APOLLO 11

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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 lundi . L’agence spatiale américaine, la NASA, remplit ainsi l’objectif fixé par le président John F. Kennedy en 1961 de poser un équipage sur la Lune avant la fin de la décennie 1960. Il s’agissait de démontrer la supériorité des États-Unis sur l’Union soviétique qui avait été mise à mal par les succès soviétiques au début de l’ère spatiale dans le contexte de la guerre froide qui oppose alors ces deux pays. Ce défi est lancé alors que la NASA n’a pas encore placé en orbite un seul astronaute. Grâce à une mobilisation de moyens humains et financiers considérables, l’agence spatiale rattrape puis dépasse le programme spatial soviétique.

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 avec équipage à se placer sur une orbite lunaire après Apollo 8 et Apollo 10. Le vaisseau spatial emportant l’équipage est lancé depuis le Centre spatial Kennedy le 16 juillet 1969 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, d’Edwin “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 atterrissage 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’une mission 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

Course à l’espace

Durant les années 1950, la guerre froide bat son plein entre les États-Unis et l’Union soviétique, les deux superpuissances de l’époque. Celle-ci se traduit par des affrontements militaires indirects (guerre de Corée) mais également par une course aux armements. L’Union soviétique prend de l’avance en mettant au point un missile balistique intercontinental, la R-7 Semiorka, ancêtre direct de la fusée Soyouz. La R-7 est une fusée particulièrement puissante, car les ingénieurs soviétiques ne sont pas parvenus à miniaturiser la bombe nucléaire qu’elle emporte. Le responsable du programme, Sergueï Korolev, parvient à convaincre les dirigeants soviétiques de l’utiliser pour lancer le premier satellite artificiel. La mise en orbite de Spoutnik 1 le 4 octobre 1957, qui a un retentissement mondial, est une énorme surprise pour le public américain et est vécue comme une atteinte symbolique à la supériorité américaine par les responsables politiques de ce pays.

À cette époque le programme spatial américain souffre d’une dispersion des efforts bien que plusieurs programmes ambitieux de missiles balistiques soient bien avancés. Réagissant au défi soviétique, le président américain Dwight D. Eisenhower décide, le 29 juillet 1958, de créer une agence spatiale civile, la NASA, qui doit permettre de fédérer les efforts américains : la course à l’espace est lancée. Mais les Soviétiques, qui disposent d’une avance importante et d’un lanceur beaucoup plus puissant que les fusées américaines, continuent au cours des années suivantes de multiplier les premières.


Lancement du programme Apollo

Lorsqu’il arrive au pouvoir, en janvier 1961, le président américain John F. Kennedy est, comme son prédécesseur, peu enclin à donner des moyens importants au programme spatial civil. Mais le lancement du premier homme dans l’espace par les Soviétiques (Youri Gagarine, 12 avril 1961) le convainc de la nécessité de disposer d’un programme spatial ambitieux pour récupérer le prestige international perdu. L’échec du débarquement de la baie des Cochons (avril 1961) destiné à renverser le régime de Fidel Castro installé à Cuba, qui écorne un peu plus l’image des États-Unis auprès des autres nations, contribue également sans doute à son changement de position.

Après avoir consulté le vice-président Lyndon B. Johnson pour qu’il lui indique des objectifs qui permettraient aux États-Unis de reprendre le leadership à l’Union soviétique, le président annonce le 25 mai 1961, devant le Congrès des États-Unis, lors du Special Message to the Congress on Urgent National Needs, le lancement d’un programme qui doit amener des astronautes américains sur le sol lunaire “avant la fin de la décennie”. Il confirme sa décision dans un autre discours resté célèbre, “we choose to go to the Moon”, le 12 septembre 1962.

L’objectif fixé par le président Kennedy semble d’une ambition inouïe. L’astronaute américain Alan Shepard vient tout juste d’effectuer un premier vol le 5 mai 1961, soit seulement vingt jours avant l’annonce du programme Apollo. Et sa mission Mercury 3) est en fait un simple vol suborbital car la fusée Mercury-Redstone utilisée (il n’y a pas d’autre lanceur disponible) n’a pas une puissance suffisante pour placer en orbite la petite capsule spatiale Mercury, d’une masse un peu supérieure à une tonne. Le programme lunaire nécessite de pouvoir placer en orbite basse une charge utile de 120 tonnes. Le changement d’échelle qui en résulte est particulièrement important : la NASA va passer de la fusée de 30 tonnes qui a lancé Shepard aux 3 000 tonnes de Saturn V, qui nécessitera de développer des moteurs d’une puissance aujourd’hui inégalée, ainsi que des technologies nouvelles comme l’utilisation de l’hydrogène liquide. Par ailleurs on ignore tout à l’époque des impacts des séjours prolongés dans l’espace sur la physiologie humaine, de la menace éventuelle des micro-météorites et des rayons cosmiques au-delà de l’orbite basse. Les manœuvres nécessaires pour atteindre l’objectif lunaire, comme le rendez-vous spatial, les amarrages dans l’espace ainsi que les sorties extra-véhiculaires, doivent être mises au point. Le déroulement des opérations permettant d’amener des hommes sur la Lune, qui conditionne les caractéristiques du lanceur et des vaisseaux spatiaux, est l’objet de débats d’autant plus intenses qu’on ne sait pas pondérer les risques et difficultés associés. Enfin les caractéristiques de la surface de la Lune, en particulier sa consistance, sont inconnues.


