Apollo 14

Apollo 14
Mission Apollo
Insigne de la mission.
Équipage
Commandant	Alan Shepard
LMP	Edgar Mitchell
CMP	Stuart Roosa
Roosa, Shepard, Mitchell.
Mission
Date lancement	31 janvier 1971 21 h 3 min 2 s UTC
Objectif principal	Récolter des échantillons près duCone Crater
Vaisseau
Lanceur	Saturn VSA-509
Module de commande	CM-110 (Kitty Hawk)
Module lunaire	LM-8 (Antares)
Sur la Lune
Date atterrissage	5 février 1971
Lieu	formation géologique Fra Mauro
Coordonnées	3° 39′ 06″ sud,17° 29′ 41″ ouest
Géolocalisation sur la carte:Lune
Apollo 14 sur Google Moon
Durée à la surface	1 jour 9,5 heures
Durée sorties extravéhiculaires	9,2 heures (4,7 + 4,5)
Durée en orbite	2 jours 18,7 heures
Roches lunaires	43 kg
Atterrissage
Coordonnées	27° 01′ 00″ sud, 172° 39′ 00″ ouest
Date	9 février 1971 21:05:00 UTC
Durée mission	9 j 1 min 58 s
Liens externes
Lunar Surface Journal Apollo 14
Apollo 14 Documentation
Apollo 14 sur National Air and Space Museum
Apollo 13 Apollo 15

Apollo 14(31 janvier 1971-9 février 1971) est la huitième mission habitée duprogrammeApolloet la troisième à se poser sur laLune.Il s'agit de la première mission dont le but principal est scientifique et dont le lieu d’atterrissagea été sélectionné non en fonction de contraintes techniques, mais pour son intérêt géologique. Le module lunaire se pose dans laformation géologique Fra Mauro,destination originelle de la missionApollo 13avortée.

Contexte

LeprogrammeApolloest lancé par le présidentJohn F. Kennedyle2 mai 1961avec comme objectif d'envoyer pour la première fois des hommes sur la Lune avant la fin de la décennie. Il s'agit de démontrer la supériorité desÉtats-Unissur l'Union soviétiquedans le domaine spatial, devenu un enjeu politique dans le contexte de laguerre froide.Le20 juillet 1969,l'objectif fixé à l'agence spatialeaméricaine,laNASA,est atteint lorsque les astronautes de la missionApollo 11parviennent à se poser sur la Lune.À cette date, neuf autres missions sont programmées. Mais les ambitions du programme sont rapidement revues à la baisse. Les priorités des États-Unis ont changé: les dispositifs sociaux mis en place par le présidentLyndon Johnsondans le cadre de saguerre contre la pauvreté(MedicareetMedicaid) et surtout unconflit vietnamienqui s'envenime prélèvent une part croissante du budget du pays. Pour les décideurs politiques américains, le programmeApolloa rempli son principal objectif en prouvant la supériorité technique des États-Unis sur l'Union soviétique, et la science ne justifie pas les dépenses envisagées pour les missions à venir. En 1970, la dernière mission planifiée,Apollo 20,est annulée tandis que les vols restants sont étalés jusqu'en 1974; la chaîne de fabrication de la fuséeSaturn V,chargée de lancer les vaisseaux du programme, est également arrêtée, mettant fin à tout espoir d'une prolongation du programme.Le20 septembre 1970,le responsable de la NASA, démissionnaire, annonce que les contraintes budgétaires nécessitent de supprimer deux nouvelles missionsApollo 18etApollo 19;les économies attendues sont d'environ 50 millions de dollars.

La mission précédant Apollo 14,Apollo 13,a du être interrompue à la suite d'une explosion dans le module de service du vaisseau Apollo. Son équipage a pu être sauvé d'extrême justesse mais les investigations menées pour déterminer l'origine de la défaillance retardent le vol suivant. De nouvelles procédures de quarantaine sont prises pour limiter les risques de contagion des maladies infectieuses qui avaient imposé le remplacement de dernière minute d'un membre de l'équipage d'Apollo 13. Un réservoir d'oxygène, indépendant de ceux alimentant lespiles à combustible,est ajouté dans le module de service pour supprimer une des conséquences les plus graves de l'explosion d'Apollo 13.

Apollo 14 est la quatrième mission ayant pour objectif de faire atterrir des hommes sur la Lune. C'est également la dernière mission de type H c'est-à-dire utilisant unmodule lunaireallégé aux capacités limitées (durée de séjour sur la Lune, capacité d'emport d'outils). Elle reprend l'objectif principal de la missionApollo 13qui devait étudier laformation géologique Fra Mauro.Mais les instruments scientifiques qui doivent être débarqués sur lesol lunairesont en partie différents.

Planification et objectifs de la mission

Objectif scientifique principal

Emplacement de la formation Fra Mauro.

Le site d'atterrissage d'Apollo 14.

La mission Apollo 14 reprend l'objectif principal de la missionApollo 13,qui n'a pu se réaliser: l'exploration de laformation géologique Fra Maurosituée à l'ouest du grand cratèreFra Mauro.Après les deux premières missions « techniques »Apollo 11etApollo 12,qui ont démontré la capacité de se poser sur la Lune de manière maîtrisée et précise, la NASA se sent maintenant prête à envoyer une mission sur un terrain plus difficile et accidenté, et vers un objectif géologique précis, nécessitant une très bonne précision d'atterrissage.

La formation géologique Fra Mauro est une large région tourmentée, sur la périphérie de lamer des Pluies.Cette « mer », de forme circulaire, est en fait la plus grande structure lunaire produite par un impact très ancien, au moment où la Terre et la Lune étaient en formation. La formation Fra Mauro est formée par de gigantesqueséjectasprovenant de cet impact.

L'exploration géologique de cette région est d'une grande importance, car les roches constituant l’éjecta peuvent provenir de plusieurs dizaines de kilomètres sous la surface telle qu'elle était au moment de l'impact, et donner de précieuses informations sur la composition des roches de cette époque très reculée (plus de 4,5 milliards d'années). Sur Terre, il est impossible de trouver des roches aussi anciennes, et l'exploration de la Lune (dont la surface est préservée par l'absence detectoniqueet d'érosion) est le seul moyen d'obtenir des informations sur la période de la formation de la Terre et de la Lune (qui ont subi les mêmes mécanismes de formation). De plus, en datant précisément l'impact de la mer des Pluies, cela permettrait de dater beaucoup de formations et de cratères lunaires dont la date relative par rapport à l'impact est connue.

