CSM Apollo Block 1

COMMAND & SERVICE MODULE CSM APOLLO BLOCK 1

Le Command & Service Module restera liée au programme lunaire comme le module lunaire le LM. Mais ce n' est pas un engin conventionnel, c' est beaucoup plus. Il s' agit d' un habitacle multi-usage qui, dans la pensée des constructeurs a été conçu pour faire revenir 3 hommes sur terre depuis n' importe où... Le CSM Apollo est un engin de 11 m de haut, 3,9 m de diamètre, offrant aux trois astronautes un volume habitable de 6,17 m3. La masse de l' ensemble est de 30000 kg, dont 18500 kg de carburant. Le système moteur comprend les moteurs de corrections et le moteur principal de 10000 kg de poussée, utilisant de l' UDMH et du N2O4. Le système électrique est fournie par des piles à combustible.

Le contrat de développement pour Apollo est passé par le centre des vols habités de la NASA à North American Aviation fin novembre 1961. Quelques mois plus tôt, le président Kennedy lance un défi à son pays, aller sur la lune et en revenir sain et sauf avant la fin de la décennie. Fin 1961, le lanceur Saturn C5 est dédié à lancer vers la lune Apollo. NAA développe Apollo pour des missions en orbite terrestre, la version Block 1 et lunaire, la version Block 2. La conception des 2 Block se fait en parallèle chez North American Aviation, avec une avance pour le Block 1. Quand la NASA adopte le LOR, le Rendez-vous en orbite lunaire dans l'été 1962 puis donne le développement d'un module lunaire à Grumman juste après, la conception d'Apollo change. Durant l'année 1963, les changements sont quotidiens pour NAA qui commence la construction des premiers vaisseaux. Il faut 18 mois pour fabriquer un CSM Apollo. Les premiers CSM qui sortent d'usine ont leur design figés, ce sont des Block 1. Le concept et le design du CSM Block 2 par NAA occupent l'année 1964 pour une mise en opérationnel dès 1967-68. Ce Block 2 doit pouvoir assurer sa compatibilité avec le module lunaire, le LM. L'étude du système d'amarrage occupe l'année 1965 ainsi que l'aménagement de la cabine, les astronautes évolueront "en bras de chemise". Le premier CSM Block 1 de vol est le 009 qui vole sur la mission AS201 en février 1966. En octobre, la NASA annonce que le premier CSM Block 1 à voler avec équipage autour de la terre sera le 012 avec la mission AS204.

L'approche de conception avec 2 types de vaisseaux est considérée comme un moyen d'obtenir un matériel apte au vol le plus tôt possible. La définition des missions lunaires par la NASA, appelées de "A" à "G" comprend des vols sans équipage, pour tester le matériel et des essais du CSM en orbite terrestre. Des missions qui ne nécessite pas de CSM avec la capacité de s'amarrer. Plusieurs vols habités sont planifiés avec le CSM Block 1, mais dès la fin de l'année 1966, la NASA n'a en planning qu'un ou 2 vols du Block 1. Pas de sorties dans l'espace pour les missions avec le Block 1, l'équipage est simplement vêtu d'une combinaison type Gemini assurant principalement la sécurité. Une fois que la NASA a mis au point le lanceur, le vaisseau spatial et les opérations orbitales, elle allait passer aux missions les plus compliquées, avec le vaisseau spatial Block 2, nécessitant amarrage en vol avec le LM, transfert d'équipage interne et une écoutille capable d'assurer des sorties dans l'espace.
Le CSM Apollo Block 1 est encore un vaisseau très lourd, trop pour aller sur la lune. L'accident du pad 34 en janvier 1967 condamne le Block 1. Ce sera sur ce type de vaisseau que seront testés et validés les modifications du CSM Block 2 pour la lune. Le Block 1 n'est jamais utilisé pour les vols habités, après l' accident de janvier 1967.

Le CSM 012, le seul CSM Apollo Block 1 conçue pour les vols habités. L'axe -Z passe par l'écoutille du CM et l'axe +Y par l'astronaute assis à droite.

