Gemini 3

Gemini 3 Mission spatiale avec équipage
Données de la mission
Vaisseau	Titan II GLV
Équipage	2 hommes
Date de lancement	23 mars 1965
Site de lancement	Cap Canaveral Complexe de lancement 19
Date d'atterrissage	23 mars 1965
Site d'atterrissage	Océan Atlantique
Durée	4 heures, 52 minutes et 31 secondes
Orbites	3
Altitude orbitale	224,2 km (apogée)
Inclinaison orbitale	32,6 degrés
Distance parcourue	128 748 km
Photo de l'équipage
John Young et Gus Grissom
Navigation
Gemini 2 Gemini 4

Gemini 3 est la première mission avec équipage du programme Gemini (1961-1966) mise sur pied par l'agence spatiale américaine, la NASA, dans le but de mettre au point les techniques spatiales qui seront mises en œuvre par le très ambitieux programme Apollo qui doit amener des hommes à la surface de la Lune. C'est la septième mission spatiale américaine emportant des astronautes et la première mission habitée américaine avec un équipage de deux personnes. La mission est lancée le 23 mars 1965 par une fusée Titan II GLV décollant de la base de lancement de Cap Canaveral avec à son bord Virgil Grissom, commandant de la mission et John Young.

Le principal objectif de Gemini 3 est de valider le fonctionnement du vaisseau Gemini, le réseau de suivi terrestre, le système de propulsion OAMS (Orbit Attitude and Maneuver System) chargé d'effectuer les manœuvres orbitales et de contrôler l'attitude ainsi que le système de guidage utilisé pour la rentrée atmosphérique. Les objectifs secondaires portent sur l'évaluation de l'équipement des astronautes et les effets des vibrations (POGO) sur l'équipage, la réalisation de trois expériences et de photographies de la Terre.

Une fois en orbite, l'équipage utilise comme prévu la propulsion du vaisseau pour modifier les caractéristiques de celle-ci (altitude, plan orbital) puis après avoir bouclé trois orbites abaisse l'altitude à (84 kilomètres au périgée de manière à déclencher automatiquement la rentrée atmosphérique au cas où les rétrofusées seraient déficientes. Le vaisseau amerrit à 111 kilomètres du point visé. La mission, qui a rempli tous ses objectifs, a duré 4 heures et 52 minutes.

Contexte

Le programme Gemini (1961-1966) est le deuxième programme spatial habité développé par les États-Unis après le programme Mercury. Son objectif est de mettre au point des techniques spatiales qui seront mises en œuvre par le très ambitieux programme Apollo qui doit amener des hommes à la surface de la Lune. Ces techniques que les capsules spatiales Mercury, trop rudimentaires (ils ne disposaient pas de système propulsif leur permettant de modifier ou corriger leur orbite), ne permettaient pas de tester sont notamment les manœuvres orbitales (en particulier le rendez-vous spatial et l'amarrage à un autre engin spatial) et les sorties extravéhiculaires. Pour remplir ces objectifs, l'agence spatiale américaine, la NASA, développe le vaisseau spatial Gemini. Cet engin biplace dispose de capacités de manœuvre en orbite importantes et, pour la première fois dans le monde de l'astronautique, met en œuvre un ordinateur embarqué. Ce vaisseau est placé en orbite par une fusée Titan, missile balistique intercontinental reconverti en lanceur. Entre 1963 à 1966, dix missions Gemini sont lancées : celles-ci atteignent tous les objectifs fixés et préparent le triomphe du programme Apollo. Les États-Unis à travers ce programme rattrapent leur retard sur le programme spatial soviétique.

Gemini 3 est la troisième mission de ce programme mais la première qui emporte un équipage. Elle prend la suite de :

• Gemini 1 lancée le 12 avril 1964 dont l'objectif était de tester la structure de la capsule et le fonctionnement de son lanceur, une fusée Titan II modifiée. Cette mission a également permis de tester le fonctionnement du segment sol (nouveaux systèmes de suivi et de communication) et d'entraîner les équipes au sol aux futurs vols Gemini habités.
• Gemini 2 lancée le 19 janvier 1965 est un simple vol suborbital destiné à tester différents systèmes du vaisseau, notamment le bouclier thermique lors de la rentrée dans l'atmosphère.

