Apollo 8 et la relativité générale

Lors de son tour d’Europe, avec sa femme et ses deux fils, du 2 au 21 février 1969, Frank Borman répétait souvent pour amuser la galerie, que ses coéquipiers d’Apollo 8 et lui-même méritaient des heures supplémentaires parce qu’ils avaient vieilli environ 300 microsecondes de plus que les habitants sur Terre.

Il se trouve que la NASA avait demandé au physicien Carroll Alley* (1927-2016) de l’Université du Maryland de calculer les phénomènes liés aux équations de la relativité générale formulées par Albert Einstein (1879-1955), auxquels seront soumis les astronautes. En effet, une horloge atomique qui s’éloigne de la Terre (de tout corps massif) prend de l’avance par rapport à celle qui reste sur la surface, du fait de la diminution du champ de gravitation; le temps s’écoule plus vite. La relativité prédit également qu’une horloge en mouvement ralentit par rapport à celle restée “immobile” au sol, impliquant cette fois que le temps s’écoule plus lentement (Paradoxe des jumeaux). Il convient donc de tenir compte de ces deux effets inverses !

Le Dr Carroll Alley en a ainsi conclu que la vitesse d’Apollo 8 est le facteur prédominant tant que le vaisseau se trouve à moins de 6 500 km de la Terre, jusqu’à cette distance le temps “ralenti”, et les astronautes vieillissent moins rapidement que s’ils étaient restés sur Terre. Passé ces 6 500 km, les effets de la gravitation diminuent significativement et dès lors le temps à bord du vaisseau Apollo s’écoule plus rapidement que sur Terre. La différence entre les deux donne + 300 microsecondes.

En réalité les calculs d’Alley ne sont valables que pour William Anders qui effectuait là son premier vol, car en ce qui concerne Frank Borman et James Lovell il faut tenir compte du fait qu’ils ont effectué d’autres vols spatiaux, en orbite autour de la Terre. Ainsi les mêmes Borman et Lovell  à bord de Gemini VII ont passé deux semaines dans l’espace (du 4 au 18 décembre 1965), pendant lesquels le facteur prépondérant a bien évidemment été la vitesse, au cours de ce vol ils ont donc vieilli moins vite que les personnes sur Terre, de 400 microsecondes. James Lovell a également commandé la mission Gemini XII (du 11 au 15 novembre 1966) pendant laquelle il a rajeuni d’encore quelque 100 microsecondes.

En résumé, pour revenir à la boutade de Frank Borman, si William Anders a bien fait 300 microsecondes de travail supplémentaire, James Lovell et Frank Borman ont travaillé respectivement 200 et 100 microsecondes de moins que ce qui a été comptabilisé sur Terre, ils ont donc été trop payés par rapport à leur temps de travail effectif sur l’ensemble de leurs vols spatiaux !

 

* Il est le scientifique à l’origine des rétro réflecteurs déposés sur la Lune par les missions Apollo 11, 14 et 15, et toujours utilisés à ce jour.

 

Anecdote dans l’anecdote : Le système GPS (Global Positioning System) est l’application la plus connue de la relativité d’Einstein. Le GPS utilise une constellation de 32 satellites qui orbitent autour de la Terre à 20 200 kilomètres d’altitude, à une vitesse d’environ 14 000 km/h, pour calculer des centaines de millions de positions au sol chaque jour. Sachant qu’à cette altitude, la gravité terrestre est 17 fois moindre qu’au niveau du sol, au bout de 24 heures, une horloge atomique située à bord d’un satellite GPS aura 45 microsecondes d’avance sur la même horloge atomique au sol. La vitesse fait qu’une horloge en mouvement à 14 000 km/h ralentit légèrement, d’environ 7 microsecondes par jour. Il faut donc tenir compte de ces deux effets pour synchroniser les horloges à bord des satellites avec celles au sol pour corriger cette différence, soit + 45 microsecondes – 7 microsecondes = 38 microsecondes. Une erreur de synchronisation de 38 μs équivaut à une erreur de 10 km !