Le contrat de NAA a permit le développement et la fabrication de 49 CSM habités ou automatique, 30 BP, Boilerplates, des véhicules de test d'ingénierie et 23 maquettes à échelle réelle. NAA a aussi réalisé les adaptateurs SLA entre le CSM et l'étage S4B du Saturn, pour loger le LM, à savoir 5 systèmes de fixation, 4 simulateurs, 3 modèles d'évaluation, 5 modèles d'entraînement, 2 SLA divers et les équipements de soutien au sol. Montant du contrat 9 380 000 $ (aout 1963).

Un CSM Block 1, le CSM du vol AS202

COMMAND MODULE

Le module de commande, Command Module, transporte les astronautes pendant leur mission et les systèmes de récupération nécessaires pour les ramener en toute sécurité sur Terre. Il est de forme conique avec un diamètre de 3,9 mètres et une hauteur de 3,2 mètres. Le SM (Service Module), qui comprenait tous les systèmes et consommables nécessaires au support des astronautes et de leur mission, était un cylindre de même diamètre avec un moteur à son extrémité. La hauteur totale du CSM est de 11 mètres pour une masse nominale au lancement supérieure à 20 tonnes.

Coordonnées du CM, l'écoutille est sur l'axe -Z et l'ombilical est à 16° vers +Y

L'écoutille d'entrée du module de commande du Block 1 est en 3 parties:
_ La trappe intérieure, qui doit être déboulonné de l'intérier par les astronautes. La pression de cabine est utilisée pour parfaire l'étanchéité. Le différentiel de pression doit être équilibré avant que l'écoutille ne puisse être enlevée et rangée.
_ La trappe extérieure, celle du bouclier thermique.
_ La trappe du BPC, le BPC Booster Protective Cover sur lequel est monté le LES, système d'éjection en vol. Elle est en fibre de verre et s'ouvre de l'intérieur comme de l'extérieur, moyennant un outil spécial.
Ce système est validé pour une évacuation de l'équipage en 90 secondes.

Le Block 1 a une écoutille d'accès à l'avant qui est utilisé en urgence en cas d'évacuation lors de l'amerrissage si l'écoutille principale est inaccessible. Elle est recouverte par un capuchon qui prolonge le bouclier thermique.

Le module de commande est posé sur 6 plots au dessus du module de service. 3 servent d'amortisseurs et les 3 autres séparent les 2 modules. Un ombilical sur le coté assure le passage des connexions électriques, des conduites d'oxygène et de liquide de refroidissement du module de service (SM) au CM. Au moment de larguer le module de service pour le retour dans l'atmosphère, de petits explosifs font passer une lame (une guillotine) à travers toutes les connexions. Sur le module de service, l'ombilical est chargé par un ressort, une fois ces connexions coupées, il s'écarte, libérant le CM pour le départ. Sur le Block 1, l'ombilical se situe au dessous de l'écoutille du module de commande.

Assemblage du CM 012 à Downey pour le vol Apollo 4

SERVICE MODULE

Haut de 7,5 m pour un diamètre de 3, 9 m, le SM est le module de service de la cabine Apollo. De forme cylindrique, il abrite divers systèmes:
__ un système d' orientation et de guidage;
__ un système radio-transmetteur avec antenne haut gain;
__ une source d' énergie, 3 piles à combustibles de 11 kg fournissant 500 W ;
__ des réservoirs de propergols, MMH et N2O4;

L'intérieur du module est organisé en 6 secteurs autour d'un cylindre central. 2 cloisons ferment le module de chaque coté. Les piles à combustibles sont dans le secteur 4, leur carburant H2 et comburant O2 dans le secteur 1, à l'opposé. Les réservoirs de comburant du moteur SPS sont dans les secteurs 2 et 5, les réservoirs carburant dans les secteurs 3 et 6. Les 3 radiateurs du système EPS sont situé sur les secteurs 1 et 4 du module. Les radiateurs ECS sont sur la section avant des secteurs 2 et 5. Les réservoirs de carburant comburant du moteur SPS, de part leur longueur dépassent de la cloison avant du module, entre les entretoises support de la cabine.

