Shuttle Remote Manipulator System

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Vue sur la baie de stockage de la navette spatiale avec à droite le bras canadien déployé

Le Shuttle Remote Manipulator System (SRMS), aussi connu sous le nom de Canadarm ou Bras canadien ou bras spatial canadien[1] (nom qui évoque le fait qu'il a été conçu au Canada), est un bras mécanique attaché à la navette spatiale américaine.

Il sert essentiellement à manipuler des charges utiles pour les extraire de la baie de stockage et les déployer, ou inversement. Il peut également servir de support pour les astronautes lorsqu'ils effectuent des sorties extravéhiculaires ou bien permettre l'inspection de certaines parties de la navette qui sont inaccessibles à l'équipage. Ce dernier point est essentiel depuis l'accident de la navette spatiale Columbia en 2003 dû à un impact sur le bouclier thermique. Ainsi, depuis la reprise des vols en juillet 2005, toutes les missions prévoient une inspection du bouclier thermique.

Histoire[modifier | modifier le code]

C'est suite au développement par la société DSMA Atcon d'un robot chargeant le combustible nucléaire au cœur des réacteurs que la NASA a été attirée par l'expertise canadienne dans la mise au point de robot. Un groupe d'industriels a été formé et une proposition a été communiquée à la NASA suite à son désir de disposer d'un bras robotique à bord de la navette spatiale alors en pleine conception.

Le projet fut officiellement lancé en 1974. Sous la supervision du Conseil national de recherches Canada (CNRC), un groupe d'entreprises composé de DSMA Atcon mais également de SPAR Aerospace et CAE Electronics a débuté la conception du Bras canadien. L'année suivante l'entreprise Spar Aerospace fut retenue comme sous-traitant principal du CNRC.

Livré à la NASA en avril 1981, le Bras canadien a été utilisé pour la première fois dès la seconde mission de la navette spatiale Columbia (STS-2) qui a décollé le 13 novembre 1981. Quatre autres bras ont par la suite été commandés par la NASA et livrés respectivement en janvier 1983, décembre 1983, mars 1985 et août 1993. Toutes les navettes spatiales ont utilisé à un moment ou un autre le Bras canadien[2].

Depuis sa première mise en service en 1981, le Bras canadien a été l'objet de plusieurs modifications, permettant notamment d'avoir un contrôle plus précis du bras dans certaines conditions comme à basse vitesse[3].

Le Système mobile de service, le bras manipulateur de la Station spatiale internationale (ISS), est également conçu au Canada par les mêmes entreprises que le SRMS. Pour cette raison le bras manipulateur de l'ISS est surnommé Canadarm2 (Bras canadien 2) et le SRMS Canadarm1.

Description[modifier | modifier le code]

Le Bras canadien est une partie du Payload Deployment and Retrieval System (PDRS) ou en français le « système de déploiement et de récupération des charges utiles » de la navette spatiale. En plus bras du robotique, le PDRS comprend la cabine de contrôle située à l'arrière du poste de pilotage, le circuit de télévision en circuit fermé permettant de contrôler les mouvements du Bras canadien et divers dispositifs d'attaches du Bras canadien et de la charge utile.

Bras canadien[modifier | modifier le code]

Le Bras canadien fait 15,32 m de long et est divisé en trois segments plus ou moins calqués sur le bras humain[4]:

  • segment supérieur du bras, long de 6,38 m
  • segment inférieur du bras, long de 7,06 m
  • le poignet et l'effecteur qui est la main du Bras canadien, long de 1,88 m

Les segments sont reliés entre eux par un système d'engrenage leur permettant d'effectuer de un à trois mouvements. La partie fixée à la navette, l'épaule, dispose de deux degrés de liberté : le tangage et le lacet. L'épaule se prolonge par le segment supérieur ou un nouvel engrenage, le coude, permet au segment supérieur et inférieur d'effectuer un seul mouvement, le tangage. À l'extrémité du segment inférieur se trouve le poignet qui peut réaliser les trois mouvements possibles, le tangage, le lacet et le roulis.