Les missions de préparation du débarquement sur la Lune

Acquisition de la maitrise des opérations en orbite

Lorsque le programme Apollo est lancé, la NASA vient tout juste de lancer son premier astronaute dans l’espace dans le cadre du programme Mercury. John Glenn effectue le premier vol orbital américain (mission Mercury-Atlas 6) le 20 février 1962. Trois autres vols Mercury ont lieu en 1962 et en 1963. Mais les apports techniques de ce programme sont limités car la capsule Mercury, de très petite taille, n’a aucune capacité de manœuvre. À l’issue du programme Mercury, des aspects importants du vol spatial, qui ne peuvent être simulés au sol, ne sont toujours pas maîtrisés. Sans attendre la mise au point du vaisseau très sophistiqué prévu pour la mission lunaire, les responsables de la NASA lancent un programme destiné à acquérir ces techniques avec le programme Gemini qui est chargé de remplir trois objectifs :

  • maîtriser les techniques de localisation, manœuvre et rendez-vous spatial ;
  • mettre au point les techniques permettant de travailler dans l’espace au cours de sorties extra-véhiculaires ;
  • étudier les conséquences de l’impesanteur sur la physiologie humaine au cours de vols de longue durée.

Le vaisseau spatial Gemini, qui devait initialement être une simple version améliorée de la capsule Mercury, se transforme au fur et à mesure de sa conception en un vaisseau complètement différent de 3,5 tonnes (contre environ une tonne pour le vaisseau Mercury), capable de voler avec deux astronautes durant deux semaines. Le vaisseau est placé en orbite par une fusée Titan II, missile balistique intercontinental de l’Armée de l’air américaine reconverti en lanceur. Le programme rencontre des problèmes de mise au point. Le lanceur souffre d’effet pogo, les piles à combustible utilisées pour la première fois fuient et la tentative de mise au point d’une aile volante pour faire atterrir la capsule sur le sol ferme échoue. Au prix de nouveaux travaux faisant passer le coût du programme de 350 millions de dollars à un milliard de dollars, deux vols sans équipage ont lieu en 1964 et au début de l’année 1965. Le premier vol habité Gemini 3 emporte les astronautes Virgil Grissom et John Young le 23 mars 1965. Au cours de la mission suivante, l’astronaute Edward White a réalisé la première sortie dans l’espace américaine. Huit autres missions, émaillées d’incidents sans conséquence, s’échelonnent jusqu’en novembre 1966 : elles permettent de mettre au point les techniques de rendez-vous spatial et d’amarrage, de réaliser des vols de longue durée (Gemini 7 reste près de 14 jours en orbite) et d’effectuer de nombreuses autres expériences.


Opérations de reconnaissance

Parallèlement au programme Apollo, la NASA lance plusieurs programmes pour affiner sa connaissance du milieu spatial et des caractéristiques de la Lune. Ces informations sont nécessaires pour la conception des engins spatiaux et la préparation des atterrissages.

  • En 1965, trois satellites Pegasus sont placés en orbite par une fusée Saturn I pour évaluer le danger représenté par les micrométéorites ; les résultats seront utilisés pour dimensionner la protection des vaisseaux Apollo.
  • Les sondes Ranger (1961–1965), après une longue série d’échecs, ramènent à compter de fin 1964, une série de photos de bonne qualité de la surface lunaire qui permettent d’identifier des sites propices à l’atterrissage.
  • Le programme Lunar Orbiter, composé de cinq sondes qui sont placées en orbite autour de la Lune en 1966–1967, complète ce travail : une couverture photographique de 99 % du sol lunaire est réalisée, la fréquence des micrométéorites dans la banlieue lunaire est déterminée et l’intensité du rayonnement cosmique est mesurée. Le programme permet également de valider le fonctionnement du réseau de télémesure. Les mesures effectuées indiquent que le champ gravitationnel lunaire est beaucoup moins homogène que celui de la Terre rendant dangereuses les orbites à basse altitude. Le phénomène, sous-estimé par la suite, réduira à 10 km l’altitude de l’orbite du LM d’Apollo 15 dont l’équipage était endormi, alors que la limite de sécurité avait été fixée à 15 km pour disposer d’une marge suffisante par rapport aux reliefs. Le 2 juin 1966, la sonde Surveyor 1 effectue le premier atterrissage en douceur sur la Lune, fournissant des informations précieuses et rassurantes sur la consistance du sol lunaire (le sol est relativement ferme), ce qui permet de dimensionner le train d’atterrissage du module lunaire.

Mise au point des engins spatiaux du programme

Les caractéristiques des engins spatiaux qui vont emporter les astronautes américains à la surface de la Lune sont figées très tardivement car le scénario d’atterrissage n’est défini que fin 1962 après d’intenses débats. C’est le scénario du rendez-vous en orbite lunaire (LOR) préconisé par John Houbolt qui l’emporte. Celui-ci nécessite de développer outre le vaisseau qui transporte l’équipage durant la majeure partie de la mission, un vaisseau indépendant, le module lunaire, qui est chargé de déposer deux des trois astronautes sur le sol lunaire et de les ramener en orbite après leur séjour avant de s’amarrer au vaisseau principal. Le choix du scénario permet de fixer les capacités du lanceur géant Saturn V chargé de lancer les deux vaisseaux sur leur trajectoire lunaire.

