Apollo 11

Apollo 11
Mission spatiale avec équipage
Insigne de la mission
Insigne de la mission
Données de la mission
Vaisseau Module de commande et de service Apollo
Module lunaire Apollo
Équipage N. Armstrong, M. Collins et B. Aldrin.
Date de lancement (49 ans)
Site de lancement Centre spatial Kennedy
Date d'atterrissage
Site d'atterrissage Océan Pacifique
13° 30′ N, 169° 15′ O
Durée 195 h 18 min 35 s
Date d'atterrissage sur la Lune UTC
Site d'atterrissage Mer de la Tranquillité
Roches lunaires collectées 21,55 kilogrammes
Durée sortie extravéhiculaire 2 heures 31 minutes (1)
Distance parcourue 1 km
Photo de l'équipage
De gauche à droite Armstrong, Collins et Aldrin.
De gauche à droite Armstrong, Collins et Aldrin.
Navigation

Apollo 11 est une mission du programme spatial américain Apollo au cours de laquelle, pour la première fois, des hommes se sont posés sur la Lune, le . L'agence spatiale américaine, la NASA, remplit ainsi l'objectif fixé par le président John F. Kennedy en 1961 de poser un équipage sain et sauf sur la Lune avant la fin des années 1960 dans le but de démontrer la supériorité des États-Unis sur l'Union soviétique mise à mal par les succès soviétiques au début de l'ère spatiale dans le contexte de la guerre froide qui oppose ces deux pays. Ce défi est lancé alors que la NASA n'a pas encore placé en orbite un seul astronaute. Le projet aboutit grâce à une mobilisation de moyens humains et financiers considérables qui permet à l'agence spatiale de rattraper son retard sur le programme spatial soviétique puis de dépasser celui-ci.

Apollo 11 est l'aboutissement d'une série de missions qui permettent la mise au point des techniques spatiales nécessaires, des vaisseaux spatiaux et d'un lanceur géant ainsi que la reconnaissance des sites d'atterrissage sur la Lune. C'est la troisième mission habitée à s'approcher de la Lune, après Apollo 8 et Apollo 10, et la cinquième mission avec équipage du programme Apollo. Le vaisseau spatial emportant l'équipage est lancé depuis le centre spatial Kennedy le par la fusée géante Saturn V développée pour ce programme. Elle emporte un équipage composé de Neil Armstrong, commandant de la mission et pilote du module lunaire, de Buzz Aldrin, qui accompagne Armstrong sur le sol lunaire, et de Michael Collins, pilote du module de commande et de service qui restera en orbite lunaire. Armstrong et Aldrin, après un alunissage comportant quelques péripéties, séjournent 21 heures et 36 minutes à la surface de la Lune et effectuent une sortie extravéhiculaire unique d'une durée de 2 heures et 31 minutes. Après avoir redécollé et réalisé un rendez-vous en orbite lunaire avec le module de commande et de service, le vaisseau Apollo reprend le chemin de la Terre et amerrit sans incident dans l'océan Pacifique à l'issue d'un vol qui aura duré 8 jours, 3 heures et 18 minutes.

Au cours de cette mission 21,7 kilogrammes de roche et de sol lunaires sont collectés et plusieurs instruments scientifiques sont installés sur la surface de notre satellite. Bien que l'objectif scientifique d'Apollo 11 ait été limité par la durée du séjour sur la Lune et la capacité d'emport réduite des vaisseaux spatiaux utilisés, la mission fournit des résultats substantiels. Son déroulement, en particulier les premiers pas sur la Lune filmés par une caméra vidéo et retransmis en direct, constituent un événement suivi sur toute la planète par des centaines de millions de personnes.

Contexte

Le programme Apollo

Article détaillé : Programme Apollo.

Le programme Apollo est lancé par le président John F. Kennedy lors de son discours du 25 mai 1961 avec comme objectif de faire atterrir un homme sur la Lune ; il s'agit de démontrer la supériorité des États-Unis sur l'Union soviétique dans le domaine spatial, devenu un enjeu politique dans le contexte de la guerre froide qui oppose les deux superpuissances de l'époque. L'objectif est particulièrement ambitieux car à cette date aucun vol orbital habité américain n'a encore été réalisé. Pour remplir l'objectif fixé par le président, l'agence spatiale américaine, la NASA, lance plusieurs programmes spatiaux destinés à préparer les futures expéditions lunaires : le programme Gemini pour mettre au point les techniques de vol spatial et des programmes de reconnaissance (programme Surveyor, Ranger, etc.) pour, entre autres, cartographier les zones d'atterrissage et déterminer la consistance du sol lunaire. Pour atteindre la Lune, les responsables finissent par se rallier à la méthode audacieuse du rendez-vous en orbite lunaire, qui nécessite de disposer de deux vaisseaux spatiaux, dont le module lunaire destiné à l'atterrissage sur la Lune. La fusée géante de 3 000 tonnes Saturn V, capable de placer en orbite basse 118 tonnes, est développée pour lancer les véhicules de l'expédition lunaire. Le programme draine un budget considérable (135 milliards de dollars US valeur 2005) et mobilise jusqu'à 400 000 personnes. L'incendie au sol du vaisseau spatial Apollo 1, dont l'équipage périt brûlé, entraîne un report de près de deux ans du calendrier.

Les missions spatiales préparatoires : d'Apollo 7 à Apollo 10

Après plusieurs missions sans équipage destinées à tester en orbite terrestre basse la fusée Saturn V et les deux vaisseaux spatiaux, la NASA lance dans un laps de temps très court de 7 mois quatre missions avec équipage qui permettent d'achever la qualification des vaisseaux en effectuant une répétition des différentes phases d'une mission lunaire hormis l'atterrissage. Toutes ces missions se déroulent sans anomalie majeure :

  • Apollo 7 (octobre 1968) est la première mission habitée du programme Apollo. Son but est de valider les modifications effectuées sur le vaisseau spatial à la suite de l'incendie d’Apollo 1 (CMS version 2). Une fusée Saturn IB est utilisée car le module lunaire ne fait pas partie de l'expédition. Au cours de son séjour en orbite, l’équipage répète les manœuvres qui seront effectuées lors des missions lunaires[1].
  • Apollo 8 (décembre 1968) est le premier vol habité à quitter l’orbite terrestre. À ce stade d'avancement du programme, il s'agit d'une mission risquée car une défaillance du moteur du vaisseau Apollo au moment de sa mise en orbite lunaire ou de son injection sur la trajectoire de retour aurait pu être fatale à l'équipage, d'autant que le module lunaire a été remplacé par une maquette. Mais les dirigeants de la NASA redoutent un coup d'éclat des Soviétiques pour la fin de l'année et décident de courir le risque. Les astronautes font au total 10 révolutions autour de la Lune. Durant ce vol, ils réalisent de nombreux clichés de la Lune dont le premier lever de Terre. Apollo 8 permet pour la première fois à un homme d'observer directement la « face cachée » de la Lune. L'une des tâches assignées à l'équipage consistait à effectuer une reconnaissance photographique de la surface lunaire, notamment de la mer de la Tranquillité où doit se poser Apollo 11[2].
  • Apollo 9 (mars 1969) constitue le premier essai en vol de l’ensemble des équipements prévus pour une mission lunaire : fusée Saturn V, module lunaire et vaisseau Apollo. Les astronautes effectuent toutes les manœuvres de la mission lunaire tout en restant en orbite terrestre. Le module lunaire simule un atterrissage puis réalise le premier rendez-vous réel avec le vaisseau Apollo. Les astronautes effectuent également une sortie extravéhiculaire de 56 minutes pour simuler le transfert d'équipage du module lunaire au vaisseau Apollo en passant par l'extérieur (manœuvre de secours mise en œuvre en cas d'amarrage infructueux entre les deux vaisseaux). En outre, ils testent l'utilisation du module lunaire comme « canot de sauvetage » dans la perspective d'une défaillance du vaisseau Apollo[3].
  • Avant le lancement d'Apollo 10 (mai 1969) les dirigeants de la NASA ont envisagé que cette mission soit celle du premier atterrissage sur le sol lunaire, car l'ensemble des véhicules et des manœuvres ont été testés sans qu'aucun problème majeur n'ait été détecté. Mais, dans la mesure où les Soviétiques ne semblent pas préparer de mission d'éclat, ils préférèrent opter pour une dernière répétition au réalisme encore plus poussé. Une fois le train spatial placé en orbite autour de la Lune, le module lunaire, surnommé « Snoopy », entame la descente vers le sol lunaire qui est interrompue à 15,6 km de la surface. Après avoir largué l'étage de descente non sans quelques difficultés dues à une erreur de procédure, le LEM réalisa un rendez-vous avec le vaisseau Apollo[4].

L'équipage d'Apollo 11

Les trois astronautes de l'équipage Apollo 11 se familiarisent avec la disposition des équipements à l'intérieur du module de commande.
Armstrong avant une séance d'entraînement avec le LLRV.

L'équipage d'Apollo 11 est composé de trois astronautes qui ont tous déjà au moins un vol à leur actif : Neil Armstrong, qui commande la mission et qui doit piloter le module lunaire jusqu'à la surface lunaire, Buzz Aldrin, deuxième membre de l'équipage à aller sur le sol lunaire, et Michael Collins qui est le pilote du module de commande.

En cas de défaillance de l'équipage titulaire avant l'envol (maladie, accident…), celui-ci doit être remplacé par Jim Lovell (commandant), Fred Haise (copilote du module lunaire) et Bill Anders (pilote du module de commande).

