Janvier 1986, fin du rêve américain dans l'espace : la désintégration de la navette Challenger
75 secondes après son décollage. Crédit image : NASA

Les accidents spatiaux mortels aux USA

Cela peut paraître étonnant mais, à ce jour, aucun astronaute ou cosmonaute n’est mort dans l’espace.

Les seuls accidents mortels ont eu lieu à relativement basse altitude, soit au moment du décollage soit à l’atterrissage, donc formellement en dessous de la frontière de Karman et jamais à bord d’un vaisseau en orbite. Tous les drames se sont produits dans l'atmosphère, juste après le départ ou juste avant le retour sur Terre de l’équipage.

Aux Etats-Unis, la fin du mois de janvier et le début du mois de février rappellent de très mauvais souvenirs...

Les trois accidents mortels avec des équipages américains ont eu lieu respectivement :

le 27 janvier 1967 : l'incendie d'Apollo 1 pendant un essai au sol, il y a exactement 50 ans.
le 28 janvier 1986 : l'explosion de la navette Challenger juste après le décollage.
le 1^er février 2003 : désintégration de la navette Columbia après sa rentrée dans l'atmosphère.

Challenger : la fin du rêve spatial américain

Le 28 janvier 1986, la navette américaine Challenger se désintègre 75 secondes après son décollage. Le Space Shuttle est alors à environ 15 km d’altitude. Parmi les sept membres d’équipage, Christa McAulife, institutrice devait réaliser des cours et des expériences en orbite pour les élèves. Le drame a profondément marqué les passionnés d'espace.

L’équipage de de la mission STS-51L de la navette Challenger.
Al'arrière : Ellison S. Onizuka, Christa McAuliffe, Gregory B. Jarvis, Judith A. Resnik.
Devant : Michael J. Smith (pilote), Francis R. Scobee (commandant), Ronald E. McNair.
Crédit image: NASA

17 ans plus tard mais à quelques jours d'intervalle sur un calendrier annuel, le 1^er février 2003, c’est quinze minutes avant son atterrissage que le space shuttle Columbia (mission STS-107) est détruit au cours de sa rentrée dans l’atmosphère.

Dans le cas du dramatique retour sur Terre de Columbia, la cause primaire de l’accident est apparue au moment du décollage : une protection en mousse a violemment percuté le bord d’attaque de l’aile de la navette et endommagé la protection. Les sept membres d'équipage Rick Husband, William Mc Cool, David Brown, Laurel Clark, Kalpana Chawla, Michael Anderson et l'israélien Ilan Ramon trouvent la mort.

L'équipage de la mission STS-107 de la navette Columbia.
A l'arrière : David Brown, Laurel Clark, Michael Anderson et Ilan Ramon.
Devant : Rick Husband (commandant), Kalpana Chawla et William McCool (pilote).
Crédit image : NASA

Trois autres américains ont péri au sol pendant un essai : c’était le 27 janvier 1967 à Cap Canavera au cours d’une répétition de la première mission habitée du programme Apollo, prévue un mois plus tard. Virgil Gus Grisson (pionner des missions Mercury 4 / Liberty Bell 7 et Gemini 3 / Molly Blown), Edward White (le premier « space walker » américain sur Gemini 4) et Roger Chaffee meurent asphyxiés dans le module de commande, après qu’un incendie se soit déclaré dans la cabine.

Retour sur les rapports d’enquêtes des deux accidents du Space Shuttle

La lecture des rapports d’enquête après l’échec d’un lancement est toujours très instructive. Elle permet de comprendre la structure et le fonctionnement des véhicules spatiaux, l’organisation des développements industriels, les procédures opérationnelles et la culture des organisations.

Pour les deux accidents de la navette, les rapports d’enquête contiennent une impressionnante quantité d’information, en relation avec le choc causé par la mort des quatorze membres d’équipage.

A condition de lire l’anglais, c’est une source d’information exceptionnelle pour les passionnés d’espace.