Le développement des trois engins, dont les caractéristiques sont sans précédent et qui sont particulièrement complexes, est réalisé dans un calendrier particulièrement serré puisqu’il s’écoule à peu près trois ans entre la fin des spécifications et le premier vol destiné à tester le vaisseau Apollo. Le 27 janvier 1967, trois semaines avant le lancement d’Apollo 1, une répétition du lancement tourne au drame. Un incendie se déclare dans le vaisseau où se trouvent les astronautes Gus GrissomEd White et Roger B. Chaffee qui doivent effectuer le premier vol. Le feu se propage rapidement dans l’atmosphère d’oxygène pur et les astronautes, qui ne parviennent pas à ouvrir l’écoutille pour s’échapper, périssent asphyxiés. L’enquête qui suit met en cause à la fois la NASA et le constructeur du vaisseau North American. La conception du vaisseau doit être revue sur de nombreux points : modification de l’écoutille, remplacement des matériaux inflammables, etc. L’ensemble de ces modifications diffère le premier vol du vaisseau Apollo de 18 mois et entraîne un alourdissement important de plus d’une tonne du vaisseau Apollo.

Le respect de la date butoir de l’atterrissage des premiers hommes à la surface de la Lune (fin 1969 au plus tard) parait compromis. Pourtant les responsables du programme vont réussir à mettre au point en sept vols l’ensemble des composants et des procédures nécessaires :

  • Apollo 4, lancé en novembre 1967, inaugure les vols du programme Apollo. Il est destiné à tester le fonctionnement du lanceur Saturn V. Le développement de la fusée a pris du retard du fait de nombreux problèmes touchant en particulier le deuxième étage S-II : excès de poids, phénomènes de vibration (effet pogo), etc.. Traditionnellement, les nouveaux lanceurs étaient testés en vol étage par étage et le lancement de la fusée Saturn V du fait de sa taille et de sa complexité constituait un risque particulièrement important. Pour tenir les objectifs George Mueller qui supervise le développement du lanceur au siège de la NASA impose le choix audacieux de lancer dès son premier vol la fusée Saturn V complète (procédure de test All-up). Le vol est un succès total.
  • Apollo 5, lancé en janvier 1968 a pour objectif de tester dans l’espace une version non définitive du module lunaire Apollo. Il est placé sur une orbite terrestre par une fusée Saturn 1B.
  • Apollo 6 (4 avril 1968) est le deuxième lanceur Saturn V. Le test est peu satisfaisant : deux des moteurs J-2 du 2ème étage cessent prématurément de fonctionner ce qui ne peut être compensé que par une durée de fonctionnement prolongée des autres moteurs de l’étage. Alors que la fusée est sur son orbite de parking, l’unique moteur J-2 du 3ème étage refuse de se rallumer pour simuler l’injection sur une trajectoire lunaire. En sollicitant le moteur du vaisseau Apollo, les équipes de la NASA parviennent malgré tout à effectuer les tests attendus. Malgré ces péripéties, la NASA estime que désormais la fusée Saturn V et les véhicules Apollo peuvent embarquer des équipages en toute sécurité.
  • Apollo 7, en octobre 1968, est la première mission avec équipage du programme Apollo. Son but est de valider les modifications apportées au vaisseau Apollo à la suite de l’incendie d’Apollo 1. Une fusée Saturn IB est utilisée. Au cours de la mission, l’équipage répète les manœuvres de changement d’orbite qui seront effectuées lors des missions lunaires.
  • Apollo 8, en décembre 1968, est le premier vol habité à quitter l’orbite terrestre et à se diriger vers la Lune. 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 est 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 consiste à effectuer une reconnaissance photographique de la surface lunaire, notamment de la mer de la Tranquillité où doit se poser Apollo 11.
  • Apollo 9, lancé en mars 1969, constitue le premier essai en vol de l’ensemble des équipements prévus pour une mission lunaire : la fusée Saturn V, le module lunaire et le 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.
  • Apollo 10 est lancé en mai 1969. Les dirigeants de la NASA envisageaient initialement que cette mission soit celle du premier atterrissage, car l’ensemble des véhicules et des manœuvres étaient testés sans qu’aucun problème majeur ne soit 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 LM réalise le premier rendez-vous en orbite lunaire avec le vaisseau Apollo.

Concurrence soviétique

Depuis le lancement de Spoutnik 1, les dirigeants de l’Union soviétique et les responsables du programme spatial soviétique avaient toujours fait en sorte de maintenir leur avance sur le programme américain. Il ne faisait aucun doute, dans l’esprit des dirigeants américains comme dans celui de l’opinion publique, que l’URSS allait lancer son propre programme de vol habité vers la Lune et tenter de réussir avant les États-Unis, pour conserver le prestige associé à leur domination durant la première phase de la course à l’espace. Néanmoins, après une déclaration publique en 1961 d’un dirigeant soviétique semblant relever le défi, aucune information officielle ne filtrera plus sur l’existence d’un programme lunaire habité soviétique, au point de susciter le doute sur son existence chez certains représentants du congrès américain qui commencèrent, pour cette raison, à contester le budget alloué au programme Apollo à compter de 1963. Cependant, pour les dirigeants de la NASA, la menace d’une réussite soviétique a exercé une pression constante sur le calendrier du programme Apollo : la décision de lancer la mission circumlunaire Apollo 8, alors que le vaisseau spatial Apollo n’était pas complètement qualifié, constituait une certaine prise de risque, qui avait été largement motivée par la crainte de se faire devancer par les Soviétiques. En septembre 1968, les Soviétiques avaient en effet lancé un vaisseau (mission Zond 5) sans équipage qui avait contourné la Lune avant de revenir sur Terre. Certains indices ont contribué par la suite à diminuer la pression sur les décideurs de la NASA, qui ont requalifié la mission Apollo 10, initialement prévue pour atterrir sur la Lune, en une répétition générale (le LM rebroussant chemin à 15 km du sol), afin de fiabiliser la mission finale d’atterrissage qui serait réalisée par l’équipage d’Apollo 11.


