Apollo 14

Apollo 14
Insigne de la mission
Équipage
CDR	Alan Shepard
LMP	Edgar Mitchell
CMP	Stuart Roosa
Roosa, Shepard, Mitchell
Mission
Date lancement	31 janvier 1971 21 h 3 min 2 s UTC
Objectif principal	Se poser à Fra Mauro
Vaisseau
Lançeur	Saturn V SA-509
Module de commande (surnom)	CM-110 (Kitty Hawk)
Module lunaire (surnom)	LM-8 (Antares)
Sur la Lune
Date alunissage	5 février 1971
Lieu	Fra Mauro (Lune)
Coordonnées	3° 39′ 06″ Sud        17° 29′ 41″ Ouest / -3.651711, -17.494815
Géolocalisation sur la carte : Lune
Apollo 14 sur Google Moon
Durée à la surface	1 jour 9,5 heures
Durée en EVA	9,2 heures (4,7 + 4,5)
Durée en orbite	2 jours 18,7 heures
Échantillons récoltés	43 kg
Atterrissage
Coordonnées	27° 01′ 00″ Sud        172° 39′ 00″ Ouest / -27.016667, -172.65
Date	9 février 1971 21:05:00 UTC
Durée mission	9 j 1 min 58 s
Documentation NASA
Lunar Surface Journal Apollo 14
Apollo 14 Documentation
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Apollo 14 (31 janvier 1971 4 h 03- 9 février 1971 20 h 24) est la huitième mission habitée du programme Apollo, et la troisième à se poser sur la Lune. Le module lunaire se posa dans la formation géologique Fra Mauro, qui était la destination originelle de la mission Apollo 13 qui n'a pu aboutir. Il s'agit de la première mission dont le but principal soit un but scientifique, dans un lieu sélectionné non en fonction de contraintes techniques, mais pour son intérêt géologique.

Sommaire 1 Planification et objectifs de la mission 1.1 Objectif scientifique principal 1.2 Objectifs secondaires 1.3 Plan de la mission 1.4 Équipage 2 Déroulement de la mission 2.1 Préparatifs, lancement et orbite terrestre 2.2 Injection et trajet translunaire 2.3 Mise en orbite lunaire et atterrissage 2.4 Activités sur la Lune 3 Conclusions 4 Anecdotes 5 Bibliographie 6 Notes 7 Voir aussi

Planification et objectifs de la mission

Objectif scientifique principal

La mission Apollo 14 reprend l'objectif principal de la mission Apollo 13, qui n'a pu se réaliser : l'exploration de la formation géologique Fra Mauro. Après les deux premières missions « techniques » Apollo 11 et Apollo 12, qui ont démontré la capacité de se poser sur la Lune de manière maîtrisée et précise, la NASA se sent maintenant prête à envoyer une mission sur un terrain plus difficile et accidenté, et vers un objectif géologique précis, nécessitant une très bonne précision d'atterrissage.

La formation géologique Fra Mauro est une large région tourmentée, sur la périphérie de la mer des Ombres. Cette « mer », de forme circulaire, est en fait la plus grande structure lunaire produite par un impact très ancien, au moment où la Terre et la Lune étaient en formation. La formation Fra Mauro est formée par de gigantesques éjectas provenant de cet impact.

L'exploration géologique de cette région est d'une grande importance, car les roches constituant l'éjectat peuvent provenir de plusieurs dizaines de kilomètre sous la surface telle qu'elle était au moment de l'impact, et donner de précieuses informations sur la composition des roches de cette époque très reculée (plus de 4,5 milliards d'années). Sur Terre, il est impossible de trouver des roches aussi anciennes, et l'exploration de la Lune (dont la surface est préservée par l'absence de tectonique et d'érosion) est le seul moyen d'obtenir des informations sur la période la la formation de la Terre et de la Lune (qui ont subi les mêmes mécanismes de formation). De plus, en datant précisément l'impact de la mer des Ombres, cela permettrait de dater beaucoup de formations et de cratères lunaires dont la date relative par rapport à l'impact est connue.