Oiseaux de mauvais augure : décollage de la navette Challenger le 28 janvier 1986.
Crédit image : NASA

Dixième vol de challenger

Dans la matinée du 28 janvier 1986, la température était exceptionnellement basse au Centre Spatial Kennedy. Le lancement de la navette Challenger est maintenu malgré des réticences de plusieurs personnes à la NASA et chez les constructeurs. Dans le cas de Challenger, c’est bien le froid qui a entraîné la perte d’étanchéité d'un joint d’un deux propulseurs d'appoint à poudre. Un départ de flammes se propagea au réservoir principal du Space Shuttle. Le comportement des joints au froid était connu mais les conséquences possibles sous-estimées.

" Plein gaz "

Les images d’une caméra de surveillance, exploitées après l’accident, montre l’apparition de fumée juste après le décollage puis de flammes à proximité du joint arrière moins d’une minute plus tard. 5 secondes après, de l’hydrogène liquide s’échappe du réservoir principal dont la structure a été endommagée. A ce moment, pour l’équipage et pour le contrôle au sol, tout paraît encore nominal.

L’accident de Challenger : en haut, les premières fumées provenant d'un des deux boosters visibles
juste après le décollage. En bas, les premières flammes apparaissent à H+58,788 secondes puis
endommagent le réservoir externe. Crédit image : NASA

Dans les secondes qui suivent, après la perte d’un des deux boosters, la navette se désintègre… Ce sont les forces aérodynamiques excessives sur la structure de l’engin et non une explosion qui en sont la cause. Du fait de la robustesse de l’habitacle, qui s’est détaché d’un seul bloc, il est possible que les astronautes sont restés en vie pendant un partie de la chute libre et peut-être jusqu’à l’impact à la surface de l’océan.

Des sièges éjectables avaient été utilisés sur les quatre premiers vols d’essais de la navette en orbite puis supprimé pour les missions suivantes.

A la suite de l’accident, les vols de la navette ont été interrompus pendant près de trois ans.

Richard Feynman : le physique de l’emploi

La commission Rogers, du nom de son président, a été chargée de d’enquêter sur l’accident. En faisaient également partie les astronautes Neil Armstrong (le premier pas sur la Lune) et Sally Ride, l'avocat David Acheson, les spécialistes de l'aviation Eugene Covert et Robert Hotz, les physiciens Richard Feynman (je vous conseille la lecture de son cours de physique), Albert Wheelon et Arthur B. C. Walker, Jr., l'ancien général de l'Air Force Donald J. Kutyna, Robert Rummel, Joe Sutter et le pilote d'essai Chuck Yeager (celui qui a fait le mur... du son).

La défaillance des joints toriques a été attribuée à un défaut de conception. Le rapport final a également mis en cause le processus de décision de la NASA qui a conduit au lancement de Challenger, malgré le froid.

Dans son rapport, la commission indique que les problèmes n’étaient pas tous remontés au niveau de l’équipe en charge de la décision des lancements et que les ressources humaines étaient insuffisantes par rapport à la fréquence des vols des navettes.

Parmi les conséquences de l’accident, l’arrêt des lancements de satellites. Cette mission est confiée à nouveau aux lanceurs traditionnels.

Columbia : la tuile…

En février 2003, la perte de la navette Columbia et de ses sept membres d’équipages se produit pendant la rentrée atmosphérique, au-dessus du Texas et de la Louisiane.

L’origine de l’accident se produit pourtant 82 secondes après le décollage, à environ 20000 mètres d’altitude et à une vitesse proche de Mach 2,5 : un morceau de mousse d’isolation thermique du réservoir principal cryotechnique (hydrogène et oxygène liquide) se détache…

Peu dense, le fragment de mousse ne pèse que 800 grammes et est rapidement freiné pour le frottement atmosphérique. Il percute pourtant le bord d’attaque de l’aide gauche de Columbia à une vitesse relative de 877 km/h : le choc violent endommage le système de protection thermique.

La fin de la mise en orbite et la mission en orbite se déroulent normalement.

