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APOLLO SOYOUZ

 

LE DOCKING MODULE

Les premiers pourparler entre la NASA et l’académie des sciences de l’URSS débutent en 1962 et portent sur la coopération au niveau de la météorologie, l’étude des champs magnétique et les télécommunications avec Echo 2. Trois plus tard, la coopération s’élargie à la biologie et la médecine. Et c’est en 1969 que l’administrateur de la NASA, Tomas Paine prend contact avec le président de l’académie des sciences de l’URSS
M. V. Keldysh pour la réalisation d’un vol commun entre leur vaisseaux habités en vue d' une éventuelle mission de sauvetage. Beaucoup de travail reste à faire. La technologie des deux grands est si différente que de nombreux problème se posent.

Octobre 1970, des représentants de la NASA se rendent à Moscou à la Cité des étoiles. Là, ils peuvent pour la première fois voir les simulateurs du vaisseau soviétique Soyouz. Leur étonnement est grand quand à la petitesse du vaisseau !

LE SOYOUZ, CET INCONU

Ce Soyouz, les américains et le reste du monde le connaissent très mal. Son premier vol en avril 1967 se termine tragiquement avec la mort de son occupant au retour sur terre. Après plus d’un an d’interruption, Soyouz 2 inhabité et Soyouz 3 habité simule un amarrage entre les deux vaisseaux. Il sera réalisé en janvier 1969 entre Soyouz 4 et 5. Une sortie dans l’espace permet aux cosmonautes de passer d’un vaisseau à l’autre. Contrairement à Apollo, le système d’amarrage du Soyouz ne permet pas le passage intérieur d’un homme entre les deux vaisseaux. Il est en étude selon les responsables russes pour pouvoir d’amarrer aux futures stations orbitales. Pour leur opérations lunaires, un cosmonaute devra sortir du Soyouz Zond et rejoindre le module lunaire par l’espace. Une autre manœuvre de rendez vous dans l’espace est réalisée (sans succès) en octobre avec cette fois ci trois Soyouz habités.

D’une masse voisine de 7 tonnes, c’est un vaisseau triplace constitué de trois modules. Le premier à l’arrière, cylindrique abrite les moteurs, les panneaux solaires, l’énergie de bord et le contrôle d’attitude. La cabine au milieu en forme de cloche sert au lancement et au retour. Sa base recouvert de matériaux ablatif permet la traversée de l’atmosphère. Un système de parachute assure le retour au sol. Devant, se trouve le module orbital, cylindrique, le lieu de vie en orbite. Il communique avec la cabine par un sas de 80 cm d’ouverture. Contrairement à Apollo, les occupants du Soyouz n’ont pas de vue directe sur l’avant de leur vaisseau, un système de caméra TV leur permet néanmoins de voir dehors. 

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Le Soyouz vue par Houston en 1969

 

Le système d’amarrage attirent la curiosité des américains. Il est similaire à celui d’Apollo. Le rendez orbital est réalisé en trois phases, une manuelle jusqu’à l’orbite d’attente (deux jours de vol), une automatique pour l’approche à partir de 400 mètres et la jonction finale en automatique ou manuelle. Comme Apollo, le Soyouz utilise une pièce de jonction « cône-entonnoir » , à savoir une tige male qui rentre dans un entonnoir femelle. Mais ce système ne permet pas le transfert d’équipage par l’intérieur. En fait, il s’avère qu’il a été développé en toute hâte comme le Soyouz pour gagner la course à la lune. Quand la « capture » est faite, un moteur électrique rétracte la tige afin d’aligner et verrouiller la jonction. Sur Apollo, la tige est rétractée par l’action d’un gaz. Conséquence, le Soyouz peut réalisé plusieurs tentative de jonction, alors qu’Apollo ne peut en réaliser que quatre, deux principales et deux en secours. Sur le Soyouz, de petits guides permettent la connection des différentes prises ombilicales entre les vaisseaux (électricité, pneumatique, fluides) assurant une jonction plus précise. Le système d’amarrage Apollo est un système sur déjà éprouvé plusieurs fois depuis Apollo 9. Parmi 7 concepts proposés, il a été préféré au système « anneau-cône » à amortisseur. En 1967, la NASA avait aussi étudié un concept « androgyne » pour Skylab permettant la jonction de vaisseau en passif et en actif en toute sécurité.
Alors que la visite américaine se termine, le système d’amarrage permettant des passage à l’intérieur des vaisseaux Soyouz n’a toujours pas volé. Des groupes de travail sont crées pour assurer la bonne compatibilité entre les systèmes de rendez vous et d’amarrage, les systèmes de communications, de radio, de guidage optique et enfin sur le transfert des équipages. 

