LE SYSTÈME D'OFFICE ET ALIMENTAIRE DES ASTRONAUTES

L'office

Le module de commande possède un office qui pourvoit au stockage d'aliments lyophilisés, thermostabilisés et réfrigérés** ainsi qu'au nécessaire de leur préparation et de leur consommation par l'équipage. Celui ci est complet malgré l'espace restreint qu'offre la cabine.

Descriptions des éléments

Les compartiments de stockage : Les repas sont stockés dans deux compartiments : un premier compartiment dénommé B1 d'une contenance d'environ 35 L (2125 pouces cubes ou in³) se trouvant dans la baie d'équipement inférieure (Lower Equipment Bay ou LEB), et un autre (L3) d'environ 48 L (2947 in³) se situant dans la baie d'équipement gauche (Left Hand Equipment Bay ou LHEB). Ensemble, ils offrent un volume de stockage d'environ 83 L (5072 in³), ce qui est suffisant pour une mission de 10 à 12 jours.
La porte du compartiment LEB se ferme à l'aide d'un loquet à pression. Une fois ouverte, elle est maintenue par une glissière et un cran d'arrêt, et sert de tablette pour disposer les paquets repas. Pour cela, sa surface intérieure est munie de plusieurs carrés de velcro afin de les fixer et d'éviter de les voir flotter dans la cabine. Le conteneur à nourriture, situé à l'intérieur, est fabriqué en fibre de verre avec une extrémité ouverte et recouverte d'un tissu Bêta maintenu par des boutons pression.
L'étoffe est détachée pour accéder aux paquets de nourriture.

Compartiment de stockage B1

Compartiment de stockage L3

L'unité de réhydratation :
Elle distribue l'eau chaude ou froide dans les valves d'admission (1-ounce/2,95 cl) des sachets de nourriture et de boissons.
Elle se situe sur la baie d'équipements avant gauche (panneau 305), et est employée pour reconstituer/réhydrater la nourriture et les boissons lyophilisées.
L'eau froide est fournie à une température de 10° C (50° F), l'eau chaude à 67,77° C (154° F).
L'unité est composée de deux valves et d'un bec (verseur).
La configuration du bec étant identique à celui du pistolet à eau permet l'injection d'eau dans les paquets de nourriture et de boisson pour faciliter la réhydratation du contenu. Les valves commandent l'eau chaude ou froide suivant la demande.
Elle fonctionne avec l'aide du séparateur eau/gaz.

Schéma simplifié de l'unité de réhydratation.

Séparateur eau/gaz.

Le pistolet d'eau potable (metering water dispenser ou MWD) :
Il est relié au système d'eau potable par un long tuyau flexible (178 cm) fabriqué dans un élastomère fluoré d'hydrocarbure, Viton ®.
Le pistolet est calibré pour distribuer 15 ml d'eau froide sur chaque activation (8ml /s) et enregistre le nombre de cycles de déclenchements sur un compteur mécanique intégré. L'eau est éjectée du bec du pistolet directement dans la bouche de l'astronaute ou dans un sachet de nourriture ou de boisson. Il fonctionne aussi avec l'aide du séparateur de gaz. Sa poignée comporte une valve "mode extincteur" qui, lorsqu'elle est actionnée, délivre de l'eau à raison de 38 ml/s sous forme d'un cône de 60 degrés pour combattre un départ de feu.
Dans sa configuration initiale, le MWD a subi 20 000 cycles ce qui est plus que nécessaire pour répondre aux exigences de qualification du programme Apollo.

Pistolet d'eau potable.

Le séparateur eau/gaz :
L'ingestion d'eau avec un trop plein de gaz est inconfortable voire indigeste.
Pendant la production d'eau par les piles à combustible, l'hydrogène est en solution et sous une pression de 4,41 bar (64 PSI) qui est partiellement éliminé par le séparateur de gaz d'hydrogène avant d'entrer dans le réservoir d'eau potable. Lorsque la pression est réduite à 1,72 bar (25 PSI) dans le réservoir d'eau potable, l'hydrogène et l'oxygène augmentent en volume et migrent à travers la vessie. Une réduction supplémentaire de la pression à la sortie du pistolet à eau de 0,34 bar (5 PSI) libère d'avantage d'hydrogène et d'oxygène de la solution.
La fonction du séparateur eau/gaz est de dissocier l'hydrogène et l'oxygène de l'eau potable et de l'exhaler dans le compartiment d'équipage.
Le séparateur de gaz est un cylindre 15,23 cm de long avec une "prise" femelle (d'admission) à une extrémité et à un bec (sortie) de l'autre.
L'eau, à partir de l'unité d'approvisionnement ou de l'unité de réhydratation, entre dans la chambre intérieure et est conduite par des trous dans l'extrémité supérieure, dans la chambre externe.
L'eau coule le long d'une membrane hydrophobe de téflon® qui permet au gaz d'imprégner celle-ci et de passer par des fentes dans la cloison du cylindre.
Pour finir, l'eau passe dans un filtre en fine côte de maille d'acier inoxydable chimiquement traité pour parfaire la purification.
Enfin, elle finit par traverser alors le bec de sortie.