Caractéristiques techniques des engins spatiaux

L’équipage d’Apollo 11 embarque à bord d’un vaisseau composé de deux parties distinctes : d’une part le vaisseau Apollo (CSM, pour “Command/Service Module”, soit Module de Commande et de Service), qui reste en orbite lunaire d’autre part le module lunaire Apollo (LM, soit “Lunar Module”, soit Module Lunaire), prévu pour permettre à deux des trois membres d’équipage de se poser sur le sol lunaire et d’en revenir pendant que le troisième les attend en orbite à bord du CSM. L’ensemble de ces deux engins est transporté vers la Lune par une fusée géante Saturn V.


Vaisseau Apollo

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 lequel 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…

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 de 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 élément de l’ensemble de la fusée Saturn V 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 m3. Les astronautes sont installés sur trois sièges, côte à côte, parallèles au fond du cône et suspendus 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 d’éventuelles 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 dont deux dédiés aux 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.

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 neuf 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’ergol (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 aussi 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.


Module lunaire

Le module lunaire est un vaisseau conçu uniquement pour descendre sur la Lune, y séjourner et en remonter. Il comporte deux étages : l’étage de descente permet d’atterrir sur la Lune et sert par ailleurs de plate-forme de lancement au deuxième étage tandis que l’étage de remontée ramène les astronautes au vaisseau Apollo en orbite à la fin de leur séjour sur la Lune. La structure du module lunaire est, pour l’essentiel, réalisée avec un alliage d’aluminium choisi pour sa légèreté. Les pièces sont généralement soudées entre elles mais parfois également rivetées.

L’étage de descente du module lunaire qui pèse plus de dix 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 LM sur la Lune. À cet effet, l’étage dispose d’un moteur fusée à la fois orientable et à poussée variable de 4,7 et 43,9 kN. Le comburant, du peroxyde d’azote (cinq tonnes), et le carburant, de l’aérozine 50 (trois 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.

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’ergol. 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 sortie extra-véhiculaire 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 × 1,52 m). 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.


Lanceur Saturn V

Les deux vaisseaux du programme Apollo sont envoyés vers la Lune par le lanceur géant Saturn V. Lourde d’un peu plus de 3 000 tonnes, haute de 110,6 m et large de 10,1 m à sa base, cette fusée est capable de placer 140 tonnes en orbite terrestre basse et une charge utile de 45 tonnes vers la Lune, soit le poids cumulé du module lunaire et du module de commande et de service.

Dernier représentant de la famille de fusées Saturn développée à compter de 1960, Saturn V est le troisième lanceur (après l’Atlas-Centaur et la Saturn 1) mettant en œuvre des moteurs brûlant le mélange cryogénique performant d’hydrogène et d’oxygène liquides. Cinquante ans après avoir été utilisé, il demeure le plus puissant jamais développé au monde, malgré les efforts développés en secret par les Soviétiques avec la fusée N-1, alors qu’ils cherchaient à envoyer l’un des leurs sur la Lune avant leurs rivaux américains.

La Saturn V résulte en grande partie des travaux menés par le motoriste Rocketdyne sur la propulsion cryotechnique oxygène/hydrogène et les moteurs de forte puissance. Son développement est placé 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.


Sélection de l’équipage et entraînement

Équipage principal

L’affectation du commandant de mission Neil Armstrong, du pilote du module de commande et de service (CSM) Jim Lovell et du pilote du module lunaire (LM) Buzz Aldrin au sein de l’équipage de réserve d’Apollo 9 est officiellement annoncée le 20 novembre 1967. Lovell et Aldrin ont déjà volé ensemble sur Gemini 12. En raison des retards de conception et de fabrication du LM, Apollo 8 et Apollo 9 échangent leurs équipages et celui d’Armstrong devient remplaçant sur Apollo 8. Sur la base du schéma normal de rotation des équipages, Armstrong doit alors commander Apollo 11.

Michael Collins, le pilote du CSM de l’équipage d’Apollo 8, commence à avoir des problèmes avec ses jambes. Les médecins diagnostiquent le problème comme une excroissance osseuse entre sa cinquième et sa sixième vertèbre, nécessitant une opération. Lovell prend sa place dans l’équipage d’Apollo 8, et lorsque Collins se remet, il rejoint l’équipage d’Armstrong en tant que pilote du CSM. Pendant la convalescence de Collins, Fred Haise est pilote réserviste du module lunaire d’Apollo 8, et Aldrin du module de commande. Apollo 11 est la deuxième mission américaine où tous les membres de l’équipage ont une expérience préalable de vol spatial, la première étant Apollo 10. La suivante est la mission STS-26 en 1988.

Deke Slayton donne à Armstrong la possibilité de remplacer Aldrin par Lovell, car certains pensent qu’il est difficile de travailler avec lui. Armstrong n’a aucun problème à travailler avec Aldrin, mais il y réfléchit pendant un jour avant de décliner. Il pense que Lovell mérite de commander sa propre mission (finalement Apollo 13).

L’équipage d’Apollo 11 est finalement annoncé le 9 janvier 1969 et se compose de Neil Armstrong, commandant, Buzz Aldrin, pilote du module lunaire, et Michael Collins, pilote du module de commande.