Cependant, les éjectas ont tout de même été recouverts, depuis des milliards d'années, par une couche de plusieurs mètres de poussière lunaire et derégolithe.L'objectif géographique précis est donc les abords d'un cratère relativement récent et profond, leCone Crater(300mde diamètre), qui est supposé avoir traversé la couche de régolithe, de manière à avoir des chances de trouver, dans les propres éjectas de ce cratère, des roches provenant de l'impact de la mer des Pluies, voire de la couche lunaire originelle avant l'impact.

En effet, le processus de formation descratères d'impactest tel que les matières éjectées les plus profondes se retrouvent aux abords du cratère, et se retrouvent proportionnellement plus loin du cratère à mesure qu'elles étaient moins profondes.De cette façon, en prélevant destectitesde plus en plus près du cratère, tout se passe comme si les astronautes prélevaient des matières de plus en plus profondes dans l'éjecta de la mer des Pluies, voire dans la couche originelle. Il est donc très important que les astronautes parviennent le plus près possible du cratère.

Objectifs secondaires

Comme toutes les missions Apollo sur la Lune, il est prévu de déployer un ensemble d'instruments scientifiques, l'ALSEP,permettant de réaliser des expériences à la surface de la Lune. Voir l'article détaillé pour la liste des expériences prévues.

En vol, quatre expériences enimpesanteursont planifiées pour Apollo 14:

• séparation parélectrophorèse;
• étude des flux de chaleur et deconvectiondans des liquides et des gaz;
• transfert de liquides;
• moulage de matériaux composites.

Pendant l'exploration de la Lune, le pilote du module de commande resté en orbite est affecté aux expériences suivantes: photographie en haute résolution de futurs sites d'atterrissage, photographie de phénomènes astronomiques de faible intensité lumineuse comme lalumière zodiacaleou leGegenschein,des tests de communication pour déterminer les propriétés réfléchissantes de la surface lunaire aux signaux radioVHFet de labande S,et des tests pour déterminer les variations de la gravité lunaire en observant les variations de l'effet Dopplerdes signaux de bande S.

Plan de la mission

Apollo 14 est une mission de « type H », c'est-à-dire une mission avec atterrissage de précision, un séjour de deux jours au plus sur la Lune, avec deuxsorties extravéhiculaires.

Le plan de vol global est similaire à la missionApollo 12du même type, et ce qu'aurait dû êtreApollo 13.Des dispositions particulières ont cependant été prises pour pouvoir gérer un atterrissage prévu comme étant difficile, avec une phase de recherche d'un site peu accidenté pouvant être longue.

Le MET (Modularized Equipment Transporter).

Pour économiser le carburant duLEMet fournir plus de marge pour l'atterrissage, il a été planifié que lamise en orbite de descentesoit faite par leCSMavec le LEM attaché sur son propre budget de carburant, et non comme précédemment par le LEM seul. Pour les vols précédents, la capsule-mère ne s'était pas rapprochée à moins de 112kmde la surface lunaire. Au cours d'Apollo14, l'ensemble Kitty Hawk/Antarès est descendu à 15kmde la surface lunaire. Ainsi, Antarès s'est détaché beaucoup plus près du sol. Les économies depropergolréalisées ont ajouté 14 secondes à la capacité opérationnelle du LEM, donnant aux astronautes plus de temps pour planer au-dessus de la surface à la recherche d'un site propice et aussi pour se replacer sur une orbite lunaire si cela avait été nécessaire.

Bien que l'objectif principal soit leCone Crater,le site précis d'atterrissage est planifié à environ un kilomètre au sud-ouest du cratère, car les abords directs du cratère sont estimés trop accidentés et pentus. La longue marche jusqu'au cratère nécessite l'utilisation d'une remorque, leChariot à outils lunaire,MET (Modularized Equipment Transporter), qui va faciliter le transport du matériel et la récolte des échantillons. Ce sera la première et la dernière fois que cette remorque sera utilisée, les missions suivantes offrant l'utilisation durover lunaire.

Nouveau plan d'ascension et de rendez-vous.

Sur la Lune, deuxsorties extravéhiculairessont prévues: la première, de quatre heures, consacrée au déploiement de l'ALSEPet aux expériences, et la seconde, de quatre heures et demie, à l'excursion vers leCone Crateret son exploration.

Pour lerendez-vous en orbite lunaire,une optimisation du plan de vol est prévue par rapport aux missions précédentes. Celles-ci utilisaient un plan d'ascension précautionneux, appelée la « méthode coelliptique ». Le LEM décollait pour uneCoelliptic Sequence Initiation(CSI) visant une orbite circulaire à 83kmd'altitude. Arrivé à cette altitude, un changement d'inclinaison de l'orbite (pour avoir une orbite coplanaire avec le CSM) était prévu, si nécessaire, et une seconde orbite circulaire (laConstant Delta H(CDH)) était visée, à 28kmsous le CSM. Enfin, après une période de synchronisation, laTerminal Phase Initiation(TPI) était lancée pour intercepter précisément le CSM.

Ces phases et orbites intermédiaires avaient été décidées pour donner le temps et la possibilité de contrôler précisément les trajectoires, et de tester le bon fonctionnement des moteurs et des systèmes (pilote automatiqueet radars d'approche). Cela laissait également la possibilité au CSM de venir facilement secourir le LEM, en orbite stable, en cas de défaillance du pilote automatique ou des moteurs de celui-ci.

Le pilote automatique d'ascension s'avérant très performant et précis, et les moteurs du LEM très fiables, il a été décidé de simplifier la phase de remontée pour Apollo 14. La TPI sera lancée dès la fin de la mise en orbite initiale. Cette procédure autorise une ascension plus rapide (85 minutes), avec des besoins en carburant réduits. En contrepartie, la fenêtre de tir du décollage du LEM est réduite à 30 secondes, et le sauvetage du LEM en cas de défaillances est plus difficile.

