Couvre-chaussures du dernier homme sur la lune

Ce sont les derniers objets portés par l'homme à toucher un autre monde. Lorsque l'équipage d'Apollo 17, le dernier atterrissage d'Apollo Moon, est revenu sur Terre après leur mission record en décembre 1972, le commandant Gene Cernan et le pilote du module lunaire Harrison Schmitt ont ramené quatre objets qui n'avaient pas été prévus pour revenir avec eux. Au lieu de jeter leurs couvre-chaussures lunaires sur la surface de la Lune avec leurs systèmes de survie personnels, comme cela avait été fait lors des cinq missions précédentes, Cernan et Schmitt ont pris la décision de ramener les couvre-chaussures avec eux. La paire utilisée par Gene Cernan est illustrée ici et exposée dans notre nouvelle exposition Destination Moon. Ils ont laissé les dernières empreintes humaines sur la surface lunaire. Ces empreintes restent 50 ans plus tard.

Les couvre-chaussures lunaires Apollo 17 de Gene Cernan exposés dans l'exposition Destination Moon au Museum de DC. (Institution Smithsonian)

Fréquemment, le Musée reçoit des questions sur les raisons pour lesquelles les empreintes lunaires emblématiques que nous voyons sur les photographies de la NASA ne correspondent pas aux semelles des bottes de combinaison spatiale que l'on voit sur la combinaison spatiale Apollo 11 de Neil Armstrong. La réponse simple est que les bottes intégrées à la combinaison spatiale offraient un soutien et une flexibilité adéquats pour le lancement et l'entrée à l'intérieur du vaisseau spatial, mais elles n'étaient pas suffisantes pour assurer la traction et la protection à la surface d'un autre monde. Au moment de la conception de la combinaison spatiale Apollo, personne n'avait d'échantillon lunaire pour déterminer comment les matériaux fabriqués par l'homme interagiraient avec la surface de la Lune. En conséquence, les ingénieurs et les techniciens ont dû faire de nombreuses hypothèses et prévoir des protections supplémentaires lors de la conception des galoches lunaires pour Moonwalks.

Ces couvre-chaussures lunaires étaient la seule partie de la combinaison qui serait en contact permanent avec la surface lunaire. Ils seraient en contact avec une surface inconnue qui subirait des températures allant jusqu'à 300 ° F. Ils devaient être conçus de manière à ce que les astronautes puissent les enfiler et les retirer avec une relative facilité tout en portant leurs combinaisons spatiales. Les concepteurs ont commencé leurs plans avec du caoutchouc de silicone bleu qui constituerait les semelles emblématiques des bottes. Ce silicone avait une température de fusion beaucoup plus élevée que la surface lunaire. Les arêtes horizontales le long des semelles en silicone ont été conçues pour correspondre à deux possibilités très différentes concernant le comportement de la surface lunaire. À l'époque, nous ne savions pas si la poussière lunaire à la surface de la Lune serait fine et glissante ou profonde et collante. Des semelles larges avec beaucoup de traction pourraient traiter l'une ou l'autre variable.

Gene Cernan marche sur la Lune lors de la mission Apollo 17. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de la NASA)

Les semelles en silicone n'étaient pas la seule réponse aux préoccupations concernant la conduction de la chaleur lunaire à l'intérieur de la combinaison spatiale. Les couvre-chaussures lunaires avaient des semelles intérieures en feutre composées d'une combinaison de fibre de verre et de téflon, similaires à la couche extérieure de la combinaison spatiale. Les semelles intérieures ont été doublées à l'intérieur avec le tissu bêta à revêtement en téflon pour créer une encapsulation ignifuge des pieds. Entre les couches intérieure et extérieure de Beta Cloth se trouvaient des couches alternées de Mylar aluminisé (pensez aux ballons Mylar), de Dacron non tissé et de Beta Marquisette Kapton (un film laminé). Ces couches légères ont non seulement ajouté à la protection thermique des astronautes, mais elles ont également formé une couche de protection contre la pénétration pour les bottes. Toute particule à déplacement rapide pénétrant dans la couche extérieure des bottes se briserait, perdrait de son élan et s'immobiliserait parmi les 21 couches de l'intérieur. Il s'agit d'une méthode ancestrale de protection des astronautes et des satellites qui est encore utilisée aujourd'hui.

