Sauver Skylab

May 26, 2023

Aussi gracieuse qu'elle paraissait en vol, la Saturn V était une fusée puissante et violente. Certains astronautes ont décrit leur expérience à bord de ce lanceur comme se sentant comme "un petit chien secoué par un chien beaucoup plus gros!" Au lieu de transporter des astronautes, cependant, le treizième et dernier vol de Saturn V devait placer la station spatiale Skylab en orbite terrestre. Composé en grande partie d'un Saturn S-IVB modifié (ou troisième étage) qui servirait d'atelier orbital, Skylab était beaucoup plus léger que toutes les charges utiles qui avaient volé sur le Saturn V auparavant. Avec un grand carénage monté sur le S-IVB modifié pour protéger l'adaptateur d'amarrage, le support de télescope Apollo et le module Airlock, Skylab était également une charge utile très différente de celle de tout lancement précédent de Saturn V.

La fusée Saturn V SA-513 lance la station spatiale Skylab en orbite le 14 mai 1973.

Autour de l'atelier orbital du Skylab se trouvait un bouclier de micrométéorites qui avait le double objectif de protéger à la fois la station spatiale et ses astronautes de la chaleur du Soleil. Il y avait également deux panneaux solaires repliés de chaque côté de l'atelier qui devaient être déployés une fois que la station spatiale aurait atteint l'orbite. Lors du lancement le 14 mai 1973, cependant, un défaut de conception a permis à l'air de se précipiter sous le bouclier de micrométéorite, le faisant se décoller de l'atelier. Au cours du processus, le bouclier s'est partiellement empêtré dans l'un des panneaux solaires tout en arrachant complètement l'autre. Ce qui restait du bouclier a roulé sur le côté du Saturn V, coupant une bande de charges explosives qui devaient aider à séparer l'anneau interétage du deuxième étage. Cela a fait que l'anneau intermédiaire est resté attaché au deuxième étage et les températures entourant les cinq moteurs J-2 ont commencé à monter en flèche. Une mission Apollo avec équipage aurait probablement interrompu le lancement, mais les contrôleurs de vol ont permis au Saturn V de poursuivre son vol, et dix minutes après le lancement, il a placé en orbite le Skylab gravement endommagé.

Un diagramme illustrant comment en quelques secondes le bouclier de micrométéorites s'est arraché de l'atelier orbital du Skylab lors du lancement. Les nombres après "SITUATION AT" sont les secondes après le décollage. L'astronaute Russell Schweickart, le commandant suppléant de la première mission Skylab, compare la perte du bouclier à "… passer votre ongle sur l'étiquette à l'extérieur d'une vieille boîte de soupe".

Sans un bouclier de micrométéorites pour protéger l'intérieur du soleil, les températures à l'intérieur du Skylab ont atteint plus de 130 °F. Par endroits, les températures ont même atteint environ 150°F. Bien que les quatre panneaux solaires en forme d'éolienne sur le support du télescope Apollo se soient déployés avec succès dans l'espace, le grand panneau solaire en forme d'aile restant sur le côté de l'atelier était en mauvais état et incapable de fournir l'électricité indispensable pour alimenter la station spatiale. La NASA devrait trouver un moyen de réparer le Skylab si les astronautes devaient vivre et travailler à bord. Et le temps était critique. Les températures élevées à l'intérieur de la station spatiale avaient le potentiel d'endommager les instruments, l'équipement, la nourriture et les films photographiques tout en libérant des gaz toxiques qui seraient dangereux pour les astronautes. Pour sauver Skylab, le premier équipage devait arriver et tenter une mission de réparation. Et pour éviter que les températures élevées ne détruisent tout, ils n'avaient que dix jours pour le faire.

Pour remplacer le bouclier manquant, la NASA a envisagé trois idées différentes, notamment demander aux astronautes d'attacher un pare-soleil au Skylab tout en se tenant dans la trappe du module de commande Apollo, qui a été rapidement abandonné. Une deuxième idée était un pare-soleil "voile solaire" à double flèche qui serait attaché au support du télescope Apollo. L'idée qu'ils ont finalement retenue pour la première mission est venue de Jack Kinzler, ingénieur au Johnson Space Center de la NASA et chef de leur centre de service technique. Il a suggéré un dispositif de parasol construit avec des poteaux en aluminium et un tissu en nylon, mylar et aluminium. Plié comme un parapluie, ce parasol pouvait être déployé à travers un port d'instrument de 8 pouces dans l'atelier afin de couvrir la majeure partie de la zone endommagée faisant face au Soleil. Son idée avait l'avantage supplémentaire de pouvoir être mise en place sans que les astronautes effectuent une activité extravéhiculaire (EVA). Pendant ce temps, des outils spéciaux devraient également être trouvés et testés pour permettre aux astronautes de couper en toute sécurité les débris restants du bouclier de micrométéorites et de libérer le panneau solaire restant.

