LA GENÈSE



Un petit retour en arrière (pour mémoire) ;

MERCURY

- La tenue spatiale des astronautes du programme Mercury est dérivée des tenues pressurisées Mark IV, Model 3, Type 1 (fabriquant B.F. Goodrich Company) de l'US NAVY, utilisées pour des vols de haute altitude.
La combinaison se compose de 6 parties : les senseurs bio-médicaux, le sous-vêtement, le torse, le casque, les bottes et les gants.

Combinaison pressurisée Mercury


Les senseurs bio-médicaux

A la suite de son examen médical de pré-lancement, l'astronaute est équipé de capteurs biomédicaux qui transmettent par télémétrie son état physique sur Terre au cours de son vol. Pour finir, un thermomètre rectal permet d'enregistrer la température du corps.

Le sous-vêtement

Sous la tenue, les astronautes portent un long sous-vêtement d'une seule pièce, Des boucles au niveau des pouces sont installés au bout des manches pour éviter que le sous-vêtement ne remonte le long du bras lorsque l'astronaute enfile sa combinaison pressurisée. Le vêtement contient des rajouts de tissus tissés à l'apparence de gaufres, aux endroits où le corps est trop compressé par la combinaison pressurisée, cela afin de permettre une ventilation adéquate. Ces morceaux de tissus correctifs soulevent la combinaison d'une manière suffisante pour permettre à l'oxygène de circuler et de refroidir les zones du corps, ce qui en pratique ne fonctionne que très peu. Ces correctifs sont situés dans les parties supérieures et inférieures des bras, à l'arrière des cuisses, sur le dos et la poitrine.

Le torse

Le torse représente la majeure partie de la combinaison pressurisée, il recouvre entièrement le corps du porteur sauf sa tête et ses mains.
Son intérieur est constitué d'une épaisseur de nylon enduit de néoprène (qui a le rôle de vessie exerçant, avec l'apport d'oxygène pur, une pression autour du corps du pilote) avec par dessus une couche externe constituée d'un revêtement en nylon aluminisé (son rôle est d'empêcher la vessie de se gonfler et d’éclater comme un ballon), l'ensemble pèse environ 10 kg.
Les bras et les jambes sont conçus pour réduire le volume, la couche extérieure de ces sections utilise une construction plissée pour faciliter la mobilité et une sangle de réglage en nylon pour le dimensionnement.
Ces sangles sont canalisées le long des côtés des bras et des jambes.

La fermeture à glissière d'entrée est positionnée en diagonale et située sur l'avant du torse (de l'épaule gauche à la taille) permettant à l'astronaute de revêtir la combinaison. Deux autres se situant au cou, ainsi qu'une dernière faisant le tour de la taille, sont utilisées lors des procédures d'habillage ou de déshabillage.

Un port d'admission d'oxygène est installé au-dessus de la taille, à gauche. Il donne accès à un collecteur interne, dont les tubes perforés portent l'oxygène de l'ECS du vaisseau spatial jusqu'aux extrémités du corps.
Cet oxygène est utilisé tant pour la respiration que pour le rafraîchissement.
Le torse comporte également un connecteur servant à l'équipement qui permet de télémétrée la tension artérielle de l'astronaute à la Terre pendant le vol. Le brassard du tensiomètre est enroulé autour de la partie supérieure du bras de l'astronaute au cours de l'habillage.

Le torse est fabriqué sur mesure à partir de moules en papier mâché du torse de chaque astronaute (la même technique était utilisée pour la fabrication des casques).


Essai moulage sur John Glenn (photo BF Goodrich)

Essai de pression avec "cobaye" (photo BF Goodrich)

Chaque astronaute posséde trois tenues (une d'entrainement, une de vol et une de secours). Le casque est fixé dessus grâce à un anneau de verrouillage, une sangle courroie est prévue pour éviter tout déplacement du casque lorsque la combinaison est pressurisée.
Des joints de mobilité pour les coudes et les genoux sont réalisés avec de simple morceaux de tissus extensible Helenca cousus à l'intérieur de la tenue, mais même avec ces joints "improvisés", il est difficile pour le pilote (astronaute) de plier ses bras ou ses jambes et de lutter contre la force de la tenue pressurisée. La couche intérieure hermétique utilise du nylon enduit de néoprène et le tissu Helenca enduit dans les secteurs extensibles, avec les coutures cimentées à froid. La couche interne de la section du col est faite de tissu extensible Helenca enduit de néoprène et la couche externe en tissu de nylon pour assurer la résistance. L'anneau de cou de 24,5cm de diamètre fourni le point de fixation pour le casque.