La couche la plus externe contre la pénétration et la protection contre l'abrasion a pris la forme de ce revêtement gris argenté que vous voyez sur le dessus des couvre-chaussures lunaires. Chromel-R est un tissu en acier inoxydable à haute teneur en chrome qui est tissé à partir de fils d'acier. À l'époque, c'était la meilleure protection contre la pénétration que l'argent pouvait acheter. En dollars de 1968, le tissu coûtait 2 500 $/yard. Aujourd'hui, ce serait plus de 20 000 $/yard, un tissu très cher. Les concepteurs ont dû prendre des décisions très judicieuses quant à l'emplacement de ce matériau très cher. En fin de compte, ils ont décidé qu'un morceau irait à la base du dos des combinaisons spatiales. Vous pouvez le voir sur le costume de Neil Armstrong. Le sac à dos Personal Life Support System (PLSS) n'était pas fixé en permanence à la combinaison spatiale, et il pouvait frotter et provoquer des abrasions. L'autre endroit où vous pouvez voir Chromel-R sur les combinaisons Apollo est autour des mains sur les gants EVA. Les astronautes manipulaient des roches pointues et utilisaient des outils géologiques, donc certaines des meilleures protections devaient y aller. Et bien sûr, les pieds des astronautes devaient bénéficier d'une protection similaire.

Le dos de la combinaison spatiale Apollo 11 de Neil Armstrong, qui est exposée dans l'exposition Destination Moon au Museum de DC. (Institution Smithsonian)

Dans les années qui ont suivi la mission Apollo 17, Cernan a soutenu que c'était sa décision de ramener les bottes sur Terre, malgré le précédent et le plan opérationnel de sa mission. Sa décision avait non seulement une signification historique mais aussi scientifique. Historiquement, nous pouvons maintenant être impressionnés par ces bottes exposées. À l'époque, Cernan ne pensait pas qu'il faudrait plus de 50 ans avant que les prochains humains ne marchent sur la surface de la Lune - il avait espéré que cet événement se produirait de son vivant. Gene Cernan est décédé en 2017. Mais il a ramené la preuve matérielle que les empreintes de pas que nous voyons dans tant d'images du programme Apollo ont bien été faites par les bottes que portaient les astronautes.

La signification scientifique de la décision de Cernan est apparue au cours des 50 dernières années. Si vous regardez attentivement les couvre-chaussures lunaires de Cernan, vous verrez qu'ils ont des marques grises et noires et qu'ils ont l'air sales. C'est de la poussière lunaire. En règle générale, le Musée national de l'air et de l'espace ne nettoie pas les objets des preuves d'utilisation. Nous aspirons et brossons périodiquement la saleté liée à la Terre de la surface de nos objets pour aider à leur préservation, mais nous évitons tout traitement plus agressif qui pourrait endommager l'histoire d'un objet. La nature du régolithe lunaire, la couche de poussière qui recouvre la surface de la Lune, a rendu cette distinction entre la saleté terrestre et la saleté lunaire très facile pour nos conservateurs. Le régolithe lunaire est très agressif. Il ne repose pas simplement sur la surface d'un matériau ; il s'y accroche et s'y incruste. La poussière lunaire que vous voyez sur le silicone bleu ne pourrait pas être éliminée même si nous essayions.

À l'aide d'un microscope de laboratoire, nous pouvons le trouver profondément dans les fibres du tissu de fibre de verre enduit de téflon qui recouvre la surface des combinaisons spatiales. Encore plus remarquable, les scientifiques des matériaux ont examiné le tissu Chromel-R des bottes de Harrison Schmitt avec une microscopie à très haute résolution et ont constaté que la poussière lunaire était allée jusqu'à éroder les fibres d'acier inoxydable du tissu. Les dessus auraient pu résister à des roches tranchantes et à des outils géologiques, mais pas à la poussière lunaire.

Il s'avère que l'impact à long terme de la décision ad hoc de Cernan de ramener ses couvre-chaussures Apollo 17 aura probablement son plus grand impact sur la conception et les choix de matériaux pour les combinaisons spatiales de prochaine génération à utiliser sur la Lune, les astéroïdes et Mars. Les combinaisons spatiales ne sont plus faites sur mesure pour une seule mission. Ils devront être réutilisables, maintenables et nettoyables pour une utilisation à long terme. Par conséquent, un facteur de conception important sera de déterminer quels matériaux sont les plus résistants à l'environnement d'exploration. Les entrepreneurs travaillent sur cette question lors de la planification des missions Artemis qui transporteront les prochains humains sur la Lune. Et en 2020, le rover Perseverance de la NASA vers Mars a emporté avec lui des échantillons de matériaux de combinaison spatiale dans le cadre d'une étude pour voir comment ils réagiront à l'environnement martien. Merci, capitaine Cernan. Votre décision en 1972 continuera d'avoir un impact sur les générations à venir.