L'effecteur, la «main» du Bras canadien

À l'extrémité du poignet se trouve l'effecteur, qui est la « main » du bras robotique et qui permet de saisir les charges à manipuler. Il se présente sous la forme d'un cylindre creux de 34,5 cm de diamètre pour 54,5 cm de long et principalement composé d'aluminium[4]. Le système de fixation est composé de trois câbles qui se resserrent autour d'une poignée devant se trouver sur la charge utile, utilisant ainsi le principe du collet[5],[6]. Une fois la charge utile capturée, il est nécessaire de la tenir fermement pour ne plus qu'elle bouge par rapport au Bras canadien. Cette rigidification de la capture est assurée par un mécanisme qui rétracte les trois câbles vers l'intérieur de l'effecteur. En plus du mécanisme de fixation, l'effecteur dispose d'un connecteur spécial (SPEE pour Special Purpose End Effector) fournissant une alimentation électrique et permettant d'envoyer jusqu'à seize commandes différentes à la charge utile si nécessaire[4].

Un effecteur spécifique à une charge utile, conçu par le fabricant de cette dernière, peut également remplacer l'effecteur standard[7].

Le bras pèse 410 kilogrammes et le système au complet 450 kilogrammes[8]. Bien qu'il soit capable de déplacer des charges pesant 266 tonnes en micropesanteur, il est incapable de déplacer son propre poids lorsqu'il est sur Terre[9]. Pour réaliser les tests et les entraînements des astronautes, une salle spéciale ainsi qu'un simulateur informatique ont été développés[9]. En charge, sa vitesse de déplacement est de six centimètres par seconde alors que libre, il va dix fois plus vite[8].

Les segments sont constitués de plusieurs couches de graphite/époxy (jusqu'à seize pour le segment supérieur) et recouverts d'un revêtement en kevlar pour protéger le Bras canadien d'éventuels coups qu'il pourrait recevoir. À cela s'ajoute un revêtement isotherme qui lui donne sa couleur blanche. Ce revêtement protège aussi le Bras canadien des hautes températures lorsqu'il est exposé aux rayons du Soleil, qu'aux basses températures qui règnent dans l'espace lorsqu'il est à l'ombre[8] et lui permet ainsi de rester entre des températures oscillant entre -20 °C et 70 °C[10].

La navette spatiale a été conçue de manière à pouvoir recevoir deux Bras canadiens, qui seraient fixés de chaque côté de la baie de stockage. Mais cette configuration n'a jamais été utilisée car le côté droit est occupé par l'antenne de la bande Ku. De plus, un seul bras pourrait être utilisé à la fois, les commandes de contrôle à l'arrière du pont de vol étant conçues pour ne pouvoir contrôler qu'un seul bras à la fois[7].

Commandes[modifier | modifier le code]

Les commandes du Bras canadien avec au-dessus des commandes les deux hublots donnant sur la baie de stockage et deux autres hublots tout en haut de l'image donnant sur le dessus de la navette

Les commandes de contrôle du Bras canadien se trouvent à l'arrière du pont de vol (en anglais aft flight deck), derrière le poste de pilotage et donnent sur la baie de stockage de la navette spatiale. Quatre hublots permettent d'observer les mouvements du bras manipulateur, deux donnent sur la baie de stockage et deux autres sur le dessus de la navette. Les mouvements du Bras canadien sont contrôlés par l'opérateur à la fois à travers ces hublots, mais aussi à l'aide de diverses caméras disposées sur le SRMS. À ce titre, généralement deux astronautes assurent les mouvements du Bras canadien, un qui manipule les commandes et un autre qui surveille les images fournies par les caméras[11].

Il existe deux modes de fonctionnement[8] :

  • un mode semi-automatique où les mouvements réalisés sont en partie calculés par l'ordinateur du Bras canadien
  • un mode manuel où tous les engrenages du Bras canadien peuvent être contrôlés manuellement et cela indépendamment les uns des autres

Équipements complémentaires[modifier | modifier le code]

Orbiter Boom Sensor System[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Orbiter Boom Sensor System.
Le bras manipulateur lors de la mission STS-114 le 22 juillet 2005. On distingue les trois segments du Bras canadien avec à son extrémité la perche d'inspection

Depuis la destruction de la Columbia le 1er février 2003 dû à un dommage de son bouclier thermique et entraînant le décès de tout l'équipage de la navette, la NASA a équipé le SRMS de l'Orbiter Boom Sensor System (OBSS) qui permet d'inspecter l'extérieur de la navette spatiale et plus particulièrement son bouclier thermique.