Leroy Gordon Cooper pose dans sa tenue pressurisée.

Les articulations étant serrées, les joints de la tenue se plient sur eux même, réduisant le volume interne et augmentant la pression exercée sur le pilote. La tenue Mercury est portée non-pressurisée, et sert seulement de protection pour une éventuelle dépressurisation de la cabine du vaisseau spatial, un événement qui ne s'est heureusement jamais produit. La mobilité limitée est un inconvénient mineur vu le volume de la petite cabine du vaisseau spatial Mercury.
Cette tenue dérivée de la tenue Mark IV, Model 3, Type 1, comporte divers perfectionnements comme son ajustement et sa facilité d'habillage, ainsi que sa commande de pressurisation sensiblement améliorée.
Les prototypes des tenues originales du projet Mercury sont spécialement retouchés sous le nom Mark IV (la NASA les désignes du model XN-1 à XN-4, mais elles sont désignées par les ingénieurs comme des tenues dites de situation d'urgence).

- Ci-dessous, une séance d'habillage :


Eléments indépendants de la tenue pressurisée.

John Glenn enfilant la partie principale (d'une seule pièce) de la tenue.

Un assistant fermant les fermetures à glissière de la tenue pressurisée.

Connection du casque.


Présentation finale de la tenue.


Le casque

Le casque se compose d'une solide coque extérieure en fibre de verre avec une doublure tampon amortissante intérieure individuellement moulée et une visière en plexiglass. Lorsque celle-ci est abaissée, un contact gonfle le joint assurant l'étanchéité. Cela est possible grâce à une source d'oxygène auxiliaire qui est connectée au casque par un tuyau court.
Un commutateur manuel est activé pour dégonfler le joint de visière, permettant l'ouverture de celle -ci. Le joint peut être actionné jusqu'à 100 fois.
La doublure amortissante est conçue autour d'un moule de la tête de chaque individu. La doublure est recouverte d'une peau supérieure en cuir.
Le système de communication du casque consiste en deux écouteurs et deux microphones totalement autonomes, dont un sert de support de montage pour le capteur de respiration.


Les bottes

Beaucoup de premières photographies montrent les astronautes du programme Mercury portant leurs combinaisons pressurisées d'entrainement avec des bottines militaires colorées blanches ou argent. Celles-ci sont portées par dessus le bas-pied de la combinaison et offrent la résistance dans l'utilisation quotidienne tout en empêchant les pieds de l'utilisateur de se gonfler quand la combinaison est mise sous pression. Ces bottes sont colorées en blanc ou argent pour améliorer la résistance à la chaleur.
Au cours du vol, l'astronaute porte des bottes en tissu de nylon aluminisé, avec des semelles semblables à celles des chaussures de tennis. Elles sont montées par dessus les chaussettes de la vessie qui entoure les pieds de l'astronaute et sont attachées avec des lacets pour les maintenir en place. Au cours du trajet vers le vaisseau spatial, des couvre-bottes en plastique sont utilisés pour protéger les bottes. Ils sont enlevés avant que l'astronaute ne pénètre dans la capsule spatiale. La dernière combinaision pressurisée du programme Mercury comprend des bottes faisant partie intégrante de la couche extérieure de la combinaison, celle résistante à la chaleur.

Les gants

Les gants comportent deux épaisseurs :
la première (le revêtement intérieur) est une couche d'estane (un polyuréthane thermoplastique, le nom d'estane est donné par la compagnie le fabricant, à savoir : Lubrizol) ;
Tandis que la couche extérieure est fabriquée à partir de bouts de nylon sur le dos des mains et des doigts, alors que l'intérieur de la main (paume et doigts), en néoprène injecté sur du nylon pour fournir une bonne prise lors de la manipulation des instruments de bord.
Tous les doigts sont formés légèrement courbés, a l'exception du majeur gauche, ce qui permet d’appuyer sur les touches des instruments. Cela plaça la main dans une position correcte afin d'exploiter le controleur trois axe du vaisseau spatial, mais jamais quand les gants sont entièrement pressurisés (ils ont tendance à se raidir sous pression).