Neil Armstrong, diplômé de l’université Purdue commence sa carrière comme pilote de chasseur dans la Marine américaine entre 1949 et 1952 et participe à la guerre de Corée. Il entre en 1955 comme pilote d’essai au NACA (l’ancêtre de la NASA) où il vole sur de nombreux prototypes dont l’avion fusée X-15. Il est recruté comme astronaute par la NASA en 1962. Il est le commandant de la mission Gemini 8 qui réussit le premier amarrage avec un autre vaisseau spatial. Gemini 8 révèle également le sang-froid d’Armstrong qui réussit à stabiliser la capsule partie dans un mouvement de rotation incontrôlable.

Buzz Aldrin, après des études à l’académie militaire de West Point, devient pilote de chasse dans l’Armée de l’air. Il participe à la guerre de Corée. En 1959, il entame un cycle d’études supérieures en Ingénierie spatiale au MIT et décroche en 1963, un doctorat en sciences astronautiques avec une thèse sur les “techniques de rendez-vous orbital entre vaisseaux avec équipage”. Il est sélectionné en 1963 par la NASA dans le groupe 3 des astronautes. En 1966 il est le commandant et le pilote de la mission Gemini 12 dont le principal objectif est de démontrer qu’un astronaute peut travailler dans l’espace.

Michael Collins, après des études à l’académie militaire de West Point, devient pilote de chasse dans l’Armée de l’air. Il est sélectionné comme astronaute par la NASA en 1963 dans le même groupe qu’Aldrin. Il participe à la mission Gemini 10 au cours de laquelle il effectue deux sorties extravéhiculaires.

PositionAstronauteVol spatiaux
Commandant de la missionNeil A. ArmstrongDeuxième et dernière mission spatiale. Mission précédente : Gemini 8
Pilote du module de commande et de serviceMichael CollinsDeuxième et dernière mission spatiale. Mission précédente : Gemini 10
Pilote du module lunaireEdwin “Buzz” E. Aldrin Jr.Deuxième et dernière mission spatiale. Mission précédente : Gemini 12

Équipage de réserve

L’équipage de réserve, composé de Jim Lovell, commandant, William Anders, pilote du module de commande, et Fred Haise, pilote du module lunaire, serait prêt à effectuer la mission au cas où quelque chose arriverait à l’équipage principal. Le rôle de l’équipe de réserve est de s’entraîner et d’être prêt à voler en cas de problèmes pour la première escouade.

Anders a déjà volé avec Lovell sur Apollo 8. Au début de 1969, il accepte un poste au Conseil national de l’aéronautique et de l’espace à partir d’août 1969, et annonce qu’il prend sa retraite en tant qu’astronaute à ce moment-là. Ken Mattingly est transféré de l’équipe de soutien à un entraînement parallèle avec Anders comme pilote de réserve du CSM au cas où Apollo 11 serait retardé au-delà de sa date de lancement prévue en juillet, auquel cas Anders ne serait pas disponible.

Fred Haise n’a pas encore de vol spatial à son actif, il a été pilote réserve du LM pour Apollo 8. Mattingly est également un néophyte, ayant uniquement fait partie de l’équipe de soutien d’Apollo 8.

Selon la rotation normale des équipages en place durant Apollo, Lovell, Mattingly et Haise doivent voler sur Apollo 14 après avoir servi d’équipage de réserve pour Apollo 11. Plus tard, l’équipage de Lovell est forcé de changer de place avec l’équipage provisoire d’Alan Shepard pour Apollo 13 afin de donner à Shepard plus de temps d’entraînement.

PositionAstronauteMission précédente
Commandant de la missionJames A. Lovell Jr.Gemini 7, Gemini 12 et Apollo 8
Pilote du module de commande et de serviceWilliam A. AndersApollo 8
Pilote du module lunaireFred W. Haise Jr.Apollo 8 (équipe de réserve)
Pilote du module lunaireThomas Kenneth Mattingly IIApollo 8 (équipe de soutien)

Équipage de soutien

Pendant les programmes Mercury (1961-1963) et Gemini (1965-1966), chaque mission dispose d’un équipage principal et d’un équipage de réserve mais pour les vols Apollo, un troisième équipage est ajouté : l’équipage de soutien.

Sa fonction est de participer à l’élaboration du plan de vol, des listes de contrôle et des règles de base. Il veille également à ce que l’équipage principal et l’équipage de réserve soient régulièrement informés des changements et ils sont amenés à élaborer des procédures, en particulier pour les situations d’urgence, afin que celles-ci soient prêtes lorsque les deux autres équipages viennent s’entraîner dans les simulateurs, ce qui leur permet d’alléger leurs tâches.

Pour Apollo 11, l’équipe de soutien est composée de Ken Mattingly, Ronald Evans et William Pogue, auxquels se joint Jack Swigert.


CapCom

Le CapCom (Capsule Communicator) est un astronaute habilité à communiquer avec un équipage pendant une mission depuis le centre de contrôle de Houston, au Texas.

Pour Apollo 11, les CapCom principaux sont Charles Duke (actif essentiellement pendant toute la phase de descente du LM vers la Lune), Bruce McCandless II (actif pendant l’EVA sur la Lune), Owen K. Garriott (actif pendant la période qui suit l’EVA) et Ronald Evans (actif lors du décollage depuis la Lune et durant toute la phase de rendez-vous d’Eagle avec Columbia).

