L'histoire du Lunar Roving Vehicle, la première voiture conduite sur la Lune

Le Lunar Roving Vehicle, c'est-à-dire le rover électrique à quatre roues du programme des véhicules lunaires, est un véhicule à batterie arrivé sur la surface lunaire le 31 juillet 1971 lors de la mission Apollo 15, développé en seulement 17 mois avec Boeing comme maître d'oeuvre et la contribution du système de mobilité de Delco Electronics, filiale de General Motors. Avec une masse à vide de 210 kg et une autonomie de 92 km, ce véhicule représente la pierre angulaire la plus extraordinaire de l'histoire de la voiture électrique : c'est le premier et à ce jour l'unique véhicule électrique produit en série à des fins spécifiques, opérant sur une surface dépourvue de routes, soumise à des écarts de température extrêmes et remplie de poussière abrasive.

Pourquoi un véhicule électrique a-t-il été emporté sur la Lune ?

La question doit être posée à l'envers : y avait-il une autre option sur la Lune ? L'atmosphère lunaire est si mince qu'elle est quasi inexistante, il aurait donc fallu transporter à la fois du carburant et de l'oxygène pour un moteur à combustion interne ; ce qui aurait détruit le budget de masse. La propulsion électrique, elle, est limitée par l'énergie transportée, comporte peu de pièces mobiles et ne crée aucun problème d'échappement dans un environnement proche du vide. Autrement dit, le caractère électrique des véhicules lunaires n'était pas un choix écologique, mais une pure nécessité d'ingénierie.

Ce choix avait aussi des racines historiques. Fin du 19e siècle : environ quarante pour cent des automobiles étaient électriques ; silencieuses, sans odeur et ne nécessitant pas de manivelle, ces véhicules étaient largement en avance sur les véhicules à essence pour l'usage urbain. Même l'idée du véhicule lunaire ne venait pas d'avant la littérature : en 1959, Georg von Tiesenhausen conçut un concept de rover lunaire à quatre roues motrices, à roues flexibles non gonflables. Ainsi, le LRV naquit non pas pendant le déclin de la propulsion électrique, mais précisément au point où cette technologie rencontrait l'exigence la plus extrême.

Un véhicule lunaire en 17 mois : le partenariat Boeing et GM

L'approbation officielle de la NASA arriva en mai 1969 ; l'appel d'offres fut lancé le 11 juillet 1969, juste avant l'atterrissage d'Apollo 11. Boeing, Bendix, Grumman et Chrysler soumirent des offres et, le 28 octobre 1969, Boeing fut choisi comme maître d'oeuvre. Le premier contrat, de type coût majoré avec prime d'incitation, s'élevait à 19 millions de dollars, avec une première livraison prévue au 1er avril 1971. Avec les coûts des matériaux et les modifications de conception, le coût final monta à 38 millions de dollars ; environ 302 millions de dollars en valeur actuelle. Ce dépassement a suscité des critiques, mais le chiffre était proche de l'estimation initiale de la NASA.

La répartition du travail était claire : Boeing prit en charge l'électronique et le système de navigation ; le laboratoire de recherche en défense de General Motors à Santa Barbara développa le système de mobilité composé des roues, du moteur et de la suspension. Dans cette équipe travaillaient des noms comme Samuel Romano et Ferenc Pavlics ; la conception des roues en treillis métallique flexible de Pavlics reçut une reconnaissance particulière de la NASA. Saverio Morea a assuré la direction du projet. Le résultat fut l'un des rares exemples de collaboration entre l'ingénierie automobile et aérospatiale à ce rythme : du concept à la surface lunaire en 17 mois, avec en prime une fiabilité suffisante pour accomplir toutes les missions sans défaillance majeure.

Quatre véhicules de vol ont été produits. Trois sont allés sur la Lune, le quatrième est entré au pool de pièces de rechange après l'annulation d'Apollo 18. En plus de ceux-ci, un modèle statique, un modèle d'ingénierie, deux modèles à gravité 1/6, un entraîneur 1-g, un modèle de masse, un banc d'essai de vibration et un banc d'essai de qualification ont également été produits. Les tests en gravité réduite ont été réalisés lors des vols paraboliques de l'avion KC-135A ; ces tests ont également révélé que le passage de roue était indispensable pour limiter la contamination par la poussière.