Cependant, les éjectats ont tout de même été recouverts, depuis des milliards d'années, par une couche de plusieurs mètres de poussière lunaire et de régolithe. L'objectif géographique précis est donc les abords d'un cratère relativement récent et profond, le Cone Crater (300 m de diamètre), qui est supposé avoir traversé la couche de régolithe, de manière à avoir des chances de trouver, dans les propres éjectats de ce cratère, des roches provenant de l'impact de la mer des Ombres, voire de la couche lunaire originelle avant l'impact.

Objectifs secondaires

Comme toutes les missions Apollo sur la Lune, il est prévu de déployer un ensemble d'instruments scientifiques, l'ALSEP, permettant de réaliser des expériences à la surface de la Lune. Voir l'article détaillé pour la liste des expériences prévues.

En vol, quatre expériences en impesanteur sont planifiées pour Apollo 14 :

• Séparation par électrophorèse.
• Étude des flux de chaleur et de convection dans des liquides et des gaz.
• Transfert de liquides.
• Moulage de matériaux composites.

Pendant l'exploration de la Lune, le pilote du module de commande resté en orbite est affecté aux expériences suivantes : photographie en haute résolution de futurs sites d'atterrissage, photographie de phénomènes astronomiques de faible intensité lumineuse comme la lumière zodiacale ou le Gegenschein, des tests de communication pour déterminer les propriétés réfléchissantes de la surface lunaire aux signaux radio VHF et de la bande S, et des tests pour déterminer les variations de la gravité lunaire en observant les variations de l'effet Doppler des signaux de bande S.

Plan de la mission

Apollo 14 est une mission de « type H », c'est-à-dire une mission avec atterrissage de précision, un séjour de deux jours au plus sur la Lune, avec deux sorties extravéhiculaires.

Le plan de vol global est similaire à la mission Apollo 12 du même type, et ce qu'aurait dû être Apollo 13. Des dispositions particulières ont cependant été prises pour pouvoir gérer un atterrissage prévu comme étant difficile, avec une phase de recherche d'un site peu accidenté pouvant être longue.

Pour économiser le carburant du LEM, et fournir plus de marge pour l'atterrissage, il a été planifié que la mise en orbite de descente soit faite par le CSM avec le LEM attaché sur son propre budget de carburant, et non comme précédemment par le LEM seul. Pour les vols précédents, la capsule-mère ne s'était pas rapprochée à moins de 112 km de la surface lunaire. Au cours d'Apollo14, l'ensemble Kitty Hawk/Antarès est descendu à 15 km de la surface lunaire. Ainsi, Antarès s'est détaché beaucoup plus près du sol. Les économies de propergol réalisées ont ajouté 14 secondes à la capacité opérationnelle du LEM, donnant aux astronautes plus de temps pour planer au-dessus de la surface à la recherche d'un site propice et aussi pour se replacer sur une orbite lunaire si cela avait été nécessaire.

Bien que l'objectif principal soit le Cone Crater, le site précis d'atterrissage est planifié à environ un kilomètre au sud-ouest du cratère, car les abords directs du cratère sont estimés trop accidentés et pentus. La longue marche jusqu'au cratère nécessite l'utilisation d'une remorque, le MET (Modularized Equipment Transporter), qui va faciliter le transport du matériel et la récolte des échantillons. Ce sera la première et la dernière fois que cette remorque sera utilisée, les missions suivantes offrant l'utilisation du rover lunaire.

Sur la Lune, deux sorties extravéhiculaires sont prévues  : la première, de quatre heures, consacrée au déploiement de l'ALSEP et aux expériences, et la seconde, de quatre heures et demie, à l'excursion vers le Cone Crater et son exploration.