D’autres astronautes interviendront plus ponctuellement au cours de la mission : Jim LovellWilliam Anders et Fred Haise, les doublures de l’équipage, ainsi que Ken Mattingly, Don L. Lind et Harrison Schmitt.


Directeurs de vol

Les directeurs de vol détiennent le contrôle global de tous les postes individuels du centre de contrôle de mission. Quatre équipes, chacune désignée par une couleur, sont chargées du contrôle de mission, chacune dirigée par un directeur de vol.

Pour la mission Apollo 11, l’équipe verte est dirigée par Clifford E. Charlesworth et est responsable du lancement et des activités extra-véhiculaires. L’équipe dorée, sous la direction de Gerald D. Griffin, est réserviste de l’équipe verte. Gene Kranz est directeur de l’équipe blanche, responsable de l’atterrissage et l’équipe noire, sous la responsabilité de Glynn Lunney, se charge de la remontée du module lunaire vers le module de commande et service.

Milton Windler est à la tête d’une cinquième équipe, l’équipe marron, qui est chargée de la planification.


Objectifs de la mission

Apollo 11 est la première mission Apollo à poser des hommes sur le sol lunaire et 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 25 mai 1961 : déposer un homme sur la Lune et revenir sur Terre, avant la fin de la décennie.

Parmi les objectifs techniques secondaires figurent :

  • la collecte 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 ;
  • les tests de la résistance mécanique du sol ;
  • l’évaluation de la visibilité ;
  • l’évaluation les capacités et les limitations d’un équipage humain se déplaçant sur le sol lunaire ;
  • la détermination des coordonnées du site d’atterrissage.

Objectifs scientifiques

Les objectifs scientifiques, secondaires pour cette mission, comprennent la collecte de roches lunaire, de régolithe et de deux carottes du sol avec leur contexte documenté, le prélèvement d’échantillons de l’atmosphère, l’examen des caractéristiques du sol lunaire, l’évaluation de la visibilité. Les astronautes doivent également déployer plusieurs expériences scientifiques dont celles réunies au sein d’un coffret Apollo d’expériences scientifiques lunaires baptisé ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package). Compte tenu de la durée très brève de la sortie extra-véhiculaire d’Apollo c’est une version simplifiée de l’ALSEP baptisée EASEP (Early Apollo Scientific Experiments Package) qui est déployée et qui comprend quatre instruments scientifiques :

  • Le sismomètre passif est un des deux composants de l’EASEP. 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 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. 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.
  • Le réflecteur laser est le deuxième composant de l’EASEP. Il s’agit d’un dispositif optique passif qui permet de réfléchir une impulsion lumineuse dans la direction exacte de sa source. Un faisceau laser est émis 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. 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). 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.
  • Un collecteur de particules du vent solaire SWC (Solar Wind Collector), récupérée en fin d’EVA.
  • Un détecteur de rayons cosmiques.

Site d’atterrissage

Le 8 février 1968, le comité de sélection du site Apollo de la NASA annonce cinq sites d’atterrissage potentiels, après en avoir passé en revue trente. Ceux-ci sont le résultat de deux années d’études basées sur des photographies à haute résolution de la surface lunaire réalisées par les cinq sondes lunaires du programme Lunar Orbiter ainsi que les informations sur les conditions de surface fournies par les atterrisseurs lunaires du programme Surveyor. Les meilleurs télescopes terrestres n’ont pas pu fournir les données avec la résolution requise par le projet Apollo.

Le site d’atterrissage sur la Lune devait répondre à un grand nombre de contraintes :

  • Il doit être proche de l’équateur lunaire car la quantité de carburant consommée par les vaisseaux Apollo durant les manœuvres est d’autant plus importante que la latitude du site d’atterrissage est élevée. Celle du site retenu est pour cette raison inférieure à 5°, soit très proche de l’équateur lunaire.
  • 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
  • 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.
  • Le site d’atterrissage doit également 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.
  • Il est indispensable que le site sélectionné fournisse au vaisseau spatial Apollo une trajectoire de retour libre, qui lui permettrait de faire le tour de la Lune et de revenir sur Terre en toute sécurité sans avoir à mettre à feu les moteurs si un problème survenait sur le chemin de la Lune.

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. Un atterrissage juste après l’aube est choisi pour limiter les températures extrêmes que les astronautes pourraient connaître. 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.

Les zones qui semblent prometteuses sur les photographies prises depuis Terre sont souvent jugées totalement inacceptables. L’exigence initiale selon laquelle le site doit être exempt de cratères doit être assouplie, car aucun site de ce type n’est trouvé. Cinq sites sont finalement pris en considération : Les sites 1 et 2 se trouvent dans la mer de la Tranquillité (Mare Tranquilitatis) ; le site 3 est dans la baie centrale (Sinus Medii) ; et les sites 4 et 5 sont dans l’océan des tempêtes (Oceanus Procellarum). Le comité de sélection du site d’Apollo choisit le site 2, les sites 3 et 5 étant des sites de secours en cas de retard du lancement. En mai 1969, le module lunaire d’Apollo 10 s’approche à moins de 15 kilomètres du site 2, et l’équipage déclare qu’il est acceptable.


Décision sur le premier pas

Lors de la première conférence de presse qui suit l’annonce de l’équipage d’Apollo 11, la première question est : « Lequel d’entre vous, messieurs, sera le premier homme à fouler la surface lunaire ? »[81],[82]Deke Slayton, chef du bureau des astronautes, répond au journaliste que cela n’a pas été décidé, et Armstrong ajoute que cela n’est « pas basé sur un désir individuel »[81].Deke Slayton (ici à droite, accompagné de Michael Collins), quelques jours avant le décollage d’Apollo 11.