Au cours de la rentrée atmosphérique, la protection thermique endommagée ne résiste pas à l’échauffement : des gaz très chauds pénètrent à l’intérieur de l’aile. La structure interne en alliage d’aluminium est endommagée, entraînant sa destruction progressive puis la désintégration totale de Columbia.

Chronologie de la trajectoire de rentrée de la navette Columbia le 1^er février 2003 et des anomalies
relevées par la commission d’enquête. Ces deux figures combinent des informations transmises
au sol en temps réel et d’autres enregistrées à bord (Modular Auxiliary Data System recorder ou MADS récupéré après l’accident). En bleu, position, altitude et vitesse (je vous laisse le soin de convertir
dans le système métrique). En vert, évènements aérodynamiques notables. En orange, débris détectés.
En gris, données enregistrées dans le MADS. En jaune, le mesures transmises par télémétrie.
Crédit image : CAIB / NASA

EI signifie interface d’entrée (Entry Interface), le point théorique où l’orbiteur pénètre dans l’atmosphère à 400 000 pieds, au-dessus de l’Océan Pacifique. Les dates sont repérées par rapport à cette référence : EI+300 correspond à 300 secondes après le début de la rentrée. Sur les figures, les heures sont données en heures EST (heure UTC – 5 heures).

Le suivi de la rentrée de Columbia depuis le Centre de contrôle de mission. Crédit image : NASA

Tout près du but

Le drame se joue en moins de 15 minutes entre 13h48 et 14h00 UTC, à une altitude comprise entre 74 km et 64 km à une vitesse entre Mach 24,5 et Mach 19,5.

Le premier symptôme est une déformation au-dessus des valeurs habituelles mesurée par un jauge de contrainte au niveau du bord d’attaque. Les anomalies s’enchaînent, avec des capteurs de température qui relèvent des valeurs en dehors des fourchettes normales. Un partie de ces paramètres est enregistrée à bord, comme dans une boîte noire d’avion, mais ils ne sont ni communiqués à l’équipage ni transmis au sol.

Au sol, des témoins observent des flashs lumineux le long de la trajectoire de la navette.

Extrait de vidéos montrant des débris dans le sillage de Columbia au-dessus du Texas. L’image en bas à
droite a été prise depuis un hélicoptère d’attaque Apache AH-64 près de Fort Hood.
Photographies extraites du rapport d’enquête sur l’accident de Columbia (CAIB)

Roger, Rogers

Des mesures transmises au sol donnent l’alerte au centre de contrôle : pression hydraulique trop basse, chute de la pression des pneus du train d’atterrissage, … puis perte de communication. L'enquête montre que l'intégralité des câblages a été détruite en une minute. La désintégration de la navette est enregistrée sur des vidéos amateurs juste après 9h.

Reconstitution à partir des débris collectés après l'accident de Columbia.
Crédit image : NASA

Comme pour Challenger, la commission d’enquête (Columbia Accident Investigation Board ou CAIB) a réalisé un travail de fourmi qui a démarré avec un gigantesque chantier de ramassage des débris. Accident dans l'accident : deux personnes, Jules "Buzz" Mier et Charles Krenek, ont trouvé la mort dans le crash d'un hélicoptère Bell 407 participant à ces opérations.

Les travaux de la commission ont relevé que de nombreux incidents avec la mousse de protection du réservoir avaient déjà eu lieu mais avaient été considérés comme inévitables et sans risques pour la sécurité des vols, contrairement aux spécifications initiales.

Au moins 14 vols du Space Shuttle ont connu des pertes de mousses isolantes et des dommages du
système de protection thermique (TPS ou Thermal Protection System). Deux incidents concernant
la mousse fixée au niveau du bipode n’avaient pas été détectés par la NASA avant
le travail de la commission d’enquête. Crédit image : NASA

L'excès de confiance, héritage des succès passés

Dans son rapport, le CAIB parle de normalisation de la déviance ("The acceptance of events that are not supposed to happen" selon la sociologue Diane Vaughan) : la perte de mousse est considérée à l’origine comme un incident important pouvant avoir des conséquences graves. Se reproduisant à plusieurs reprises sans conséquences, ce type d’incident est progressivement considéré comme secondaire ou tolérable...

