LES CAMÉRAS EMBARQUÉES

Dès le début du programme spatial, des appareils photographiques et des caméras sont embarqués sur les lanceurs, notamment sur le lanceur Saturn I, afin de fournir aux ingénieurs restés au sol une précieuse vision du comportement des systèmes qu'ils ont conçus. Contrairement aux prototypes d'avions qui peuvent revenir au sol pour être inspectés et améliorés, les lanceurs ne disposent d’aucun moyen de retour, rendant ces enregistrements essentiels pour l'analyse des performances en vol.

Lors du développement du lanceur Saturn I, par exemple, les concepteurs voulaient savoir comment les moteurs du deuxième étage s’allumaient, et comment ce deuxième étage se séparait du premier, vidé. Ils cherchaient également à déterminer si les réservoirs d’oxygène liquide du premier étage étaient correctement conçus pour permettre une vidange complète. Un vortex — semblable à celui que l’on observe lors de la vidange d’une baignoire — faisait-il entrer prématurément le gaz de pressurisation dans la conduite d’alimentation en oxygène liquide, avant que le niveau de liquide n’atteigne le fond du réservoir ? La télémesure n’est pas très adaptée pour répondre à de telles questions : il faut des yeux artificiels pour voir ce qui se passe lors de la séparation des étages, et pour vérifier si un vortex se développe dans ce réservoir d’oxygène liquide. Les lanceurs Saturn I Block II transportaient huit modules de caméra. Bien sûr, tous les modules n'ont pas été récupérés. Si certaines caméras étaient intégrées directement à leur nacelle, d’autres utilisaient des objectifs déportés, reliés par des fibres optiques. La mission SA-5, lancée le 29 janvier 1964, fut la première à embarquer ce type de caméra à objectif déporté sur un lanceur Saturn. C'était aussi l’une des premières utilisations concrètes de la technologie à fibres optiques. Avant son adoption par la NASA pour les fusées Saturn, cette technologie n’était encore qu’une curiosité de laboratoire, sans application pratique réelle Chaque caméra était fixée à la poutre en forme d'araignée (Spider beam) située à l’extrémité supérieure de l’étage S-I

Pour les vols d'essai du lanceur du Saturn V (AS-501 et AS-502), plusieurs caméras sont intégrées afin de filmer le comportement en temps réel de certains ensembles critiques, tels que les moteurs, les réservoirs et les différents étages du lanceur.

Lors du second vol d'essai du Saturn V, Apollo 6 (AS-502), un nombre record de caméras (à la fois en 16 mm et en télévision en direct) est embarqué, dépassant celui de tous les précédents vols Saturn. Le premier étage (S-IC) est équipé de quatre caméras 16 mm et de deux caméras de télévision, tandis que le second étage (S-II) embarque deux caméras 16 mm. Certaines de ces caméras 16 mm sont conçues pour être éjectées à des moments précis du vol, permettant ainsi leur récupération et l'analyse détaillée des films enregistrés.

LES CAMÉRAS DE L'ÉTAGE SI-C

Étage S-IC, caméras 16 mm :
Quatre caméras sont installées à l'intérieur de la jupe avant du premier étage : deux du modèle A et deux du modèle B.

Deux d’entre elles, du modèle A (positions 1 et 3), sont orientées avec leurs objectifs vers l’avant, c’est-à-dire en direction du second étage (S-II), et inclinées vers l’intérieur à 5°. Leur rôle est de filmer la séparation entre le premier et le deuxième étage. Ces caméras, de type 16 mm, commenceront à enregistrer 144 secondes après le décollage. Elles filmeront pendant 40 secondes à une fréquence de 100 images par seconde, sur pellicule couleur Ektachrome 100.