L'insigne choisi pour la mission représente un pygargue, emblème des États-Unis, portant des rameaux d'olivier dans ses serres[Note 1],[8].

Support au sol

Durant le déroulement de la mission, plusieurs équipes installée au centre de contrôle des vols habités à Houston se relaient 24 heures sur 24 pour surveiller le fonctionnement des vaisseaux et fournir des informations permettant à l'équipage d'accomplir sa mission. Les responsables au sol de la mission, chargés de prendre les décisions importantes, sont Cliff Charlesworth (lancement et activité extravéhiculaire), Glynn Lunney, Gene Kranz (atterrissage sur la Lune) et Milt Windler. Le contact entre l'équipe au sol et l'équipage est assuré par des astronautes baptisés CAPCOM (Capsule Communicator, interlocuteur vaisseau). Ils sont chargés de transmettre les instructions des techniciens et des scientifiques au sol et de répondre aux demandes de l'équipage. Les CAPCOM d'Apollo 11 sont Charles Moss Duke, Jr., Ronald Evans, Owen Garriott (CAPCOM), Don L. Lind, Ken Mattingly, Bruce McCandless II, Harrison Schmitt, Bill Pogue, Jack Swigert.

Les objectifs de la mission Apollo 11

L'équipage d'Apollo 11 le 24 mai 1969. De gauche à droite, Buzz Aldrin, Neil Armstrong et Michael Collins.
Saturn V sur son pas de tir le 11 juillet 1969. Le système d'accès mobile est retiré pour un test du compte à rebours.

Apollo 11 est la première mission Apollo à poser des hommes sur le sol lunaire. Même si une partie de son déroulement a fait l'objet d'une répétition au cours du vol Apollo 10, des phases cruciales comme l'atterrissage et le décollage de la Lune, ainsi que l'utilisation de la combinaison spatiale sur le sol lunaire, n'ont encore jamais été réalisées et présentent des risques importants. Dans ce contexte, la recherche scientifique joue un rôle secondaire dans la mission : l'équipage d'Apollo 11 a pour objectif principal de réaliser une sortie extravéhiculaire sur le sol lunaire et de revenir sain et sauf sur Terre. Il aura ainsi atteint le but fixé par le président John F. Kennedy dans son discours du  : déposer un homme sur la Lune et revenir sur Terre, avant la fin de la décennie.

Les objectifs secondaires de la mission sont[9] :

  • fournir des éléments permettant de valider les solutions techniques retenues pour l'atterrissage (examen du train d'atterrissage), le séjour sur la Lune et les sorties extravéhiculaires ;
  • évaluer les capacités et les limitations d'un équipage humain se déplaçant sur le sol lunaire ;
  • déterminer les coordonnées du site d'atterrissage ;
  • collecter des échantillons du sol et des roches lunaires à proximité immédiate du module lunaire, tester la résistance mécanique du sol, évaluer la visibilité ;
  • déployer quatre instruments scientifiques puis récupérer les résultats de deux des expériences :
    • Le sismomètre passif est un des deux composants de l'Early Apollo Scientific Experiments Package. Il s'agit d'un prototype de l'instrument qui fera partie de la suite instrumentale ALSEP des quatre missions Apollo suivantes. Cet équipement d'une masse de 47,7 kg comporte 3 capteurs à longue période (15 secondes) disposés orthogonalement pour mesurer les déplacements de la surface à fois dans le plan vertical et horizontal et un capteur à courte période pour mesurer les déplacements verticaux à haute fréquence (période de résonance de 1 seconde). L'instrument comprend un système de télécommunications qui permet de recevoir une quinzaine de types d'instruction préparés par les scientifiques sur Terre et de transmettre les données sismiques recueillies vers les stations terrestres. L'étalonnage de l'instrument (verticalité des sismomètres avec une précision de 2 secondes d'arc) est effectuée depuis la Terre en agissant sur des moteurs télécommandés[10]. L'instrument est alimenté en énergie par deux panneaux solaires qui fournissent jusqu'à 46 watts d'électricité. Durant la longue nuit lunaire où la température chute à −170 °C, l'instrument est maintenu à une température supérieure à −54 °C grâce à la décomposition radioactive de deux pastilles de 34 grammes de plutonium 238 qui génèrent 15 watts de chaleur[11].
    • Le réflecteur laser est le deuxième composant de l'EALSEP. Il s'agit d'un dispositif optique passif qui permet de réfléchir une impulsion lumineuse dans la direction exacte de sa source. Un faisceau lumineux homogène et concentré est émis à l'aide d'un laser vers l'emplacement du rétroréflecteur ; en mesurant le temps mis par ce rayon pour revenir vers sa source, on peut déterminer avec une grande précision la distance entre l'émetteur et le réflecteur[12]. En mesurant la distance Terre-Lune avec une précision qui devrait atteindre 15 cm au lieu des 500 mètres à la date de l'expérience, les scientifiques devraient obtenir de manière indirecte de nombreuses informations sur la Terre telles que l'évolution de sa vitesse de rotation, le déplacement des pôles ainsi que sur la physique de la Lune (libration, déplacement du centre de masse, taille et forme)[13]. Le réflecteur installé par l'équipage d'Apollo 11 comporte 100 coins de cube en quartz de 3,8 cm de diamètre disposés en 10 rangées de 10[14].
    • un collecteur de particules du vent solaire SWC (Solar Wind Collector) ;
    • un détecteur de rayons cosmiques.

Sélection du site d'atterrissage

Le site d'atterrissage d'Apollo 11 photographié par la sonde LRO en 2012 : on peut distinguer le module lunaire, des traces de pas et certains équipements installés par l'équipage.

Le site d'atterrissage sur la Lune devait répondre à un grand nombre de contraintes[15] :

  • le site doit se situer sur la face de la Lune visible depuis la Terre pour permettre les échanges radio entre l'expédition et le contrôle au sol et sur la partie éclairée de celle-ci ;
  • la quantité de carburant consommée par les vaisseaux Apollo durant les manœuvres lunaires est d'autant plus importante que la latitude du site d'atterrissage est élevée. La latitude du site retenu est pour cette raison inférieure à 5° ;
  • la zone d'atterrissage ne doit pas être cernée de falaises, de reliefs trop élevés ou de cratères profonds qui pourraient fausser les mesures du radar d'atterrissage du module lunaire chargé de déterminer l'altitude du vaisseau ;
  • la zone d'atterrissage ne doit pas comporter un trop grand nombre de cratères, ni de rochers et la pente doit être inférieure à 2 % pour limiter le risque d'un atterrissage violent qui pourrait interdire le décollage et être donc fatal à l'équipage ;
  • pour que le pilote du module lunaire puisse repérer le site retenu pour l'atterrissage, il doit bénéficier de conditions d'éclairage très particulières : le Soleil doit éclairer le sol depuis l'est sous un angle compris entre 4° et 14° pour que les ombres des cratères permettent à l'équipage d'identifier ceux-ci[Note 2]. La fenêtre de lancement résultante est de 16 heures tous les 29,5 jours pour un site d'atterrissage donné (l'élévation du Soleil change à une vitesse de 0,5° par heure) ;
  • les responsables du programme souhaitent disposer de plusieurs fenêtres de lancement par mois, pour limiter le décalage du calendrier de lancement en cas de report du tir pour des raisons techniques[Note 3]. Le site d'atterrissage primaire doit donc se situer à l'est pour qu'un ou plusieurs sites de rechange puissent être trouvés plus à l'ouest.

Trente sites d'atterrissage avaient été passés en revue par un comité de sélection interne de la NASA en s'appuyant sur les observations réalisées à l'aide de télescopes terrestres. Les sondes lunaires du programme Lunar Orbiter ont effectué entre 1966 et 1967 une reconnaissance photographique de la Lune des sites présélectionnés. Un seul site, situé dans la mer de la Tranquillité, parvient à satisfaire l'ensemble des contraintes énoncées ci-dessus[15].

Le vaisseau Apollo

Le module de commande et de service Apollo.