Équipage

L'équipage de la missionApollo 14,nommé par la NASA le6 août 1969a pour commandant le capitaineAlan Bartlett ShepardJr.(USN), pour pilote du module de commande le majorStuart Allen Roosa(USAF) et pour pilote du module lunaire le commandantEdgard Dean Mitchell(USN).

Le commandant, Alan Shepard, a été sélectionné parmi les premiers astronautes, en 1959, et connu comme étant le premier américain dans l'espace, à l'occasion duprogramme Mercury.C'est d'ailleurs le seulastronautede ce programme à marcher sur la Lune. Ayant développé une maladie de l'oreille interne (lamaladie de Menière), il a été exclu de toute mission en vol et est devenu «chef du Bureau des astronautes» denovembre 1963àjuillet 1969.Une opération chirurgicale expérimentale lui rendit toutes ses capacités, et permit son affectation aux missions spatiales. À 47 ans au moment du vol, c'est l'astronaute le plus âgé à avoir marché sur la Lune.

Ses coéquipiers sontStuart Roosa(module de commande, resté en orbite) etEd Mitchell(pilote du module lunaireAntares). LaNASAdut affronter des critiques internes sur le choix de l'équipage et son inexpérience. En effet, seul Alan Shepard avait déjà volé, totalisant seulement quinze minutes dans l'espace lors de sonvol suborbitalMercury.

L'équipage de Shepard devait conduire la missionApollo 13,mais comme il manquait de préparation, les responsables décidèrent d'inverser l'ordre des missions et l'équipage fut affecté à la missionApollo 14.Jim Lovellet ses deux équipiers se retrouvèrent sur la missionApollo 13,qui faillit tourner à la catastrophe.

Les remplaçants (back-up) sont le capitaineEugene Cernan(USN) comme commandant, le capitaineRonald Evans(USN) comme pilote du module de commande et le piloteJoe H Engle(USAF) comme pilote du module lunaire.

Déroulement de la mission

Décollage d'Apollo 14.

Préparatifs, lancement et orbite terrestre

Le compte à rebours final commence à T -28 h, le30 janvier 1971,à 6 heures GMT. Le compte à rebours se déroule sans problèmes, mais un front orageux se développe à T -30 min et commence à sérieusement menacer le Cap Canaveral, ce qui oblige à pauser le compte à rebours pendant 40 minutes, à T -8 min, en raison des risques de foudre. Ce retard sera compensé par une trajectoire légèrement plus rapide vers la Lune, afin que les événements planifiés aient lieu aux temps conformes au planning.

Le lancement a lieu à 21 h 3 min 2 s GMT (16 h 3 min 2 s heure locale), le31 janvier 1971.La mise sur orbite est tout à fait nominale.

Données de la mise sur orbite terrestre

Données de la mise sur orbite terrestre

Date/heure lancement	Azimuth lancement (°)	Apogée de l'orbite (km)	Périgée de l'orbite (km)	Inclinaison (°)
31 janvier 197121 h 3 min 2 s GMT	75,558	185,39	183,16	31,120

Injection et trajet translunaire

Système d'amarrage des vaisseaux Apollo.

L'orbite terrestre est consacrée à la vérification des systèmes. Deux heures et demie après la mise sur orbite, le train lunaire, composé dumodule de service et de commande(CSM) et de l'étage S-IVB,est injecté sur une trajectoire d'intersection avec la Lune.

Latransposition et l'amarrageau LEM, effectuée une demi-heure après l'injection enorbite de transfert,ne se passe pas comme prévu. Après un retournement du CSM et une trajectoire d'approche vers le LEM parfaite, lesystème d'amarrage sonde-cônedu CSM refuse de s'enclencher. Après trois tentatives infructueuses, une pause est décidée, le temps pour Houston d'analyser la situation, pendant laquelle le LEM et le CSM volent en formation, sans être arrimés l'un à l'autre. Un échec de l'amarrage signifierait l'abandon de la mission, et sans doute du programme Apollo tout entier, déjà remis en cause après l'échec d'Apollo 13.

Un ou plusieurs verrous de la sonde refusaient de s'enclencher: ces verrous servent à rendre solidaire le cône et la sonde de manière, quand la sonde se rétracte, à « tirer » le LEM et exercer une forte pression sur les anneaux d'amarrage qui supportent les verrous principaux et les joints entre les deux modules. Pour suppléer à cette force, il a été décidé d'accélérer fortement avec les moteurs d'orientation au moment où la sonde est au fond du cône, afin de simuler cette pression, tout en rétractant la sonde pour provoquer le verrouillage des anneaux. Après trois tentatives supplémentaires, la procédure finit par fonctionner.

Le reste du trajet Terre-Lune se passa sans incidents, avec deux corrections de trajectoire planifiées.

Données sur le trajet Terre-Lune

Données sur le trajet Terre-Lune

GET	Événement	Distance astre le plus proche (km)	Durée (secondes)	$\Delta$V (m/s)
002:28:32.40	Poussée pour l'injection translunaire	184	350,84	3 159,71
003:02:29.4	Début de la transposition/amarrage	7 943,86	-	-
004:56:56.7	CSM arrimé au LEM	38 157,5	-	-
005:47:14.4	Séparation du CSM/LEM du SIV-B	48 706,86	6,9	0,24
030:36:07.91	1recorrection de trajectoire	219 490	10,19	21,67
076:58:11.98	2ecorrection de trajectoire	22 039,36	0,65	1,07

Mise en orbite lunaire et atterrissage

Lever de Terrephotographié pendant la descente d'Antares.

L'insertion en orbite lunaire, qui consiste à passer d'une trajectoire qui contournerait la Lune et reviendrait vers la Terre si elle n'était pas corrigée, à une trajectoire d'orbite elliptique autour de la Lune, a lieu 3 jours 7 heures et 28 minutes après l'injection en orbite de transfert translunaire. Quatre heures plus tard, conformément auplan de vol,le couple CSM/LEM passe en orbite de descente, dont l'altitude minimale (qui sera le point de départ de la phase de descente autonome du LEM) est à peine à 17kmde la surface.

