Canadarm (bras spatial canadien)

Caractéristiques

Le bras spatial canadien peut être considéré comme un bras humain de 15 mètres de long doté d’un poignet, d’un coude et d’une épaule. Chacune de ces trois articulations comprend une jointure « à un degré de liberté ». Le degré de liberté est un réducteur à moteur qui permet au Canadarm de se plier et de tourner avec plus de flexibilité même qu’un bras humain.

Une télécaméra montée sur le poignet du bras robotique, ainsi qu’une deuxième caméra optionnelle sur le coude, servent d’« yeux » au Canadarm, tandis qu’un des cinq ordinateurs de bord de la navette agissent comme son « cerveau ». Les télécaméras font partie du système de télévision en circuit fermé de la navette et fournissent des repères visuels 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 Canadarm pèse 410 kilogrammes et ne peut supporter son propre poids sous l’effet de la gravité terrestre. C’est pourquoi les ingénieurs ont construit une installation de simulateur informatique, semblable à un jeu vidéo, pour le tester et former les astronautes à son utilisation. Ce simulateur, appelé SIMFAC, a permis de vérifier le fonctionnement du Canadarm avant son premier vol.

Le Canadarm 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 ces charges dans n’importe quelle position, à cinq centimètres près de la cible souhaitée.

Pour que le Canadarm réponde aux exigences en matière de résistance, les ingénieurs utilisent les matériaux les plus récents développés pour l’industrie aérospatiale, dont le titane, l’acier inoxydable et le graphite époxyde à très haut module. L’environnement hostile nécessite une attention particulière à la conception thermique et à la lubrification. Le bras est entièrement recouvert d’une isolation multicouche composée de 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 Canadarm est 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 Canadarm dans l’espace

Le Canadarm s’envole pour la première fois à bord de la navette spatiale Columbia le 13 novembre 1981. Columbia est la deuxième mission spatiale de la NASA (également connue sous le nom STS‑2).

Le bras fonctionne bien et il dépasse tous les objectifs de conception. Entre 1981 et son dernier vol en 2011, il participe à 90 missions. En plus de Columbia, son historique de vol comprend des missions avec toutes les autres navettes spatiales de la NASA, soit Challenger, Discovery, Atlantis et Endeavour.

Les tâches les plus connues réalisées par le Canadarm 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, l’enlèvement d’une accumulation de glace bloquant un conduit d’évacuation des déchets de la navette, et la participation à la construction de la Station spatiale internationale.

Canadarm 2

La nouvelle génération du Canadarm est le Canadarm2, le télémanipulateur de la Station spatiale (SSRMS), une version plus grande et plus intelligente de l’original. Canadarm 2 est lancé à bord de la mission STS-100 en avril 2001. Il mesure 17 m de long lorsqu’il est complètement déployé et il possède sept articulations. Il joue un rôle important dans la construction de la Station spatiale internationale et il demeure dans la station 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. Il est équipé d’un effecteur de verrouillage qui lui permet de se fixer à des ports complémentaires situés à l’extérieur de la station.

La base mobile (MBS) est une plateforme de travail qui se déplace sur le long des rails qui parcourent toute la longueur de la structure de la station. Elle fournit une mobilité latérale à Canadarm2 et elle est ajoutée à la station pendant la mission STS-111 en juin 2002. Lorsque les deux Canadarms sont en service, ils sont parfois utilisés en tandem, un processus que les médias surnomment « Canadian handshake » (poignée de main canadienne).

Dextre

Le 16 mars 2008, le manipulateur agile spécialisé Dextre est ajouté à la station spatiale. Dextre est construit à l’aide de la même technologie que Canadarm, et par la même compagnie, soit MacDonald, Dettwiler and Associates. Il s’agit essentiellement d’un robot bricoleur qui accomplit une variété de tâches à l’extérieur de la station orbitale, y compris plusieurs des travaux routiniers effectués par des astronautes lors de sorties spatiales risquées. Il peut être déplacé à partir de l’extrémité de Canadarm2 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 toutes les directions. Il est équipé de pinces, ou « mains », qui fonctionnent comme les composants d’un canif. Chaque pince est munie de capteurs qui lui confèrent une sensation de toucher semblable à celle des humains, ainsi que 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 effectue des expériences.

Canadarm 3

Le Canadarm3 est la troisième génération du Canadarm. Conçu et construit par MDA SPACE (anciennement MacDonald, Dettwiler and Associates), il constitue la contribution canadienne à la station spatiale Gateway de la NASA en orbite lunaire. Ce système robotique hautement autonome sera lancé au plus tôt en 2029. (Voir aussi Intelligence artificielle.)

Legs

Les retombées industrielles axées sur l’exportation découlant du développement du Canadarm 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 Canadarm permet au Canada de se positionner comme un acteur clé dans les domaines de la haute technologie que sont les systèmes de manipulation avancés et la robotique.

En 2017 Postes Canada met le Canadarm à l’honneur sur un nouveau timbre, affirmant que « ce timbre commémore les réalisations du Canada dans les domaines de l’espace, des sciences, de la technologie et de l’innovation ». L’importance du Canadarm est également reconnue par le gouvernement fédéral en 2025. Dans le cadre du Programme national de commémoration historique de Parcs Canada, le déploiement du Canadarm dans l’espace est désigné comme étant un événement historique national.