Le programme Skylab

vue du Skylab. NASA

Comme la NASA avait fermé les chaînes de montage de la fusée Saturn V en août 1968, toute fusée restante pourrait être utilisée soit pour continuer les vols lunaires soit pour mettre en orbite terrestre une station spatiale américaine (en tant que partie du "Apollo Applications Program" ou AAP -"programme d'applications dérivées du programme Apollo"). L'année suivante, la NASA choisit une des deux versions de la station (celle-ci serait lancée en emportant les zones de vie et de travail déjà installées). En février 1970, le projet AAP fut finalement transformé en le Skylab. Après que le programme Apollo se fût terminé en 1972 avec la dernière mission du programme, la mission Apollo 17, la NASA utilisa les derniers éléments et véhicules qui restaient du programme pour lancer le "Skylab". Le Apollo Applications Program avait pour objectif de mettre en place des missions spatiales habitées à but scientifique sur la base d'éléments qui avaient été originellement prévu lors du programme Apollo. Le centre Marshall de la NASA fournit les lanceurs Saturn pour les 4 missions Skylab et fut responsable de nombreuses expériences à bord. Le Skylab renvoyait aussi à un programme qui fut conçu au milieu des années 1950 par l'un des ingénieurs allemands, Kfrafft Ehricke, qui travaillaient pour l'Armée de l'Air américaine sur les missles ICBM Atlas; en réfléchissant à ce qu'on pourrait faire aussi avec les Atlas, Ericke réfléchit à les mettre en orbite, les remplir d'air de sorte d'y faire vivre des personnes; ce programme, cependant, ne fut pas sérieusement suivi. Lancé le 14 mai 1973, le Skylab resta en orbite terrestre de 1973 à 1979. Ce qui était, d'une certaine façon, une station spatiale (d'un poids de 77 tonnes) comprenait un atelier, un observatoire solaire, un adaptateur pour les arrimages et des systèmes permettant à trois membres d'équipage de rester 84 jours dans l'espace. Sur un plan officiel, les missions Skylab firent partie du programme Apollo. Le Skylab (pour "Sky laboratory", en anglais; littéralement: "laboratoire du ciel") devint ainsi la première station spatiale américaine, d'un poids de 100t, et un laboratoire scientifique et d'ingénierie en orbite. Il se peut également que ce nouveau programme ait été la réponse américaine au fait que l'Union Soviétique, alors, depuis 1971, s'engageait hardiment dans son long programme de présence habitée à bord de stations orbitales en orbite terrestre. Le Skylab était plus grand et plus complexe que le Saliut, la première station spatiale expérimentale soviétique, qui avait été lancée en 1971. Le programme Skylab ne dura qu'un an: trois équipages se succédèrent à la station entre mai 1973 et février 1974, réalisant 270 expériences scientifiques et techniques et totalisant 171 jours en orbite . Le Skylab se composait d'un étage modifié de fusée Saturn V que l'on avait transformé en espace pressurisé de travail et d'habitat. Il était équipé de panneaux solaires qui assuraient la production d'électricité. Il orbitait à une vitesse de 9900 km/h (16000 miles/h). Les équipages rejoignaient le Skylab à bord de modules de commande/modules de service Apollo. Les missions Skylab se déroulaient sous la supervision du "Centre de contrôle mission", à Houston. Un module de commande Apollo est resté amarré au Skylab comme vaisseau de sauvetage pendant trois mois, de 1973 à 1974. Une fois en orbite, le module de commande et de service mettait 8 heures pour atteindre le Skylab