L’une des premières versions de la liste de contrôle pour la sortie fait sortir le pilote du module lunaire avant le commandant, ce qui correspond à ce qui a été fait lors des missions Gemini[83], où le commandant n’a jamais effectué de sortie dans l’espace[84]. Les journalistes écrivent au début de 1969 qu’Aldrin serait le premier homme à marcher sur la Lune, et l’administrateur associé George Mueller affirme la même chose aux journalistes. Aldrin entend dire qu’Armstrong serait le premier parce qu’il est civil, ce qui rend Aldrin furieux. Il tente de persuader d’autres pilotes de modules lunaires qu’il devrait être le premier, mais ils répondent avec cynisme à ce qu’ils perçoivent comme une campagne de lobbying. Tentant d’endiguer les conflits, Slayton dit à Aldrin qu’Armstrong serait le premier puisqu’il est le commandant de la mission. La décision est annoncée lors d’une conférence de presse le 14 avril 1969[85].

Pendant des décennies, Aldrin croit que la décision finale est largement dictée par l’emplacement de l’écoutille du module lunaire. Comme les astronautes portent leur combinaison spatiale et que le vaisseau est petit, il est difficile de manœuvrer pour en sortir. L’équipage fait une simulation dans laquelle Aldrin quitte d’abord le vaisseau spatial, mais il endommage le simulateur en tentant de sortir. Bien que cela suffise pour que les planificateurs de la mission prennent leur décision, Aldrin et Armstrong restent dans l’ignorance de la décision jusqu’à la fin du printemps[86]. Slayton dit alors à Armstrong que le plan est de le faire sortir du vaisseau spatial en premier, s’il est d’accord. Armstrong répond : « Oui, c’est comme ça qu’il faut faire »[87].

Les médias accusent Armstrong d’avoir exercé la prérogative de son commandement pour quitter le vaisseau spatial en premier[88]Chris Kraft révèle dans son autobiographie de 2001 qu’une rencontre a eu lieu entre Gilruth, Slayton, Low et lui-même pour s’assurer qu’Aldrin ne serait pas le premier à marcher sur la Lune. Ils ont fait valoir que la première personne à marcher sur la Lune devrait être comme Charles Lindbergh, quelqu’un de calme et tranquille. Ils ont pris la décision de modifier le plan de vol afin que le commandant soit le premier à sortir du vaisseau spatial[89].

Noms de baptême des vaisseauxModifier

Le projectile Columbia conçu par Jules Verne en 1865.

Après que l’équipage d’Apollo 10 a nommé leurs vaisseaux Charlie Brown et Snoopy, le directeur adjoint des affaires publiques Julian Scheer écrit à George M. Low, directeur du bureau du programme des vaisseaux spatiaux Apollo au Manned Spacecraft Center (MSC), pour suggérer à l’équipage d’Apollo 11 d’être moins désinvolte dans le choix du nom de leurs vaisseaux, vue la portée symbolique de leur mission.

Provisoirement, lors de la planification de la mission et lors de communications internes, les noms Snowcone et Haystack sont utilisés respectivement pour le module de commande et le module lunaire [90].

Plus tard, les vaisseaux seront baptisés Columbia et Eagle. Le CSM est nommé Columbia à la suite de plusieurs suggestions : c’est le nom de la figure allégorique qui personnifie les États-Unis comme l’est Marianne pour la France[91],[92], c’est aussi le nom du canon géant qui a lancé un vaisseau spatial (également de Floride) dans le roman de Jules Verne de 1865 intitulé De la Terre à la Lune (suggéré par Scheer), et c’est enfin en référence à Christophe Colomb, comme l’indique Collins dans son livre de 1976[93]. Le LM est nommé Eagle d’après le motif qui figure en bonne place sur l’insigne de la mission.

Insigne de missionModifier

L’insigne de la mission d’Apollo 11 est conçu par Collins, qui veut un symbole pour « l’atterrissage pacifique par les États-Unis ». À la suggestion de Lovell, il choisit comme symbole l’aigle à tête blanche, l’oiseau national des États-Unis. Tom Wilson, un instructeur de simulateur, suggère un rameau d’olivier dans son bec pour représenter leur mission pacifique. Une image retient son attention : une illustration du peintre animalier Walter A. Weber parue dans le livre, « l’Eau, la Proie et le Gibier à plume de l’Amérique du Nord », lui-même publié en 1965 par la National Geographic Society[94].

Collins ajoute un fond lunaire avec la Terre au loin. La lumière du soleil sur l’image vient de la mauvaise direction ; l’ombre aurait dû se trouver dans la partie inférieure de la Terre au lieu de la gauche. Aldrin, Armstrong et Collins décident que l’Aigle et la Lune seraient dans leurs couleurs naturelles, et optent pour une bordure bleue et dorée. Armstrong craignant que le mot « eleven » ne soit pas compris par les non-anglophones, ils optent donc pour « Apollo 11 »[95], et ils décident de ne pas mettre leurs noms sur l’écusson, afin qu’il soit « représentatif de tous ceux qui ont travaillé à l’atterrissage »[96].

Un illustrateur du Manned Spacecraft Center (MSC) réalise le dessin, qui est ensuite envoyé aux responsables de la NASA pour approbation[95]. Le dessin est rejeté, Bob Gilruth, le directeur du MSC, trouvant que les serres de l’aigle ont l’air « trop guerrières »[97]. Après discussion, la branche d’olivier est déplacée dans les serres[97].

