Apollo 11

La mission est lancée depuis le centre spatial Kennedy le par la fusée géante développée pour ce programme. Elle emporte un équipage composé de Neil Armstrong, commandant de la mission et pilote du module lunaire, Edwin Aldrin, qui accompagne Armstrong sur le sol lunaire, et Michael Collins, pilote du module de commande qui restera en orbite lunaire. Armstrong et Aldrin, après un alunissage comportant quelques péripéties, séjournent et à la surface de la Lune et effectuent une sortie extravéhiculaire unique d'une durée de et demie. Après avoir redécollé et réalisé un rendez-vous en orbite lunaire avec le module de commande, le vaisseau "Apollo" reprend le chemin de la Terre et amerrit sans incident dans l'océan Pacifique à l'issue d'un vol qui aura duré en tout .
Au cours de la mission , 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' 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.
Le programme Apollo est lancé par le président John F. Kennedy en 1961 avec comme objectif de faire atterrir un homme sur la Lune ; il s'agit de démontrer la supériorité des États-Unis sur l'Union soviétique dans le domaine spatial, devenu un enjeu politique dans le contexte de la Guerre froide qui oppose les deux superpuissances de l'époque. L'objectif semble particulièrement ambitieux car à cette date aucun vol orbital habité américain n'a encore été réalisé. Pour remplir l'objectif fixé par le président, l'agence spatiale américaine, la NASA, lance plusieurs programmes spatiaux destinés à préparer les futures expéditions lunaires : le programme Gemini pour mettre au point les techniques de vol spatial et des programmes de reconnaissance (Programme Surveyor, Ranger, etc.) pour, entre autres, cartographier les zones d'atterrissage et déterminer la consistance du sol lunaire. Pour atteindre la Lune, les responsables finissent par se rallier à la méthode audacieuse du Rendez-vous en orbite lunaire, qui nécessite de disposer de deux vaisseaux spatiaux dont le module lunaire destiné à l'atterrissage sur la Lune. La fusée géante de Saturn V, capable de placer en orbite basse , est développée pour lancer les véhicules de l'expédition lunaire. Le programme draine un budget considérable (135 milliards de dollars US valeur 2005) et mobilise jusqu'à personnes. L'incendie au sol du vaisseau spatial Apollo 1, dont l'équipage périt brûlé, entraine un report de près de deux ans du calendrier.
Après plusieurs missions sans équipage destinées à tester en orbite terrestre basse la fusée Saturn V et les deux vaisseaux spatiaux, la NASA lance dans un laps de temps très court de 7 mois quatre missions avec équipage qui permettent d'achever la qualification des vaisseaux en effectuant une répétition des différentes phases d'une mission lunaire hormis l'atterrissage. Toutes ces missions se déroulent sans anomalie majeure :
L'équipage d'Apollo 11 est composé de Neil Armstrong, qui commande la mission et qui doit piloter le module lunaire jusqu'à la surface lunaire, Buzz Aldrin, deuxième membre de l'équipage à aller sur le sol lunaire et Michael Collins qui est le pilote du module de commande.
En cas de défaillance de l'équipage titulaire avant l'envol (maladie, accident...), celui-ci doit être remplacé par Jim Lovell (commandant), Fred Haise (copilote du module lunaire) et Bill Anders (pilote du module de commande).
Durant le déroulement de la mission, une équipe installée au centre de contrôle des vols habités à Houston maintient le contact avec l'équipage en transmettant les instructions des techniciens et des scientifiques au sol et en répondant aux demandes des astronautes d'Apollo 11. Les hommes qui forment cette équipe, baptisés CAPCOM ("Capsule Communicator" interlocuteur vaisseau), sont des astronautes qui se relaient pour assurer une couverture permanente 24 heures sur 24 : Charles Moss Duke, Jr., Ronald Evans, Owen Garriott (CAPCOM), Don L. Lind, Ken Mattingly, Bruce McCandless II, Harrison Schmitt, Bill Pogue, Jack Swigert.
Les responsables au sol de la mission, chargés de prendre les décisions importantes en cas d'imprévu, sont Cliff Charlesworth (lancement et activité extravéhiculaire), Glynn Lunney, Gene Kranz, (Atterrissage sur la Lune) et Milt Windler.
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 : déposer un homme sur la Lune et revenir sur Terre, avant la fin de la décennie.
Les objectifs secondaires de la mission sont :
Le site d'atterrissage sur la Lune devait répondre à un grand nombre de contraintes :
Trente sites d'atterrissage avaient été passés en revue par un comité de sélection interne de la NASA en s'appuyant sur les observations réalisées à l'aide de télescopes terrestres. Les sondes lunaires du programme Lunar Orbiter ont effectué entre 1966 et 1967 une reconnaissance photographique de la Lune des sites présélectionnés. Un seul site, situé dans la mer de la Tranquillité, parvient à satisfaire l'ensemble des contraintes énoncées ci-dessus.
Le à UTC ( heure locale) le lanceur Saturn V, pesant plus de 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 . 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 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 du lieu prévu à l'origine, le dimanche 20 juillet 1969 à 20:17:40 UTC (, 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 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 UTC ( heure française ; le 20 juillet 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 : ().
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 ' 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 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 : '. 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 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 (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 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 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 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 d'échantillons de sol lunaire et la sortie extravéhiculaire a duré durant laquelle ils ont parcouru . 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 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 et 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 et amerrit 15 minutes plus tard à TU dans l'océan Pacifique à du point visé : l'amerrissage a lieu à à l'est de l'atoll de Wake et à au sud de l'atoll Johnston. Le porte-avion USS "Hornet" chargé de récupérer l'équipage se trouve à 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 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 révêlent être des basaltes riches en fer et en magnésium qui se sont cristallisés il y a 3,57 à 3,84 milliards d'années. Ils sont très proches dans leur composition des roches terrestres bien que plus riches en titane : cette particularité est à l'origine de la couleur plus foncée des mers lunaires. Leur existence constitue la preuve que la Lune est un corps différencié invalidant la théorie d'une Lune constituée du matériau primitif du Système solaire défendue par Urey. Une des caractéristiques les plus frappantes est l'absence de minéraux hydratés. La faible proportion en sodium a entrainé une grande fluidité des laves qui ont formé le basalte ce qui explique l'absence de relief à la surface des mers lunaires.
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 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.
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 à . En améliorant les techniques utilisées, de nouvelles mesures ont permis de ramener cette incertitude à 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 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.