Shepard et Mitchell passent alors dans le LEM et effectuent un contrôle rigoureux des systèmes. La séparation du LEM et du CSM a lieu normalement, et le CSM, piloté par Roosa, se met en orbite circulaire à 110kmd'altitude, de manière à retrouver une orbite permettant les travaux scientifiques de photographie et de tests radio, ainsi qu'une trajectoire simple et sûre permettant un futur rendez-vous avec le LEM.

Peu de temps après la séparation, et avant le début de la descente, Houston détecte une anomalie: le bouton d'annulation de la descente du LEM est vu sur les consoles de contrôle de Houston, de manière intermittente, comme étant appuyé, alors que - manifestement - l'équipage n'a aucunement appuyé sur ce bouton. Ce bouton permet, alors que le LEM est en phase de descente, de larguer en urgence l'étage de descentedu LEM et de passer le pilote automatique dans un programme permettant à l'étage de remontéedu LEM de retrouver une orbite stable autour de la Lune, sur laquelle il sera rejoint par le CSM.

Le problème est extrêmement préoccupant: si le signal d'appui sur le bouton apparaît pendant la descente, alors le programme d'annulation pourrait être lancé, même si le bouton n'a pas été réellement appuyé. Mais est-ce une erreur d'affichage à Houston, une erreur de transmission de l'information à Houston, une erreur informatique ou matérielle? Une série de procédures permet d'aboutir à la réponse: la source du problème est le bouton d'annulation lui-même, dans lequel il y a probablement un court-circuit intermittent.C'est la pire des situations, car le signal sera dans ce cas réellement envoyé à l'ordinateur de bord et déclenchera réellement l'annulation, exactement comme si le bouton avait été réellement appuyé.

Les ressources en oxygène du LEM étant limitées, et l'orbite de descente étant instable, il importe de faire vite pour trouver une solution. Il a été décidé de reprogrammer l'ordinateur de bord, afin qu'il ignore le signal du bouton. Si une annulation réelle devait être nécessaire, il serait toujours possible de la déclencher par une nouvelle commande de l'ordinateur de bord, implémentée à l'occasion de cette reprogrammation. Lepatchdu programme est transmis au LEM, octet par octet, et Mitchell a la lourde responsabilité de reprogrammer, manuellement et également octet par octet, l'ordinateur de bord. Moins de trois heures après la détection du problème, celui-ci est corrigé.

La descente a lieu de manière nominale, mis à part un petit problème de radar d'approche, vite corrigé en l'éteignant et en le rallumant. Après 12 minutes et 44 secondes de descente, l'atterrissage a lieu le5 février 1971à 9 heures 18 minutes 13 secondes GMT, à moins de 46mdu lieu planifié, en faisant l'atterrissage le plus précis de toutes les missions Apollo.

Données sur l'insertion en orbite lunaire et l'atterrissage

Données sur l'insertion en orbite lunaire et l'atterrissage

GET	Événement	Altitude (km)	Durée (secondes)	$\Delta$V (m/s)	Apolune (km)	Périlune (km)
081:56:40.70	Insertion en orbite lunaire	161,86	370,84	-921,2	313	107,6
086:10:52.97	Insertion en orbite de descente	109,64	20,81	-62,7	108.9	16,85
103:47:41.6	Séparation CSM/LEM	56,5	2,7	0,24	111,5	14,45
105:11:46.11	Circularisation orbite CSM	112,05	4,02	23,53	118,34	103,71
108:02:26.52	Descente du LEM	14,45	764,61	-1 696,39	14,45	0
108:15:09.3	Atterrissage	0	-	-	-	-

Activités sur la Lune

Le plan de mission prévoyait deux sorties extravéhiculaires. Une première sortie dédiée aux expériences scientifiques (ALSEP), et une seconde consistant en une expédition vers leCone Crateret la récolte d'échantillons.

Première sortie extravéhiculaire: déploiement de l'ALSEP

Schéma d'installation de l'ALSEP d'Apollo 14.

Les préparatifs de sortie commencent deux heures après l’atterrissage, et Shepard pose le pied sur la Lune — plus de cinq heures après l’atterrissage — avec un retard de 49 minutes, dû à un problème intermittent du système de communication duPLSS,qui put être corrigé par une réinitialisation du système.Mitchell le suit 8 minutes après.

Pour éviter que la poussière qui sera projetée par le décollage du LEM ne vienne recouvrir les instruments, l'ALSEPest déployé à plus de 150mà l'ouest d'Antares.Le transport des instruments dans cette zone donne aux astronautes un premier aperçu des difficultés qu'ils allaient rencontrer dans l'excursion jusqu'auCone Crater.Le terrain, qui semble assez plat à première vue, est en réalité légèrement vallonné avec des dénivelées de deux mètres sur les ondulations du terrain. Cela rend non seulement difficile de trouver des emplacements plats où installer les instruments, mais rend aussi la progression difficile et fatigante.

L'équipage plaça un secondréflecteur lunairesemblable à celui d'Apollo 11et destiné à la mesure de la distance Terre-Lune parlaser.

Ligne de géophones et Mitchell tenant le percuteur.

Une expérience importante de l'ALSEP d'Apollo 14 consistait à installer et exploiter l'ASE (Active Seismic Experiment:expérience de sismographie active). Cette expérience consiste à étudier l'épaisseur des différentes couches géologiques, en utilisant les vibrations sismiques provoquées en différents endroits par un « percuteur » pyrotechnique, et captées par une série degéophones.Cette technique est similaire à celle qui avait été utilisée dans les années 1950 pour mesurer l'épaisseur de l'inlandsis de l'Antarctique,qui s'était avérée beaucoup plus importante que prévu. En plus du « percuteur », les géophones perçoivent également les vibrations provoquées par l'utilisation d'unmortier,qui sera utilisé par télécommande de la Terre, après le départ des astronautes.

L'objectif de cette expérience est de vérifier que la formationFra Mauroest bien la résultante d'unéjectade l'impact ayant formé lamer des Pluies,et dater cet impact en mesurant l'épaisseur de la couche derégolithes'étant déposée depuis cet impact. L'épaisseur de la couche de l'éjecta lui-même doit aussi être évaluée, afin de savoir si leCone Cratera bien « perforé » cette couche pour atteindre le substrat originel de la Lune.

