Bras spatial canadien (Canadarm)

Le bras spatial canadien, ou Canadarm, est le bras manipulateur de la navette spatiale de la NASA.

Canadarm
Le Canadarm2 après son installation sur la Station spatiale internationale; par l'astronaute de l'ASC Chris Hadfield et l'équipage de STS-100/6A (avec la permission de l' Agence spatiale canadienne).
Hadfield, Chris
L'astronaute de l'Agence spatiale canadienne Chris Hadfield manoeuvre le Canadarm durant la mission STS-74.

Le bras spatial canadien, ou Canadarm, est le bras manipulateur de la navette spatiale de la Nasa. Pendant ses 30 ans dans le programme de la navette, il a servi à déployer, à récupérer et à réparer des satellites, à positionner des astronautes, à entretenir des équipements et à déplacer du fret. Mis hors service en juillet 2011 (après la dernière mission de la navette spatiale), le bras spatial canadien laisse un important héritage : la réputation du Canada comme chef de file de l’innovation technologique et une série d’autres robots canadiens utilisés à bord de la Station spatiale internationale, dont Canadarm 2.

Caractéristiques

Le bras spatial canadien peut être assimilé à un bras humain de 15 mètres de long doté d’un poignet, d’un coude et d’une épaule. Chacune de ces trois articulations est dite « à un degré de liberté (DDL) », c’est‑à‑dire qu’elle est munie d’une boîte de vitesse motorisée qui permet au bras de fléchir et de tourner avec plus de flexibilité même qu'un bras humain.

Une télécaméra montée sur le poignet du bras manipulateur et une deuxième caméra optionnelle au coude lui servent d'« yeux », tandis qu’un des cinq ordinateurs de bord de la navette agissent comme son « cerveau ». Les caméras font partie du système de télévision en circuit fermé de la navette et fournissent des informations visuelles à l’astronaute qui le commande de l’intérieur. Ce poste de commande comprend des contrôleurs de la main, des tableaux d'affichage et de commande, ainsi qu'un module d'interface pour le traitement des signaux.

Le bras spatial pèse 410 kilogrammes et ne peut supporter son propre poids sous l’effet de la gravité terrestre. C’est pourquoi les ingénieurs ont construit un simulateur informatique, semblable à un jeu vidéo, pour le tester et former les astronautes. Ce simulateur, appelé SIMFAC, a permis de vérifier le fonctionnement du bras manipulateur avant sa première mission.

Le bras peut soulever plus de 30 000 kilogrammes sur Terre et jusqu’à 266 000 kilogrammes en apesanteur, à des vitesses pouvant atteindre 60 centimètres par seconde (selon la masse de la charge utile). Il peut placer de telles charges dans n’importe quelle position, à cinq centimètres près de la cible.

Pour que le bras ait la force voulue, les ingénieurs ont utilisé les matériaux les plus récents développés pour l’industrie aérospatiale, dont le titane, l’acier inoxydable et le graphite époxyde à très haut module. La conception thermique et la lubrification devaient être particulièrement soignées en raison de la rudesse de l'environnement. Le bras est entièrement recouvert d'un isolant multicouche, consistant en des couches alternées de kapton formé, de canevas de Dacron et d'une couche extérieure de revêtement bêta (fibre de verre). Dans des conditions de froid extrême, des radiateurs électriques commandés par des thermostats protègent les dispositifs électroniques vitaux.

Développement

Le programme de développement de 110 millions de dollars du bras spatial a été mis en œuvre en grande partie par l’industrie canadienne, sous la direction du Conseil national de recherches du Canada. L'équipe industrielle, dirigée par Spar Aérospatiale Limitée, comprend CAE Électronique Ltée et DSMA Atcon Ltd. (MacDonald Dettwiler a racheté la division de robotique spatiale de Spar Aérospatiale en 1999.) Le bras spatial est cédé à la NASA en février 1981 à l'usine Spar de Toronto où il a été construit. Après son transport méticuleux par camion jusqu'au Kennedy Space Center, il intègre la navette spatiale Columbia en juin de cette même année.

Le bras canadien dans l'espace

Le bras s'est envolé pour la première fois à bord de la navette spatiale Columbia le 13 novembre 1981. Columbia est la deuxième navette spatiale de la NASA (STS‑2).

Le bras s’avère fonctionner mieux que ses objectifs de conception ne le laissaient présager. Entre 1981 et son dernier vol en 2011, il participe à 90 missions et est utilisé dans les quatre autres navettes spatiales de la NASA après Columbia (Challenger, Discovery, Atlantis et Endeavour).

Les missions les plus connues réalisées par le bras spatial canadien sont la récupération, la réparation et le déploiement de plusieurs satellites, y compris des missions pour le télescope spatial Hubble, l'arrimage de la navette à la station spatiale russe Mir et l'enlèvement d'une accumulation de glace qui bloquait un conduit d'évacuation des déchets de la navette. À cela s'ajoute son rôle dans la construction de la Station spatiale internationale.

Canadarm 2

La nouvelle génération du bras spatial canadien, Canadarm 2, le télémanipulateur de la Station spatiale (SSRMS), est une version plus longue et plus intelligente du bras spatial canadien. Canadarm 2 s'est envolé avec la mission STS-100 en avril 2001. Il mesure 17 m de long lorsqu'il est complètement déployé et possède 7 articulations. Il a joué un grand rôle dans la construction de la Station spatiale internationale et il y demeure pour effectuer des travaux d'entretien, déplacer de l'équipement et du matériel, aider les astronautes qui travaillent dans l'espace et manœuvrer des charges utiles fixées à la station spatiale. Son dispositif de verrouillage lui sert à saisir des points d'ancrage sur la paroi extérieure de la station.

La base mobile (MBS) est une plateforme de travail montée sur rails qui se déplace le long de la structure de la station. Elle fournit une mobilité latérale à Canadarm 2 et est installée sur la station pendant la mission STS-111 en juin 2002. Quand les deux bras manipulateurs canadiens sont en service, on les utilise parfois en tandem, ce que les médias appellent la « poignée de main canadienne ».

Dextre

Le 16 mars 2008, le manipulateur agile spécialisé Dextre est installé à la station spatiale. Il est construit selon la même technologie que le bras spatial, et par la même société, MacDonald, Dettwiler and Associates. Il s’agit essentiellement d’un robot bricoleur qui accomplit diverses tâches à l'extérieur de la station orbitale, y compris plusieurs des travaux courants effectués par des astronautes lors de sorties spatiales dangereuses. Il se déplace à partir de l'extrémité de Canadarm 2 ou sur la MBS. Dextre a deux bras qui mesurent plus de trois mètres de longueur. Chaque bras est doté de sept articulations qui sont capables de bouger dans tous les sens. Il a des préhenseurs, ou « mains », qui fonctionnent comme les composants d'un canif. Chaque préhenseur est muni de capteurs qui donnent une sensation de toucher s'apparentant à celle des humains, d'outils rétractables, d'une caméra, de projecteurs et d'une prise ombilicale rétractable qui fournit du courant et des connexions pour les données lorsque le robot manipule de l'équipement électronique ou mène des expériences.

Héritage

Orientées vers l'exportation, les retombées industrielles du bras spatial comprennent la vente et l'entretien de quatre systèmes Canadarm à la NASA (le cinquième lui ayant été offert), la vente de composants robotiques au Japon et à l'Europe, la vente de simulateurs et le développement de systèmes robotiques pour l'industrie nucléaire. Le bras spatial a fait naître au Canada un potentiel industriel de haute technologie dans le domaine des systèmes de télémanipulation perfectionnés et de la robotique.