La nouvelle génération de Canadarm

Ensemble de technologies robotiques conçues pour repousser les frontières de l'exploration spatiale

Le projet de Nouvelle génération de Canadarm

Le projet de Nouvelle génération de Canadarm (NGC) met en vitrine une technologie robotique canadienne unique en son genre ainsi que des logiciels connexes conçus dans le but d'appuyer les futures missions spatiales et de réparer et de ravitailler les satellites en orbite autour de la Terre. (Source : Agence spatiale canadienne)

Alors que les pays du monde entier repoussent les frontières de l'exploration spatiale en visant des cibles telles que la Lune ou Mars, le Canada planche sur la mise au point de technologies robotiques qui seront essentielles aux futures missions d'exploration (qu'il s'agisse de télescopes spatiaux ou même de véhicules capables d'assurer le transport d'humains au-delà de l'orbite terrestre). Les nombreux satellites qui évoluent en orbite circumterrestre et qui nous fournissent des services au quotidien (par exemple, des services de météorologie et de télécommunications) pourraient eux aussi avoir besoin d'un soutien robotique pour leur réparation ou leur ravitaillement.

Depuis plus de trois décennies, grâce à l'exploitation de l'emblématique Canadarm de la navette spatiale américaine et du Canadarm2 et de Dextre de la Station spatiale internationale (ISS), le Canada s'est forgé une réputation d'excellence enviable dans le domaine de la robotique spatiale de pointe. Tirant profit de cet héritage, la nouvelle génération de Canadarm (NGC) constituera la prochaine grande avancée du Canada dans le domaine de la technologie robotique.

Mosaïque de l'installation NGC

L'installation NGC (Nouvelle génération de Canadarm) propose une trousse de systèmes robotiques capables d'appuyer aussi bien des missions en orbite basse que des missions dans l'espace lointain. Ces systèmes pourront réaliser une multitude de tâches allant de la réparation de satellites de télécommunications jusqu'au soutien des missions d'exploration habitées à destination de la Lune, d'astéroïdes ou d'autres cibles spatiales. (Source : Agence spatiale canadienne)

Fabriqué pour l'Agence spatiale canadienne (ASC)  dans le cadre d'un contrat accordé à la firme MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd. (MDA), la NGC comprend quatre prototypes de manipulateurs robotiques polyvalents de pointe ainsi qu'une station de contrôle de mission. Ces éléments sont les suivants :

  • Un bras robotique de 15 mètres de long conçu spécifiquement pour être installé à bord des engins spatiaux de demain dont les dimensions seront plus modestes que celles de la navette spatiale.
  • Un bras robotique plus petit, d'une longueur de 2,5 mètres et pourvu de sa propre trousse d'outils perfectionnés, qui servira à réparer les satellites en orbite.
  • Un banc d'essai pour les opérations de proximité permettant aux ingénieurs de simuler l'amarrage de deux engins spatiaux en vue d'activités en contact étroit.
  • Un dispositif d'amarrage de satellites permettant de mettre à l'épreuve les étapes nécessaires pour amarrer deux engins spatiaux.
  • Une station d'exploitation de mission permettant de contrôler à distance tous les systèmes de la NGC.

Grand Canadarm de nouvelle génération

Photo d'un Grand Canadarm

Le Grand Canadarm de nouvelle génération sera un bras robotique de 15 mètres de long capable de se replier sur lui-même. Il pourra être installé à bord des engins spatiaux plus petits de demain. (Source : Agence spatiale canadienne)

Ce prototype de bras robotique, qui est le plus imposant des cinq éléments de l'installation NGC, a la même portée de 15 mètres que le Canadarm2, mais il est beaucoup plus léger et compact que ce dernier afin de pouvoir être installé dans les engins spatiaux de prochaine génération. Les sections rétractables et télescopiques du bras permettent de replier et de ranger ce dernier dans un espace de moins de 5 m3 - soit plus ou moins le volume d'une mini-fourgonnette, ce qui le rend compatible avec la plupart des nouveaux véhicules spatiaux. Doté de six degrés de liberté, le bras souple pourra simuler des tâches exigeantes comme la saisie et l'amarrage d'engins spatiaux imposants en vue d'opérations de ravitaillement. Le bras intégrera des matériaux et des logiciels de pointe et sera doté de capacités opérationnelles.