Le conteneur isotherme** La fonction de celui-ci aurait du être de maintenir des paquets d'aliments surgelés à - 34° Celsius, à une température de - 8,5° C pendant 12 jours. Une ouverture par jour pendant 2 min était recommandée pour préserver le froid. Ce conteneur devait être essentiellement une grande bouteille isotherme refroidi à l'azote liquide. Il devait avoir une capacité de 28 litres et contenait 24 paquets d'aliment pesant un total de 9 kg. Il aurait du avoir la forme d'un cylindre ovale (47,24 cm de large et 45,72 cm de long) et pesait approximativement 27,50 kg sans le contenu. Une ouverture de 15,24 cm se trouvait à une extrémité et à 4 ferrures d'attache (calfax) sur le dessous. Pendant la mission, le conteneur isotherme devait être arrimé au compartiment d'équipements supérieur sur la cloison arrière (AFT Bulkead) et pour le lancement ainsi que la rentrée, à côté des casiers A4 et A5 sur l'axe longitudinale ( + z). Le réchaud Sa fonction était de réchauffer les aliments congelés, en plus ou moins 20 minutes. Le réchaud consistait en une unité électrique, trois plats et un câble d'alimentation électrique. L'unité mesurait 23,62 cm par 17,27 cm par 14,73 cm et pesait 3 kg. Elle possèdait un panneau de commande, un couvercle (fermeture à pression) et consommait 300 watts. Le couvercle du réchaud était à ouverture compensée et une fois fermé, la pression exercée sur la nourriture et le plat de réchauffage les maintenait parfaitement au fond de l'emplacement prévu. Un commutateur désactivait le circuit chauffant quand le couvercle était ouvert. Un collecteur (saignée autour des bords de l'emplacement du plat) récupérait l'humidité provenant de la cuisson des paquets de nourriture. Le panneau de commande du réchaud avait deux lumières, deux commutateurs et un réceptacle qui reçevait le connecteur du câble électrique. Le commutateur de cycle de cuisson de temps de chauffe avait une position "longue" (20 min) qui était utilisée pour réchauffer des paquets d'aliments congelés et une position "courte" (10 min) pour des paquets d'aliments réhydratés ou normaux (sans altérations de leur consistance). La commande de remise à zéro était à double effet, elle commandait le cycle de réchauffage et le minuteur. Un commutateur thermique permettait l'isolement automatique pour empêcher le plat de surchauffer en plus d'une interruption du minuteur. Une courroie était utilisée pour retenir le réchaud en position de fonctionnement sur le côté du panneau 10 dans l'aire de tunnel d'amarrage. Principe de fonctionnement du réchaud La paire de maniques Ce sont des sortes de gants qui n'ont pas de doigts et recouvrent toute la main. On s'en sert pour sortir les plats d'un four. Dans le cas présent, elles servent autant pour le chaud (réchaud) que pour le froid (sortir les plats congelés du container isotherme). Elles sont fabriquées en tissu Béta et isolées avec un feutre de même matière. Malheureusement, en raison des restrictions de masse et de volume, ce système n'a pas été mis en œuvre dans le cadre du programme Apollo.

Le système alimentaire : nutrition, santé, repas, boissons, contenants, procédés

L'alimentation fournit un régime équilibré d'approximativement 2800 kcal par jour à chaque membre d'équipage dans le CM et de 3200 kcal dans le LM. Afin de différencier les repas de chaque astronaute, les sacs sont de trois couleurs : rouge, blanc et bleu et munis d'étiquettes pour le jour. Chaque mission du programme Apollo a des objectifs et des exigences différents, et la portée du système alimentaire Apollo a été modifiée pour s'adapter aux besoins de chacun.
Avant le lancement, chaque membre d'équipage (principal et suppléant) évalue les aliments disponibles pour le vol et sélectionne les aliments qu'il préfère. Ensuite, ces derniers sont assemblés en menus équilibrés qui sont examinés par les membres d'équipage et des nutritionnistes pour une acceptabilité maximale dans les limites nutritionnelles. Enfin, les astronautes sont informés sur le stockage, la préparation et l'élimination des déchets.