Les deux autres caméras, du modèle B mais de même type, sont montées avec l’objectif orienté vers l’arrière. Elles sont reliées, par des faisceaux de fibres optiques, à des regards situés au sommet du réservoir d’oxygène liquide.
Ces regards servent à la fois de fenêtres d’observation et de supports pour les lumières stroboscopiques, qui éclairent l’intérieur du réservoir. Le stroboscope permet aux caméras d’enregistrer le comportement de l’oxygène liquide pendant le vol. Ces caméras sont activées 30 secondes avant le décollage, et les lumières stroboscopiques sont éteintes juste avant la coupure des moteurs du premier étage.

Toutes les caméras 16 mm montées sur le premier étage (S-IC), ainsi que — de manière accessoire — celles du second étage (S-II), sont logées dans des capsules récupérables. Ces caméras sont éjectées de l’étage par catapultage. L’éjection a lieu 174 secondes après le décollage du véhicule, soit 25 secondes après la séparation des étages. Pour les caméras situées sur le S-IC, l’impact des capsules récupérables est prévu environ 10 minutes après le décollage, à quelque 740,7 km du site de lancement.

Étage SI-C, caméras TV :
Les deux caméras de télévision sont installées à l’intérieur du compartiment de propulsion du premier étage. Chacune est équipée d’un faisceau de fibres optiques se divisant en deux paquets distincts, acheminant les signaux vers des lentilles montées à l’extérieur du bouclier thermique, dans la zone des moteurs F-1.
Ce système permet de produire deux images par caméra, soit un total de quatre images pour l’ensemble du dispositif. Les images sont inclinées de 90° par rapport à la verticale afin d’offrir un champ de vue plus large, et deux images sont affichées simultanément sur chaque tube cathodique.

Dans certains cas, les concepteurs du lanceur ont pu tirer profit de ces caméras TV, mais cette méthode présentait elle aussi des limites. Pendant la séquence de séparation des étages, de petites rétrofusées à propergol solide ralentissent le premier étage vidé ; les moteurs du deuxième étage s’allument ; et de petites fusées d’appoint (ullage rockets) stabilisent les ergols liquides au fond de leurs réservoirs. Ces opérations, accompagnées de jets de flammes, perturbent la télémesure ou la transmission télévisée entre le lanceur et le sol, à cette phase cruciale du vol.

C’est dans de telles situations que les capsules éjectables contenant des caméras de prise de vues cinématographiques démontrent toute leur utilité — et justifient les efforts déployés pour les retrouver et les repêcher en mer.

LES CAMÉRAS DE L'ÉTAGE S-II

Les deux caméras embarquées sur le S-II sont fixées au compartiment de propulsion, près de la périphérie extérieure, aux positions 1 et 3 du véhicule. Leurs objectifs sont orientés vers l’arrière afin de filmer la séparation entre le premier et le second étage, ainsi que le largage de la jupe inter-étage.
La caméra 1 est située entre les moteurs 1 et 4, tandis que la caméra 2 se trouve entre les moteurs 2 et 3.
Les caméras sont activées par un commutateur environ 148,5 secondes après le décollage, juste avant la première séquence de séparation (entre S-IC et S-II). Leur durée d’enregistrement est d’environ 40 secondes. Le film est marqué à trois instants clés : 0,1 s avant la première séquence de séparation, 0,1 s après l'allumage des moteurs du S-II et 0,1 s après la deuxième séquence de séparation (celle de la jupe inter étage). La capsule (contenant la caméra) est éjectée environ 8 s après la deuxième séquence de séparation, soit vers T+187,5 secondes, à une altitude de 90,740 km et à une distance de 83,333 km du site de lancement. Les caméras du S-II amerrissent 11 minet 16 s après le décollage, dans un zone située à environ 760 kilomètres du lieu de lancement.

Localisation des caméras du S-II.

TECHNOLOGIE DES CAMÉRAS RÉCUPÉRABLES

La capsule éjectable contenant une caméra de prise de vues cinématographiques destinée à Saturn a été conçue et testée par les ingénieurs et les techniciens du Marshall Space Flight Center de la NASA, avec le soutien du centre technologique Cook, basé à Chicago.

