Gemini est le deuxième type de véhicule spatial américain mis au point par la NASA pour ses missions habitées. Il est développé dans le cadre du programme Gemini dont l'objectif principal est de répéter et mettre au point les différentes manœuvres orbitales que devront effectuer les équipages du programme Apollo : changement d'orbite, rendez-vous entre deux vaisseaux, sortie extravéhiculaire et séjour de longue durée dans l'espace. Le vaisseau est utilisé au cours de 12 missions spatiales entre 1964 et 1966 dont dix avec équipage. Conçu initialement comme une évolution du vaisseau Mercury, il est à la fin un vaisseau radicalement différent. D'une masse de , il peut emporter deux astronautes pour une mission de deux semaines. Il est équipé d'un radar pour les opérations de rendez-vous, d'un ordinateur de navigation et l'énergie est fournie par des piles à combustible.

Contexte

Alors que la fin du programme spatial américain Mercury se profile, des aspects importants du vol spatial tel que les rendez-vous spatiaux, qui doivent être mis en œuvre dans le cadre du programme Apollo, ne sont toujours pas maîtrisés. La capsule Mercury, monoplace et disposant de très peu d'autonomie, atteint ses limites. Les dirigeants de la NASA lancent en un programme destiné à acquérir ces techniques sans attendre la mise au point du vaisseau Apollo qui sera utilisé pour les missions lunaires. Le programme Gemini doit remplir 3 objectifs. : maîtriser les techniques de localisation, manœuvre et rendez-vous spatial ; mettre au point les techniques permettant de travailler dans l'espace au cours de sorties extravéhiculaires ; étudier les conséquences de l'impesanteur sur la physiologie humaine au cours de vols de longue durée.

Historique du développement

Le vaisseau spatial Gemini, qui doit initialement être une simple version améliorée de la capsule Mercury, se transforme au fur et à mesure de son développement en un vaisseau complètement différent de (contre environ pour le vaisseau Mercury), capable de voler avec deux astronautes durant deux semaines. Le vaisseau est lancé par un lanceur Titan II, missile de l'armée de l'air américaine reconverti en lanceur. Le programme rencontre des problèmes de mise au point. Le lanceur souffre de l'effet pogo, les piles à combustible utilisées pour la première fois fuient et la tentative de mise au point d'une aile volante pour faire atterrir la capsule sur le sol ferme échoue. Tous ces déboires gonflent le coût du programme de 350 millions de dollars américains à 1 milliard de dollars. Toutefois, fin 1963, tout rentre dans l'ordre et deux vols sans équipage peuvent avoir lieu en 1964 et au début de 1965. Le premier vol habité Gemini 3 emporte les astronautes Virgil Grissom et John Young le .

Caractéristiques techniques Architecture

Le vaisseau Gemini a la forme d'un cône long de pour un diamètre maximal de . Sa masse totale est de kg. Contrairement au vaisseau Mercury, le vaisseau Gemini est composé de deux sous-ensembles distincts : le module de rentrée dans lequel se trouve l'équipage et qui revient sur Terre et le module de service qui est largué avant la rentrée atmosphérique. Les équipements qui étaient à l'intérieur de la cabine dans le vaisseau Mercury sont majoritairement placés dans le module de service non pressurisé. Cette architecture ainsi qu'une disposition généralement modulaire des différents équipements permet de rapidement remplacer un équipement défaillant au sol ou modifier la configuration du vaisseau en cas de modification des objectifs de la mission. La structure est de type semi-monocoque et réalisée en grande partie en titane (longerons, cadres, lisses, revêtement) et en magnésium pour réduire au maximum le poids. Les parties non exposées à la chaleur (paroi interne de la cabine d'équipage, etc.) est réalisée en aluminium.

+Comparaison des principales caractéristiques du vaisseau Gemini avec celles des vaisseaux Mercury, Apollo, Soyouz et Orion. Caractéristique Mercury Gemini Vaisseau Apollo Soyouz Orion 1959 1964 1966 1967 2014 Masse Dimensions Volume pressurisé Équipage 1 2 3 3 2 à 6 Autonomie en vol libre ? Destination Orbite basse Orbite basse Au-delà de l'orbite terrestre Orbite basse Au-delà de l'orbite terrestre Delta-v Énergie Batteries Piles à combustible () Piles à combustible Panneaux solaires () Panneaux solaires () Lanceur Atlas Soyouz SLS Système d'amarrage non oui (sans écoutille) oui oui oui Autres caractéristiques Atmosphère oxygène/azote

Le module de rentrée vignette|Le vaisseau Gemini 11. Le vaisseau Gemini domine de ses 5,75 mètres les personnes présentes mais la cabine de l'équipage représente à peine un tiers de cette hauteur.

