CHRONOLOGIE APOLLO

LE DEVELOPPEMENT DU LEM

Avec ses longues pattes grêles articulées, ses nombreuses antennes, sa silhouette étranglée à la taille, le LM ressemble davantage à un insecte venu d'ailleurs qu'à un vaisseau spatial. Les premiers astronautes à le tester dans le cadre de la mission Apollo 9, Jim McDivitt et Rusty Schweickart, ne s'y trompèrent pas et le baptisèrent Spider, L'Araignée. Et ils ne cachèrent pas leur scepticisme. A en croire Jim McDivitt, "j'ai cru que c'était une blague !!". Il s'agissait d'un fragile vaisseau en papier de soie, à travers lequel on aurait vite fait de passer les pieds. Pourtant l'engin en imposait. 18 moteurs, 14 réservoirs de carburants, 8 systèmes radio, il affichait des dimensions impressionnantes, équivalentes à celles d'une maison à deux étages : sept mètres de haut, quatre mètres de large. Il était plus volumineux que le vaisseau Apollo proprement dit.

Le Lunar Module se décompose en deux parties : l'étage de descente, chargé de freiner pendant l'alunissage, et l'étage de remontée qui ramenait l'équipage en orbite où l'attendait le vaisseau Apollo.

COMMENT ALLER SUR LA LUNE ? 

Le voyage vers la lune n'a été , pendant longtemps que le terrain de jeu des écrivains. Lorsqu'en 1957, l'URSS lance le premier Spoutnik, tout change. A partir de ce moment, ce n'était plus de la science fiction; mais il restait une question: Comment faire pour y aller.

Début 1958, Verner von Braun suggère deux méthodes pour atteindre la lune, l'ascension directe utilisant une grosse fusée et le rendez vous en orbite terrestre nécessitant plusieurs lanceurs moyens pour assembler tout le matériel en orbite basse avant le l'envoyer vers la lune.

Le véhicule de retour lunaire envisagé au Army Ballistic Missile Agency début 1960 dessiné par Wernher von Braun's "A Lunar Exploration Program Based upon Saturn-Boosted Systems."

Tom Dolan un ingénieur de chez Vought Cie soumet une troisième possibilité en utilisant un véhicule plus léger pour "alunir" sur la lune ce qui impose un rendez vous en orbite lunaire, du jamais vu ! Cette idée qui faillit passer aux oubliettes est reprise par John Houbolt du centre Langley qui la propose à la NASA. Tel un prêcheur, Houbolt va tenter de convaincre les différents responsables de l'agence du bien fondé de son concept. 

Au début des années 1960, la firme aérospatiale Grumman se retrouve associée à un groupe de travail de la NASA afin de fixer les plans pour amener des hommes sur la lune. Dans le domaine spatial, la société Californienne a réalisé le satellite astronomique OAO, l'ancêtre du télescope Huble. Lors des appels d'offre pour le premier programme de vol habité Mercury à la fin des années 1950, elle a participé aux sélections, mais c'est Mc Donnel qui remporta le contrat (pour la Navy Grumman était suffisamment occupée avec la développement des avions A6 Intruder et le E2 Hawkeye). 

LES PREMIERS PROJETS Les premiers plans de rendez vous en orbite lunaire demandaient un véhicule extrêmement léger, un atterrisseurs non pressurisé avec un homme à son bord. Le groupe d'étude de Langley dessina un engin avec des ergols stockables. Une version "cryogénique" permettait de gagner 1500 kg, comparé au 15 000 kg avec un véhicule deux places. Le LM de Langley pèse 4372 kg pour 2,6 m de haut et 3,5 de large.

Projet de module lunaire de General Electric en janvier 1960

Projet de General Dynamic

Mai 1961, le président Kennedy annonce que l'Amérique enverra d'ici la fin de la décennie un homme sur la lune et le ramènera sain et sauf sur terre. Grumman est alors prêt à relever le défi. Elle travaille alors comme sous traitant de Général Electric dans les premières études du compartiment équipage du module de commande Apollo. Mais le contrat du CSM Apollo est donné à North American Aviation.

Grumman décide alors de rebondir, espérant que la NASA résoudra son problème de savoir comment aller sur la lune, en développant le concept du LOR (Lunar Orbiting Rendez-vous), le rendez vous en orbite lunaire. Les études de Grumman se concentrent donc sur les différents aspects de la mission et principalement sur l'unique vaisseau requit pour attendre la lune, le module lunaire. La compagnie autorise une équipe de 50 personne placée sous la direction de Joe Gavin et Tom Kelly à poursuivre les études pendant quelques temps. En janvier 1962, une première étude est proposée sur le LEM et le LOR. Elle est présenté aux responsables de la NASA, Joe Shea en tête en juin avec toutefois de nombreuses réserves et questions. Malgré cela, la NASA accepte le LOR en juillet. Aussitôt les appels d'offre pour le développement du module lunaire sont lancés, Grumman partant en tête.