L'OBSS se présente sous la forme d'une perche d'inspection de quinze mètres placée à l'extrémité du Bras canadien et surmonté de plusieurs équipements permettant de détecter d'éventuels défauts du bouclier thermique[12]. En cas de dommage sur ce dernier, une procédure de réparation pourrait être effectuée, si ce n'est pas possible, une seconde navette décollerait pour récupérer l'équipage.

Manipulator Foot Restraint[modifier | modifier le code]

Utilisation par Bruce McCandless lors de la mission STS-41B du Manipulator Foot Restraint

Le Manipulator Foot Restraint (MFR) est un support pour les astronautes lors de leurs sorties extravéhiculaires qui se fixe sur l'effecteur et leur offre une grande stabilité tout en étant mobile, sans qu'ils aient besoin de se préoccuper d'être attaché à la navette spatiale.

Les pieds des astronautes reposent sur une plaque d'aluminium fixés par deux attaches. Le MFR au complet, qui comprend la plaque et le système d'attache à l'effecteur, pèse 46 kg[13].

La première utilisation du MFR a été réalisée lors de la mission STS-41B par Robert L. Stewart. C'est durant cette mission qu'a également été testé pour la première fois le Manned Maneuvering Unit (MMU), qui est un siège autopropulsé permettant aux astronautes d'être totalement libres lors de leurs sorties extravéhiculaires[14].

Coûts[modifier | modifier le code]

Pour un investissement de 108 millions de dollars, qui a servi au développement, la conception et le test du premier Bras canadien, le gouvernement canadien a permis de générer avec le Canadarm 700 millions de dollars en vente à l'exportation, auquel s'ajoutent 20 millions de dollars chaque année pour la maintenance[9].

Références[modifier | modifier le code]

  1. Doetsch, Karl et Lindberg, Garry, Bras spatial canadien (Canadarm), The Canadian Encyclopaedia, consulté en ligne le 13 novembre 2012
  2. (fr) « Historique des vols du Bras canadien », Agence spatiale canadienne,‎ 8 novembre 2006 (consulté le 27 août 2007)
  3. (fr) « Répondre à de nouveaux besoins », Agence spatiale canadienne,‎ 8 novembre 2006 (consulté le 27 août 2007)
  4. a, b et c (en) « NSTS 07700, Volume XIV, Appendix 8 - System Description and Design Data - Payload Deployment and Retrieval System », NASA (consulté le 6 septembre 2007)
  5. (en) « The Shuttle Remote Manipulator System -- The Canadarm », MacDonald Dettwiler Space and Advanced Robotics Ltd (consulté le 3 septembre 2007)
  6. Trois images : une montrant l'intérieur de l'effecteur avec les trois câbles desserrés, une autre avec les trois câbles resserrer et un gros plan sur le collet
  7. a et b (en) « NSTS 1988 News Reference Manual - Payload Deployment Aand Retrieval System », NASA (consulté le 3 septembre 2007)
  8. a, b, c et d (fr) « La structure du Canadarm », Agence spatiale canadienne,‎ 8 novembre 2006 (consulté le 27 août 2007)
  9. a, b et c (fr) « La naissance d'une légende », Agence spatiale canadienne,‎ 8 novembre 2006 (consulté le 27 août 2007)
  10. (en) « Comment fonctionne le bras canadien? », Radio-Canada,‎ 26 mai 1996 (consulté le 3 septembre 2007)
  11. (en) « Remote Manipulator System », NASA (consulté le 29 août 2007)
  12. (fr) « Perche d'inspection conçue par MDA : un des outils essentiels à la reprise des vols », Agence spatiale canadienne,‎ 13 juin 2006 (consulté le 27 août 2007)
  13. (en) « Man-Systems Integration Standards - Volume 1 - Manipulator Foot Restraint »,‎ juillet 1995 (consulté le 8 septembre 2007)
  14. (en) « Space Shuttle Mission STS-41N - Press Kit »,‎ janvier 1984 (consulté le 8 septembre 2007)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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