Caractéristiques techniques

Vaisseau Gemini

Le vaisseau spatial Gemini est le deuxième véhicule spatial américain mis au point par la NASA pour ses missions avec équipage. Conçu initialement comme une évolution du vaisseau Mercury, il est finalement un engin radicalement différent. D'une masse de 3,5 tonnes, il peut emporter deux astronautes pour une mission de deux semaines. Il est équipé d'un radar pour les opérations de rendez-vous, d'un ordinateur de navigation et l'énergie est fournie par des piles à combustibles. Il dispose d'un système de propulsion qui lui permet de modifier son orbite en cours de mission. Le vaisseau Gemini a la forme d'un cône long de 5,8 mètres pour un diamètre maximal de 3,05 mètres. Sa masse totale est de 3 175 kg. Contrairement au vaisseau Mercury, le vaisseau Gemini est composé de deux parties distinctes : d'une part le module de rentrée, dans lequel se tient l'équipage et qui revient sur Terre et d'autre part le module de service qui est largué avant la rentrée atmosphérique. Les équipements qui étaient à l'intérieur de la cabine dans le vaisseau Mercury sont majoritairement placés dans le module de service non pressurisé. Cette architecture permet de remplacer rapidement un équipement défaillant au sol.

Lanceur Titan

Le lanceur spatial Titan II est un missile balistique intercontinental adapté pour lancer les vaisseaux Gemini. Ce gros missile d'une masse de 154 tonnes et haut d'environ 30 mètres comporte deux étages. Ses moteurs brûlent un mélange d'ergols hypergoliques de peroxyde d'azote et d'aérozine 50. À l'époque, l'agence spatiale américaine n'a pas le choix car il n'existe aucune autre fusée américaine capable de mettre en orbite les 3 600 kg du vaisseau Gemini biplace (Titan II pouvait placer 3 810 kg en orbite basse). Le missile a été modifié pour réduire le niveau de vibrations longitudinales (effet pogo) très élevé en réduisant la pression dans la chambre de combustion des moteurs. Toutes les fusées du programme Gemini sont tirées depuis une unique rampe de lancement du missile, située sur la base de lancement de Cap Canaveral et reconvertie pour un usage civil.

Objectifs de la mission Gemini 3

Le déroulement et les objectifs de la mission Gemini 3 restent peu précis jusqu'à quelques mois avant le lancement. Selon les directives arrêtées en avril 1963, la mission doit permettre de démontrer et d'évaluer les capacités du vaisseau, le système de lancement et les procédures requises par les futures vols de longue durée et les rendez-vous orbitaux. Ces objectifs ne vont se préciser que début 1965. La durée de la mission est la caractéristique la plus débattue. Il était prévu en 1963 que le vaisseau boucle trois orbites. Mais cela semblait très court pour vérifier l'aptitude du vaisseau Gemini à réaliser des vols de longue durée et des rendez-vous orbitaux. Les astronautes souhaitent que la durée de la mission se décide en vol en fonction de l'appréciation de l'équipage. Mais la direction du programme Gemini décide de limiter la mission à trois orbites car le réseau de stations de suivi au sol n'est capable à l'époque de cette mission d'assurer qu'une couverture géographique limitée.

L'objectif principal de Gemini 3 est de valider la manœuvrabilité du vaisseau Gemini en utilisant son système propulsif OAMS. En janvier 1965, seulement quelques mois avant le lancement, l'état-major de la NASA donna l'ordre de modifier le plan de vol de Gemini 3 de manière à garantir la rentrée atmosphérique du vaisseau en cas de défaillance des rétrofusées en charge de cette manœuvre (un scénario au centre du thriller spatial Marooned de Martin Caidin publié en 1964). Les responsables du programme modifient en conséquence les caractéristiques des manœuvres réalisées avec l'OAMS, la dernière devant placer le vaisseau sur une orbite passant à une altitude suffisamment basse (63 km au périgée) pour déclencher la rentrée atmosphérique.

