Programme Mercury - Définition

Introduction

Lancement de Mercury 6 par une fusée Atlas

Les astronautes du programme Mercury. De gauche à droite, à l'arrière : Alan Shepard, Virgil Grissom et Gordon Cooper. À l'avant, Walter M. Schirra, Donald Kent Slayton, John Glenn et Scott Carpenter

La fusée Atlas de la mission Big Joe peu de temps avant l'envol

Le programme Mercury est le premier programme spatial américain à avoir envoyé un homme dans l'espace. Il a été lancé en 1958, quelques jours après la création de l'agence spatiale américaine de la NASA et s'est achevé en 1963. Les objectifs du programme étaient de placer un homme en orbite autour de la Terre, d'étudier les effets de l'impesanteur sur l'organisme humain et de mettre au point un système de récupération fiable du vaisseau spatial et de son équipage.

Six vols spatiaux habités (et 19 vols sans astronaute) ont eu lieu entre 1959 et 1963 : deux vols suborbitaux lancés par une fusée Mercury-Redstone et quatre vols orbitaux lancés par une fusée Atlas. La mission Mercury 3 (5 mai 1961) avec à son bord Alan Shepard, premier vol spatial habité américain, parcourut une trajectoire balistique culminant à 186 km. Le premier vol orbital eu lieu le 20 février 1962 avec Mercury 6 (équipage John Glenn), qui boucla trois tours autour de la Terre. La sixième mission habitée fut la plus longue : la capsule de Mercury 9 (équipage Gordon Cooper) parcourut 22 orbites en environ 36 heures. Le programme ne connaîtra aucun échec, malgré des défaillances parfois graves de la capsule Mercury.

La capsule Mercury était un vaisseau spatial minimaliste de 1,5 tonnes et de forme conique, conçu pour accueillir un seul astronaute et doté de moteurs d'orientation lui permettant des manœuvres limitées une fois placé en orbite ainsi que de rétrofusées pour sa rentrée dans l'atmosphère. À la base du cône était placé un bouclier thermique constitué d'un matériau ablatif qui permettait au vaisseau de résister à la température engendrée par sa rentrée atmosphérique à très grande vitesse dans les couches denses de l'atmosphère. Une tour de sauvetage située au sommet du vaisseau devait permettre d'écarter la capsule Mercury en cas de défaillance de la fusée durant la phase propulsée. La récupération du vaisseau se faisait en pleine mer.

Le programme Mercury fut suivi du programme Gemini qui utilisera un vaisseau spatial beaucoup plus sophistiqué pour la mise au point les techniques de vol spatial et les technologies nécessaires au programme Apollo.

Historique

Le contexte

Les choix techniques

Naissance de la NASA

Le lancement du projet Mercury

Le programme Mercury est officiellement lancé le 7 octobre 1958, 6 jours après la création de la NASA et reçoit son nom de baptême le 15 février 1959.

La sélection du fabricant de la capsule Mercury

Des spécifications préliminaires pour le vaisseau Apollo sont envoyées fin octobre par le Space Task Group à une quarantaine de sociétés et une réunion a lieu début novembre pour un échange d'idées sur la conception du vaisseau. Au cours des débats, Faget précise que toute proposition est recevable dans la mesure ou elle porte sur un vaisseau sans surface portante, doté de rétrofusées et d'un bouclier thermique de type « puits de chaleur ». Un cahier des charges de 50 pages est envoyé mi-novembre aux 19 sociétés intéressées pour une réponse attendue mi décembre.

Huit sociétés sont qualifiées sur la base de leur proposition technique par Langley. Début janvier l'État-major de la NASA choisit parmi ces finalistes McDonnell pour sa capacité à mener un projet de cette envergure et à son absence d'engagement sur d'autres projets prioritaires (critère qui disqualifie l'autre finaliste Grumman). Le contrat initial signé peu après par la NASA et McDonnell prévoit un coût estimé à 18,3 millions de dollars auquel s'ajoute 1,15 M$ d'honoraires mais il est profondément modifié par la suite : le besoin initial de 12 capsules Mercury identiques devient au final 20 capsules personnalisées pour chaque mission.

