Gemini 9

La mission Gemini 9 est planifiée pour le 17 mai 1966. Un lanceur Atlas-Agena doit être lancé en tant que future cible orbitale pour cette mission suivie, 100 minutes plus tard, du lanceur Titan II GLV de Gemini 9. Mais le lancement de l'étage Agena est un échec : 130 secondes après le décollage, et dix secondes avant la séparation du premier étage, un des deux moteurs principaux du premier étage Atlas dysfonctionne : la tuyère se met à s'orienter de manière aléatoire déstabilisant la trajectoire du lanceur, qui s'abîme dans l'océan Atlantique.

À la suite de cet échec, la NASA est confrontée à un problème : comment faire voler la mission Gemini 9 le plus tôt possible, sans retarder le programme Gemini et le programme Apollo ? Il n'y a plus de cible Agena disponible, et les manœuvres de rendez-vous sont capitales pour la suite du programme. Un rendez-vous avec l'étage Agena de Gemini 8, toujours sur orbite, n'est pas possible car son orbite est trop dégradée, et ne dispose plus de carburant à la suite de tests ayant suivi l'échec de Gemini 8.

Mais, à la suite de l'explosion du lanceur Atlas avant la mission Gemini 6, la NASA avait chargé McDonnell Aircraft Corporation de concevoir une autre cible à bas coût, dénommée Augmented Target Docking Adapter (ATDA). Il est décidé de créer rapidement un autre lanceur cible, constitué d'un lanceur Atlas et de cette cible ATDA.

Le problème est que la cible ATDA est dépourvu, contrairement à l'étage Agena, de tout moteur-fusée : il était prévu que - après rendez-vous - le moteur-fusée de l'Agena soit utilisé pour augmenter l'altitude de la mission, pour rendre possible des manœuvres de rendez-vous complexes. Cela n'est plus possible, mais le reste de la mission peut rester quasiment identique. La nouvelle mission est planifiée pour le 1^er juin 1966, et prend à cette occasion la dénomination de Gemini 9A, la mission étant différente.

Le 1^er juin, le lancement a lieu sans problème, bien que la télémétrie indique que la coiffe de protection du module d'amarrage de la cible ATDA ne s'éjecte pas correctement, ce qui compromet toute tentative d'amarrage. Le lancement de Gemini 9A, lui, souffre de défaillances dans les communications entre les ordinateurs de bord et le sol, provoquant l'annulation de son lancement et un report de 48 heures.

Le lancement de Gemini 9A, le 3 juin 1966.

Gemini 9A est finalement lancé le 3 juin 1966, à 08 h 39 du matin. À la troisième orbite, le rendez-vous avec la cible ATDA est effectué et Gemini 9A s'en rapproche à moins de 8 mètres. En s'approchant, l'équipage est en mesure de confirmer que les boulons explosifs ont fonctionné mais que les câbles de maintien, trop bien serrées, maintiennent la coiffe en place, faisant ressembler la cible ATDA à un « alligator en colère » selon l'expression de Thomas Stafford.

Des tentatives sont faites pour essayer d'enlever la coiffe : des ordres sont envoyés pour resserrer ou desserrer le collier maintenant la coiffe en place à sa base, sans succès autre que d'ouvrir ou fermer les « mâchoires » de l'alligator. Une manœuvre est envisagée où Stafford approche le vaisseau Gemini, et essaie d'enlever la coiffe avec le « nez » du vaisseau Gemini ; solution abandonnée car le nez contient les parachutes d’amerrissage qui risquent d'être endommagés dans la manœuvre.

La cible ATDA, ressemblant à un « alligator en colère » à la suite du mauvais largage de la coiffe.

Deke Slayton a rapporté que Buzz Aldrin se fait alors l'avocat d'une solution où Eugene Cernan fait une sortie extravéhiculaire (EVA), pour tenter de couper le collier avec des ciseaux chirurgicaux issus de la trousse de secours de Gemini-9A. Des tests sont faits au sol pour simuler cette solution, qui montrent des risques substantiels, étant donné les bords coupants de la coiffe, les risques d'explosion des boulons explosifs qui ne se sont pas déclenchés, et le manque total d'expérience de travaux en sortie extravéhiculaire. Slayton explique qu'il a eu du mal à maintenir Aldrin dans l'équipage de Gemini 12, Robert Gilruth – le directeur du Manned Spaceflight Center de Houston – étant inquiet de voir voler un homme pouvant imaginer une solution aussi risquée[C 1].

Toute tentative d'amarrage est abandonnée, mais les deux rendez-vous complémentaires programmés sont tout de même réalisés sans amarrage.