Gemini 3 est le premier vol américain embarquant deux astronautes et le premier vol où, au cours de la rentrée, la portance du vaisseau a été utilisée pour modifier le point d'amerrissage. La mission est suivie par le centre de contrôle Mercury.

Expériences scientifiques

Bien que les missions Mercury aient embarqué quelques expériences scientifiques, il y avait eu peu de réflexions sur le sujet pour les missions Gemini jusqu'au lancement de la dernière mission Mercury mi-1963. Une première étude est lancée au cours de l'été 1963 et un groupe de travail est constitué en janvier 1964 pour sélectionner des expériences. Compte tenu de la courte durée de la mission Gemini 3 qui limitait le temps que l'équipage pouvait consacrer aux expériences et du fait que le vaisseau avait été déjà assemblé, le groupe de travail décide de privilégier des expériences déjà mises au point et ne nécessitant qu'une contribution modeste de la part des astronautes. Trois expériences qui avaient été proposées pour le vol Mercury-Atlas 10 mais qui n'avaient finalement pas volé sont choisies :

• La première expérience, destinée à tester les effets du rayonnement et de la faible gravité sur les cellules, est proposée suite aux constats, lors des missions spatiales précédentes, que les effets biologiques de l'environnement spatial était plus important que ce qui était anticipé. C'était préoccupant compte tenu de la durée beaucoup plus importante des futures missions. Deux explications étaient envisagées : l'impact de particules lourdes du rayonnement habituellement bloquées par l'atmosphère et donc non reproductible dans les laboratoires terrestres ou les conséquences de l'interaction entre l'environnement spatial (en particulier le séjour prolongé en apesanteur) et le rayonnement. Pour tester ces théories l'expérience consiste à exposer des cellules de sang humain aux effets de l'apesanteur et de comparer la fréquence des anomalies apparues au niveau des chromosomes par rapport aux mêmes mesures sur un échantillon de sang resté au sol.
• La deuxième expérience destinée à tester les changements dans les cellules induits par l'exposition prolongée à l'apesanteur, consiste à mesurer les changements dans le processus de division cellulaire d'œufs d'oursin fertilisés.
• La troisième expérience consiste à larguer à une altitude de 90 kilomètres 7 kilogrammes d'eau qui en se mélangeant avec le plasma ionisé entourant le vaisseau sont censées améliorer les communications radio durant la période de black-out généré par la traversée de l'ionosphère.

Équipage

La composition de l'équipage de la mission Gemini 3 est rendue public le 13 avril 1964 par le directeur du Centre des vols avec équipage Robert Gilruth. Il est composé de Virgil I. Grissom qui fait office de commandant de bord et de John W. Young. Tous les deux sont des astronautes expérimentés. Grissom fait partie du premier groupe d'astronautes sélectionné par la NASA. Il a déjà effectué un vol suborbital le 7 juillet 1961. Young, plus jeune, fait partie du deuxième groupe d'astronautes sélectionné en septembre 1962 par la NASA et il n'a jamais volé. Comme à chaque mission un équipage de réserve est désigné au cas où l'équipage principal serait défaillant (maladie, blessure, etc.). Il est composé de Walter Schirra commandant de bord et de Thomas Stafford.

Préparation de la mission

Grissom et Young s'entraînent en piscine à l'évacuation du vaisseau Gemini après l'amerrissage.

Le vaisseau Gemini est fixé sur le lanceur Titan dans la salle blanche du pas de tir 19.