L'appel d'offre met en compétition Grumman avec 7 autres firmes et en novembre elle obtient le contrat pour un montant de 345 millions $. De quelques douzaines de personnes, les équipes d'ingénierie vont alors passées à près de 3000 au plus fort de l'activité en 1967 aboutissant à la fabrication des premiers modules et aux premiers tests. A ce moment, quelques 900 personnes travaillent pour Grumman, 1400 au KSC, 450 au centre Johnson et 300 à White Sands pour les essais moteurs. Des 700 techniciens, ingénieurs et ouvriers travaillant à l'usine de Bethpage, 2400 étaient assignés au programme, 1800 aux véhicules de vol et 600 pour la gestion des systèmes sol. A ceci s'ajoutent quelques 140 sous traitants au travers les Etats Unis.  

De LEM, Lunar Excurtion Module, le véhicule deviendra le LM, Lunar Module en 1967, la NASA estimant que les astronautes n'allait pas se "balader " sur la lune comme des touristes mais travailler et réaliser des expériences scientifiques. 

Entre mai 1960 et juillet 1962, Grumman avait étudié pas moins de cinq configurations de module. Avec la NASA, la firme commence les études sur un premier modèle de LEM, les requêtes de l'agence étant soumises aux estimations du constructeur et inversement. Un module en deux parties se dessine dès les premiers coup de crayon, avec un étage inférieur dit de descente et un supérieur dit de remonté. Le premier contiendra tous les réservoirs, le moteur pour la descente et le second abrite l'équipage avec leur oxygène, réserves d'eau, système de communication et de navigation GNC, électrique EPS, de contrôle environnemental ECS, de contrôle d'attitude RCS et le moteur de remonté. Deux sas permettent l'amarrage avec le CSM, le sas avant permettant les sorties sur le sol lunaire. L'étage ressemble à un cockpit d'hélicoptère, les astronautes étant assis devant de larges hublots avec tout une série de panneau de contrôle disposés de part et d'autre. L'étage de descente comporte 5 jambes pour l'atterrissage se logeant dans le cylindre de la jupe de l'adaptateur SLA du troisième étage du Saturn 5, le S4B. Ce module là ne pèse seulement que 8800 kg, la NASA le baptise "Bug", la puce. De nombreuses questions restent néanmoins en suspens, tel que le mode de propulsion liquide ou solide, le système de guidage, la nature du sol et l'influence de la poussière lunaire sur les équipements comme le radar. 

Le membre du congrée George Miller (à gauche) examine un module lunaire au 1-8 eme montré par les officiels de Grumman Joseph Gavin et Robert Mullaney.

LE LM CHANGE DE CONFIGURATION

Janvier 1963, la NASA et Grumman sélectionne les quatre sous traitant principaux pour le programme du LM: Rocketdyne pour le moteur de descente, Bell Aerosystems Company pour celui de remonté, Marquardt Corporation pour le système RCS et Hamilton Standard pour le système ECS environmental control system. Février, l'équipe chargée du développement du LM déménage dans un nouveau bâtiment, le Plant 25 juste à coté au Nord (LM Engineering Buildind). 
Avril, un premier examen permet de réduire le nombre des jambes du train d'atterrissage à 4 au lieu de 5 et les rend repliables. L'étage de descente renferme 4 réservoirs d'ergols (carburant et comburant). L'étage de remonté est un cylindre de 2,34 m de diamètre, équipé d'un sas pour le stockage du matériel et une baie équipement externe. Le système de contrôle d'attitude RCS est repensé: Sur le modèle original, les 16 petits moteurs étaient disposés dans l'axe de la cabine. Première conséquence, les gaz du groupe moteur de devant étaient directement éjectés sur les hublots. Ils sont simplement déplacés de 45°, et agissent selon trois axes pour orienter le véhicule dans l'espace. Le système est redondant avec deux alimentation en ergols séparés mais parallèle. 

La structure de l'étage de descente cylindrique devient cruciforme et augmente en taille vue que les jambes du train peuvent être repliées. Ce nouvel aménagement permet de loger 4 réservoirs cylindriques de carburant-comburant au lieu de 6 sphériques. Les 4 coins de cette structure permettent aussi d'attacher le LM au SLA de l'étage S4B du Saturn par l'intermédiaire des tubes supportant les jambes du train. Les zones triangulaire entre les carré serviront pour placer le matériel scientifique.

