©s √† l'√©poque vient tout juste d'√™tre lanc√©e (1961) et leur fiabilit√© n'a pas encore pu √™tre prouv√©e[N 7]. Le MIT ach√®te √† cette √©poque 60 % de la production mondiale pour les besoins des ordinateurs des vaisseaux Apollo[13]. La mise au point du syst√®me de Navigation et de Pilotage fortement interfac√© avec d'autres sous-syst√®mes du LEM est longue et difficile : il faudra que la NASA s'implique fortement dans les relations entre le fabricant du LEM et son sous-traitant MIT pour que les principaux probl√®mes soient aplanis dans les d√©lais impartis[14].

L'autonomie th√©orique procur√©e par le syst√®me de navigation et de pilotage sera fortement r√©duite lorsque les missions Apollo seront √©labor√©es : c'est le contr√īle au sol √† Houston qui fournira en r√©alit√© les principaux param√®tres tels que la position du LEM ainsi que le vecteur de la pouss√©e avant chaque allumage des moteurs. Houston dispose au moment des premiers vols vers la Lune de moyens de calcul plus puissants et, gr√Ęce √† la t√©l√©m√©trie, conna√ģt parfaitement la position des vaisseaux et leur trajectoire. Une fois une phase de vol engag√©e, c'est toutefois √† l'ordinateur de bord d'appliquer les corrections n√©cessaires en se basant sur ses capteurs et ses capacit√©s de calcul. Par ailleurs, l'ordinateur joue un r√īle essentiel pour le contr√īle des moteurs (fonction autopilote) et g√®re de nombreux sous-syst√®mes ce qui lui vaut le surnom de quatri√®me homme de l'√©quipage[12]. Sans l'ordinateur, les astronautes n'auraient pu poser le LEM sur la Lune car lui seul pouvait optimiser suffisamment la consommation de carburant pour se contenter des faibles marges disponibles[15].

Il est prévu que le LEM dispose de deux radars l'un utilisé pour l'atterrissage l'autre pour le rendez-vous avec le CSM. La NASA va longtemps hésiter pour des raisons de poids et de performance, entre l'installation d'un radar de rendez-vous et un système purement optique[16].

Fiabilité

La NASA est, dès le lancement du programme Apollo, très sensible aux problèmes de fiabilité. L'envoi d'astronautes sur la Lune est une entreprise beaucoup plus risquée que les vols spatiaux autour de la Terre. Pour les missions en orbite terrestre, en cas d'incident grave, le retour est assuré relativement facilement par une brève poussée des rétrofusées. Une fois en orbite lunaire ou, cas encore plus délicat, sur le sol lunaire, le retour des astronautes sur Terre nécessite que les principaux sous-systèmes du module lunaire ne connaissent aucune défaillance. Ces objectifs font du module lunaire un système complexe donc susceptible d'avoir un taux de panne élevé.

Comme sur le module de service, les ergols liquides retenus pour les moteurs sont hypergoliques, c'est-√†-dire qu'ils s'enflamment spontan√©ment quand ils sont mis en contact et ne sont pas √† la merci d'un syst√®me d'allumage d√©faillant. Leur mise sous pression est effectu√©e classiquement gr√Ęce √† de l'h√©lium supprimant le recours √† une fragile turbopompe. Il n'est √† l'√©poque pas du tout envisag√© de recourir aux carburants cryog√©niques (Oxyg√®ne/Hydrog√®ne) plus performants mais dont le stockage et la mise en Ňďuvre auraient √©t√© beaucoup plus d√©licats.

Pour parvenir au taux de fiabilit√© vis√©, la NASA envisage d'abord de donner aux astronautes la possibilit√© de r√©parer les composants d√©faillants. Mais ce choix suppose de les former √† des syst√®mes nombreux et complexes, d'emporter des outils et des pi√®ces de rechange et de rendre accessibles les composants √† r√©parer ce qui les rend vuln√©rables √† l'humidit√© et √† la contamination. La NASA renonce √† cette solution en 1964[16] et d√©cide d'int√©grer dans la conception du vaisseau des solutions de contournement fournissant une alternative pour chaque anomalie susceptible de se produire. En cas de panne de sous-syst√®mes complets jug√©s vitaux, des syst√®mes de secours doivent pouvoir prendre le relais dans un mode plus ou moins d√©grad√©. Ainsi le syst√®me de navigation (ordinateur + syst√®me inertiel) dispose d'un syst√®me de secours d√©velopp√© par un autre constructeur pour √©viter qu'une m√™me faille logicielle mette en panne les deux syst√®mes. Les 4 groupes de moteurs de contr√īle d'attitude sont regroup√©s par paires ind√©pendantes, chacune d'entre elles pouvant couvrir le besoin en mode d√©grad√©. Le syst√®me de r√©gulation thermique est doubl√©. Les circuits d'alimentation √©lectrique sont √©galement doubl√©s. L'antenne de t√©l√©communications en bande S peut √™tre remplac√©e par deux antennes plus petites en cas de d√©faillance. Il n'y a n√©anmoins pas de parade √† une panne de moteur : seuls des tests pouss√©s avec un maximum de r√©alisme peuvent permettre d'atteindre le taux de fiabilit√© attendu. Des solutions techniques conservatrices mais √©prouv√©es sont dans certains cas retenues : c'est le cas de l'√©nergie √©lectrique (choix des batteries), des syst√®mes pyrotechniques (choix de syst√®mes existants standardis√©s et √©prouv√©s) ainsi que l'√©lectronique de bord (les circuits int√©gr√©s, bien qu'accept√©s dans les ordinateurs, ne sont pas retenus pour le reste de l'√©lectronique).

Selon Neil Armstrong, les responsables du projet avaient calcul√© qu'il y aurait environ 1 000 anomalies √† chaque mission Apollo (fus√©e, CSM et LEM), chiffre extrapol√© du nombre de composants et du taux de fiabilit√© exig√© des constructeurs. Il y en aura, en fait en moyenne 150[N 8] ce que Armstrong attribue √† l'implication exceptionnellement forte des personnes ayant travaill√© sur le projet[17]. Aucune des pannes du LEM n'emp√™cha les √©quipages Apollo de remplir leurs principaux objectifs.

La validation de la conception

Pas moins de cinq maquettes plus ou moins compl√®tes sont r√©alis√©es par Grumman entre 1963 et 1964 (la derni√®re M5 en octobre 1964) pour mettre au point et faire valider par la NASA les sp√©cifications du Module Lunaire[18].

Fabrication et tests (1965-1967)

La fabrication des modules lunaires démarre en 1965. Elle porte à la fois sur des modules opérationnels et des versions utilisées pour des tests au sol et en vol. La construction du module lunaire rencontre de graves problèmes de délai, de surpoids et de qualité qui menacent le programme Apollo tout entier. Certain tests en vol devront être repoussés mais l'incendie de la capsule du Module de Commande d'Apollo 1, en repoussant l'échéance, permettra au LEM d'être prêt à temps.

Modules lunaires fabriqués

Quinze modules lunaires seront construits. Sur ce nombre deux d'entre eux ne voleront pas (les LM-2 et LM-9), les trois derniers resteront inachev√©s √† la suite de l'interruption du programme Apollo (les LM-13, LM-14 et LM-15), trois seront utilis√©s pour les tests en vol (les LM-1, LM-3 et LM-4), enfin le LM-7 ne s'est jamais pos√© sur la lune √† la suite de l'interruption de la mission Apollo 13. Par ailleurs 6 LEM seront construits pour les tests au sol (LTA : Lunar Module Article) : le LTA-2 pour les tests de vibration, le LTA-10 utilis√© pour les tests de comptabilit√© avec la fus√©e Saturne, le LTA-1 √† usage interne, le LTA-8 pour les tests thermiques et d'exposition au vide et enfin les LTA-3 et LTA-5 sur lesquels sont effectu√©s les tests structuraux combin√©s de vibrations, acc√©l√©rations et essais moteurs[19]. Deux simulateurs statiques sont √©galement fabriqu√©s par Grumman[6].

Modules lunaires utilisés par les missions habitées
Code Nom Mission Apollo Date lancement Localisation actuelle
LM-3 Spider Apollo 9 3/3/1969 S'est désintégré lors de sa rentrée dans l'atmosphère terrestre.
LM-4 Snoopy Apollo 10 18/5/1969 L'étage de descente s'est écrasé sur la Lune; l'étage de remontée est en orbite autour du Soleil.
LM-5
Eagle Apollo 11 16/7/1969 L'étage de descente est posé sur la lune; L'étage de remontée, laissé en orbite autour de la Lune, s'est finalement écrasé sur celle-ci.
LM-6 Intrepid Apollo 12 14/11/1969 L'étage de descente est posé sur la lune; L'étage de remontée s'est écrasé volontairement sur la Lune.
LM-7 Aquarius Apollo 13 11/4/1970 S'est désintégré lors de sa rentrée dans l'atmosphère terrestre.
LM-8 Antares Apollo 14 31/1/1971 L'étage de descente est posé sur la lune; L'étage de remontée s'est écrasé volontairement sur la Lune.
LM-10 Falcon Apollo 15 26/7/1971 L'étage de descente est posé sur la lune; L'étage de remontée s'est écrasé volontairement sur la Lune.
LM-11 Orion Apollo 16 16/4/1972 L'étage de descente est posé sur la lune; l'étage de remontée laissé en orbite autour de la Lune s'est finalement écrasé sur celle-ci.
LM-12 Challenger Apollo 17 7/12/1972 L'étage de descente est posé sur la lune; L'étage de remontée s'est écrasé volontairement sur la Lune.

Dépassements budgétaires

Maquette du module lunaire LTA-2R en cours d'installation sur Apollo 6 pour tester en vol le comportement dynamique de sa structure.
Le LEM d'Apollo 15 sur la Lune avec le rover lunaire

Début 1965[N 9] les principales interrogations concernant la conception sont levées. La fabrication de sous-ensembles du LEM et les tests sont lancés. Mais le projet se heurte à des problèmes de dépassement budgétaire, de management et de méthodologie de test.

Cette ann√©e-l√†, le programme Apollo dans son ensemble doit faire face √† une d√©crue budg√©taire programm√©e. Or les co√Ľts des diff√©rents modules sont en train d'exploser. La NASA ren√©gocie avec Grumman un contrat comportant des clauses incitant le fabricant √† rester dans l'enveloppe budg√©taire d√©di√©e au module lunaire qui est d√©sormais, tous intervenants confondus, fix√©e √† 1,42 milliard de dollars[19].

Un problème de surpoids

En 1965 les concepteurs du module lunaire n'ont encore qu'une id√©e impr√©cise du poids final de l'engin mais la limite des 13,3 tonnes impos√©e par les capacit√©s de la fus√©e Saturn V est rapidement d√©pass√©e. Des mesures ponctuelles comme l'abandon du radar de rendez-vous au profit d'un syst√®me optique (mais un veto des astronautes imposera in fine l'installation du radar), n'√©taient pas suffisantes. Le module lunaire, malgr√© un rel√®vement de la masse autoris√©e √† 14,85 tonnes d√©but 1965, est de nouveau en surpoids. Thomas J. Kelly, chef du projet chez Grumman, conscient que le LEM dans sa version finale, risque de ne pas r√©pondre aux contraintes de masse, lance au cours de l'√©t√© 1965 un programme d√©di√© √† la chasse aux exc√©dents de poids. L'all√®gement des structures ne va permettre de n'√©conomiser que 50 kg ; une masse de 1 100 kg est gagn√©e, en grande partie en rempla√ßant les boucliers thermiques rigides situ√©s pr√®s des moteurs par un millefeuille constitu√© de couches altern√©es d'aluminium et de mylar. Mais ces all√®gements, en fragilisant la structure, rendront la construction et la manipulation du LEM tr√®s d√©licate[20].

