Missions lunaires soviétiques

Les principales missions lunaires soviétiques furent le Lunakhod et la fusée géante N1L3. La fusée géante n'a pas eu le succès de la fusée de Korolev, Zemiorka, hélas. Le grand public ne connaît des missions soviétiques que le succès des sondes automatiques.

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Lunakhod et tirs laser

Le bureau d'études de Korolev commença à travailler sur une capsule, baptisée L1, capable d'emmener 2 hommes pour effectuer une simple boucle autour de la Lune, en 1965. Par suite de défectuosités nombreuses, la L1 ne vola jamais avec un équipage. Toutefois, un véhicule inhabité L1 partit vers la Lune, sous l'appellation de Zond, 5 fois de 1968 à 1970 pour tester le vaisseau et les manoeuvres nécessaire à l'arrivée d'un homme sur la Lune. En septembre 1968, Zond 5 fut le premier vaisseau spatial à contourner la Lune et à revenir sur Terre.

En 1970 et 1973, 2 vaisseaux posèrent sur le sol lunaire 2 petits véhicules, Lunakhod, télécommandés depuis la Terre. Ils se promenèrent autour de leur site d'atterrissage. Les Lunakhod étaient équipés pour prendre des photos, analyser des roches et des échantillons du sol, tout comme l'auraient fait des cosmonautes, mais en quantité moindre. Bien que les robots soviétiques aient rempli leur mission, ils furent surclassés par les missions humaines entreprises par les américains.

Robot télécommandé depuis la Terre. Deux missions eurent lieu. La 1ère le 10 nov 1970 avec Luna 17 et Lunakhod 1, qui fut déposé dans la mer des Pluies. Ce fut le sommet de l'astronautique soviétique. En 321 jours, le petit véhicule parcouru 10 km et pris 25 000 photos de 200 panoramas. La 2ième mission eut lieu en janvier 1973 avec Luna 21.

Sur la photo ci-dessus, est visible le réflecteur laser utilisé par le Cerga (France, 20 km au Nord de Cannes sur le plateau de Calern) pour réfléchir (sur une surface de 690 cm²) le rayon laser issu des tirs qui sont effectués quotidiennement. Le faisceau est envoyé, puis récupéré à l'aide du télescope ci-dessous. Son diamètre est de 1,52 m pour une focale de 31 m.

Le Lunakhod 2 est, depuis 1973, immobilisé à l'intérieur du cratère Le Monnier. Ces tirs ont permis de corriger une erreur de localisation de ce cratère sur les cartes lunaires (545 m).

Les tirs s'effectuent à la cadence d'une impulsion de 300 picosecondes (3.10^-10 s) à raison de 10 fois par seconde. Lors d'un tir, le faisceau crée un spot sur la Lune de 7 km de diamètre représentant 1 milliard de fois la surface du réflecteur. Au retour, les récepteurs terrestres ne reçoivent que le milliardième de l'énergie ayant atteint le réflecteur. Sur 1.10^²⁰ photons, 1 seul revient 2,5 secondes plus tard.

Ces tirs servent à mesurer la distance Terre-Lune au cm près. Cela permet de mesurer le soulèvement de la croûte terrestre et d'anticiper les tremblements de Terre.

Connaissant la vitesse de la lumière (299 792 458 m/s) dans le vide et sachant qu'elle doit au départ et au retour traverser l'atmosphère dont l'indice de réfraction varie de 1 à 1,000293, il est facile de calculer le chemin parcouru. La précision centimétrique est limité par les composants électroniques qui limitent le temps de montée du signal.
Si actuellement la picoseconde (1.10^-12 s) est obtenue, dans l'avenir on espère descendre au-dessous de cette valeur. Il ne faut pas perdre de vue que la distance du couple Terre-Lune varie en permanence sous l'orbite lunaire qui est elliptique, l'influence du Soleil, des marées, de la libration de la Lune, de sa plasticité et de l'excentricité des orbites de la Terre et de la Lune. Ces mesures permettent aussi de vérifier la théorie de la relativité formulée par Einstein, et aussi de savoir jusqu'où la masse pesante et la masse inerte reste équivalente.