La première sortie aura duré 4 heures 47 minutes et 50 secondes, la distance parcourue par les astronautes a été d'environ 1km,et 20,5kgd'échantillons de précaution ont été collectés.

Première sortie extravéhiculaire

Première sortie extravéhiculaire

GET	Événement
113:39:11	Dépressurisation de la cabine du LEM
113:47:00	Sortie d'Alan Shepard
115:46:00	Déploiement de l'ALSEP
116:47:00	Premières données de l'ALSEP reçues sur Terre
118:27:01	Repressurisation du LEM et fin de l'EVA

Seconde sortie extravéhiculaire: excursion vers le Cone Crater

Trajet planifié (en pointillés) et reconstitué de l'excursion des astronautes vers leCone Crater.

Au temps de mission (GET) 131:08:13, le module lunaire est de nouveau dépressurisé, et Shepard et Mitchell posent à nouveau le pied sur la Lune pour exécuter l'objectif principal de la mission: récolter des échantillons près duCone Crateret le long du trajet. Même si le LEM s'est posé le plus près possible du cratère, il reste environ 1 300mà parcourir à pied, avec un dénivelé d'environ 100mpour atteindre le bord du cratère.

Le trajet n'était pas supposé poser de problèmes particuliers, mais les astronautes s'aperçoivent bientôt qu’atteindre leur objectif sera difficile. Le MET (le chariot servant à transporter outils, instruments et les échantillons récoltés) a tendance à rebondir dans tous les sens, obligeant les astronautes à adopter une marche « terrienne lente » et plus fatigante que les « sauts de kangourou », plus efficaces en faible gravité.De plus, la navigation vers l'objectif s'avère difficile: la plupart des points de repère qui devaient être utilisés pour la navigation se révèlent être dans des dépressions (le terrain étant fortement ondulé) et difficilement visibles, et la parfaite clarté du paysage dans ce monde sans atmosphère perturbe fortement l'estimation des distances parcourues ou restantes.

Shepard à côté du MET, au « point A » du trajet vers leCone Crater.

Les géologues avaient planifié deux sites où les astronautes devaient prélever des échantillons avant leCone Crater:le « site A » (situé au nord du point B où les astronautes se sont réellement arrêtés) et le « site B » (un peu au nord-ouest du point B1 réel, voir schéma). Au bout de 8 min de marche, les astronautes atteignent le point A, qu'ils pensent être le site A. Mitchell doit y faire une expérience degravimétrie,qui s'avère délicate et longue à mener à bien. Le chargement du MET ayant duré une demi-heure, et les expériences et activités au point A 35 min, près d'une heure et quart a déjà été consommée sur le temps alloué de 4h pour l'EVA, et ils ne sont en fait qu'à 150mdu LEM, et le cratère est encore à 1 000mde distance.

Après encore 8 min de marche, les astronautes atteignent le point B, qu'ils pensent plus ou moins être le site B sans en être très sûrs. En fait, ils sont près du site A planifié. PourFred Haise,le Capcomde la mission, les astronautes sont 15 minutes en retard sur leur planning alors qu'ils ont près d'une heure de retard. Une heure et demie après le début de l'EVA, le point B1 est atteint alors que les astronautes - toujours perdus - pensent avoir dépassé le cratèreFlanket approcher du cratère.Le problème est que leCone Craterest littéralement incorporé sur les flancs d'une colline, et ses bords ne sont pas surélevés, le rendant complètement invisible de loin et de dessous.

Arrivé au point B2, après 2 h d'EVA, Shepard pense être très près du bord du cratère, mais Mitchell a des doutes et essaie de persuader Shepard de continuer. Étant arrivé à la moitié du temps prévu pour l'EVA, Shepard est inquiet pour le temps de retour. Houston, pour sa part, indique aux astronautes de considérer que leur position actuelle est le bord duCone Crater.Sur l'insistance de Mitchell, Shepard finit par obtenir une extension de 30 min du temps de l'EVA, augmenté à 4 h 30, et les astronautes continuent à gravir le flanc de la colline.

Débris et rochers, jonchant le sol près du point C1. Le bord du cratère est derrière l'horizon de cette photo, prise vers le nord.

Un quart d'heure plus tard, ils atteignent le point B3. À cet endroit, la vue est dégagée et sans accidents, mais toujours aucun signe visible du bord du cratère. Ils décident de progresser vers le nord-ouest, où la pente est la plus forte, alors que le cratère est en réalité au nord,en dessousd'eux, mais toujours invisible car le bord éloigné du cratère est plus bas que le bord proche.Toutefois, il devient évident qu'ils doivent être près du cratère car le sol est jonché de débris et de roches qui proviennent certainement de l'impact. À ce point, l'extension de 30 min a pratiquement été consommée. Conscients d'être près du but, et étant dans un site géologiquement riche, ils progressent encore jusqu'au point C prime où ils décident de faire demi-tour, sans avoir pu observer le spectaculaire cratère de 300mde diamètre. Sur le retour, ils se rapprochent encore sans le savoir du cratère, jusqu'à la distance de 30 mètres, au point C1.

Le retour versAntaresse déroule sans encombre, celui-ci n'ayant jamais été perdu de vue, et la descente s'avère plus facile que la montée. Après avoir chargé près de 45kgd'échantillons deroche lunairedans le LEM, et avant de s'embarquer définitivement, Al Shepard s'accorde un petit divertissement: il sort une balle de golf de sa poche, monte une tête defer-6sur le manche télescopique d'un collecteur d'échantillons, et tente d'exécuter le premier et à ce jour le seulswinglunaire. La première tentative échoue complètement et le club passe à côté de la balle. La deuxième tentative projette la balle à quelques centaines de mètres (bien que Shepard commente son coup de manière exagérée«Miles and miles!»).

La deuxième sortie aura duré 4 h 35 min et la distance parcourue aura été de près de 3km.