Pour se préparer à sa mission, l'équipage va s'entraîner durant 11 mois. Début avril 1964, les quatre hommes composant l'équipage principal et celui de réserve se rendent d'abord dans l'établissement du constructeur du vaisseau Gemini (McDonnell) situé à Saint-Louis pour s'entraîner sur le simulateur de vol du vaisseau conçu pour reproduire de manière fidèle (mouvements, bruit, visuels) le déroulement d'une mission de la préparation du décollage jusqu'au lancement. Mais le simulateur est encore en cours de mise au point et la trentaine d'heures que les astronautes passent dans celui-ci portent sur le fonctionnement général des systèmes et des opérations. En juillet et aout, les deux équipages de Gemini 3 s'entrainent à Dallas sur un simulateur développé par Ling-Temco-Vought reproduisant le déroulement du lancement dans tous les cas de figure pouvant être provoqués par une défaillance du lanceur ou du vaisseau. Tout au long de cette période de préparation, les astronautes effectuent chaque mois 25 heures de vol sur les avions à réaction de l'Armée de l'Air. Ils participent également à un grand nombre de réunions à Saint-Louis, Houston et au Centre spatial Kennedy. Les revues de planning, la formation sur les expériences qui doivent être emportées à bord du vaisseau, les tests des combinaisons spatiales, les aspects biomédicaux ainsi que d'autres aspects opérationnels remplissent jusqu'à l'excès leur emploi du temps.

En octobre 1964, les astronautes se préparent aux phases postérieures à l'amerrissage. Dans une piscine de taille olympique ils s'entrainent à sortir de la capsule dans différentes configurations : avec ou sans combinaison spatiale, depuis une capsule immergée ou non. Ces simulations sont ensuite réalisées en pleine mer à depuis une maquette de la capsule. En novembre et décembre 1964, les quatre hommes se rendent à Johnsville en Pennsylvanie pour s'entraîner aux fortes accélérations à bord d'une centrifugeuse dans laquelle ils passent une dizaine d'heures. A la même époque le simulateur du vaisseau Gemini, qui avait été transféré de Saint-Louis à Cape Kennedy, est complètement opérationnel et son fonctionnement reproduit désormais avec exactitude celui du vaisseau Gemini 3. Schirra et Young y passent environ 80 heures chacun en simulant de 154 (Young) à 225 (Grissom) incidents de fonctionnement.

McDonnell a achevé l'assemblage du vaisseau dédié à la mission Gemini 3 dès décembre 1963. Celui-ci a été ensuite transféré en salle blanche où durant six mois, les équipements ont été installés et des modifications ont été apportées. Les tests des systèmes du vaisseau ont débuté fin mai et se sont achevés le 12 septembre 1964. Du 21 septembre à fin décembre, deux séries de revues et de test sont menés sous la supervision d'ingénieurs de la NASA pour valider la conformité du vaisseau aux spécifications fournies par l'agence spatiale. Le 4 janvier, le vaisseau est embarqué à bord d'un C-124 et est transféré au complexe de lancement 19 du Centre spatial Kennedy d'où il doit décoller. Les astronautes participent aux tests destinés vérifier son fonctionnement. L'ensemble de la phase de préparation s'achève en février 1965.

Déroulement de la mission

Le lanceur Titan décolle en emportant la mission Gemini 3.

Préparation du lancement

Une dernière évaluation destinée à mesurer l'état de préparation de la mission a lieu durant les deux premiers jours de mars 1965. Quelques problèmes mineurs sont corrigés les jours suivants et une répétition du lancement a lieu le 18 mars. Le décollage est initialement prévu pour le 22 mars 1965 mais il est reporté de 24 heures pour permettre le lancement de la sonde lunaire Ranger 9.

Le remplissage des réservoirs du lanceur Titan débute le 22 mars en fin d'après-midi et s'achève cinq heures plus tard. Le compte à rebours est lancé le 23 mars à 2 h du matin sous un ciel voilé. Grissom et Young, qui s'étaient couchés la veille à 9 h du soir, sont réveillés à cinq heures du matin. Après un petit-déjeuner comprenant des œufs et un steak, selon une tradition héritée du programme Mercury, ils sont amenés dans la salle de préparation au vol du pas de tir 16 où ils enfilent leur combinaison spatiale. Un véhicule les emmène alors au pied de la tour de lancement du pas de tir 19. Ils prennent un ascenseur qui les hisse jusqu'au 11^e étage au niveau du vaisseau Gemini. A 7 h 30 ils sont sanglés dans leur siège et l'écoutille est refermée. Le lancement est reporté brièvement à la suite de la détection d'une fuite dans le réservoir d'oxydant du premier étage. Le problème est résolu rapidement et les nuages se dissipant, les moteurs de la fusée sont mis à feu à 9 h 24 du matin.