Un planning tendu

Grumman rencontre de nombreux probl√®mes de fabrication qui affectent le planning de livraison : le suivi des nombreux sous-traitants n'est pas assez serr√©, les tests r√©alis√©s se r√©v√®lent insuffisants compte tenu de la complexit√© du v√©hicule. La mise au point du moteur de descente rencontre des probl√®mes graves (√©rosion du divergent), que le constructeur n'arrive pas √† corriger. Fin 1966 les LM 1 et 2 sont en cours de test chez le constructeur tandis que les LM3 √† LM7 en sont √† diff√©rents stades de fabrication[21].

En 1967 et jusqu'à juin 1968 le moteur de l'étage de remontée conçu par Bell a des problèmes de stabilité qui incite la NASA à faire développer un nouvel injecteur par la société Rocketdyne[22].

Des problèmes de qualité

L'incendie de la capsule Apollo 1 (27 janvier 1967) provoqu√© par un court-circuit en atmosph√®re d'oxyg√®ne pur n'entra√ģne pas de r√©vision de la conception du module lunaire. En revanche les exigences de qualit√© sont revues √† la hausse par la NASA ce qui n√©cessite la modification de certains composants. Le calendrier du projet Apollo est repouss√© de 19 mois ce qui permet au LEM de combler une partie de son retard[23].

D√©but 1968 des traces de corrosion sous contrainte sont d√©couvertes dans la structure en alliage d'aluminium des Lem : des renforcements ponctuels et un changement d'alliage pour les Lem restant √† construire sont d√©cid√©s[22]. Toujours en 1968, le c√Ęblage √©lectrique s'av√®re trop fragile et sujet √† des ruptures[22].

La pr√©paration au vol lunaire : les programmes Ranger, Pegasus, Lunar Orbiter, Gemini et Surveyor

Parall√®lement au programme Apollo, la NASA lance plusieurs programmes qui doivent valider les choix effectu√©s et permettre de pr√©parer les futures missions lunaires. En 1965, 3 satellites Pegasus sont plac√©s en orbite par une fus√©e Saturn I pour √©valuer le danger repr√©sent√© par les microm√©t√©orites ; les r√©sultats seront utilis√©s pour dimensionner la protection des vaisseaux Apollo. Les sondes Ranger (1961-1965) apr√®s une longue s√©rie d'√©checs ram√®nent √† compter de fin 1964 une s√©rie de photos de bonne qualit√© qui permettent de d√©finir les zones d'atterrissage.

Le programme Lunar Orbiter, compos√© de 5 sondes qui sont plac√©es en orbite autour de la Lune en 1966-1967, compl√®te ce travail : une couverture photographique de 99 % du sol lunaire est r√©alis√©e, la fr√©quence des microm√©t√©orites dans la banlieue lunaire est d√©termin√©e ainsi que l'intensit√© du rayonnement cosmique. Le programme permet √©galement de valider le fonctionnement du r√©seau de t√©l√©m√©trie : les mesures effectu√©es permettent de d√©terminer que le champ de gravitation lunaire n'est pas homog√®ne contrairement √† celui de la Terre rendant dangereux les orbites avec des p√©rig√©es √† basse altitude. Le ph√©nom√®ne sous-estim√© abaissera √† 10 km le p√©rig√©e du Lem d'Apollo 15 dont l'√©quipage √©tait endormi, alors que la limite de s√©curit√© avait √©t√© fix√©e √† 15 km[24].

La technique du rendez-vous spatial, √† la base de la cr√©ation du module lunaire, est test√©e en vol avec succ√®s avec un √©tage Agena par l'√©quipage de Gemini 8 le 16 mars 1966. Le 2 juin de la m√™me ann√©e, la sonde Surveyor 1 effectue le premier atterrissage en douceur sur la Lune fournissant des informations pr√©cieuses et rassurantes sur la consistance du sol lunaire (le sol est relativement ferme).

L'entrainement des pilotes du LEM : les simulateurs de vol

Article d√©taill√© : LLRV.
Le LLRV est un simulateur volant qui reproduit le comportement du LEM en gravité lunaire

La phase finale de l'atterrissage sur la Lune est un exercice difficile : pour des raisons de poids, la marge de carburant disponible est tr√®s faible (sur l'ensemble des missions Apollo, il restera entre 3 et 6 % de carburant dans les r√©servoirs du LEM √† l'atterrissage soit 2 minutes de vol au maximum[25]) et il faut trouver sur un sol lunaire constell√© de crat√®res et de blocs de pierre, un terrain suffisamment plat pour que le LEM ne bascule pas au moment de l'atterrissage et qu'il puisse par la suite red√©coller (ce qui n√©cessite moins de 20 % de pente). Les vitesses verticale et horizontale √† l'atterrissage doivent √™tre limit√©es pour √©viter que le train d'atterrissage ne se brise ou que le Lem bascule, ce qui aurait condamn√© les pilotes. On demande √©galement au pilote d'effectuer un atterrissage pr√©cis : chaque mission a pour objectif de poser le LEM dans une zone s√©lectionn√©e √† l'avance pour son int√©r√™t g√©ologique. Certaines des missions seront confront√©es √† deux autres probl√®mes : une luminosit√© g√™nant la reconnaissance des reliefs et, en phase finale (√† compter de 30 m√®tres d'altitude pour Apollo 15), la poussi√®re soulev√©e par le jet du moteur-fus√©e qui emp√™che de distinguer les reliefs et de conna√ģtre la vitesse horizontale r√©siduelle √† ce moment critique. Poser un tel engin du premier coup sans faire d'erreurs et en ne l'ayant jamais r√©ellement pilot√© n√©cessitait un entra√ģnement intensif sur Terre.

Aussi, trois types de simulateurs de vol sont mis √† la disposition des astronautes pour qu'ils puissent s'entra√ģner √† manŇďuvrer le module lunaire dans des conditions s'approchant au maximum de celles rencontr√©es sur la Lune[26] :

  • Un simulateur fixe qui permet aux astronautes de ma√ģtriser les proc√©dures normales et d'urgence ainsi que de s'entra√ģner √† rep√©rer et atterrir sur le site choisi pour la mission : √† cet effet, le pilote dispose d'une vue film√©e par une cam√©ra qui survole une maquette en 3 dimensions de la r√©gion du site.
  • Une maquette de module lunaire suspendue √† un portique au-dessus d'un terrain configur√© comme la surface de la Lune.
  • Un engin volant compl√®tement libre, le LLRV, dont le comportement reproduit celui du module lunaire, gr√Ęce √† la pouss√©e d'un r√©acteur mont√© sur cardan et pilot√© par un ordinateur √† l'aide de commandes de vol √©lectriques qui annule en permanence 5/6 de la gravit√© terrestre. Trois des cinq exemplaires du LLRV, seront d√©truits en vol au cours des vols de formation et de test, sans faire de victimes (Neil Armstrong √©chappera √† la mort √† une seconde pr√®s, lors d'un vol d'entrainement au cours duquel il dut s'√©jecter, peu de temps avant son envol historique vers la lune).

Les caractéristiques du module lunaire

Schéma du Lem

Le module lunaire comporte deux √©tages : un √©tage de descente permet d'atterrir sur la Lune. Cet √©tage sert de plate-forme de lancement √† l'√©tage de remont√©e qui ram√®ne les astronautes au vaisseau Apollo en orbite √† la fin de leur s√©jour sur la Lune. La structure du module lunaire est, pour l'essentiel, r√©alis√©e avec un alliage d'aluminium choisi pour sa l√©g√®ret√©. Les pi√®ces sont g√©n√©ralement soud√©es entre elles mais parfois √©galement rivet√©es.

L'étage de descente

Le corps de l'√©tage de descente, qui p√®se plus de 10 tonnes, a la forme d'une bo√ģte octogonale d'un diam√®tre de 4,12 m√®tres et d'une hauteur de 1,65 m√®tres. Sa structure, constitu√©e de deux paires de panneaux parall√®les assembl√©s en croix, d√©limite cinq compartiments carr√©s (dont un central) et quatre compartiments triangulaires. Le corps de l'√©tage est envelopp√© dans plusieurs pellicules de mat√©riaux servant d'isolant thermique. Cette protection est renforc√©e pr√®s de la tuy√®re du moteur de descente.

La fonction principale de l'√©tage de descente est d'amener le LEM sur la Lune. √Ä cet effet, l'√©tage dispose d'un moteur fus√©e √† la fois orientable et √† pouss√©e variable. La modulation de la pouss√©e permet d'optimiser la trajectoire de descente mais surtout de poser en douceur le LEM qui s'est fortement all√©g√© en consommant ses ergols. Le comburant - du peroxyde d'azote (5 tonnes) - et le carburant - de l'a√©rozine 50 (3 tonnes) - sont stock√©s dans quatre r√©servoirs plac√©s dans les compartiments carr√©s situ√©s aux 4 coins de la structure. Le moteur se trouve dans le compartiment carr√© central.

Le deuxi√®me r√īle de l'√©tage de descente est de transporter tous les √©quipements et consommables qui peuvent √™tre abandonn√©s sur la Lune √† la fin du s√©jour, ce qui permet de limiter le poids de l'√©tage de remont√©e. Les 4 compartiments triangulaires d√©limit√©s par la structure octogonale re√ßoivent :

  • Les consommables utilis√©s durant la phase de descente et le s√©jour sur la Lune (oxyg√®ne, eau, batteries √©lectriques) ;
  • Les √©quipements scientifiques : les √©quipements embarqu√©s d√©pendent des missions mais comprennent toujours au moins un ensemble ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package) qui regroupe des instruments qui partagent la m√™me source d'√©nergie (un g√©n√©rateur thermo√©lectrique √† radioisotope) et un syst√®me de t√©l√©communications qui communique les donn√©es collect√©es au centre de contr√īle sur Terre. Parmi les instruments on trouve sismom√®tre, magn√©tom√®tre, spectrom√®tre, station m√©t√©orologique, collecteurs de particules, ...
  • Les outils : marteau, foreuse, ...
  • Les v√©hicules lunaires : brouette pour Apollo 14 puis rover lunaire √† partir d'Apollo 15.

Le train d'atterrissage

Pour se poser sur un sol lunaire, dont la consistance est mal connue au moment de la conception du LEM, l'√©tage de descente dispose d'un train d'atterrissage[N 10] comportant 4 jambes largement √©cart√©es pour procurer la meilleure stabilit√© √† l'atterrissage. Chaque jambe se termine par une semelle d'un diam√®tre de 94 cm qui doit limiter l'enfoncement du LEM m√™me dans un sol tr√®s meuble. Des structures en nid d'abeille, situ√©es au niveau des jambes et des semelles, s'√©crasent au moment de la prise de contact avec le sol et jouent ainsi le r√īle d'amortisseur : le train d'atterrissage est con√ßu pour supporter une vitesse horizontale de 1,22 m/s et une vitesse verticale de 2,43 m/s (3 m/s si la vitesse horizontale est nulle). La semelle de chaque pied est prolong√©e vers le bas par une tige longue de 1,50 m√®tre qui, au moment du contact avec le sol, allume un voyant sur le tableau de bord ce qui doit donner le temps au pilote d'√©teindre le moteur avant le contact avec le sol. Le train d'atterrissage, stock√© en position repli√©e au d√©part, est d√©ploy√© lorsque le LEM est mis en orbite autour de la Lune[27].