Deuxième sortie extravéhiculaire

Deuxième sortie extravéhiculaire

GET	Point	Distance LEM	Durée	Activités / Roches
131:08:13	LEM	0	-	Dépressurisation de la cabine du LEM
131:13:00	LEM	0	-	Sortie d'Alan Shepard
131:46:00	LEM	0	-	Départ vers leCone Crater
131:53:34	A	150m	32 s 38 s	Gravimétrie
132:34:22	B	300m	4 min 53 s
132:48:38	B1	700m	3 min 04 s	Orientation
132:56:35	B2	840m	3 min	«Big Rock», «old nameless»
133:14:25	B3	1 280m	1 min 24 s
133:21:57	C prime	1 500m	16 min	Point de demi-tour
133:40:24	C1		5 min 49 s	«Saddle Rock»
133:51:57	C2		4 min
134:01:03	E		1 min
134:06:39	F		3 min
134:11:02	G		36 min
134:49:23	G1		2 min
134:55:00	LEM		30 min	Arrivée au LEM, récupération des expériences, chargement échantillons, golf
135:42:54	LEM	0	-	Repressurisation du LEM et fin de l'EVA

Activités dans le CSM pendant la sortie lunaire

Pendant le séjour des astronautes sur la Lune, Roosa effectue un grand nombre d'activités et d'expériences, lui laissant assez peu de temps libre.

Il effectue la première campagne d'observation visuelle systématique de la Lune (qui aurait dû être faite par Apollo 13) et prend pas moins de 758 photos avec sonHasselblad70mm.Il oriente spécifiquement ses observations sur l'étude des traces du volcanisme lunaire et la topographie ducratère Descartes,près duquel atterrira la missionApollo 16.

Une caméra spéciale, une HyconKA-74,dotée d'un objectif de 450mm,était prévue pour photographier précisément etstéréographiquementla topographie du cratère Descartes, afin de certifier que l'on puisse y atterrir. Malheureusement, l'engin dysfonctionne précisément lors du survol de Descartes. Roosa parvient néanmoins à prendre des photos stéréographiques du site, en montant un objectif de 500mmsur l'Hasselblad, et en orientant très précisément le CSM, le tout au prix d'« efforts surhumains »,étant seul pour accomplir toutes les tâches.

Décollage de la Lune, rendez-vous avec le CSM

Après avoir atteint leurs objectifs sur la surface lunaire, Alan Shepard et Edgar Mitchell ont rejoint le module lunaire. Ils ont scellé l'écoutille et préparé le module pour le décollage. Le 6 février 1971, la section ascendante d'Antares a décollé de la surface lunaire. Cette section supérieure du module lunaire était spécialement conçue pour se détacher et décoller, laissant la section inférieure sur la Lune.

Une fois en vol, Antares a effectué une série de manœuvres pour rejoindre le module de commande et de service en orbite lunaire, piloté par Stuart Roosa. Le module lunaire a d'abord réalisé une "orbite de rendez-vous", qui l'a amené à se rapprocher progressivement du module de commande et de service.

Ensuite, Antares a effectué une manœuvre d'amarrage avec le module de commande et de service. Cette manœuvre impliquait l'alignement des ports d'amarrage des deux vaisseaux spatiaux et leur verrouillage mutuel. Une fois l'amarrage réussi, Shepard et Mitchell ont pu retourner dans le module de commande et de service.

Après le transfert des astronautes et des échantillons de roches lunaires dans le module de commande et de service, le module lunaire a été largué. A ce moment, le module de commande et de service était prêt à effectuer la manœuvre d'injection trans-terrestre pour le voyage de retour vers la Terre.

Ce processus entier a nécessité une synchronisation et une précision extrême pour assurer le succès du rendez-vous et de l'amarrage.

Injection et trajet vers la Terre

Une fois le module lunaire largué, le module de commande et de service (CSM) d'Apollo 14, piloté par Stuart Roosa, s'est préparé pour le voyage de retour vers la Terre. C'est ce qu'on appelle l'injection trans-terrestre, un moment crucial de la mission qui consiste à quitter l'orbite lunaire pour se diriger vers la Terre.

Roosa a allumé le moteur principal du CSM pour effectuer cette manœuvre d'injection trans-terrestre. Ce brûlage du moteur a changé la trajectoire du vaisseau spatial de l'orbite lunaire à un chemin de retour vers la Terre. Une fois l'injection trans-terrestre réussie, le CSM était alors en route vers la Terre, marquant le début du voyage de retour.

Le voyage de retour vers la Terre a duré plusieurs jours. Pendant ce temps, le CSM a suivi une trajectoire de retour précise, calculée par les contrôleurs de mission à Houston. Cette trajectoire a été surveillée et ajustée au besoin pour garantir un atterrissage sûr dans l'océan Pacifique, la zone de récupération prévue.

L'injection trans-terrestre et le trajet vers la Terre ont été des moments essentiels de la mission Apollo 14, nécessitant une planification minutieuse, une précision de navigation et une coordination sans faille avec les équipes au sol pour assurer le retour en toute sécurité des astronautes sur Terre.

Rentrée dans l’atmosphère et récupération

Après avoir passé plusieurs jours en voyage trans-terrestre, le module de commande et de service d'Apollo 14, contenant les astronautes Alan Shepard, Edgar Mitchell et Stuart Roosa, s'est approché de la Terre. Cette phase de la mission a été marquée par la rentrée dans l'atmosphère terrestre et la récupération de l'équipage.

La rentrée dans l'atmosphère a commencé par une manœuvre de désorbitation, où le moteur du module de service a été allumé une dernière fois pour ralentir le vaisseau spatial et le faire pénétrer dans l'atmosphère de la Terre. Après cette manœuvre, le module de service, qui avait servi tout au long du voyage de retour, a été largué.

Ensuite, le module de commande, protégé par son bouclier thermique, est entré dans l'atmosphère à grande vitesse. Ce bouclier thermique a protégé l'équipage de la chaleur intense générée par la friction avec l'atmosphère.

Une fois la phase la plus chaude de la rentrée passée, trois parachutes principaux se sont déployés pour ralentir la descente du module de commande. Le 9 février 1971, le module de commande d'Apollo 14 a atterri en toute sécurité dans l'océan Pacifique.