Les sites d'atterrissage de Luna 17 et Luna 21 sur l'image de gauche ci-dessous. A14 A15 A11 sont les emplacements des réflecteurs laissés au cours des missions Apollo. Ci-dessous à droite, le réflecteur d'Apollo 14.

Les Lunakhod n'eurent pas le retentissement désiré par les soviétiques, car les américains marchaient sur la Lune.

retour Terre, missions lunaires , Lune , Korolev

Les premiers projets lunaires

Le premier plan officiel pour un futur vol soviétique date d'un décret du 30 janvier 1956, où les objectifs suivants furent assignés:

mettre en orbite un satellite de 1,8 à 2,5 en orbite en 1958.
une semaine de vol habité en 1964.
reconnaissance en 1970 à l'aide d'une capsule inhabitée.
une fusée capable de faire quitter l'attraction terrestre à une charge utile de 12 tonnes en 1970.
une fusée avec 100 tonnes de charge utile en orbite basse autour de la Terre, capable de placer 1 ou 2 hommes sur la Lune (pas de date précise).

En fait, le dernier objectif plutôt vague contenait une arrière pensée: utilisation de l'énergie nucléaire. Un propulseur où de l'ammoniaque aurait été chauffé grâce à l'énergie nucléaire. L'OKB-1 de Korolev fut ébauchée sous 3 variantes de ce projet. La 3ème version fut désignée "super fusée" avec une masse au décollage de 2 000 tonnes et une charge utile de 150 tonnes. Ce fut le véritable ancêtre du lanceur qui deviendra plus tard la fusée lunaire N1. Les 1er et second étages en forme de fusée conique furent adoptés pour devenir les étages du futur lanceur N1. Le premier étage était constitué d'un groupement de moteurs Kouznetsov NK-9 de 52 tonnes de poussée chacun (photo ci-contre: diamètre = 16 m). Le second étage aurait utilisé 4 moteurs nucléaires avec une poussée totale de 850 tonnes. Opérant sous une température de 3500°K et une impulsion spécifique de 550 s dans le vide spatial, en utilisant l'ammoniaque. Plus tard, le mélange hydrogène-méthane fut considéré comme bien meilleur. A cet époque, l'utilisation de l'hydrogène liquide ne fut pas considéré comme techniquement possible, à court terme.

Les travaux de cette forme de propulsion nucléaire furent abandonnés en 1959, lorsqu'il devint évident que la chimie conventionnelle pouvait apporter une propulsion équivalente avec des risques moins importants.

Entre temps les missions lunaires soviétiques furent consacrées à des robots de la série Luna, qui réalisèrent de grandes premières: 1ère photo de la face cachée, première sonde sur le sol lunaire, premier retour d'échantillons.

Le premier étage était constitué d'un groupement de moteurs Kouznetsov NK-9 de 52 tonnes de poussée chacun: http://www.astronautix.com/graphics/q/qn1roll1.jpg

Fusée géante N1L3

L'OKB de Korolev est devenue la fusée géante soviétique destinée à lancer un véhicule lunaire. Pourtant, il a failli en être autrement car dès juin 1961, John Kennedy avait rencontré Nikita Khrouchtchev pour lui proposer de concevoir ensemble un projet lunaire. Ce dernier a hésité, or Kennedy fut assassiné et Khrouchtchev limogé. Nixon, qui prit la succession de Johnson (ce dernier fut le successeur de Kennedy), s'y opposa fermement. Il est donc possible, que sans ces circonstances malheureuses, Américains et Soviétiques se seraient unis pour ce grand projet.

La grande partie des équipements de la fusée géante N1L3 fut fabriquée dans l'usine Progress de Samara. N1 est le type de la fusée et L3 le type du module lunaire. 4 fusées lunaires géantes N1L3 furent construites pour envoyer 2 cosmonautes vers la Lune. Ensuite, un se serait posé et l'autre serait resté en orbite. 30 moteurs au décollage délivre une poussée de 4615 tonnes pour élever la fusée de 2820 tonnes et mettre 90 tonnes en orbite terrestre inclinée à 51,6° et à 225 km d'altitude. Elle emporte 1730 tonnes d'oxygène liquide et 680 tonnes de kérosène refroidi. Sa hauteur 106,3 m (Saturne V 110,64 m) et son diamètre de base 16 m. Sa charge utile est plus faible que la Saturne V américaine. Son coût a été estimé à 604 millions $ en 1985.