L'étage de remontée

L'étage de remontée du LEM d'Apollo 17 peu avant l'accostage avec le module de commande
Cabine pressuris√©e : les astronautes en position de vol et au repos
Schéma de la partie avant de la cabine
Cabine : vue vers l'avant
Schéma de la console de l'ordinateur principal de navigation (LGC)
Sur ce LEM (Apollo 11) on distingue bien l'électronique installée dans le compartiment arrière.

L'√©tage de remont√©e p√®se environ 4,5 tonnes. Sa forme complexe, qui r√©sulte d'une optimisation de l'espace occup√©, lui donne l'allure d'une t√™te d'insecte. Il est essentiellement compos√© de la cabine pressuris√©e qui h√©berge deux astronautes dans un volume de 4,5 m3 et du moteur de remont√©e avec ses r√©servoirs d'ergols.

Les moteurs

La trajectoire de retour vers le module de commande √©tant beaucoup plus simple, la pouss√©e du moteur est constante. Les ergols (910 kg de peroxyde d'azote et 1,4 tonnes d'a√©rozine 50) sont stock√©s chacun dans un unique r√©servoir mis sous pression par de l'h√©lium. L'architecture g√©n√©rale de l'√©tage est con√ßue de mani√®re √† ce que le centre de masse et le centre de pouss√©e du moteur soient tr√®s proches (moins d'un m√®tre) : le moteur est plac√© tr√®s haut (le sommet d√©passe dans la cabine) et les r√©servoirs sont plac√©s de part et d'autre de la cabine. Cette disposition limite le couple √† exercer pour maintenir l'√©tage dans la direction voulue durant la phase propuls√©e. Le moteur n'est pas orientable et les corrections sont r√©alis√©es par des moteurs d'attitude (RCS Reaction Control System) de 45 kg de pouss√©e regroup√©s en quatre grappes de quatre moteurs, situ√©es √† chaque angle de l'√©tage, et dont les actions combin√©es permettent d'agir selon les trois axes de lacet, de tangage et de roulis. Pour maximiser leur efficacit√©, ils sont √©cart√©s au maximum de l'axe de la pouss√©e du moteur principal[28].

La cabine pressurisée

La partie avant de la cabine pressuris√©e occupe la plus grande partie d'un cylindre de 2,34 m√®tres de diam√®tre et de 1,07 m√®tres de profondeur. C'est l√† que se tient l'√©quipage lorsqu'il n'est pas en excursion sur la Lune. Le pilote (√† gauche face √† l'avant) et le commandant de bord sont debout, tenus par des harnais qui les maintiennent en place en impesanteur et durant les phases d'acc√©l√©ration. Sur la cloison avant, chaque astronaute a devant lui un petit hublot triangulaire (0,18 m2)[N 11] inclin√© vers le bas, qui lui permet d'observer le sol lunaire avec un bon angle de vision, ainsi que les principales commandes de vol et cadrans de contr√īle regroup√©s par panneaux g√©n√©ralement d√©di√©s √† un sous-syst√®me. Les commandes et contr√īles communs sont plac√©s entre les deux astronautes (par exemple la console d'acc√®s √† l'ordinateur de navigation), certaines commandes sont doubl√©es (commandes pilotant l'orientation et la pouss√©e des moteurs), les autres commandes sont r√©parties en fonction des t√Ęches assign√©es √† chaque astronaute. Les panneaux de commandes et coupe-circuits se prolongent sur les parois lat√©rales situ√©es de part et d'autre des astronautes. Le pilote a au-dessus de sa t√™te un petit hublot (0,07 m2) qui lui permet de contr√īler la manŇďuvre de rendez-vous avec le module de commande. En haut du panneau central situ√© face aux astronautes se trouve le t√©lescope utilis√© pour faire le point avec les astres, et au ras du plancher, l'√©coutille de forme carr√©e (96 x 96 cm) qui est utilis√©e pour descendre sur le sol lunaire[29].

L'arri√®re de la cabine pressuris√©e est beaucoup plus exigu (1,37 x 1,42 m pour 1,52 m de haut) : son plancher est plus haut de 48 cm et, de plus, encombr√© par un capot recouvrant le sommet du moteur de remont√©e. Les parois lat√©rales sont occup√©es par les rangements et √† gauche par une partie du syst√®me de contr√īle environnemental. Dans cette niche les astronautes rangent le deuxi√®me syst√®me de survie portable (le premier se trouve couch√© sur le plancher de la cabine avant entre les 2 astronautes), la nourriture, les scaphandres de sortie avec les bottes et les casques, les sacs de d√©chets corporels, ... Derri√®re la cloison arri√®re se situe un compartiment non pressuris√© dans lequel est log√©e une grande partie des composants √©lectriques et √©lectroniques. Au plafond, se trouve l'√©coutille utilis√©e pour passer dans le Module de Commande : derri√®re cette porte, on trouve un tunnel court (80 cm de diam√®tre pour 46 cm de long) comportant un syst√®me de verrouillage utilis√© pour solidariser les deux vaisseaux. Les forces en jeu au moment de l'accostage qui pourraient d√©former le tunnel sont amorties par des poutres qui les r√©percutent sur toute la structure[29].

Les panneaux de commande comportent environ 170 interrupteurs, en majorit√© √† deux ou trois positions, r√©partis entre plusieurs panneaux de contr√īle et plus de 80 afficheurs dont plus de vingt fournissant des informations quantifi√©es (quatre afficheurs num√©riques, dix-huit indicateurs √† aiguille, ...)[30]. L'√©lectroluminescence, une technologie alors balbutiante[N 12], est utilis√©e pour √©clairer les tableaux de commande et de contr√īle : les voyants sont plus lisibles et la consommation √©lectrique est diminu√©e[9].

Le LEM ne dispose pas de sas, qui aurait ajout√© trop de poids. Pour descendre sur le sol lunaire, les astronautes font le vide dans la cabine et, √† leur retour, ils pressurisent la cabine avec les r√©serves d'oxyg√®ne. Pour descendre, ils se glissent dans l'√©coutille : celle-ci donne sur une petite plate-forme horizontale qui d√©bouche sur l'√©chelle dont les barreaux sont situ√©s de part et d'autre d'une des jambes de l'√©tage de descente.

Le système de navigation et de pilotage principal

Article d√©taill√© : Apollo Guidance Computer.

Le Module Lunaire embarque deux syst√®mes qui r√©alisent la navigation (le calcul de la position et la d√©finition de la trajectoire) et le pilotage (la gestion des commandes de vol conform√©ment √† la trajectoire retenue) du module lunaire. Chacun de ces syst√®mes repose sur un ordinateur : ce sont le Lem Guidance Computer (LGC) et l'Abort Guidance System (AGS). Ce dernier est mis en Ňďuvre en cas de d√©faillance du LGC.

Le LGC est un ordinateur effectuant des traitements en temps r√©el. Il est multit√Ęche (jusqu'√† 8 t√Ęches ex√©cut√©es en parall√®le). La m√©moire utilise des mots de 16 bits : elle est compos√©e de 64 ko (32 000 mots) de m√©moire morte contenant l'ensemble des programmes et de 4 ko (2 000 mots) de m√©moire vive (effa√ßable) utilis√©e par les traitements. Les deux types de m√©moire sont constitu√©s de tores magn√©tiques : les programmes sont implant√©s dans l'ordinateur √† la fabrication. Le processeur, est constitu√© d'environ 5 000 portes NOR r√©alis√©es √† l'aide de circuits int√©gr√©s. Il p√®se environ 35 kg[31].

Le LGC re√ßoit ses principales informations du syst√®me inertiel (IMU) ainsi que des deux radars lorsque ceux-ci sont activ√©s. Utilisant des programmes de navigation d√©di√©s √† chaque phase de la mission, il est capable de piloter en direction et en pouss√©e les deux moteurs principaux ainsi que les 16 moteurs d'orientation pour que LEM suive la trajectoire qui a √©t√© calcul√©e. Les astronautes utilisent une console (DSKY) pour entrer des instructions : lancement de programme de navigation, demande d'information, r√©initialisation de la position, saisie des param√®tres de vol √† ex√©cuter, etc.

Les aides à la navigation

Le syst√®me inertiel doit √™tre r√©guli√®rement recal√© en effectuant un relev√© de la position du LEM dans l'espace. √Ä cet effet les astronautes disposent du t√©lescope optique d'alignement (Alignment Optical Telescop AOT). Cet instrument permet relever la position des √©toiles et est interfac√© avec l'ordinateur embarqu√©. Deux m√©thodes peuvent √™tre utilis√©es. Lorsque le LEM navigue seul, l'astronaute entre une r√©f√©rence d'√©toile dans l'ordinateur : celui-ci fait alors pivoter avec ses moteurs d'orientation le vaisseau de mani√®re √† ce que l'√©toile passe devant l'optique du t√©lescope[N 13]). L'√©toile va successivement couper l'abscisse et l'ordonn√©e d'un r√©ticule qui s'affiche dans l'optique. L'astronaute signale √† l'ordinateur au moyen de deux boutons situ√©s sur la monture du t√©lescope le moment ou les deux lignes sont successivement coup√©es. En relevant la position de deux √©toiles, l'ordinateur peut recalculer la position du LEM et si besoin recaler la centrale inertielle. Lorsque le LEM ne peut pas pivoter librement ‚ÄĒ lorsqu'il est pos√© sur la Lune ou lorsqu'il est accoupl√© au module de commande ‚ÄĒ, l'astronaute fait pivoter le r√©ticule de mani√®re √† recouper les deux lignes d'un r√©ticule d√©di√©. Il rel√®ve √† chaque fois l'angle que fait le r√©ticule puis saisit les informations dans l'ordinateur[32],[33].

Le module lunaire dispose par ailleurs de deux radars :

  • Le radar de rendez-vous (Rendezvous Radar) est utilis√© pour la manŇďuvre de rendez-vous avec le Module de Commande apr√®s sa remont√©e depuis la Lune et sa mise en orbite basse. Un transpondeur radar embarqu√© √† bord du module de commande envoie un signal en r√©ponse √† l'√©mission du radar qui est analys√© et fournit la distance, la vitesse et l'angle que forme le vaisseau cible avec l'axe du LEM. Le radar a une port√©e nominale de 75 km. L'antenne du radar peut √™tre point√©e manuellement vers la cible par un astronaute. Elle peut √™tre √©galement maintenue point√©e vers la cible par un syst√®me automatique d√©di√© autonome (qui comprend un gyroscope) ou par l'ordinateur de bord. √Ä partir du moment o√Ļ le radar a accroch√© le transpondeur, la distance, la vitesse relative et le gisement (angle en abscisse et ordonn√©e) du module de commande sont affich√©s sur le tableau de bord[34].
  • Le radar d'atterrissage (Lunar Radar) d√©termine l'altitude au-dessus du sol lunaire et la vitesse de d√©filement du LEM par rapport au sol. Il est install√© sur l'√©tage de descente. Le radar est activ√© lorsque le vaisseau est descendu √† moins de 15 km d'altitude mais ses donn√©es ne sont utilis√©es par l'ordinateur de navigation qu'√† partir de l'altitude de 12 km. L'antenne du radar a deux positions pour pouvoir fonctionner lorsque le LEM est en phase de freinage (l'axe vertical du LEM est alors parall√®le au sol lunaire) et en phase d'approche finale (axe vertical du LEM plus ou moins perpendiculaire au sol lunaire). √Ä l'atterrissage, lorsque le sol est √† moins de 15 m√®tres, en l'absence de vitesse horizontale, il ne peut plus fournir d'information valable : l'ordinateur utilise alors les donn√©es fournies par le gyroscope. Les donn√©es du radar sont affich√©es sur le tableau de bord[35].

