Apollo 8 - Définition

Contexte historique

Apollo 8 se déroule à la fin de l'année 1968, une année où de nombreux bouleversements se produisent dans le monde :

• Les chars de combat soviétiques avaient mis un arrêt aux manifestations de Prague dans ce que l'on appellera le « Printemps de Prague » ;
• Robert Kennedy et Martin Luther King furent assassinés ;
• La guerre du Viêt Nam avait pris un tournant important avec l'offensive du Têt ;
• Les campus des universités américaines se rebellèrent ;
• Manifestation des étudiants en mai 1968 à Paris.

C'est également dans un contexte de guerre froide qu'est programmée la mission. Cependant, son succès a tracé le chemin qui permettra à la NASA de remplir l'objectif fixé par le président John Fitzgerald Kennedy : se poser sur la Lune avant la fin de la décennie.

Cette mission fut la mieux couverte médiatiquement depuis le premier vol orbital américain — Mercury Atlas 6 en 1962. Près de 1 200 journalistes couvraient l'évènement, la BBC réémettant dans 54 pays et dans plus de 15 langues différentes. Le journal soviétique Pravda en a même fait sa une.

Après la mission, Frank Borman reçut un télégramme, d'auteur inconnu, sur lequel on pouvait lire : « Thank you Apollo 8. You saved 1968 .». L'élément le plus marquant de la mission semble être la photographie du « lever de Terre ».

La mission Apollo 8

Lancement et transfert

Apollo 8 fut lancé à 19:51:00 (heure des États-Unis) le 21 décembre 1968. Toute la phase de lancement s'est produite pratiquement sans encombre, seuls quelques problèmes mineurs se sont présentés. Les moteurs du premier étage (S-IC) étaient 0,75% moins puissants que prévu, ce qui a demandé une combustion prolongée de 2,45 secondes. Après la fin de la combustion du second étage, la fusée a subi des oscillations que Frank Borman évaluait à 12 Hz de fréquence pour environ ±0.25 g (±2.5 m/s²). Le premier lanceur Saturn V habité plaça le vaisseau dans une orbite elliptique (181,5 km par 191,3 km) terrestre, d'une période de 88 minutes et 10 secondes. L'apogée réelle était légèrement supérieure à la valeur attendue. Le premier étage s'est écrasé dans l'océan Atlantique, à 30°12′N 74°7′W / 30.2, -74.117. Le second étage fit de même, à 31°50′N 37°17′W / 31.833, -37.283.

	Lancement d'Apollo 8 (info)
	Transmissions sol-air entre T-15 seconds et T+3 minutes.

Les 2 heures et 38 minutes qui suivirent, l'équipage et le centre de contrôle s'assurèrent que le vaisseau était complètement opérationnel et prêt à être lancé sur la trajectoire d'injection translunaire (Trans-Lunar Injection, TLI), par une propulsion qui placerait l'appareil sur une trajectoire de transfert jusqu'à la Lune. L'équipe s'assura que le troisième étage (S-IVB) fonctionnait — dans les essais inhabités précédents, il ne s'était pas rallumé.

Au cours du vol, trois hommes étaient dédiés aux communications avec la capsule (les « capcoms »). Ils étaient normalement les seuls à communiquer avec l'équipage. Michael Collins était le premier à prendre du service et 2 heures 27 minutes et 22 secondes après le lancement, il émis un premier signal radio : « Apollo 8. You are Go for TLI ». Durant les douze minutes qui précédaient l'allumage, l'équipage continua la surveillance des instruments. Le troisième étage s'alluma à l'heure dite et brûla complètement en 5 minutes et 17 secondes. La vitesse de l'appareil fut portée à 10 822 m/s et la poussée cessa lorsqu'ils avaient atteint une altitude de 346,7 km.

Après que le troisième étage eut effectué les opérations adéquates, il se sépara de l'appareil. L'équipage fit alors tourner le vaisseau pour prendre quelques photographies de celui-ci tout en vérifiant que la navigation fonctionnait. Ils virent, à cette occasion et pour la première fois de leur voyage, la Terre en entier : ils furent les premiers à assister en personne à un tel spectacle.

Borman s'inquiétait que le troisième étage reste si proche de l'appareil, suggérant au centre de contrôle que l'équipage effectue une manœuvre de séparation. Ils proposèrent de pointer le vaisseau dans la direction opposée à celle de la Terre puis d'utiliser les propulseurs RCS pour gagner 0,9 m/s, mais Borman ne voulait pas perdre l'étage de vue. Après délibération, il fut décidé de le faire quand même, et en gagnant 2,7 m/s. Ces discussions s'achevèrent en retardant d'une heure le plan de vol de la mission.