Le changement de dessin de l'étage de remonté est plus compliqué. La petite taille de la cabine du LM proposée ne permettait pas de placer les scaphandres et sacs à dos de survie des astronautes ainsi que les échantillons lunaire à bord. Il faut donc redessiner la cabine. Les quatre larges hublots en verre sont trop lourd implantés dans une cabine redessinée, il faut réduire leur nombre et leur taille. La solution proposé est évidente, les sièges sont supprimés, les astronautes seront debout. Conséquence, les astronautes étant plus près des hublots, on peut alors réduire leur taille. Outre l'économie de masse, on gagne du volume. De toute façon, le LM ne sera habité que durant 2 jours. Après discutions, les hublots deviennent de petits triangles offrant pour les pilotes une excellente vue dans toutes les directions pour l'atterrissage.
Le dessin de la cabine de l'étage de remonté est maintenant un cylindre pressurisé fermé sur le devant une structure rigidifiée où est fixé le sas de sortie et les deux hublots triangulaires. Afin de placer le moteur, un renflement est réalisé dans la cabine qui sert accessoirement de siège, la partie restante au fond accueillant les sacs dorsaux, les scaphandres et les équipements des astronautes. Un petit hublot rectangulaire est rajouté sur le sas du haut pour aider les manoeuvres d'amarrage. Une maquette en bois de ce nouvel étage de remonté est réalisée et montée sur la maquette M1. En septembre 1963, la configuration est présenté à la NASA.

Le nombre de réservoirs de carburant ne changera pas jusqu'à l'été 1963. De quatre, il passe à deux, le moteur étant du type hypergolique sans système de pompe et d'allumage. Afin de garder la symétrie et le centre de gravité, les réservoirs sphériques en titanium sont placés plus ou moins près du moteur selon la masse d'ergols qu'ils contiennent. Septembre 1963, cette nouvelle configuration est présenté sur la maquette M1. Elle est approuvé en décembre par la NASA.

En ce début des années 1960, l'électronique n'a pas encore fait d'énormes progrès et bien sur n'a pas le niveau d'aujourd'hui. Les circuits intégrés IC commencent à remplacer les transistors. L'électronique du LM fait donc appel à ces IC même si leur application récente dans le commerce et le militaire ne donne pas de statiques sur leur performance, malgré leur faible masse, encombrement et grande puissance. Un important programme de tests de cette "nouvelle électronique" est mis sur pied jusqu'en 1965. 

On peut dire que fin 1963, le LM a à peu près la tête que nous lui connaissons aujourd'hui. Depuis 4 mois, les principaux contrats ont été lancé aux sous traitants, Pratt & Witney pour les piles à combustible, Hamilton pour le système ECS et Marquadt pour le système RCS en juillet et RCA pour le radar en novembre. Fin 1963, le centre des vols habités demande à Grumman d'arrêter son travail sur le LTA 9. Conséquence, la démonstration de vol couplé avec un hélicoptère Skycrane est annulée. 

Pour le train d'atterrissage, afin d'éviter d'éventuelles fuites et gagner encore de la masse, Grumman propose à la place de suspension pneumatique ou hydraulique d'utiliser de nouveaux matériaux absorbant capable de supporter le choc d'un contact avec un sol dur. De l'aluminium en nid d'abeille est alors proposé. En coulissant dans son logement, la jambe du train écrase un cylindre en nid d'abeille d'aluminium qui absorbe l'énergie de l'impact. Afin de tester la "souplesse" du train, des études assistées par ordinateur sont réalisées afin de trouver le meilleur compromis masse, efficacité et des essais grandeur nature sont réalisés à Langley avec un étage de descente grandeur réelle lâché d'une hauteur conséquente. 

Concernant la sécurité pour éviter un replie accidentel des jambes, un système de verrouillage est mis au point qui empêche le replie une fois les jambes dépliées. 
Dans le nouveau dessin du train d'atterrissage, les jambes ont 3 m de long avec une course de 80 cm. A leur bout, ne connaissant pas la profondeur de la poussière du sol lunaire, les techniciens de Grumman placent des assiettes circulaire d'un diamètre de 93 cm pour éviter un enfoncement trop important. Dessous ses assiettes sont placées trois sondes de 30 cm de long qui au contact du sol éteindront le moteur de descente (janvier 1965).

Ne connaissant pas la nature du sol lunaire, de nombreux essais sont réalisés pour définir au mieux les caractéristiques de l' engin à l'atterrissage. Ainsi il est décidé de définir des tolérances de vitesse de 3 m-s en verticale, zéro en horizontal et 2 m-s en vertical avec 1,2 m- en horizontal avec une attitude de 6° par rapport à l'horizontale. 