Le module de service Block 1 en coupe. De bas en haut, la tuyère du moteur principal, les 13 brins de l'antenne chargée des communications (voix, vidéo et télémétrie), les 2 réservoirs d'oxygène (sphérique) et les 2 réservoirs d'hydrogène des piles à combustible sur 2 étages (secteur 1) ainsi que un des réservoirs du moteur principal, à droite (secteur 2). Sur le coté gauche, une grappe de moteur de contrôle d'attitude RCS, le Quad A sur le secteur 6. L'home en bas donne une idée de la hauteur du module. Sur la couronne supérieure, au-dessus du compartiment abritant les réservoirs des piles à combustibles, l'ombilical reliant le module de service à celui de commande.

Le SM est équipé d'un moteur Aerojet AJ10-137, dit Service Propulsion System SPS de 9,979 tonnes de poussée destiné aux satellisations et de 4 groupes de 4 tuyères de moteurs de contrôle d' attitude utilisable à volonté de 45 kg de poussée, utilisant de l' UDMH et du N2O4.

L'électricité du CSM est fournit grâce à des piles hydrox, piles à combustibles développées par Pratt & Whitney dès 1962. 3 équipent le CSM assurant la presque totalité de l'énergie électrique du vaisseau. Elles sont logées dans le module de service. Chaque pile à combustible combinait de l’hydrogène et de l’oxygène pour produire de l’électricité et de l’eau. L’eau était utilisée comme boisson par l’équipage et pour refroidir l'électronique de bord. Chacune de ces piles contient 31 cellules distinctes de 1 Volt connectées en série. Chaque cellule a un compartiment et des électrodes à hydrogène et à oxygène et, en combinaison, produisent de 27 à 31 volts. La puissance de sortie normale de chaque centrale électrique est de 563 à 1 420 watts, avec un maximum de 2 300 watts.

La pile à combustible Apollo, haute de 111 cm pour 55 cm de diamètre et une masse de 11 kg. Ces ancêtres ont volé sur Gemini 5 jusqu'à 12 avant d'être validé pour la lune.

Les CSM Block 1 sont numérotés avec un zéro devant leur numéro. Le premier CSM Block est le 001 qui a servit pour des tests de compatibilité. Le premier Block 1 a voler est le 002 lors du vol A 004 en janvier 1966 (test du système LES). Le 006 sert pour des essais de sol structurels statiques et thermiques. Le 007 sert à divers tests, notamment des tests de vibrations acoustiques et de chutes, ainsi qu'une formation sur l'évacuation de l'eau. CM a été réaménagé avec des améliorations du bloc II et a subi des tests pour Skylab au McKinley Climatic Laboratory, Eglin AFB, Floride, 1971-1973. Le 008 sert pour tester les systèmes complets en chambre à vide thermique (2TV-1). Le 009 est le premier à voler dans l'espace sur AS 201 en février 1966, le 011 sur AS 202 en août de la même année. Le premier et seul CSM Block 1 de vol est le 012 qui devait voler pour Apollo 1 en février 1967. Il est partiellement détruit quelques jours avant lors d'un test au sol par un incendie qui coûte la vie à ses 3 occupants. Le CSM 014 devait être le second modèle de vol. Il sert lors de l'enquête sur l'accident du 012. Le 017 vole sur Apollo 4 et le dernier Block 1, le 020 sur Apollo 6 en avril 1968, avec le SM du CM 014, après la destruction du SM 020. Malgré leur numérotation, les CSM 098 et 099 sont des Block 2 utilisés pour des tests en chambre thermiques (2TV-1) et statiques.

Les CSM Block qui ont volé, le 002, 009 et 011

Les 2 CSM Block 1 qui ont volé sur des Saturn 5, le 017 et 020, le seul peint en blanc.

Vue du CSM 012 dans le MSOB du KSC, le premier Block 1 destiné au premier vol habité Apollo. Tous les module de commande Block 1 n'était pas peint montrant le gris claire de leur structure en fibre de verre

Le premier CSM Block 1 de vol, celui d'Apollo 1. Tous les modules de service, Block 1 et 2 n'ont jamais été peint, montrant leur couleur naturelle métallique aluminium. Seul le module de service d'Apollo 6 a été peint en blanc comme son module de commande. Sur les autres SM, les seules parties peinte en blanc étaient les radiateurs de dissipation de chaleur EPS et ECS situés sur les secteurs 1 et 4 et 2 et 54 respectivement.