Le module de rentrée est conçu pour résister aux forces aérodynamiques et à la chaleur de la rentrée atmosphérique. Les flancs sont protégés de la chaleur par des plaques de métal qui se chevauchent et dont la composition varie en fonction de la localisation. L'extrémité la plus large du cône, qui est la plus exposée à la chaleur, est protégée par un bouclier thermique en forme de disque constitué d'une structure en nid d'abeille remplie avec un matériau ablatif, conçu pour brûler de façon contrôlée. La capsule Gemini est composée de trois sections : la section dédiée au rendez-vous et à l'atterrissage (Rendezvous and Recovery ou R and R section) contenant le radar utilisé pour les manœuvres de rendez-vous en orbite avec un autre vaisseau et les parachutes, la section contenant les moteurs de contrôle d'attitude (Reaction Control System (RCS) section) et la cabine pressurisée dans laquelle se tient l'équipage. Une coiffe recouvre au lancement la section and R et un capteur d'horizon est fixé à la jonction de la cabine pressurisée et de la section RCS.

La cabine de l'équipage

La cabine de l'équipage a la forme d'un tronc de cône (dont le tiers supérieur est supprimé) long de 1,79 mètres. Son diamètre est de 98 centimètres dans la partie la plus étroite et de 2,29 mètres au niveau de la partie la plus large (bouclier thermique). Il comprend une partie pressurisée dans laquelle se trouve l'équipage ainsi que le système de support de vie, une partie du système électrique ainsi que des expériences et d'autre part des baies d'équipement non pressurisées contenant différents équipements électriques et électroniques. Alors que dans le vaisseau Mercury presque tous les équipements étaient dans la cabine pressurisée, les concepteurs du vaisseau Gemini ont choisi de les placer à l'extérieur de celle-ci dans le but de faciliter leur installation ou leur remplacement. Outre les trois baies prévues dès le départ pour accueillir les équipements (une de chaque côté et une dessous), un logement était prévu pour le train d'atterrissage qui devait permettre d'atterrir sur la terre ferme. Cette solution ayant été abandonnée au profit de l'amerrissage pour respecter les contraintes de délai, ce logement a parfois été utilisé selon les missions soit pour y placer des équipements supplémentaires soit pour y mettre du ballast. Enfin, à l'arrière de la cabine pressurisée, est fixé le bouclier thermique qui recouvre toute la face arrière. La coque pressurisée est formée d'une double paroi constituée de feuilles de titane de d'épaisseur soudées entre elles. Cette coque est elle-même recouverte d'un isolant et d'une coque externe réalisée dans un alliage de nickel de type René 41. Le volume disponible dans la coque pressurisée une fois l'équipage embarqué est très réduit (1,56 m³). Chaque astronaute est allongé les jambes repliées dans une couchette moulée et dispose en face de lui d'une écoutille qui peut être ouverte manuellement depuis l'intérieur ou de l'extérieur par un dispositif mécanique. Chaque écoutille comporte un hublot d'observation. Les couchettes sont montées sur des sièges éjectables qui peuvent être utilisés en cas de défaillance du lanceur en début de mission ou dans la phase d'atterrissage si les parachutes ne se déploient pas correctement.

Le module de service

Le module de service a la forme d'un tronc de cône long de et d'un diamètre maximal de . L'armature du module de service est constituée de longerons longitudinaux en alliage de magnésium et d'arceaux en aluminium situés sur la circonférence. Elle est recouverte par une enveloppe en magnésium. Le module de service contient tous les équipements nécessaires pour les vols de longue durée ainsi que l'adaptateur qui solidarise le vaisseau avec son lanceur. Le module de service est composé de deux parties : la section des rétrofusées et la section des équipements..

La section des rétrofusées

La section des rétrofusées occupe le premier mètre du tronc de cône immédiatement derrière la cabine. Deux poutrelles en aluminium se croisent dans l'axe du tronc de cône. Dans chacun des quadrants ainsi définis et solidaires de celles-ci se trouve une rétrofusée. Cette section contient également 6 ensembles de moteurs de contrôle d'attitude (Orbit Attitude and Maneuvering System ou OAMS).

La section des équipements

La section des équipements située constitue la majeure partie du module de service. Elle contient les réservoirs d'oxygène pour le système de support de vie, les accumulateurs, le liquide de refroidissement et la majorité des équipements électroniques. Cette section est larguée avant la mise à feu des rétrofusées.

Système de guidage et de contrôle

Le système de guidage, qui est utilisé pour déterminer la position du vaisseau repose sur une centrale à inertie, un ordinateur, un radar alimentant l'ordinateur et les écrans du poste d'équipage avec la distance d'une cible donnée, la vitesse d'approche de celle-ci et l'angle par rapport à la trajectoire (manœuvres de rendez-vous orbital). Par ailleurs les stations au sol transmettent à l'ordinateur des informations sur la position du vaisseau. Le système de contrôle d'attitude qui permet de vérifier et modifier l'orientation du vaisseau utilise deux senseurs d'horizon redondants, des manettes permettant à l'équipage de modifier manuelle l'attitude et un équipement électronique qui transmet automatiquement des commandes au système de propulsion.

Production et distribution de l'énergie électrique