LE SYSTÈME D'AMARRAGE (page 2) : les éléments mécaniques

La sonde d'amarrage

La fonction principale de la sonde d’amarrage est d’assurer l’accouplement initial des véhicules CSM/LM et d’atténuer l’énergie d’impact générée lors du contact entre les véhicules. L’ensemble se compose d’un corps central, d’une tête de sonde et de loquets de capture, de bras de tangage et de liaisons de tension, d’amortisseurs de choc, d’un mécanisme à cliquet, de la structure de support, d’un loquet d’extension et d’un arbre de précharge en torsion, du système de rétraction de la sonde, des ombilicaux électriques de la sonde, ainsi que du câblage nécessaire pour accomplir les fonctions décrites ci-dessus. La sonde d’amarrage peut être repliée pour être retirée et rangée, et peut être démontée depuis l’une ou l’autre extrémité du tunnel de transfert d’équipage.

Sonde du système d'amarrage avec positions opérationnelles

Structure de support

La sonde est montée sur trépied sur l’anneau d’amarrage par une structure de support fixée au collier extérieur de la sonde. Les supports sont conçus pour se replier afin de permettre le retrait de la sonde depuis l’un ou l’autre des modules. Le repli de la sonde consiste à réduire le diamètre des trois jambes de montage à environ 63 cm (24,75 in), rendant la sonde suffisamment compacte pour passer. Cette opération est réalisée en déverrouillant le collier à l’aide de la poignée à cliquet et en laissant le collier glisser vers l’arrière d’environ 23,5 cm (9,25 in) sur le cylindre de la sonde.

Chaque jambe de support est reliée au cylindre de la sonde par un ensemble de tirant amortisseur semi-rigide. Ces tirants contiennent des rondelles Bellville qui aident à atténuer les fortes charges latérales. Les rondelles, de forme concave, sont disposées de manière à fournir un tirant rigide en traction et un taux de ressort élevé en compression.

Une des jambes de support est peinte en jaune pour correspondre à une couleur identique sur le carénage de la douille de l’anneau d’amarrage. Le tirant de support pour l’installation de la sonde est rangé sur la jambe de support jaune, tandis que les deux autres jambes contiennent des réceptacles de rangement pour les ombilicaux de la sonde.

Bras de tangage et liens de tension

Lors du cycle de rétraction de la sonde, si le CM et le LM ont tendance à se désaligner en formant un angle comme des ciseaux, les bras de tangage entrent en contact avec la surface du cône d’amarrage afin de stabiliser les véhicules et limiter les effets de ce désalignement. Les liens de tension transmettent les charges des bras de tangage ainsi que les charges de couple au cylindre extérieur de la sonde lors d’un déplacement axial. Ensemble, les bras de tangage et les liens de tension induisent la cinématique requise, provoquant la compression des amortisseurs de choc et atténuant les charges nécessaires pour satisfaire les exigences d’amarrage.

Les atténuateurs de choc

Les atténuateurs de choc sont des unités à piston à orifice variable, de type déplacement de fluide. Ces unités, remplies d’un fluide Orinite 70 (mélange d’argon et d’hélium) et hermétiquement scellées par un soufflet métallique, absorbent le choc généré lors de l’impact durant l’amarrage. Ils sont fixés à l’ensemble de la sonde de manière à ce que toutes les charges axiales ou latérales soient atténuées ou restent inférieures au niveau requis pour le mécanisme d’amarrage. Les cylindres des amortisseurs sont maintenus à une température d’environ 21 ±1,7 °C (70 ±3 °F).

Vue éclatée des atténuateurs

Lorsque le piston est déployé, le mélange de gaz argon et hélium est injecté à travers un bouchon situé sous l’extrémité de la tige. Le gaz est injecté à l’aide d’une aiguille hypodermique à une pression d’environ 2,1 ±0,2 bar (30 ±3 psig) et à une température d’environ 21 ±3 °C (70 ±5 °F). L’objectif de cette pressurisation est de fournir un ressort pneumatique et la pression nécessaire pour l’extension de l’atténuateur. L’énergie emmagasinée dans les atténuateurs provoque le déplacement du collier de la sonde vers l’arrière lorsqu’il est libéré, entraînant le retrait de la structure de support de son montage.

