Un RTLS pour la première mission de la navette spatiale

Contrairement à tous les vaisseaux spatiaux habités précédents la navette spatiale n’a jamais été testée sans astronautes à bord (à la différence des soviétiques). Pour ne pas commencer directement avec une mission orbitale, la NASA envisagea un temps de réaliser un RTLS lors du premier vol. Le mode RTLS (pour Return To Launch Site – Retour au Site de Lancement) est l’une des quatre options permettant d’interrompre une mission lorsque la navette a décollé et qu’un incident rend la mise en orbite impossible. (Défaillance d’un des trois moteurs SSME (Space Shuttle Main Engine), fuite de carburant, fuite dans le système de refroidissement, dépressurisation de la cabine de pilotage etc.)

Le RTLS est possible, grosso-modo, entre 2 minutes et  4 minutes après le décollage. Avant, la navette n’a pas atteint une altitude suffisante et les SRB (Solid Rocket Booster – fusées d’appoint à combustible solide flanquées de part et d’autre du réservoir extérieur. A noter : une fois allumées on ne peut plus les arrêter.) ne sont pas encore largués, après, la navette a pris trop de vitesse (+ de 7 000 km/h) et il ne reste plus assez de carburant pour effectuer le retournement et ralentir l’engin. (Point de non retour – Negative return)

Pour simplifier, une fois les SRB largués (à T+2 min) vers 50 km d’altitude, la navette continue son ascension jusqu’à environ 120 km d’altitude, puis, l’engin de 500 tonnes y compris son réservoir extérieur à moitié vide, doit faire un demi tour (à 180°) alors qu’il vole à pratiquement sept fois la vitesse du son, et diminuer sa vitesse grâce aux 3 moteurs SSME (RTLS à trois moteurs) tout en orientant le nez vers sa cible, la Floride. Ce faisant la navette vole en traversant les gaz à 2 700 °C éjectés par les moteurs. Ce qui n’a jamais pu être testé en soufflerie, seulement par ordinateur.

Lorsqu’il reste moins de 2% d’ergols dans le réservoir extérieur, les moteurs SSME sont coupés (MECO – Main Engine Cut Off), l’orbiter doit alors avoir un angle d’attaque de – 4° pour que le réservoir puisse être largué en toute sécurité. Il faut ensuite purger les centaines de kilogrammes de LO2 et LH2 encore présents dans les tuyaux d’admission du MPS (Main Propulsion System). A ce moment là, l’engin a un angle d’attaque de 10°. Il faut alors augmenter cet angle dans les couches plus denses de l’atmosphère. Dans certains cas l’orbiter devra même effectuer un virage en S plus ou moins long pour dissiper un excédent d’énergie cinétique avant de pouvoir atterrir.

La manoeuvre en image (Crédit : Mark McCandlish – Traduction : Olivier Couderc)

Comme le précise avec humour, John Young, l’astronaute le plus capé de l’Histoire de la NASA : « Si toutes les manœuvres se déroulent parfaitement, tout ira bien, si tout ne se déroule pas comme prévu, cela ne se passera probablement pas très bien. »

Une telle mission aurait duré environ 25 minutes. Le RTLS a bien évidemment été réalisé, mais seulement en simulateur. « La première personne qui en réalisera un pourra vous dire si ça marche ou pas » remarqua ironiquement John Young qui a opposé une fin de non-recevoir à l’éventualité d’exécuter un RTLS en guise de première mission : « J’ai dit non. Je leur ai dit de ne pas jouer à la roulette russe, parce qu’il se pourrait bien que vous ayez une arme chargée entre les mains.»  En effet, compte tenu de tous les paramètres à maîtriser, même avec les 5 ordinateurs de la navette aux commandes, une telle manoeuvre aurait eu bien peu de chance de succès…  Juste avant STS-1 John Young enfonce le clou : « Pour réussir un RTLS il faut une succession de miracles, entrecoupés d’interventions divines ».

La première mission de la navette spatiale sera bien orbitale, et sera qualifiée par les spécialistes comme le vol d’essai le plus audacieux de l’Histoire. En 30 ans d’exploitation de la navette spatiale aucun RTLS n’a jamais été effectué !

Deux femmes aux commandes dans l’espace

Le 23 octobre 2007 pour la première fois de l’Histoire, deux femmes dirigent simultanément deux vaisseaux spatiaux, mettant fin à plus de 50 ans de règne masculin.

Pamela Melroy est la deuxième femme après Eileen Collins, à commander une mission de la navette spatiale.  Discovery (Mission STS-120) doit s’amarrer à la Station Spatiale Internationale, dont la seizième expédition est commandée par le Dr Peggy Whitson.

Whitson s’est envolée vers l’ISS à bord d’un Soyouz (Mission TMA-11). Avant son envol un responsable lui a offert un fouet traditionnel kazakh pour symboliser son pouvoir !