Janvier 1964, le LM pèse 11800 kg chargé sans équipage. Le but est de réduire cette masse à 10000 kg. Ce problème de masse va occuper les équipes tout le long de l'année 1964 jusqu'en 1965. Premier programme minceur, il est décidé de ne pas emporter de pièces de rechange dans le LM et le CSM. Cette décision évite par la même de développer toute une série de matériels interchangeables avec la connectique associées ce qui réduit la masse du matériel embarqué en libérant de la place dans la cabine. De plus il s'avère que les astronautes n'auront pas le temps de réparer et changer les équipements lors de la préparation de l'alunissage. La procédure de réparation en vol dite IFM est rejeté en 1963 du vaisseau Apollo. A la place, l'équipage disposera d'écrans de signalisation, d'un système de prévention et d'alarme, et l'assistance du centre de vol MCC à Houston pour détecter les défaillances. l'électronique de bords est alors enfermé dans des boites avec leur connectique et le câblage puis scellé afin d'éviter les contaminations et le pourrissement. 

Les techniciens s'emploient aussi à calculer la taille des équipements de bord. Quelles tailles devront avoir les sacs à échantillons, les containers ? Quelle sera la capacité du systèmes ECS ? Où seront placés les antennes du système de communication, quelles fréquences utiliseront elles ?

La simulation au sol d'une mission lunaire complète avec pour but la récupération de 160 kg d'échantillons lunaire est proposée, baptisé DRM. Elles permettra aussi de rechercher les éventuelles défaillances dans les procédures et déterminer les réponses à apporter dans la planification et les besoins  sur les vaisseaux. Quatre mois de travaux intenses, de planification, d'analyses sont réalisées par des douzaines d'ingénieurs de la NASA et les principaux contractants. Afin de rendre possible un lancement précis en tenant compte des positions célestes de la terre et de la lune une date est sélectionnée, le 6 mai 1968. Chaque phase du vol est ainsi décortiquée, analysée, simulée et éventuellement corrigée. Un des résultats de cette revue de vol fut de définir la fonction "chaloupe de sauvetage" pour le LM. En fonction des pannes rencontrées au cours d'une mission, le LM pourra servir de de canot de sauvetage en utilisant son moteur, son système de guidage, son système de support vie et les autres systèmes destinés à assurer la survie de l'équipage jusqu'au retour sur terre avec le CSM. Afin de satisfaire à ce cahier des charges, les consommables de bord du LM (eau, vivres, oxygène, électricité) sont augmentés de 15%. Six ans après cette décision, la méthode se révèlera très utile lors de la mission Apollo 13 !

D'autres changements significatifs ont lieu en fin 1964 début 1965. 

L' étage de remonté possède deux sas d'amarrage, un sur le dessus et l' autre sur le coté à 90°. Le premier sans hublot sert pour l' amarrage avec le CSM pendant le voyage terre-lune et le second pour l' amarrage au retour de la lune. 
L'écoutille avant circulaire avec son sas cylindrique et son système d'amarrage est remplacée par une écoutille rectangulaire sans tunnel et système d'amarrage (idée des équipes du MSC et des astronautes White et Bassett en avril). Ce changement est consécutif aux essais réalisés avec la maquette en métal grandeur nature M5, suivant la revue d'aptitude d'octobre 1964 qui a démontré qu'un astronautes vêtu de son scaphandre et équipement dorsal ne pouvait pas passer par l'écoutille circulaire sans faire d'effort et abîmer son équipement de survie. En janvier 1965, la nouvelle écoutille rectangulaire permet maintenant de descendre du LM plus facilement. L'abandon d'un sas d'amarrage sur le devant de l'étage de descente était une chose rationnelle car le module de commande ne possédait lui qu'un seul sas. En cas d'impossibilité d'amarrer les deux vaisseaux, il restait la possibilité de réaliser une EVA pour ramener les deux astronautes dans la cabine. Afin de réaliser les amarrages avec le sas supérieur, un petit hublot est rajouté juste à coté au dessus de la place du commandant, ce qui rajoutera 7 kg au LM mais ne modifie pas le dessin de la cabine.

Comment l'astronaute descendra t'il du LM ? Une petite plateforme, un porche est ajouté devant l’écoutille. Un système de palans avec des cordes permet à l’astronaute de se balancer jusqu'à l’échelle fixée sur le coté tel un Peter Pan. Après des tests réalisé par Pete Conrad, ce système est jugé trop compliqué et abandonné. Mars 1965, l’échelle est déplacée et positionnée sur la jambe devant l'écoutille. Plate et fine, elle s'intègre au dessin de la jambe, deux barreaux supplémentaires sont rajoutés pour atteindre le porche.

