Le SLA (Spacecraft LM Adapter, adaptateur vaisseau spatial / LM)
L'adaptateur vaisseau spatial / LM (SLA, Spacecraft LM Adapter) est un carénage en aluminium conçu pour protèger le module lunaire (LM) pendant le lancement. Il assure également la fixation structurelle du vaisseau spatial (CSM) en le reliant au lanceur Saturn V. Ce compartiment est non pressurisé.
Spécifications :
Hauteur : 8,53m (28 ft).
Diamètre : (base) 6,60m (21 ft 8 in) sommet du S-IVb.
Diamètre : (sommet) 3,91m (12 ft 10 in) base du Service Module.
Masse : 1837 kg (4050 lb).
Volume : 189,72 m³ (6700 ft³) , 141,58 m³ (5000 ft³) utilisable.
Fabriquant : North American / Rockwell International.
 Schéma de l'ensemble SLA |
 Étape de fabrication d'un des panneau du SLA |
Le SLA a la forme d’un tronc de cône et se divise en deux sections :
- la section supérieure, s’étendant de l’interface avec le module de service (SM) jusqu’au plan de fixation du module lunaire (LM).
- la section inférieure, allant du plan de fixation du LM jusqu’à l’interface avec l’unité instrumentale (IU).
Structure et composition
Le SLA est constitué de huit panneaux en sandwich nid d’abeilles en aluminium, d’une épaisseur de 4,31 cm (1,7 in). Ces panneaux sont répartis en deux séries de quatre, de taille égale :
- les panneaux supérieurs (ou avant), mesurant environ 6,40 m (21 ft) de long.
- les panneaux inférieurs (ou arrière), d’une hauteur d’environ 2,13 m (7 ft).
Ils sont assemblés à l’aide de plaques longitudinales, tandis que les cadres, collés dans les panneaux, sont fixés au niveau des joints des quarts de panneau par des attaches mécaniques.
La partie inférieure comporte des zones fraisées chimiquement, dont l’épaisseur varie afin de mieux répartir les charges concentrées du LM dans la coque.
Accès et protection thermique
Les sections supérieure et inférieure sont équipées d’orifices d’accès renforcés, protégés par des portes durant le vol. L’ensemble du SLA est recouvert d’une couche de liège de 0,76 mm (30/1000 in) d’épaisseur, qui protège le LM de la chaleur générée par la friction de l’air lors des premières minutes du vol, aux altitudes où l’atmosphère est la plus dense.
Rôle aérodynamique
Grâce à sa forme conique, le SLA contribue également à réduire les efforts de charge et les contraintes aérodynamiques durant l’ascension du lanceur, garantissant ainsi une meilleure stabilité structurelle.
 Ensemble boilerplate CSM + SLA |
 Ensemble SLA et CSM (SA-501) lors des opérations de matage |
Le LM est fixé au SLA en quatre points, situés autour de la jonction entre les panneaux supérieurs et inférieurs. Cette fixation repose sur des "liens fragiles", équipés d’un dispositif à ressort, qui permettent de libérer le LM et de faciliter son extraction lors des manœuvres d’amarrage. Outre le LM, le SLA abrite la tuyère du SPS (qui s'étend jusqu'au sommet du LM) et un ombilical qui abrite les circuits de connexion entre le lanceur Saturn V et le vaisseau spatial.
Le saviez-vous ?? Les véhicules de vol Apollo SC-009, SC-011 et SC-101 ne comportaient pas de LM. À la place, un élément de renfort était installé à l’intérieur du SLA. Ce raidisseur, pesant environ 31,7 kg (70 lb), assurait la rigidité nécessaire pour stabiliser la structure du SLA en l’absence du LM.
 Une autre vue (noter que l'on aperçoit les "pattes" du LM) |
 Ensemble SLA ouvert en pétale, lors du vol Apollo VII |
La séparation du SLA et du SM
Le SLA et le SM sont joints par des boulons le long d'une bride qui fait le tour de la circonférence des deux structures, le seul autre raccordement entre ces deux composants est un câble ombilical par lequel le courant électrique est acheminé vers le SLA. Cette énergie est utilisée pour déclencher les dispositifs de séparation.
La redondance est présente dans trois secteurs pour assurer la séparation :
1) Les signaux qui déclenchent l'ordre sont redondants,
2) Les détonateurs,
3) Les trains de corde sont également redondants avec des charges influentes : détonation d'une charge en déclenche une autre.
