LOR pour la Lune

Par • jeudi 27 août 2009 • Rubrique(s): Archives, ete 2010, Vos contributions

Décider d’aller poser un homme sur la lune c’est bien, c’est facile. Choisir la mise en œuvre est une autre affaire. Ce fut la question fondamentale qu’eurent à se poser, dès le départ du projet, les ingénieurs de la NASA car tout le travail à venir dépendait de la façon de se rendre sur l’astre sélène.
Deux méthodes furent d’emblée envisagées :

  • le vol direct, ou « Direct Ascent », consistant à construire une fusée monstrueuse amenant les astronautes directement sur la Lune avec retour sur Terre de la même façon, un peu à la manière du professeur Tournesol ;
  • l’orbite terrestre, ou « Earth Orbit Rendez-vous (EOR) », consistant à envoyer deux fusées autour de la Terre, l’une emportant les astronautes et leurs accessoires, l’autre le carburant, à les faire s’assembler en orbite terrestre puis les expédier vers la Lune en vol direct aller et retour. Ce système laissait présager les futures stations spatiales.

Alors que les plus éminents spécialistes des vols spatiaux planchaient sur ces deux projets, un ingénieur de la NASA, John Houbolt, spécialisé dans l’étude des charges dynamiques (donc rien à voir avec les vols habités) proposa en 1961, calculs à l’appui, le système LOR (Lunar Orbit Rendez-vous).
L’originalité de ce système résidait dans le fait qu’il se servait de la rotation et de la gravité des deux astres, ceci permettant de voyager sans consommer de carburant donc d’utiliser des fusées plus petites et plus faciles à mettre au point. Bref la technique de vol s’en trouvait nettement simplifiée.
Malgré les avantages apparents de la méthode de Houbolt, les principaux responsables des expéditions lunaires, Maxime Faget et Wernher von Braun en tête, n’y croyaient pas ; Faget déclara même à Houbolt que « ses chiffres mentaient » ! Lors de conférences sur ce sujet le LOR n’était même pas abordé.
Convaincu du bien-fondé de sa méthode, Houbolt parvint, à force d’obstination, à convaincre Robert Seamans, administrateur adjoint de la NASA, de plaider en sa faveur auprès des ingénieurs.
Cette intervention n’était en fait pas utile car entre-temps, à Houston, l’idée du LOR avait malgré tout fait son chemin et les avantages apportés par les simplifications dues à la méthode de Houbolt avaient fait changer d’avis les ingénieurs, Faget et von Braun entre autres. Mais Houbolt l’ignorait.
Après palabres, études diverses et réticences de toutes sortes, le LOR est définitivement adopté le 7 novembre 1962.

Détail amusant, en 1969, Houbolt découvrit par hasard un livre écrit au début des années 1920 par un mécanicien russe, Youri Kondratiouk, dans lequel celui-ci décrivait un moyen d’aller dans la Lune identique au LOR. Houbolt constata que la démarche suivie par Kondratiouk était la même que la sienne.
En quoi consiste donc ce fameux LOR ?
L’idée maîtresse de Houbolt était de faire simple et de profiter des opportunités qui se présenteraient.
Pourquoi consommer du carburant quand il est possible d’utiliser une énergie extérieure et gratuite ?

Pourquoi envoyer tout un véhicule complet sur la Lune alors que beaucoup de ses éléments n’ont rien à y faire ?

Fort de ces réflexions, Houbolt proposa donc de se servir de la rotation et de l’attraction terrestre pour aller vers la Lune.

La comparaison la plus simple avec cette méthode est la fronde. On envoie à une certaine distance du sol terrestre (200 km) le véhicule spatial, on profite de la rotation de la Terre pour le faire tourner (un tour et demi) puis en déviant un peu sa trajectoire on augmente sa distance par rapport au sol, sa vitesse de rotation augmente donc elle aussi et le véhicule s’éloigne encore plus de la Terre et augmente encore plus sa vitesse (force centrifuge).
Ainsi, il atteint la vitesse de satellisation (environ 11 km/s). Le véhicule quitte donc le champ d’attraction terrestre pour entrer dans celui de la Lune où il n’a qu’à se laisser tomber comme un vulgaire caillou.

Un vol lunaire est aussi simple que cela, du moins en théorie, car en pratique il demande des calculs très précis de trajectoires, moments de phases de vols, puissance de propulsion, etc.

Pour le retour vers la Terre, on procède de la même manière en inversant les rôles Terre – Lune.
Autre idée forte de Houbolt : envoyer ce qui est nécessaire sur la Lune et rien d’autre.
C’est pourquoi, les vols lunaires ont mis en jeu plusieurs petits véhicules bien spécifiques et non un seul, gros et polyvalent.

De fait, pour aller sur la Lune, il a été nécessaire de construire une « petite fusée » nommée Saturn 5. Sur le pas de tir, elle affiche quand même le poids respectable de 3000 tonnes environ, dont 2700 tonnes de carburant. Son rôle est de mettre en orbite autour de la Terre le vaisseau spatial.
Elle se compose de :

  • deux premiers étages, destinés à propulser le troisième étage en orbite terrestre ;
  • le troisième étage qui doit donner l’impulsion au vaisseau lunaire pour quitter l’attraction terrestre (déviation de la trajectoire circulaire autour de la Terre), c’est la TLI(*) (Trans Lunar Injection). Pour des raisons aérodynamiques au décollage, le module lunaire est rangé dans le compartiment supérieur de ce troisième étage ;
  • le vaisseau lunaire comprenant deux ensembles (modules de voyage Apollo et lunaire LM) composé chacun de deux éléments (module de commande où vivent les astronautes et module de service réservé aux machineries).

Un vol se déroule de la façon suivante :

  • décollage et mise en orbite terrestre ;
  • assemblage du vaisseau lunaire ;
  • trajet Terre – Lune ;
  • descente du LM vers la Lune alors que le module Apollo reste en orbite lunaire ;
  • retour et arrimage du module de commande du LM au module Apollo, largage du module de commande du LM après transfert des astronautes ;
  • retour du module Apollo vers la Terre ;
  • amérissage du seul module de commande avec les trois astronautes.

De la fusée complète de 3000 tonnes, seuls les trois tonnes du module de commande reviennent sur Terre et sont récupérées, les premier et deuxième étages de la fusée retombent bien sur Terre mais sont perdus dans l’Atlantique.

(*) La TLI : il s’agit d’une des phases les plus délicates du vol. Elle comprend d’abord une étape de contrôles des différents appareils utilisés pendant le vol, réalisés en orbite terrestre. Ensuite, à un moment très précis, une courte poussée du moteur du troisième étage de la fusée est utilisée pour infléchir la trajectoire vers la Lune, sans consommer de carburant (voir supra).
Neil Armstrong dira à son propos : « Nous aimons la TLI. Elle nous donne une orbite et demie autour de la Terre, ou deux et demie au besoin, pour nous permettre de vérifier notre véhicule et un tas d’autres choses. Nous ne sommes pas obligés de partir pour la Lune avant d’être sûrs que tout est prêt. Et si quelque chose ne fonctionne pas, nous avons tout ce temps pour décider si nous abandonnons et mettons un terme à la mission. Cela nous plaît. Cela nous donne une chance supplémentaire d’atteindre une cible en mouvement ».

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