Le second rendez-vous consiste à simuler la panne du radar de rendez-vous, et effectuer un rendez-vous en n'utilisant qu'un sextant, les étoiles, un ordinateur rudimentaire et une règle à calcul, pour démontrer la faisabilité d'un rendez-vous dans ces conditions. Cinq heures après le début de la mission, Stafford place le vaisseau spatial sur une orbite synchronisée à celle de la cible, c'est-à-dire possédant la même période de révolution, mais avec un apogée et un périgée différents. Pour ce faire, il effectue une poussée radiale de 35 secondes vers le bas, et l'équipage commence une série de quatre manœuvres pour se retrouver sur l'orbite de la cible ATDA[E 1].

Cela s'avère extraordinairement difficile – il suffit d'une très légère erreur pour se perdre définitivement – et épuisant intellectuellement et physiquement. Malgré tout, une orbite plus tard - six heures et demie après le début de la mission - Gemini 9A arrive à retrouver la cible ATDA. Mais les deux astronautes sont tellement épuisés, qu'une période non planifiée de repos de sept heures est accordée par Houston : il reste un rendez-vous complexe à effectuer et une sortie extravéhiculaire.

Cernan pendant le vol.

Le troisième rendez-vous consiste à simuler les procédures qu'un module de commande et de service Apollo doit réaliser pour secourir un module lunaire en panne en orbite lunaire basse. Gemini doit donc faire son rendez-vous « par le haut », rendant la cible ATDA pratiquement indétectable visuellement sur le fond lumineux et brillant de la Terre. L'ordinateur de bord gérant mal les données du radar de rendez-vous dans ces conditions, c'est de nouveau à la règle à calcul et aux étoiles que ce rendez-vous est fait. Stafford place le vaisseau spatial sur une orbite quasi circulaire à 308 km d'altitude (la cible ATDA est sur une orbite circulaire de 298 km d'altitude). En trois heures, dix-sept heures après le début de la mission, ils arrivent à rejoindre la cible ATDA. Mais la procédure dure plus longtemps que prévu, ne laissant que juste assez de carburant pour la désorbitation et la rentrée dans l'atmosphère.

Mais Stafford et Cernan sont de nouveau complètement épuisés. Normalement, la sortie extravéhiculaire doit être faite dans la foulée, mais Stafford – prenant ses responsabilités de commandant – revendique une nouvelle période de repos à Houston, qui accueille cette demande presque comme une mutinerie[C 2], mais finit par l'accorder. Les deux astronautes peuvent s'endormir pour dix heures de repos.

Pendant ce temps, Houston s'interroge : la sortie extravéhiculaire doit-elle être pratiquée étant donné l'état physique des astronautes et le niveau restant de carburant ? Il est décidé que Gemini 9A passe une journée entière à dériver dans l'espace, en prenant des photos et en pratiquant des expériences mineures pour laisser à l'équipage le temps de complètement récupérer, avant de procéder à la sortie dans l'espace le troisième jour.

Parmi les expériences réalisées, des photographies de la lumière du ciel nocturne, de la lumière zodiacale, et de la Voie lactée, qui devaient être réalisées lors de la sortie dans l'espace, sont prises finalement de l'intérieur du vaisseau pour des problèmes d'ordre technique. Quarante-quatre images utilisables sont faites, ainsi que 160 photographies de la Terre. Une expérience médicale est réalisée, consistant à étudier les effets du stress sur les sécrétions de liquide biologique, ce qui implique de recueillir et de libeller soigneusement toutes leurs sécrétions ; tâches peu gratifiantes auxquelles les astronautes se soumettent de mauvaise grâce[E 2].

Le 5 juin, l'équipage dépressurise la cabine et Cernan commence sa sortie extravéhiculaire (EVA). C'est la deuxième sortie dans l'espace effectuée par les Américains après celle de Edward White lors de Gemini 4, exactement un an et deux jours auparavant. Il n'existe donc à ce moment pratiquement aucun retour d'expérience sur ce genre de sortie, celle d'Ed White ayant duré seulement 21 minutes, sans activité spéciale.

L'AMU sur le dos d'un astronaute, et sa console de contrôle sur le devant.

Cette sortie est planifiée pour durer 2 heures 30, et doit permettre de tester une unité de manœuvre qui permet de propulser et orienter un astronaute dans l'espace : l'AMU. Cet engin est une sorte de sac à dos rectangulaire, pesant 69 kg, et possédant une sorte de selle où l'astronaute peut prendre place. Il dispose de 12 petits propulseurs, permettant l'orientation et la propulsion, utilisant du peroxyde d'hydrogène. Il contient également des systèmes de stabilisation manuels et automatiques, un système de support de vie intégré permettant de couper tout lien avec le vaisseau Gemini, et des systèmes de communication et de télémétrie.