La séparation entre le SLA, le SM, et les quatre panneaux supérieurs du SLA est réalisée par un train d'explosifs qui sectionne le métal reliant ces structures. Ce train est composé de 28 supports de charge, chacun contenant deux rives de cordeau détonant. L'un ou l'autre des cordons de détonation sectionnera le joint. Les supports de charge (bandes d'aluminium sur lesquelles le cordeau est collé) sont fixés sur la bride reliant le SM et le SLA, ainsi que sur les plats d'épissure (bandes métalliques) qui relient les panneaux avant. Pour assurer la mise à feu simultanée du train d'explosifs, des boosters (charges plus importantes) sont placés aux extrémités de chaque support de charge et aux points de connexion. Bien que le train d'explosifs fonctionne comme un fusible (se déplaçant d’un point à un autre), la vitesse de sa détonation est telle que, pour des raisons pratiques, on peut considérer que tout le train explose simultanément.
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Deux types d’éjecteurs, un pyrotechnique et un à ressort, sont utilisés pour déployer et larguer les panneaux supérieurs du SLA. Les quatre éjecteurs pyrotechniques sont situés au sommet des panneaux inférieurs au niveau des joints des panneaux supérieurs. Leur rôle est de basculer les panneaux supérieurs vers l’arrière. Chaque éjecteur possède deux pistons, un pour chaque panneau, de sorte que chaque panneau est soumis à la poussée de deux pistons, un à chaque extrémité. Le train d'explosife qui sépare les panneaux est déclenché par deux cartouches sous pression dans chaque groupe d'éjecteur. L'allumage des cartouches pousse les pistons contre les panneaux, amorçant ainsi le déploiement. La redondance est assurée puisque l'allumage d'une cartouche de pression entraîne normalement l'allumage de l'autre.
Les éjecteurs pyrotechniques appliquent une faible impulsion (suffisante pour un basculement de 2°) aux panneaux, mais cette impulsion est suffisante pour garantir leur déploiement. La vitesse angulaire résultant de cette poussée reste essentiellement constante, variant entre 33 et 60° par seconde. Les panneaux supérieurs sont reliés aux panneaux inférieurs par deux charnières. Lorsque les panneaux supérieurs ont basculés d'environ 45°, les charnières se désengagent et libèrent les panneaux de la section arrière du SLA. Les éjecteurs à ressort, sont montés à l'extérieur des panneaux supérieurs, prennent le relais une fois les charnières désengagées. Les ressorts, situés dans les éjecteurs, poussent les panneaux inférieurs pour les éloigner du véhicule spatial. La vitesse d'ouverture et la force de l'éjecteur à ressort sont suffisamment élevées pour écarter les panneaux sous un angle de 110° par rapport à l’axe central du véhicule, à une vitesse d'environ 10,50 km/h (5 1/2 miles/h). Cela assure que les panneaux s’éloigneront correctement du véhicule spatial.
La séparation du SLA et du LM
Des éjecteurs à ressort sont également utilisés pour séparer le LM du SLA. Une fois que le CSM se soit amarré avec le LM, des charges détonantes douces sont mises à feu pour libérer les quatre raccords qui maintiennent le LM sur le SLA. Simultanément, quatre éjecteurs à ressort; montés sur les panneaux inférieurs du SLA exercent une poussée contre le LM pour séparer les deux véhicules. La séparation est contrôlée par deux contrôleurs de séquence de séparation du module lunaire situés à l'intérieur du SLA près du point d'attache de l'unité d'instrument (IU). Ces contrôleurs, redondants, envoient des signaux pour déclencher les charges qui coupent les connexions et activent également un détonateur pour sectionner l'ombilical entre l'IU et le LM. Le détonateur actionne une lame de guillotine qui tranche les câbles ombilicaux.
Le saviez-vous ?? Les ingénieurs de la NASA étaient conscients qu'il serait nécessaire d'effectuer des travaux de dernière minute tant sur le LM que sur le lanceur Saturn V dans son ensemble. Pour la Saturn V, la structure de service mobile (MSS) a été déplacée afin d'envelopper le véhicule, permettant ainsi aux ingénieurs d'avoir un accès facile et complet à presque tous les aspects du véhicule pour effectuer les ajustements et les réparations nécessaires avant le lancement.
 L'ensemble des plateformes carennées de la structure de service mobile entourées en vert |
 Maquette du dispositif des plateformes d'accès rabattables au LM |
Une partie de la structure de service mobile (MSS) était conçue pour atteindre le LM et le CSM via des plates-formes de travail carénées. Les ingénieurs et techniciens pouvaient entrer dans le SLA par une trappe d'accès intégrée dans l'une de ses pétales, alignée avec la trappe de sortie carrée du LM (celle utilisée pour l'EVA lunaire). Ils pouvaient également installer des plates-formes de travail rabattables à l'intérieur du SLA et autour du LM pour effectuer les travaux nécessaires (voir photo ci-dessus, à droite).
Ces plates-formes ont permis d'apporter des modifications de dernière minute sur les missions Apollo 10 et 11, comme l'ajout du drapeau (inséré dans un tube et fixé à la jambe de l'échelle du LM Eagle) ou le retrait d'une sonde de contact sur l'un des patins du vaisseau spatial (car elle constituait un danger pour les astronautes).