La masse du LM peut encore augmenter en novembre 1964 passant à 12800 kg au lancement sans l'équipage. Les réservoirs sont redessinés en conséquence. Cette augmentation de masse est due à l'optimisation de la trajectoire du trajet terre-lune  et à la réduction du carburant utilisé par le CSM pour les rendez vous en orbite. Le temps de vol plané du LM se réduit d'une minute à 90 secondes. En fait la limite de masse est imposée par les capacités d'emport du lanceur Saturn 5. Malheureusement la masse du LM n'a fait qu'augmenter à fur et à mesure que les mois s'écoulaient causant les pires difficultés aux équipes de Grumman. En juillet 1965, le LM pèse 14515 kg, mais elle pourra atteindre 14877 kg la limite de charge pour le Saturn 5.

Maquette du LM exposée à NY en 1964

L'ETAGE DE REMONTE DU LM

L'ETAGE DE DESCENTE DU LM

LES MAQUETTES AU SOL, M1, TM1 ET M5

Après avoir construit et tester les différents éléments du LM à des échelles différentes, Grumman commence à réaliser des maquettes grandeur nature afin de vérifier les formes complexes du LM ainsi que que leur assemblages nécessaire pour déterminer si les astronautes pourront réaliser toutes leur fonctions pendant leur mission et lors de la préparation du vol. Avec le centre de Houston, différentes maquettes sont alors proposées et trois finalement retenues durant les premières années d'étude, le M1 (Mockups), une maquette en bois de l'étage de remonté et du compartiment des astronautes, le TM1 (Test Model), une maquette complète en bois et le M5, un modèle détaillé en métal du LM entier.

	M1 est la première maquette construite par les ingénieurs de Grumman à partir de mai 1963. Au fur et à mesure que l'étage de remonté prenait forme et se modifiait, la maquette évoluait. Avec l'ajout de réservoirs de carburant, d'un moteur, d'une baie d'équipement, des antennes et autres équipements, elle devient le modèle M1. Exposé dans le hall du Plant 5 de Bethpage, il est proposé aux équipes de la NASA à Houston le 16 septembre 1963 et approuvé avec quelques changements (hublots triangulaire, position debout des astronautes).
	Présenté 6 mois après lors de la revue du 24-26 mars 1964, le TM1 est aussi une maquette en bois représentant le LM en entier. L'attention est alors portée sur l'arrangement du cockpit. De nombreux aménagement sont alors proposés en vue de la construction d'une maquette en métal correspondant au modèle de vol final. Le TM1 est utilisé de nombreux mois par les équipes et les astronautes pour modéliser les EVA sur la lune.
	La revue d'aptitude la plus importante a lieu en octobre 1964 avec la présentation du modèle M5, une maquette très détaillée du LM en métal, comprenant quelques équipements de vol dans le cockpit. Pas moins de 400 ingénieurs de chez Grumman ont participé à la fabrication de cette maquette. Présenté dans le hall d'exposition, il est positionné sur des chandelles, la jambe du train avant déployée. Trônant à 85 cm du sol, il était alors impossible de réaliser des simulations d'activités lunaire. Une tranchée est alors creusée sous la jambe permettant d'abaisser la maquette et un accès plus facile aux astronautes.
La revue finale est réalisé par une centaines de responsables de Houston et d'astronautes le 6 octobre et se déroule jusqu'au 8 avec les responsables du centre de Huntsville. Von Braun visite l'intérieur du LM et l'astronaute Chaffee simule une descente du véhicule au sol. Il est gêné par l'écoutille circulaire. 148 petits changements sont proposés, 120 approuvés ce qui augmentera la masse de 68 à 453 kg, un programme de réduction de masse est alors mis en route qui permettra d'abaisser la masse de 9%.

PETITS ET GRANDS MOTEURS

Quand Grumman commence à dessiner le LM en janvier 1963, de nombreux sous-traitants sont au travail comme Bell Aerosystem et Rocketdyne pour la conception des moteurs de l'étage de remonté et de descente, Marquardt Corp pour le système de contrôle d'attitude RCS et Hamilton Standard pour le système de contrôle environnemental ECS. 
Développé en premier, la motorisation du LM est un gros soucis pour les équipes de Grumman. Le véhicule a 18 moteurs, deux gros pour la descente et la remonté et 16 petits pour le contrôle d'attitude disposés par quatre sur l'étage de remonté. Au printemps 1963, Bell Aerosystem fort de ses succès sur l'étage Agena de l'USAF est contracté pour le moteur de remonté. De conception relativement simple, il va devenir en fait le plus complexe des trois systèmes moteurs équipant le CSM-LM Apollo. Utilisant des ergols stockables et hypergoliques, il est équipé d'une tuyère à poussée fixe et non orientable capable de faire redécoller l'étage de remonté de la lune pour gagner l'orbite lunaire ou réaliser une séparation en vol en cas de mission avortée. Le principal problème avec ce moteur qui fonctionne durant 7 minutes est l'emploi d'un mauvais matériau ablatif pour l'injecteur qui se consumait trop rapidement dans la chambre de combustion lors des essais aux usines Bell à Niagara Falls et chez Arnold Engineering Development au Tennessee causant des instabilité de combustion. Mais cette érosion n'était pas assez grave pour justifier des changements de la chambre de combustion. 
Vers la fin de l'année 1964, Arnold peut réaliser des essais au Tennessee sur un étage grandeur nature avant que ne soit disponible le banc de White Sands à partir d'avril 1965 (premier tir H3 A le 15). Quelques années après le début du programme, Grumman demande que Bell change ses procédures de certification sur le moteur développé pour le LM. En effet, les procédures employées avec l'Agena concernaient un lanceur inhabité, le LM est un véhicule habité. Lors de tests dits de "Bomb Stability" (instabilité de combustion dans la chambre), le moteur devenait incontrôlable causant des dommages structurels. Ce problème devait être résolu avant d'être certifié pour un équipage ("man rated").