Gemini 8 devait effectuer une sortie extravéhiculaire préalable, avant d'essayer l'AMU, mais cette mission a été annulée. Cernan doit alors dans la même mission effectuer la première sortie dans l'espace complexe et le test de l'AMU.

Une des rares photos de Cernan durant la sortie extravéhiculaire.

Cernan sort donc du vaisseau à 10 h 02 (heure de Houston), à la 31^e orbite. Il est relié au vaisseau Gemini par un « cordon ombilical » de 7,5 mètres, apportant l'oxygène, l’électricité et les communications en provenance du vaisseau, et retournant à celui-ci les données médicales de l'astronaute. La combinaison spatiale, pressurisée et épaissie par un système d'isolation et de climatisation nécessaire à la sortie dans l'espace, est presque complètement rigide – « elle a la flexibilité d'une vieille armure rouillée »[C 3], rendant tout mouvement difficile et exténuant.

Après avoir détaché un détecteur d'impact de micrométéorites et attaché une sorte de rétroviseur sur le nez de Gemini-9A, permettant à Stafford de suivre plus aisément la sortie, Cernan doit évaluer comment un astronaute peut se déplacer en agissant sur son ombilical, et en utilisant les points d'accroche sur le vaisseau. Il éprouve bientôt de grandes difficultés à se déplacer et à contrôler les mouvements de l'ombilical, qui semble mener sa propre vie, et – par le jeu d'action/réaction – perturbe à tout instant la trajectoire de l'astronaute qui a grand mal à se stabiliser. Le vaisseau n'est pourvu que de quelques points d'accroche, insuffisants pour que Cernan puisse se stabiliser et se déplacer efficacement.

Après 30 minutes passées à se battre avec l'ombilical et tenter de se stabiliser, Cernan fait une pause et s'apprête à tester l'AMU. Celui-ci est stocké à l'arrière du vaisseau Gemini, dans une baie de stockage (le vaisseau Gemini n'a pas de moteur principal à l'arrière) que Cernan doit atteindre pour mettre en service l'AMU et transférer l'ombilical d'alimentation d'oxygène et de communications du vaisseau vers l'AMU avant de commencer à utiliser l'engin.

Vue de la baie d'équipement à l'arrière de la capsule Gemini 9A. L'AMU est stocké au centre. Les deux trous en haut et en bas sont deux petites tuyères permettant les changements d'orbites et la désorbitation.

Cernan progresse méthodiquement vers l'arrière du vaisseau, et – au moment où il atteint celui-ci – le vaisseau spatial passe du côté obscur de la Terre. Cernan doit donc travailler à la lumière de ses deux lampes torches situées sur son casque, dont l'une s'avère être en panne. Handicapé par le manque de lumière, la rigidité de sa combinaison et surtout par le manque de point d'appui sur le vaisseau spatial pour se stabiliser, Cernan met cinq fois plus de temps que prévu à mettre en service l'AMU, 01 h 37 se sont déjà écoulées.

Cette mise en service nécessite des efforts considérables, et le système de climatisation de la combinaison a du mal à compenser la chaleur et la sueur dégagées par Cernan. Les données médicales recueillies au sol montrent que Cernan brûle autant d'énergie que s'il monte cent marches par minute, et son cœur bat trois fois plus vite que la normale[E 3]. De la buée commence à se former à l'intérieur du casque, qu'il est impossible d'enlever autrement qu'avec le bout de son nez. De plus, Cernan se détache de l'ombilical du vaisseau pour se rattacher à l'AMU, les communications passent maintenant par l'AMU, et s'avèrent extrêmement mauvaises.

Face à toutes ces difficultés, Stafford prend de nouveau ses responsabilités de commandant et annule le test de l'AMU. Il reste 25 minutes avant que le vaisseau ne passe de nouveau du côté obscur de la Terre et Cernan doit se détacher de l'AMU et rentrer dans le vaisseau, ce qui n'est pas la partie la plus facile de la sortie dans l'espace.

En effet, la place à l'intérieur du vaisseau Gemini est très exiguë, de l'ordre du volume des deux places avant d'une automobile. La combinaison étant très rigide, et les positions possibles dans le vaisseau très restreintes, Cernan peine à rentrer dans le vaisseau Gemini. Dans l'action, Cernan donne accidentellement un coup de pied dans la caméra Hasselblad ayant photographié toute la sortie, qui est projeté dans l'espace, ce qui explique qu'il n'existe que très peu de photos de cette sortie. Presque rentré dans le vaisseau, Cernan s'aperçoit qu'il ne peut pas fermer l'écoutille. Il est contraint de se tasser comme il peut, dans une position extrêmement douloureuse qu'il ne peut soulager que lorsque le vaisseau est enfin pressurisé et que la combinaison s'assouplit quelque peu. La sortie a duré 02 h 09.