Au cours des deux manŇďuvres de rendez-vous, au moment de l'approche finale, le pilote doit aligner exactement le module lunaire selon les trois axes avec le module de Commande. √Ä cet effet il dispose d'un syst√®me de vis√©e optique (le COAS Crewman Optical Alignment Sight). Cet instrument est mont√© sur le hublot sup√©rieur destin√© √† la manŇďuvre. Il projette un r√©ticule que le pilote doit superposer avec la cible situ√©e sur le Module de Commande[36].

Pour se signaler durant les manŇďuvres de rendez-vous avec le module de Commande, le LEM a des feux de position visibles √† plus de 300 m√®tres : les conventions terrestres sont reprises : un feu rouge signale le cot√© b√Ębord et un vert le tribord et un feu blanc l'arri√®re ; par ailleurs 2 feux, l'un blanc l'autre jaune mat√©rialise sur la face avant l'axe horizontal[37]. Pour faciliter le rep√©rage √† grande distance par le module de commande, un feu scintillant (50 √©clats par seconde) √©met une lumi√®re visible √† pr√®s de 700 km (400 nautiques)[38].

L'AGS : le syst√®me de navigation de secours

L'AGS (Abort Guidance System) est un syst√®me de navigation et de pilotage destin√© √† remplacer le syst√®me principal (LGC) en cas de d√©faillance de celui-ci durant les phases de descente sur la Lune ou de remont√©e. L'activation de l'AGS entra√ģne l'interruption de la mission et le largage de l'√©tage de descente si le LEM est en cours d'atterrissage. L'AGS est con√ßu par une soci√©t√© diff√©rente TRW[N 14]. Il est compos√© de :

  • un ordinateur (AEA pour Abort Electronics Assembly) dot√© d'une m√©moire vive de 4 ko et d'une m√©moire morte de 4 ko d√©di√©e aux programmes (mot de 18 bits). La m√©moire utilise la m√™me technologie que l'AGS.
  • un syst√®me inertiel(ASA pour Abort Sensor Assembly) tr√®s compact (4 kg) compos√© de trois acc√©l√©rom√®tres.
  • d'une console d'affichage et de saisie (DSE pour Data Sensor Assembly) : plus rudimentaire que celle de l'LGC, permet d'afficher et de saisir des donn√©es dans le LGC.

L'ensemble p√®se 28 kg et consomme une centaine de watts quand il est utilis√©. Pour son fonctionnement le LGC exploite les donn√©es des radars et de son syst√®me inertiel. Plus simple que le syst√®me principal il dispose des fonctions suivantes : ramener le vaisseau en orbite basse, effectuer les manŇďuvres pour placer le LEM en orbite de transfert, corriger l'orbite, effectuer la manŇďuvre de rendez-vous avec le module de Commande. Les programmes sont diff√©rents de ceux de le LGC pour √©viter qu'une m√™me faille de programmation se retrouve dans les deux syst√®mes.

Au d√©marrage l'initialisation des caract√©ristiques de la position et de la trajectoire sont r√©alis√©es soit par transfert depuis l'ordinateur de navigation principal soit par saisie √† l'aide de la console d√©di√©e. Il agit sur la pouss√©e du moteur principal et les moteurs d'attitude conform√©ment au programme s√©lectionn√© et restitue au pilote certaines informations (altitude, vitesse) sur le tableau de bord. L'AGS est √©galement utilis√© pour v√©rifier les calculs de l'ordinateur de navigation principal, lorsque celui-ci fonctionne. Il fournit des informations t√©l√©m√©triques p√©riodiques au Contr√īle au sol[39].

Le syst√®me de contr√īle environnemental

Une partie du syst√®me de contr√īle environnemental est dans la cabine (Apollo 13 avec le filtre CO¬≤ ¬ę bricol√© ¬Ľ)
Vue arri√®re du LEM d'Apollo 11 : Neil Armstrong est en train de sortir un sismom√®tre de l'une des baies de l'√©tage de descente

Le syst√®me de contr√īle environnemental a en charge de fournir des conditions vivables pour les deux astronautes (oxyg√®ne, temp√©rature), de maintenir l'√©lectronique dans une fourchette de temp√©ratures acceptable, de d√©pressuriser et pressuriser la cabine, de fournir l'eau pour l'alimentation (hydratation des aliments solides et boisson), l'extinction d'un √©ventuel incendie, le syst√®me de contr√īle thermique et enfin d'alimenter en eau et oxyg√®ne le Syst√®me de Survie Portable (PLSS) utilis√© par les astronautes durant les sorties extrav√©hiculaires (EVA)[40].

Les réserves d'eau et d'oxygène sont, pour l'essentiel, situées dans l'étage de descente pour ne pas alourdir l'étage de remontée. (186 litres d'eau sur 225). Le module lunaire dispose d'un système d'alimentation en oxygène en circuit fermé comportant des filtres pour absorber le dioxyde de carbone.

Le contr√īle thermique est √† la fois passif et actif :

  • Pour assurer un contr√īle thermique passif, l'ensemble de l'√©tage est recouvert de plusieurs pellicules de mat√©riau r√©verb√©rant la chaleur qui fait √©galement office de bouclier contre les microm√©t√©orites. La protection principale est constitu√©e de 25 couches de mylar sur un support d'aluminium qui est maintenue √©cart√©e de 4 cm de la structure par des petits plots en nylon[N 15]. Dans les endroits expos√©s aux flammes des moteurs, un ¬ę film-H ¬Ľ, mat√©riau offrant plus de r√©sistance √† la chaleur, est appliqu√©.
  • Le contr√īle thermique actif repose sur un circuit de refroidissement dans lequel circule un m√©lange eau-glycol qui traverse les √©quipements g√©n√©rateurs de chaleur situ√©s √† l'int√©rieur et √† l'ext√©rieur de la cabine pressuris√©e pour maintenir la temp√©rature dans une fourchette permettant leur fonctionnement. La chaleur est dispers√©e en premier lieu gr√Ęce √† des radiateurs ; la chaleur qui subsiste est √©vacu√©e par sublimation d'eau en gaz. Un circuit de refroidissement de secours permet de pallier une panne du circuit principal[41].

L'énergie électrique à bord

Grumman apr√®s avoir dans un premier temps √©tudi√© l'utilisation de piles √† combustible pour fournir l'√©lectricit√© opte pour des batteries classiques, plus simples √† mettre Ňďuvre, afin de tenir l'√©ch√©ance[42]

L'√©nergie √©lectrique est fournie par quatre batteries (cinq √† partir d'Apollo 15) situ√©es dans l'√©tage de descente et deux batteries situ√©es dans l'√©tage de remont√©e. Ces batteries non rechargeables fournissent en tout 2280 A-h (2667 A-h √† partir de Apollo 15) sous 28 volts par le biais de deux circuits ind√©pendants redondants. Les anodes en zinc et argent sont plong√©es dans un √©lectrolyte d'hydroxyde de potassium. Le poids total des batteries est de 358 kg (420 kg √† partir d'Apollo 15. Le courant est transform√© en 110 V 400 Hz pour alimenter les diff√©rents sous-syst√®mes. Des batteries ind√©pendantes d√©clenchent les syst√®mes pyrotechniques (s√©paration d'√©tage, d√©ploiement du train d'atterrissage, percussion des r√©servoirs, ...) et sont pr√©sentes dans les syst√®mes de survie portables (PLSS)[43].

Télécommunications

Le LEM dispose de deux syst√®mes de t√©l√©communications :

  • Un √©metteur-r√©cepteur qui fonctionne en bande S sur la fr√©quence de 2,2 GHz pour les communications longue distance avec la Terre (cette bande est utilis√©e parce qu'elle n'est que faiblement affect√©e par l'atmosph√®re terrestre). La Nasa a d√©velopp√© des appareils (Unified S-band System USB) qui permettent de transmettre √† l'aide d'une m√™me antenne des paquets de donn√©es, √©missions t√©l√©visuelles ou vocales ainsi que de localiser l'√©metteur. Le d√©bit d√©pend de la nature des donn√©es transmises ;
  • Un √©metteur-r√©cepteur VHF avec deux canaux utilis√© pour les communications locales entre les deux vaisseaux et entre les astronautes durant les sorties extra-v√©hiculaires. Le syst√®me VHF a une port√©e de 1 400 km.

Ces syst√®mes de communication permettent √©galement au Centre de Contr√īle sur Terre de r√©cup√©rer des donn√©es t√©l√©m√©triques qui permettent de conna√ģtre la position et de la trajectoire du LEM par trigonom√©trie en utilisant plusieurs stations de r√©ception sur Terre. Des t√©l√©mesures de l'√©tat des diff√©rents sous-syst√®mes du vaisseau et les donn√©es biom√©triques des astronautes sont √©galement r√©cup√©r√©es en permanence par le Centre de Contr√īle ; ces liaisons permettent aussi de t√©l√©charger des donn√©es dans l'ordinateur de navigation du LEM et de contr√īler les donn√©es qui y son stock√©es. L'√©quipage du LEM utilise ces canaux pour transmettre des images vid√©o (t√©l√©vision).

Le LEM dispose de plusieurs antennes :

  • Une antenne parabolique orientable de 66 cm de diam√®tre en bande S. Le maintien de l'orientation de l'antenne parabolique est r√©alis√©e automatiquement d√®s que l'√©metteur terrestre a √©t√© accroch√©. Deux petites antennes coniques fixes omnidirectionnelles couvrant chacune 180¬į en bande S servent de syst√®mes secours ;
  • Deux antennes VHF couvrant chacune 180¬į utilis√©es en vol ;
  • Une antenne omnidirectionnelle VHF utilis√©e sur le sol lunaire pour les sorties extrav√©hiculaires ;
  • Une deuxi√®me antenne parabolique de 61 cm de diam√®tre en bande-S est d√©ploy√©e sur le sol lunaire (elle est mont√©e sur le rover lunaire √† partir de la mission Apollo 15) ;

Pour recevoir et émettre, les astronautes disposent d'un casque audio qu'ils peuvent porter sous leur tenue de sortie extravéhiculaire[44].

La version améliorée du LEM des missions J

Le LEM des missions J permit d'embarquer le rover lunaire (Apollo 15)

D√©but 1969 la NASA lance des √©tudes pour s'assurer que la fus√©e Saturne 5 peut placer en orbite une charge plus lourde et que le module lunaire peut effectuer des missions plus longues sur la Lune (missions dites J). Les conclusions positives (Saturn 5 apr√®s √©volution peut satelliser 2 tonnes suppl√©mentaires) donnent le coup d'envoi au d√©veloppement d'une version un peu plus lourde de l'√©tage de remont√©e du LEM[45].