L'équipage d'Apollo 11 embarque à bord d'un vaisseau formé d'un ensemble de quatre modules distincts (cf. Schéma 1). D'une part le module de commande et de service Apollo (CSM, acronyme de Command and Service Module) de plus de 30 tonnes qui transporte les astronautes à l'aller et au retour, et qui est lui-même composé du module de commande (CM, Command module) dans laquelle les trois astronautes séjournent durant la mission, sauf lorsque deux d'entre eux descendent sur la Lune et du module de service (SM, Service Module) dans lequel sont regroupés presque tous les équipements nécessaires à la survie de l'équipage : moteur de propulsion principal, sources d'énergie, oxygène, eau. D'autre part, le module lunaire Apollo (LM, Lunar Module) qui est utilisé uniquement à proximité de la Lune par deux des astronautes pour descendre, séjourner à la surface puis remonter en orbite avant de s'amarrer au module de commande et de service. Le module lunaire est lui-même composé de deux étages : un étage de descente permet d'atterrir sur la Lune et sert par ailleurs de plate-forme de lancement au deuxième étage, l'étage de remontée, qui ramène les astronautes au vaisseau Apollo en orbite à la fin de leur séjour sur la Lune. L'indicatif radio du CSM est Odyssey tandis que celui du module lunaire est Aquarius. Les quatre modules qui composent ces deux vaisseaux sont :

  • Le module de commande Apollo est la partie dans laquelle les trois astronautes séjournent durant la mission, sauf lorsque deux d'entre eux descendent sur la Lune au moyen du module lunaire. Pesant 6,5 tonnes et de forme conique, sa structure externe comporte une double paroi : une enceinte constituée de tôles et nid d'abeilles à base d'aluminium qui renferme la zone pressurisée et un épais bouclier thermique qui recouvre la première paroi et qui permet au module de résister à la chaleur produite par la rentrée atmosphérique et qui lui permet d'y survivre. C'est le seul des quatre modules qui revient à la surface de la Terre. L'espace pressurisé dans lequel doivent vivre les astronautes est très exigu car son volume habitable est de 6,5 m3. Les astronautes sont installés sur trois couchettes côte à côte parallèles au fond du cône et suspendues à des poutrelles partant du plancher et du plafond (la pointe du cône). En position allongée, les astronautes ont en face d'eux, suspendu au plafond, un panneau de commandes large de deux mètres et haut de un mètre présentant les principaux interrupteurs et voyants de contrôles. Les cadrans sont répartis en fonction du rôle de chaque membre d'équipage. Sur les parois latérales se trouvent des baies réservées à la navigation, d'autres panneaux de commande ainsi que des zones de stockage de nourriture et de déchets. Pour la navigation et le pilotage, les astronautes utilisent un télescope et un ordinateur qui exploite les données fournies par une centrale inertielle. Le vaisseau dispose de deux écoutilles : l'une située à la pointe du cône comporte un tunnel et est utilisée pour passer dans le module lunaire lorsque celui-ci est amarré au vaisseau Apollo. L'autre placée sur la paroi latérale est utilisée à Terre pour pénétrer dans le vaisseau et dans l'espace pour les sorties extra véhiculaires (le vide est alors effectué dans la cabine car il n'y a pas de sas). Les astronautes disposent par ailleurs de cinq hublots pour effectuer des observations et réaliser les manœuvres de rendez-vous avec le module lunaire. Le module de commande dépend pour les principales manœuvres comme pour l'énergie et le support-vie du module de service[16].
  • Le module de service est un cylindre d'aluminium non pressurisé de 5 mètres de long et 3,9 mètres de diamètre pesant 24 tonnes. Il est accouplé à la base du module de commande et la longue tuyère du moteur-fusée principal de 9 tonnes de poussée en dépasse de 2,5 mètres. Le module est organisé autour d'un cylindre central qui contient les réservoirs d'hélium servant à pressuriser les réservoirs d'ergols principaux ainsi que la partie haute du moteur principal. Autour de cette partie centrale, l'espace est découpé en six secteurs en forme de parts de gâteau. Quatre de ces secteurs abritent les réservoirs d'ergols (18,5 tonnes). Un secteur contient trois piles à combustible qui fournissent la puissance électrique et en sous-produit l'eau ainsi que deux réservoirs d'hydrogène et deux réservoirs d'oxygène qui les alimentent. L'oxygène est également utilisé pour renouveler l'atmosphère de la cabine. Le module de service contient également les radiateurs qui dissipent l'excédent de chaleur du système électrique et qui régulent la température de la cabine. Quatre grappes de petits moteurs de contrôles d'attitude sont disposées sur le pourtour du cylindre. Une antenne grand gain comportant cinq petites paraboles, assurant les communications à grande distance[16].
Schéma 1 - Les quatre modules formant le vaisseau spatial lancé vers la Lune . Étage de descente du module lunaire : 0 Jupe inférieure du module de descente - 1 Train d'atterrissage - 2 Échelle - 3 Plateforme. Étage de remontée du module lunaire : 4 Écoutille - 5 Propulseurs contrôle d'attitude - 6 Antenne bande S - 7 Antenne bande S orientable - 8 Antenne du radar de rendez-vous - 9 Hublot utilisé pour le rendez-vous orbital lunaire - 10 Antenne VHF - 11 Cible utilisée pour l'amarrage - 12 Écoutille supérieure. Module de commande : A Compartiment équipage - G Bouclier thermique - H Hublots - I Tunnel de communication. Module de service : B Radiateurs des piles à combustible - C Propulseurs contrôle d'attitude - D Radiateurs du système de contrôle de l'environnement - E Antennes grand gain orientables - F Tuyère du moteur principal.
Schéma de la partie avant de la cabine du module lunaire Apollo.
  • L'étage de descente du module lunaire qui pèse plus de 10 tonnes, a la forme d'une boîte octogonale d'un diamètre de 4,12 mètres et d'une hauteur de 1,65 mètre. La fonction principale de l'étage de descente est d'amener le LEM sur la Lune. À cet effet, l'étage dispose d'un moteur fusée à la fois orientable et à poussée variable 4,7 et 43,9 kN. Le comburant, du peroxyde d'azote (5 tonnes), et le carburant, de l'aérozine 50 (3 tonnes), sont stockés dans quatre réservoirs placés dans les compartiments carrés situés aux quatre coins de la structure. Le moteur se trouve dans le compartiment carré central. Le deuxième rôle de l'étage de descente est de transporter tous les équipements et consommables qui peuvent être abandonnés sur la Lune à la fin du séjour, ce qui permet de limiter le poids de l'étage de remontée[17].
  • L'étage de remontée du module lunaire pèse environ 4,5 tonnes. Sa forme complexe, qui résulte d'une optimisation de l'espace occupé, lui donne l'allure d'une tête d'insecte. Il est essentiellement composé de la cabine pressurisée qui héberge deux astronautes dans un volume de 4,5 m3 et du moteur de remontée avec ses réservoirs d'ergols. La partie avant de la cabine pressurisée occupe la plus grande partie d'un cylindre de 2,34 mètres de diamètre et de 1,07 mètre de profondeur. C'est là que se tient l'équipage lorsqu'il n'est pas en excursion sur la Lune. Sur la cloison avant, chaque astronaute a devant lui un petit hublot triangulaire (0,18 m2) ainsi que les principales commandes de vol et cadrans de contrôle regroupés par panneaux généralement dédiés à un sous-système. Les commandes et contrôles communs sont placés entre les deux astronautes (par exemple la console d'accès à l'ordinateur de navigation), certaines commandes sont doublées (commandes pilotant l'orientation et la poussée des moteurs), les autres commandes sont réparties en fonction des tâches assignées à chaque astronaute. Les panneaux de commandes et coupe-circuit se prolongent sur les parois latérales situées de part et d'autre des astronautes. L'arrière de la cabine pressurisée est beaucoup plus exigu (1,37 × 1,42 m pour 1,52 m de haut) : son plancher est plus haut de 48 cm et, de plus, encombré par un capot recouvrant le sommet du moteur de remontée. Les parois latérales sont occupées par les rangements et à gauche, par une partie du système de contrôle environnemental. Au plafond se trouve l'écoutille utilisée pour passer dans le module de Commande derrière laquelle se trouve un tunnel court (80 cm de diamètre pour 46 cm de long) comportant un système de verrouillage utilisé pour solidariser les deux vaisseaux[17].

Le lanceur Saturn V

Article détaillé : Saturn V.
Le lanceur Saturn V est convoyé vers le pas de tir.

Le vaisseau Apollo est placé en orbite par le lanceur géant Saturn V développé par la NASA pour le Programme Apollo. Cette énorme fusée d'un peu plus de 3 000 tonnes, haute de 110,6 m et d'un diamètre de 10,1 m est capable de placer 140 tonnes en orbite terrestre basse[18]. C'est le premier lanceur mettant en œuvre des moteurs brûlant le mélange cryogénique performant d'hydrogène et d'oxygène liquides. Il reste en 2018 le lanceur le plus puissant (charge utile) jamais développé. Saturn V est le dernier représentant de la famille de lanceurs Saturn, développée à compter de 1960 pour mettre au point progressivement les différents composants de la fusée géante. La fusée est en grande partie le résultat de travaux antérieurs menés par le motoriste Rocketdyne sur la propulsion cryotechnique oxygène/hydrogène et les moteurs de forte puissance. Le développement de la fusée est placée sous la responsabilité du Centre de vol spatial Marshall (MSFC) à Huntsville, en Alabama, dirigé par Wernher von Braun avec une forte implication des sociétés Boeing, North American Aviation, Douglas Aircraft Company et IBM. Les caractéristiques de la fusée Saturn V sont étroitement liées au scénario retenu pour l'envoi d'un équipage sur le sol lunaire (rendez-vous en orbite lunaire). La puissance de Saturn V lui permet de lancer une charge utile de 45 tonnes vers la Lune qui correspond au poids cumulé des vaisseaux module lunaire Apollo et Module de commande et de service Apollo[19].

Déroulement de la mission

Décollage

Le à 13 h 32 UTC (h 32 heure locale) le lanceur Saturn V, pesant plus de 3 000 tonnes, décolle du complexe de lancement 39 de Cap Canaveral. Près d'un million de personnes ont fait le déplacement pour assister à cet événement. Après une phase propulsée sans incident le troisième étage de la fusée Saturn V, le module de commande et de service (CSM) et le module lunaire (LEM) se placent en orbite basse autour de la Terre pour attendre que le positionnement relatif de la fusée, de la Terre et de la Lune permettent d'arriver à proximité de la Lune à la distance et au moment prévus. Deux heures trente plus tard conformément au planning et alors que le vaisseau Apollo a effectué une révolution et demi autour de la Terre, le troisième étage est rallumé durant six minutes (manœuvre de TLI Translunar Injection) pour permettre au « train spatial » de s'arracher à l'attraction terrestre et le placer sur une trajectoire qui doit le conduire à proximité de la Lune.