Des matières premières alimentaires certifiées et de qualité supérieure ainsi que leur traçabilité et leur registre historique sont exigées. Les manipulateurs de denrées alimentaires doivent être formés aux techniques sanitaires appropriées pour la transformation et le stockage des aliments. Ils doivent pouvoir être transformés dans des installations à accès et à environnement contrôlés. La santé du personnel chargé de la manipulation des aliments doit être surveillée et des normes strictes de propreté doivent être imposées, avec un nombre et un type maximum de micro-organismes dans les aliments, le matériel d'emballage, les équipements de transformation et les zones de travail.

Les aliments doivent être transformés, formulés ou enrichis afin de maximiser la densité nutritionnelle sur la base de la masse et du volume, pour fournir des niveaux d'énergie de 2800 kcal / homme / jour dans le CM et de 3200 kcal / homme / jour dans le LM. Les aliments sélectionnés fournissent un apport énergétique quotidien composé de 28% de matières grasses, 54% de glucides et 17% de protéines. Les autres besoins pour les aliments sélectionnés sont l'apport de 100 g / homme / jour de protéines, 1000 mg / homme / jour de calcium (Ca), 500 mg / homme / jour de phosphore (P), 1800 mg / homme / jour de potassium (K), et d'autres nutriments égaux ou supérieurs aux besoins journaliers minimums par la National Academy of Sciences - National Research Council en tant qu'apports diététiques recommandés.

Il y a plusieurs types d'aliments tels que lyophilisés en sachet, paquets de fruits secs, boissons (également en sachets lyophilisés), paquets de pain, et nourriture en boîte et barquette.
- les paquets de nourriture "normale" (qui possède une consistance non altérée) tels que des saucisses de Francfort, des mélanges de viande en sauce (dinde et le bœuf), sont empaquetée dans des barquettes souples en aluminium scellées par un film plastique (facile à retirer) et sont mangés avec une cuillère ou avec les doigts.

- des fruits secs emballés sous vide dans des sachets en plastique, il suffit alors de découper l'emballage pour les déguster.

- des boissons et des jus de fruit lyophilisés empaquetés pratiquement dans le même type de sachets en plastique que la nourriture lyophilisée (à la différence des sachets de nourriture ceux-ci possèdent un seul clapet pour les actions). Ils peuvent être employés pour les repas liquides supplémentaires dans les urgences (ex: dépressurisation de la cabine, voir page 02).

- des mets froids (sandwichs de jambon ou de poulet) emballés sous vide dans des sachets en plastique (ce procédé conserve la fraîcheur du produit). Il y a également du pain, du pâté ou de la salade de thon conditionnés dans des boîtes en plastique ou métalliques, avec des couvercles style "opercule".

- des bouchées prêtes à consommer, composées de viandes, de fromages, de fruits, de confiseries, de pains et de céréales. Ces bouchées sont soit déshydratées (humidité inférieure à 2 %, dans ce cas là : c'est la salive, lors de la mastication, qui réhydrate le produit), soit préparées de manière à ce que l'eau contenue dans le produit soit liée et donc non disponible pour la croissance microbienne. Cette dernière catégorie est généralement appelée "aliments à humidité intermédiaire" pour la différencier des aliments frais à une extrémité et des aliments déshydratés à l'autre. Les aliments à humidité intermédiaire (humidité inférieure à 40 %) sont très acceptables car ils se rapprochent de la texture des aliments frais et sont prêts à être consommés sans reconstitution. Cependant, même avec cette combinaison d'aliments, la gamme de textures et de goûts est assez limitée pour les premiers astronautes d'Apollo, une situation qui a été progressivement rectifiée tout au long du programme.

Leur emballage offre une barrière contre l'oxygène et l'humidité et une protection contre la contamination accidentelle et l'abrasion physique.

Exemple de contenu des barquettes en aluminium souples

Exemple de bouchées

Les aliments lyophilisés sont habituellement une viande accompagnée de sa garniture (légume ou féculents), un potage, ou une salade composée (salée ou sucrée) emballée sous vide.