Utilis√©e √† compter de la mission Apollo 15 (premi√®re mission dite J), cette version du LEM est √©quip√©e de mani√®re √† pouvoir s√©journer 67 heures sur la Lune (au lieu de 35 heures) et transporter plus d'√©quipements scientifiques ainsi que le rover lunaire. Les principales modifications sont :

  • Une cinqui√®me batterie dans l'√©tage de descente et un accroissement de la capacit√© par batterie de 400 √† 425 A-h ;
  • 500 kg de propergols suppl√©mentaires dans l'√©tage de descente pour prendre en compte de l'alourdissement du LEM et donner plus de marge au pilote pour se poser. Les r√©servoirs sont allong√©s vers le bas de 10 cm ;
  • Les r√©serves d'oxyg√®ne et d'eau sont accrues pour faire face √† la consommation suppl√©mentaire des astronautes ;
  • La protection thermique est am√©lior√©e pour prendre en compte une dur√©e d'exposition plus longue ;
  • Le poids du mat√©riel scientifique et d'exploration qui peut √™tre log√© dans les baies de l'√©tage de descente augmente de 180 kg, ce qui permet d'emporter le rover lunaire ;
  • La tuy√®re du moteur de l'√©tage de descente est allong√©e de 25 cm pour fournir une pouss√©e plus importante ;
  • Le rev√™tement de la chambre de combustion du moteur de descente est modifi√© pour r√©duire le ph√©nom√®ne d'ablation[46].

Le r√īle du module lunaire

Trajectoire de la mission Apollo 15
Le LEM dans son car√©nage : il en sera expuls√© une fois effectu√©e la manŇďuvre d'accouplement avec le Module de Commande
Les différentes configurations du module lunaire durant une mission Apollo

Les missions Apollo sont programm√©es pour que le module lunaire atterrisse au tout d√©but du jour lunaire : les astronautes b√©n√©ficient ainsi d'une lumi√®re rasante pour le rep√©rage du terrain (entre 10 et 15¬į d'√©l√©vation au-dessus de l'horizon selon les missions) et de temp√©ratures relativement mod√©r√©es[N 16] durant le s√©jour sur la Lune (rappel : le jour lunaire dure environ 28 jours terrestres). En cons√©quence, pour chaque lieu d'atterrissage choisi, la fen√™tre de tir de la fus√©e Saturn est r√©duite √† 3 jours par mois. Le site retenu est toujours situ√© sur la face visible de la Terre pour que les communications entre le vaisseau et la Terre ne soient pas interrompues ; il n'est pas trop √©loign√© de la bande √©quatoriale de la Lune pour limiter la consommation de carburant.

Le d√©roulement d'une mission comporte les phases suivantes :

  • La mise en orbite basse ;
  • L'injection en orbite de transfert vers la Lune ;
  • La mise en orbite autour de la Lune ;
  • La descente du module lunaire sur la Lune ;
  • Le s√©jour sur la Lune ;
  • La remont√©e du module lunaire ;
  • L'injection en orbite de transfert vers la terre ;
  • La rentr√©e dans l'atmosph√®re terrestre.

De l’orbite terrestre à l’orbite lunaire

Une fois plac√© en orbite basse, les vaisseaux Apollo (LEM et modules de Commande et de Service) ainsi que le troisi√®me √©tage de la fus√©e effectuent un tour et demi autour de la Terre puis le moteur du troisi√®me √©tage est rallum√© pour injecter l'ensemble sur une orbite de transfert vers la Lune (Translunar Injection - TLI). L'injection se traduit par une augmentation de la vitesse de 3 040 m/s 10 000 km/h).

Le module lunaire est, depuis l’envol de la fusée Saturn, stocké en position repliée dans un carénage - le SLA (Spacecraft Lunar Module Adapter) - situé entre le 3e étage de la fusée Saturn et les modules de Commande et de Service.

Peu apr√®s la fin de la pouss√©e, le Module de Commande et de Service (CSM) se d√©tache du reste du train spatial puis pivote de 180¬į pour venir rep√™cher le LEM dans son car√©nage. Apr√®s avoir v√©rifi√© l'arrimage des deux vaisseaux et pressuris√© le LEM, les astronautes d√©clenchent par pyrotechnie la d√©tente de ressorts situ√©s dans le car√©nage du LEM : ceux-ci √©cartent le LEM et le CSM du troisi√®me √©tage de la fus√©e Saturn √† une vitesse d'environ 30 cm/seconde. Le troisi√®me √©tage va alors entamer une trajectoire divergente[N 17] qui, selon les missions le place en orbite autour du Soleil ou l'envoie s'√©craser sur la Lune.

Durant le trajet de 70 heures vers la Lune, des corrections peuvent √™tre apport√©es √† la trajectoire du CSM et du LEM pour optimiser la consommation finale de propergols. Initialement, le d√©roulement d‚Äôune missions Apollo pr√©voyait une quantit√© relativement importante de carburant pour ces manŇďuvres[N 18]. √Ä l'usage, √† peine 5 % de cette quantit√© sera consomm√©e gr√Ęce √† la pr√©cision de la navigation. Le train spatial est mis en rotation lente pour limiter l'√©chauffement des vaisseaux en r√©duisant la dur√©e de l'exposition continue au Soleil.

Une fois arriv√© √† proximit√© de la Lune, le moteur du module de commande est allum√© pour placer les vaisseaux en orbite en les freinant[N 19]. Si ce freinage n'est pas r√©alis√©, la trajectoire permet aux vaisseaux de revenir se placer en orbite terrestre apr√®s avoir fait le tour de la Lune sans utiliser leurs moteurs (Cette disposition sauvera la mission Apollo 13). Un peu plus tard, le moteur du CMS est utilis√© une deuxi√®me fois pour placer les deux vaisseaux sur une orbite circulaire de 110 km de rayon[47].

Descente et atterrissage sur la Lune

Pour √©conomiser les propergols de l‚Äô√©tage de descente du LEM, la trajectoire de la descente est d√©coup√©e en plusieurs phases : la premi√®re phase est l'abaissement de l'orbite qui est suivi de la descente propuls√©e (Powered Descent) qui elle-m√™me se d√©compose en une phase de freinage, une phase de rep√©rage et une phase d‚Äôatterrissage.

Le r√īle du syst√®me de navigation et de pilotage embarqu√©

La descente sur la Lune repose en grande partie sur le syst√®me de guidage, navigation et contr√īle (PGNCS Primary Guidance, and Control System) pilot√© par l'ordinateur embarqu√© (LGC). Celui-ci, d‚Äôune part va d√©terminer p√©riodiquement la position et la trajectoire r√©elle du vaisseau en utilisant d'abord la centrale inertielle puis le radar d'atterrissage (fonction de navigation), d‚Äôautre part il va calculer la trajectoire √† suivre en utilisant ses programmes, et piloter en fonction de tous ces √©l√©ments la pouss√©e et l‚Äôorientation des moteurs (fonction de guidage). Le pilote du LEM peut certes corriger l‚Äôaltitude en cours √† tout moment et dans la derni√®re phase reprendre compl√®tement la main sur les commandes des moteurs. Mais seul le syst√®me de navigation et de pilotage permet, en optimisant trajectoire et consommation des ressources, de poser le LEM avant d'avoir √©puis√© auparavant tout le carburant[48].

Le centre de contr√īle au sol situ√© √† Houston prend en charge l‚Äôinitialisation du syst√®me de navigation : gr√Ęce aux donn√©es t√©l√©m√©triques fournies par ses √©changes avec le vaisseau en bande S et ses programmes de simulation s‚Äôappuyant sur un mod√©lisation d√©taill√©e de la surface et de la gravit√© lunaire, il peut calculer avec plus de pr√©cision que l‚Äôordinateur du LEM les param√®tres initiaux : la position et le vecteur vitesse du vaisseau spatial √† l‚Äôallumage des moteurs ainsi que le vecteur de la pouss√©e √† appliquer pour la premi√®re phase de la descente.

Les donn√©es calcul√©es par le centre de contr√īle sont introduites par les astronautes dans l‚Äôordinateur de bord. Celui-ci va, au cours de la descente, ex√©cuter successivement plusieurs programmes de guidage (un pour chaque segment de la trajectoire : abaissement d‚Äôorbite, freinage, etc.) qui vont moduler la pouss√©e et la direction du moteur de descente ainsi que les moteurs d‚Äôattitude[N 20]. L‚Äôordinateur de bord actualise toutes les 2 secondes sa position gr√Ęce aux mesures d‚Äôacc√©l√©ration de sa centrale inertielle (gyroscope) et aux mesures de vitesse de d√©filement du sol et d‚Äôaltitude fournies par le radar dans les phases finales lorsque le LEM est suffisamment proche du sol. √Ä la demande des astronautes, l‚Äôordinateur peut restituer les informations de navigation[49].

L'abaissement de l'orbite

Déroulement de l'atterrissage sur la Lune

L'objectif de cette phase est d'abaisser l'altitude du LEM de 110 km √† 15 km au-dessus du sol lunaire. √Ä cet effet, son orbite circulaire est transform√©e en une orbite elliptique de 15 km sur 110 km. Cette phase, permet de r√©duire la distance √† parcourir jusqu‚Äôau sol lunaire √† un faible co√Ľt en propergols (elle ne n√©cessite qu'une br√®ve impulsion du moteur). La limite des 15 km a √©t√© retenue pour √©viter que la trajectoire finale ne s'approche trop du relief.

Deux des trois astronautes de l'équipage prennent place dans le Module Lunaire pour descendre sur la Lune. Ils initialisent le système de navigation avant d’entamer la descente vers la Lune. Le LEM et le CSM se séparent avant que le moteur ne soit mis en marche (jusqu’à Apollo 12).

Le changement d‚Äôorbite est initi√© lorsque le vaisseau spatial se situe aux antipodes (√† une demi-orbite) du point o√Ļ d√©marrera la phase suivante. Une fois que la distance entre le LEM et le module de commande est suffisante (une centaine de m√®tres), une petite acc√©l√©ration est d‚Äôabord imprim√©e par les moteurs contr√īlant l'attitude pour plaquer le carburant du moteur de descente contre les vannes de distribution puis le moteur de descente est allum√© bri√®vement pour freiner le LEM d'environ 25 m√®tres/seconde (90 km/h) le LEM[50].

À partir d’Apollo 14, pour économiser les propergols de l’étage de descente, c’est le moteur du Module de Commande et de Service qui est sollicité pour abaisser l’orbite. Le CSM accompagne donc le LEM dans son orbite elliptique et s’en sépare avant que la descente propulsée ne démarre.

La descente propulsée

Cette phase est caract√©ris√©e par une action continue du moteur de descente. Elle d√©marre lorsque le LEM a atteint le point le plus bas de son orbite elliptique. Elle se d√©compose elle-m√™me en trois phases : la phase de freinage, la phase d'approche et la phase d'atterrissage.