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Le système d' amarrage des vaisseaux Apollo et Soyouz.

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Le DS d'Apollo

DES CHOIX DIFFICILE

Les travaux vont bon train. Plusieurs possibilités sont envisagé, un vol Soyouz-Skylab avec réalisation d’expérience en commun, un vol Soyouz-Skylab avec occupation de la station après le départ des américains et un vol Apollo-Soyouz. C’est ce dernier qui a la faveur des américains. Des études sont lancées sur quatre systèmes de jonction, un double système cône-anneau, une nouvelle pièce de jonction pour les soviétiques, le montage d’une sonde de type Soyouz sur Apollo et enfin l’utilisation des sondes équipant les deux vaisseaux originellement.

Janvier 1971, la NASA choisit de développer un module intermédiaire entre les deux vaisseaux dans lequel seront réalisés des expériences scientifiques. Ce concept est préféré à un amarrage sans transfert d’équipage, un amarrage avec transfert mais par l’extérieur, un transfert interne mais sans préparation au changement d’atmosphère et un transfert à travers un petit module.

Le module de jonction sera équipé d’une pièce d’amarrage Apollo (entonnoir du module lunaire) d’un coté et d’une pièce de type « androgyne » de l’autre. Première difficulté, la différences d’atmosphère entre les vaisseaux. L’atmosphère de la cabine Apollo à 100% d’oxygène reste à 280 mm de mercure (elle ne peut dépasser les 414 mm). Celle du Soyouz qui est un mélange d’azote et d’oxygène passe de 780 mm de mercure passe à 520. Pour les transferts, deux astronautes passeront d’Apollo dans le module, le troisième restant dans la cabine. Le sas sera fermé. Le module sera pressurisé à 490 mm de mercure avec un mélange d’azote et d’oxygène. Le tunnel entre le module et le Soyouz sera mis en pression à 490 mm de mercure puis égalisé avec le Soyouz à 520 mm. Le module de jonction sera alors égalisé à 520 mm de mercure et les écoutilles ouvertes. Pour le retour, les opérations inverses seront réalisé, les écoutilles fermées, la pression du module sera descendu à 280 mm de mercure pour s’équilibrer avec Apollo et l’azote purgé du sang des astronautes.

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Le Docking Module en novembre 1971

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Le système d'amarrage proposé par les soviétiques en 1971

LE DOCKING SYSTEM

C' est à Apollo qu' incombera le transport du module de jonction dans la partie supérieure du troisième étage S4B, là où se logeait le module lunaire pour les missions vers la lune.

La plupart des propositions soviétiques sont acceptées. il est décidé de fournir une compatibilité totale entre les système russes et américain en utilisant une structure principale commune et standardisée en dimensions. Chaque pays devra développer son propre système de jonction. Ainsi fabriqué, il sera testé séparément avant d' être réunit ensemble.  La première maquette du Docking System DS américain et soviétique est testée ensemble comme pour la mission réelle. Le système est installé sur Soyouz 16 et testé en vol. Au cours de cette mission, un anneau simule Apollo. 

