Avant d’envoyer des hommes sur la Lune, la NASA engage plusieurs missions de reconnaissance, à commencer par les Ranger. Ces derniers servent entre 1961 et 1965 à observer le sol lunaire et à acquérir une expérience en matière de vol Terre-Lune ; ils ont aussi montré que la surface lunaire est fortement cratérisée, y compris dans les zones qui semblent plates. Pour en savoir plus, deux autres programmes complémentaires sont engagés simultanément en 1966-68 : Surveyor et Lunar Observer. Le premier étudie le sol de la Lune tout en testant la procédure d’atterrissage en douceur, tandis que le second repère les sites favorables aux futurs débarquements humains.

Défini fin 1963, Lunar Orbiter consiste à envoyer cinq sondes sur orbite lunaire pour photographier avec précision une majeure partie de la surface. A la tête du programme se trouvent Oran W. Nicks, directeur des programmes lunaires et planétaires, assisté de Lee R. Scherer pour la partie managériale de l’exploration, de Léon J. Kosofsky et de Kenneth L. Wadlin, ingénieurs en chef du projet, et de Martin J. Swetnick, responsable du programme scientifique. Ceux-ci assignent aux Lunar Orbiter l’objectif de photographier plusieurs sites pour obtenir des informations topographiques et géologiques de la surface lunaire, mais aussi de récolter des informations sur l’environnement lunaire (champ gravitationnel, flux de micrométéorites, rayonnements). Il s’agit de trouver des terrains avec des pentes ne devant pas dépasser 5°, afin de ne pas mettre en danger les futurs LM Apollo. La principale difficulté à surmonter est alors le choix de l’orbite dans laquelle les sondes doivent être placées pour photographier correctement les sites présélectionnés.

Les Lunar Orbiter ont une longueur de 2 m pour un diamètre de 1,5 m et une masse d’environ 385 kg. La plupart des instruments sont intégrés dans une plate-forme dédiée : le système photographique, des batteries, un transpondeur, un programmateur de vol, une unité de référence inertielle (avec gyroscopes), un capteur d’étoiles, un codeur multiplex, un décodeur de commande, un amplificateur à tube à ondes progressives. Sur la plate-forme, se trouvent le moteur de commande de vitesse, le propulseur, les réservoirs, les capteurs de Soleil et les détecteurs de micrométéorites, ainsi qu’un bouclier thermique pour protéger le vaisseau. A la base de celui-ci sont fixés les quatre panneaux solaires fournissant l’énergie nécessaire (375 W). Enfin, un système de deux antennes permet de transmettre les photos et de recevoir les communications.

Pour effectuer la mission, deux caméras (avec des films de 70 millimètres) sont embarquées, devant fonctionner simultanément mais sur des champs de vue et de résolution différents. Le choix de prendre des photographies sur film permet d’avoir des images 200 fois meilleures que celles reçues par les caméras des Ranger (ayant opéré à des altitudes similaires). Toutefois, cette technique ne permet pas une retransmission en direct. En août et novembre 1966, les deux premiers Lunar Orbiter partent en reconnaissance ; le succès est au rendez-vous ! Le premier livre 413 photos, le second 211, en haute et moyenne résolutions.

Lancé le 5 février 1967 par un Atlas Agena D depuis Cap Canaveral, Lunar Orbiter 3 s’envole vers la Lune avec pour mission d’effectuer cette fois-ci une véritable enquête de terrain pour finaliser la sélection des futurs sites d’atterrissage. Le 8 février, Lunar Orbiter 3 atteint son orbite lunaire de 1801 km d’apolune et de 210 km de périlune, avec une inclinaison de 20,93° pour une période orbitale de 3 h 25. Les quatre premiers jours sont destinés à vérifier le bon fonctionnement de la sonde et pour recueillir des données sur l’effet gravitationnel de la Lune. La sonde est ensuite placée sur une nouvelle orbite d’un périlune de 55 km et d’un apolune de 1847 km, avec une inclinaison de 20,9°. Elle commence alors à prendre des photos à partir du 15 février. Lunar Orbiter 3 rephotographie même douze sites reconnus par les Lunar Orbiter précédents en prenant des photos à la verticale mais aussi à l’oblique, afin d’obtenir des clichés plus précis. Au total, au cours de ses 54 orbites, Lunar Orbiter 3 renvoie 149 photos en moyenne résolution et 477 autres en haute résolution. A l’issue des données renvoyées par Lunar Orbiter 3, plusieurs sites sont retenus pour les futures missions Apollo. Après le 23 février, la sonde n’envoie plus de photographies ; la mission se termine avec son écrasement sur la Lune (opération télécommandée par les techniciens depuis la Terre), pour éviter un encombrement (et des risques) autour de l’orbite lunaire.

Deux autres missions succèdent à Lunar Orbiter 3 en mai et août 1967. De nouvelles photographies sont prises et une majeure partie d’entre-elles est exploitée en faveur de la science, pour mieux comprendre les processus géologiques de la surface lunaire.

Au final, les Lunar Orbiter ont cartographié 99% de la surface lunaire avec des résolutions de 60 mètres (parfois 1 mètre pour les plus précises), soit dix fois mieux que ce que l’on pouvait faire depuis la Terre : 2180 photographies en haute résolution et 882 en moyenne résolution ont été obtenues par les cinq sondes, à des altitudes de vol allant de 44 km à 6000 km. Quant à l’expérience sur les micrométéorites, 22 impacts ont été enregistrés. L’ensemble des résultats a ainsi été de première importance pour concevoir les vaisseaux Apollo. Albert Ducrocq dira des Lunar Orbiter qu’ils ont marqué le « triomphe de la fiabilité ».

Philippe Varnoteaux est docteur en histoire, spécialiste des débuts de l’exploration spatiale en France et auteur de plusieurs ouvrages de référence.

Pour en savoir plus

Un livre : Byers (Bruce K.), Destination Moon. A History of the Lunar Orbiter Program, NASA Technical Memorandum, avril 1977

Un site : Lunar Orbiter Photo Gallery, USRA, http://www.lpi.usra.edu/resources/lunarorbiter/

Une vidéo : Close Up of the Moon, A Look at Lunar Orbiter, NASA, 1967, visible sur YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=GBs3rd_u90Q