Immédiatement après l'amerrissage, des équipes de récupération ont été déployées. Des plongeurs sont descendus dans l'eau depuis un hélicoptère de récupération, ont stabilisé le module de commande et ont aidé les astronautes à sortir. Ensuite, les astronautes ont été hissés dans l'hélicoptère qui les a transportés vers le navire de récupération, l'USS New Orleans, marquant ainsi la fin réussie de la mission Apollo 14.

Une fois à bord de l'USS New Orleans, les astronautes d'Apollo 14 ont été soumis à un examen médical initial pour s'assurer qu'ils étaient en bonne santé après leur voyage dans l'espace. Ils ont également eu l'occasion de discuter de leur mission avec les officiers du navire et les représentants de la NASA.

Le module de commande a également été récupéré et transporté sur le navire. Les échantillons lunaires collectés par Shepard et Mitchell ont été sécurisés et préparés pour le transport vers les laboratoires de la NASA pour une analyse plus approfondie.

Après une courte période passée à bord de l'USS New Orleans, les astronautes ont été ramenés sur le continent américain où ils ont été accueillis en héros. Ils ont passé les semaines suivantes à débriefer en détail leur mission avec les équipes de la NASA, à analyser les résultats et à partager leurs expériences avec le public et la communauté scientifique.

La mission Apollo 14 a ainsi marqué une étape importante dans l'exploration de la Lune par l'humanité, et ses réussites ont permis de jeter les bases des missions Apollo suivantes.

Conclusion

Résultats scientifiques

Coupe du site de Fra Mauro, selon les résultats de l'ASE.

Le sismomètre actif ASE a permis de mesurer l'épaisseur de la couche derégolithesur le site deFra Mauro:environ 8,5 mètres en moyenne (avec des ondulations sur une épaisseur de deux mètres), en accord avec l'estimation théorique de 6 à 12 mètres. L'épaisseur de l'éjecta sous-jacent a été mesurée à 75 mètres.L'analyse de l'exposition du régolithe auxrayons cosmiquesa montré que leCone Cratera été formé il y a 25 millions d'années. L'impact duCone Craterayant eu lieu sur une colline de 100mde hauteur, le cratère n'a pas été suffisamment profond pour atteindre le substrat en dessous de l'éjecta.

Brèche de 9kg(« Big Bertha ») ramassée au point C1 (le plus proche du cratère).

Les roches ramenées de la Lunepar Apollo 14 sont parmi les plus complexes et difficiles à étudier. Ce sont toutes desbrèches,c'est-à-dire des roches constituées enconglomératde fragments de roches préexistantes (desclastes), au sein d'une matrice pouvant être du régolithe ou de la roche pulvérisée fondue par des impacts, formant une sorte deroche ignée,ou une cristallisation de sédiments formant alors uneroche métamorphique.Dans les échantillons deFra Mauro,les brèches se révèlent très majoritairement à matrice ignée. Les clastes inclus dans ces brèches peuvent être à leur tour d'autres brèches, parfois jusqu'à trois ou quatre générations, témoignant d'une formation tourmentée au sein d'une succession d'événements cataclysmiques. Ils ont très souvent une teneur élevée en matériaux radioactifs et enterres rares:ces échantillons ont aidé à identifier le composant nomméKREEP,abondant dans la région de la mer des Pluies, et à former un scénario de formation de la croûte et du manteau lunaire.

Un des objectifs scientifiques principaux de la mission était de dater l'impact ayant créé lamer des Pluies.Les roches ignées, abondantes sur le site deFra Mauro,permettent unedatation radiométriquedes événements d'impact, car la chaleur « remet à zéro » les horloges isotopiques: l'âge mesuré est alors l'âge de l'impact et non l'âge des roches elles-mêmes qui peuvent être bien plus anciennes.Bien que les roches ramenées soient très probablement des éléments de l'éjecta de cet impact, il n'est pas clair de savoir précisément lesquelles,ce qui complique la datation. Les clastes inclus dans les brèches peuvent être issus d'impacts différents et se sont révélés en effet groupés en deux périodes, une entre 3,83 et 3,85 milliards d'années, et une autre entre 3,87 et 3,96 milliards d'années. On a supposé que les brèches se sont formées dans l'intervalle le plus jeune, ce qui date l'impact de la mer des Pluies à il y a 3,84 milliards d'années environ.

L'autre groupe, plus ancien, correspond à des clastes créés longtemps avant l'impact sur le site de la mer des Pluies, et projetés vers le sud lors de l'impact.Le claste le plus ancien (3,96 milliards d'années) s'est avéré être un claste igné (alors que la majorité sur ce site étaient métamorphiques) et montre que le volcanisme existait avant la période de remplissage desmers lunaires(il y a 3 à 3,5 milliards d'années). Il s'agit d'un autre type debasalteque celui des mers, plus riche enaluminium,et qualifié de « non-mare basalt ».

Un autre objectif scientifique était de déterminer le scénario de création de la formation Fra-Mauro. Les échantillons vont plutôt dans le sens de confirmer que la formation Fra-Mauro est bien un gigantesque éjecta de l'impact de la mer des Pluies (un scénario volcanique avait aussi été imaginé).Il y a 3,84 milliards d'années, un projectile d'une taille de 50 à 100kmde diamètre a percuté la Lune sur le site de la mer des Pluies. Un éjecta composé de roches du site originel et de roches créées lors de l'impact a été projeté sur des centaines de kilomètres dans toutes les directions. Il y a 25 millions d'années, un météore a créé le Cone crater, venant perforer l'éjecta, permettant à Shepard et Mitchell de rapporter ces échantillons complexes sur Terre.

Enfin, des centaines de graines d'arbres (Moon tree) ont été mises en orbite autour de la Lune au cours de cette mission, puis ont subi une germination normale de retour sur terre.

En2019,il a été mis en évidence que l'échantillon 14321 rapporté par Apollo 14 contient la rocheterrestrela plus âgée connue à ce jour, datée de 4,1 milliards d'années (la roche terrestre la plus vieille découverte sur Terre date de 3,9 milliards d'années).Cet échantillon est unebrèchedont l'une des inclusions de deux grammes contient des matériaux typiques de la Terre de l'époque et rares sur la Lune:zircon,quartz,feldspath,formés en présence abondante d'oxygène. On suppose que cette roche a été éjectée de la Terre par un impact géant d'astéroïde, excavant des roches jusqu'à 20km de profondeur et éjectant les débris avec une énergie suffisante pour atteindre lavitesse de libérationterrestre et voyager jusqu'à la Lune. Il aurait refait surface il y a 26 millions d'années lors de l'impact duCone Crater.