Une première historique qui a inspiré l’ingénieur de la NASA et artiste, Larry Manofsky (il était instructeur pour les candidats astronautes, spécialisé dans les entrainements sur les divers simulateurs de la navette.)

Melroy et Whitson

© Larry Manofsky

Anecdote dans l’anecdote : Peggy Whitson est revenue sur terre le 19 avril 2008 à bord d’une capsule Soyouz (TMA-11) en compagnie de la sud Coréenne Ti So-Yeon et de Yuri Malenchenko. C’est la première fois que les femmes étaient plus nombreuses que les hommes à bord d’un vaisseau spatial, ce, depuis le vol en solitaire de Valentina Terechkova en juin 1963 !

Le mémo de John Young

Un mois après l’explosion de la navette spatiale Challenger, John Young qui était alors le chef du corps des astronautes, produit un virulent mémo de 12 pages qu’il transmet à ses 95 collègues astronautes, aux responsables du programme, ainsi qu’à l’ancien astronaute Richard Truly, désormais Administrateur Associé de la NASA en charge des Vols Spatiaux.

Dans ce mémo il expose ses craintes quant à l’avenir du programme navette, en reprochant ouvertement aux responsables d’avoir privilégié le calendrier des vols au détriment de la sécurité !

4 mars1986

Circonstances : Ci-joint une énumération de faits et de constatations qui sont actuellement une réalité du programme navette spatiale. Cette liste ne fait pas état de tous les problèmes sérieux. Ces problèmes augmentent, d’une  manière inquantifiable, les risques encourus par le programme navette spatiale, la navette spatiale, et les équipages de vol. J’ai parlé à beaucoup de personnes – techniciens, ingénieurs, opérateurs et managers – qui sont atterrés par ces compromis, chacun dans son domaine de compétence respectif.  Ces accommodements auraient pu ou sont actuellement de nature à provoquer une catastrophe comme celle de la mission 51-L (Challenger)

En écoutant les audiences publiques de la commission d’enquête présidentielle, à la télévision, il apparaît clairement qu’aucun des participants directement impliqué n’a le moindre doute quant au bien fondé du lancement de 51-L, tout au long de la chaîne de décision chacun est persuadé d’avoir fait exactement ce qu’il fallait.

Déjà qu’il est difficile d’imaginer que des humains puissent avoir autant de certitudes et de confiance, il est encore plus difficile de comprendre que des responsables nous laissent voler avec des fusées à poudre qui ne comportent qu’un seul joint d’étanchéité qui de manière explosive et dynamique démontre dans son utilisation qu’il s’agit d’un élément critique de niveau 1 (N d T : classé potentiellement comme le plus dangereux, celui dont la défaillance entraine la perte du vaisseau spatial).

Le système de vérification des fuites avant le lancement n’ayant pas pressurisé le joint classé « critique 1 » dans sa position optimale, le scellement dudit joint n’était alors tributaire que de la seule action dynamique de la mise à feu du moteur de la fusée d’appoint (SRB pour solid rocket booster). L’étanchéité du joint doit être obtenue en quelques millisecondes, si ce n’est pas le cas, selon les propres termes de la société Morton Thiokol : « des tests ont démontré que la résilience des joints n’est pas suffisante pour combler l’apparition d’une fissure dans la partie métallique du booster  … Il n’existe pas de joint secondaire pour palier à la défaillance du joint principal ».  Il n’y a qu’une seule raison pour laquelle un système aussi potentiellement dangereux a été autorisé : le calendrier des lancements

Le document ci-joint récapitule d’autres exemples* potentiellement dangereux dont on s’est accomodé pour les mêmes raisons. Hormis le joint secret** dont personne ne connaissait l’existence, les autres problèmes sont connus de tous. Ces exemples montrent comment nous travaillons.

Considérations sur le futur : Le planning des prochains lancements prévoit 9 lancements la première année, 14 l’année suivante, et 18 la troisième année. Il ne faut pas confondre notre navette spatiale avec un avion de ligne. Avec l’accroissement du nombre de lancements, nous aurons également une augmentation des problèmes et d’occurrences diverses, tels que décrits dans le document ci-joint, où en dépit des anomalies le management décidera de faire voler la navette quand même. Comme en témoigne en partie le document joint, nous avons déjà procédé à des lancements sans avoir la fiabilité suffisante et la totale redondance des systèmes, y compris les équipages de vol. Nous sommes contraints sous la pression du calendrier des vols de procéder au lancement sans avoir de système avionique optimal, avec certains capteurs qui ne sont même pas branchés aux ordinateurs.