Mise en orbite

Grissom et Young sont agréablement surpris par la douceur du décollage et le niveau de bruit bien plus réduit que celui ressenti dans le simulateur. Deux et minutes après le décollage, le premier étage s'éteint et l'accélération passe de 6 à 1 g. La mise à feu du deuxième étage qui baigne le vaisseau dans une lumière jaune-orangée surprend Young (c'est une conséquence du mode de mise à feu du second étage qui s'effectue alors que le premier étage est encore solidaire du lanceur). Cinq minutes et demi après le lancement, les moteurs du second étage s'éteignent à leur tour et les dispositifs pyrotechniques, qui claquent comme des coûts de canon, déclenchent son largage. Grissom utilise alors la propulsion du vaisseau Gemini pour accélérer celui-ci de manière à le placer sur une orbite de 122 × 175 km quasi conforme à celle prévue (122 × 182 km).

Réalisation des expériences scientifiques

Le vol se déroule initialement de manière nominale. Mais vingt minutes après l'injection en orbite, une jauge indique une chute brutale de la pression d'oxygène dans la cabine. Young, constatant que d'autres indicateurs fournissent des informations anormales, en déduit que l'origine du problème est l'alimentation électrique de la planche de bord et bascule celle-ci sur la source d'énergie secondaire. Il n'a fallu que 45 secondes pour revenir à une situation normale un résultat montrant tout l'intérêt des heures passées dans le simulateur. De son côté Grissom réalise les manipulations requises par l'expérience scientifique portant sur la croissance des cellules mais la poignée présente sur le boitier casse ne permettant pas de mener l'expérience à bien. Young, après quelques difficultés, réussit à exécuter l'expérience utilisant du sang humain pour déterminer l'effet du rayonnement et de l'apesanteur. Mais les résultats des analyses effectuées au sol après le vol, bien que suggérant des effets, ne sont pas complètement concluants.

Manœuvres en orbite

Une heure et demi après le lancement, une première historique est effectuée avec la mise à feu des moteurs-fusées OAMS : jusque là tous les vaisseaux spatiaux lancés avec un équipage, qu'ils soient russes ou américains, ne disposaient pas de moteurs-fusées leur permettant de modifier leur orbite. Les moteurs-fusées fonctionnant durant 75 secondes réduisant la vitesses orbitale de 15 m/s et transformant l'orbite elliptique en une orbite quasi circulaire. Trois quart d'heure plus tard durant la seconde orbite, Grissom utilise de nouveau la propulsion cette fois pour modifier le plan orbital d'un cinquième de degré. Enfin au cours de la troisième orbite, Grissom fait fonctionner les moteurs-fusées durant deux minutes et demi ce qui abaisse le périgée à 72 kilomètres et garantit une rentrée atmosphérique en cas de défaillance des rétrofusées.