On finit par considérer que ce n’est plus un incident. La même erreur de management avait déjà été pointée par Richard Feynman à l'époque de l'accident de Challenger :

"In these situations, subtly, and often with apparently logical arguments,
the criteria are altered so that flights may still be certified in time. They therefore fly
in a relatively unsafe condition, with a chance of failure of the order of a percent"

Richard Feynmann
Minority Report on Challenger
The Pleasure of Finding Things Out

Des équipes au sol, analysant les images du décollage, avaient pourtant perçu la gravité de l’incident survenu au lancement puis procédé à des simulations des conséquences possibles. Des ingénieurs ont demandé que des satellites militaires du NRO prennent des images de la navette en orbite mais ces vérifications n'ont pas été jugées prioritaires par la NASA. La commission d'enquête a étudié quels scénarios de secours auraient pu être déclenchés si la gravité des dommages avait été connue avant le retour sur Terre : une réparation de fortune ou un transfert de l'équipage sur une seconde navette envoyée pour les récupérer.

Ici aussi, le programme de vol a été interrompu pendant plus de deux ans et retardé l’assemblage de la Station Spatiale Internationale.

A son retour en vol, le Space Shuttle a servi exclusivement aux missions vers l’ISS, à l’exception de la réparation du télescope Hubble (HST).

Passion et éducation

Je termine avec un hommage particulier à Christa McAulife, une enseignante qui est allée jusqu'au bout de sa passion, et à tous les astronautes ou cosmonautes qui ont consacré du temps à donner envie aux jeunes et au grand public de s'intéresser aux sciences et techniques.

Christa McAuliffe avait été sélectionnée dans le cadre du programme « Teacher in space » (TISP). Elle aurait dû donner des leçons en orbite à des classes américaines (15 minutes par jour) et réaliser films et expériences sur les conditions de vie en impesanteur.

Après l’accident de Challenger, un enseignant américain, également une femme, finira par aller dans l’espace : Barbara Morgan, qui était la doublure de Christa McAuliffe pour le vol de 1986. Elle reprit sa carrière d'enseignante dans l'Idaho après l'accident de Challenger, tout en continuant son travail à la division éducation de la NASA. Elle fut sélectionnée à nouveau en janvier 1998 et participa en tant que spécialiste mission à la mission STS-118 en août 2007. Tout s’est bien passé mais la navette Endeavour a dû rentrer un jour plus tôt que prévu à cause de l'ouragan Dean.

Christa McAuliffe et sa « doublure » Barbara Morgan préparant des expériences à réaliser
en impesanteur. Entraînement en vol parabolique le 16 octobre 1985 à bord
d’un avion KC-135. Crédit image : NASA

Voyage sans retour

Trois autres américains ont péri au sol pendant un essai : c’était le 27 janvier 1967 à Cap Canavera au cours d’une répétition de la première mission habitée du programme Apollo, prévue un mois plus tard. Virgil Gus Grisson (Gemini 3), Edward White (le premier « space walker » américain sur Gemini 4) et Roger Chaffee meurent asphyxiés dans le module de commande, après qu’un incendie se soit déclaré dans la cabine.

Quelques mois plus tard, le 24 avril 1967, le russe Vladimir Komarov périt pendant le retour du nouveau vaisseau Soyouz, qu’il teste pour la première fois. La rentrée dans l’atmosphère se passe mal : la capsule tourne sur elle-même et, à 7000 mètres, le parachute se met en torche entraînant une chute vertigineuse à environ 150 m/s.