Le Skylab consistait de 4 éléments principaux: le "Orbital Workshop" ("atelier orbital", OWS), le "Airlock Module" ("module sas", AM), le "Multiple Docking Adapter" ("adaptateur d'arrimage multiple", MDA) et le "Apollo Telescope Mount" ("monture du télescope Apollo, ATM). Un module de commande et de service Apollo transportait les équipages à l'aller et au retour et il restait arrimé au Skylab le temps de la mission. voir un schéma du Skylab. Le Orbital Workshop était une reconversion du dernier étage d'une fusée Saturn et était le compartiment principal de travail et de vie de l'équipage; il comprenait aussi des équipements d'entraînement physique, une cuisine et beaucoup des expériences scientifiques (en particulier, celles des sciences de la vie). Les deux grands panneaux solaires de l'OWS fournissaient 12,4 kw à la station. Le Airlock Module permettait aux astronautes d'effectuer des sorties dans l'espace et le Multiple Docking Adapter comprenait un port d'arrivage principal et un port de secours pour les vaisseaux Apollo; il abritait aussi une expérience scientifique, le "Earth Resources Experiment Package". La section ATM abritait les télescopes pour l'observation du Soleil et était équipé de 4 panneaux solaires fournissant de l'énergie supplémentaire. Une fois en orbite, le Skylab avait un poids de 85 tonnes ce qui en faisait, de loin, le vaisseau spatial le plus lourd de l'époque. Enfin, pour la première fois de l'histoire des vols habités, le port d'arrimage de secours du Skylab permettait un système de sauvetage: une capsule Apollo avec deux astronautes à bord pouvait venir à l'aide de l'équipage dans le cas où leur propre vaisseau serait venu à avoir un problème, le retour se faisant avec les 5 astronautes à bord de la capsule de secours