Petit Canadarm de nouvelle génération

Photo d'un Petit Canadarm

Le Petit Canadarm de nouvelle génération, qui est en quelque sorte un « cousin » de Dextre, sera doté de sa propre trousse d'outils perfectionnés, et il sera conçu pour réparer des satellites dans l'espace. (Source : Agence spatiale canadienne)

Photo de Chris Hadfield observant un Petit Canadarm

L'astronaute canadien Chris Hadfield observe le système robotique dans le cadre d'une démonstration du prototype du Petit Canadarm de nouvelle génération, lors d'une visite dans les installations de MDA, l'entrepreneur principal de la NGC, à Brampton, en Ontario (septembre 2012). (Source : Agence spatiale canadienne)

D'une portée de 2,58 mètres, ce prototype de bras robotique plus petit met à profit les capacités de Dextre, le robot bricoleur canadien de l'ISS. Le banc d'essai du Petit Canadarm de nouvelle génération est un robot agile, léger et de plus petites dimensions doté d'éléments électroniques, de logiciels et de systèmes de commande de pointe autorisant le ravitaillement en carburant des satellites en orbite et la réparation ou le remplacement de composantes défectueuses.

À l'aide de ses outils spécialisés, ce robot pourra exécuter toute une variété de tâches complexes, notamment l'enlèvement et l'installation d'éléments (unités remplaçables en orbite), le retrait des protections thermiques qui couvrent les satellites, le coupage de fils, l'ouverture et la fermeture du robinet de remplissage/de purge de carburant et le transfert du propergol entre le véhicule d'entretien et l'engin spatial d'un client. Le Petit Canadarm pourra être commandé manuellement ou automatiquement, et il pourra être transporté jusqu'à divers lieux de travail, un peu à l'instar de Dextre que l'on transporte à l'extrémité du Canadarm2.

Banc d'essai pour les opérations de proximité

Photo du banc d'essai

Le banc d'essai pour les opérations en proximité permet aussi aux ingénieurs de simuler le rapprochement de deux satellites en contact étroit. (Source : Agence spatiale canadienne)

Le banc d'essai est constitué de deux systèmes robotiques industriels qui simulent les opérations minutieuses qui interviennent lorsque l'on doit amener deux engins spatiaux en proximité rapprochée (c'est-à-dire, à quelques mètres seulement l'un de l'autre ). Le banc d'essai met à la disposition des ingénieurs des modèles de simulation réalistes d'engins spatiaux de taille réelle reproduisant des conditions d'éclairage et des angles de caméra réalistes.

Une fois les deux engins en proximité rapprochée, un bras robotique monté sur un véhicule spatial d'entretien pourrait saisir un satellite en détresse et l'amarrer en vue de réparations. Un opérateur pourrait également commander le véhicule d'entretien de sorte que ce dernier s'amarre avec l'engin spatial d'un client donné.

Système d'amarrage semi-automatique

Photo d'un système d'amarrage

Une partie du projet de la NGC porte sur le Système d'amarrage semi-automatique, une installation d'essai permettant de simuler les différentes étapes qui interviennent dans l'amarrage de deux véhicules spatiaux. (Source : Agence spatiale canadienne)

Lorsque deux engins spatiaux sont en proximité rapprochée, ce système prend le relais et exécute pour l'un des deux véhicules, une série d'opérations robotiques et ce, du contact initial jusqu'aux dernières étapes de la solidification. Les systèmes actuels d'amarrage dans l'espace sont commandés à distance par des opérateurs alors que ce banc d'essai est équipé de capteurs qui détectent automatiquement un amarrage réussi et déclenchent les mécanismes de solidification des deux engins.

Station d'exploitation des missions

Photo d'une opératrice

Une opératrice, installée à la station d'exploitation de mission, peut contrôler les divers éléments robotiques du système. (Source : Agence spatiale canadienne)

Les quatre éléments du projet sont orchestrés par une station d'exploitation des missions, c'est-à-dire un « centre de contrôle » miniature capable de planifier à distance une mission d'entretien, depuis les opérations de proximité jusqu'à l'amarrage et l'entretien proprement dit.

Les opérateurs postés à la station d'exploitation des missions peuvent effectuer des essais soit avec le véritable système ou encore au moyen de simulations informatiques afin de démontrer les capacités d'entretien de la NGC.

Le projet de NGC a été financé par le biais du Plan d'action économique du Canada.