Pour le rendez-vous en orbite lunaire, une optimisation du plan de vol est prévue par rapport aux missions précédentes. Celles-ci utilisaient un plan d'ascension précautionneux, appelée la « méthode coelliptique ». Le LEM décollait pour une Coelliptic Sequence Initiation (CSI) visant une orbite circulaire à 83 km d'altitude. Arrivé à cette altitude, un changement de plan pour avoir une orbite coplanaire avec le CSM était prévu, si nécessaire, et une seconde orbite circulaire (la constant delta H (CDH)) était visée, à 28 km sous le CSM. Enfin, après une période de synchronisation, la Terminal Phase Initiation (TPI) était lancée pour intercepter précisément le CSM.

Ces phases et orbites intermédiaires avait été décidée pour donner le temps et la possibilité de contrôler précisément les trajectoires, et de tester le bon fonctionnement des moteurs et des systèmes (pilote automatique et radars d'approche). Cela laissait également la possibilité au CSM de venir facilement secourir le LEM, en orbite stable, en cas de défaillance du pilote automatique ou des moteurs de celui-ci.

Le pilote automatique d'ascension s'avérant très performant et précis, et les moteurs du LEM très fiables, il a été décidé de simplifier la phase de remontée pour Apollo 14. La TPI sera lancée dès la fin de la mise en orbite initiale. Cette procédure génère une ascension plus rapide (85 minutes), avec des besoins en carburant réduits. En contrepartie, la fenêtre de tir du décollage du LEM est réduite à 30 secondes, et le sauvetage du LEM en cas de défaillances est plus difficile.

Équipage

L'équipage de la mission Apollo 14 est :

• Commandant : le capitaine Alan Bartlett Shepard Jr (USN)
• Pilote du module de commande : le major Stuart Allen Roosa (USAF)
• Pilote du module lunaire : le commandant Edgard Dean Mitchell (USN)

Le commandant, Alan Shepard, a été sélectionné parmi les premiers astronautes, en 1959, et est plus connu comme étant le premier américain dans l'espace, à l'occasion du programme Mercury. C'est d'ailleurs le seul astronaute de ce programme à marcher sur le Lune. Ayant développé une maladie de l'oreille interne (la maladie de Menière), il a été exclu de toute mission en vol et est devenu « chef du Bureau des astronautes » de novembre 1963 à juillet 1969. Une opération expérimentale lui rendit toutes ses capacités, et il fut affecté à la mission Apollo 14 en août 1969. À 47 ans au moment du vol, c'est l'astronaute le plus âgé à avoir marché sur la Lune^{[ADS 1]}.

Ses coéquipiers sont Stuart Roosa (module de commande, resté en orbite) et Ed Mitchell (pilote du module lunaire Antares).

Déroulement de la mission

Préparatifs, lancement et orbite terrestre

Le compte à rebours final commence à T-28 heures, le 30 janvier 1971, à 6 heures GMT. Le compte à rebours se déroule sans problèmes, mais un front orageux se développe à T -30 min et commence à sérieusement menacer le Cap Canaveral, ce qui oblige à pauser le compte à rebours pendant 40 minutes, à T -8 min, en raison des risques de foudre. Ce retard sera compensé par une trajectoire légèrement plus rapide vers la Lune, afin que les événements planifiés aient lieu aux temps conformes au planning^{[EM 1],[N 1]}.

Le lancement a lieu à 21 h 3 min 2 s GMT (16 h 3 min 2 s heure locale), le 31 janvier 1971. La mise sur orbite est tout à fait nominale.

Données de la mise sur orbite terrestre^{[ADS 2]}

Date/heure lancement	Azimuth lancement (°)	Apogée de l'orbite (km)	Périgée de l'orbite (km)	Inclinaison (°)
31 janvier 1971 21 h 3 min 2 s GMT	75,558	185,39	183,16	31,120

Injection et trajet translunaire

L'orbite terrestre est consacrée à la vérification des systèmes. Deux heures et demie après la mise sur orbite, le train lunaire, composé du module de service et de commande (CSM) et de l'étage S-IVB, est mis en trajectoire lunaire.

