thumb|LK, dans un musée.

Le LK (en , Lounnyï korabl c'est-à-dire vaisseau lunaire) est un véhicule spatial soviétique développé pour déposer un équipage sur la Lune dans le cadre du programme lunaire habité soviétique. Ce programme nécessitait par ailleurs la construction du lanceur géant et du vaisseau spatial habité LOK. Le LK joue un rôle équivalent au module lunaire Apollo (LEM), développé dans le cadre du programme Apollo concurrent, mais la capacité réduite du lanceur utilisé pour lancer les vaisseaux lunaires soviétiques limite sa masse à , soit trois fois moins que celle du LEM, et ne lui permet d'emporter qu'un seul cosmonaute. Le développement du module LK démarre début 1965, avec pour objectif de disposer d'une version opérationnelle en 1968. Des retards, qui affectent l'ensemble du projet lunaire soviétique, en particulier le lanceur , entrainent un glissement du calendrier initial. Le module LK est testé avec succès à trois reprises en 1970 et 1971 en orbite basse terrestre. En 1974, le programme lunaire habité est arrêté, sans que le module LK ait pu effectuer une seule des missions auxquelles il était destiné.

Contexte : la course à la Lune

Le programme Apollo de la NASA, visant à poser un homme sur la Lune avant la fin 1970, est lancé par le président américain Kennedy le , essentiellement pour des raisons de prestige et de politique internationale. En effet, les succès de l'astronautique soviétique, qui vient de réussir un grand nombre de premières spatiales depuis le début de l'ère spatiale (premier satellite artificiel, première sonde spatiale, premier homme dans l'espace), portent un coup à l'image de puissance dominante des États-Unis, alors que la guerre froide entre les deux superpuissances bat son plein. Les dirigeants soviétiques ne relèvent pas le défi spatial américain en partie parce qu'ils sous-estiment la capacité de la NASA à rattraper son retardJ. Villain, op. cit., . Dès 1960, Sergueï Korolev, à l'origine des succès les plus éclatants de l'astronautique soviétique, commence pourtant à concevoir une mission lunaire reposant sur le développement de la fusée géante , mais son projet n'obtient aucun soutien. Toutefois, avec trois ans de retard sur les américains, le dirigeant soviétique Khrouchtchev décide, en constatant les progrès de la NASA, de lancer le le Programme lunaire habité soviétique. Pour disposer d'un lanceur suffisamment puissant, Korolev réclame le développement de moteurs cryogéniques performants (c'est-à-dire utilisant de l'hydrogène liquide, comme ceux en cours de développement aux États-Unis), mais il se heurte au refus de Valentin Glouchko, qui possède un quasi-monopole sur la fabrication des moteurs-fusées de forte puissance. En l'absence d'alternative immédiatement disponible, Korolev doit utiliser des moteurs beaucoup moins performants : la capacité du lanceur , utilisé pour placer en orbite les vaisseaux lunaires soviétiques, est seulement 70 % celle de la fusée jouant un rôle équivalent pour la Lune.

Déroulement du projet

Choix du scénario de la mission lunaire

En 1960, Korolev prévoit d'envoyer des hommes à la surface de la Lune selon le scénario dit de « rendez-vous orbital terrestre » qui avait également été étudié puis abandonné par la NASA en 1961. Selon ce scénario, un ensemble pesant est assemblé en orbite basse terrestre à partir d'éléments lancés par trois tirs de la fusée N1. Le « train lunaire » comprend un étage de chargé de lancer l'ensemble vers la Lune, un étage de chargé de freiner et de poser un vaisseau à la surface de la Lune. Ce dernier qui pèse dispose d'un moteur à poussée modulable pour effectuer un atterrissage en douceur. Il redécolle en laissant le train d'atterrissage sur la Lune et propulse le vaisseau Soyouz L1 en direction de la Terre. Ce scénario, très couteux à implémenter, est refusé par les dirigeants soviétiques.

Pour poser un homme sur la Lune, Korolev choisit finalement comme les américains le scénario du « rendez-vous orbital lunaire » qui permet d'optimiser la masse à lancer : une fusée unique (la N1 pour les soviétiques, Saturn V pour les américains) propulse vers la Lune un ensemble comprenant : un vaisseau destiné à revenir sur Terre (vaisseau LOK pour les soviétiques) ; un étage (bloc D) chargé de placer en orbite lunaire l'ensemble puis d'annuler pratiquement toute la vitesse orbitale ; un module, baptisé LK, dont le seul rôle est de poser son équipage sur le sol lunaire puis de le ramener en orbite. Contrairement au module lunaire Apollo, LK ne comprend pas un étage de descente et un étage de remontée : le même ensemble de propulsion prend en charge ces deux opérations. Le module lunaire est abandonné sur l'orbite lunaire par son équipage qui revient sur Terre à bord du vaisseau LOK. Ce dernier est une version dérivée du vaisseau Soyouz.

Développement du LK vignette|Maquette du vaisseau LK.

La conception générale du module LK est achevée fin 1964. Le décret officiel autorisant son développement parait le . Il prévoit la fabrication de 4 modules LK en 1966, 6 en 1967 et 6 en 1968. Le premier tir du lanceur N1 est prévu en 1966 avec un premier atterrissage sur la Lune en 1967 pour pouvoir arriver sur la Lune avant la NASA. Cette dernière prévoit de faire atterrir le module lunaire Apollo vers 1969. Pour les soviétiques, la contrainte de masse extrêmement forte, l'objectif de délai très court et une industrie très en retard dans le domaine de l'électronique vont constituer des handicaps particulièrement importants pour le développement du module LK. Les plans initiaux qui prévoyaient un module lunaire LK d'une masse de avec un équipage de deux personnes, s'avèrent complètement irréalistes en cours du développement. La masse du module lunaire monte à , masse maximale autorisée par le lanceur N1 (à comparer aux du module lunaire américain), et le module LK développé ne permet de déposer sur la Lune qu'un seul cosmonaute. L'établissement OKB-1 dirigé par Korolev est le chef de file pour la réalisation du LK et sous-traite la propulsion principale à l'OKB-586 de Mikhail Yanguel .