Corps de la sonde — Ensemble du loquet d’extension

Le corps de la sonde se compose d’un cylindre intérieur et d’un cylindre extérieur, dimensionnés pour permettre un déplacement maximal de 25,4 cm (10 in) du cylindre intérieur. Fixé au corps de la sonde, un loquet d’extension s’engage pour retenir la sonde en position totalement rétractée. Le grand ressort hélicoïdal situé à l’intérieur du cylindre intérieur permettra d’étendre la sonde lors du relâchement du loquet d’extension.

Situé à l’intérieur de l’arbre de précharge en torsion, un ressort permet au loquet d’extension d’être libre et auto-verrouillant. Cela assure la capture automatique du piston de la sonde par le loquet d’extension lors de la rétraction de la sonde.
Un indicateur permet de vérifier l’engagement complet du loquet : un indicateur rouge dépassant du boîtier montre que le crochet ne s’est pas complètement engagé sur le galet de verrouillage du piston. Si cette situation se produit, l’ensemble du loquet d’extension peut être ajusté en tournant la poignée à cliquet dans le sens antihoraire, prolongeant l’assemblage du loquet jusqu’à ce que la broche indicatrice se rétracte.

Avant la séparation en orbite lunaire, la sonde est préchargée avec l’ensemble du loquet d’extension afin de maintenir la pressurisation du tunnel pendant que les 12 loquets d’amarrage sont relâchés et réarmés.
Pour précharger la sonde, le sélecteur de cliquet est positionné sur la poignée de précharge de manière à ce que le cliquet tourne dans le sens horaire. La poignée à cliquet est actionnée jusqu’au déclenchement du limiteur de charge.

Tête de la sonde — Loquets de capture

La tête de la sonde, auto-centrante, est montée sur rotule à l'extrémité du piston de la sonde. Elle abrite les loquets de capture et est conçue de manière à s'orienter vers la douille du cône d’amarrage dans toutes les positions de contact prévues par les paramètres de conception.

Vue éclatée de la tête de la sonde

Les loquets de capture s’engagent automatiquement dans la douille du cône lorsque la tête de la sonde se centre et atteint le fond du cône. Ils peuvent être libérés à distance ou manuellement depuis le côté du CM, ainsi que manuellement depuis le côté du LM.
La libération des loquets de capture permet le retrait ou l’insertion de l’ensemble de la tête de la sonde.

La libération électrique est réalisée en commutant l’alimentation via les ombilicaux de la sonde vers des moteurs électriques situés dans le corps de la sonde, ce qui fait tourner l’arbre de torsion (de couple) et permet la libération des loquets.

La libération manuelle des loquets de capture depuis le côté du CM s’effectue à l’aide d’un bouton et d’une poignée de libération situés à l'extrémité arrière de la sonde, côté CM. Pour les déverrouiller, le bouton et la poignée de libération sont tirés vers l’arrière de 12,7 mm (1/2 in) puis pivotés de 180° dans le sens horaire. Cette opération ne peut être réalisée que si le piston de la sonde est en position rétractée. Lors du repli de la sonde, le collier entre en contact avec la poignée de libération, qui se télescope et reste opérationnelle, que la sonde soit installée ou repliée. La poignée de libération des loquets de capture doit être pivotée complètement dans le sens antihoraire jusqu’à l'indicateur de position afin de placer les verrous de capture en position « armée ».