La transposition et l'arrimage au LEM, effectuée une demi-heure après l'injection en orbite de transfert, ne se passe pas comme prévu. Après un retournement du CSM et une trajectoire d'approche vers le LEM parfaite, le système d'amarrage sonde-cône du CSM refuse de s'enclencher. Après trois tentatives infructueuses, une pause est décidée, le temps pour Houston d'analyser la situation, pendant laquelle le LEM et le CSM volent en formation, sans être arrimés l'un à l'autre. Un échec de l'amarrage signifierait l'abandon de la mission, et sans doute du programme Apollo tout entier, déjà remis en cause après l'échec d'Apollo 13.

Un ou plusieurs verrous de la sonde refusaient de s'enclencher : ces verrous servent à rendre solidaire le cône et la sonde de manière, quand la sonde se rétracte, à « tirer » le LEM et exercer une forte pression sur les anneaux d'amarrage qui supportent les verrous principaux et les joints entre les deux modules. Pour suppléer à cette force, il a été décidé d'accélérer fortement avec moteurs d'orientation au moment où la sonde est au fond du cône, afin de simuler cette pression, tout en rétractant la sonde pour provoquer le verrouillage des anneaux. Après trois tentatives supplémentaires, la procédure finit par fonctionner.

Le reste du trajet Terre-Lune se passa sans incidents, avec deux corrections de trajectoire planifiées.

Données sur le trajet Terre-Lune^{[ADS 3]}

GET	Événement	Distance astre le plus proche (km)	Durée (secondes)	Δ V (m/s)
002:28:32.40	Poussée pour l'injection translunaire	184	350,84	3 159,71
003:02:29.4	Début de la transposition/amarrage	7 943,86	-	-
004:56:56.7	CSM arrimé au LEM	38 157,5	-	-
005:47:14.4	Séparation du CSM/LEM du SIV-B	48 706,86	6,9	0,24
030:36:07.91	1re correction de trajectoire	219 490	10,19	21,67
076:58:11.98	2e correction de trajectoire	22 039,36	0,65	1,07

Mise en orbite lunaire et atterrissage

L'insertion en orbite lunaire, qui consiste à passer d'une trajectoire qui contournerait la Lune et reviendrait vers la Terre si elle n'était pas corrigée, à une trajectoire d'orbite elliptique autour de la Lune, a lieu 3 jours 7 heures et 28 minutes après l'injection en orbite de transfert translunaire. Quatre heures plus tard, conformément au plan de vol, le couple CSM/LEM passe en orbite de descente, dont l'altitude minimale (qui sera le point de départ de la phase de descente autonome du LEM) est à peine à 17 km de la surface.

Shepard et Mitchell passent alors dans le LEM et effectuent un contrôle rigoureux des systèmes. La séparation du LEM et du CSM a lieu normalement, et le CSM, piloté par Roosa, se met en orbite circulaire à 110 km d'altitude, de manière à retrouver une orbite permettant les travaux scientifiques de photographie et de tests radio, ainsi qu'une trajectoire simple et sûre permettant un futur rendez-vous avec le LEM.

Peu de temps après la séparation, et avant le début de la descente, Houston détecte une anomalie : le bouton d'annulation de la descente du LEM est vu sur les consoles de contrôle de Houston, de manière intermittente, comme étant appuyé, alors que - manifestement - l'équipage n'a aucunement appuyé sur ce bouton. Ce bouton permet, alors que le LEM est en phase de descente, de larguer en urgence l'étage de descente du LEM et de passer le pilote automatique dans un programme permettant à l'étage de remontée du LEM de retrouver une orbite stable autour de la Lune, sur laquelle il sera rejoint par le CSM.