La tâche de tester les différentes solutions et de développer des procédures pour déployer les dispositifs dans l'espace est devenue la responsabilité de Russell L. (Rusty) Schweickart. Vétéran d'Apollo 9 et commandant suppléant de cette première mission Skylab, Schweickart a expliqué :

"Nous (dirigés par moi !) Chez MSFC, nous avons immédiatement commencé à faire le travail en externe via EVA. J'ai dirigé l'effort depuis que j'étais "M. EVA" pour les opérations (nominales) du Skylab et avait effectué tout ce travail de développement dans le MSFC WIF. Pendant ce temps, le Johnson Spaceflight Center (JSC) de la NASA a imaginé et développé le "parasol" qui était sorti du sas du côté ensoleillé. Nous étaient prêts (en quelque sorte) à la première opportunité de lancement (cinq jours - fenêtre de lancement tous les quatre jours… donc cinq, neuf, treize…) mais JSC n'était pas prêt avec le parasol. Mission Control a pensé qu'ils pourraient limiter les temps pendant quatre autres jours, nous avons donc attendu la fenêtre de lancement du jour 9. Parce que la voile solaire bipolaire pouvait passer par-dessus le parasol, mais que le parasol ne pouvait pas passer par-dessus la voile solaire, le parasol JSC est passé en premier et a duré (juste) pour la première mission. "

Après avoir conçu un parasol de protection pour couvrir l'atelier Skylab, les équipes devaient s'entraîner à utiliser des outils et des matériaux spécialement conçus pour faciliter la procédure de réparation. Le simulateur de flottabilité neutre (NBS) du Marshall Space Flight Center a été utilisé pour pratiquer ces manœuvres. Sur la photo, les astronautes du NBS déploient la housse de protection de la voile solaire "bipolaire" sur le support du télescope Apollo, et la solution qui a finalement remplacé le parasol solaire après le succès de la mission Skylab 2.

Les ingénieurs du Marshall Space Flight Center (MSFC) de la NASA examinent les outils envisagés pour libérer l'aile du panneau solaire de Skylab. Des images de télévision améliorées ont montré que l'aile était maintenue sur le côté du Skylab par une bande de métal provenant du bouclier de micrométéorites. L'appareil au centre est un coupe-câble qui a coupé une bande de métal identique lors d'un test au MSFC, nécessitant une force de 90 livres. Le couteau est l'une des nombreuses têtes qui pourraient être attachées à des tiges d'extension. À droite se trouve l'extrémité de la poignée d'une tige. Le petit objet à gauche est la tête de fixation d'un dispositif de "râteau" à deux broches à utiliser à l'extrémité d'un poteau composé d'une, deux ou plusieurs sections de cinq pieds de tiges d'extension. Les outils ont été testés dans des tâches EVA sous-marines dans le simulateur de flottabilité neutre MSFC.

Le 25 mai 1973, le premier équipage du Skylab avec le commandant Charles C. (Pete) Conrad Jr., le pilote Paul J. Weitz et le scientifique Joseph Kerwin étaient en route. Pour être sûr, l'équipage transportait les trois dispositifs conçus pour remplacer le bouclier de micrométéorites. Ils emportaient également des outils spéciaux qu'ils espéraient pouvoir utiliser pour réparer le panneau solaire endommagé. Ce fut une longue journée pour eux. Après avoir pris six heures pour se rendre au rendez-vous et accoster avec Skylab, l'équipage a mangé son premier repas. Ils se sont ensuite désamarrés et ont commencé à enquêter sur les dommages subis par la station spatiale lors du lancement. Conrad a amené le module de commande Apollo près du panneau solaire endommagé, et Kerwin a effectué une EVA pour tenter de le libérer, mais n'a pas pu le faire. L'équipage a tenté de s'amarrer à nouveau avec Skylab afin de pouvoir se reposer et dormir un peu, mais les mécanismes d'amarrage ne fonctionnaient pas. Après de nombreuses tentatives, ils ont dû modifier manuellement le port d'amarrage du module de commande, ce qui a finalement fonctionné. Parce qu'il faisait encore trop chaud à l'intérieur du Skylab pour embarquer, l'équipage a dormi à l'intérieur du module de commande. Cela avait été une longue journée de 22 heures.