Le matériau d'emballage utilisé pour les aliments réhydratables et les bouchées est un stratifié composé de quatre couches :
- la couche intérieure est en polyéthylène, elle est compatible avec les aliments, à son contact elle n'affecte ni leur qualité ni leur goût.
- la deuxième couche, en Mylar, offre une résistance intégrale à l'éclatement.
- la troisième couche, de l'Aclar®, est un pare vapeur servant à empêcher les infiltrations de gaz ou de liquide.
- la quatrième couche, de nouveau du polyéthylène, sert d'enveloppe finale.

Schéma simplifié d'une poche de nourriture

Chaque emballage réhydratable est également pourvu d'un compartiment séparé, contenant un comprimé de germicide. Une fois le contenu mangé ou bu, le comprimé (1g de sulfate de 8-hydroxyquinoléine) est glissé par l'ouverture pour empêcher la fermentation des restes. Le sac est alors roulé, de sorte qu'il tienne le moins de place possible, maintenu avec du ruban adhésif et mis dans le compartiment de stockage des déchets.

La petite cuillère... Quelle invention formidable !

Les premières cuillères utilisées par la NASA sont transportées à des fins expérimentales lors des missions Apollo 8 et Apollo 9, une cuillère étant fournie par membre d'équipage. À partir d'Apollo X, ces cuillères sont devenues partie intégrante de l'équipement de vol et deux cuillères supplémentaires ont été fournies pour être utilisées dans le LM.
D'Apollo 9 et jusqu'à Apollo 11, les astronautes utilisent une cuillère à thé en acier inoxydable produite par Silco, un important fournisseur de couverts pour l'armée. Chaque cuillère a une simple gravure sur le manche avec le rôle de l'astronaute en haut et le numéro de la mission en bas sous forme de chiffre romain, par exemple "CMP / X" pour Apollo 10 CMP John Young. D'Apollo 12 à Apollo 17, les astronautes se servent d'une cuillère à dîner plus grande de marque communautaire, fabriquée par Oneida. Une pochette de rangement en plastique, munie d'une petite attache en velcro, est fournie par la NASA pour chaque cuillère.
Pour les missions Apollo, ces cuillères communautaires sont gravées de l'insigne de la NASA sur le manche, suivi du nom complet de l'astronaute. Sous le nom est gravé soit le numéro de vol Apollo et le rôle de l'astronaute (par exemple "APOLLO 16 CDR"), soit le numéro du LM et le rôle de l'astronaute (par exemple "LM-11 CDR").
Le numéro du LM est utilisé sur les cuillères du module lunaire par le CDR et le LMP, tandis que la gravure de la mission Apollo est utilisée sur les cuillères du CM des trois membres d'équipage.

photo du site Space Flown Artifacts.com

Ci-dessous quelques exemples de "sachets" repas Apollo :

Cake au fruit (ananas)	Hachis de boeuf	Pêches au sirop
Pudding au chocolat	Boeuf avec légumes

Plusieurs barres alimentaires sont développées et consommées à partir du vol Apollo 15, lors des longues sorties extra véhiculaires. Elles sont composées principalement de fruits naturels, de gélatine, de sucre et d'eau. Il en existe sept variétés (abricot, cerise, prune, framboise, citron, fraise et pomme épicée). Ces barres sont conçues pour être stables à température ambiante en ajustant leur équilibre d'humidité relative (activité de l'eau) à 65%, c'est à dire qu'elles ne gagnent ni ne perdent leur humidité dans un environnement à 65% d'humidité relative. Cette condition inhibe la croissance microbiologique.
Des barres alimentaires aux abricots sont utilisées sur la mission Apollo 15.
Il s'agit de la première fois que l'homme consomme des aliments solides tout en portant une combinaison pressurisée à l'extérieur d'un véhicule spatial.
Sur Apollo 16, des barres au citron, à la pomme et à la cerise sont consommés et sur ​​Apollo 17, des barres aux abricots et à la cerise.
Chaque barre mesure 2,5 x 22,9 x 0,6 cm et pèse entre 53 et 62 g. Une barre fournit environ 188 Kilocalories.
Chacune est recouverte d'un film d'amidon comestible pour empêcher la viscosité du produit d'interférer avec sa libération du distributeur de nourriture.
Le film comestible est consommé en même temps que celle-ci.
Après avoir enveloppé la barre alimentaire dans le film d'amidon comestible, elle est insérée dans l'étui en nylon élastique qui sert de distributeur de nourriture.
Des fixations velcro sont attachées au nylon pour ancrer l'étui et son contenu à l'ISDB (In-Suit Drink Bag : pochette plastique souple, fabriquée par la société Whirlpool, d'une contenance d'environ 1 litre avec tuyau et pipette, reposant sur la poitrine conçue pour fournir de l'eau ou du jus de fruit lors des EVA) et à l'encolure de fixation du bubble casque de la combinaison pressurisée. La nourriture est consommée en saisissant la barre avec les dents et en la tirant de son étui.
Lorsqu'une quantité suffisante est prélevée, l'astronaute mord dedans et consomme le produit.
La méthode de distribution s'est avérée satisfaisante et aucune difficulté ne fut relevée dans la manipulation ou la consommation de cette nourriture solide.