Parmi les expériences menées à bord du Skylab, le programme fut le cadre du plus grand programme d'études solaires menées jusque là. Les équipages menèrent également des expériences dans les domaines de l'apesanteur, de la médecine et l'observation de la Terre depuis l'espace. Le programme Skylab fut aussi le vecteur de la création des nouvelles technologies que nécessitait le séjour prolongé d'équipages dans l'espace: ainsi, des douches spéciales, de l'équipement d'entraînement physique ou des systèmes de cuisine dans l'espace, le tout devant fonctionner en micro-gravité. Skylab fut aussi le vecteur des débuts des recherches pour comprendre quels étaient les effets de séjours prolongés dans l'espace sur les équipages. Ce fut fait au travers de l'activité journalière des astronautes en orbite, qui devint ainsi, de facto, l'expérience scientifique la plus importante de Skylab. Le programme originel avait prévu des sorties dans l'espace (pour changer la cartouche de film d'un instrument, le "Apollo Telescope Mount") mais deux équipages (les deux premiers) durent en effectuer pour procéder à des réparations sur la station: les deux panneaux solaires avaient été endommagés, au lancement, par un écran à météorites qui s'était arraché, puis pour réparer des thrusters (les petits moteurs de poussée que l'on trouve sur tous les satellites voire stations) affectés de fuite. Du fait de vibrations au décollage des modules inhabités un écran anti-météorites fut détaché, arrachant l'un des deux panneaux solaires. Les contrôleurs au sol manoeuvrèrent le deuxième panneau solaire pour qu'il soit exposé au Soleil et fournisse le plus d'électricité possible. Mais l'absence de l'écran anti-météorites, ce positionnement amenait les températures à l'intérieur du laboratoire à atteindre les 50 degrés. Avant le lancement de l'équipage, qui avait lieu dix jours après, les ingénieurs de la NASA mirent au point des procédures et entraînèrent les astronautes pour permettre l'installation à bord. Les ingénieurs et les astronautes, au Johnson Space Center et au Marshall Space Flight Center choisirent une solution qui remplissait les critères de pouvoir être prête pour le lancement du premier équipage du Skylab, d'être suffisamment de petite taille pour pouvoir être emportée dans la capsule Apollo et de ne pas nécessiter de sortie dans l'espace. La solution retenue fut un "parasol" fait de tubes d'aluminium et de tissu de nylon, de Mylar et d'aluminium, qui pouvait être déployé depuis l'intérieur du Skylab; il put être conçu, fabriqué et testé en seulement quelques jours et on l'embarqua dans la capsule Apollo la nuit avant le lancement. Le premier équipage, après le lancement et un vol de 6 heures s'approcha du Skylab et volèrent autour de la station pour observer les dommages et ils essayèrent de détacher les débris du panneau solaire (pour ce faire, l'astronaute Weitz se tenait debout dans la capsule Apollo et Kerwin le retenait par les pieds, ce qui est appelé une "Stand-up Extravehicular Activity" ("activité extra-véhiculaire en position debout", SEVA)). Le premier équipage rendit donc le Skylab possible: une fois à bord du Skylab, via une sortie dans l'espace, il déploya le parasol de l'intérieur via le sas des expériences solaires puis, le manque d'énergie, qui ne pouvait être fournie par les panneaux solaire manquants ou bloqués, empêchant plus d'activité, il fallut trouver une solution. Au Neutral Buoyancy Simulator, la piscine permettant de simuler des activités en apesanteur, du Marshall Space Flight Center le commandant de remplacement du Skylab, Russell Schweickart et l'astronaute du Skylab 4, Edward Gibson, expérimentèrent des techniques pouvant être utilisées lors de sorties dans l'espace et l'information fut relayée à l'équipage dans l'espace. Le 7 juin 1973, 14ème jour de la mission, les astronautes Conrad et Kerwin sortirent du sas du Skylab. Ils mirent en place un un mât