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Qu’est-ce que le Canadarm2?

Le Canadarm2, aussi appelé télémanipulateur de la station spatiale ou SSRMS, fait partie du système d’entretien mobile (MSS), la contribution du Canada à la Station spatiale internationale. Cet outil indispensable (oui! oui! INDISPENSABLE!) à l’assemblage et à l’entretien de la station spatiale se compose du Canadarm2, un robot manipulateur, et de deux autres éléments principaux : la base de l’unité mobile d’entretien télécommandée (MBS) et le manipulateur agile spécialisé (SPDM), un plus petit robot à deux bras qui pourra accomplir des tâches délicates d’entretien de la station.

Le Canadarm2, qui a été installé sur la station spatiale par l’astronaute de l’Agence spatiale canadienne Chris Hadfield en avril 2001, sera dédié notamment à la manipulation de lourdes charges et il aidera à l’amarrage des navettes.

Le SPDM accomplira quant à lui des tâches plus délicates et aidera les astronautes lors de leurs sorties dans l’espace. Il pourra travailler aussi bien en solitaire que de concert avec le Canadarm2.

La MBS servira quant à elle à la fois de plateforme de travail et d’aire d’entreposage montée sur des rails le long de la structure de la station. Le Canadarm2 et le SPDM pourront aussi se fixer à la MBS pour se déplacer d’un bout à l’autre de la station spatiale, qui sera, une fois complétée, de la taille d’un terrain de football canadien. Imagine-toi en train de traverser un terrain de football : c’est très grand! Il faut bien faciliter la tâche au Canadarm2... Il travaille si fort!

Analyse bien le tableau qui suit. Tu y trouveras des renseignements fort intéressants au sujet du Canadarm2 et de ses acolytes, le SPDM et la MBS.

En plus de ces trois éléments principaux, le Canada fournit aussi des bornes électromécaniques auxquelles le Canadarm2 et le SPDM peuvent s’agripper pour se déplacer sur la station, le système canadien de vision spatiale et des installations de soutien et d’entraînement situées au siège social de l'Agence spatiale canadienne, à Longueuil, au Québec. C'est à cet endroit que doivent s’entraîner tous les astronautes et cosmonautes du monde entier qui sont appelés à manipuler le Canadarm2.

Grâce à sa contribution au projet de la Station spatiale internationale, le Canada aura accès à la station. Ainsi, des scientifiques canadiens pourront envoyer des expériences à bord pour profiter de l’environnement de microgravité. Un astronaute canadien pourra aussi aller travailler à bord de la station pour une période de trois à quatre mois tous les trois ans. Reste branché pour en apprendre plus sur ces missions à venir!

L’autre Canadien de la mission STS-100

Chris Hadfield n'était pas le seul représentant canadien à s’envoler dans l’espace. Une innovation technologique canadienne était également à bord! On l’appelle le Canadarm2.

Canadarm2 : La nouvelle génération de robotique spatiale

La technologie robotique. Un bras puissant avec une grande force de saisie. Les scientifiques canadiens avaient déjà démontré une certaine force en mettant au point et en construisant le Canadarm. Ils ont donc obtenu la possibilité de mettre au point la prochaine génération du bras robotisé, destiné à la Station spatiale internationale.

Le bras qu’ils ont créé est appelé Canadarm2 ou télémanipulateur de la station spatiale (SSRMS).

Le Canadarm2 est une des trois composantes du système d’entretien mobile (MSS) qui servira à assembler et à réparer la station spatiale durant les missions subséquentes. Éventuellement, le SSRMS aura une plateforme sur laquelle il se déplacera autour de la station spatiale. Cette plateforme est appelée base de l’unité d’entretien mobile télécommandée. Elle a été lancée dans l’espace au début de 2002. Le Canadarm2 sera complété par un bras robotisé à deux mains appelé le manipulateur agile spécialisé (SPDM), qui pourra effectuer des opérations très délicates. Le lancement du SPDM est prévu pour 2005.

Durant la mission STS-100, le Canadarm2 a travaillé en tandem avec le Canadarm. Ils se sont mutuellement échangés des charges utiles ou des marchandises.

Il existe quelques différences entre les deux bras. Tout d’abord, le SSRMS est plus flexible que le Canadarm, grâce à un plus grand nombre de jointures et a plus de facilité à se plier, à faire des rotations et à atteindre des endroits difficiles d’accès! Le SSRMS a sept jointures motorisées. Le poignet est un ensemble de trois jointures permettant des mouvements verticaux et latéraux et des mouvements rotatifs. Chaque jointure peut faire une rotation de 540^o; c’est un tour et demi sur elle-même! N’essaie pas d’en faire autant à la maison!

De plus, le Canadarm a une seule main libre, mieux connue sous le nom d’effecteur, pour saisir les objets, tandis que le Canadarm2 a deux effecteurs! L’un d’eux peut s’accrocher à une partie de la station spatiale qu’on appelle préhenseur-connecteur, pendant que l’autre est disponible pour saisir des objets. Si le bras de la station spatiale doit se déplacer d’un endroit à l’autre de la station, il le fait en se basculant. L'effecteur libre s’accroche à un préhenseur-connecteur, et l’autre se libère et passe au-dessus de l'effecteur accroché pour aller s’accrocher lui-même à un autre préhenseur-connecteur, et ainsi de suite. Seul le nombre de préhenseurs-connecteurs limite la capacité de déplacement du Canadarm2! Lorsqu’il se déplace, il ressemble à une chenille!