Résultats opérationnels

La mission Apollo 14 a mis en évidence la très grande difficulté de se déplacer et de s'orienter à pied sur la Lune. La mission avait été planifiée comme une mission « type H » idéale,qui ne devait pas poser de problèmes particuliers, mais l'objectif a pourtant été atteint de justesse. La mission originelle d'Apollo 13prévoyait d’atterrir à 2kmà l'ouest du cratère, et c'estJim Lovellqui avait insisté pour réduire la distance à 1,25km,point atterrissage retenu également pour Apollo 14.Si le point originel avait été utilisé, la mission n'aurait probablement pas été accomplie.Le facteur limitant principal a été letemps,et bien que les PLSS aient une autonomie de sept heures, les marges de sécurité et les temps de préparation de sortie et d'entrée du LEM réduisent le temps utile à quatre heures environ.

Il est devenu évident après cette mission que la marche à pied n'était pas la manière adéquate d'explorer la Lune car trop de ce temps précieux était consacré aux trajets, exténuants et sans valeur scientifique. Cette expérience a validé le concept de mission de « type J », incluant un véhicule, le rover lunaireLRV,qui allait être utilisé dès la mission suivante,Apollo 15.

La gestion des décisions lors de la difficile excursion vers le Cone crater a été critiquée.Dans quelle direction aller?, quel site ou expérience est à privilégier?, quelles actions sont nécessaires à chaque étape? (prendre des photos, décrire sur papier, quels échantillons doivent être décrits ou rapportés, etc.) sont autant de questions qui n'ont pas toujours reçu les réponses les plus satisfaisantes. Une "back room" composée de géologues était disponible à tout moment pour orienter les décisions mais n'a pas fonctionné efficacement selonDave Scott,futur commandant d'Apollo 15,qui travaillera à leur réorganisation.

Notes et références

Sources et bibliographie

Rapports et documents officiels antérieurs à la mission

• (en)Apollo 14 press kit,janvier 1971,113p.(lire en ligne[PDF])
  Dossier de présentation à la presse de la mission Apollo 14

Rapports et documents de la NASA postérieurs à la mission

• (en)NASA - Centre spatial Johnson,Apollo 14 mission report,mai 1971,272p.(lire en ligne[PDF])
  Rapport post mission décrivant son déroulement, ses performances, les anomalies rencontrées,... (MSC-04112)
• (en)NASA - Centre spatial Johnson,Apollo 14 Technical Crew Debriefing,17 février 1971,286p.(lire en ligne[PDF]).
  Débriefing de l'équipage à l'issue de la mission Apollo 14 (interviews).
• (en)NASA - Centre spatial Johnson,Apollo 14 Preliminary Science Report,1971,308p.(lire en ligne[PDF]).
  Rapport scientifique préliminaire de la mission Apollo 14 (SP-272).
• (en)NASA - Centre spatial Johnson,Apollo 14 rock sample,mai 1978,410p.(lire en ligne).
  Catalogue des roches lunaires collectées dans le cadre de la mission Apollo 14.
• (en)NASA - Centre spatial Johnson,Apollo mission trajectory reconstruction and postflight evbaluation of the Apollo 14 spacecraft trajectories,26 mai 1971,54p.(lire en ligne[PDF]).
  Reconstruction de la trajectoire de descente du module lunaire d'Apollo 14 vers la surface de la Lune.

Ouvrages de la NASA décrivant le déroulement de la mission

• (en)Eric M. Jones et Ken Glover, «Apollo 14 surface journal», surApollo Surface Journal,NASA
  Portail regroupant l'ensemble des documents officiels disponibles sur le déroulement de la mission Apollo 14 à la surface de la Lune ainsi que la transcription des échanges radios.
• (en)DavidWoods,Lennox J.Waugh,BenFeistet RonaldHansen,«Apollo 14 flight journal», surApollo Flight Journal,NASA,2017
  Déroulement de la mission Apollo 14 durant les phases de vol: transcription des échanges radios associée à des explications de spécialistes.
• (en)Eric M.Jones,«Apollo 14 Image Library».
  Liste commentée des photos prises durant le séjour sur la Lune de l'équipage de la mission Apollo 14 et durant son entrainement.
• (en)W. David Compton,Where No Man Has Gone Before: A History of Apollo Lunar Exploration Missions,1989(lire en ligne)
  Histoire du projet scientifique associé au programme Apollo (document NASA n° Special Publication-4214).

Autres ouvrages

• (en)David M Harland,Exploring the moon: the Apollo expeditions,Chichester, Springer Praxis,2008,2^eéd.,403p.(ISBN978-0-387-74638-8,BNF41150292,LCCN2007939116)
  Déroulement détaillé des séjours lunaires des missions Apollo avec nombreuses illustrations, contexte géologique détaillé et quelques développements sur les missions robotiques de cette période.
• Edgar Mitchell,La Terre se lève: Notre Monde depuis la Lune,Éditions JP Otelli, 2018, (traduction Renaud Joseph).(ISBN978-2-37301-075-6)

• (en)David M Harland et Richard W. Orloff,Apollo: The Definitive Sourcebook,Springer Praxis,2006,633p.(ISBN978-0-387-30043-6,LCCN2005936334):

• (en)W.David Woods,How Apollo flew to the moon,New York, Springer,2008,412p.(ISBN978-0-387-71675-6,BNF41068536,LCCN2007932412):

p.49

• Paul SpudisThe Once and Future MoonSmithonian Institute, 1996:

• Don E. WilhelmsTo a Rocky MoonUniversity of Arizona Press 1993:

Voir aussi

Articles connexes

• Programme Apollo
• Géologie de la Lune
• formation géologique Fra Mauro
• ALSEP

Liens externes

• (en)Apollo 14 sur le site Lunar and Planetary Institute
• (en)«Apollo 14: A View from Antares», surAstronomy Picture of the Day,NASA, 03/23/2024(consulté le3 février 2024)(traduction/adaptation française).