Cinq heures après le lancement, le centre de contrôle força le troisième étage à consommer le carburant restant pour se placer en orbite solaire, de sorte à ne pas risquer de collision avec la mission. Il se plaça en orbite elliptique 0,99 par 0,92 UA, d'inclinaison 23,47° et de période 340,80 jours.

Approche de la Lune

Le principal rôle de Jim Lovell en tant que pilote du module de commande était de superviser la navigation. Bien que le centre de contrôle effectuait tous les calculs, il fallait en cas de perte de liaison que l'équipage puisse rentrer sur Terre. Pour cela, il utilisait les étoiles au moyen d'un sextant monté dans l'appareil, qui permettait de mesurer l'écart angulaire entre une étoile connue et la Terre (ou la Lune). Cette tâche se révéla ardue, d'autant que le largage du troisième étage (S-IVB) avait provoqué la formation d'un nuage de débris autour du vaisseau, qui rendait difficile le repérage des étoiles.

Après sept heures de mission, le retard pris pour se séparer du troisième étage associé aux mesures de Lovell ont montré qu'ils étaient décalés d'une heure et 40 minutes environ sur le plan de vol. L'équipage plaça le vaisseau en contrôle thermal passif (Passive Thermal Control, PTC), qui n'est autre qu'appliquer le principe du barbecue : le vaisseau tournait sur lui-même, au rythme d'un tour par minute, pour assurer une distribution égale de la chaleur. Cela s'avérait nécessaire, dans la mesure où le Soleil peut chauffer le côté éclairé à plus de 200 °C, alors que le côté dans l'ombre se refroidit à -100 °C. De tels écarts de température pourraient endommager le bouclier thermique ou l'intégrité de la capsule, voire provoquer l'explosion des réservoirs. Puisqu'il était impossible de tourner selon un axe, l'appareil décrivit un cône en se déplaçant, mouvement qui devait être contrôlé régulièrement, car il avait tendance à s'amplifier.

La première correction en vol se déroula à la onzième heure après le décollage. Les tests au sol avaient montré qu'un léger risque existant pour que le système de propulsion du module de service (Service Propulsion System, SPS) explose s'il était utilisé sur de longues périodes, à moins que sa chambre de combustion ne soit « préparée » en premier lieu. Un moyen de réaliser cela était d'allumer le moteur pendant une courte durée, ce qui fut fait pendant 2,4 secondes, ajoutant 6,2 m/s à la vitesse de l'appareil. C'était moins que les 7,5 m/s prévus, et cette sous-performance fut attribuée à une bulle d'hélium dans les lignes d'oxydant, qui aurait réduit la pression d'éjection. La vitesse attendue fut atteinte en utilisant le système de propulsion du module de contrôle pour compenser (Reaction Control System, RCS). Deux corrections supplémentaires avaient été planifiées, mais elles furent annulées dès que les mesures indiquèrent une trajectoire presque parfaite.

Après onze heures de vol, l'équipage avait veillé plus de 16 heures — ayant été réveillés environ 5 heures avant le lancement. Frank Borman démarra sa période de sommeil de 7 heures, mais éprouva des difficultés à dormir. La NASA avait planifié les heures de sommeil pour qu'au moins un des membres d'équipage soit éveillé afin de corriger d'éventuels problèmes, mais les communications radio avec le sol avec le bruit des ventilateurs rendaient toute tentative d'assoupissement difficile. D'autant plus qu'en impesanteur, les astronautes devaient dormir attachés et sans oreillers.

Environ une heure après avoir commencé sa période de sommeil, Borman demanda l'autorisation de prendre des somnifères, laquelle lui fut accordée mais la pilule n'eut que peu d'effets. Après sept heures de sommeil approximatif, Borman se réveilla malade. Il vomit deux fois et se plaignit de diarrhées. L'équipage nettoya ce qui leur était possible. Borman ne voulait pas révéler ces informations au sol, mais Lovell et Anders insistèrent. Ils utilisèrent l'équipement d'enregistrement (Data Storage Equipment, DSE), destiné à effectuer des mesures de télémétrie et d'enregistrement audio, qui pouvait être ensuite propulsé à haute vitesse en direction de la Terre. Ils racontèrent l'état de santé de Borman, puis l'ont envoyé au centre de contrôle, disant qu'ils « aimeraient une évaluation des commentaires vocaux. »

Une visioconférence se tint entre l'équipage et le personnel médical au second étage du module. Il fut décidé que cela n'était pas inquiétant, Borman ayant soit développé une gastroentérite bénigne — ce qui était l'avis de Borman — soit une réaction aux somnifères. À la lumière moderne, on pense qu'il aurait plutôt été victime du mal de l'espace, qui affecte environ un tiers des astronautes lors de leur première journée en vol.