Retour sur Terre

Peu avant que le vaisseau boucle sa troisième orbite, Grissom et Young effectuent les dernières vérifications précédant la mise à feu des rétrofusées qui abaisseront l'altitude du vaisseau et déclencheront ainsi son retour sur Terre. Les engins pyrotechniques permettant le largage du module de service du vaisseau sont mis à feu produisant la secousse la plus violente ressentie jusque là par l'équipage. Les quatre rétrofusées sont ensuite mises à feu de manière séquentielle ce qui réduit l'altitude et fait pénétrer le vaisseau dans les couches plus denses de l'atmosphère. Les forces de friction entrainent la formation autour du vaisseau d'un plasma dont la couleur et la forme sont très proches de ce à quoi avaient été préparés les astronautes durant leurs répétition en simulateur. Une minute après que le plasma se soit formé, Young libère l'eau de la troisième expérience destinée à tester ce dispositif censé atténuer le black-out radio se produisant durant cette phase du vol. Les résultats sont encourageants car au moment du largage de l'eau les stations au sol parviennent à capter les signaux émis par le vaisseau en UHF et sur la bande C. Par contre la trajectoire du vaisseau dévie largement de celle prévue : l'ordinateur de bord indique que le point d'amerrissage sera situé à plus de 69 km du point visé. Théoriquement le vaisseau dispose d'une portance lui permettant de corriger la trajectoire, mais les efforts de Grissom pour se rapprocher du site prévu se révèlent vains. Peu avant l'amerrissage les astronautes sont fortement secoués lorsque le point de fixation du parachute situé au niveau du vaisseau est modifié pour amortir le choc à l'arrivée en mer : le vaisseau passe d'une position verticale (la pointe en haut) à une position inclinée avec un angle de 35° au-dessus de l'horizontale. La secousse ressentie à l'amerrissage est en comparaison beaucoup moins forte. Grissom constate via le hublot que celui-ci est immergé car le vaisseau est trainé à l'horizontale par le parachute fisé au nez et poussé par le vent. Grissom largue le parachute ce qui permet au nez du vaisseau d'émerger. Lorsque Grissom apprend que le porte-avion USS Intrepid chargé de les récupérer est à de 110 km, il demande qu'un hélicoptère vienne les rechercher. Se souvenant de sa mauvaise expérience lors de sa mission Mercury, il décise d'attendre l'arrivée des plongeurs de la Navy pour ouvrir l'écoutille. Mais les 30 minutes d'attente se tranforment en calvaire. Grissom, rendu malade par la température croissante dans l'habitacle et les mouvements du vaisseau balloté par la houle, rend son petit déjeuner. A l'arrivée des plongeurs, les deux astronautes quittent le vaisseau et sont hissés dans un hélicoptère qui les amène à bord du porte-avions.

Divers

La capsule Gemini 3 exposée au Spring Mill State Park (en) à Mitchell dans l'état de l'Indiana en 2011.

Gus Grissom donna le nom de « Molly Brown » à la mission. Il s'agit d'une référence, pleine d'humour, à une comédie alors en vogue à Broadway, laquelle présente la vie de Margaret Brown, survivante du drame du Titanic, surnommée « l'incoulable Molly Brown » (en anglais : Unsinkable Molly Brown). Ce nom a été choisi en raison du fait qu'au terme de la précédente mission de Grissom, Mercury-Redstone 4, en juillet 1961, l'écoutille s'ouvrit sans que cela ait été prévu, l'eau entra rapidement dans la capsule, forçant l'astronaute à en sortir. Il fut sauvé de justesse. L'insigne de la mission dépeint clairement une capsule Gemini flottant sur l'eau. La NASA refusa le nom et demanda une autre proposition ; l'équipage suggéra alors « Titanic », refusé également. « Molly Brown » resta. Ce fut la dernière fois qu'une mission était nommée par un astronaute.

Le seul incident du vol a impliqué un sandwich au corned beef, apporté par Young en cachette. Si Grissom, commandant de la mission, parut plutôt amusé, ce ne fut pas le cas des médecins de la NASA.

En 2010, la capsule de la mission est exposée au Spring Mill State Park (en) à Mitchell, Indiana, États-Unis.

Notes et références

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• (en) Barton C. Hacker et James M. Grimwood, On the Shoulders of Titans : A History of Project Gemini, 1977 (lire en ligne [PDF]). 
  Histoire du programme Gemini (document NASA n° Special Publication-4203)
• (en) Malik, P. W. et Souris, G. A., Project Gemini - A technical summary, NASA, 1^er juin 1968, 350 p. (lire en ligne)
  Synthèse des caractéristiques technique du projet Gemini.
• (en) James M. Grimwood, Barton C. Hacker et Peter J. Vorzimmer, Project Gemini - Technology and Operations - A Chronology, NASA, 1968 (lire en ligne)
  Description chronologique des missions Gemini.
• (en) Willis B. Mitchell, Owen E. Maynard et Donald D. Arabian, Gemini Summary Conference, NASA, 1^er février 1967, 352 p. (lire en ligne). 
  Exposé détaillé des points culminants du programme Gemini.

Voir aussi

Articles connexes

• Programme Gemini
• Gemini le vaisseau spatial
• Titan (fusée)

Liens externes

• Ressources relatives à l'astronomie :
  • National Space Science Data Center
  • Satellite Catalog Number
• (en) Kennedy Space Center: Gemini 3