de 7.5m équipé d'un outil coupe-câble à son extrêmité qui se referma en partie sur la sangle d'aluminium du panneau protecteur contre les micro-météorites, lequel tenait le panneau solaire. Conrad utilisa le mât comme une poignée pour amener le panneau vers le bas et il y attacha une corde. Kerwin referma les mâchoires du coupe-câble et essaya de couper la sangle de métal. Le panneau ne s'ouvrit que partiellement mais sa charnière avait gelé dans le froid de l'espace et l'empêchait de s'ouvrir complètement. Les deux astronautes tirèrent tous les deux sur la corde pour surmonter la question et le panneau solaire s'ouvrit d'un coup, faisant rebondir les astronautes qui, heureusement, furent retenus de partir dans l'espace par les filins attachés à leurs scaphandres. Une fois le panneau ouvert, les autres panneaux solaires individuels se déployèrent et, en peu de temps, le contrôle au sol avisa l'équipage que le Skylab recommençait à générer de l'électricité. Conrad et Kerwin rentrèrent dans la station après une sortie dans l'espace qui avait duré 3h 25mn -ce qui représentait, pour l'époque, la plus longue sortie dans l'espace jamais effectuée. Le second équipage, ensuite, réalisa une autre sortie dans l'espace pour déployer un autre "parasol". Ensuite les trois astronautes purent se consacrer à réaliser autant d'expériences scientifiques que possible puisque c'était le but principal du Skylab. Sur la base des données concernant l'état physique de l'équipage, les médecins de la mission augmentèrent la ration calorique et l'exercice physique pour les prochains astronautes. Avant de partir de la station, les astronautes préparèrent celle-ci pour une période non-habitée jusqu'à la l'arrivée de l'équipage suivant en juillet. Le vaisseau de transport, le "module de commande" amerrit à 1300km au sud-ouest de San Diego, en Californie et à 10km du navire principal de récupération, le porte-avion USS Ticonderoga. A peine 2 jours après leur retour et alors qu'ils étaient encore sur le porte-avions, les astronautes furent transportés en hélicoptère jusqu'à la résidence présidentielle de la côte ouest, à San Clemente, où le président américain Richard Nixon les avaient invités à la "Western White House" (il y tenait un sommet avec Léonid Brejnev, le Secrétaire Général soviétique); les astronautes ne respectèrent pas les protocoles médicaux et retirèrent les masques chirurgicaux qu'ils portaient pour se protéger de toute infection. Chaque équipage du Skylab consistait en un commandant, un pilote, un scientifique (ordre dans lequel sont donnés, dans le tableau ci-dessous, les noms des astronautes)

Les équipages du programme Skylab

Date de lancement	Membres d'équipage	Durée	Remarques
14 mai 1973	Pete Conrad (commandant), Paul Weitz (pilote), Joe Kerwinh (pilote scientifique (en anglais "science pilot")	28 j.	11 jours avant le lancement de cet équipage avait eu lieu le lancement même du Skylab, par une Saturn V (ce fut, d'ailleurs, le dernier vol d'une Saturn V; la Saturn 1B qui avait été prévue pour le vol du deuxième test LEM (le LM-2) fut utilisée pour ce lancement). Le lancement du premier équipage avait été retardé de 10 jours -le lancement eut lieu le 25, le temps que la NASA mît au point un plan pour réparer le Skylab, qui avait été endommagé au lancement. Le 18 juin, l'équipage dépassa le record de séjour dans l'espace de 24 jours que d&;eacute;tenaient les cosmonautes sovi&;eacute;tiques du Soyouz 11 depuis 1971
28 juillet 1973	Alan Bean, Jack Lousma, Owen Garriott	59 j.	cet équipage fut lancé par une fusée Saturn IB; l'équipage déploya un écran solaire à double mât, qui remplaça le panneau d'origine deux mois après qu'il eut été arraché au cours du lancement du Skylab en mai 1973
nd	Jerry Carr, Bill Pogue, Edward Gibson	84 j.	le retour du troisième équipage, le 8 février 1974, marqua la fin du programme (la durée de la mission constitua, à l'époque, un record mondial)