Après un taux de réussite de 0 avec 4 lancements ratés, il fut décidé d'arrêter la course à la Lune et de se lancer dans la construction du complexe Energia. Les Soviétiques misèrent alors tout pour une station orbitale. Hélas, les américains furent les premiers à mettre en place la grosse station Skylab, qui fut la dernière fusée Saturn V.

Nous voyons ci-dessus, l'érection de la gigantesque fusée N1L3, selon une technique bien rodée chez les Russes. Ci-dessous, un croquis montrant l'évolution des différents corps de fusée pour arriver à la N1L3. La 2e à gauche est la fusée de Korolev, la célèbre Zemiorka.

http://www.friends-partners.ru/partners/mwade/graphics/n/n1grassh.jpg
http://www.friends-partners.ru/partners/mwade/graphics/n/n168to62.jpg

Les échecs de la N1L3

Ci-contre, la photographie de l'une des explosions de la N1L3. 4 fusées lunaires géantes N1L3, furent construites. 4 tentatives désastreuses eurent lieu de 1969 à 1972 :

- 21- 2- 69 - Explosion à 30 km d'altitude après 70 secondes de vol.

- 3 - 7- 69 - Explosion au décollage.

- 27 - 7- 71 - Arrêt des moteurs, 1 mn après le décollage.

- 23 - 11- 72 - Explosion du 1er étage 1mn40 après le décollage.

http://www.friends-partners.ru/partners/mwade/graphics/q/qn16907a.jpg

charge utile sur une orbite de 200 km

masse totale au décollage

masse des ergols

oxygène
kérosène

poussée au décollage

90 t

2820 t

1730 t
680 t

4615 t

retour à Bourane

http://www.friends-partners.ru/partners/mwade/graphics/n/n1nite.jpg

http://www.friends-partners.ru/partners/mwade/lvs/n1.htm

http://www.fas.org/irp/imint/94vol47_vick.htm

Plusieurs projets de modules lunaires

De tous ces projets, seul le LEK aboutit.

http://www.astronautix.com/craft/l3m1972.htm

Le module lunaire soviétique: Lunniy Korabl

Le LK (Lunniy Korabl - vaisseau lunaire) était l'atterrisseur lunaire soviétique fabriqué par Energia, la contrepartie russe du LM (lunar module) américain. Le Lunniy Korabl fut conçu pour faire arriver sur la Lune un citoyen Russe avant les américains, gagnant ainsi la course à l'espace. Ce n'était pas pour être sur la Lune, mais parce que les vraies raisons étaient ailleurs. Parce que la charge translunaire utile de la fusée N1 n'était que de 70% de celle des américains, le LK différait sur plusieurs points du LM. Il avait un profil d'atterrissage différent, il était ¹/₃ plus léger, il était limité à une personne, il n'y avait pas de module d'amarrage entre les 2 modules permettant la communication (le cosmonaute devait passer par l'extérieur pour se rendre du LK vers le LEK Lunniy ekspeditionniy Korabl). Comme le LEM (Lunar Explorer Module), le LK ne devait pas utiliser d'étages séparés pour atteindre le sol lunaire. Un étage de freinage, le Block D, devait emmener le LK en douceur, à 100 m/s, à 4 000 m au-dessus de la surface sélène. De là, le LK devait utiliser les moteurs du Block E pour atterrir en douceur. Le Block E devait aussi servir d'étage ascensionnel pour remettre le LK sur une orbite lunaire.

Le LK était constitué de 4 modules primaires:

Le train d'atterrissage LPU permettant le débarquement sur le sol sélène. Le LPU serait resté sur la Lune, agissant comme un PAD de lancement pour le reste du LK.
L'étage Block E, permettant l'atterrissage en douceur du LK et le retour en orbite.
La cabine lunaire semi-sphérique, pressurisée, pour un cosmonaute (l'aurait-on appelé Lunatik ?)
Le système intégré d'orientation, un pod fait de petits moteurs pour permettre l'orientation en vol du module. Au sommet du pod, il y avait une mire hexagonal pour aider le système d'amarrage, sur le couvercle visible sur la photo.