Le transit entre la Terre et la Lune

Environ une demi-heure après cette manœuvre, le module de commande et de service (CSM) se détache du reste du train spatial puis pivote de 180° pour venir s'arrimer avec le module lunaire (Le LEM, surnommé « Eagle ») dans son carénage. Après avoir vérifié l'arrimage des deux vaisseaux et pressurisé le LEM, les astronautes déclenchent par pyrotechnie la détente des ressorts situés dans le carénage du LEM : ceux-ci écartent le LEM et le CSM du troisième étage de la fusée Saturn à une vitesse d'environ 30 cm/s. Le troisième étage va alors entamer une trajectoire divergente[Note 4] qui le place en orbite autour du Soleil[20]. Après un périple de près de trois jours, le vaisseau Apollo se place en orbite lunaire. Le module lunaire Eagle, après avoir réalisé treize révolutions autour de la Lune, se sépare du CSM désormais occupé par le seul Collins et entame sa descente vers le sol lunaire.

Atterrissage du module lunaire Eagle

Les différentes phases de la descente vers le sol lunaire

Les différentes phases de la descente du module lunaire vers le sol lunaire.

Pour économiser les propergols de l’étage de descente du module lunaire, la trajectoire de la descente est découpée en plusieurs phases. Le module lunaire, quand il se sépare du CSM, se trouve sur une orbite circulaire à environ 110 kilomètres d'altitude. Il va dans un premier temps utiliser brièvement sa propulsion pour abaisser son périgée à une altitude de 15 km. Lorsque celle-ci est atteinte après avoir parcouru une demi-orbite, commence la phase de freinage proprement dite. Le module lunaire doit annuler sa vitesse qui est de 1 695 m/s (6 000 km/h). Pour y parvenir le moteur est poussé à fond de manière continue. Lorsque l'altitude n'est plus que de 12-13 km, le radar d'atterrissage accroche le sol et se met à fournir des informations (altitude, vitesse de déplacement) qui vont permettre à l'équipage de vérifier que la trajectoire est correcte. Celle-ci était jusque là extrapolée uniquement à partir de l'accélération mesurée par la centrale à inertie. A 7 kilomètres du site d'atterrissage commence la phase d'approche. Le module lunaire, qui était jusque là en position horizontale pour diriger la poussée de son moteur à l'opposé du sens de son déplacement, est progressivement redressé en position verticale fournissant au pilote une meilleure vision du terrain. Celui-ci peut ainsi localiser le point d'atterrissage auquel conduit sa trajectoire actuelle grâce à une échelle gravée sur son hublot graduée en degrés. Si le pilote juge que le terrain n'est pas propice à un atterrissage ou qu’il ne correspond pas au lieu prévu, il peut alors corriger l'angle d'approche en agissant sur les commandes de vol par incrément de 0,5° dans le sens vertical ou 2° en latéral[21].

Lorsque le module lunaire est descendu à une altitude de 150 mètres ce qui le place théoriquement à une distance de 700 mètres du lieu visé (point désigné sous le terme de low gate), démarre la phase d'atterrissage. Si la trajectoire a été convenablement suivie, les vitesses horizontale et verticale sont respectivement alors de 66 km/h et 18 km/h. La procédure prévoit que le pilote prenne la main pour amener le module lunaire au sol mais il peut, s'il le souhaite, laisser faire l'ordinateur de bord qui dispose d'un programme de pilotage pour cette dernière partie du vol[Note 5]. En prenant en compte les différents aléas (phase de repérage allongée de deux minutes, modification de la cible de dernière minute de 500 mètres pour éviter un relief, mauvaise combustion finale, jauge de propergol pessimiste), le pilote dispose d'une marge de trente-deux secondes pour poser le module lunaire avant l'épuisement des ergols. La dernière partie de la phase est un vol plané à la manière d’un hélicoptère qui permet à la fois d’annuler toutes les composantes de vitesse mais également de mieux repérer les lieux. Des sondes situées sous les semelles du train d’atterrissage prennent contact avec le sol lunaire lorsque l'altitude est inférieure à 1,3 mètre et transmettent l’information au pilote. Celui-ci doit alors couper le moteur de descente pour éviter que le LEM ne rebondisse ou ne se renverse[22]. Durant toute la descente l'ordinateur de bord gère le pilote automatique, assure la navigation et optimise la consommation de carburant (optimisation sans laquelle il serait difficile de se poser avec la faible quantité de carburant disponible). Sa puissance est équivalente à celle d'une calculatrice bas de gamme des années 2000[Note 6],[23]

Les péripéties de la descente d'Apollo 11 sur le sol lunaire

Durant la phase de descente, l'équipage est gêné par une alarme « 1202 » émise par l'ordinateur de bord pouvant amener à l'annulation de la mission. Le jeune Steve Bales, l'un des programmeurs de l'ordinateur de bord, présent dans le centre de contrôle Houston, détermine que l'alarme correspond à une saturation des capacités de l'ordinateur qui peut être ignorée, et après 30 longues secondes Houston confirme que la mission peut se poursuivre. L'enquête effectuée par la suite révélera que la surcharge de l'ordinateur était due à l'envoi à l'ordinateur de signaux par le radar de rendez-vous à fréquence très rapprochée. Il y avait en fait deux erreurs : d'une part la procédure fournie aux astronautes indiquait à tort de laisser le radar de rendez-vous allumé et d'autre part il y avait un défaut de conception dans l'interface entre l'ordinateur et le radar de rendez-vous. Les simulations réalisées n'avaient pas permis de détecter l'anomalie, car l'ordinateur de rendez-vous n'était pas branché pour les atterrissages. Le problème sera corrigé pour les missions suivantes. Par ailleurs, des mesures seront prises (modification des programmes de calcul de trajectoire et accroissement des corrections de trajectoire intermédiaires) pour que les pilotes disposent de plus de marge en carburant[24]. Steve Bales sera reçu à la Maison-Blanche par le président Nixon et remercié d'avoir ainsi sauvé la mission[25]).

Accaparé par ces alarmes, Armstrong laisse passer le moment où, selon la procédure, il aurait dû exécuter une dernière manœuvre de correction de la trajectoire. Le LEM dépasse de 7 km le site sélectionné pour l'atterrissage (« Site no 2 ») et s'approche d'une zone encombrée de rochers. Armstrong n'a pas le temps d'étudier la situation avec Houston et de reconfigurer l'ordinateur de bord. Il prend le contrôle manuel du module lunaire pour survoler à l'horizontale le terrain à la recherche d'un site adapté à l'atterrissage. A Houston on est inquiet de la durée anormalement longue de l'atterrissage, et l'abandon de la mission est de nouveau envisagé. Lorsque s'affiche le signal indiquant qu'il ne reste plus que 60 secondes de carburant, le LEM est désormais très proche du sol et soulève un nuage de poussière qui gêne la visibilité. Armstrong avait déjà posé le simulateur du LEM, le LLTV, avec moins de quinze secondes de carburant restant à plusieurs reprises et était par ailleurs convaincu que le module lunaire pouvait résister à une chute de 15 m en cas de besoin. À la recherche d'une zone non accidentée, Armstrong fait avancer le LEM en rasant le sol dans la direction de sa fenêtre afin d'avoir le nuage derrière lui et de garder de la visibilité, pendant qu'Aldrin indique l'altitude, la vitesse horizontale et les secondes de carburant restant.

Le module lunaire « Eagle » se pose dans la mer de la Tranquillité le dimanche 20 juillet 1969 à 20:17:40 UTC (15 h 17 min 40 s CDST, heure de Houston)[26], avec 20 secondes restant[27] du propergol réservé à l'atterrissage, à 7 km du lieu prévu à l'origine[28].

Les premiers mots d'Armstrong destinés au contrôle de la mission sont : « Houston, ici la base de la Tranquillité. L'Aigle a aluni… » Armstrong et Aldrin se félicitent d'une poignée de main et une tape dans le dos avant d'entamer la liste de contrôle destinée à vérifier que le module est prêt pour un décollage d'urgence si la situation le justifie[29]. À Houston, le capcom Charlie Duke s'exclame : « Reçu, Tranquillité. Nous comprenons que vous êtes au sol. Vous aviez un paquet de types en train de devenir bleus. On respire à nouveau, merci », trahissant la nervosité qui régnait au contrôle de mission[30]. Malgré le soulagement et l'euphorie de l'évènement, Armstrong et Aldrin ne peuvent que brièvement observer la surface lunaire : dans l'éventualité d'un problème grave, ils doivent en effet se préparer pour un décollage immédiat et programmer l'ordinateur pour le rendez-vous en orbite avec Collins, opération qui dure environ deux heures. S'ensuit alors une longue séquence avant la sortie des astronautes : listes de vérification, pose des combinaisons spatiales et vérifications, dépressurisation du LEM.

Sortie des astronautes

Aldrin est photographié par Armstrong alors qu'il sort à son tour du module lunaire.
Carte du site d'atterrissage avec l'indication des reliefs, des prises de vue effectuées et des équipements installés.