La phase de freinage

La phase de freinage vise √† r√©duire la vitesse du vaisseau de la mani√®re la plus efficace possible : celle-ci va passer de 1 695 m/s (6 000 km/h) √† 150 m/s (550 km/h). Le moteur est allum√© √† 10 % de sa puissance durant 26 secondes, le temps que le moteur s'aligne gr√Ęce √† son cardan sur le centre de gravit√© du vaisseau, puis il est pouss√© au maximum de sa puissance. Le module lunaire qui au d√©but de la trajectoire est pratiquement parall√®le au sol va progressivement s‚Äôincliner tandis que sa vitesse de descente nulle au d√©part augmente jusqu‚Äô√† 45 m/s en fin de phase[51]. Lorsque le LEM se trouve √† une altitude inf√©rieure √† 12-13 km, le radar d'atterrissage accroche le sol et se met √† fournir des informations (altitude, vitesse de d√©placement) qui vont permettre de v√©rifier que la trajectoire est correcte : jusqu'alors celle-ci √©tait extrapol√©e uniquement √† partir de l'acc√©l√©ration mesur√©e par la centrale √† inertie. Une diff√©rence trop importante entre les donn√©es fournies par le radar et la trajectoire vis√©e ou le non fonctionnement du radar sont des motifs d'interruption de la mission [52].

La phase d'approche
R√©p√©tition de la manŇďuvre de rendez-vous au-dessus de la Lune : le LEM ¬ę Snoopy ¬Ľ photographi√© par le pilote du CM (Apollo 10)
Sch√©ma de la manŇďuvre de rendez-vous apr√®s le s√©jour sur la Lune

La phase d'approche d√©marre √† 7 km du site vis√© alors que LEM est √† une altitude de 700 m√®tres. Elle doit permettre au pilote de rep√©rer la zone d'atterrissage et de choisir le lieu pr√©cis (d√©gag√©) o√Ļ il souhaite atterrir. Son point de d√©part est d√©sign√© sous le terme de ¬ę porte haute ¬Ľ (high gate) expression emprunt√©e √† l'a√©ronautique.

Le module lunaire est progressivement redress√© en position verticale fournissant au pilote une meilleure vision du terrain. Celui-ci peut ainsi localiser le point d'atterrissage auquel conduit la trajectoire gr√Ęce √† une √©chelle grav√©e sur son hublot gradu√©e en degr√©s (Landing Point Designator LPD)[N 21] : l'ordinateur fournit √† la demande l'angle sous lequel l'astronaute peut voir le lieu d'atterrissage sur cette √©chelle. Si celui-ci juge que le terrain n'est pas propice √† un atterrissage ou qu‚Äôil ne correspond pas au lieu pr√©vu, il peut alors corriger l'angle d'approche en agissant sur les commandes de vol par incr√©ment de 0,5¬į dans le sens vertical ou 2¬į en lat√©ral[53].

La phase d'atterrissage

Lorsque le module lunaire est descendu √† une altitude de 150 m√®tres ce qui le place th√©oriquement √† une distance de 700 m√®tres du lieu vis√© (point d√©sign√© sous le terme de low gate), d√©marre la phase d'atterrissage. Si la trajectoire a √©t√© convenablement suivie, les vitesses horizontale et verticale sont respectivement alors de 66 km/h et 18 km/h. La proc√©dure pr√©voit que le pilote prenne la main pour amener le module lunaire au sol mais il peut, s'il le souhaite, laisser faire l'ordinateur de bord qui dispose d'un programme de pilotage pour cette derni√®re partie du vol[N 22]. En prenant en compte les diff√©rents al√©as (phase de rep√©rage allong√©e de 2 minutes, modification de la cible de derni√®re minute de 500 m√®tres pour √©viter un relief, mauvaise combustion finale, jauge de propergol pessimiste), le pilote dispose d'une marge de 32 secondes pour poser le LEM avant l'√©puisement des ergols. La derni√®re partie de la phase est un vol plan√© √† la mani√®re d‚Äôun h√©licopt√®re qui permet √† la fois d‚Äôannuler toutes les composantes de vitesse mais √©galement de mieux rep√©rer les lieux. Des sondes situ√©es sous les semelles du train d‚Äôatterrissage prennent contact avec le sol lunaire lorsque l'altitude est inf√©rieure √† 1,3 m√®tre et transmettent l‚Äôinformation au pilote. Celui-ci doit alors couper le moteur de descente pour √©viter que le LEM ne rebondisse ou ne se renverse (la tuy√®re touche presque le sol)[54].

Le séjour sur la Lune

Le séjour sur la Lune est rythmé par les sorties extra-véhiculaires (une sortie pour Apollo 11 mais jusqu’à quatre sorties pour les dernières missions). Avant chaque sortie, les astronautes doivent faire le plein en eau et oxygène de leur système de survie portable puis enfiler leur tenue. Ils font ensuite le vide avant d’ouvrir l’écoutille qui donne accès à l’échelle.

Les outils et les instruments scientifiques sont sortis des baies de stockage de l‚Äô√©tage de descente puis sont d√©ploy√©s non loin du LEM ou √† plus grande distance. √Ä partir d‚ÄôApollo 14, les astronautes disposent d‚Äôune brouette puis dans le cadre des vols suivants du rover lunaire qui leur permet de s‚Äô√©loigner d‚Äôune dizaine de km du LEM en transportant de lourdes charges. Le Rover occupe une baie enti√®re du module lunaire : il est stock√© en position repli√©e sur une palette que les astronautes abaissent pour lib√©rer le v√©hicule. Le rover est d√©ploy√© par un syst√®me de ressorts et de cordes agissant via des poulies et actionn√©s par les astronautes.

Avant de quitter la Lune, les √©chantillons g√©ologiques plac√©s dans des conteneurs sont hiss√©s jusqu‚Äô√† l‚Äô√©tage de remont√©e gr√Ęce √† un palan. Le mat√©riel qui n‚Äôest plus n√©cessaire (survie portable, appareils photos, ‚Ķ) est abandonn√© pour all√©ger au maximum l‚Äô√©tage de remont√©e[N 23].

La remontée et le rendez-vous avec le module de commande

La phase de remont√©e doit permettre au LEM de rejoindre le module de commande rest√© en orbite. Cet objectif est atteint en 2 temps : l‚Äô√©tage du LEM d√©colle du sol lunaire pour se mettre en orbite basse puis ensuite √† l'aide de pouss√©es ponctuelles du moteur-fus√©e il rejoint le module de commande.

Avant le d√©collage la position pr√©cise du LEM au sol est entr√©e dans l'ordinateur afin de d√©terminer la meilleure trajectoire. L'instant du d√©part est calcul√© de mani√®re √† optimiser la trajectoire de rendez vous avec le module de Commande. L'√©tage de descente reste au sol et sert de plate-forme de lancement. La s√©paration des deux √©tages est d√©clench√©e avant le d√©collage par de petites charges pyrotechniques qui sectionnent les quatre points solidarisant les deux √©tages ainsi que les c√Ębles et tuyauteries.

Le Module Lunaire suit d'abord une trajectoire verticale jusqu'√† une altitude d'environ 75 m√®tres pour se d√©gager du relief lunaire puis s'incline progressivement pour rejoindre finalement √† l'horizontale le p√©rilune (point bas) d'une orbite elliptique de 15 km sur 67 km.

Un rendez-vous est alors effectué entre le CSM (piloté par le troisième membre d'équipage, le seul de la mission à ne pas aller sur la Lune) et le LEM en orbite lunaire. Une fois les pierres lunaires transférées, le LEM est libéré et lancé sur une trajectoire qui l’amènera à s’écraser sur la Lune. Le module de commande et le module de service peuvent entamer leur retour vers la Terre.

La qualification en vol du module lunaire (1968-1969)

Le Lem-1 est installé dans l'adaptateur pour la mission Apollo-5

Pour tester le fonctionnement en vol du module lunaire, la NASA prévoyait initialement 5 vols utilisant la fusée Saturn IB consacrés à la mise au point des moteurs de descente et de remontée (mission de type B) puis, en fonction des résultats, un nombre variable de vols pour tester successivement le fonctionnement conjoint du CSM et du LEM en orbite basse (mission de type D), en orbite haute (mission de type E) et autour de la Lune (mission de type F). Les bons résultats obtenus dès le premier test permirent de réduire le nombre de vols à une mission de chaque type[55].

Apollo 5

Le 22 janvier 1968, avec 9 mois de retard sur le planning pr√©vu, le LEM est test√© pour la premi√®re fois en en vol au cours de la mission Apollo 5. Pour r√©duire les co√Ľts, le module lunaire (Lem-1) est d√©pourvu de train d'atterrissage (il n'est pas pr√©vu de le tester). Les hublots sont obtur√©s par des panneaux en aluminium car au cours de tests de pression r√©alis√©s un mois auparavant un hublot s'√©tait bris√©. Une fois le LEM plac√© en orbite, le moteur de descente est allum√© √† plusieurs reprises. Puis le moteur de remont√©e est mis √† feu pour simuler une proc√©dure d'urgence. Tous les tests se d√©roulent de mani√®re satisfaisante[56].

Apollo 9

L'équipage d'Apollo 9 teste le fonctionnement du LEM en orbite au-dessus de la terre

Le 3 mars 1969 la mission Apollo 9 d√©colle pour un test complet du module lunaire avec son √©quipage. Apr√®s avoir √©t√© mis en orbite terrestre, les astronautes vont r√©p√©ter toutes les manŇďuvres qui devront √™tre r√©alis√©es durant la mission lunaire. L'accostage du LEM par le module de commande puis l'extraction de son car√©nage sont ex√©cut√©s pour la premi√®re fois. Deux des astronautes se glissent alors dans le tunnel reliant le module de commande au LEM et mettent en marche les sous-syst√®mes du LEM avant d'allumer le moteur de descente sans toutefois se d√©tacher du Module de Commande.

Le lendemain l'√©quipage du LEM se s√©pare du CSM, d√©ploie le train d'atterrissage et met √† feu le moteur de descente en testant plusieurs niveaux de pouss√©e. Puis apr√®s avoir largu√© l'√©tage de descente, il simule la remont√©e depuis le sol lunaire et la manŇďuvre de rendez-vous : il entame la poursuite du vaisseau Apollo, dont il s'√©tait √©cart√© de pr√®s de 200 km, en utilisant le moteur de remont√©e. Le test, qui comportait un certain risque si les moteurs du module lunaire s'√©taient av√©r√©s d√©faillants (Le LEM n'aurait pas r√©sist√© √† une rentr√©e dans l'atmosph√®re terrestre), est un succ√®s complet[57].

√Ä partir de ce vol, les modules lunaires recevront un nom de bapt√™me (pour Apollo 9, ce sera ¬ę Spider ¬Ľ) qui permettra de distinguer, au cours des √©changes radio avec le support au sol, l'√©quipage du LEM de celui du Module de Commande et de Service.

Apollo 10

La mission Apollo 10 s'envole le 26 mai 1969. Ce vol aurait pu √™tre l'occasion du premier atterrissage sur la Lune mais les responsables de la NASA pr√©f√®rent effectuer un dernier test pour v√©rifier le fonctionnement du syst√®me de navigation et du radar d'altitude autour de la Lune. Le d√©roulement de la mission va √™tre une r√©p√©tition presque compl√®te d'un vol lunaire. La descente vers la Lune n'est interrompue qu'√† 14,4 km du sol. Apr√®s un bref emballement du moteur de descente d√Ľ √† une erreur de manipulation, ¬ę Snoopy ¬Ľ(le LEM) effectue une manŇďuvre de rendez-vous parfaite avec ¬ę Charlie Brown ¬Ľ (le module de commande)[58].

Les missions lunaires : Apollo 11 √† 17 (1969-1972)

Six exemplaires de LEM vont se poser sur la Lune entre 1969 et 1973, permettant, ainsi √† 12 hommes de fouler le sol lunaire. Apollo 13 est le seul √©chec mais les astronautes purent revenir sains et saufs sur Terre gr√Ęce au LEM. Seuls des incidents mineurs √©maill√®rent les 6 missions qui parvinrent √† se poser sur la Lune.