Le 29 juin 1971, c’est également au retour d’une mission réussie avec une durée record (22 jours) à bord la station orbitale Saliout que le vaisseau Soyouz 11 connaît des difficultés : une dépressurisation de la cabine se produit à la rentrée dans les couches denses de l’atmosphère. La capsule se pose en douceur mais les 3 membres d’équipages, Gueorgui Dobrovolski, Viktor Patsaïev et Vladislav Volkov, sont morts asphyxiés quelques minutes plus tôt. Ironie du sort : ils constituaient l’équipage de réserve et avaient remplacé l’équipage nominal en raison d’une suspicion de tuberculose.

Au total, 18 personnes (4 russes, 13 américains et un israélien) ont trouvé la mort au cours d'une mission spatiale, 21 si on en prend en compte l’incendie survenu pendant l’essai au sol d’Apollo. Tous les décès ont eu lieu au moment de décollage ou du retour sur Terre, jamais en orbite.

Fallen astronaut

Plusieurs mémoriaux ont été édifiés sur Terre, par exemple au cimetière d'Arlington, près de Washington DC. Il y en a également un à la surface de la Lune : il s’agit d’une petite sculpture de l’artiste belge Paul Van Hoeydonck. La mort des cosmonautes russes de Soyouz 11 a beaucoup touché l’équipage américain d’Apollo 15 qui a souhaité rendre homme à tous les astronautes et cosmonautes décédés dans la course à l’espace.

La petite figurine a été déposée le 1^er août 1971 sur le Mons Hadley. Une plaque porte les noms de huit astronautes américains et de six cosmonautes soviétiques décédés, quelle que soit la cause au moment de la mission Apollo 15.

Evidemment, les noms des 14 victimes des deux accidents du Space Shuttle ne font pas partie de la liste, tout comme ceux de deux soviétiques, Valentin Bondarenko (incendie d'un caisson pressurisé pendant un entraînement) et Grigori Nelioubov (suicide ou accident) dont le décès n’avait pas été dévoilé par l’URSS.

La statue « Fallen astronaut » et la plaque commémorative déposée à la surface de la Lune.
Photographie prise pendant la mission Apollo 15 en août 1971. Crédit image : NASA

En savoir plus :

Les autres articles du blog Un autre regard sur la Terre dans la catégorie "rétroviseur, un peu d'histoire".
Sur le site forum.nasaspaceflight.com, une version pdf du rapport d’accident de la navette Challenger.
Sur le site www.popularmechanics.com, “An Oral History Of The Space Shuttle Challenger Disaster”.
Sur youtube :
- Une vidéo de la conférence de presse du 9 juin 1986 pendant laquelle William Rogers et Neil Armstrong présente le rapport d’enquête sur l’accident de challenger.
- Une vidéo de la présentation du rapport de la commission d’enquête sur l’accident de Challenger.
Le rapport du comité science et technologie de la chambre des représentants sur l'accident de Challenger.
Sur le site de la NASA, le rapport de la Commission d’investigation de l’accident de Columbia (CAIB), la table des matières et les documents du premier volume.
Différents documents sur l’accident de Columbia rendus publics dans le cadre du « Freedom of Information Act”.
Sur le site de la NASA, la chronologie simplifiée de l’accident de Columbia et la version détaillée.
La synthèse du rapport de la commission d’enquête sur l’accident de Columbia.
Sur le site de la NASA, une page sur l’accident d’Apollo 1.
Sur le site Capcomespace.net, une page sur les astronautes et les cosmonautes décédés.
Sur le blog Rêves d'espace, un article sur le décès de l'astronautes Edgar Dean Mitchell et un autre sur l'accident de Challenger.
Sur le site de la NASA, la journée du souvenir 2016 en mémoire des astronautes décédés en mission.
Le site du programme éducation de la NASA, un poster pédagogique pour la mission STS-118 et un article sur le programme "Teacher in Space Project".

28 janvier 2016 : Charles Bolden, l’administrateur de la NASA, se recueille devant le Space
Shuttle Challenger Memorial au cimetière national d’Arlington à l’occasion du 30^ème anniversaire
de l’accident de Challenger. Crédit image : NASA / Aubrey Gemignani

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