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Cela signifie que les trois loquets de capture s’engageront lorsqu’ils auront pénétré simultanément la douille du cône. La libération des loquets de capture depuis le côté LM s’effectue en enfonçant, à l’aide de l’outil B (clé d’urgence, essentiellement une clé en L à tête hexagonale modifiée) de la trousse CM-LM, le poussoir de libération des loquets d’environ 7,9 mm (5/16 in), jusqu’à ce qu’il soit à niveau avec la tête de la sonde. Si la position rétractée est sélectionnée sur l’interrupteur RETRACT EXTD/REL du panneau de contrôle principal (MDC-2), l’engagement des loquets de capture ferme un contact dans la sonde, ce qui déclenche le fonctionnement du mécanisme de rétraction.

Mécanisme à cliquet

Le mécanisme à cliquet intégré fournit une poignée de manœuvre permettant la manipulation de la sonde, facilitant ainsi son installation et son retrait. Il assure également l’action de cliquet qui déplace la collerette coulissante vers l’avant ou vers l’arrière, prolongeant ou repliant les bras de tangage et de support de la sonde.
Le mécanisme verrouille ou déverrouille la collerette coulissante par rotation de la poignée à l’écart de l’axe central de la sonde, que la manœuvre soit effectuée depuis le CM ou depuis le LM.
La poignée de manœuvre est rangée et sécurisée par un ergot qui l’enclenche côté CM. Un bouton de libération est prévu sur la poignée côté CM et un déclencheur sur la poignée côté LM pour désengager le mécanisme à cliquet.

Système de rétraction

Le système de rétraction est constitué d’un système à gaz froid pressurisé par quatre bouteilles d’azote hermétiquement scellées situées à l’intérieur du corps de la sonde. Ces bouteilles ont une pression de 344,7 bar (5000 psi) et contiennent chacune un volume d’environ 95 cm³ (5,8 in³). Elles permettent jusqu’à quatre tentatives de rétraction pour effectuer l’amarrage en dur. La pression du gaz est libérée lorsque l’allumage pyrotechnique est déclenché manuellement par un membre d’équipage dans le CM ou automatiquement par l’action des verrous de capture. La libération de l’azote provoque la rétraction du piston interne.
La force de rétraction est suffisante pour rapprocher les modules, comprimer les joints d’interface et permettre l’engagement des 12 verrous automatiques. Le gaz résiduel est évacué par l’astronaute, ce qui permet au piston de la sonde de se prolonger lorsque le loquet d’extension est armé. La libération de la pression s’effectue via une vanne de décharge manuelle faisant partie du collecteur de gaz. Cette vanne est ouverte en enfonçant un bouton rouge situé à l’extrémité arrière de la sonde. Le bouton et les composants pyrotechniques sont protégés contre les dommages lors de la manipulation par un capot de protection.

Ombilicaux de la sonde

Deux connecteurs microdot et leurs faisceaux associés sont prévus pour l’alimentation en puissance et les instruments de la sonde. Les connecteurs sont installés perpendiculairement à l’anneau d’amarrage, de manière à être visibles et accessibles pour le branchement ou le débranchement depuis le côté CM ou LM des véhicules combinés. Les connecteurs utilisent une poignée rainurée qui offre une prise sûre pour les actions de torsion et de traction. Une partie du connecteur et du faisceau de la sonde peut dépasser dans le tunnel lorsque la sonde est installée, mais lorsque la sonde est retirée, la partie fixe du connecteur est protégée par un capot articulé. Cela assure une surface lisse pour le passage de l’équipage dans le tunnel. Lors de la connexion ou de la déconnexion des connecteurs électriques de la sonde depuis le côté CM, l’interrupteur EXT/REL-OFF-RETRACT doit être en position OFF et le disjoncteur CB2 du panneau 276 ouvert, afin de s’assurer qu’aucune alimentation des instruments n’est présente.