Ces capsules sont divisées en trois compartiments étanches :

a) le premier compartiment, en acier inoxydable, est équipé d'une lentille en quartz qui protège l'appareillage contre l'échauffement aérodynamique. Il contient l'objectif de la caméra.

Prise de vue rapprochée sur le compartiment de l'objectif. Crédit photos (1) Nicolas Pillet

b) le second compartiment, en aluminium, abrite la caméra elle-même, comprenant le magasin à bobine de film 16 mm et les composants électroniques.

Le compartmient (ou corps) central derrière celui de l'objectif. Crédit photos (2) Nicolas Pillet

Vue d'ensemble et intérieure d'une caméra 16 mm. Notez la bobine de film 16 mm dans son emplacement. Crédit photos (3) Nicolas Pillet

(Un grand merci à Monsieur Nicolas Pillet pour l'autorisation d'utiliser ses photos.)

c) le troisième compartiment renferme l'équipement de récupération, qui comprend :
- des volets stabilisateurs ;
- le baromètre anéroïde ;
- le paraballon ;
- la balise radio montée sur la partie supérieure du paraballon, permettant aux avions et aux navires de localiser la capsule flottante ;
- une balise stroboscopique de signalement, émettant 20 flashs/min, facilitant la récupération nocturne ;
- un marqueur colorant qui teinte l’eau environnante en vert grâce à un colorant fluorescéine — dispositif dont l’efficacité a déjà été démontrée pour les récupérations de jour ;
- un répulsif à requins, à l’efficacité démontrée — l’acétate de cuivre (85 g) — libéré dans l’eau au moment de l’impact, en même temps que le colorant. Il sert à éloigner les requins et autres formes de vie marine susceptibles d’endommager le paraballon, la capsule, ou de gêner l’équipe de récupération.

1) la capsule de la caméra, 2) la capsule de la caméra avec le para-ballon déployé, 3) l’objectif déporté avec câble à fibre optique (utilisé pour filmer les compartiments moteur ou l’intérieur des réservoirs de carburant), 4) le ballon et l’antenne de suivi, 5) le câble à fibre optique, 6) une vue rapprochée de l’objectif déporté et de ses deux lampes stroboscopiques utilisées pour l’éclairage photographique

Longueur : 71 cm.
Diamètre : 18 cm.
Masse : environ 28 kg.

Chronologie des événements

Les capsules contenant les caméras sont éjectées pneumatiquement à l’aide d’azote gazeux sous pression. Dès qu’elles quittent leur logement, des volets stabilisateurs à ressort s’ouvrent pour assurer la stabilisation aérodynamique pendant la première phase de la descente. Chaque capsule est également équipée d’un paraballon : une sphère gonflable munie d’une jupe de freinage, semblable à un parachute. Lorsque la capsule atteint une altitude de 4 572 mètres, un contacteur barométrique déclenche le gonflage de l’enveloppe du paraballon à l’aide d’azote sous pression.La pression exercée par l’enveloppe en expansion provoque la rupture de vis de sécurité, détachant l’ensemble du couvercle arrière — y compris les ailerons de stabilisation — de la capsule. En poursuivant son gonflage, le paraballon atteint son diamètre maximal de 46 cm. La traînée combinée de la sphère et de la jupe ralentit la capsule jusqu’à atteindre une vitesse terminale d’environ 110 km/h (soit 68 mi/h ou 100 ft/s), vitesse à laquelle elle entre en contact avec la surface de l’eau. Une fois gonflé, le paraballon assure une flottabilité suffisante pour maintenir la capsule à la surface.
Environ 6 secondes après le gonflage du paraballon, une balise radio de type SARAH (Search and Rescue and Homing), ainsi qu'une balise lumineuse stroboscopique de signalement, sont activées.

Photos montage de la séquence de déploiement du paraballon (photo blog : Growing Up With Spaceflight.)