Caractéristiques techniques : Un moteur par roue

L'architecture de propulsion du LRV est la forme la plus pure de l'approche moteur-par-roue que nous voyons aujourd'hui dans les véhicules électriques modernes. Chacune des quatre roues embarquait un moteur à courant continu à balais, à excitation série, d'une puissance de 0,25 ch (190 W) tournant à 10 000 tr/min ; chaque moteur entraînait la roue via un réducteur harmonique de rapport 80:1. En cas de panne d'un moteur, des goupilles étaient retirées et la roue passait en roue libre ; une seule défaillance ne pouvait donc pas immobiliser le véhicule. Pour la direction, des moteurs à courant continu distincts de 0,1 ch (75 W) étaient utilisés à l'avant et à l'arrière ; grâce à la géométrie d'Ackermann, le rayon de braquage pouvait descendre jusqu'à 3 mètres.

L'énergie provenait de deux batteries primaires argent-zinc de 36 volts fabriquées par Eagle-Picher ; chacune avait une capacité de 121 ampères-secondes et l'autonomie totale était définie à 92 km. Ces batteries n'étaient pas rechargeables, et ce n'était pas un défaut mais une décision de conception : le véhicule ne reviendrait pas de la Lune, on a donc préféré une chimie jetable, fiable et à haute densité énergétique plutôt qu'une infrastructure de recharge. En façade, une prise distincte de 36 volts alimentait l'unité relais de communication et la caméra de télévision.

L'une des conditions les plus contraignantes de l'environnement lunaire était la gestion thermique. Le LRV n'avait pas de système de refroidissement actif ; à la place, le refroidissement était passif, grâce à des packs de condensateur thermique à matériau à changement de phase et à des surfaces radiantes réfléchissantes orientées vers le ciel. Pendant la conduite, les radiateurs étaient recouverts d'un voile en mylar, et aux arrêts, les astronautes dépoussiéraient avec une brosse à main. Cette solution simple mais disciplinée a maintenu l'électronique en fonctionnement sous la chaleur torride de la journée lunaire.

Châssis et conception des roues pour la Lune

Le châssis était un corps pliant en trois parties à charnière centrale, fabriqué à partir de tubes en alliage d'aluminium 2219. La pliabilité n'était pas un hasard, c'était une nécessité de transport : le véhicule était replié et rangé dans le compartiment Quadrant 1 du Module Lunaire. Après avoir descendu sur la surface, les astronautes ont déplié le véhicule et l'ont posé au sol grâce à un système de poulies avec câble et frein, selon un processus largement automatique. À pleine charge, la hauteur au sol n'était que de 36 centimètres ; le centre de gravité bas réduisait le risque de renversement sur un terrain accidenté.

Le problème des pneus n'existe pas sur la Lune au sens classique : on ne peut pas les gonfler d'air, et le caoutchouc ne résiste pas aux écarts de température extrêmes. La solution fut une roue à mailles métalliques galvanisées, tissée à partir de fil d'acier de 0,033 pouce ; des chevrons en titane couvrant la moitié de la surface de contact assuraient l'adhérence, et une butée d'impact en titane de 25,5 pouces de diamètre protégeait le corps des chocs. Les commandes étaient réduites à un seul manche en forme de T : le pousser en avant signifiait accélérer, le déplacer à gauche ou à droite tournait, le tirer en arrière freinait, et le pousser à fond enclenchait le frein de stationnement.

Données des missions et record lunaire

Les trois véhicules ont parcouru en moyenne 30 kilomètres sans problème chacun. La navigation combinait un gyroscope directionnel, un odomètre de roue et un ordinateur ; comme le Soleil se déplace d'environ un demi-degré par heure dans le ciel lunaire, les astronautes pouvaient aussi, au besoin, déterminer leur direction manuellement avec un simple dispositif ombre-Soleil. Selon le calcul de sécurité, si le rover tombait en panne, l'équipe devait pouvoir marcher jusqu'au Module Lunaire ; cette limite de marche fut assouplie lors du plus long trajet d'Apollo 17, sur la base d'une fiabilité éprouvée.

Bien que la vitesse maximale de conception fût de 10 km/h, une vitesse de 18 km/h fut atteinte lors d'Apollo 17 ; ce record de vitesse lunaire non officiel porte le nom d'Eugene Cernan. À la fin de la mission, Cernan gardea le rover hors de portée de la caméra télévisée télécommandée par le Mission Control pour filmer le décollage, et l'ascension fut filmée avec succès à la troisième tentative.