Les améliorations


Cette image ne montre pas le développement de la combinaison pressurisée originale, mais les améliorations et les modifications qu'elle a subies au cours du programme Mercury.

Après Mercury Redstone 3, le premier vol habité du projet Mercury, la combinaison pressurisée subit un certain nombre d'améliorations pour chaque vol suivant.

Pour le second vol, MR-4 (celui de Grissom) on rajouta un "surprenant" de collecteur d'urine : rappelez-vous le fameux problème de Shepard (obliger d'uriner dans sa combinaison), des roulements à billes en nylon sont intégrés aux joints de poignet, les fermetures à glissière des gants sont changées pour des connecteurs enfin d'augmenter la mobilité. Grissom est le premier astronaute à porter un miroir convexe fixé à son harnais de parachute. Le mirroir est placé tel que, quand l'astronaute est assis dans sa couchette, la caméra d'observation placée au-dessus du tableau de bord principal peut aussi enregistrer les lectures d'instrument dudit panneau au cours du vol.

Pour le troisième vol (premier vol sur lanceur Atlas, MA-6), les ingénieurs intégrent de minuscules lumières au bout des doigts (index et majeur) des gants de John Glenn, pour permettre à celui-ci de pouvoir faire une lecture des instruments de sa cabine et de la manœuvrer manuellement lors de la partie de son orbite se passant dans la nuit.


Essai de mise en pression d'une combinaison Mercury vide.


La combinaison pressurisée portée sur le dernier vol Mercury (MA-9) a le plus grand nombre de changements, c'est parce qu'elle est conçue pour soutenir l'astronaute entre 24 et 34 heures en orbite. De nouvelles bottines souples sont incorporées dans les jambes rendant inutile le port des bottes par-dessus les chaussettes. Les épaules de la combinaison sont redessinées et la fabrication des gants est aussi améliorée. Le casque contient un nouveau thermomètre oral (remplaçant le thermomètre anal utilisé lors des précédents vols), il contient également une nouvelle conception de microphone ainsi qu'un joint mécanique de visière qui dispense de la nécessité de gonfler le joint de la visière.


GEMINI

Avec l'avènement du programme Gemini, la simple tenue pressurisée devient combinaison spatiale pressurisée.
Le 4 avril 1962, un premier contrat (d'un montant de 209 701 $) est attribué à la B.F. Goodrich Company pour concevoir, développer et réaliser le prototype des combinaisons pour les missions Gemini (le premier sera le GX1G).
Il se doit d'être confortables pour les missions de longue durée que la NASA prévoie.
En 1963, la NASA rejette les combinaisons G2G (second prototype de la firme B.F. Goodrich) au profit de ceux de l'entreprise David Clark Company.
Le nouveau dessin, la combinaisn G1C, utilise des gants, casques et matériels B.F. Goodrich.
Le dessin de Clark, nommé G2C est testé en 1963, mais suite à des problèmes, celui-ci est modifié.
La version G3C est utilisée pour la première fois sur Gemini 3, celle-ci ne permet pas les EVA mais assure une bonne protection en cas d'ouverture inopinée de l'écoutille et de dépressurisation.
Sur les trois autres missions Gemini 4 à 7, c'est la G4C (appelé aussi G4C EVA, comme son nom l'indique il permet de pratiquer des sorties extra véhiculaires) qui est utilisée.


Essai d'une combinaison G4C EVA.




Combinaison G4C EVA, vue en coupe.

La combinaison de Gemini est le résultat d'un assemblage comprenant six couches :
- une doublure intérieure, un vêtement en nylon Oxford fixé à la vessie par boutons-pression et velcro. Il est conçu pour fournir une surface intérieure lisse pour aider à enfiler et enlever la combinaison afin de minimiser les points de pression et les accrocs.
- Le réservoir souple (vessie contenant le corps de l'astronaute) avec différentes couches de tissus tressés, au lieu des joints en tissu employés dans les combinaisons du programme Mercury, qui permettent de conserver la flexibilité une fois la combinaison pressurisée, celui-ci est fabriqué à base de nylon enduit de néoprène et est recouvert par une structure porteuse (tissu tressé) tissée avec des cordes de Dacron et de téflon.
La couche de liaison, étant légèrement plus petite que le réservoir souple, elle réduit la rigidité du costume une fois celui-ci pressurisé et sert de coquille structurelle, tout comme un pneu contenant la charge de pression du tube intérieur (ère du pneu sans chambre: tubless), la mobilité des épaules et des bras améliorée est le résultat de la conception multicouche des combinaisons de Gemini.
- Une seule couche de Nomex, dont la fonction principale est de protéger la vessie et les couches de retenue des accrocs et de l'abrasion ainsi qu'à isoler la combinaison de la chaleur et du froid.
Pour terminer, il y a, à l'extérieur deux couches de protection contre les micrométéorites.