Apollo 11 : l'√©preuve du feu

Article d√©taill√© : Apollo 11.
Buzz Aldrin descend l'échelle du module lunaire (Apollo 11) après avoir refermé en partie l'écoutille.

Le module lunaire de la mission Apollo 11 est le premier √† se poser sur la Lune. Le 20 juillet 1969 Edwin Aldrin et Neil Armstrong (pilote) entament la descente vers le sol lunaire. Durant la phase d'approche finale la s√©r√©nit√© de l'√©quipage est √©branl√©e par des alarmes r√©p√©t√©es de l'ordinateur qui, satur√©, ne peut plus ex√©cuter toutes les t√Ęches qui lui ont √©t√© assign√©es. Or, ce syst√®me joue un r√īle essentiel pour d√©terminer la trajectoire qui permettra de se poser avec les faibles marges de carburant disponibles. Accapar√© par ces alarmes, qui pourraient signifier la fin pr√©matur√©e de la mission, le pilote effectue un rep√©rage visuel du terrain trop tardif. Lorsqu'il s'aper√ßoit que la trajectoire m√®ne le LEM droit sur une zone encombr√©e de rochers il est d√©j√† trop bas pour la corriger. Il reprend manuellement les commandes (le LEM √©tait jusqu'alors en autopilotage) et survole √† la mani√®re d'un h√©licopt√®re la zone dangereuse en entamant dangereusement les derni√®res r√©serves de carburant. Lorsqu'il pose le module lunaire il ne reste plus que 50 secondes de propergols dans les r√©servoirs et 20 secondes avant la d√©cision d'abandon de mission[59].

L'enqu√™te r√©v√©lera que la surcharge de l'ordinateur √©tait due √† l'envoi de demandes de traitement par le radar de rendez-vous √† fr√©quence tr√®s rapproch√©e. Il y avait en fait 2 erreurs : d'une part la proc√©dure indiquait √† tort de laisser le radar de rendez-vous allum√© et d'autre part il y avait un d√©faut de conception dans l'interface entre l'ordinateur et le radar de rendez-vous. Les simulations r√©alis√©es n'avaient pas permis de d√©tecter l'anomalie, car l'ordinateur de rendez-vous n'√©tait pas branch√© pour les atterrissages. Le probl√®me sera corrig√© pour les missions suivantes. Par ailleurs, des mesures seront prises (modification des programmes de calcul de trajectoire et accroissement des corrections de trajectoire interm√©diaires) pour que les pilotes disposent de plus de marge en carburant[60]. Le reste de la mission se d√©roulera sans incident majeur.

Apollo 13 : le LEM radeau de sauvetage

Article d√©taill√© : 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 c√Ębles du client + $.05 pour recharge in situ 4,05 $
25 Oxygène à 20$/kg 500 $
Couchage pour 2, sans télévision, avec air conditionné et vue (contrat NAS-9-1100)[N 24] 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 CMS de la mission Apollo 13 sont en route pour la Lune, une pile √† combustible explose √† la suite d'un court-circuit et ravage le module de service : les r√©serves en oxyg√®ne du CMS tombent √† z√©ro et les deux tiers de ses ressources √©lectriques disparaissent. La mission doit √™tre interrompue mais le moteur de propulsion principal n'est plus jug√© assez s√Ľr, du fait de sa proximit√© avec le foyer de l'explosion, pour permettre son utilisation et r√©aliser un demi-tour. Le LEM va jouer un r√īle crucial, qui n'avait pas √©t√© pr√©vu par ses concepteurs, dans le sauvetage de l'√©quipage de la mission Apollo 13. L'√©quipage se r√©fugie dans le module lunaire qui est alors activ√©. Le contr√īle au sol d√©cide de laisser le vaisseau faire le tour de la Lune et revenir vers la Terre. Les consommables (oxyg√®ne, √©lectricit√©) stock√©s dans les deux vaisseaux ne sont toutefois pas suffisants pour faire face aux besoins des trois astronautes jusqu'√† leur arriv√©e. Le moteur de descente du LEM est utilis√© √† plusieurs reprises pour optimiser la trajectoire. Plusieurs bricolages sont improvis√©s pour disposer de suffisamment d'√©lectricit√© et √©liminer le CO2 permettent √† l'√©quipage 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[61].

Apollo 14 : un abandon non d√©sir√©

Peu avant que le Lem aborde sa descente vers le sol lunaire, le contr√īle √† Houston se rend compte en examinant les donn√©es p√©riodiquement transmises par t√©l√©m√©trie que l'interrupteur qui permet de d√©clencher l'abandon de l'atterrissage en cas de probl√®me grave est positionn√© sur ON. D√®s que la descente aura √©t√© amorc√©e, l'ordinateur interpr√©tera l'information comme une demande d'abandon et larguera l'√©tage de descente interrompant la mission. Le probl√®me vient d'un faux contact mais le circuit concern√© ne peut pas √™tre r√©par√©. Il ne reste que 2 heures pour trouver une solution : les d√©veloppeurs sur Terre finissent par trouver une m√©thode pour tromper l'ordinateur et font rentrer une longue liste de commandes par les astronautes. La manipulation a une contrepartie : si la mission doit √™tre effectivement interrompue, les automatismes ne pourront plus jouer et les astronautes devront d√©tailler chaque √©tape en saisissant les instructions. Heureusement, apr√®s une ultime frayeur (refus temporaire du radar d'atterrissage de fonctionner) l'atterrissage se d√©roula parfaitement[62].

Buzz Aldrin (Apollo 11) tournant le dos au pupitre du pilote

Apollo 15 : la version lourde des missions J

Article d√©taill√© : Apollo 15.

√Ä compter d'Apollo 15, les modules lunaires s√©journent plus longtemps sur la Lune et sont donc plus lourds. La tuy√®re du moteur de descente est rallong√©e d'une trentaine de centim√®tres et est du coup susceptible de toucher le sol lunaire : pour √©viter qu'une surpression se forme √† l'atterrissage dans la cloche de la tuy√®re et ne renverse le Module Lunaire, la consigne avait √©t√© donn√©e d'arr√™ter le moteur-fus√©e d√®s le premier contact des sondes prolongeant vers le bas le train d'atterrissage soit √† environ 1,3 m√®tres du sol[N 25]. Cette consigne existait d√©j√†, mais le pilote James B. Irwin l'appliqua pour la premi√®re fois avec la plus grande rigueur. Il fit l'atterrissage le plus dur de tous les modules lunaires. Le LEM qui avait, au moment de l'arr√™t du moteur, une vitesse verticale r√©siduelle de 0,5 km/h arriva sur le sol lunaire √† pr√®s de 7 km/h (les autres LEM se pos√®rent avec une vitesse verticale de 2 √† 3 km/h). Par manque de chance, le module lunaire atterrit √† cheval sur le relief d'un petit crat√®re que le pilote n'avait pas pu apercevoir, √† cause du nuage de poussi√®re soulev√© par le moteur, et les jambes du train d'atterrissage ne se pos√®rent pas en m√™me temps accroissant le choc (le LEM accusera une inclinaison de 11¬į une fois pos√©)[63].

Conclusion (après 1973)

Ann√©e Montant  % co√Ľt du
programme Apollo
millions $ courant (millions $ 2008)
1963 123 865 20 %
1964 135 937 6 %
1965 242 1 655 9 %
1966 311 2 061 10 %
1967 473 3 048 16 %
1968 400 2 474 16 %
1969 326 1 914 16 %
1970 241 1 338 16 %
Total 2 251 14 290 13%
Le co√Ľt du Lem en valeur courante et actualis√©e
(test, système de guidage/navigation non compris)

En septembre 1970 le programme Apollo subit des coupes budg√©taires drastiques traduisant les nouvelles priorit√©s du gouvernement Nixon : Apollo 11 a r√©ussi √† capter le prestige dont b√©n√©ficait jusqu'√† pr√©sent le programme spatial russe et la guerre du Vietnam draine d√©sormais les ressources budg√©taires des √Čtats-Unis. La NASA est oblig√©e d'annuler les 2 derni√®res missions Apollo planifi√©es. Le dernier module lunaire atterrit le 11 d√©cembre 1972 sur la Lune dans le cadre de la mission Apollo 17 qui comprenait pour la premi√®re fois un scientifique : le g√©ologue Harrison Schmitt[64]. Les trois LEM en cours de construction dans les locaux de la soci√©t√© Grumman rest√®rent inachev√©s.

Le co√Ľt final du module lunaire Apollo d√©passera toutes les pr√©visions et se monte fin 1970, lorsque le projet est achev√©, √† 2,2 milliards de dollars de l'√©poque (14,3 milliards de dollars 2008) soit 13 % du co√Ľt total du projet Apollo[65]. √Ä titre de comparaison cette somme est √† peu pr√®s l'√©quivalent de 3 ann√©es du budget de l'Agence spatiale europ√©enne 2006. Ce chiffre ne comprend pas le d√©veloppement du syst√®me de guidage et de navigation partag√© avec le module de commande (3,8 milliards de dollars 2008), les co√Ľts d'int√©gration et de test qui repr√©sentent sans doute le m√™me montant, etc.

Les développements abandonnés

Plusieurs variantes du LEM pr√©vues pour une phase ult√©rieure de l'exploration lunaire ne verront pas le jour :

  • Le LEM ¬ę cargo ¬Ľ est un module lunaire non habit√© utilis√© pour transporter environ 5 tonnes de mat√©riel sur la Lune. Le fret remplace l'√©tage de remont√©e tandis que l'√©tage de descente est √©quip√© de moteurs de contr√īle d'attitude ainsi que d'un ordinateur de navigation et de guidage[66].
  • Le LEM ¬ę taxi ¬Ľ est un LEM disposant de consommables permettant des s√©jours de 14 jours sur la Lune pour un √©quipage de 3 astronautes. Il peut √™tre envoy√© sur la Lune peu apr√®s qu'un LEM ¬ę abri ¬Ľ y a √©t√© lanc√©[67].
  • Le LEM ¬ę abri ¬Ľ utilis√© de mani√®re combin√©e avec le LEM ¬ę taxi ¬Ľ a son √©tage de remont√©e remplac√© par des consommables et du mat√©riel scientifique. Il atterrit sur la Lune en pilotage automatique[68].
  • Le LEM ¬ę Lab ¬Ľ est constitu√© de l'√©tage de remont√©e du LEM dont on a remplac√© le moteur et les r√©servoirs par environ 10 tonnes de mat√©riel scientifiques pour des observations et des exp√©riences en orbite terrestre[69]. Le LEM ¬ę Lab ¬Ľ devint progressivement l'ATM (Apollo Telescope Mount), une structure non pressuris√©e porteuse d'un t√©lescope pour l'observation du soleil. Pr√©vu initialement pour √™tre mis en orbite seul, il est finalement d√©velopp√© comme un module annexe de la station Skylab[70].

La descendance du LEM : le vaisseau Altair

Article d√©taill√© : Altair (v√©hicule spatial).
Vue d'artiste d'un des designs du module lunaire Altair.