Le module d’amarrage est un sas équipé d’écoutilles permettant le passage des astronautes. Il mesure 3,15 m de long pour 1,4 m de diamètre intérieur et pèse 2012 kg. Constitué de  cylindre d’aluminium soudés de 1,58 mm d’épaisseur, il est fermé avec une cloison conique du coté Apollo et droite du coté Soyouz. L’intérieur abrite les panneaux de contrôle et les écrans, les transmetteur VHF-FM, le système de contrôle environnemental et des compartiments de stockage. On trouve également des masques à oxygène, les extincteurs, des poignés de maintien, des lampes d’éclairage, le système d’intercom avec les deux vaisseaux, le système de télévision et des équipements de rechange. A l’extérieur se trouvent les quatre réservoirs de gaz (azote et oxygène) protégés d’un cadre recouvert de couvertures isolantes. Toutes les aides nécessaire au Soyouz pour l’amarrage sont aussi montées à l’extérieur du module, évitant de lourdes modifications sur Apollo.

 

Le système d’amarrage est dit « androgyne » car symétrique. Il diffère du système « tige-cône » utilisé auparavant sur chaque vaisseaux. Il est composé d’anneaux de guidage qui s’emboîtent l’un dans l’autre assurant après rétraction et verrouillage un tunnel pressurisé pour le passage des astronautes. Le « Docking System » ainsi nommé a pour fonction :
_ Absorber l’énergie de l’impact ;
_ Réaliser la première capture ;
_ Aligner et rétracter les vaisseaux ;
_ Connecter mécaniquement les vaisseaux ;
_ Déconnecter et séparer les vaisseaux ;  

Le système de base est composé de deux anneaux, un structurel monté à une extrémité du module et un extensible qui vient s’attacher au module orbital du Soyouz. Les deux réunis forme un tunnel pour le passage.

 

Le guidage est assuré par l’anneau extensible sur lequel sont fixés trois « pétales » disposés à 120°. Il repose sur 6 tiges de support disposées par paire. Ces tiges permettent d’absorber l’énergie cinétique lors de la jonction. Elles ont un degrés de liberté de +-3° en rotation. Cet anneau est équipé de 3 verrous de capture (sur les pétales)qui viennent s’accrocher sur l’anneau du Soyouz. Le Soyouz est aussi équipé du même système, l’anneau de guidage étant fixe simplement monté sur des amortisseurs.

La capture réalisée, les tiges de l’anneau de guidage du module rétractent les deux vaisseaux afin de verrouiller les 8 crochets disposés autour de l’anneau de structure. De petites charges pyrotechniques permettent à tout moment de séparer en urgence les deux vaisseaux. Les verrous sur les pétales de l’anneau du Soyouz viennent s’accrocher à des crochets sur la structure du module

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Le système est soit actif soit passif. Lors de la mission, le Soyouz sera une première fois passif puis actif. C’est Apollo qui fournit l’énergie électrique du module grâce à un ombilical. Le contrôle de l’air (rejet du dioxyde de carbone) est assuré par chacun des deux vaisseaux. Apollo sera actif dans l' arrimage (plus de carburant), le Soyouz utilisant un transpondeur et un émetteur récepteur. Pour la visé optique, le Soyouz sera repeint moitié blanc moitié vert et équipé de phares blancs. Du matériel supplémentaire est ajouté au centre de tir et sur les vaisseaux spatiaux. Les fréquences radio sont modifiées: 
   _Communications inter-cabine, voies phonique 121,5; 259,7; 206,8 MHZ. 
   _Apollo via le satellite ATS 6 2256 et 2077,4 MHZ. 
   _Apollo via la terre USA 296,8; 2106,4; 2272,5; 2287,5 MHZ. 
   _Apollo via terre URSS 12,75 MHZ unilatéral. 
   _Soyouz via terre URSS 121,75 MHZ unilatéral. 
   _Soyouz via terre USA 296,8 MHZ unilatéral.

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APOLLO RENCONTRE SOYOUZ

Après les échecs de leur lanceur N1, les soviétiques abandonnent la lune et consacre désormais leur effort aux stations orbitales. Mais le manque d’expérience avec les amarrages repousse l’échéance. Il faudra attendre Soyouz 9 avec un vol de 17 jours, répétition d’un vol longue durée et Soyouz 10. En avril 1971, le vaisseau s’amarre à la première station orbitale Saliout 1 mais aucun transfert d’équipage n’a lieu, ce qui inquiète les américains. Les responsables de Moscou se veulent rassurant. Leur visite à Houston au début de l’été soulève une alternative au vol Apollo-Soyouz jugé « cascade spatiale » : en utilisant un système d’amarrage « androgyne », on laisse entrevoir une mission Apollo-Saliout ou Soyouz-Skylab-Apollo.  