Pannes, rustines et les trois véhicules restés sur la Lune

Comme tout produit d'ingénierie, le LRV fut mis à l'épreuve dans des conditions de terrain. Lors d'Apollo 16, John Young heurta le prolongement d'aile arrière lors de la deuxième traversée de la surface ; le régolithe projeté recouvrit l'équipe, la console et les équipements de communication, et les températures des batteries ainsi que la consommation d'énergie augmentèrent. Lors d'Apollo 17, il fut impossible de fixer avec du ruban adhésif l'aile que Cernan avait cassée avec la poignée du marteau ; avant la deuxième traversée, l'équipe fabriqua une aile de rechange en utilisant les cartes lunaires, du ruban adhésif d'emballage et des pinces sorties du module d'atterrissage. Ces cartes sont aujourd'hui exposées au National Air and Space Museum ; ainsi, des morceaux d'un véhicule électrique réparé avec du ruban adhésif sur la Lune sont devenus une pièce maîtresse muséale de l'histoire spatiale.

Les trois rovers furent laissés sur la Lune. La raison en est une simple question de physique : seul l'étage supérieur du Module Lunaire pouvait retourner en orbite et chaque kilo superflu signifiait du carburant en plus. Sur Terre, en revanche, les véhicules d'essai et les entraîneurs sont exposés dans divers musées : le banc d'essai de vibrations au U.S. Space & Rocket Center de Huntsville, l'entraîneur 1-g au Johnson Space Center, l'unité de test de qualification au National Air and Space Museum, la maquette d'ingénierie au Museum of Flight de Seattle. Le LRV-3 a été de nouveau photographié lors des passages du Lunar Reconnaissance Orbiter en 2009 et 2011 ; en 2020, l'État de Washington a déclaré les rovers allés sur la Lune symboles historiques.

La place du LRV dans l'histoire de la voiture électrique

Le LRV constitue un point remarquable sur la ligne continue mais accidentée de l'histoire de la voiture électrique. À la fin du 19. siècle, les véhicules électriques étaient monnaie courante dans les villes ; dès 1897, Londres avait déjà lancé son premier service de taxis électriques. Mais les véhicules à essence ont pris l'avantage en matière d'autonomie et de coût, et avec la pression du démarreur électrique et de la Ford Model T, les électriques ont été relégués au second plan. Au cours du vingtième siècle, cette technologie a survécu grâce à quelques tentatives ponctuelles et à des programmes éphémères comme la GM EV1 ; le domaine a retrouvé sa vitalité avec la maturation de la batterie lithium-ion et, en 2008, la preuve par la Tesla Roadster qu'une voiture de sport électrique à lithium-ion pouvait être homologuée pour la route et produite en série.

La leçon du LRV dans cette lignée est la suivante : le destin de la propulsion électrique ne dépend pas uniquement de la chimie des batteries ; lorsqu'une définition de mission correcte s'associe au bon profil de mission, le véhicule électrique peut afficher des performances supérieures même dans l'environnement le plus hostile. Sur la Lune, l'autonomie était limitée à 92 km et aucun client ne réclamait d'infrastructure de recharge ; pourtant, le véhicule a accompli toutes ses missions sans panne majeure. Le programme Lunar Terrain Vehicle que la NASA développe aujourd'hui poursuit cette même logique en tant que successeur officiel de cet héritage, avec une nouvelle génération de batteries.

Conclusion : Un jalon garé sur la Lune

Le Lunar Roving Vehicle, avec ses 17 mois de développement, son coût final de 38 millions de dollars et ses performances irréprochables sur le terrain réparties sur trois missions, est une preuve mesurable de ce que la discipline d'ingénierie peut accomplir. Un moteur DC par roue, des batteries argent-zinc, des roues à treillis métallique et un refroidissement passif à la cire : rien de tout cela n'était superficiel, mais constituait la réponse directe aux contraintes imposées par la Lune. Aujourd'hui, les trois véhicules sont toujours garés sur la surface lunaire ; au point le plus lointain de l'histoire de la voiture électrique, ils continuent de passer en silence l'épreuve de la résistance face aux radiations solaires et aux micrométéorites.

Sources

• Lunar Roving Vehicle
• The Apollo Lunar Roving Vehicle
• The Lunar Roving Vehicle - Historical Overview (S.F. Morea)
• Mobility Performance of the Lunar Roving Vehicle - NASA TR R-401
• Lunar Roving Vehicle Qualification Test Unit
• The Boeing Company wins NASA contract for lunar rover
• NASA's Lunar Rover: Everything You Need to Know