Le cône d'amarrage (la "douille")

L’ensemble du cône d’amarrage constitue une structure en forme de cône tronqué, avec un orifice central orienté vers le CM. Installé dans le tunnel du LM, il sert à la fois de guide et de récepteur pour la tête de la sonde. Sa structure est composée d’un noyau en nid d’abeilles en aluminium de 2,54 cm (1 in) d’épaisseur, pris en sandwich entre deux feuilles de parement en aluminium, et renforcée par trois poutres de support principales ainsi que six longerons en aluminium. Il comporte également des pattes de fixation, solidaires des poutres de support principales, qui assurent l’interface avec les trois points de montage du tunnel du LM. L’une d’elles est équipée d’un mécanisme de verrouillage destiné à maintenir le cône d’amarrage en position et à l’empêcher de tourner pendant les manœuvres d’amarrage.

Le déverrouillage et le retrait du cône d’amarrage peuvent être effectués depuis l’une ou l’autre extrémité du tunnel de transfert d’équipage. Pour faciliter ces opérations, trois poignées sont prévues du côté LM.

Cône récepteur du LM

L'anneau d'amarrage

L’anneau d’amarrage est monté et boulonné sur l’anneau avant du tunnel du CM. Il est capable de supporter toutes les charges d’interface et maintient l’alignement des modules une fois amarrés.

L’anneau d’amarrage sert également de support à la sonde, aux douze loquets automatiques d’amarrage, à une charge pyrotechnique, au passage du faisceau électrique et aux deux joints d’interface. Des passages continus pour les fils et des caches de fixation sont prévus dans l’anneau d’amarrage. Ces passages sont couverts par un capot protecteur comportant une ouverture permettant aux faisceaux individuels d’entrer ou de sortir.

Les deux joints d’interface concentriques permettent la mise en pression du tunnel habité et l’utilisation des combinaisons spatiales ventilées à l’intérieur du tunnel. Les joints d’amarrage sont ronds et creux : le joint intérieur est ventilé à la pression de la cabine, tandis que le joint extérieur est ventilé à la pression ambiante. Leur conception permet de compenser les déformations ou ondulations maximales des brides d’amarrage, assurant ainsi l’étanchéité entre le CM et le LM.

Pour retirer l’anneau d’amarrage et les équipements qui y sont fixés lors de la séparation finale CSM/LM, ou si un abort est initié, un cordon pyrotechnique (MDF — Main Detonating Fuse — fusible détonant principal) est déclenché pour sectionner l’anneau d’amarrage. Lors d’un abort, l’anneau sectionné et les pièces attachées sont écartés du CM par le système d’évasion du lancement (LES). La charge est déclenchée par un interrupteur situé sur le tableau de bord principal (MDC) à l’intérieur du CM.

Détail sur les poignets des loquets d'amarrage (en bleu)

Les verrous d'amarrage

Le mécanisme des verrous d’amarrage automatiques, bien qu’apparemment complexe, repose sur des composants fondamentaux : un arbre rotatif central, comparable à un vilebrequin, auquel sont fixés de manière excentrique une source d’énergie à ressort et un crochet de loquet. Cette conception amplifie la faible force du ressort pour produire les fortes tensions nécessaires au crochet.

Les douze verrous d’amarrage, dont les principaux éléments sont la poignée d’armement, le déclencheur, l’assemblage d’échappement, ainsi que divers mécanismes de liaison et cliquets, sont organisés en six paires équidistantes autour de la périphérie intérieure de l’anneau d’amarrage. Une fois verrouillés, ils garantissent la continuité structurelle et la pressurisation entre le CSM et le LM en configuration amarrée. Les verrous s’alignent et s’enclenchent automatiquement sur la face arrière de la bride d’amarrage du LM lorsque le mécanisme de déclenchement est activé par le contact avec cette bride. En cas de déclenchement inopiné d’un verrou, ses composants n’empêchent pas la réussite de l’amarrage ni l’étanchéité entre le LM et le CM.