Le voyage de transfert s'est fait presque sans encombres, l'équipage se contentant de vérifier que les instruments fonctionnaient. Pendant ce temps, la NASA organisa une diffusion télévisée pour la 31^e heure de vol. La caméra utilisée, lourde de 2 kg, était un modèle grand-angle (160°) noir-et-blanc, muni d'un second objectif téléphoto (9°).

Au cours de cette première diffusion, l'équipe proposa une visite du module et tenta de filmer la Terre. Cela fut cependant difficile, d'autant que l'image de la caméra saturait à la moindre source lumineuse. Après 17 minutes d'émission, la rotation de l'appareil avait placé l'antenne en dehors du champ de réception de la Terre. La communication se termina sur la transmission de Lovell, souhaitant un bon anniversaire à sa mère.

	Borman décrivant la Terre (info)
	Frank Borman décrit la vue de la Terre à mi-chemin entre la Terre et la Lune.

À ce stade, toutes les périodes de sommeil planifiées avaient été abandonnée. Après 32½ heures de vol, Lovell se coucha, soit environ 3½ heures avant ce qu'il avait prévu. Il fut suivi d'Anders qui prit des somnifères.

Une seconde diffusion eut lieu à la 55^e heure. L'équipe avait, cette fois, trouvé les filtres adaptés, ce qui leur permit de réaliser la première émission télévisée qui montrait la Terre en entier. L'équipage passa les 23 minutes de l'émission à décrire ce qu'ils y voyaient, les couleurs, etc.

	Lovell décrivant la Terre (info)
	Jim Lovell décrit ce qu'il voit de la Terre, à 320 000 km de celle-ci.

Entrée en orbite lunaire

Après environ 55 heures et 40 minutes de vol, l'équipage d'Apollo 8 devint les premiers êtres humains à entrer dans la sphère d'influence gravitationnelle d'un autre corps céleste : l'attraction gravitationnelle de la Lune devenait plus intense que celle de la Terre. Ils étaient alors à 62 377 km de la surface de la Lune, à une vitesse de 1 216 m/s par rapport à celle-ci. L'équipage calculait toujours sa trajectoire à partir du site de lancement, et continua ainsi jusqu'à la correction à mi-parcours qui devait leur permettre de changer de référentiel pour repartir sur Terre. Cette dernière n'était prévue que pour leur treizième heure de vol en orbite lunaire.

Le dernier évènement important avant leur entrée en orbite lunaire consistait à ralentir, pour obtenir une vitesse de 0,6 m/s. À la 61^e heure très exactement, alors qu'ils étaient à 39 000 km de la Lune, l'équipage alluma le RCS pendant 11 secondes.

À la 64^e heure de vol, ils préparèrent l'insertion en orbite lunaire (Lunar Orbit Insertion-1, LOI-1). Cette manœuvre ne permettait aucune erreur et devait être effectuée de la face cachée de la Lune, sans contact possible avec la Terre. L'ordre positif fut donné à la 68^e heure. Après 68 heures et 58 minutes de vol au total, le vaisseau passa derrière la Lune et perdit tout contact radio avec la Terre.

	Apollo 8 passe derrière la Lune (info)
	Dernière transmission du vaisseau avant de passer derrière la Lune.

Dix minutes avant l'opération LOI-1, l'équipage vérifia les systèmes du vaisseau. Ils aperçurent enfin la Lune, du côté caché. Seulement deux minutes les séparaient du lancement et ils n'avaient que peu de temps pour apprécier la vue.

L'allumage des propulseurs se fit 69 heures 8 minutes et 16 secondes après le lancement, le moteur brûla pendant 4 minutes et 13 secondes, plaçant Apollo 8 en orbite elliptique lunaire. L'équipage décrivit cet instant comme les « quatre plus longues minutes de leur vie ». Si la propulsion n'avait pas duré exactement le temps prévu, le vaisseau aurait eu une trajectoire très excentrique voire aurait été éjecté dans l'espace. Si elle avait trop duré, ils se seraient écrasés à la surface de la Lune. Après s'être assurés que le vaisseau fonctionnait, ils eurent l'occasion de jeter un œil à la Lune, autour de laquelle ils allaient être en orbite pendant 20 heures.

