La fusée lunaire Saturne V






Principales caractéristiques

Haute de 111 mètres, large de 10 mètres, constituée de près de trois millions de pièces différentes, Saturne V comprenait trois étages propulsifs.

Le premier étage (S-IC) était équipé de 5 moteurs F1 qui fonctionnaient 150 secondes, développant une poussée totale de 3500 tonnes (60 fois la poussée des 4 réacteurs de Concorde). 15 tonnes de carburant étaient brûlées chaque seconde. A la fin de la combustion du premier étage, l'ensemble Saturne V - Apollo atteignait l'altitude de 61 km et la vitesse de 9600 km/h.

Le second étage (S-II) était doté, lui aussi de 5 moteurs, de type J2, qui développaient une poussée totale de 450 tonnes. 1 tonne de carburant était consommé chaque seconde. En fin de combustion, l'altitude était de 173 km et la vitesse passait à 27800 km/h.

Le troisième étage (S-IV B) possédait un seul moteur, de type J2. Il développait une poussée de 90 tonnes. Il était mis à feu à deux reprises : la première fois pendant 2 minutes pour atteindre l'altitude de 187 km ; la seconde fois pendant 6 minutes pour insérer Apollo sur une orbite très allongée qui l'amenait à proximité de la Lune.

Juste au-dessus du troisième étage, on trouvait : la case des équipements qui contenait 2,5 tonnes de matériel électronique chargé d'effectuer et de transmettre pendant le lancement et le vol des milliers mesures ; le module lunaire (LEM) dont le train d'atterrissage était replié (et qui contenait dans ses soutes, lors des dernières missions la Jeep lunaire); le module de service qui était la salle des machines du vaisseau Apollo ; le module de commande avec lequel les trois astronautes amerrissaient en fin de mission. Le module de commande, bardé de boucliers thermiques très résistants, était attaché par une structure métallique à la tour de sauvetage, chargée de l'arracher en cas de dysfonctionnement du première étage lors du lancement.


Les réservoirs et les comburants

Chaque étage contenait deux réservoirs, de kérosène et d'oxygène pour le premier étage, d'hydrogène et d'oxygène pour le second et le troisième étages. Ces ergols liquides étaient dirigés vers les chambres de combustion des moteurs par un système de pressurisation à l'hélium, contenu dans de petites bouteilles. Le comburant brûlé était éjecté par les tuyères orientables.

L'une des originalités de Saturne V fut l'utilisation, pour les étages 2 et 3, d'un mélange extrêmement réactif d'hydrogène et d'oxygène. 1 kg d'oxygène mélangé à de l'hydrogène génère en effet une poussée 40 % plus forte que 1 kg de kérosène mélangé à de l'hydrogène. Mais l'hydrogène et l'oxygène ne sont liquides qu'à de très basses températures : - 243° pour l'hydrogène et - 183° pour l'oxygène. Ce qui posa de nombreux problèmes de stockage, de réchauffement, de circulation dans les canalisation, d'envoi vers les moteurs, de purge, et de stabilisation des comburants au fond des réservoirs à mesure qu'ils se vidaient.


La mise au point de Saturne V

Le Marshall Space Flight Center procéda par étape pour mettre au point une telle fusée. Fut d'abord construite la fusée Saturne I qui testa le lancement et le fonctionnement du premier étage (1961-1963) puis la satellisation de deux étages et leur compatibilité avec le module de commande (1964-1965). La fusée Saturne IB testa le fonctionnement du 3ème étage et de son moteur J2, celui des 2 étages du module lunaire, et le retour sur Terre, à 40 000 km/h, de la capsule Apollo (1966-1968).

Parallèlement de gigantesques installations furent érigées pour accueillir des différents composants de la fusée lunaire. Ainsi, six bancs d'essais, cinq pas de tir, trois centres de contrôle, et un port maritime furent-ils construits pour assembler moteurs et étages, les transporter, les tester et les lancer.

Les concepteurs de Saturne V décidèrent de l'assembler à la verticale (comme les autres fusées américaines) mais à l'intérieur d'un bâtiment pour la protéger des intempéries. Pour cela, il fallut ériger l'un des plus grands bâtiments au monde, le Vehicule Assembly Building (VAB). Destiné à accueillir trois fusées Saturne 5 en même temps, il mesurait 218 m de long sur 158 m de largeur et 160 m de hauteur, comptait 141 ponts roulants et possédait une carcasse métallique de 89000 tonnes capable de résister aux ouragans qui sévissent dans la région. Saturne V était ensuite transportée sur une énorme plate-forme à chenilles, le crawler, capable de déplacer 8165 tonnes à 1,6 km/h sur une distance de 5,8 km.


Les lancements

La fusée Saturne V ne fut testée à vide que deux fois avant de lancer une mission habitée. Le premier lancement fut réalisé dans le cadre de la mission Apollo 4, le 9 novembre 1967 et fut un succès total, à la surprise de son principal concepteur, Wernher von Braun, qui ne pensait pas réussir à mettre au point si vite un engin aussi complexe. Les trois étages fonctionnèrent l'un après l'autre, le moteur du module de service s'alluma correctement pendant seize secondes, Apollo 4 monta tranquillement jusqu'à 18000 km d'altitude, passa à la vitesse de 40000 km/h et revint sur Terre, simulant un retour de la Lune à travers les couches de l'atmosphère.

Le deuxième lancement, le 4 avril 1968, se déroula beaucoup moins bien. A la 125ème seconde, des vibrations apparurent. Deux des cinq moteurs du 2ème étage s'arrêtèrent prématurément. Le troisième étage compensa la perte de puissance mais son moteur J2 refusa de s'allumer une seconde fois lors de la simulation du retour de la Lune. Pas question dans ces conditions, d'utiliser Saturne V pour la mission habitée Apollo 7. Son équipage fut envoyé, le 11 octobre 1968, à bord d'une fusée Saturne IB pour tester le rendez-vous entre le 3ème étage et le vaisseau spatial.

Mais le temps pressait. Les services de renseignements américains étaient alors persuadés que les Soviétiques s'apprêtaient à envoyer des cosmonautes tourner autour de la Lune. Il fut donc décidé, côté américain, de prendre le risque de lancer la troisième fusée Saturne V avec à son bord un équipage de trois astronautes chargés de réaliser le premier vol circumlunaire. Le 21 décembre 1968, à 7h51, décolla du pas de tir n° 39A la première fusée qui expédia des hommes survoler la la Lune. Ce jour là, les Américains prirent une avance décisive sur les Soviétiques qui ne parvenaient pas à faire décoller leur fusée N1.

Un quatrième lancement, le 3 mars 1969, permit de tester la fusée Saturne V dans sa configuration complète, avec le module de servie, le module de commande et le module lunaire (mission Apollo 9). Furent testées en orbite terrestre les opérations d'amarrage entre le module de commande et le module lunaire, la descente vers le sol lunaire du module lunaire, le démarrage du module de remontée du LEM et son amarrage au module de commande.

Huit autres fusées Saturne V lancèrent, avec une succès total, les missions habitées Apollo 10, Apollo 11, Apollo 12, Apollo 13, Apollo 14, Apollo 15, Apollo 16, et Apollo 17, entre 1969 et 1972. Après l'arrêt du programme Apollo, une neuvième et dernière fusée Saturne V fut lancée, le 14 mai 1973. Elle ne comptait que deux étages propulsifs, et plaça en orbite autour de la Terre la première station spatiale américaine, Skylab, qui n'était autre que le 3ème étage de la fusée lunaire.



Schémas des principaux éléments du programme Saturne V - Apollo