Zond 5 crée la panique

En 2006, sur les ondes de la radio « The Voice of Russia » (Radio Spoutnik depuis le 10 novembre 2014) le cosmonaute Pavel Popovich (1930-2009) rapporte cette anecdote :

« A la fin des années 60 nous nous préparions à effectuer une mission autour de la Lune. A ce moment-là nous envoyions les dénommées Zond, en réalité des répliques du vaisseaux Soyouz mais sans cosmonautes à bord. Chacune de ces sondes devait passer derrière la Lune et revenir vers notre Terre. Le problème crucial rencontré par ces sondes était l’atterrissage. De toutes les sondes lancées, une seule réalisa un atterrissage nominal. Lorsque nous réalisâmes que nous n’irions jamais vers la Lune, nous décidâmes de monter un petit canular. Nous demandâmes à nos ingénieurs de raccorder le récepteur radio de la sonde à un émetteur. Les vols lunaires étaient alors suivis par un centre de contrôle se trouvant à Eupatoria en Crimée. Alors que la sonde [Zond 5, septembre 1969]* – s’apprêtait à contourner la Lune, je me trouvais au centre de contrôle, aussi ai-je pris le micro et annoncé : « Le vol se déroule comme prévu, nous approchons de la surface… »

Quelques secondes plus tard, mon appel – comme s’il avait été émis depuis l’espace – fut reçu sur Terre, y compris par les américains. Le conseiller américain pour l’espace, Frank Borman, reçu un appel du Président Nixon qui lui demanda : « Comment se fait-il que Popovich parle depuis la Lune ? ». Ma blague a provoqué une véritable panique.  Environ un mois plus tard Frank est venu en URSS et je fus chargé de l’accueillir à l’aéroport. Il était à peine sorti de l’avion qu’il brandit son poing et me dit : « Eh, espèce de délinquant spatial ! »

* Cette précision est apportée par Colin Burgess et Rex Hall dans leur ouvrage : « The First Soviet Cosmonaut Team » paru en 2009 (page 318) qui mentionne également cette anecdote.

 

L’anecdote rapportée par Pavel Popovich est croustillante, mais comporte quelques erreurs de chronologie…

Contrairement à ce qu’affirment les auteurs du livre sus-cité, Zond 5 n’a pas été lancée en septembre 1969 mais un an plus tôt, en septembre 1968 (la mission s’est déroulée du 15 au 21 septembre 1968).

Il se trouve qu’à cette date Richard Nixon n’est pas encore Président des Etats-Unis, il ne le deviendra que le 20 janvier 1969 (Il est élu le 5 novembre 1968) et Frank Borman n’est pas encore son conseiller spécial pour les affaires spatiales. Le premier est encore en campagne électorale, le second prépare Apollo 8 !

Popovich précise qu’environ un mois après cette « blague » il accueille Frank Borman en URSS… Pas tout à fait, puisque le tout premier voyage de Borman en Union Soviétique n’intervient qu’en juillet 1969, 9 mois après les « faits ». Du 2 au 11 juillet 1969 Frank Borman, sa femme Susan, et leur deux fils Edwin et Frederick visitent l’Union Soviétique pour la toute première fois, sur invitation de l’ambassadeur Anatoly Dobrynin qu’il avait rencontré en janvier. Il est le tout premier astronaute à faire ce voyage. Un véritable événement qui donnera même lieu à une conférence de presse à son retour, le 12 juillet 1969, soit 4 jours avant le lancement d’Apollo 11 !