Le moteur de l'étage de descente est probablement le défi le plus important du programme Apollo. De poussée variable, il devait être de conception nouvelle. Rocketdyne propose une injection directe avec de l'hélium afin de contrôler la poussée et importe le marché en janvier 1965 après un an et demi d'étude et de compétition avec d'autres constructeurs. Un injecteur en forme de pommeau douche permet de doser l'injection de gaz dans la chambre et de réduire la poussée. 

Grumman choisit Marquardt pour développer le système de moteurs de contrôle d'attitude RCS. La firme développe déjà les moteurs RCS du module de service (les moteurs du module de commande noyés dans la protection du bouclier thermique sont fabriqués par Rocketdyne). A double ergols, ils utilisent une chambre de combustion refroidit par rayonnement. Les essais commencent en 1964 chez Bell et Marquardt et apparaît alors un premier problème, le moteur s'emballe à l'allumage, monte en température et finit par exploser (août 1965). Grumman propose de changer de fournisseurs mais les responsables de Houston refusent. Finalement Marquardt résoudra le problème en installant de petits tubes dans la chambres de combustion. 

Une maquette complète du LEM est présentée le 16 septembre 1963

UN RADAR POUR LE LM

Grumman contracte Aerospace Communications & Controls, une division de RCA à Burlington dans le Massachusetts pour développer le radar de bord, ses composants et le système de stabilisation. Comme pour la motorisation, ce travail s'avère très difficile. Le système très complexe de commande et de stabilisation donne du soucis aux ingénieurs parce qu'il a été conçu avant d'avoir les données réelles de vol. De plus, la fourniture des composants est plus que chaotique pour de nombreux appareils, Grumman préférant acheter directement aux fournisseurs comme RCA ce qui cause de nombreux retard dans l'assemblage suite à des pièces défectueuses. La caméra TV qui devait être fournit par RCA est terminée par le centre de Houston. Quand la NASA a décidé de ne pas mettre de matériels de rechange à bord des vaisseaux et donc enlever la possibilité de réparer en vol, le rôle de RCA s'est vue encore atténué.

Le système radar qui sert aussi bien pour la navigation et le guidage donne des soucis aux ingénieurs. Un est utilisé pour les rendez vous l'autre pour pour l'atterrissage. C'est RCA qui se charge de développer le premier et d'acheter le second auprès de Ryan Aeronautical Cie qui avait réalisé le radar des sondes Surveyor. Si la fabrication du radar est facile, son intégration avec le système de navigation et de guidage est délicate. En 1964, chacun des vaisseaux Apollo est équipé d'un radar de rendez vous pour les amarrages. En fin d'année,  il s'avère que le programme de radar a des ennuis: Il est trop lourd, pas tout à fait exact, peu fiable, sensible à la température et trop cher !. A Houston, on pense simplement le supprimer, puisque le rendez vous en orbite peut être réaliser par le pilote du CSM avec l'aide des données du sol mais aussi par le pilote du LM en utilisant les données du sol, d'un traceur optique et des liaisons VHF et bande S. Finalement en février 1965, le radar du SM est supprimé, les études se concentrant sur le développement du traceur optique pour le LM, ce qui aura l'avantage de réduire la masse du vaisseau. Un traceur stélaire dans le LM, un stroboscope sur le SM et un sextant pour le pilote du LM LMP, tout cela avec une économie de quelques 30 millions $. Grumman s'engage alors à réaliser un LM compatible avec un système de rendez vous optique. Le contrat est passé à AC Electronics en août 1965 pour développer un traceur optique. En fin d'année, contredisant les études de RCA, les astronautes montrent une nette préférence pour le radar. Ce dernier étant plus sur dans la phase critique, affichant de nombreux paramètres comme la distance de la cible et sa vitesse. Juin 1966, après de nombreux tests et une bataille entre RCA et Hughes Aircraft Cie, Grumman recommande que soit retenu le radar de RV et élimine le système optique. Bien que plus lourd, il a déjà été testé avec succès sur les vols Gemini Agena sans aucun problèmes.