Sur Gemini 7, on utilise la G5C, développée pour des vols de longue durée.
Les astronautes peuvent enlever certaines parties de leur combinaison dans leur cabine (gants, bottes et casque souple de pressurisation). C'est une version allégée du G4C (6 kg contre 12).
Cette combinaison posséde un casque de protection indépendant type pilote de chasse, porté sous le casque souple.
Elle n'est pas prévue pour les EVA mais seulement contre les dépressurisations accidentelles.

La combinaison G4C de Gemini 9 est équipée de protections supplémentaires, sur le dos et les jambes (2 couches de néoprène en plus et des épaisseurs extérieures en Chromel R ®) contre les gaz du scooter AMU (Astronaut Maneuvring Unit). Elle posséde une entrée et une sortie pour l'oxygène reliée au système de soutien vie externe le tout en circuit fermé et le système de communication est dans la combinaison et non plus dans le casque comme sur les autres versions.
Sur cette combinaison l'entrée se fait par derrière grâce à une fermeture à glissière. Les gants et les bottes de ce scaphandre sont équipés de bandes velcro afin de se maintenir selon la position voulue.


1er prototype du scaphandre Gemini (le GX1G)
par B.F. Goodrich Company.

Second prototype de B.F. Goodrich Company.

Le G1C, 1er prototype de David Clark Company.

Neil Armstrong habillé du scaphandre G2C.

Scaphandres G3C portés par les astronautes du vol Gemini 3 (Gus Grissom à l'arrière plan et John Young, devant).

Description du scaphandre G4C.

Bon à savoir : tout au long du programme Gemini, il y a eu une évolution des combinaisons (chronologiquement : G3C, G4C, G5C, G4CAMU), des modifications non visibles de l'extérieur pour la plupart du temps (sauf pour les G5C et la G4CAMU). Ces changements : nouvelles couches d'isolants thermiques, nouvelles couches protectrices contre les micrométéorites, etc. apportèrent une meilleure isolation et une protection générale améliorée, ainsi qu'un gain de masse non négligeable.



Les astronautes de la mission Apollo 1 utilisèrent la combinaison A1C Block I (fabrication de la firme David Clark) une version similaire et améliorée de la combinaison Gemini G4C, mais qui ne leur sauva pas la vie lors de l'incendie en 1967. La seule modification visible est apportée au casque qui se trouve muni maintenant d'une protection pour la visière sur son sommet.



En savoir un peu plus sur la combinaison A1C


La combinaison est un "costume trois-pièces" comprenant le torse, le casque et les gants.

Le torse PGA (le vêtement proprement dit) est constitué de quatre couches.

De l'intérieur, la première des quatre est une couche de nylon combinée avec des tubes d'alimentation et de ventilation en oxygène. Ces lignes d'alimentation et de ventilation guident l'oxygène entrant à toutes les extrémités. L'oxygène passe aussi par des ouvertures nettes pour circuler autour de l'astronaute. Le refroidissement se fait lorsque le gaz circule des extrémités (pression plus élevée) au retour (basse pression) sur le GWC.
Les câbles de communication et de données biomédicales sortent grâce un connecteur de 61 broches sur le flanc supérieur gauche.

La deuxième couche est la couche étanche (vessie), pour contenir l'oxygène à 3,7 PSI de pression fonctionnelle.

La 3ème couche est une couche de maintien, composée de filets résistants pour limiter le bombement et l'agrandissement, afin que les mouvements ne soient pas affectés quand celle-ci est pressurisée.
Il y a une ligne de pression allant de la vessie (2ème couche) à un manomètre se trouvant sur le bras gauche, qui permet à l'astronaute de contrôler par lecture la pression interne de sa combinaison. A la taille se trouve un connecteur valve d'arrivée à gauche et un connecteur valve de retour à droite.