Un indicateur d’état avec un bouton rouge intégré à la poignée signale un loquet déverrouillé. Trois verrous engagés, positionnés à environ 120° les uns des autres, suffisent pour maintenir une connexion solide et pressurisée entre le CSM et le LM.
Un verrou déclenché individuellement peut être réarmé et libéré manuellement par un membre d’équipage pour permettre l’amarrage du CM au LM. Le mécanisme de loquet génère une précharge, ou force de traction du crochet, d’environ 12 000 newtons (1225 kg ou 2700 lb).

Cette précharge permet de rétracter le crochet, de l’appuyer contre la face arrière de la bride d’amarrage du LM, de compenser d’éventuelles déformations ou ondulations de la bride et de comprimer les joints d’amarrage.
Le déverrouillage d’un verrou s’effectue par deux tractions de l’équipage sur la poignée individuelle, ce qui réarme simultanément le loquet pour un prochain amarrage. Des carénages installés entre les verrous assurent une surface intérieure lisse.

Les joints d'amarrage

Ils sont circulaires, tubulaires, et fabriqués dans un matériau silicone. Ces joints se compressent (quand les deux modules viennent à s'assembler) pour former des joints de pression étanche.

Câbles ombilicaux électriques et de communication

Deux câbles ombilicaux sont installés dans le tunnel d’amarrage du module lunaire (LM) avant le lancement. Une extrémité de chaque câble est connectée aux connecteurs électriques du LM, tandis que l’autre est fixée à des connecteurs d’attache sur la paroi interne du tunnel du LM, de manière à éviter toute interférence avec les supports du cône d’amarrage (drogue), les supports de la sonde et les bras de tangage. Ces connecteurs d’attache sont accessibles depuis le tunnel du module de commande (CM), entre la périphérie du cône d’amarrage et la paroi du tunnel du LM.
Après la transposition et l’amarrage, les extrémités des câbles ombilicaux sont connectées aux réceptacles de l’anneau d’amarrage du CM, établissant ainsi l’alimentation électrique (28 V DC via deux lignes redondantes) et les communications (voix et télémesure) entre le CM et le LM, sans nécessiter le retrait de la sonde ou du cône d’amarrage. Ces connexions sont maintenues jusqu’au retrait du LM.

L'écoutille avant (CM)

L'écoutille du LM

L'écoutille d'amarrage du LM est placée à la bouche de sortie du tunnel du LM et n'est pas escamotable (elle pivote pour laisser le passage libre mais reste solidaire de la structure du LM). Elle tourne dans le compartiment de l'équipage du LM et peut être également ouverte de chaque côté. Elle possède aussi une valve d'égalisation de pression.

Boulon de tension passive A

Dispositif de fixation par boulon de type traction reliant la sonde d'amarrage au capot de protection de lancement (BPC, pour Boost Protective Cover), qui enveloppe la sonde au sommet du module de commande (CM) pendant la phase initiale d'ascension.
En vol normal, les goupilles de fixation situées dans la tête de la sonde sont cisailées, laissant la sonde intacte pour l'amarrage ultérieur. En cas d'interruption de lancement (abort), une charge pyrotechnique sépare l'anneau d'amarrage, permettant à la tour de sauvetage d'emporter avec elle l'anneau et la sonde.

Charge pyrotechnique

C’est un cordon pyrotechnique (MDF — Main Detonating Fuse — fusible détonant principal) disposé autour de la périphérie de l’anneau d’amarrage. Lorsque la charge est déclenchée, elle sépare la structure de l’anneau d’amarrage du bouclier avant, laissant tout le matériel d’amarrage attaché au LM. La mise à feu de la charge est déclenchée par un signal provenant du CM.
La charge est normalement déclenchée lors de la séparation finale de l’étage de remontée du LM, juste avant que le CSM ne soit injecté sur la trajectoire de retour vers la Terre.
Elle peut également être déclenchée lors d’un abandon, auquel cas le matériel d’amarrage serait emporté par la tour de sauvetage (LES).

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Textes traduits de l'anglais (source:site apollosaturn.com) tous droits réservés Paul Cultrera.