Les choix d'architecture du module LK Plusieurs choix d'architecture ont été particulièrement débattus : afin de limiter sa masse, le module lunaire dispose d'un système d'amarrage simple dépourvu d'écoutille. Pour passer du vaisseau LOK au module LK, le cosmonaute effectue une sortie extravéhiculaire ; la réalisation d'un étage de descente distinct de l'étage de remontée aurait permis d'économiser de la masse mais cette option soulevait de nombreux problèmes, mal maitrisés au début du projet, et ne fut pas implémentée ; le radar chargé de piloter l'atterrissage joue un rôle crucial car la précision des données fournies avait une incidence directe sur la quantité d'ergols consommés durant la phase d'atterrissage. Le responsable du programme, Vassili Michine, qui avait succédé à Korolev après le décès de celui-ci, avait fixé la quantité d'ergols allouée à l'atterrissage à ce qui nécessitait une trajectoire d'atterrissage particulièrement optimisée. Des tests du radar réalisés à bord d'un chasseur Mig 17 permirent de constater que les informations retournées étaient erronées de plusieurs ordres de grandeur. La version finale du radar sera également utilisée par les sondes lunaires Ye-8 et prouvera dans le cadre de leur mission leur bon fonctionnement ; pour pouvoir se poser sur un site lunaire éloigné de l'équateur, il fallait que le module LK puisse effectuer, en décollant de la Lune, une manœuvre de grande précision pour rejoindre le plan orbital du vaisseau LOK. Cela nécessitait de disposer d'un équipement capable à la fois de déterminer la position précise du module en vol et d'effectuer les calculs complexes nécessaires pour déterminer l'orientation de la poussée des moteurs et sa durée. Après avoir envisagé plusieurs solutions, une solution de complexité intermédiaire, reposant sur un calculateur analogique permettant de déterminer l'angle du vecteur de poussée par rapport à la verticale, est adoptée ; un des problèmes les plus complexes touchant l'architecture du module concernait le positionnement du centre de masse du module. Celui-ci ne devait pas s'écarter de l'axe de la poussée du moteur de plus de pour que le vol du LK reste stable. Cela eut une profonde influence sur la géométrie et le positionnement des réservoirs d'ergols ainsi que le positionnement des batteries logées au niveau du train d'atterrissage.

Maquettes et modèles de test

Plusieurs maquettes ou modèles de test sont réalisés pour mettre au point et qualifier le module LK dont : une maquette destinée à tester les procédures de sortie extravéhiculaires ; un banc d'essais électrique (surnommé oiseau de fer) destiné à valider le fonctionnement des systèmes de contrôle ; une maquette électrique ; une maquette pour tester le fonctionnement des antennes ; trois versions du bloc E pour les tests de mise à feu sur les bancs d'essais.

La validation du train d'atterrissage et l'entrainement des cosmonautes sont effectués en utilisant un hélicoptère Mi-4 spécialement équipé et sur des simulateurs reproduisant chacun une partie du déroulement de la mission.

Tests en vol

Alors que pour des raisons d'économie aucun test en vol préalable n'est prévu pour le vaisseau LOK, trois tests sont réalisés pour vérifier le fonctionnement du module LK. Toutefois, contrairement à ce qu'auraient souhaité les concepteurs du vaisseau, ces tests se font sans équipage. Le LK est à chaque fois lancé par une fusée Soyouz-L, version du lanceur dont la coiffe a été élargie pour accueillir le module LK. Celui-ci n'est pas une réplique exacte du modèle de vol : le train d'atterrissage, les antennes, l'échelle de descente n'ont pas été montés, par contre des instruments destinés à mesurer le comportement du module ont été ajoutés. Le premier vol a lieu le sous l'appellation Cosmos 379. Une fois en orbite le module lunaire simule la séquence d'atterrissage en mettant à feu son moteur principal et en incorporant une période de survol du terrain ce qui fait passer l'orbite de 191 × à 192 × puis après une pause de un jour et demi qui simule le déroulement d'une mission réelle, le moteur est mis à feu à nouveau pour réaliser la remontée en orbite lunaire ce qui fait passer l'orbite du module LK à 177 × . Enfin, les manœuvres de rendez-vous et d'amarrage avec le LOK sont simulées. L'ensemble du test se déroule de manière nominale. Le deuxième test, Cosmos 398, effectué le , qui simule un atterrissage avorté et le troisième test, Cosmos 434, réalisé le 12 aout 1971, qui simule l'utilisation du moteur de secours, se déroulent de manière tout aussi nominale. Comme pour tout le programme lunaire, l'objectif de tous vols est tenu secret. Mais au cours de l'été 1981, soit dix ans plus tard, des rumeurs se mettent à circuler dans les pays occidentaux selon lesquelles le satellite Cosmos 434, dont l'orbite s'est dégradée au point d'entamer sa rentrée atmosphérique, contient du combustible nucléaire. Le porte-parole du ministère des Affaires étrangères soviétiques déclare à l'époque que le satellite ne contient aucune source d'énergie nucléaire mais constitue un vaisseau lunaire expérimental. C'est la première fois que les autorités soviétiques reconnaissaient, certes de manière indirecte, l'existence d'un programme lunaire habitéSiddiqi op. cit..

Abandon du projet lunaire