Photo de l'équipe de plongeurs (Demolition Team 21) avec les caméras récupérées du vol Apollo 4. (photo : Ed Hengeveld)

Après l’amerrissage, un colorant est libéré pour faciliter le repérage visuel, ainsi qu’un répulsif destiné à éloigner les requins, afin de protéger à la fois la capsule et les plongeurs chargés de sa récupération. Le motif peint du paraballon contribue également à la sécurité de la récupération. Des segments alternés blancs et orange fluorescent, situés au-dessus de la ligne de flottaison, assurent une grande visibilité. L’hémisphère situé sous la ligne de flottaison est d’un violet foncé, afin d’être le moins attirant possible pour les poissons curieux.

Lien de téléchargement de la vidéo

Avantage de capsules de la caméra

Pourquoi les capsules de film récupérées sont-elles si précieuses? La réponse réside dans les difficultés fondamentales auxquelles tout concepteur de fusée est confronté.

Les capsules de film récupérées sont d’une grande valeur en raison des défis uniques auxquels sont confrontés les concepteurs de lanceurs spatiaux. Contrairement aux concepteurs d’avions, qui peuvent tester leurs prototypes à plusieurs reprises et recueillir des retours directs grâce aux pilotes d’essai et aux enregistreurs de données, les ingénieurs en astronautique ne peuvent pas récupérer leurs fusées après un vol d’essai.

Une fois qu’une fusée est lancée, il est impossible de la ramener au sol pour analyser son comportement. Les caméras embarquées fournissent donc les seules données visuelles disponibles pendant le vol, permettant aux ingénieurs d’observer en temps réel les performances du lanceur. Ces enregistrements sont essentiels pour identifier d’éventuelles anomalies et améliorer la conception des futurs véhicules spatiaux.

Anecdote : Petit mais costaud... Sur les véhicules Saturn I Block II, huit capsules à caméra sont transportées. Bien que toutes ne soient pas récupérées, une situation unique s'est produite avec le lancement du SA-7 le 18 septembre 1964. Le lanceur a été lancé en urgence pour battre l'arrivée de l'ouragan Gladys, éjectant ses capsules en plein milieu de la tempête. Sept semaines plus tard, deux de ces capsules ont été retrouvées sur les îles de San Salvador et d'Eleuthera, malmenées mais avec leurs films intacts, malgré les conditions extrêmes et la présence de bernacles.

Le saviez-vous ? Ce système de caméra éjectable a été utilisé de SA-5 à Apollo 8. Le premier étage d'Apollo 8, SA-503, fut le dernier véhicule Saturn à embarquer les caméras. Il disposait de deux caméras dans l'étage supérieur S-IC, destinées à capturer le deuxième étage S-II lors de son départ. Malheureusement, aucune des deux capsules n'a jamais été retrouvée. On ignore si elles ont échoué à s'éjecter ou si elles ont simplement été perdues en mer. Après Apollo 8, aucune capsule n'a été emportée en raison des restrictions de poids, le LM étant à bord de tous les vols ultérieurs.

Baromètre anéroïde : (à capsule dans laquelle règne une pression réduite). La pression atmosphérique écrase cette capsule. Les variations de pression sont amplifiées mécaniquement. Une aiguille indique alors la pression. Ils ne sont pas d'une précision redoutable mais ils sont facilement transportables.
Le baromètre est un instrument de mesure, utilisé en physique et en météorologie, qui sert à mesurer la pression atmosphérique. Il peut, de façon secondaire, servir d'altimètre pour déterminer, de manière approximative, l'altitude (dans notre cas).

paraballon : sphère gonflable à laquelle est attachée une collerette en forme de parachute. Avec un diamètre maximum de 45 cm, on lui à peint des bandes alternativement blanches et oranges vif au dessus de la ligne de flottaison pour aider à son repérage aprés l'amerrissage.

Action de marquer: on marque un film afin d'en simplifier le "montage", car ce marquage permet d'isoler plus facilement les différentes séquences.

Textes de Paul Cultrera tous droits réservés avec la participation de SpaceNut, Patrick, mic8..