Le problème est extrêmement préoccupant : si le signal d'appui sur le bouton apparaît pendant la descente, alors le programme d'annulation pourrait être lancé, même si le bouton n'a pas été réellement appuyé. Mais est-ce une erreur d'affichage à Houston, une erreur de transmission de l'information à Houston, une erreur informatique ou matérielle ? Une série de procédures permet d'aboutir à la réponse : la source du problème est le bouton d'annulation lui-même, dans lequel il y a probablement un court-circuit intermittent^{[N 2]}. C'est la pire des situations, car le signal sera dans ce cas réellement envoyé à l'ordinateur de bord et déclenchera réellement l'annulation, exactement comme si le bouton avait été réellement appuyé.

Les ressources en oxygène du LEM étant limitées, et l'orbite de descente étant instable, il importe de faire vite pour trouver une solution. Il a été décidé de reprogrammer l'ordinateur de bord, afin qu'il ignore le signal du bouton. Si une annulation réelle devait être nécessaire, il serait toujours possible de la déclencher par une nouvelle commande de l'ordinateur de bord, implémentée à l'occasion de cette reprogrammation. Le patch du programme est transmis au LEM, octet par octet, et Mitchell a la lourde responsabilité de reprogrammer, manuellement et également octet par octet, l'ordinateur de bord. Moins de trois heure après la détection du problème, celui-ci est corrigé.

La descente a lieu de manière nominale, mis à part un petit problème de radar d'approche, vite corrigé en l'éteignant et en le rallumant. Après 12 minutes et 44 secondes de descente, l'atterrissage a lieu le 5 février 1971 à 9 heurs 18 minutes 13 secondes GMT, à moins de 46 m du lieu planifié, en faisant l'atterrissage le plus précis de toutes les missions Apollo^{[ADS 4]}.

Données sur l'insertion en orbite lunaire et l'alunissage^{[ADS 5]}

GET	Événement	Altitude (km)	Durée (secondes)	Δ V (m/s)	Apolune (km)	Périlune (km)
081:56:40.70	Insertion en orbite lunaire	161,86	370,84	-921,2	313	107,6
086:10:52.97	Insertion en orbite de descente	109,64	20,81	-62,7	108.9	16,85
103:47:41.6	Séparation CSM/LEM	56,5	2,7	0,24	111,5	14,45
105:11:46.11	Circularisation orbite CSM	112,05	4,02	23,53	118,34	103,71
108:02:26.52	Descente du LEM	14,45	764,61	-1 696,39	14,45	0
108:15:09.3	Atterrissage	0	-	-	-	-

Activités sur la Lune

Conclusions

Anecdotes

• La NASA dut affronter des critiques internes sur le choix de l'équipage et son inexpérience. En effet, seul Alan Shepard avait déjà volé, totalisant seulement 15 minutes dans l'espace lors de son vol suborbital Mercury.
• L'équipage devait conduire la mission Apollo 13 mais manquant de préparation les responsables décidèrent d'inverser l'ordre des missions. Jim Lovell (et ses deux équipiers) se retrouva sur la mission qui faillit tourner à la catastrophe.
• Le module de commande fut nommé Kitty Hawk en référence au lieu où les frères Wright effectuèrent leurs premiers vols.
• C'est au cours de ce vol qu'Alan Shepard joua quelques coups de golf sur la Lune, avec un club et 2 balles qu'il avait apportés dans le module lunaire, tandis qu'Ed Mitchell s'essayait au javelot lunaire.
• L'équipage plaça un second réflecteur lunaire destiné à la mesure de la distance Terre-Lune par laser semblable à celui d'Apollo 11.
• Des centaines de graines d'arbres (Moon tree (en)) ont été mises en orbite autour de la Lune au cours de cette mission, puis ont subi une germination normale de retour sur terre.

Bibliographie

• David M. Harland Exploring the Moon. The Apollo Expeditions Springer-Praxis 2008 (second edition):

1. ↑ p. 72

• Richard W. Orloff, Richard W. Orloff Apollo: The Definitive Sourcebook Springer-Praxis 2006 :

1. ↑ p. 394
2. ↑ p. 396
3. ↑ p. 399
4. ↑ p. 400
5. ↑ p. 402

Notes

Voir aussi

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