des membres d'équipage dans le Skylab. Marshall Space Flight Center, Kennedy Space Center

Initialement prévue pour le 17 août 1973, la NASA a accéléré la date de lancement de la deuxième équipe de 3 semaines en raison de préoccupations concernant la capacité du pare-soleil de remplacement de Skylab de continuer à refroidir la station et de problèmes avec ses gyroscopes de détection d'attitude. Ce deuxième équipage déploierait un pare-soleil plus permanent, et la NASA plaça des gyroscopes de remplacement dans le module de commande au cas où ils seraient nécessaires. Les principaux objectifs de la mission étaient pour l'équipage de mener une série d'expériences scientifiques au cours de leurs 59 jours dans l'espace, durée qui plus que doublait la durée du séjour en orbite de l'équipage précédent. Pour mieux contrecarrer les effets de la mission de longue durée et en se fondant sur les expériences du premier équipage, le deuxième équipage devait consacrer plus de temps à pratiquer des exercices physiques. Peu après avoir atteint l'orbite, l'un des quatre groupes ou "quads" de thrusters commença à fuir. Ces thrusters sont situés à des intervalles de 90 degrés autour du module de service (SM) et utilisés pour le contrôle de l'attitude et les manoeuvres de rendez-vous. La seule solution fut d'éteindre ce groupe ce qui força l'équipage à réaliser le rendez-vous, le survol d'inspection et l'amarrage en n'utilisant que les trois groupes en état de fonctionner, un scénario auquel les astronautes ne s'était jamais entraînés avant la mission. Avec l'aide d'une calculatrice pour faire les calculs sur la vitesse à laquelle ils approchaient du Skylab, l'équipage réussit ces manœuvres difficiles et s'amarra. Peu de temps après s'être installés dans la station, les trois astronautes éprouvèrent le mal de l'espace ce qui retarda leur emploi du temps. Les gestionnaires du vol retardèrent de plusieurs jours la première sortie dans l'espace ("activité extra-véhiculaire" ou en anglais "extravehicular activity", EVA) pour leur permettre de se rétablir. Dans le même temps, un deuxième groupe de thrusters du SM commença de fuir et l'équipage dut aussi fermer ce groupe. Les contrôleurs au sol commencèrent alors de craindre qu'avec seulement la moitié de ses thrusters, la capsule ne puisse ne pas être en mesure de ramener l'équipage sur Terre en toute sécurité. Les responsables de la NASA décidèrent d'enager une procédure unique du Skylab, la possibilité de vaisseaux de secours. Au Kennedy Space Center, on accéléra l'assemblage et le déplacement au pas de tir de la Saturn IB et de la capsule Apollo suivantes de sorte qu'un lancement soit effectué. Dans ce scénario de sauvetage, deux astronautes rejoindraient le Skylab et accosteraient à son port d'amarrage latéral; ils embarqueraient l'équipage du Skylab et les cinq hommes redescendraient sur Terre dans ce module de commande modifié pour accepter cinq membres d'équipage. En fin de compte, on décida que l'équipage sur le Skylab pourrait utiliser des procédures de contournement que les deux astronautes de l'équipage de secours avaient conçu sur les simulateurs de sol et qu'ils pourraient rentrer sur Terre avec seulement la moitié des thrusters et on annula la tentative de sauvetage. L'équipage se sentant mieux et la crise évitée à propos des thrusters, les trois astronautes commencèrent de travailler sur leur programme scientifique et leur première sortie dans l'espace. Ils activèrent le Earth Resources Experience Package (EREP), une suite de capteurs observant la Terre dans les spectres visible, infrarouge et micro-ondes, et réalisèrent plusieures observations de divers sites. A titre de technologie de démonstration, l'équipage du Skylab mit en oeuvre la "Astronaut Maneuvering Unit" (unité de manoeuvre pour astronaute", AMU) dans le vaste espace du Orbital Workshop du Skylab; il s'agissait d'une sorte de réacteur dorsal (en anglais "jetpack") qui permettait à un astronaute d'opérer librement à l'extérieur d'un vaisseau spatial et ce système fut ensuite utilisé par le programme de la navette spatiale pour les opérations d'entretien de satellites. Une des expériences scientifiques -provenant d'étudiants- qui attira l'attention fut l'étude de comment deux araignées tissèrent leur toile en apesanteur (ce qu'elles réussirent correctement). Une sortie dans l'espace à deux astronautes installèrent un pare-soleil plus permanent. Les ingénieurs du centre Marshall avaient construit ce pare-soleil à deux perches peu après que Skylab a été endommagé lors de son lancement et le premier équipage l'avait apporté à bord de leur module de commande; l'installation avait été retardée jusqu'à l'arrivée du second équipage car elle nécessitait une sortie dans l'espace complexe et que ce second équipage avait eu le temps de s'entraîner dans la piscine simulant l'apesanteur -le "Neutral Buoyancy Simulator"- du centre Marshall. Le nouveau pare-soleil à deux perches fut déployé par-dessus le premier pare-soleil au cours de cette sortie dans l'espace qui dura 6 heures et 31 minutes, la plus longue sortie dans l'espace, alors, sur l'orbite terrestre. La deuxième sortie dans l'espace de la mission eut lieu le 24 août et accomplit des tâches techniques et, le jour suivant, l'équipage dépassa le record de séjour de 28 jours dans l'espace établi par le précédent équipage. Le 27, l'équipage du Skylab envoya un message dans le cadre de la cérémonie officielle de changement de nom du Manned Spacecraft Center en "Lyndon B. Johnson Space Center")