La première mission d’occupation de la station Saliout 1 par trois cosmonautes se termine par un drame après 23 jours dans l’espace. La défaillance d’une  valve laisse malencontreusement échapper l’atmosphère de la cabine au retour sur terre laissant pour mort l’équipage. Cet accident refroidit les esprit, Apollo 15 est prêt à partir pour la lune…

Septembre, la NASA remanie son programme lunaire et Post Apollo. Apollo se terminera en 1972 avec Apollo 17, suivront trois missions d’occupation de la station Skylab. L’agence spatiale planifie ses missions après 1975. Des CSM Apollo seront lancés pour des missions d’observation de la terre. Un de ces vaisseaux pourrait alors s’amarrer à un vaisseau soviétique. La mise en orbite d’un second Skylab est aussi envisagé mais l’absence de programme pour l’exploiter fait renoncer les responsables. De toute façons, la NASA doit développer un projet « intermédiaire » en attendant la mise en service de la navette spatiale à la fin des années 1970.

Le module de jonction, DM prend forme dès juillet 1971 dans les ateliers de North American Rockwell sous le nom de International Rendez-vous & Docking Mission. Il mesure alors 2,75 m de long pour 1,4 m de diamètre intérieur. Coté Apollo, l’écoutille offre une ouverture de 84 cm contre 90 du coté Soyouz. Divers changements seront apportés durant les mois qui suivront mais sa forme restera la même.

L' accord définit signé en mai 1972 lors du sommet USA-URSS prévoit un vol commun en 1975, stipulant l’amarrage d'un vaisseau Soyouz et Apollo, avec visite mutuelle des deux équipages. Le Dr Constantin Bouchouyev et le Dr Glynn Lunney sont nommés respectivement directeur technique de l' Apollo Soyouz Test Project pour l 'URSS et les USA. Dans l’été, une date est donné, ce sera en juillet 1975. La mission est officiellement nommé Apollo Soyouz Test Project, ASTP.

Le CSM 111 est modifié pour le vol commun dès août 1972. Ce module de commande avait dans un premier temps été fabriqué pour aller sur la lune avec Apollo 15. Les remaniements dans le programme l’ont écarté des vols et c’est le CSM 112 qui a pris sa place.  La NASA pensait utiliser les CSM prévus pour les Apollo mission J, mais les coûts de modifications et les restrictions de budget ont fait pencher la balance en faveur d’un CSM de base.

La première présentation matérielle du projet ASTP est réalisée à l’occasion du salon du Bourget à Paris en juin 1973. Les américains avec un CSM restauré et les soviétiques avec du matériel d’essai assemblent  pour le plaisir de milliers de visiteurs une maquette grandeur réelle .

Le module de vol et son système de jonction associé entre en fabrication en 1973. Le Docking System 5 est livré au centre Kennedy en janvier 1974 suivit du DM2 en octobre. Les soviétiques teste le matériel avec les Cosmos 638 et 672 (changement d’orbite) puis par l’équipage de Soyouz 16 le 2 décembre 1974). Filiptchenko et Roubasnikov se familiarise avec les différentes pressions atmosphérique qu' ils rencontreront lors du vol réel et teste l'amarrage avec un anneau simulant Apollo.

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1 anneau d' amarrage CSM
2 couvercle des réservoirs O2 et N2
3 antenne VHF FM
4 atténuateurs (6)
5 guides (3)
6 verrou de prise (3)
7 atténuateurs (6)
8 interface tunnel
9 moteurs et boite de vitesse du système de rétraction des câbles
10 verrou structurels
11 anneau guide (en extension)
12 cible d' amarrage
13 porte multiple de manoeuvre
14spectrométre UV