Dans les premiers plans établis pour cette première mission sur la Lune, la sortie extravéhiculaire devait durer 4 heures, soit la durée maximale autorisée par les réserves d'oxygène et d'énergie électrique des combinaisons spatiales A7L. Ce temps était nécessaire notamment pour installer l'ensemble des instruments scientifiques de la station ALSEP. Le développement de celle-ci ayant pris du retard, elle avait été remplacée pour Apollo 11 par l'ensemble EALSEP limité à deux instruments et la durée de la sortie avait été ramenée à deux heures même si les combinaisons spatiales permettaient une durée double[31].

Neil Armstrong effectue ses premiers pas sur la Lune le lundi[Note 7]  à h 56 min 20 s UTC (h 56 min 20 s heure française ; le 20 juillet 21 h 56 min 20 s (CDST) à Houston)[26], devant des millions de téléspectateurs écoutant les premières impressions de l'astronaute. Celui-ci, en posant le pied sur le sol lunaire, lance son message resté célèbre : « That's one small step for [a] man, one giant leap for mankind » (« C'est un petit pas pour [un] homme, [mais] un bond de géant pour l'humanité »)[32].

La consistance du sol lunaire avait été la source de beaucoup d'interrogations depuis le lancement du programme Apollo. Toutefois, les observations effectuées par les sondes lunaires du programme Surveyor avaient fourni des indications importantes sur sa consistance et avaient en particulier permis d'écarter a priori le scénario d'un engloutissement des engins spatiaux par une épaisse couche de poussière. Néanmoins, une part d'inconnu subsistait. Armstrong avant de poser son pied sur le sol lunaire constate que celui-ci semble poudreux. Après avoir posé son pied tout en se tenant fermement à l'échelle, il observe que l'empreinte de sa semelle s'est parfaitement moulée dans le sol. En grattant celui-ci avec sa chaussure il constate que le matériau lunaire adhère sur celle-ci comme du charbon de bois pulvérisé. Armstrong fixe ensuite sur son torse un appareil photo Hasselblad qu'Aldrin lui a descendu à l'aide d'une corde depuis l'intérieur du module lunaire puis, après s'être éloigné de quelques mètres du LEM, il collecte rapidement un peu de régolithe et quelques petites roches lunaires en utilisant une petite pelle pliable munie d'un sac à échantillons : le prélèvement est effectué en grattant superficiellement la surface car le sol est très ferme à quelques centimètres de profondeur. L'objectif de cette collecte rapide est que les scientifiques à Terre soient certains de disposer d'échantillons de sol au cas où les astronautes auraient à décoller prématurément. Armstrong tente d'enfoncer le manche de son instrument dans le sol mais il est stoppé dans ses efforts à environ 15 cm de profondeur. Quinze minutes après son coéquipier, Aldrin descend à son tour l'échelle du module lunaire. Sa sortie est photographiée par Armstrong.

Buzz Aldrin pose à son tour le pied sur le sol lunaire, 19 minutes après Armstrong, devenant le deuxième homme à fouler le sol lunaire, et s'exclame « Belle vue » avant de préciser son sentiment par un « Magnifique désolation ». Aldrin racontera que son premier acte a été de donner un coup de pied dans la poussière lunaire. Son second a été de satisfaire un besoin physiologique dans le slip collecteur d'urine de sa combinaison spatiale, Aldrin déclarant avec une pointe de désinvolture qu'« Armstrong a peut-être été le premier homme à marcher sur la Lune, mais j'ai été le premier à faire pipi sur la lune[33] ».

Armstrong se joint alors à lui pour dévoiler une plaque commémorative fixée sur un des pieds de l'étage de descente qui doit rester sur la Lune après le départ des astronautes. Sur celle-ci figure le dessin des deux hémisphères terrestres, un texte avec le nom et la signature des trois astronautes et du président Richard Nixon. Armstrong lit le texte à haute voix : « Ici des hommes de la planète Terre ont pris pied pour la première fois sur la Lune, juillet 1969 apr. J.-C. Nous sommes venus dans un esprit pacifique au nom de toute l'humanité. »[Note 8]. Armstrong détachee ensuite la caméra de télévision de son support sur l'étage de descente d'où elle avait filmé les premiers pas sur la Lune ; il l'installe sur un pied tripode à 20 mètres au nord-ouest du module lunaire pour que les activités de l'équipage puissent être filmés[34].

Déploiement des instruments scientifiques

Aldrin transporte les deux instruments scientifiques de l'EASEP jusqu'au site d'installation.

Les astronautes disposent de relativement peu de temps pour accomplir le volet scientifique de leur mission. Aldrin déploie le capteur de particules du vent solaire SWC qui se présente sous la forme d'une feuille d'aluminium tendue par une hampe. Malgré la fermeté du sol, Aldrin parvient à planter le dispositif à la verticale en orientant la feuille vers le Soleil. Pendant ce temps, Armstrong déroule et plante dans le sol le drapeau américain qui en l'absence d'atmosphère et donc de vent est maintenu tendu par une baguette. Cet acte ne reflète pas une revendication territoriale mais a pour objectif de marquer cette « victoire » américaine dans la course à l'espace engagée avec l'Union soviétique. Tandis qu'Armstrong déballe les deux petites valises qui doivent être utilisées pour stocker les échantillons de sol lunaire, Aldrin réalise conformément au programme un ensemble d'exercices destinés à tester sa mobilité sur le sol lunaire. Il effectue plusieurs allers et retours devant la caméra vidéo en courant : il ne ressent aucune gêne pour se déplacer mais lorsqu'il change de direction il doit prendre en compte que son centre de gravité se situe plus haut que sur Terre[31].

A 23 h 45 (heure de Washington) Houston demande aux astronautes de se déplacer dans le champ d'une des caméras pour un échange téléphonique avec le président des États-Unis Richard Nixon qui suit la retransmission télévisée de l'atterrissage sur la Lune depuis le bureau ovale la Maison-Blanche[31]. Au cours de l'échange, de deux minutes, Armstrong déclare « It is a great honor and privilege for us to be here representing not only the United States, but men of peaceable nations, men with an interest and a curiosity, and men with a vision for the future. » (« c'est un grand honneur et un privilège pour nous que d'être ici, représentant non seulement les États-Unis mais les hommes de paix de toutes les nations, et qui ont un intérêt, de la curiosité et une vision pour le futur. »)[35].

Les astronautes reprennent leur travail : tandis qu'Armstrong collecte rapidement des échantillons avec sa pelle, Aldrin effectue une série de photos : une empreinte de botte sur le sol lunaire, des images du train d'atterrissage du module lunaire pour permettre d'évaluer son comportement ainsi que plusieurs photos panoramiques du site. L'équipage a accumulé à ce stade 30 minutes de retard par rapport à l'horaire prévu. Armstrong effectue des prises de vue stéréoscopiques de la surface avec un appareil dédié tandis qu'Aldrin décharge les deux instruments scientifiques de l'Early Apollo Scientific Experiments Package (EALSEP) qui sont stockés dans la baie arrière gauche de l'étage de descente du LEM baptisée MESA (Modularized Equipment Stowage Assembly). Il les transporte rapidement à 20 mètres au sud-ouest du module lunaire[Note 9] et commence à installer le sismomètre tandis qu'Armstrong le rejoint pour mettre en place le réflecteur laser. Ce dernier, complètement passif, doit simplement être orienté vers la Terre avec une précision de 5°. L'installation du sismomètre nécessite par contre plus de manipulations : Aldrin doit d'abord orienter les panneaux solaires correctement vers le Soleil puis placer l'appareil parfaitement à l'horizontale ce qu'il réalise avec quelques difficultés. Le fonctionnement de l'appareil est immédiatement vérifié par les opérateurs sur Terre : ceux-ci constatent que le sismomètre est suffisamment sensible pour détecter le déplacement des deux astronautes[31].

Normalement, les deux astronautes devaient disposer ensuite de 30 minutes pour effectuer une collecte d'échantillons de sol et de pierres lunaires dans leur contexte géologique c'est-à-dire en les photographiant sur le sol avant de les ramasser. Mais avec le retard pris sur l'horaire, McCandless, leur interlocuteur au centre de contrôle, ne leur accorde que 10 minutes. Aldrin a la charge de prélever une carotte du sol mais, malgré les vigoureux coups de marteau assénés sur le tube prévu à cet effet, il ne parvient pas à enfoncer celui-ci. Les ingénieurs ont conçu l'instrument en partant de l'hypothèse que le sol serait peu compact et un renflement à l'intérieur du tube, qui est destiné à empêcher la carotte de retomber, gêne l'enfoncement dans le sol. Aldrin effectue une nouvelle tentative trois mètres plus loin avec le même résultat. Finalement il renonce à enfoncer le tube jusqu'au bout. Aldrin ramène ensuite la carotte obtenue ainsi que la feuille d'aluminium du collecteur de particules jusqu'au MESA (Modularized Equipment Stowage Assembly) pour qu'Armstrong puisse les inclure dans le paquetage. Après avoir été rappelé à l'ordre à plusieurs reprises par McCandless, Aldrin réintègre l'habitacle du module lunaire. Durant ce temps, Armstrong décide d'aller voir de plus près le cratère qu'il a dû éviter immédiatement avant l'atterrissage et qui se situe à seulement 45 mètres du module lunaire. Il se dirige rapidement vers le rebord du cratère sans commenter sa décision. Parvenu sur le rebord du cratère, il constate que celui-ci est suffisamment profond pour que des morceaux du socle rocheux situé sous la couche de régolithe[Note 10] aient été arrachés par l'impact. Il ne ramasse aucune de ces pierres mais effectue un panorama du cratère avec le module lunaire en arrière-plan. Il collecte ensuite rapidement plusieurs rochers qu'il place dans une des deux valises à échantillons qu'il cale en ajoutant 6 kg de régolithe. Il hisse ensuite les deux valises d'échantillons avec un système à poulie jusqu'au niveau du sas de l'habitacle où celles-ci sont récupérées par Aldrin. Puis Armstrong réintègre sans un mot l'habitacle[36]. A l'issue de leur sortie extravéhiculaire les astronautes ont récolté 21,55 kg d'échantillons de sol lunaire . Ils ont parcouru 1 000 mètres et séjourné h 31 à l'extérieur du module lunaire[37].