La troisième et dernière mission Skylab fut lancée le 16 novembre 1973 et son équipage était, pour la première fois depuis Gemini 8, en 1966, entièrement composé d'astronautes qui n'avaient jamais volé. Le vaisseau s'amarra à la station après 8 heures de vol et devait y rester trois mois. L'équipage continua de mener des expériences scientifiques et s'intéressa aussi à l'observation de la comète Kohoutek, qui avait été découverte plus tôt dans l'année. Deux astronautes accomplirent une sortie dans l'espace pour remplacer des films et déployer une expérience. Un tapis roulant avait été conçu par la NASA et emporté par la mission pour permettre plus d'exercice pour maintenir les muscles des jambes et du dos. Le troisième équipage du Skylab arrivait à son 33ème jour à bord lorsque, le 18 décembre 1973, l'URSS lançait le Soyouz 13, avec deux cosmonautes à bord, pour une mission scientifique de 8 jours. Pour la première fois dans l'histoire de la conquête spatiale, des astronautes américains et des cosmonautes russes se trouvaient dans l'espace en même temps. Les deux vaisseaux étant cependant sur des orbites différentes, les équipages ne purent se voir ni communiquer entre eux mais cet évènement montrait que des préparations étaient en cours pour le "Apollo Soyuz Test Project" ou ASTP, la première mission spatiale commune entre les Etats-Unis et l'Union soviétique, qui devait avoir lieu en juillet 1975. Le projet ASTP était né en mai 1973 du fait d'un accord signé entre Nixon, le président américain et Alexei Kossyguine, le premier ministre soviétique. L'ASTP était déjà bien en cours en décembre 1973 via des réunions à intervalles réguliers entre dirigeants, ingénieurs et membres d'équipage américains et russe. Les trois astronautes de Skylab et les deux cosmonautes soviétiques marquaient aussi le plus grand nombre de personnes dans l'espace au même moment, un record qui tiendra pendant neuf ans. Les observations de la comète Kohoutek depuis le Skylab furent coordonnées avec celles menées depuis la Terre ou d'autres instruments dans l'espace -dont les observations du vaisseau Mariner 10 qui était en route pour Vénus. Le jour de Noël, les observations furent conduites au cours d'une sortie dans l'espace qui dura 7 heures et 1 minute, la plus longue sortie dans l'espace à l'époque. 4 jours plus tard, une autre sortie, de 3 heures et 39 minutes, fut consacrée à d'autres observations de la comète. Le record de durée dans l'espace de 84 jours établi par le troisième équipage du Skylab se maintint 4 ans. Avant leur départ, les astronautes préparèrent la station pour une longue période inhabitée (le contrôle avait envoyé par téléscripteur 15 pages d'instructions!). Après le désarrimage, les astronautes effectuèrent un vol d'inspection autour du Skylab et ils furent le premier équipage à avoir passer les fêtes de Thanksgiving, Noël et Jour de l'An dans l'espace. Du fait qu'ils s'étaient mieux entretenus physiquement et qu'ils s'étaient mieux nourris, ce troisième équipage revint sur Terre en meilleure condition physique que les deux précédents (qui avaient cependant passé moins de temps à la station). A partir du départ du dernier équipage du Skylab, la station avait été configurée pour des opérations automatiques et le contrôle de mission continuait de la suivre; les thrusters du Service Module's Reaction Control System avaient été mis à feu pour élever l'altitude de l'orbite et on avait calculé que le Skylab resterait en orbite jusqu'au début des années 1980. Après le retour du dernier équipage, les contrôleurs au sol exécutèrent des tests de certains systèmes du Skylab -tests qu'ils n'avaient pas voulu réaliser tant que les équipages étaient à bord. Les résultats des tests permirent de déterminer les causes de pannes qui avaient eu lieu et d'obtenir des données sur les dégradations des systèmes spatiaux sur le long terme. On envisagea que des astronautes rendissent de nouveau visite au Skylab une fois le programme de la navette spatiale devenu régulier ou, au moins, que des astronautes attachassent à distance un moteur-fusée soit pour élever son orbite soit pour contrôler sa réentrée dans l'atmosphère. Malheureusement une activité solaire plus importante que prévue augmenta la traînée atmosphérique et fit que le Skylab perdît de l'altitude plus rapidement que prévu et des retards dans le programme de la navette rendirent tout sauvetage impossible. Le 11 juillet 1979, au cours de sa 34981ème orbite, les ingénieurs du contrôle de mission au Johnson Space Center de Houston envoyèrent une dernière commande à Skylab pour qu'il éteigne ses gyroscopes de contrôle, ce qui l'envoya dans un mouvement de culbute. Ce fut le mieux que les contrôleurs purent faire pour s'assurer que le Skylab ne rentrât pas dans l'atmosphère au-dessus d'une zone habitée telle l'Amérique du Nord. Aussi le Skylab réentra-t'il dans l'atmosphère le 11 juillet 1979, la station se disloquant en centaines de morceaux dont certains réussirent à atteindre le sol (le champ de débris, finalement, s'étendit de l'Est de l'océan Indien jusqu'en Australie mais, heureusement, au-dessus de zones faiblement peuplées)

une fusée Saturn IB et le module de commande et de service qu'utilisaient les astronautes pour gagner le Skylab. NASA

La mission Skylab joua aussi un rôle important en permettant à des étudiants américains de participer. Cela se déroula sous l'égide de la "National Science Teachers Association" ("association nationale de professeurs en sciences") et des étudiants soumirent des propositions d'expérience à réaliser à bord (au total, 25 étudiants participèrent réellement à 19 expériences). Le programme Skylab est généralement considéré comme le programme qui permit aux Etats-Unis de développer les séjours de longue durée en orbite qui eurent lieu, par la suite, avec le programme suivant de la navette spatiale ou les missions conjointes soviéto-américaines. Ces séjours de longue durée dans l'espace continuent actuellement d'améliorer leurs méthodes et leurs techniques avec, depuis 1998, la construction de la Station Spatiale Internationale, l'ISS. Deux membres d'équipage des missions Skylab, Carr et Pogue, participèrent, pendant 13 ans, au développement de ce qui allait devenir l'ISS. Plus de 170 000 images avaient été prises pour les astronomes par Skylab alors que les spécialistes des sciences de la Terre avaient 46000 clichés à leur disposition