Modèle d'exposition du ISDB (In-Suit Drink Bag)

Le saviez-vous ? Le petit déjeuner servi aux membres d’équipage avant le lancement remonte aux premières missions habitées américaines. Il est facile de penser que les équipages recevaient des steaks et des œufs simplement pour honorer la tradition, car dans les années 1960, cela était considéré comme un petit déjeuner assez raffiné, parfait pour commencer une journée très chargée. Tout cela est vrai, mais il existe une raison plus pratique pour ces aliments spécifiques : ils sont à faible teneur en résidus, c’est-à-dire qu’ils contiennent très peu de fibres et limitent les besoins de défécation. Le jour du lancement, les astronautes ont consommé des aliments similaires à faible teneur en résidus pendant plusieurs jours. Les besoins physiologiques dans le module de commande et le module lunaire ne sont pas une expérience agréable : l'intimité est inexistante, et le processus n'est pas pour les âmes sensibles. Un régime à faible teneur en résidus garantit que l'équipage n'aura pas à gérer ces processus pendant qu'ils s'adaptent encore à l'environnement spatial.

Lyophilisation : la lyophilisation, autrefois appelée cryodessication, est la méthode optimale de déshydratation des aliments, privilégiée pour la préservation remarquable de la qualité finale du produit. La couleur, la texture, la saveur, la teneur en éléments nutritifs ainsi que la capacité de réhydratation des aliments lyophilisés correctement se rapprochent étroitement de celles de l’aliment d’origine. Cependant, comme pour toute technique de conservation, la qualité du produit conservé ne peut dépasser celle de l’aliment initial.

La qualité élevée des aliments lyophilisés tient principalement à la technique d’élimination de l’eau par sublimation, c’est-à-dire le passage direct de la glace à la vapeur, avec une exposition minimale des aliments à la chaleur. Les aliments sont d’abord congelés rapidement dans un flux d’air circulant à une température d’environ -40 °C (233 K). Ils sont ensuite placés dans une chambre à vide où la pression est abaissée à moins de 270 N/m², soit environ 2 mmHg (0,27 kPa). Une source de chaleur, constituée de plaques chauffantes maintenues entre 25 °C et 30 °C (298 à 303 K) selon le type d’aliment, fournit l’énergie nécessaire pour sublimer la glace sous vide, tout en maintenant la température des aliments en dessous du point eutectique. L’apport de chaleur est contrôlé avec précision pour optimiser l’élimination de la vapeur d’eau, qui est recueillie sur des condenseurs présents dans la chambre à vide. Le noyau de glace contenu dans l’aliment disparaît complètement lorsque l’humidité résiduelle atteint environ 2 %. Cette humidité restante est liée à l’aliment et nécessite un niveau d’énergie supérieur à celui de la sublimation pour être éliminée.

Aclar® : c'est un film plastique transparent en polychlorotrifluoroéthylène élaboré par la société Honeywell. Ses proriétés sont :
- excellente barrière contre l'humidité
- biochimiquement inerte
- résistant aux produits chimiques
- ininflammable
- sans plastifiant ni stabilisant
- thermoformable

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Texte et schémas de Paul Cultrera, tout droits réservés, sources : livre en anglais "Biomedical results of Apollo" et documents PDF n°: 19740020236_1974020236.pdf, personal crew equipment.pdf (renommé).
FINAL REPORT, 1 October 1968 to 31 January 1973 Contract NAS 9-8927, FLIGHT FEEDING SYSTEMS DESIGN AND EVALUATION