Retour sur Terre

Le vaisseau Columbia vient d'amerrir.
La parade de l'équipage d'Apollo 11 dans les rues de New York le 13 août.

Alors que Buzz Aldrin réintègre l'habitacle étroit du module lunaire, avec l'encombrant PLSS dépassant de son dos, il casse par inadvertance le bouton du coupe-circuit qui permet l'armement de la mise à feu du moteur de l'étage de remontée du LEM et donc le décollage. Le contrôle au sol confirme que le coupe-circuit est en position ouverte (armement impossible) ce qui est sa position normale dans cette phase. Pour déclencher la mise à feu il faut pouvoir enfoncer un objet suffisamment fin dans l'orifice occupé autrefois par le bouton. Une dizaine d'heures plus tard, lorsque le décollage impose de refermer le coupe-circuit, Aldrin utilise à cette fin la pointe d'un stylo, qu'il raconte avoir conservé en souvenir avec l'accord de la NASA[38]. A la suite de cet incident, la NASA décide que des protections seront placées sur les coupe-circuits pour les missions suivantes et ajoute des check-lists supplémentaires pour contrôler l'état des coupe-circuits[39],[40].

Après avoir consacré trois heures à différentes tâches et à leur repas, les astronautes entament une nuit de repos 114 h 53 min après le début de la mission. L'habitacle offre très peu d'espace. Aldrin s'allonge sur le sol dans la partie la plus large de la cabine toutefois pas suffisamment large car il doit replier en partie ses jambes. Armstrong est perpendiculaire à lui couché sur un hamac situé en hauteur avec la tête dans un renfoncement situé au-dessus du capot du moteur de remontée et les pieds au niveau de la partie centrale du tableau de bord. Tous deux dorment avec leur casque qui leur permet d'être moins gêné par le bruit ambiant généré par les pompes. Mais leur sommeil est peu reposant car ils sont dérangés par la lumière du Soleil qui traverse les stores abaissés sur les hublots mais insuffisamment opaques (la journée lunaire d'une durée de 14 jours terrestres est à peine entamée) et de différents voyants lumineux ainsi que le froid (il fait environ 16°C). Malgré leur casque ils sont dérangés par les bruits ambiants[41].

Les deux astronautes sont réveillés environ 6 heures 30 plus tard (121 h 40 min). Ils entament la longue procédure préparant le décollage. Celui-ci a lieu 124 h 22 min après le début de la mission. Le drapeau américain, planté trop près du module lunaire, est couché par le souffle du décollage. Les astronautes sont restés 21 heures et 36 minutes sur la Lune. Le LEM effectue avec succès la manœuvre de rendez-vous en orbite lunaire avec le module de commande et de service resté en orbite lunaire avec Collins à bord. L'équipage abandonne l'étage de remontée du module lunaire et l'injecte dans une trajectoire de collision avec la Lune. Il entame ensuite la manœuvre d'injection sur une orbite de rencontre avec la Terre (TransEarth Injection – TEI)[42].

Le module de service est largué 15 minutes avant d'entamer la rentrée atmosphérique. Le vaisseau pénètre dans l'atmosphère à environ 11 km/s et amerrit 15 minutes plus tard à 16 h 50 min 59 s TU dans l'océan Pacifique à 3 km du point visé : l'amerrissage a lieu à 2 660 km à l'est de l'atoll de Wake et à 380 km au sud de l'atoll Johnston. Le porte-avion USS Hornet chargé de récupérer l'équipage se trouve à 22 km du point d'amerrissage (13° 19′ N, 169° 09′ O). Il s'est écoulé 195 heures et 19 minutes depuis que le vaisseau a décollé.

Conclusion

Les trois astronautes sont mis en quarantaine pendant 21 jours, une pratique qui perdura pendant les trois missions Apollo suivantes, avant que la Lune ne soit déclarée stérile et sans danger de contamination.

Le 21 juillet, la sonde soviétique Luna 15, qui devait aussi ramener des échantillons de Lune, s'écrase sur le sol lunaire après 52 révolutions autour de l'astre, témoignant de l'avance prise par les Américains dans la course à l'espace.

Chronologie de l'ensemble de la mission[43]
Temps
écoulé
Date (UTC) Évènement Remarques
00 h 00 16/7 à 13 h 32 Décollage du centre spatial Kennedy
00 h 12 Insertion en orbite basse Premier arrêt du troisième étage Saturn V
02 h 44 Injection en orbite de transit vers la Lune Rallumage du troisième étage de Saturn V durant 6 minutes
03 h 15 Début du largage du troisième étage Manœuvre de retournement et amarrage au module lunaire
75 h 50 19/7 à 17 h 22 Insertion en orbite lunaire Propulseur principal utilisé durant 6 minutes et demie
100 h 12 20/7 à 17 h 44 Séparation du LEM et du CSM
102 h 46 20/7 à 20 h 18 Atterrissage du LEM sur la Lune
124 h 22 21/7 à 17 h 54 Décollage du LEM de la Lune
128 h 03 21/7 à 21 h 35 Amarrage du LEM et du CSM
130 h 10 21/7 à 23 h 42 Largage du LEM
135 h 24 22/7 à 4 h 56 Insertion sur une orbite de retour vers la Terre
194 h 49 24/7 à 16 h 21 Largage du module de service
195 h 19 24/7 à 16 h 51 Amerrissage de la capsule Apollo

En cas d'échec

La mission Apollo 11 était considérée comme risquée. L'un des risques les plus importants concernait le décollage depuis la Lune car aucune solution de secours n'était disponible en cas de défaillance du système d'allumage du moteur. Apollo 11 était intrinsèquement plus risquée que les missions suivantes car il n'y avait eu aucune répétition de l'atterrissage proprement dit. Aussi un discours, qui devait être lu par le président Nixon, avait été préparé par William Safire pour le cas où la mission aurait échoué et l'équipage perdu (ce discours est aujourd'hui conservé à la Richard Nixon Presidential Library and Museum). Il était prévu que le président appelle chacune des épouses des astronautes[44],[45].

Retransmission en mondovision

Article détaillé : Mondovision.

Pour ce premier atterrissage sur la Lune, la NASA renforce considérablement les moyens mis en œuvre pour la retransmission des images de la mission vers la Terre. Les antennes paraboliques de 64 mètres de Goldstone en Californie et de Parks en Australie sont chargées de réceptionner les signaux vidéo émis depuis la surface de la Lune. Celles-ci permettent de gagner 8 à 10 db par rapport aux antennes de 26 mètres utilisées jusque-là pour les missions Apollo. Pour faire face aux conditions d'éclairage extrêmes rencontrées sur la Lune, la caméra mise en œuvre pour filmer les astronautes à sa surface utilise un tube mis au point par les militaires américains et couvert par le secret défense. La caméra est fixée à l'extérieur du module lunaire dans le MESA (Modularized Equipment Stowage Assembly), un compartiment contenant des équipements utilisés par les astronautes. Armstrong devait abaisser ce compartiment depuis la plateforme pour que la caméra puisse filmer sa descente vers le sol lunaire. Une fois ces images prises, la caméra était détachée de son support et fixée sur un trépied pour filmer l'activité des astronautes au sol[46].

Les premiers pas sur la Lune sont retransmis en direct sur l'ensemble de la planète et sont suivis par 500 à 600 millions de téléspectateurs[47],[48] et d'auditeurs ont suivi l'atterrissage et la marche du premier Homme sur la Lune. Trente-six chaînes de télévision sont présentes au centre de Houston, dont celle de la télévision publique roumaine, seul pays du bloc de l'Est présent. La salle de presse de Houston a accueilli 3 497 journalistes accrédités dont des délégations étrangères composés de 111 journalistes japonais, 80 italiens, 64 britanniques, 57 français, 44 allemands, 38 argentins, 38 mexicains, 32 canadiens, 21 australiens, 20 espagnols et 19 brésiliens. Les images et sons en provenance de l'Eagle depuis la mer de la Tranquillité sont récupérés par le Goldstone Deep Space Communications Complex.