Le saviez-vous ?? Pendant la phase de chargement des ergols hypergoliques dans le LM, jusqu’au lancement, une situation potentiellement dangereuse pouvait survenir. Afin d'assurer une évacuation rapide et sûre du personnel à l'intérieur et autour de l'adaptateur vaisseau spatial / LM (SLA), si cela s'avérait nécessaire, un système d'évacuation d'urgence a été conçu : le système d'évacuation d'urgence du SLA (SLA Emergency Egress System ou SEES). Ce système permettait une évacuation d’urgence via des trappes permanentes et des découpes d’urgence dans le SLA si cela était nécessaire.
LE SEES
Conception
Le SEES (SLA Emergency Egress System) utilise le principe de l'emporte-pièce pour découper des trous d'homme à plusieurs endroits du SLA, afin de permettre une évacuation rapide en cas d'urgence. Des matrices sont installées sur les parois du SLA, et lorsqu'elles sont activées, elles créent des ouvertures supplémentaires pour l'évacuation. Il existe deux modes d'activation des découpes d'urgence du SLA :
1) Mode interne : Chaque emplacement prévu à cet effet peut être activé depuis l'intérieur du SLA.
2) Mode externe :
Ce mode permet l'activation sélective de découpes individuelles ou de toutes les découpes simultanément à partir d'un boîtier de commande central externe.
Dans tous les cas, la conception du système assure une activation simple et fiable en situation d'urgence. De plus, l'utilisation de circuits et composants redondants améliore la fiabilité du système. Des protections supplémentaires sont également intégrées pour éviter l'activation accidentelle des découpes d'urgence.
L'ensemble de poinçonnage
L'ensemble de poinçonnage, ou "emporte-pièce", découpe un trou de sortie dans la paroi du SLA. Ce mécanisme est constitué d'une matrice en deux parties. La paroi intérieure du SLA se compose d'une fine couche d'aluminium sur une âme en nid d'abeille. La paroi extérieure est également en aluminium recouverte de liège et d'une peinture thermique. Pour aligner l'ensemble du poinçon, un trou est percé dans le SLA à chaque emplacement d'évacuation d'urgence, avec un goujon correspondant. À l'intérieur du SLA, monté sur le goujon, se trouve un cadre en aluminium, la matrice de découpe mâle, dont le bord est équipé d'une lame tranchante. Ce cadre est également protégé par un écran métallique pour éviter que les doigts ne passent sous le cadre lors de l'activation. L'autre extrémité du goujon, situé à l'extérieur du SLA, est montée sur un piston. Ce piston est logé dans un cylindre faisant partie de la matrice externe (femelle). La matrice femelle est légèrement plus grande que la matrice mâle. de l'azote à haute pression est injecté dans le cylindre, activant ainsi le piston. Les matrices mâle et femelle sont alors rapprochées avec suffisamment de force pour que la matrice mâle traverse la paroi du SLA et pénètre dans la matrice femelle, créant ainsi un trou de sortie. Ce processus est réalisé en 300 à 400 millisecondes après la fermeture de l'interrupteur.
Actionnement pneumatique du poinçon
De l'azote sous pression, contenu dans une bouteille de plongée standard, est utilisé pour faire passer la matrice mâle à travers la paroi du SLA. La bouteille de plongée est montée sur le bossoir d'évacuation, situé à chaque point d'évacuation d'urgence. Elle contient environ 2 m3 (71,2 ft3) d'azote à une pression minimale d'environ 134 bar (1950 PSI). Un tuyau flexible de 1,9 cm de diamètre (3/4 in) est relié à deux électrovannes à commande électrique. L'actionnement de l'une ou l'autre, ou des deux électrovannes simultanément, permet de liberer l'azote de la bouteille dans le cylindre d'actionnement. Le bossoir d'évacuation sert à guider et à soutenir les matrices et les découpes une fois qu'elles sont sorties du SLA. Le support est assuré par des câbles métalliques provenant de la filière femelle (partie extérieure) fixés au bras du bossoir. À la base du bossoir se trouve une goupille qui s'insère dans une came sur le support du bossoir. Une fois les matrices sont dégagées de l'ouverture d'évacuation d'urgence, le câble et la goupille, combiné à la gravité, font pivoter le bossoir d'évacuation pour l'éloigner de l'ouverture. Cela permet ainsi de garantir une ouverture dégagée et libre. Il convient de noter que seule une pression d'environ 48 à 62 bar (700 à 900 PSIA) dans la bouteille est nécessaire pour faire passer le cutter à travers la paroi du SLA.