Sur Terre, le centre de contrôle attendait. S'il y avait eu un problème, le vaisseau apparaîtrait trop vite et les corrections devraient être effectuées rapidement. Au moment prévu, un signal fut reçu en provenance du vaisseau, confirmant son orbite (311,1 km par 111,9 km) autour de la Lune.

	Apollo 8 apparaît de l'autre côté de la Lune (info)
	Première transmission radio d'Apollo 8 une fois rentré en orbite lunaire.

Après avoir rapporté l'état du vaisseau, Lovell donna la première description de la surface de la Lune :

« La Lune est essentiellement grise, sans couleur ; ressemble au plâtre ou à une espèce de sable de plage grisonnant. On peut voir pas mal de détails. La Mer de la Fertilité ne se présente pas aussi bien ici qu'elle le fait sur Terre. Il n'y a pas autant de contraste entre elle et les cratères environnants. Les cratères sont tout arrondis. Il y en a pas mal, certains sont plus récents. Beaucoup d'entre eux — particulièrement les arrondis — ont l'air d'avoir été frappés par des météorites ou des projectiles divers. Langrenus est plutôt un gros cratère ; il a un cône au centre. Les murs du cratère sont aplatis, environ six ou sept terrasses différentes là-dessous. »

Lovell poursuivit sa description du terrain. L'une des tâches dédiées à l'équipage consistait à effectuer une reconnaissance en vue d'un atterrissage, notamment sur Mare Tranquillitatis où Apollo 11 devait se poser. Le lancement d'Apollo 8 avait été choisi pour que le site soit correctement éclairé. Une caméra s'assurait que chaque seconde de la Lune serait enregistrée. Bill Anders passa l'essentiel des 20 heures à prendre des photographies de lieux connus. À la fin de la mission, ils avaient 700 photographies de la Lune, et 150 de la Terre.

Durant l'heure au cours de laquelle le vaisseau était en contact avec la Terre, Borman demanda des informations sur les données du SPS. Il voulait s'assurer que les moteurs fonctionnaient et pouvaient être utilisés pour revenir sur Terre en cas de besoin.

Lors de leur deuxième apparition, l'équipage diffusa des images de la surface de la Lune. Anders décrivit les cratères au-dessus desquels ils passaient. À la fin de cette seconde orbite, ils engagèrent la procédure LOI-2, 11 secondes de propulsion qui devait rendre l'orbite plus circulaire (112,6 km par 114,8 km). Lors des deux orbites suivantes, l'équipe s'occupa de maintenance et photographia la Lune.

Lorsque le vaisseau apparut pour la quatrième fois, ils assistèrent à un évènement jamais observé : un « lever de Terre ». Ils en prirent une photographie noir-et-blanc, puis une en couleurs. Il est important de remarquer que, la Lune et la Terre tournant de manière synchrone, on n'observa jamais de tel « lever de Terre » depuis la surface lunaire — c'est le déplacement du vaisseau, en orbite, qui permit ce phénomène.

Anders prit encore quelques photographies, tandis que Lovell s'occupait de la navigation, permettant à Borman de se reposer. Il réussit à somnoler pendant deux orbites. Borman se réveilla en remarquant que ses camarades commençaient à avoir des difficultés. Ils veillaient depuis trois jours. Reprenant les commandes, ils les invita à dormir, ce qui l'opposa à quelques protestations de la part d'Anders. Ce dernier donna finalement son accord, à condition que le commandant plaçât l'appareil photo de sorte à prendre des images automatiques de la Lune.

Lors de leur neuvième orbite, une nouvelle transmission télévisée prit place. Borman présenta l'équipe, puis chacun fit part de ses impressions sur la surface lunaire et ce qu'ils pensaient de leur aventure. Après avoir parlé de la Lune, Anders déclara qu'ils avaient un message pour tous ceux sur Terre.

	L'équipage d'Apollo 8 décrivant la Lune (info)
	L'équipage d'Apollo 8, donnant ses impressions sur la Lune et leur voyage.