L'ASMU essayé par Gerald Carr dans l'atelier orbital du Skylab.

Les Américains renoncent à essayer l'AMU dans le cadre du programme Gemini, attendant 1973 pour confier aux astronautes Alan Bean puis Gerald Carr le soin de le faire à l'intérieur de la station spatiale Skylab, sous le nom de ASMU (Automatically Stabilized Maneuvering Unit). Et ce n'est qu'en 1984 que Bruce McCandless effectue la première sortie autonome, depuis la navette spatiale Challenger, l'appareillage prenant cette fois le nom de Manned Maneuvering Unit (MMU).

Cernan et Stafford descendant de la capsule, après que celle-ci a été transférée sur le navire récupérateur.

À la fin de la 47^e orbite, Gemini 9A entame la procédure de rentrée dans l'atmosphère. Après une descente sans problème, Gemini 9A amerrit à 550 km à l'est de Cap Canaveral. C'est un des amerrissages les plus précis, avec une erreur de moins de 700 m par rapport au point planifié. Ils sont si près du navire récupérateur, l'USS Wasp (CV-18), que les astronautes sont restés à l'intérieur de la capsule, tandis que celle-ci est transférée sur le navire.

Après la mission, il est apparu que le problème de la coiffe était dû à un problème de communication entre McDonnell Aircraft Corporation qui construisait l'ATDA, et Douglas Aircraft Company (à l'époque entités séparées) à qui était sous-traitée la coiffe. Un ingénieur de Douglas a validé le fonctionnement de la coiffe, mais sans raccorder les câbles commandant l'explosion des boulons, pour des raisons de sécurité. Ayant dû quitter précipitamment le test car sa femme était enceinte, il a laissé une note pour les ingénieurs de McDonnell demandant de « raccorder les câbles ». Le lendemain, ceux-ci ont tenté de raccorder les câbles, en suivant une documentation peu claire de McDonnell, elle-même mal copiée depuis la documentation de Douglas, et ont raccordé comme ils ont pu[E 4].

La commission d'enquête en tira des conséquences pour établir des procédures plus rigoureuses quand plusieurs sous-traitants sont impliqués dans un même système.

Les réunions-bilan (débriefings) conclurent que les difficultés du travail en sortie extravéhiculaire ont été sous-estimées et non anticipées. Parmi les mesures et actions prises pour préparer au mieux les futures sorties dans l'espace, on compte notamment [E 5] :

• L'amélioration de l'entraînement des astronautes aux sorties extravéhiculaires dans un laboratoire de flottabilité neutre — une piscine chargée de reproduire au maximum les conditions de travail en apesanteur — qui est mis en œuvre dès la rentrée 1966.
• Un raccourcissement de l'ombilical de 7,5 m à 4 m, pour éviter la formation de boucles et diminuer les mouvements propres de l'ombilical.
• La mise en place de davantage de points d'appui et d'accroche sur l'extérieur du module de commande, ainsi que de cavités pour pouvoir placer et arrimer les pieds.
• D'après Jack Schmitt, astronaute sur Apollo 17, la sortie dans l'espace de Gemini 9A a mis en évidence les problèmes de climatisation des combinaisons spatiales, et permis de gérer le problème pour les missions Apollo. En effet, c'est à la suite des problèmes de Cernan que la climatisation des combinaisons Apollo par refroidissement liquide est imaginée et mise au point (au lieu de refroidissement par air pour Gemini)[1].

• (en) Barton C. Hacker et James M. Grimwood, On the Shoulders of Titans : A History of Project Gemini, 1977 (lire en ligne)
  Histoire du programme Gemini (document NASA n° Special Publication-4203)
• (en) Ben Evans, Escaping the Bonds of Earth : The Fifties and the Sixties, Springer Praxis Books, 2010 (ISBN 0387790934) :

• (en) Eugene Cernan et Donald A. Davis, The Last Man on the Moon : Astronaut Eugene Cernan and America's Race in Space, St. Martin's Press, 1999 (ISBN 978-0-3121-9906-7) :

• Astronaut Maneuvering Unit
• Programme Gemini
• Rendez-vous spatial
• Sortie extravéhiculaire

• (en) Kennedy Space Center : Gemini IX
• (en) NASA Gemini 9-A press kit - May 28, 1966
• (en) Récit détaillé de la mission, sur Encyclopedia Astronautica