Préparation, décollage et atterissage
a) Préparation des astronautes
Une mission lunaire habitée nécessite une préparation extrêmement complète et précise des astronautes qui se fait sur plusieurs années. Cette préparation comprend l’entraînement à l’utilisation du matériel, un entraînement physique, un entraînement psychologique et un entraînement permettant à leur corps de s’habituer à de fortes accélérations. De plus, ils sont entraînés à faire des manœuvres avec le matériel et plus particulièrement des manœuvres d’arrimage entre le LEM (module lunaire) et le CSM (Module de commandes et de services, avec le carburant pour le retour sur Terre resté en orbite autour de la Lune). Les astronautes s’entrainent dans des simulateurs ou dans le désert avec leur équipement.
Instrument permettant d’habituer le corps des astronautes aux fortes accélérations.
b) Mise en place du lanceur
36 heures avant le décollage on place le lanceur sur son aire de lancement grâce à un «crawler », une plate-forme équipée de chenillettes. Le lanceur est maintenu grâce à des passerelles qui la relient à sa tour de lancement. Après s’être équipé avec des spécialistes, l’équipage pénètre dans le module de commande entre 3 et 6 heures avant le décollage.
Photographie de Crawler
http://www.capcomespace.net/dossiers/espace_US/apollo/ksc/crawler/crawler.htm
Les emplacements de lancement ne sont pas choisis au hasard mais sont en général le point le plus proche de l’équateur dont dispose le pays qui lance la mission. Par exemple la Guyane pour l’ESA (Agence Spatiale Européenne) ou encore Cap Canaveral en Floride pour la NASA. Ces emplacements sont choisis selon des critères précis :
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Un vaste terrain plat
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Zone facile d'accès
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Zone peu peuplée
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Un emplacement proche de l'équateur
Comme la Terre tourne sur elle-même, selon un axe qui passe par les pôles, et qu’elle a une forme à peu près sphérique, alors tous les points de la surface de la Terre ne se déplacent pas autour de cet axe à la même vitesse. Malgré le fait qu’ils mettent toute une journée à faire un tour complet, la vitesse de rotation aux pôles est donc nulle ; à l'équateur elle est de 1 649 km/h, soit 458 m/s. Ainsi, avant de décoller, le module de commandes et le module lunaire, installés dans le nez de la fusée sur le pas de tir sont donc immobile dans le référentiel terrestre. Comme ils possèdent déjà 5,7% de la vitesse nécessaire pour une orbite basse qui est de 28.800 km/h, ils peuvent donc emporter plus de charge utile sans que leur poids n'augmentent et peuvent ainsi réaliser une économie de carburant.
c) Décollage
8 secondes avant le véritable lancement, appelé « lift off », le moteur central du 1er étage est mis à feu, suivi 0,3 s après des autres moteurs du 1er étage. Lorsque la poussée est suffisante, la tour de lancement libère la fusée. C'est à ce moment précis que la fusée décolle. Il faudra en tout 12 secondes à la fusée pour quitter la tour. La poussée alors développée par les réacteurs et de 3 400 tonnes. La vitesse de la fusée est lente au décollage, à cause du poids de la fusée mais par la suite elle augmente alors très rapidement. Dès que la fusée a atteint 130 m d'altitude, le lanceur s'oriente par rapport à sa trajectoire. Pour échapper à l’attraction terrestre, la fusée doit dépasser une certaine vitesse : la vitesse de délibération qui se calcule à partir de cette formule :
R est le rayon de la terre, d est le nombre de mètres depuis la surface terrestre, et M est la masse de la Terre.
La vitesse de délibération à la surface de la terre est de
d) Trajectoire et étape de voyage
Au bout de 135s et à environ 62 km d'altitude, le moteur central s'arrête, suivi des autres. Les moteurs vidés de leur carburant sont maintenant inutiles et sont donc éjectés grâce à des boulons explosifs. Tout le premier étage est ainsi éjecté. Ce dernier continue à se déplacer sans direction précise et n'est désormais plus contrôlé par les pilotes et culmine à 110 km avant de retomber dans l'océan. Pendant ce temps, les réacteurs du 2ème étage ont pris le relais.
Le 2ème étage propulse alors le lanceur à 24 600 km/h lui permettant d'atteindre les 185 km d'altitude. Quelques minutes plus tard, le 2ème étage est à son tour éjecté de l'ensemble et retourne sur Terre. Le vaisseau sort alors de l'atmosphère, c'est à dire qu'il est dans l'espace, il ne reste plus qu'à le mettre en orbite autour de la Terre, grâce à la mise à feu du moteur du 3ème étage, qui propulse alors la fusée à une vitesse de 5,8 km/s.
C'est alors que l'unique réacteur est coupé, le vaisseau effectue plusieurs orbites terrestres à 190 km d'altitude en moyenne, l'équipage en profite pour faire une pause après une sortie de l'atmosphère pleine de stress et de pression. Pendant la pause des astronautes, tous les systèmes internes sont contrôlés par les équipes au sol. Durant toute la durée de la mission une seule personne peut parler à l'équipage: le Capcom. Tous les ordres et les conseils seront transmis par son intermédiaire.
Après plusieurs orbites et vérifications, le vaisseau est envoyé vers la Lune. Pour cela on rallume le moteur, les astronautes subissent une accélération importante, la fusée atteint alors les environs de 11,2 km/s. Moins de 3 heures après le décollage, le vaisseau se dirige vers la Lune. La pression retombe alors dans le module de commande. Mais le temps de répit est de courte durée car il faut que le vaisseau "final"(CSM : Command/Service Module + LEM : Lunar Excursion Module) se constitue.
C'est alors que le CSM se sépare du 3ème étage, pivote de 180° pour se retrouver face au LEM. Le pilote, très fortement entraîné pour cela, manœuvre pour que l'arrimage entre le CSM et le module lunaire se passe au mieux.
Cette opération effectuée, l'ensemble du vaisseau est réorienté vers la Lune, une très légère poussée est effectuée, et le voyage Terre-Lune est donc engagé. En même temps, le moteur du troisième étage, qui ne sert plus à rien, est réorienté vers la Lune, où il finit par s'écraser quelques jours plus tard.
Le voyage Terre-Lune dure 4 jours. Le contact perdure avec la centrale à terre durant cette période. Petit à petit, l'attraction terrestre diminue et celle de la Lune augmente. La vitesse de délibération de la Terre tend vers 0.
Simulation de la séparation des étages pendant le vol
http://moncielamoi.free.fr/Html/Html_Astronautique/Apollo9.htm