Pour le système de guidage et de navigation G&N, Grumman voulait s'inspirer du système du CSM plutôt que de développer un système nouveau. Associé dans un premier temps au MIT, la collaboration est interrompue sur décision de Washington retardant le développement du système. Ne voulant pas le système du MIT dans le LM, Grumman entre en conflit avec la firme. Ce n'est qu'en juin 1965 que tout le monde tombe d'accord.

BATTERIE VS PILES A COMBUSTIBLE

Un autre pas important est franchi en mars 1965 quand il est décidé d'équiper le LM de batteries au lieu de piles à combustible en février 1965. Le système EPS (Electric Power System) du LM d'origine comportait  des piles à combustible comme le CSM développées par Pratt & Witney depuis déjà deux ans. Les piles à combustibles génèrent de l'électricité par électrolyse renversée, combinant de l'oxygène avec de l'hydrogène dans un catalyseur contenant du nickel pour produire de l'énergie électrique et de l'eau. Ce système était très intéressant pour le CSM du fait de sa légèreté et sa grande puissance. De par la durée de la mission, elles étaient plus "rentable" que des batteries traditionnelles. De plus la production d'eau permettait d'alimenter le système de refroidissement de bord ECS et de distribuer de l'eau potable à l'équipage. A ses avantages, un inconvénient majeur, leur complexité et des capacités de stockage importante pour les réservoirs d'oxygène et d'hydrogène associé aux différents systèmes annexes de plomberies, régulation, pressurisation et de contrôle.
Le remplacement des piles à combustible par des batteries a conduit les ingénieurs à minimiser la consommation électrique du module, ce qui en a réduit le nombre donc leur masse. La différence avec les piles était de 80 kg ce qui paru acceptable. Quatre batteries zinc argent délivrant 3Ah équipent l'étage de descente et deux de 2,5Ah l'étage de remonté.

Ce changement est le dernier gros changement réalisé sur le dessin du LM, avec cependant une exception pour les changements occasionnés par l'augmentation du temps de séjour sur la lune, l'embarquement du Rover lunaire et d'expériences scientifiques sur les 4 derniers modules de vol à partir de 1970.

Début 1965, les équipes d'ingénieurs de Grumman ont semble t'il réussit à construire un vaisseau spatial habité capable de voler uniquement dans l'espace et sur la lune. Maintenant il faut le tester, le certifier et le produire. Pour gagner encore du poids, il a fallu creuser des alvéoles dans les parois.

ON TESTE LE LM

Houston reçoit le programme de test de Grumman. Il est prévu 10 modèles de vol, les deux premiers étant inhabités et 6 LM de tests au sol, le LTA 2, à Huntsville pour des tests de vibration, le LTA 10, à Tulsa chez North American pour des tests de compatibilité avec le SLA, le LTA 1, un véhicule " maison " basé à Bethpage servant de test pour la fabrication des futurs modèles, le LTA 8, à Houston pour des tests en chambre à vide et les LTA-3 et LTA 5, pour des tests de mise à feu moteur (études des vibrations). Le programme d'essais au sol comprend aussi des "boiler plate" et des tests de propulsion à Bethpage (canalisation de fluides) et White Sands (mise à feu statiques).  En 1965, Grumman commencera la construction du LM 1 dont le premier vol est prévu en 1967 et livrera le LTA 2 à Huntsville pour des essais au sol. Le programme de test est présenté par Grumman à Houston. En avril 1965, la firme commence les essais sur le moteur de l' étage de monté à White Sands NM.
Octobre 1964, Grumman stoppe les travaux sur le LTA 10. L'étage de descente a été remplacé par un "cannibalise" sur le M 5. Le LTA 2 est envoyé au centre Marshall pour des essais de vibration avec le lanceur Saturn. En juillet, Houston annule LTA 4 et deux modèles de test en vol FTA. Pour les remplacer, deux LTA seront restaurés quand ils auront terminé leur essais. A noter qu'un programme similaire aux essais Apollo avec une fusée Little Joe 2 était prévu en 1963 mais il est annulé début 1964. En août 1965, le MSC de Houston assigne deux LTA (10 et 2 sur les vols SA-501 et SA-502. Avant son départ, les vaisseaux seront restaurés par Grumman durant 5 mois. En décembre 1965, la NASA annule le LM TM5 du programme d'essai au sol. Fin 1965, quatre nouveaux LM sont commandé après le LM 11, livrables en décembre 1968, février 1969, avril et juin 1969. Le TM3 est envoyé au KSC par avion Guppy en août 1966 et en septembre, c'est au tour du TM 6 et du  LTA 10. Le 15 février 1966, la NASA annonce qu'elle modifie le contrat avec Grumman Aircraft Engineering Corp et prévoir désormais de fabriquer sur 4 ans, 15 modèles de vol (au lieu de 11), 10 modèles de tests  et 2 simulateurs.