La navette spatiale constitue le summum des systèmes spatiaux réutilisables. Par exemple : quand verrons nous les effets de notre système d’imperméabilisation des tuiles  à court terme ? Quand commencerons-nous à voir les effets des tests de longue durée, des conditions environnementales, dans nos véhicules spatiaux ? Ce sont des tests que nous effectuons depuis des années et qui concernent des tuiles recouvertes d’aluminium, des ergols réutilisables et facilement stockables – Hydrazine et hyper-ergols ? Quand est-ce que notre système de vérifications des systèmes méchaniques de nos navettes, si ridiculement bas, provoquera un incident ? Quel sera l’effet de la panne de ces systèmes  une fois la navette lancée ? Qu’en est-il des risques, déjà assumés, tel que celui consistant à armer le moteur de mise en orbite d’un satellite de communication dans la soute de la navette avant le lancement ? Quand est-ce que parmi les cent prochains lancements de satellites de communication, ce risque va causer la perte d’une navette, en raison de l’annulation d’un test, du travail insuffisant d’une équipe fatiguée, ou l’occurrence d’une panne à laquelle personne n’avait pensé ?

La navette spatiale est de par sa nature innovante, réutilisable, et à la pointe de la technologie, un appareil dangereux à exploiter. Nous devons être très vigilants afin de pouvoir la lancer avec succès et la ramener chaque fois à bon port.

Une demande urgente : Quelle que soit la méthode de management à mettre en place, la priorité absolue doit être donnée à la sécurité des vols. Les personnes responsables de faire en sorte que la sécurité des vols soit la première préoccupation, alors que c’est la cadence de lancement qui est prioritaire, ne peuvent rien faire pour que cela change, quoi qu’ils en disent. Les pièces ci-jointes montrent bien que ces deux objectifs ont toujours été antagonistes, et que la sécurité des vols est toujours passée au second plan.

Pour que la sécurité des vols devienne la priorité numéro un, on ne peut pas faire de concession, pour commencer nous ne devrions plus permettre d’augmenter les risques d’exploitation de la navette spatiale juste pour augmenter les cadences de lancement, réduire les coûts opérationnel, ou faire voler des charges utiles dangereuses.

Si nous devons appliquer des méthodes d’évaluation des risques beaucoup plus draconiennes à l’ensemble du processus de prise de décision en temps réel, pour la survie de ce programme, alors nous devons le faire. Si à tous les échelons de la NASA nous ne considérons pas la sécurité des vols comme étant le critère principal, le programme navette spatiale est voué à l’échec. Si le système de management n’est pas capable de continuellement se remettre en cause, avec comme premier objectif la sécurité des vols, compte tenu des risques inhérents à notre activité, cette dernière est vouée à l’échec. Si le système de management n’est pas capable d’arrêter le programme navette spatiale chaque fois que necessaire pour que soient appliquées des mesures correctives en relation avec la sécurité des vols, le programme ne survivra pas, pas plus que nos trois navettes et leurs équipages.

Le memorandum de la Division Steve Bales, ci-joint, est une incroyable liste (encore incomplète) de problème liés à la sécurité qui devraient être résolus afin de ne plus perdre de navette et d’équipage. Vous remarquerez que bon nombre de problèmes ont été découvert après le début du programme. Pris un à un ils ne sont pas assez sérieux pour ralentir ou arrêter la fréquence des lancements, mais pris dans la globalité cette liste est ahurissante. Liste qui prouve qu’il y a quelques personnes très chanceuses par ici !

* Parmi les exemples il y a l’utilisation de pneus usagés pour les atterrissages sur la piste du Centre Spatial Kennedy dont la surface est très abrasive, entrainant des risques d’éclatement, des lancements sous la pluie qui peuvent endommager les tuiles et  compromettre un retour en catastrophe, la mission 61-C qui a été lancée alors qu’il y avait une fuite dans l’une des trois piles à combustible, les problèmes de valves régulant le débit et le mélange des ergols des moteurs principaux de la navette (SSME – Space Shuttle Main Engine) trop sensibles aux vibrations, etc.

** Le problème de l’érosion et de la torsion des joints des SRB n’a pas été communiqué au Centre Spatial Johnson. Environ 18 problèmes de rotation des joints et de fuites, ont été constatés lors de tests au sol et lors de missions (Notamment : STS-2, STS-41B, STS-41C,STS-41D, STS-51C, STS-51D, STS-51B…). Les astronautes et les responsables du Centre Spatial Johnson ne l’apprendront qu’après l’explosion en vol de la navette Challenger, ce qui a mis John Young hors de lui !

Walter Schirra à propos d’un vol dans la navette

« Après le deuxième vol de Herschel* sur STS-95 en 1998, on m’a souvent demandé si j’aimerais faire un vol sur la navette. Ma réponse, non je ne suis pas assez vieux**. De toute façon, si je devais faire un vol sur la navette, je ne voudrais pas être dans la situation d’un passager, mais dans celui du commandant. Par ailleurs je ne suis prêt à risquer ma vie… Je suis sûr que Jo*** me tuerait ! »  Walter Schirra (1923-2007)

 

*  Herschel est le deuxième prénom de John Glenn. C’est comme cela que Schirra avait coutume de l’appeler pour l’asticoter.

**  John Glenn au moment du vol avait 77 ans. Une pointe d’humour car Schirra n’avait que deux ans de moins que John Glenn.

*** Joséphine, la femme de Walter Schirra.