La couche protectrice extérieure a des poches sur les bras et les jambes. Les poches des bras contiennent des articles tels que l'obturateur du cou (dispositif d'étanchéité empêchant l'infiltration d'eau dans la combinaison à travers l'ouverture du col lors des opérations maritimes), des mouchoirs et des crayons. Des ciseaux se trouvent dans les poches des jambes.
L'anneau du cou est usiné en aluminium et se couple avec celui du casque, il posséde des joints toriques étanches. Des câbles sont attachés à l'anneau du cou pour le maintenir enfoncé une fois la combinaison sous pression. Les bottines sont attachées aux jambes par des lacets mais ne sont pas hermétiques, elles servent juste de protection aux chaussettes du PGA, qui elles, sont étanches. Les gants sonnt verrouillés aux bras avec un système de verrouillage à billes et scellés avec des joints toriques.

Une fermeture à glissière coure à partir du nombril, passant sous l'entrejambe, jusqu'en haut de la colonne vertébrale au niveau de l'anneau du cou. Son curseur se trouve au niveau du nombril quand la combinaison est scellée et au niveau de l'anneau du cou quand elle est ouverte.
La fermeture à glissière est équipé d'un cordon de 15 à 25 cm de long pour aider l'astronaute à refermer seul la combinaison.
Un homme peut revêtir la combinaison tout seul en moins de 5 minutes. Il peut le faire en ayant tous les accessoires fixés (casque et gants) ou bien les raccorder après.

Le casque est une coque en plastique. Il a une doublure intérieure, des coussins d'oreille sont équipés de deux écouteurs et deux microphones. Sur l'extérieur, il posséde une visière pouvant pivoter au niveau des oreilles, une protection plastique mince (en Cycolac) pour celle-ci recouvre la partie supérieure du casque.
Un anneau d'étanchéité se trouve à sa base. Il se fixe dans l'anneau du PGA et est maintenu en place par une pince.
Afin de pressuriser la combinaison, la visière doit être abaissée et fermée.
Cette visière doit être capable de faire 5000 cycles opératoires (relèvement et abaissement) sans la moindre défaillance.

Les changements par rapport à la combinaison Gemini GC4 sont les suivants :

- Amélioration de la mobilité des épaules, des bras, des genoux et de la taille;
- Nouveau design des raccords d'entrée et de sortie de ventilation pour incorporer une fonction de verrouillage automatique;
- Nouveau design des gants avec amélioration de la mobilité, incorporation des dispositions de ventilation et amélioration de la résistance à l'abrasion, à la perforation;
- Nouveau système de verouillage des poignets;
- Nouveau système de verouillage de l'anneau du cou;
- Couche de retenue HT-1.



Anecdote : Le "surprenant" collecteur d'urine.
Lorsqu'on lui avait montré la capsule Mercury pour la première fois, le président Truman avait soulevé une question, il avait demandé :

"Mais comment font-ils pour pisser ?"

La question avait semé la confusion parmi les responsables du programme. Finalement, quelqu'un s'était résolu à répondre:

"Euh, monsieur le Président, ils ne pissent pas..."

Truman était reparti, convaincu que les ingénieurs de l'aérospatiale du pays avaient un grain. Depuis la malheureuse expérience d'Alan Shepard, qui avait dû se soulager dans sa combinaison de vol, Gus cherchait désespérément une réponse à la question du président Truman.
Le médecin des vols, Bill Douglas, qui savait très bien que Gus ne lâcherait pas avant d'avoir trouvé, chercha une solution immédiate. Il improvisa un système de récupération avec plusieurs préservatifs fixés avec du sparadrap. Mais une fois l'ensemble rempli, le problème était de savoir comment l’empêcher de glisser. Il envoya l'infirmière des astronautes, Dee O'Hara, à Cocoa Beach (ville à proximité du centre Kennedy) pour acheter une gaine-culotte. Il pensait que ce sous-vêtement féminin bien ajusté pourrait faire office de maintien. Gus, qui parut d'abord atterré par cette "solution médicale", murmura finalement:

"Oh, et puis merde, j'ai vu pire comme bricolage à la noix..."

C'est ainsi qu'en grimpant à bord de Mercury, il devint le premier homme à se risquer dans l'espace dans des sous-vêtements de femme...



PGA : Pressure Garment Assembly




Textes traduits de l'anglais (source: site astronautix.com, les livre : U.S. SPACE GEAR et Project Mercury) tous droits réservés Paul Cultrera.