Entrainement des astronautes (ici Borman et See) en juillet 1964 avec le LEM au fond

Juin 1964, Grumman teste les conditions de l'atterrissage du LEM sur le sol lunaire avec une maquette de l'étage de descente avec ses 4 jambes déployables. les tests ont lieu en 2 phases, une verticale et l'autre sur plan incliné.

Novembre 1964, le centre MSC révise le programme de test du LTA 10. Le modèle reste au programme avec une configuration modifiée. L'étage de descente, sans moteur ni atterrisseurs sera utilisé par NAA à Tusla pour des tests de séparation avec l'adaptateur SLA. Le LTA 10 volera avec AS 501.

Assemblage du LTA 3 pour des tests de vibration le 17 octobre 1966

Test du LEM en mai 1966, moteur de descente a Arnold Engineering Development Centre.

Assemblage du LTA 8 chez Grumman

Maquette M3 au centre MSC durant des essais de descente des astronautes sur le sol lunaire à l'aide d'une poulie. La maquette M3 servira aussi pour des tests en chambre à vide

Maquette du LEM au centre MSC de Houston en 1965

Maquette en bois de contre plaqué montée sur un camion utilisée pendant les tests astro géologique en 1965 (test AAT 5 du 27 septembre au 1er octobre 1965)

DE PROBLEMES EN PROBLEMES

En 1966, Grumman peut commencer à produire en ligne les LM ayant résolut ses problèmes avec le traceur optique et le moteur de l'étage de remonté. Malheureusement en novembre, au moment où la firme s'apprête à livrer les premiers modèle de vol, des problèmes d'instabilité de combustion apparaissent sur le moteur de l'étage de remonté lors de deux essais fin 1966 à White Sands et chez Bell. Première conséquence, la livraison du LM 1 inhabité prévu pour février 1967 est repoussé ce qui repousse aussi le débarquement sur le lune. Des fuites sur les réservoirs d'hélium de pressurisation du système RCS apparaissent dès mi 1964 quand commence la fabrication du LM. L'engin étant très "mobile" mécaniquement, les problèmes de jointure dans les canalisations sont dur à résoudre. Durant un test de mise en pression en décembre 1967, un hublot du LM 5 se casse. Ils sont immédiatement renforcés. Des traces de corrosion sont aussi trouvées dans la structure en aluminium du LM. Un autre alliage plus résistant est mis à la place sur certaines parties. 

Août 1967, l'astronaute Don Lind réalise des simulations avec le LM

COMBIEN COUTE LE LM ?

Lorsque le Pt Kennedy lance la course à la lune, la question du prix n'a pas vraiment de sens. D'un coût initial de 8 milliards $, Apollo atteindra finalement 20 milliards (prix 2000). Partie sur les chapeaux de roue, le budget donné à la NASA pour Apollo va croître dès 1964 et culminé jusqu'en 1967.

Le contrat initial donné à Grumman en novembre 1962 se monte à 350 000 000 $ allant jusqu'à 1 milliards lorsque le programme sera terminé. Le budget ne cessera d'augmenter. De 135 000 000 $ en 1964, il passe à 310 000 $ en 1966. En février 1966, un agrément est voté permettant d'augmenter le budget alloué à Grumman jusqu'en 1969 avec un coût estimé de 1,42 milliards $. Le coût final sera en fait le double.

Le travail du LM a permit de faire travailler les salariés de Grumman mais aussi des centaines de sous traitants réparties dans 46 états, RCA, STL, Bell, Hamilton Standard, Rocketdyne, Marquardt. 

Les papas du LM: Tom Kelly, au centre avec les techniciens de Grumman en mai 1969 après le lancement d'Apollo 10. Le père du LM, Tom Kelly est décédé en mars 2002 à l'age de 72 ans.

Moon Lander: How we developed the Apollo lunar module de Thomas J Kelly 2001

Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft de Courtney G Brooks, James M. Grimwood, Loyd S. Swenson Published NASA SP 4205 1979.

Liens:

Lunar Module SpaceCraft Assembly & Test, Grumman Bethpage NY
The Lunar Module News Reference, ApolloSaturn.com
My Little Space Museum

Images LM en 3D