Les vidéos, en noir et blanc, tournées durant la mission Apollo 11, ont été transmises de la Lune à la Terre par signal radio en SSTV, un signal de faible qualité, et à une époque où la technique vidéo ne permettait pas une grande qualité d'image. Les données étaient reçues par des radiotélescopes situés en Australie et en Californie et enregistrées au sol sous forme de données brutes sur des bandes d'un pouce. Les images diffusées en direct durant la mission, ont été obtenues en filmant les moniteurs sur Terre avec des caméras de télévision, après démodulation du signal, et envoyées par satellite aux stations de télévision. Ce sont ces « copies à la qualité dégradée » qui sont utilisées couramment par la suite. En août 2006, la NASA, qui tente de restaurer des vidéos de meilleure qualité, annonce qu'elle ne dispose plus les cassettes de bande magnétique d'origine contenant les vidéos et les télémesures d'origine de la mission Apollo 11 et que les seuls enregistrements disponibles résultent des conversions dans des formats plus récents des copies en version dégradée. L'agence spatiale nomme une équipe[49] de six personnes, qui est dirigée par l'ingénieur Richard Nafzger et comprend Stan Lebar (81 ans en 2006), ancien responsable des images pour Apollo 11 (tous deux sont à la retraite) et qui est chargée de retrouver les bandes d'origine[50]. Après avoir tenté de retrouver les bandes originales de meilleure qualité La NASA annonce, lors d'une conférence de presse le 16 juillet 2009, que les bandes originales ont vraisemblablement été effacées pour être réutilisées, comme il était courant à l'époque. Cependant, des copies vidéo à la qualité moins dégradée (avant transfert par satellite) sont retrouvées. Ces images sont restaurées en 2009 sur une durée de trois heures et un montage des moments forts de la mission est présenté pour la première fois au public le 6 octobre 2010 en Australie[51],[52],[53].

Résultats scientifiques

Étude des roches lunaires

Échantillon de roche lunaire conservé dans le laboratoire de Houston.

Au retour de la mission les échantillons de roches et du sol lunaire ramenés par l'équipage d'Apollo 11 sont stockés et examinés dans le laboratoire LRL (Lunar Receiving Laboratory) créé à cet effet à Houston et conçu pour empêcher toute diffusion d'éventuels organismes extraterrestres[Note 11]. Des échantillons de roche lunaire sont confiés pour analyse à 150 spécialistes scientifiques sans distinction de nationalité. Les pierres lunaires de taille importante se révèlent être des basaltes riches en fer et en magnésium qui se sont cristallisés il y a 3,57 à 3,84 milliards d'années. Ils sont très proches dans leur composition des roches terrestres bien que plus riches en titane : cette particularité est à l'origine de la couleur plus foncée des mers lunaires. Leur existence constitue la preuve que la Lune est un corps différencié invalidant la théorie d'une Lune constituée du matériau primitif du Système solaire défendue par Urey. Une des caractéristiques les plus frappantes est l'absence de minéraux hydratés. La faible proportion en sodium a entrainé une grande fluidité des laves qui ont formé le basalte ce qui explique l'absence de relief à la surface des mers lunaires[54],[55].

Mesures sismiques

Le sismomètre passif a été installé le 21 juillet 1969. Il a fonctionné durant une journée lunaire complète, survécu à une nuit lunaire mais est tombé en panne le 27 août 1969 à la suite d'une défaillance du système de réception et de traitement des commandes transmises depuis la Terre. L'instrument a été opérationnel durant 21 jours (il ne fonctionnait pas durant la nuit lunaire faute d'énergie). Les données fournies ont permis de démontrer que l'activité sismique de la Lune était très faible : la composante verticale du bruit de fond sismique est de 10 à 10 000 fois plus faible que celui de la Terre. Du fait des limitations du prototype, dont la correction était planifié avant même le débarquement sur la Lune, sur le sismomètre embarqué par Apollo 12, aucune donnée exploitable n'a pu être obtenue sur la structure interne de la Lune.

Tir laser vers un réflecteur lunaire depuis l'observatoire McDonald.

Le rapport scientifique de la mission, rédigé quelques mois après son achèvement, émet plusieurs recommandations concernant le sismomètre[56] :

  • les phénomènes de dilatation/contraction de la structure de l'étage de descente du module lunaire resté sur la Lune ont été source d'un bruit de fond qui a perturbé les mesures : il est recommandé pour les missions suivantes que le sismomètre soit disposé le plus loin possible du module lunaire ;
  • du fait de la faiblesse de la sismicité de la Lune, il est nécessaire d'augmenter la sensibilité de l'instrument ;
  • pour la même raison, il est recommandé de recourir à la génération d'ondes sismiques artificielles en faisant s'écraser sur la Lune l'étage Saturn ou le module de remontée du module lunaire.

Mesure de la distance Terre-Lune à l'aide du réflecteur laser

Le réflecteur laser installé par l'équipage d'Apollo 11 est utilisé de manière continue à compter de 1969 pour mesurer de manière plus précise la distance entre la Terre et la Lune. Des tirs laser sont effectués depuis plusieurs observatoires installés sur Terre en direction des réflecteurs laser déposés par la mission Apollo 11 ainsi que par les missions Apollo 14 et 15.

  • Au cours des premières années la précision de la distance entre la Terre et la Lune est passée grâce à ces tirs d'environ 500 mètres à 25 cm.
  • En améliorant les techniques utilisées, de nouvelles mesures ont permis de ramener cette incertitude à 16 cm en 1984.
  • L'observatoire McDonald (États-Unis) puis l'observatoire de la Côte d'Azur en France se sont dotés d'équipements spécifiques qui ont permis de réduire l'imprécision à 3 cm à la fin des années 1980/début des années 1990[57].
  • Enfin depuis mi-2005 l'observatoire du Point Apache au Nouveau-Mexique a pris le relais en utilisant un équipement encore plus perfectionné et effectue des mesures avec une précision inférieure au millimètre[58],[59].

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Apollo 11 dans les médias

Article détaillé : Lune#Œuvres artistiques sur la Lune.

Notes et références

Notes

  1. Initialement, le pygargue avait les rameaux dans son bec et les serres tendues vers la Lune, mais la NASA choisit une image moins agressive pour souligner le caractère pacifique du projet
  2. Durant la phase finale d'atterrissage, la trajectoire du module lunaire suit une pente de 16°. Si le Soleil éclaire le sol sous un angle de 16°, il se trouve exactement dans l'axe de la trajectoire et la lumière est réfléchie par le sol, rendant difficile l'identification des reliefs.
  3. La NASA est sous pression car elle redoute que l'Union soviétique parvienne à réaliser une première lunaire avant qu'une mission Apollo se soit posée sur le sol lunaire. Par ailleurs les marges disponibles pour tenir l'objectif fixé par le président Kennedy (un homme sur la Lune avant la fin de la décennie) sont réduites.
  4. L'étage de la fusée reçoit une poussée supplémentaire grâce à l'éjection des propergols non brûlés.
  5. Il s'agit du programme P65 qui ne sera jamais utilisé au cours des missions Apollo
  6. L'ordinateur dispose d'une mémoire morte de 36 864 mots de 16 bits et d'une mémoire vive de 2 048 mots.
  7. Pour l'anecdote, lundi est le jour de la Lune.
  8. Texte original : Here Men from the planet earth first set foot upon the moon. July 1969 AD. We came in peace for all mankind.
  9. L'emplacement est choisi pour être suffisamment écarté du module lunaire en particulier des moteurs de contrôle d'attitude placés aux quatre coins de l'étage de remontée.
  10. Le planétologue Eugene M. Shoemaker avait estimé que le socle rocheux au niveau du site d'atterrissage serait recouvert par une couche de régolithe épaisse de 3 à 6 mètres.
  11. Ces mesures de précaution, extrêmes compte tenu des conditions lunaires peu propices à la conservation de la vie, seront abandonnées à partir de la mission Apollo 15.
  12. That's one small step for (a) man (lors de la transmission en direct, par suite d'une légère perturbation, l'article « a » s'est perdu. Il fut cependant réintroduit dans le compte rendu officiel de la mission.), one giant leap for mankind. En français : « C'est un petit pas pour un homme, mais un bond de géant pour l'humanité ».