En réalité c’est un radiotélescope de l’observatoire de Jodrell Bank en Angleterre qui intercepte dans le nuit du 18 au 19 septembre 1968 une conversation entre les cosmonautes Pavel Popovich et Vitali Sevastianov (qui font partie des quatre équipages affectés au programme lunaire L1) supposément à bord de Zond 5, et le centre de contrôle des vols d’Eupatoria en Crimée**. Très vite la NASA se rend compte que l’origine de la transmission est “terrestre” et qu’il s’agit vraissemblablement d’un test du système de communication !  Bien que Zond 5 emporta végétaux et animaux il n’y avait aucun spécimen du genre Homo sovieticus à bord !

Pavel Popovich et Frank Borman – Juillet 1969

**Le six juillet 1969 Frank Borman visite le centre de contrôle d’Eupatoria.

Premier du groupe 2 dans l’espace

A la mi-1963 Deke Slayton annonce qu’ Alan Shepard et Thomas Stafford effectueront le premier vol habité du programme Gemini, avec Virgil Grissom et Frank Borman comme doublures.

Cette affectation fut rapidement bouleversée en raison des ennuis de santé de Shepard victime de la maladie de Ménière, une affection de l’oreille interne qui provoque notamment des crises de vertige giratoire, des acouphènes, et une hypoacousie. Shepard Interdit de vol, c’est  tout naturellement l’équipage suppléant qui est désigné pour cette mission Gemini III.

Peu après, Grissom appelle Borman pour lui demander de passer chez lui pour discuter. Borman accepte volontiers, l’entretien dure environ 1 heure.  Il ne saura jamais pourquoi, mais quelques temps plus tard on lui annonce qu’en définitive il ne volera pas sur Gemini III mais est nommé  commandant  de réserve sur Gemini IV.  Grissom a préféré John Young , avec lequel il a sympathisé au cours d’un stage de survie dans la jungle du Panama. Ils étaient en binômes !

Le 13 avril 1964 cette affectation est rendue publique par Robert Gilruth. Les doublures de Grissom et Young  seront Walter Schirra et Thomas Stafford .

Voilà par quel concours de circonstances John Young fut le premier astronaute du groupe 2 à aller dans l’espace…

Décontractés

Lors de la conférence de presse d’avant vol, de la mission Gemini 4 (sont présents James McDivitt et Edward White, “équipage titulaire” et James Lovell et Franck Borman, “équipage de réserve”), un journaliste demande s’ils ont choisi un nom pour leur vaisseau spatial, James McDivitt répond: “Je ne sais pas, qu’est-ce qu’on joue à Broadway en ce moment ?” (Un clin d’oeil à Gus Grissom qui avait baptisé Gemini 3 “Molly Brown” d’après la comédie musicale “The Unsinkable Molly Brown” qui passait à Broadway)
A la question de savoir si l’équipage s’entend bien il répond : “Je pense que j’ai passé plus de temps avec Ed depuis le 1er septembre qu’avec ma femme, on s’entend parfaitement, mais ces deux-là (désignant Jim Lovell et Frank Borman), j’ai des doutes”.
Borman : “Nous formons un excellent groupe, d’ailleurs la nuit dernière Jim et moi avons eu un problème avec nos réservations, du coup nous avons dû passer la nuit ensemble dans la suite nuptiale du Georgetown Inn”
Lovell : “Vous voyez, on ne peut pas être plus proche !”

 

Toute la conférence de presse s’est déroulée ainsi.

 

La chasse aux papillons

Nous sommes environ à 18 heures après le début de la mission (18 heures MET, c’est-à-dire  à partir du décollage. MET = Mission Elapsed Time) lorsque le commandant Frank Borman atteint par le mal de l’espace est pris de nausées et se met à vomir. Bien que William Anders lui ait tendu un sac en plastique des « résidus » s’échappent et flottent dans le vaisseau spatial… peu après il a la diarrhée… James Lovell et William Anders ont passé un petit moment à rattraper des particules de vomi et de matières fécales avec des serviettes en papier. Anders dira plus tard : “C’était un peu comme aller à la chasse aux papillons”