En janvier 2004, le pr√©sident des √Čtats-Unis, George W. Bush, lance le programme Constellation dont l'objectif est de ramener des hommes sur la Lune vers 2020. Le projet pr√©voit la construction d'un module lunaire baptis√© Altair lointain descendant du LEM. Altair reprend de nombreuses caract√©ristiques de son pr√©d√©cesseur : c'est un vaisseau con√ßu uniquement pour descendre sur la Lune, y s√©journer et remonter en orbite. L'√©quipage revient ensuite √† Terre √† bord d'un vaisseau rest√© en orbite lunaire : l'Orion. Il est compos√© d'un √©tage de descente (qui reste sur le sol lunaire) et d'un √©tage de remont√©e qui se pose verticalement sur un train d'atterrissage analogue √† celui du LEM. Il comporte deux ouvertures dont une utilis√©e pour acc√©der au sol lunaire. Mais certains aspects du programme Constellation sont tr√®s diff√©rents du programme Apollo : Altair est envoy√© dans l'espace par une fus√©e d√©di√©e et est assembl√© avec l'Orion en orbite terrestre. Trois fois plus lourd que le LEM, il est propuls√© par des moteurs cryog√©niques (descendants de ceux utilis√©s par la fus√©e Saturn). Il doit embarquer l'ensemble de l'√©quipage de la mission (quatre astronautes). La cabine pressuris√©e comprend un sas et un coin toilette.

Les modules lunaires dans les musées

Article d√©taill√© : Liste des modules lunaires Apollo.

Aujourd'hui plusieurs exemplaires du module lunaire sont conserv√©s dans diff√©rents mus√©es : ce sont des exemplaires n'ayant jamais vol√©, des mod√®les utilis√©s pour les tests de r√©sistance ou des mod√®les utilis√©s pour les entrainements.

Vidéos

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

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Annexes

Sources

Principales sources utilis√©es pour la r√©daction de l'article :

Sources utilis√©es ponctuellement :

Notes

  1. ‚ÜĎ L'acronyme LM a remplac√© en 1968 LEM parce que les dirigeants de la NASA consid√©raient que le terme Excursion traduisait mal la port√©e du projet lunaire
  2. ‚ÜĎ Les vols pr√©c√©dents √©taient des vols balistiques c'est-√†-dire que la capsule Mercury ne se mettait pas en orbite
  3. ‚ÜĎ Un cas d'√©cole de dysfonctionnement de l'organisation d'une entreprise. Son courrier commen√ßait ainsi ¬ę Somewhat as a voice in the wilderness, I would like to pass on a few thoughts that have been of deep concern to me over recent months ... Do we want to go to the moon or not?, and, if so, why do we have to restrict our thinking to a certain narrow channel?...¬Ľ
  4. ‚ÜĎ . Cette soci√©t√© fait partie depuis 1994 du groupe Northrop Grumman
  5. ‚ÜĎ La premi√®re sonde Surveyor se pose en douceur sur le sol lunaire le 2 juin 1966 : les capteurs dont elle dispose indiquent que le sol lunaire est plut√īt plus ferme que ce qui √©tait pr√©vu
  6. ‚ÜĎ Une plage de pouss√©e comprise entre 65 et 92,5 % est exclue, car elle provoque une [[ablation (astronautique)|]] trop rapide du rev√™tement de la tuy√®re.
  7. ‚ÜĎ Le responsable du projet chez Grumman reprochera √† la NASA d'avoir refus√© par ailleurs l'emploi des circuits int√©gr√©s dans le reste de l'√©lectronique du LEM
  8. ‚ÜĎ les plus importantes sont d√©taill√©es dans les rapports r√©dig√©s apr√®s les missions disponibles ici [1])
  9. ‚ÜĎ Le choix de batteries √† la place de piles √† combustible est une des derni√®res options structurantes √† √™tre fig√©e (avril 1965). Les solutions concurrentes du radar de rendez-vous et du guidage optique seront d√©velopp√©es en parall√®le jusqu'√† la s√©lection du radar au printemps 1966
  10. ‚ÜĎ La fabrication du train d'atterrissage est r√©alis√©e par H√©roux-Devtek Inc. dans son usine de Longueuil au Qu√©bec
  11. ‚ÜĎ Chaque hublot est constitu√© de deux lames de verre s√©par√©es par une lame d'air qui ont subi des traitements pour filtrer les rayonnements ultraviolets et infrarouges, emp√™cher l'√©blouissement et r√©sister aux microm√©t√©orites
  12. ‚ÜĎ C'est le constructeur automobile Chrysler qui la met en Ňďuvre pour la premi√®re fois de mani√®re industrielle dans les tableaux de bord de certains de ses mod√®les automobiles en 1960
  13. ‚ÜĎ Six positions sont possibles, permettant de couvrir toute l'h√©misph√®re c√©leste en prenant comme plan de r√©f√©rence le plancher de la cabine
  14. ‚ÜĎ La soci√©t√© TRW a √©t√© d√©membr√©e √† la suite de son rachat par Northrop Grumman. La branche a√©ronautique de TRW fait maintenant partie de Goodrich Corporation.
  15. ‚ÜĎ En l'absence d'atmosph√®re, la chaleur ne se diffuse que par conductivit√©. En √©cartant la couverture thermique de la coque du LEM on emp√™che toute transmission de chaleur
  16. ‚ÜĎ La temp√©rature au sol passe progressivement de 0 √† 130¬įC entre le lever du Soleil et le moment o√Ļ le Soleil culmine (au bout de 177 heures terrestres)
  17. ‚ÜĎ L'√©tage de la fus√©e re√ßoit une pouss√©e suppl√©mentaire gr√Ęce √† l'√©jection des propergols non br√Ľl√©s.
  18. ‚ÜĎ . Le carburant pr√©vu permettait une variation de vitesse de 152 m√®tres/seconde
  19. ‚ÜĎ La d√©c√©l√©ration est de 891 m/s soit 3 200 km/h
  20. ‚ÜĎ Les corrections de l'orientation sont r√©alis√©es par les moteurs d'attitude. Le moteur de descente peut √™tre √©galement utilis√© gr√Ęce au montage sur cardan (jusqu'√† 6¬į d'inclinaison par rapport √† la verticale) √† condition que les corrections ne n√©cessitent pas une trop grande rapidit√© d'ex√©cution
  21. ‚ÜĎ L'√©chelle est grav√©e √† la fois sur les hublots int√©rieur et ext√©rieur et l'astronaute doit aligner les 2 √©chelles.
  22. ‚ÜĎ Il s'agit du programme P65 qui ne sera jamais utilis√© au cours des missions Apollo
  23. ‚ÜĎ Une dizaine d‚Äôappareils photos Hasselblad en bon √©tat (√† l‚Äô√©poque) jonchent le sol lunaire
  24. ‚ÜĎ Cette r√©f√©r√©nce correspond au contrat NASA/Grumman pour la fabrication du LEM
  25. ‚ÜĎ Lorsque les tigelles longues de 1,3 m√®tres qui prolongent vers le bas les semelles du train d'atterrissage signalent touchent le sol lunaire

Références

Toutes les références correspondent à des textes en anglais sauf mention contraire

  1. ‚ÜĎ (en) Project Apollo: A Retrospective Analysis
  2. ‚ÜĎ Enchanted Rendezvous : John C. Houbolt and the Genesis of the Lunar-Orbit p.28 et 34
  3. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Chariots for Apollo Analysis of LOR
  4. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Chariots for Apollo NASA-Grumman Negotiations
  5. ‚ÜĎ The Apollo Spacecraft A Chronology Part 3D : 25 July 1962
  6. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Grumman : Lunar Module News Reference p.212
  7. ‚ÜĎ a‚ÄČ, b‚ÄČ et c‚ÄČ Chariots for Apollo Hatches and Landing Gear
  8. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Chariots for Apollo External Design
  9. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Chariots for Apollo Tailoring the Cockpit
  10. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Manuel Sous-syst√®mes du Module Lunaire - Grummman parag. 2.3.2
  11. ‚ÜĎ Chariots for Apollo Engines, Large and Small
  12. ‚ÜĎ a‚ÄČ, b‚ÄČ et c‚ÄČ Computers in Spaceflight The NASA Experience Chap. 2 Computers On Board The Apollo Spacecraft - The need for an on-board computer
  13. ‚ÜĎ Phil Parker Apollo and the integrated circuit
  14. ‚ÜĎ Chariots for Apollo Guidance and Navigation
  15. ‚ÜĎ Digital Apollo Human and Machine in Spaceflight p.249
  16. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Chariots for Apollo The "Sub-Prime" and the Radar Problem
  17. ‚ÜĎ Interview Armstrong 2001 page 79 [pdf]
  18. ‚ÜĎ Chariots for Apollo Mockup Reviews
  19. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Chariots for Apollo The LEM Test Program: A Pacing Item
  20. ‚ÜĎ Chariots for Apollo Lunar Module Refinement
  21. ‚ÜĎ Chariots for Apollo Lunar Module
  22. ‚ÜĎ a‚ÄČ, b‚ÄČ et c‚ÄČ Chariots for Apollo The LM: Some Questions, Some Answers
  23. ‚ÜĎ Chariots for Apollo Worries and Watchdogs
  24. ‚ÜĎ How Apollo flew to the moon p. 220
  25. ‚ÜĎ Apollo by the Numbers: A Statistical Reference, LM Descent Stage Propellant Status
  26. ‚ÜĎ Chariots for Apollo Selecting and Training Crews
  27. ‚ÜĎ Grumman : Lunar Module News Reference p.28-31
  28. ‚ÜĎ Clavius - Space vehicules : lunar module stability
  29. ‚ÜĎ a‚ÄČ et b‚ÄČ Grumman : Lunar Module News Reference p.21-24
  30. ‚ÜĎ display and Control Subsystem page 3
  31. ‚ÜĎ Computers in Spaceflight The NASA Experience Chap. 2 Computers On Board The Apollo Spacecraft - The Apollo guidance computer: Hardware
  32. ‚ÜĎ Operations Handbook LM Subsystems Data page 2.1.62-65
  33. ‚ÜĎ Apollo Surface Journal (NASA) : Notice sur l'AOT
  34. ‚ÜĎ Operations Handbook LM Subsystems Data page 2.2.1-6
  35. ‚ÜĎ Operations Handbook LM Subsystems Data page 2.2.1-25
  36. ‚ÜĎ Description du COAS
  37. ‚ÜĎ display and Control Subsystem page 27-28
  38. ‚ÜĎ display and Control Subsystem page 28
  39. ‚ÜĎ Lunar Module/Abort Guidance System /LM/AGS/ design survey page 2-8
  40. ‚ÜĎ Operations Handbook LM Subsystems Data page 2.6.1
  41. ‚ÜĎ Operations Handbook LM Subsystems Data page 2.6.16-22
  42. ‚ÜĎ (en) Apollo Experience report - Battery subsystem - J. Barry Trout (NASA), 1972, r√©f√©rence NASA TN D-6976, 10 p. [pdf]
  43. ‚ÜĎ Grumman : Lunar Module News Reference p.163-167
  44. ‚ÜĎ Operations Handbook LM Subsystems Data page 2.7.1-44
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  58. ‚ÜĎ Chariots for Apollo Apollo 10: The Dress Rehearsal
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  62. ‚ÜĎ Digital Apollo Human and Machine in Spaceflight p.243-248
  63. ‚ÜĎ Apollo 15 flight journal - Landing at Hadley
  64. ‚ÜĎ W. David Compton (1989), First phase of lunar exploration completed : Cutbacks and Program Changes
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