Canadarm (bras spatial canadien)

Un article de la La Mémoire du Québec (2022).

• Le Canadarm ou bras canadien ou bras spatial canadien1 (anciennement le Shuttle Remote Manipulator System, SRMS) est un bras manipulateur mécanique conçu par le Canada et attaché à la navette spatiale américaine.
  

Il sert essentiellement à manipuler des charges utiles pour les extraire de la baie de stockage de la navette 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 et jusqu'en 2011, toutes les missions prévoient une inspection du bouclier thermique.

Histoire

( article publié par Wikipedia, l'encyclopédie libre 2024)
C'est à la suite du développement par la société DSMA Atcon d'un robot chargeant le combustible nucléaire au coeur des réacteurs que la NASA est attirée par l'expertise canadienne dans la mise au point de robot. Un groupe d'industriels est formé et une proposition est communiquée à la NASA à la suite de son désir de disposer d'un bras robotique à bord de la navette spatiale alors en pleine conception.
Le projet est 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 débute la conception du bras canadien. L'année suivante, l'entreprise Spar Aerospace est retenue comme sous-traitant principal du CNRC.
Livré à la NASA en avril 1981, le bras canadien est utilisé pour la première fois dès la seconde mission de la navette spatiale Columbia (STS-2) qui décolle le 13 novembre 1981. Quatre autres bras sont par la suite 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 canadien2.
Depuis sa première mise en service en 1981, le Canadarm est l'objet de plusieurs modifications, permettant notamment d'avoir un contrôle plus précis du bras dans certaines conditions comme à basse vitesse3.
Le bras est commandé par Jean-François Clervoy lors des missions STS-66, STS-84 et STS-103 (réparation du télescope spatial Hubble)4.
Le Canadarm 2, le bras manipulateur de la Station spatiale internationale (ISS), est également conçu au Canada par les mêmes entreprises que le Canadarm. Pour cette raison le bras manipulateur de l'ISS est surnommé Canadarm 2 (Bras canadien 2) et pour la navette spatiale Canadarm 1.

Description:

Le Canadarm 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 du bras 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 Canadarm et divers dispositifs d'attaches du Canadarm et de la charge utile.

Canadarm:

Le Canadarm fait 15,32 m de long et est divisé en trois segments plus ou moins calqués sur le bras humain5 :

	¥	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 Canadarm, long de 1,88 m.

Les segments sont reliés entre eux par un système d'engrenages 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 Canadarm.

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. 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. Une fois la charge utile capturée, il est nécessaire de la tenir fermement pour qu'elle ne bouge plus par rapport au Canadarm.
Cette rigidité 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.
Un effecteur spécifique à une charge utile, conçu par le fabricant de cette dernière, peut également remplacer l'effecteur standard.
Le bras pèse 410 kilogrammes et le système au complet 450 kilogrammes. Bien qu'il soit capable de déplacer des charges pesant 266 tonnes en impesanteur, il est incapable de déplacer son propre poids lorsqu'il est sur terre. Pour réaliser les tests et l'entraînement des astronautes, une salle spéciale ainsi qu'un simulateur informatique sont développés10. En charge, sa vitesse de déplacement est de six centimètres par seconde alors que libre, il va dix fois plus vite9.
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 Canadarm d'éventuels coups qu'il peut recevoir. À cela s'ajoute un revêtement isotherme qui lui donne sa couleur blanche. Ce revêtement protège aussi le Canadarm 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 et lui permet ainsi de rester entre des températures oscillant entre 20 ·C et 70 ·C11.
La navette spatiale est conçue de manière à pouvoir recevoir deux Canadarm, qui sont 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 peut 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.

Impesanteur :

L'impesanteur est l'absence de sensation de poids. C'est un état atteint par un corps lorsque les forces de gravité n'ont aucune influence perceptible sur ce corps.
L'Académie française recommande l'usage de ce terme plutôt que celui d'apesanteur, pour éviter la confusion orale entre « l'apesanteur » et « la pesanteur », qui se prononcent exactement pareil. Ces termes sont homophones.
L'impesanteur n'est pas l'absence de gravité : comme la force de gravité a une portée infinie, un caillou attire théoriquement un autre caillou à des milliards d'années-lumière de distance ; l'Univers est « rempli » de gravité et donc l'absence de gravité n'existe pas. En revanche, il est possible de ne pas ressentir les effets de la gravité, c'est-à-dire le poids. Sur Terre, les effets ressentis du poids sont la réaction du sol (qui empêche que l'on s'y enfonce) et les frottements lorsque l'on tombe (dans l'air ou dans l'eau en général). Dans des cas où l'on ne ressent plus ni la réaction du support, ni les frottements, on a donc l'impression de ne plus avoir de poids et l'on se trouve alors en état d'impesanteur.
Exemples
Sur Terre
C'est le cas dans un avion ou un ascenseur qui, en « tombant » droit vers le sol, ont la même accélération que celle de la pesanteur : non seulement on n'y sent plus la réaction du sol (il « tombe » exactement en même temps que nous) mais en plus, comme on se trouve dans un espace clos, on ne sent pas de frottement d'air Ñ à la différence, par exemple, d'un saut en parachute.
Dans l'espace:
L'impesanteur est également ressentie dans l'espace, où il n'y a pas de frottement. À mi-chemin entre la Terre et la Lune, la gravité due à la Terre et à la Lune est environ 914 fois moins intense qu'à la surface de la Terre et 150 fois moins intense qu'à celle de la Lune, où elle est pourtant faible ; la gravité due au Soleil est deux fois moindre ; par conséquent, à cet endroit de l'espace, on ne ressent pratiquement pas d'attraction gravitationnelle et l'on se trouve donc en impesanteur. Comme les astronefs, cependant, se déplacent, leur accélération joue le rôle de champ de pesanteur « local » et permet de s'y déplacer en marchant (mais il faut qu'ils accélèrent, pas qu'ils aillent à vitesse constante).

Commandes:

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 Canadarm 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 Canadarm sont contrôlés par l'opérateur à la fois à travers ces hublots, mais aussi à l'aide de diverses caméras disposées sur le Canadarm. À ce titre, généralement deux astronautes assurent les mouvements du Canadarm, un qui manipule les commandes et un autre qui surveille les images fournies par les caméras.

Il existe deux modes de fonctionnement:

	¥	Un mode semi-automatique où les mouvements réalisés sont en partie calculés par l'ordinateur du Canadarm.
	¥	Un mode manuel où tous les engrenages du Canadarm peuvent être contrôlés manuellement et cela indépendamment les uns des autres.