Cette image, prise lors d'une inspection aérienne par l'équipage du Skylab 2, montre le bouclier météoroïde endommagé retenu par une fine sangle en aluminium enchevêtrée avec des restes de couleur verte du bouclier thermique perdu.

Le lendemain, Weitz est entré dans Skylab pour déterminer si les températures élevées avaient généré des émanations dangereuses. Heureusement, c'était sûr, et l'équipage a pu entrer dans l'atelier et déployer le parasol. Les préparatifs qu'ils ont faits au sol ont été utiles et, une fois installé, le parasol a immédiatement commencé à refroidir le laboratoire. La température à l'intérieur du Skylab est tombée à une température chaude mais habitable de 90 ° F, permettant à l'équipage de commencer à travailler sur leurs expériences programmées. Cependant, les niveaux de puissance étaient encore trop faibles pour supporter toutes les expériences qu'ils devaient mener. Les astronautes devraient faire une autre tentative pour réparer le panneau solaire endommagé. La NASA avait besoin d'un nouveau plan.

Schweickart était également responsable d'une équipe chargée de concevoir une autre méthode de déploiement du panneau solaire bloqué. Schweickart et son équipe ont eu l'idée d'utiliser un coupe-câble de 25 pieds de long pour libérer le panneau et une attache pour le manœuvrer, une fois libéré, dans sa position entièrement déployée. Le contrôle au sol a transmis des instructions sur la procédure à l'équipage, et le 7 juin 1973, les astronautes Conrad et Kerwin ont commencé une EVA pour faire une autre tentative.

Les astronautes Rusty Schweickart (à droite) et Edward Gibson (à gauche) testent les procédures d'urgence pour libérer les panneaux solaires bloqués dans l'atelier Skylab. Une sangle métallique s'est emmêlée sur l'un des panneaux solaires pliés lorsque Skylab a perdu son bouclier micrométéoroïde lors du lancement. Les astronautes se trouvent dans le simulateur de flottabilité neutre (NBS) du Marshall Space Flight Center (MSFC) et utilisent divers outils de coupe et méthodes développés par le MSFC pour libérer l'aile solaire bloquée. Cet immense réservoir d'eau simulait l'environnement d'apesanteur que les astronautes rencontreraient dans l'espace.

Tout ne s'est pas déroulé comme prévu. Conrad a découvert qu'il ne pouvait attacher l'attache au panneau solaire qu'à un seul endroit, et il craignait que cela ne fournisse pas suffisamment de levier pour ouvrir le panneau. Kerwin a eu du mal à se positionner sur la station spatiale où Schweickart l'avait suggéré, car les câbles l'empêchaient de prendre une bonne assise, ce qui rendait difficile l'utilisation du coupe-câble. Au lieu de cela, Kerwin s'est déplacé dans une position différente où il a finalement pu couper le câble et libérer le panneau solaire. Cependant, il devait encore être mis en position complètement ouverte, et même si les deux astronautes tiraient sur l'attache, le panneau refusait de bouger. Pour fournir un effet de levier supplémentaire, Conrad a placé l'attache sur son épaule et les deux astronautes ont tiré à nouveau. Le panneau solaire s'est soudainement mis en place, envoyant les deux astronautes dans l'espace. Conrad rit alors qu'il volait dans l'espace. Heureusement, des câbles ombilicaux les ont maintenus attachés à la station spatiale où ils ont pu revenir en toute sécurité. En quelques jours, la puissance de Skylab a doublé et la première station spatiale américaine a été sauvée.

"De nombreux membres de l'équipe que j'ai dirigée à partir de la nuit du lancement tragique du laboratoire n'ont jamais dormi pendant 48 et quelque 72 heures", se souvient Schweickart. "Faire concevoir, concevoir, fabriquer, tester et former l'équipage ce qu'on appelait le "spinnaker" ou la "voile bipolaire"… et prêt pour le lancement en quatre jours ! Je ne suis pas sûr qu'il y ait jamais eu un all-hands plus intense En fin de compte, nous avons converti ce qui était un échec total (2,2 milliards de dollars) en un succès à 120 %. Nous avons en fait fait plus que prévu au cours des trois missions [Skylab].

Une image de Skylab prise par le troisième et dernier équipage d'astronautes. Le pare-soleil de parasol d'origine installé par le premier équipage, qui est d'une couleur légèrement plus foncée, peut être vu sous le pare-soleil à deux pôles qui a été installé par le deuxième équipage.

Un grand merci à Rusty Schweickart pour ses commentaires et sa contribution à ce blog.