Capacité de contrôle et fonctionnement de la console de commande
L'activation externe des découpes du SLA se fait uniquement via la console de contrôle. L'interrupteur "F" est un cul-de-sac qui se trouve sur la console, tandis que les interrupteurs A, B, C, E et G continuent vers leurs "emporte-pièces" respectifs. La console de contrôle est située sur la plate-forme 3A, juste à l'intérieur de la porte à gauche. Pendant et après le chargement hypergolique, lorsque le personnel se trouve à l'intérieur du SLA, une poignée est insérée dans la console de contrôle pour armer les circuits de commande des découpes du SLA. Cela active deux voyants "SYSTEM ARM" sur la console de commande, un pour chaque circuit redondant, et deux voyants supplémentaires sur chaque boîte de commutation interne, signalant que le système est armé. De plus, deux voyants "ARMED" s'allument sur la console du chef d'essai, confirmant que le système est prêt à être utilisé. Deux batteries sont en charge constante, chacune alimentant l'un des circuits redondants. Lorsque l'interrupteur "ARM" est activé, la tension des batteries est indiquée sur leurs voltmètres respectifs, et les voyants "ARM" s'allument également, signalant que toutes les activations d'interrupteur sont désormais armées de manière redondante. Enfin, l'activation de l'interrupteur "ALL FIRE", situé sur la console de commande, permet au courant des batteries de circuler vers les 10 électrovannes montées sous les bouteilles de plongée, déclenchant ainsi le processus d'évacuation d'urgence.
Lorsque les électrovannes sont activées, elles permettent à l'azote sous pression de s'échapper de la bouteille de plongée montée sur le bossoir, activant ainsi les pistons des "emporte-pièces" et créant les ouvertures nécessaires pour l'évacuation d'urgence du SLA. Cinq interrupteurs séparés et protégés sont situés sur la console de commande externe, offrant une activation sélective grâce aux interrupteurs à bascule "FIRE" protégés pour chacune des ouvertures correspondantes. Chaque découpe est équipée de deux électrovannes, permettant à l'une ou l'autre, ou aux deux, de déclencher le fonctionnement de l'emporte-pièce. Chaque électrovanne est activée par un circuit séparé, chacun alimenté par une batterie distincte, en charge constante. Si l'une des électrovannes d'une paire, une batterie ou l'alimentation du système tombe en panne, cela n'empêchera pas le fonctionnement global du système, garantissant ainsi sa fiabilité.
Activation interne de l'emporte pièce
Sur l'âme de la matrice mâle interne, à chaque emplacement de découpe à l'intérieur du SLA, se trouve le boîtier d'interrupteur pour l'activation interne de cette découpe. Il s'agit d'un interrupteur à bascule protégé, qu est en position "OFF" par défautt. Pour l'activer, il suffit de soulever la protection de l'interrupteur et de basculer. Chaque boîte de commutation est équipée de deux voyants lumineux "ARMED". Ces voyants ont deux fonctions : (1) ils indiquent que les circuits sont activés ("ARMED") et (2) ils servent de repère visuel pour localser l'interrupteur en cas de panne d'alimentation. Il est important de noter que la perte d'alimentation électrique de l'installation n'empêchera en aucun cas le bon fonctionnement du circuit, assurant ainsi la fiabilité du système.
Emplacement des trappes de sortie du SLA
Comme mentionné précédemment, la sortie normale du SLA se fait par les trappes permanentes existantes. Il y a la trappe avant +Z qui mène directement à la trappe d'entrée et de sortie du LM (trappe avant de la cabine), et la trappe -Z qui mène au SLA à l'arrière du LM. Ces deux trappes se trouvent au niveau 603. À ce même niveau, on trouve également trois orifices d'évacuation d'urgence. La découpe "B", située à gauche de la trappe avant +Z, est en face du LM, tandis que la découpe "E" se trouve à droite. La troisième découpe, la découpe "G", est située entre la trappe permanente -Z et la découpe "E". Ainsi, en cas d'urgence, il existe cinq voies de sortie à partir du niveau 603 de la plate-forme du SLA, garantissant une évacuation rapide et sécurisée du personnel.
Cartouche sous pression : cartouche d'allumage contenant du gaz sous pression (HGI : Hot Gaz Initiators).
Bon à savoir : à l'origine les panneaux du SLA s'ouvraient en pétales mais restaient solidaires du S-IVb, ce fut changer par la suite car il y avait une crainte qu'il y ai des gènes avec le CSM lors de l'amarrage.
Trou d'homme : trou permettant le passage d’un homme pour l’inspection et la maintenance d’ouvrage de travaux publics (pont, égouts…) ou d’appareils industriels (cuve, réservoir, chaudière…), dans notre cas : une évacuation d'urgence.
Sources : PDF "Apolo Command Module News Reference North America Aviation (NAA) 1968" ; PDF "Study guide OC 503 GAC LC-39 SLA Emergency Egress System (Apollo 14 & 15) october 27, 1970. Textes de Paul Cultrera, tous droits réservés.