	L'équipage d'Apollo 8 lisant un passage de la Génèse et souhaitant un joyeux Noël (info)
	Chaque membre lisant un passage de la Génèse 1:1-10. Borman termine par « Et de la part de tout l'équipage d'Apollo 8, nous terminons par, bonne nuit, bonne chance, un joyeux Noël, Dieu vous bénisse tous, vous sur la bonne vieille Terre. »

Tout ce qui restait à faire consistait désormais à effectuer l'injection transterrestre (Trans-Earth Injection, TEI), qui leur permettrait de rentrer sur Terre et se produirait 2½ heures après la fin de la transmission télévisée. C'était l'étape la plus risquée de tout le vol. Si le SPS ne s'allumait pas, ils seraient bloqués en orbite lunaire, avec 5 jours d'oxygène et aucune possibilité de sortie. Une fois de plus, cet allumage devait se faire lorsque l'appareil était caché par la Lune, sans possibilité de contact avec la Terre.

L'allumage se produisit au temps dit, les données télémétriques de l'appareil furent mises à jour et le vaisseau réapparut à 89 heures 28 minutes et 39 secondes. Lorsque le contact radio fut rétabli, Lovell annonça : « Soyez informés qu'il y a un Père Noël. ». Ce à quoi Ken Mattingly, le capcom, répondit : « Affirmatif, vous êtes bien placés pour le savoir. »

	There is a Santa Claus (info)
	Apollo 8 apparaît pour la dernière fois après l'allumage réussi des moteurs du SPS.

Ré-alignement manuel

Lors d'une période de temps libre, Lovell effectua quelques manœuvres et ajustements, afin de voir quelques étoiles. Ce faisant, une erreur de manipulation effaça une partie de la mémoire de l'ordinateur de contrôle, ce qui provoqua une erreur dans l'unité de mesure inertielle (Inertial Measuring Unit, IMU). Elle indiquait que le module était dans la même position qu'avant le décollage et utilisait les moteurs pour « corriger » la trajectoire.

Une fois que l'équipage avait réalisé la raison de cette erreur, il a compris qu'il lui fallait introduire manuellement toutes les données effacées pour corriger l'ordinateur en indiquant sa position exacte. Il fallut 10 minutes à Lovell pour évaluer cette modification, se basant sur l'observation des étoiles Rigel et Sirius, et 15 minutes de plus pour effectuer les corrections sur l'ordinateur.

Seize mois plus tard, Lovell devait à nouveau effectuer ce genre de corrections, dans des conditions plus critiques, au cours du vol Apollo 13. Dans son livre, Lost Moon: The Perilous Voyage of Apollo 13 (qui fut renommé Apollo 13 lorsque le film éponyme parut sur les écrans), Lovell écrit, « Mon entraînement [sur Apollo 8] se révélait utile ! ».

Retour sur Terre

Le voyage de retour sur Terre était avant tout pour l'équipage une période de détente, et de maintenance légère de l'appareil. Les spécialistes avaient déterminé la trajectoire de retour, qui permit au module de rentrer dans l'atmosphère 2½ jours après avoir quitté l'orbite lunaire, et d'amerrir dans l'océan Pacifique.

Le 25 décembre après-midi, l'équipage effectua sa cinquième et dernière émission télévisée : les trois hommes présentèrent une petite visite du module, montrant comment un astronaute vit dans l'espace. Après celle-ci, ils trouvèrent un petit cadeau de Deke Slayton dissimulé dans le réservoir à nourriture : une véritable dinde farcie, trois bouteilles miniatures de brandy — qui restèrent fermées — ainsi que de petits cadeaux pour leurs épouses.

Après deux jours calmes, l'équipage se prépara à la rentrée : l'ordinateur contrôlait la trajectoire et l'équipe devait amener le vaisseau dans la bonne position. En cas de défaillance du système informatique, Borman aurait pris le relais.

Après s'être séparé du module de service, l'équipage s'assit dans le module de contrôle pour attendre les six minutes avant la rentrée. Ils observèrent un brouillard lumineux, dû à la formation de plasma autour de la capsule. Cette dernière décéléra progressivement, atteignant au maximum 6 g (59 m/s²). À 9 km d'altitude, un premier parachute stabilisa l'appareil. Il fut renforcé, à 3 km, par les trois parachutes principaux. La position d'amerrissage était prévue à 8°6′N 165°1′W / 8.1, -165.017.

En atteignant l'eau, les parachutes ont emporté le vaisseau qui se retrouva renversé (position prévue par les ingénieurs, sous le nom de stable 2 position). Après avoir plongé de 3 m, les trois ballons de flottaison redressèrent la capsule. Les premiers hommes-grenouilles arrivèrent 43 minutes après l'amerrissage, et la capsule fut portée à bord de l'USS Yorktown.