Références

  1. (en) Smithsonian Institution: National Air and Space Museum, « Apollo 7 (AS-205) First manned test flight of the CSM » (consulté le 9 octobre 2009).
  2. (en) Smithsonian Institution: National Air and Space Museum, « Apollo 8 (AS-503) Man Around The Moon » (consulté le 9 octobre 2009).
  3. (en) Smithsonian Institution: National Air and Space Museum, « Apollo 9 (AS-504) Manned Test of Lunar Hardware in Earth Orbit » (consulté le 9 octobre 2009).
  4. (en) Smithsonian Institution: National Air and Space Museum, « Apollo 10 (AS-505) Man's Nearest Lunar Approach » (consulté le 9 octobre 2009).
  5. (en) « Biography : Neil Armstrong », NASA : Glenn Research Center (consulté le 21 mars 2012).
  6. (en) « Biographical Data : Buzz Aldrin », NASA : Lyndon B. Johnson Space Center (consulté le 21 mars 2012).
  7. (en) « Biographical Data : Michael Collins », NASA : Lyndon B. Johnson Space Center (consulté le 21 mars 2012).
  8. (en) Tim Furniss, One Small Step: The Apollo Missions, the Astronauts, the Aftermath, Haynes, , p. 27
  9. Harland et Orloff 2006, p. 298 et 319.
  10. Rapport scientifique préliminaire d'Apollo 11, p. 143 op. cit.
  11. Présentation à la presse de la mission Apollo 11, p. 145 et 154 op. cit.
  12. Joelle Nicolas, La Station Laser Ultra Mobile de l'obtention d'une exactitude centimétrique des mesures à des applications en océanographie et géodésie spatiales (thèse), (lire en ligne), p. 16-23.
  13. Rapport scientifique préliminaire d'Apollo 11, p. 163 op. cit.
  14. (en) « Lunar Retroreflectors » (consulté le 23 mars 2014).
  15. a et b Harland et Orloff 2006, p. 284-285.
  16. a et b Apollo 11 press kit, p. 86-94
  17. a et b Apollo 11 press kit, p. 96-108
  18. https://www.cbo.gov/sites/default/files/10-09-spacelaunch.pdf
  19. Apollo 11 press kit, p. 108-116
  20. Woods 2008, p. 103-127.
  21. Apollo Experience Report - Mission Planning for Lunar Module Descent and Ascent, p. 2-9
  22. Apollo Experience Report - Mission Planning for Lunar Module Descent and Ascent, p. 10-13
  23. « Apollo 11 : des hommes sont sur la Lune », futura-sciences.com.
  24. Apollo lunar descent and ascent trajectories p. 16-25
  25. Richard Nixon: Remarks at a Dinner in Los Angeles Honoring the Apollo 11 Astronauts.
  26. a et b [1].
  27. Le débriefing sur Terre révèlera qu'il restait 45 secondes, en raison d'une imprécision de mesure de la jauge.
  28. NASA : Apollo 11 Mission Report (MSC-00171) 9-24.
  29. (en) « Apollo 11 PAO Mission Commentary Transcript », sur jsc.nasa.gov, NASA (consulté le 20 juin 2009) [PDF].
  30. Shepard et Slayton, p. 33.
  31. a b c et d Harland 2008, p. 29.
  32. (en)One Small Step.
  33. (en) Ronald Weber, Seeing earth: literary responses to space exploration, Ohio University Press, p. 39.
  34. Harland 2008, p. 27-29.
  35. http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/alsj/a11/a11.html.
  36. Harland 2008, p. 29 et 33.
  37. Apollo the definitive sourcebook, p. 292
  38. Buzz Aldrin, conférence Apollo du 18/07/2015 à Cap Kennedy.
  39. (en) Eric M. Jones et Ken Glover, « Apollo 11 surface journal : Trying to Rest »
  40. (en) Eric M. Jones et Ken Glover, « Apollo 11 surface journal : The Return to Orbit »
  41. (en) Eric M. Jones et Ken Glover, « Apollo 11 surface journal : Trying to Rest »
  42. (en) Eric M. Jones et Ken Glover, « Apollo 11 surface journal : The Return to Orbit »
  43. Harland et Orloff 2006, p. 319-325.
  44. « President Nixon Was Prepared for Apollo Disaster », sur space.com, (consulté le 9 février 2015).
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  46. (en) Bill Wood, « Apollo Television », sur Apollo Surface Journal, .
  47. (en) « Solar System - Apollo 11 », sur BBC (consulté le 17 novembre 2013).
  48. (en) Jay Wertz, « Apollo 11 and Television – 40 Years Later », sur Great History, (consulté le 17 novembre 2013).
  49. (en)Update: Apollo 11 Tapes, Nasa, 15 août 2006.
  50. « Une histoire incroyable : les bandes perdues de la NASA, c'est une affaire de formats », formats-ouverts.org, 30 août 2006.
  51. (en) Walking on the Moon: exclusive video revealed - Australian Geographic, 6 octobre 2010, + [vidéo]
  52. « Apollo 11 : la Nasa publie des vidéos HD… mais a perdu les originaux », futura-sciences.com, 18 juillet 2009.
  53. (en)NASA Releases Restored Apollo 11 Moonwalk Video, Nasa, 16 juillet 2009.
  54. Harland 2008, p. 33-39.
  55. Harland et Orloff 2006, p. 296-298.
  56. Rapport scientifique préliminaire d'Apollo 11, p. 158-161, op. cit.
  57. « The Apache Point Observatory Lunar LASER-Ranging Operation (APOLLO) » (consulté en 20130318).
  58. « APOLLO's Run Highlights » (consulté le 26 mars 2014).
  59. « APOLLO Run Summary »
  60. Voir l'article de Sandrine Marques, « « Moonwalk One » : un petit pas pour Armstrong, un grand film », Le Monde, 30 juillet 2014, p. 12.

Annexes

Sources et bibliographie

Document utilisé pour la rédaction de l’article : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

Rapports et documents officiels antérieurs à la mission
  • (en) NASA - Centre spatial Johnson, Apollo 11 mission report, , 109 p. (lire en ligne [PDF]). 
    Rapport à destination des responsables de la NASA décrivant la mission Apollo 11 avant son lancement (document no  JSC07904).
  • (en) Apollo 11 press kit, (lire en ligne [PDF]). 
    Dossier de présentation à la presse de la mission Apollo 11 (document NASA no  Special Publication-4214).
  • (en) General Electric, EASEP Handbook for Apollo 11 flight crew, , 35 p. (lire en ligne [PDF])
    Manuel décrivant les instruments scientifiques emportés à la surface de la Lune (EASEP)
  • (en) NASA, Apollo operation handbook Block II spacecraft : Volume 1 Spacecraft description, , 978 p. (lire en ligne [PDF])
    Manuel utilisateur du module de commande et de service bloc 2
  • (en) North American Rockwell Corp., Apollo Spacecraft News Reference, , 350 p. (lire en ligne [PDF])
    Description détaillée mais non technique du module de commande et de service
  • (en) Grumann, NASA Apollo Lunar Module News Reference, , 282 p. (lire en ligne [PDF])
    Description détaillée mais non technique du module lunaire
  • (en) Société Grumman, Apollo Operations Handbook, Lunar Module, LM 10 and Subsequent, vol. 1 : Subsystems Data, , 804 p. (lire en ligne [PDF])
    Description des sous-systèmes du module lunaire
  • (en) Société Grumman, Apollo Operations Handbook, Lunar Module, LM 10 and Subsequent, vol. 2 : Operational Procedures, , 974 p. (lire en ligne [PDF])
    Procédures du module lunaire
  • (en) F. V. Bennett, Apollo Experience Report - Mission Planning for Lunar Module Descent and Ascent, , 49 p. (lire en ligne [PDF]). 
    Définition et analyse postérieure des trajectoires de descente et de remontée du module lunaire Apollo 11 et 12 (document NASA n° TM X-58040)
Rapports et documents officiels postérieurs à la mission
  • (en) NASA - Centre spatial Johnson, Apollo 11 mission report, , 359 p. (lire en ligne [PDF])
    Rapport post mission décrivant son déroulement, ses performances, les anomalies rencontrées, ... (MSC-00171)
  • (en) NASA - Centre spatial Johnson, Apollo 11 Technical Crew Debriefing, , 156 p. (lire en ligne [PDF])
    Débriefing de l'équipage à l'issue de la mission Apollo 11 (interviews).
  • (en) NASA - Centre spatial Johnson, Apollo 11 Preliminary Science Report, (lire en ligne [PDF]). 
    Rapport scientifique préliminaire de la mission Apollo 11.
  • (en) NASA - Centre spatial Johnson, Apollo 11 Lunar Sample Information Catalogue, , 478 p. (lire en ligne [PDF])
    Catalogue des roches lunaires collectées dans le cadre d'Apollo 11.
  • (en) NASA - Centre spatial Johnson, Photogrammetric Analysis Of Apollo 11 Imagery:New camera-station map with improved locations, (lire en ligne [PDF])
    Localisation des différentes photos prises à la surface de la Lune prises lors de la mission Apollo 11.
  • (en) NASA - Centre spatial Johnson, Apollo mission trajectory reconstruction and postflight analysis, , 142 p. (lire en ligne [PDF])
    Reconstruction de la trajectoire de descente du module lunaire vers la surface de la Lune.
Ouvrages et sites de la NASA décrivant le déroulement de la mission
  • (en) Eric M. Jones et Ken Glover, « Apollo 11 surface journal ».
    Portail regroupant l'ensemble des documents officiels disponibles sur la mission dont la transcription des échanges radios et une liste commentée des photos prises.
  • (en) W. David Compton, Where No Man Has Gone Before: A History of Apollo Lunar Exploration Missions, NASA, (lire en ligne [PDF])
    Histoire du projet scientifique associé au programme Apollo (document NASA no  Special Publication-4214).
    .
Autres ouvrages
  • (en) W. David Woods, How Apollo flew to the moon, New York, Springer, (ISBN 978-0-387-71675-6, LCCN 2007932412).
    Déroulement détaillé d'une mission lunaire Apollo.
  • (en) David M. Harland, Exploring the moon The Apollo Expeditions, Chichester, Springer Praxis, , 2e éd., 403 p. (ISBN 978-0-387-74638-8, LCCN 2007939116). Document utilisé pour la rédaction de l’article
    Déroulement détaillé consacré uniquement à la phase de séjour sur la Lune des missions Apollo avec nombreuses illustrations, contexte géologique détaillé et quelques développements sur les missions robotiques de cette période.
  • (en) David M. Harland et Richard W. Orloff, Apollo the definitive sourcebook, Springer Praxis, , 633 p. (ISBN 978-0-387-30043-6, LCCN 2005936334). 
    Ouvrage de référence des principaux faits et dates des missions Apollo.
    .
  • (en) Richard W. Orloff (NASA), Apollo by the numbers : A Statistical Reference, Washington, National Aeronautics and Space Administration, 2000-2004, 344 p. (ISBN 978-0-16-050631-4, OCLC 44775012, LCCN 00061677, lire en ligne [PDF]). 
    Un grand nombre de statistiques sur le programme Apollo (NASA SP-2000-4029)
  • (en) David A. Mindell, Digital Apollo Human and Machine in Spaceflight, The MIT Press, (ISBN 978-0-2621-3497-2)
    Histoire de la conception des systèmes informatiques embarqués du programme Apollo

Documentaires

Articles connexes

Liens externes