Les installations au sol de suivi de mission

La capsule Mercury est particulièrement compacte. Dans l'ordre de taille croissante figure vaisseau et lanceur des programmes Mercury, Gemini et Apollo

La salle de contrôle des missions Mercury. Ses dimensions sont modestes par rapport à celles du programme Apollo

Dès le démarrage du programme Mercury, la NASA décide de mettre en place un réseau de stations réparties sur toute la planète permettant de suivre et d'assister le vaisseau Mercury durant son vol. Selon le cahier des charges établi par la NASA avant sa réalisation, le système mis en place doit permettre de :

• Déterminer la position du vaisseau et calculer les paramètres de l’orbite dans le cas d'un déroulement nominal de mission ou d'une interruption de mission. L’objectif est de maîtriser au plut tôt l’orbite d’insertion et de calculer le moment exact de déclenchement des rétrofusées pour aboutir à une précision maximale à l'amerrissage.
• Communiquer par radio et recevoir les télémesures avec des interruptions n’excédant pas 10 minutes entre deux stations de réception durant les premières révolutions avec au moins 4 minutes de communications ininterrompues au-dessus de chaque station.
• Envoyer depuis le sol des télécommandes déclenchant automatiquement la rentrée du vaisseau ou l'interruption de la mission durant les phases critiques de lancement et de l’insertion orbitale
• Assurer les communications terrestres entre les stations au sol et les deux centres de contrôle des missions Mercury.

L'emplacement des stations retenues pour constituer le réseau découle de la trajectoire suivi par le vaisseau Mercury. Celle-ci est fixée à partir de multiples considérations géographiques, techniques et politiques. Chaque révolution doit permettre un survol aussi prolongé que possible du territoire des États-Unis pour bénéficier de la bonne couverture radio et radar déjà disponible. L'amerrissage doit avoir lieu en Atlantique : le dispositif mis en place (navires, avions) pour la récupération de la capsule Mercury s'étend depuis la Floride jusqu'à la côte africaine. La NASA, après prise en compte de toutes les contraintes, décida que le réseau serait constitué de 18 stations dont huit stations existantes relevant de l'armée américaine. Des stations sont construites en territoire étranger - Nigeria, Zanzibar, Mexique, Royaume-Uni, îles Canaries, Bermudes - après des négociations politiques parfois difficiles (Mexique). Deux stations mobiles sont embarquées sur des navires pour assurer une couverture partielle au-dessus des océans. Toutes les stations peuvent assurer des liaisons radio mais seules 11 d'entre elles sont équipées des radars chargés de déterminer position et trajectoire du vaisseau. 16 stations permettent de recueillir des télémesures transmises par la capsule Mercury. Les stations sont reliées aux centres de contrôle par un réseau de télécommunication, en grande partie loué, comprenant entre autres 100 000 km de lignes téléphoniques à débit standard et 25 000 km de lignes à haut débit. La construction des stations est sous-traitée après lancement d'un appel d'offres en mai 1959. L'avancement est supervisé par deux entités de la NASA distinctes du STG. L'ensemble des informations recueillies et émises par les stations est utilisé par deux centres créés pour la circonstance :

• Le centre de contrôle Mercury (MCC), situé à Cap Canaveral, est chargé du contrôle et du suivi des missions Mercury.
• Le centre d’informatique et de télécommunications, installé au Goddard Space Flight Center à Greenbelt dans le Maryland, pilote les télécommunications et fournit les capacités de calcul (ordinateurs) nécessaires à la mission depuis le lancement jusqu'à l’amerrissage.

Les radars les plus puissants ont une portée maximum de 900 km. La vitesse de défilement très rapide du vaisseau Mercury nécessita la mise au point de techniques particulières pour que les radars arrivent à accrocher la capsule. Les fréquences utilisées pour envoyer des commandes depuis le sol sont tenues secrètes pour éviter leur détournement. Pour limiter le volume à transmettre, une partie des télémesures ne sont pas transmises mais enregistrées à bord sur bande magnétique. Les données envoyées aux stations le sont via deux canaux (redondance) et y sont enregistrés sur des bandes magnétiques. Les ordinateurs - deux IBM 7090 à transistors et deux IBM 709 à lampes - installés dans les centres de contrôle sont utilisés pour calculer en temps réel l'orbite et la trajectoire de rentrée à partir des données recueillies par les stations.

L'ensemble mis en place est le premier réseau de cette dimension à acheminer à grande vitesse l’information d’un bout à l’autre de la planète avec un traitement en temps réel des données, qui ont été numérisées au préalable, par des ordinateurs et une restitution quasi immédiate des résultats des calculs informatiques à des opérateurs dispersés sur plusieurs sites. La construction de ce réseau est le deuxième poste de dépense du programme Mercury (41 millions de $ en 1959 soit 10 % du coût total du programme). Les premiers vols non habités permirent d'effectuer les corrections et réglages du système qui ne connaîtra aucune défaillance majeure au cours des vols habités.