LK avec la maquette LEK chez Energia

Développement de la mission lunaire autour de la fusée N1L3.

En date de 3 août 1964, une commande n° 655-268 émanant du comité central du parti communiste donnant comme objectif à l'ingénieur en chef Korolev de poser en douceur un homme sur la Lune et de le ramener sur Terre, avant les américains.

Projet de Korolev

Au début, Korolev s'était concentré sur la méthode d'un "Rendez-vous" orbital terrestre. L'ébauche de septembre 1963 prévoyait un module L3 de 200 tonnes requerrant, pour un atterrissage direct, le lancement de 3 fusées géantes N1 nécessaires à un assemblage en orbite terrestre basse. Le module lunaire L3 aurait fait un atterrissage de précision en aveugle, téléguidé par la balise d'un rover lunaire robotisé L2, déjà parqué sur un terrain relativement plat. Un étage d'injection sur une orbite translunaire, de 138 tonnes, aurait propulsé L3 vers la Lune. Les rétrofusées auraient été allumées entre 200 et 300 km de la surface lunaire. A la fin de la combustion, il se serait séparé au-dessus de la surface, permettant à l'étage de descente et d'atterrissage de 21 tonnes, de se poser, avec des moteurs à poussée variable, sur la surface sélène. Les pattes ayant servi à l'atterrissage en douceur ainsi que le moteur seraient restés sur la Lune. Un étage ascensionnel aurait propulsé le Soyouz L1 de 5 tonnes, pour le retour vers la Terre. Cela aurait permis à un équipage de 3 personnes d'explorer la Lune pendant 10 jours. Nous voyons ci-dessous, une des séquences d'atterrissage étudiées, avec l'éventualité d'un avortement de la séquence à la dernière minute.

SPACEFLIGHT, Vol. 38, 1996

Le programme d'un soviétique se posant sur la Lune, tel celui développé par l'ingénieur général Acad S.P. Korolev, ne fut pas tout à fait ce qui avait été précédemment présenté officiellement. Une série d'entrevues menaient lors du salon du Bourget en juin 1991, avec Vassili P. Mishin, ingénieur en chef à l'heure du programme lunaire soviétique ont révélé des réponses sur de nombreuses questions incluant le programme lunaire.

Korolev présenta une directive à ses ingénieurs en chef au début de 1965, bien avant sa mort en 1966, finalisant le programme en cours de développement et le baptisant de N1L3. Le nombre de dirigeants technocrates ont interféré dans le profil du programme est inconnu, excepté que L. Brejnev, le premier secrétaire du PC soviétique, ordonna que, dès qu'un lanceur N1L3 aurait effectué un vol inhabité, Mishin piloterait le premier vol habité.

Avant de débuter les vols pilotés, il avait été envisagé d'effectuer, vers la Lune, au minimum 2 vols inhabités Proton-Luna et 2 lancements de N1L3. Le premier vol aurait été inhabité et le second, habité. Ceci avait été fait pour des raisons de sûreté au cas où le module lunaire équipé (LK), lancé au second vol, n'aurait pas décollé de la surface lunaire.

Les 2 Proton-Luna auraient été expédiés pour téléguider le module L3, à son arrivée directe de la Terre, lors de sa phase d'atterrissage. Les Soviétiques considéraient le module lunaire américain comme une solution très risquée, c'est pour cela qu'ils préféraient donné 2 chances à leur cosmonaute. Un simple cosmonaute pouvait faire une excursion lunaire à pied pour rejoindre le Lunakhod qui aurait atterri avant le vol habité et se servir du module pour revenir en orbite lunaire.

La configuration ne changea plus dès le début de 1966 jusqu'au début des années 70. Pour citer le cosmonautes A. Leonov: "Cela nécessitait de nombreux Rendez-vous". Si l'un venait à échouer, cela compromettait la mission. Ci-dessous, la séquence de vol de la N1L3 retenue.

http://www.fas.org/irp/imint/96vol38_vick.htm

Voici les éléments nécessaires à la conception d'un atterrissage sur le sol lunaire tels que les avaient pensés les scientifiques soviétiques dans le concept "Vulkan LEK" pour une grande expédition complexe. Le véhicule fut appelé DLB Lunakhod