La structure du Canadarm

Le Canadarm, ou télémanipulateur de la navette spatiale (SRMS), aujourd'hui hors service, était un système télécommandé de manipulation de charges utiles composé :

Articulations

Articulation du Canadarm. (Photo : MDA)

Articulation du Canadarm. Cet élément de base s'appelle une articulation à un degré de liberté
Photo : MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd. (MDA)

Chaque élément des sous-ensembles du SRMS (c.-à-d. l'épaule, le coude ou le poignet) était constitué d'un élément de base appelé articulation à un degré de liberté (DDL). Les articulations à un DDL sont simplement des boîtiers d'engrenages à moteur permettant à la structure du télémanipulateur de bouger à la manière du bras humain.

L'articulation de l'épaule du télémanipulateur avait une capacité de deux DDL, ce qui permettait au bras d'effectuer des mouvements de tangage (de haut en bas) et de lacet (de gauche à droite). L'articulation du coude avait un DDL, ce qui permettait à la partie inférieure du bras de se déplacer de haut en bas. Celle du poignet avait trois DDL, ce qui assurait à ce dernier des capacités de tangage, de lacet et de roulis (mouvement de rotation).

Le SRMS était encore plus articulé que le bras humain et pouvait effectuer des manœuvres très complexes. Les moteurs des articulations étaient munis de leurs propres systèmes de freinage et de contrôle de vitesse de mouvement. Chaque articulation était également équipée d'un encodeur qui servait à mesurer précisément l'angle d'ouverture des articulations. Ainsi, les articulations étaient indépendantes les unes des autres et pouvaient bouger à des vitesses différentes et dans des directions différentes.

Segments tubulaires

Des segments tubulaires reliaient les articulations de l'épaule, du coude et du poignet pour former les parties supérieure et inférieure du bras. Ceux-ci étaient fabriqués de matériaux composites en graphite-époxyde. Le segment supérieur mesurait environ 5 mètres de longueur et 33 cm de diamètre. Il était formé de 16 couches de composite graphite-époxyde (chaque couche étant d'une épaisseur de 0,013 cm) et pesait un peu moins de 23 kg. L'avant-bras mesurait 5,8 mètres de longueur et 33 cm de diamètre. Il était constitué de 11 couches de composite graphite-époxyde et pèse 22,7 kg. Chaque segment était protégé par un revêtement en Kevlar (le même matériau que celui utilisé pour la fabrication des gilets pare-balles) afin de prévenir les dommages éventuels (bosses et égratignures) à la fibre de carbone.

L'astronaute de l'ASC Chris Hadfield aux commandes du Canadarm dans le cadre de la mission STS-74.

L'astronaute de l'ASC Chris Hadfield aux commandes du Canadarm dans le cadre de la
mission STS-74.
Photo : NASA

Faisceau de câblage

Le faisceau de câblage fournissait l'électricité à toutes les articulations et à l'effecteur (main robotique) et transmettait également les données et les informations provenant de chacune d'entre elles. Le faisceau de câblage parcourait le SRMS, traversait la soute de la navette et terminait sa route dans le poste de commande de la navette spatiale. C'est de là que les astronautes pouvaient télécommander les mouvements du télémanipulateur.

Effecteur

Le Canadarm sans son revêtement protecteur blanc, sur le plancher d'une installation de Spar Aerospace à Weston, en Ontario.

Le Canadarm sans son revêtement protecteur blanc, sur le plancher d'une installation de Spar Aerospace à Weston, en Ontario.
Photo prise dans les années 1980

En guise de main, le Canadarm était doté à son extrémité d'un effecteur cylindrique qui permettait de saisir des charges utiles stationnaires ou autonomes grâce à un grand espace de capture et à un mécanisme capable d'amarrer les charges utiles en douceur et de les maintenir rigides.

Par exemple, lorsqu'il fallait extraire de la soute un élément de la Station spatiale internationale (ISS), comme un segment de 17 tonnes de la poutrelle intégrée comprenant une paire de panneaux solaires géants,  l'astronaute aux commandes du Canadarm devait d'abord positionner le bras robotique de sorte que le collet qui se trouvait à l'intérieur de l'effecteur puisse s'enrouler autour de la prise de métal fixé au segment de la poutrelle et le tirer vers lui jusqu'à ce qu'il vienne se coller parfaitement sur son rebord.

Caméras en circuit fermé

Un système de caméra en circuit fermé et de projecteurs installés sur le bras robotique et dans la soute de la navette transmettaient des images sur des écrans à l'intérieur de l'orbiteur afin d'appuyer les astronautes dans leurs tâches.

Système de commande du SRMS

Les mouvements du SRMS étaient commandés par l'ordinateur universel de la navette (GPC). Les contrôleurs manuels utilisés par les astronautes indiquaient à l'ordinateur ce que devait faire le télémanipulateur. Des logiciels intégrés examinaient les commandes entrées par les astronautes et effectuaient des calculs visant à déterminer quelle articulation devait bouger, dans quelle direction, à quelle vitesse et dans quel angle.

L'ordinateur envoyait les commandes aux articulations et examinait leur comportement toutes les 80 millisecondes. Tandis que l'ordinateur envoyait des commandes à chacune des  articulations, il observait le comportementde celles-ci toutes les 80 millisecondes. Tout changement apporté par un astronaute à la trajectoire initialement commandée était étudié par l'ordinateur et de nouvelles commandes actualisées étaient envoyées à chacune des articulations.

Le système de commande du bras de la navette surveillait en continu l'état de ce dernier toutes les 80 millisecondes. En cas de défaillance, l'ordinateur empêchait automatiquement le mouvement de toutes les articulations et avertissait l'astronaute. Le système de commande affichait également en continu le degré de rotation et la vitesse des articulations sur des moniteurs situés dans la cabine de pilotage de la navette.. À l'instar de tout système de commande, l'ordinateur pouvait être contourné, et l'astronaute pouvait alors commander chaque articulation individuellement depuis la cabine de pilotage.

Système de protection thermique

Un revêtement isotherme blanc ajusté et muni de radiateurs thermostatés permettait de maintenir le Canadarm à une température acceptable dans le vide spatial. Cette couche isolante protégeait le bras robotique contre la chaleur intense du Soleil ou le froid extrême, lorsqu'il se trouvait à l'ombre.

Système de protection thermique
Longueur 15,2 m (50 pi)
Diamètre 38 cm (15 po)
Poids sur Terre 410 kg (905 lb)
Vitesse de mouvement - déchargé : 60 cm / seconde
- chargé : 6 cm / seconde
Segments supérieur et inférieur Fibre de carbone
Articulation du poignet Trois degrés de liberté (tangage/lacet/roulis)
Articulation du coude Un degré de liberté (tangage)
Articulation de l'épaule Deux degrés de liberté (tangage/lacet)
Contrôleur manuel des mouvements de translation Commande les mouvements du bras vers la droite, le haut, l'avant, le bas et l'arrière
Contrôleur manuel des mouvements de rotation Commande les mouvements de tangage, de roulis et de lacet