Le à 13h32 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 de 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 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.

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 repêcher le module lunaire Eagle (le LEM) 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 qui le place en orbite autour du Soleil. 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.

Le module lunaire Eagle se pose dans la mer de la Tranquillité, après une phase d’approche finale plus longue que prévu. Le site sélectionné pour l’atterrissage est dépassé de 7 km à la suite de problèmes rencontrés durant la descente. Neil Armstrong a été gêné par des alarmes de l’ordinateur de bord qui gère le pilote automatique et assure la navigation. L’ordinateur, qui a une puissance équivalente à celle d’une calculatrice bas de gamme des années 2000, est saturé par des signaux en provenance du radar de rendez-vous, conséquences d’une erreur de conception.

Accaparé par ces alarmes, Neil Armstrong laisse passer le moment où, selon la procédure, il aurait dû exécuter une dernière manœuvre de correction de la trajectoire. Le LEM s’approchant d’un site encombré de rochers, Armstrong doit prendre le contrôle manuel du module lunaire et survoler à l’horizontale le terrain afin de trouver un site adapté à l’atterrissage. Cette manœuvre entame dangereusement la faible réserve de carburant qui subsiste : il ne reste plus que 45 secondes du propergol réservé à l’atterrissage lorsque l’appareil se pose à 7 km du lieu prévu à l’origine, le dimanche 20 juillet 1969 à 20:17:40 UTC (15h17min40s CDST, heure de Houston).

S’ensuit alors une longue séquence avant la sortie des astronautes : listes de vérification, pose des combinaisons spatiales et vérifications, dépressurisation du LEM.

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. Armstrong effectue ses premiers pas sur la Lune le lundi  à 2h56min20s UTC (3h56min20s heure française ; le 20 juillet 21h56min20s (CDST) à Houston), 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 pas de géant pour l’humanité”).

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, Buzz Aldrin descend à son tour l’échelle du module lunaire. Sa sortie est photographiée par Armstrong. Alors qu’il pose le pied sur le sol lunaire, il s’exclame “Belle vue” avant de préciser son sentiment par un “Magnifique désolation”. Armstrong se joint alors à lui pour dévoiler une plaque commémorative apposée 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”. Armstrong enlève 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.

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. Les astronautes doivent interrompre leurs tâches à 23h45 (heure de Washington) pour un échange téléphonique de quelques minutes avec le président des États-Unis Richard Nixon qui suivait la retransmission télévisée de l’atterrissage sur la Lune depuis la Maison-Blanche.

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 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.

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 ferme rencontré. 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’à la MESA 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 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.

Les astronautes ont récolté 21,7 kg d’échantillons de sol lunaire et la sortie extravéhiculaire a duré 2h31 durant laquelle ils ont parcouru 250 mètres. Alors que Buzz Aldrin réintègre le module lunaire, il casse par inadvertance dans l’habitacle étroit le disjoncteur d’armement de la mise à feu du moteur de l’étage de remontée du LEM. Comme il s’agit d’un bouton poussoir, il se servira de la pointe d’un stylo pour l’enclencher, et permettre aux deux astronautes de quitter la Lune.

Le décollage depuis la Lune a lieu 124h22min 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.

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 16h50min59s 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. Il s’est écoulé 195 heures et 19 minutes depuis que le vaisseau a décollé.

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.

La mission d’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.

Une caméra fixe est installée sur le hublot droit du LEM et permet de voir la plateforme de départ, l’échelle, le pied du LEM et une partie du sol lunaire. C’est cette caméra qui retransmet les premières images de la Lune. Elle est activée par Neil Armstrong pendant sa descente des neuf marches du LEM.

Retransmis en direct sur l’ensemble de la planète, on estime que 500 à 600 millions de téléspectateurs 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.

En août 2006, la Nasa a annoncé avoir égaré les cassettes de bande magnétique contenant les vidéos et les éléments télémétriques d’origine de la mission Apollo 11 et ne plus disposer que d’enregistrements résultant des conversions dans des formats plus récents. L’agence a nommé une équipe chargée de les retrouver. La Nasa a indiqué en juillet 2009 ne pas avoir retrouvé les cassettes originales de l’enregistrement. À défaut, elle a récupéré auprès de diverses sources – chaînes de télévision notamment – des retransmissions de la mission Apollo 11, qui ont été restaurées.

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. 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 entraîné une grande fluidité des laves qui ont formé le basalte ce qui explique l’absence de relief à la surface des mers lunaires.

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. Plusieurs recommandations émergent du rapport scientifique rédigé quelques mois après la mission.

  • 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.

Le réflecteur laser installé par l’équipage d’Apollo 11 est utilisé de manière continue depuis 1969. 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. 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.

L’expédition d’Apollo 11 fait l’objet d’un roman de Norman Mailer, Bivouac sur la Lune.

L’extraordinaire aventure humaine et technologique qu’a constitué la mission spatiale Apollo 11 a fait l’objet d’un film documentaire, Moonwalk One, réalisé en 1969 et 1970 par Theo Kamecke et sorti de manière assez confidentielle lors de projections au Whitney Museum à New York en 1972. Restauré à l’approche du 40ème anniversaire de la première marche sur la lune, le film est diffusé en 2009 aux États-Unis et au Royaume-Uni, mais reste cependant inédit en France, où il bénéficie finalement d’une sortie le  et est salué par le quotidien Le Monde comme un “grand film”.

Source : Wikipédia France