Animation sur le Canadarm2 (MPEG: 6,27 MB)

Physiquement, le bras de la station spatiale fait 17 mètres de long, alors que le Canadarm fait 15,2 mètres. Le Canadarm2 peut soulever jusqu’à 116 000 kg, alors que le Canadarm peut soulever 120 000 kg; c’est le poids de la navette spatiale!

Pour finir, contrairement au Canadarm, le bras de la station spatiale ne reviendra probablement jamais sur Terre. Il restera sur la station spatiale pour toute la durée de vie de la station.

Pendant que le Canadarm2 travaillera, il sera surveillé à partir de la Terre par le Centre de soutien aux opérations spatiales (SOSC) de l’ASC, au Québec. L’équipe de spécialistes en robotique au sol pourra dépanner les astronautes en cas de pépin technique. Ce centre de contrôle est directement relié au contrôle de mission de la NASA à Houston, pour que l’équipe puisse apporter son soutien à la résolution des problèmes qui pourraient se présenter.

Pourquoi tout ce boucan?

Qu’y a-t-il de si fantastique avec ce nouveau bras robotisé? Pourquoi le Canada a-t-il construit un nouveau bras alors que le précédent fonctionnait très bien? L’Agence spatiale canadienne (ASC) voulait atteindre deux objectifs en mettant au point un nouveau bras.

Le premier objectif était de développer son expertise en robotique. Après la construction du Canadarm, on a pu constater une augmentation des connaissances dans ce domaine technologique, qui a résulté en des technologies d’avant-garde.

De plus, on avait besoin d’un bras pour effectuer des réparations à l’extérieur de la station spatiale. La plupart des parties extérieures de la station peuvent être remplacées par des unités de remplacement sur orbite; des pièces de remplacement pour les unités usées ou défectueuses.

Le deuxième objectif était d’obtenir pour le Canada de l’espace pour effectuer de la recherche scientifique. Grâce à l’importante contribution canadienne à la station spatiale, le Canada peut installer son équipement scientifique sur des plateformes extérieures et sur une surface équivalant à 2,3 % des étagères scientifiques à l’intérieur de la partie non russe de la station. C’est l’équivalent d’une étagère complète par année pour toute la durée de la station spatiale! Cela signifie que des expériences canadiennes en microgravité et en sciences de la vie dans l’espace pourront être effectuées dans l’espace sur de longues durées, au lieu des courtes expériences effectuées lorsque la navette s’envole pour une mission.

Des expériences en biotechnologie, en génie, en observation de la Terre et en télécommunications pourront aussi être réalisées.

Les scientifiques, les astronautes et les ingénieurs canadiens seront parmi les premiers à profiter de la station spatiale!

Le système canadien de vision spatiale : les yeux du Canadarm2

Mis au point par Neptec Design Group, le Conseil national de recherches du Canada et par Steve MacLean, astronaute de l'Agence spatiale canadienne, le système canadien de vision spatiale est conçu pour améliorer la vision des astronautes dans l'espace.

Le système fonctionne à l’aide de simples caméras vidéo qui se situent sur le Canadarm de la navette, sur le Canadarm2 et sur la station spatiale. Ces caméras servent de détecteurs pour le système canadien de vision spatiale. Elles suivent les mouvements des points-cibles spéciaux situés sur l'objet à manipuler à distance. Lorsque l'objet bouge, le système canadien de vision spatiale suit le changement de position des points-cibles, calcule l'emplacement et l'orientation de l'objet, et présente l'information à l'opérateur du bras sous forme graphique et textuelle. L’ordinateur qui fait tous ces calculs et toutes ces opérations est de type Pentium et ressemble beaucoup à l’ordinateur à l'aide duquel tu visites ce site... Brillant!

Le Canada participera au positionnement d'environ 600 cibles du système canadien de vision spatiale sur la Station spatiale internationale. Ces cibles sont essentielles pour améliorer le fonctionnement du système d'entretien mobile, la contribution canadienne à la Station spatiale internationale.

Le système de vision spatiale a été utilisé pour la première fois durant la mission STS-52 de Steve MacLean. Un modèle amélioré a ensuite été utilisé pendant la mission STS-74, la première mission de Chris Hadfield. Te souviens-tu en quelle année Chris est allé dans l’espace pour la première fois? Depuis la mission STS-74, en 1995 (voilà ta réponse!), le nouveau système canadien de vision spatiale a volé à bord de nombreuses missions. La première utilisation du système canadien de vision spatiale destinée à l'assemblage de la station spatiale a eu lieu durant la mission STS-88, au mois de décembre 1998.

Le Canadarm et le Canadarm2 : ce qui les distingue

Tout d’abord, voici un tableau dans lequel tu verras d’un coup d’oeil les différences entre le Canadarm de la navette et le Canadarm2 installé sur la Station spatiale internationale.

Bien sûr, tu remarqueras que le Canadarm2 est plus long, plus pesant et plus sophistiqué que le Canadarm. Mais qu’elles sont les différences moins « apparentes » entre le petit-fils et son grand-père? Tu veux en savoir plus? Examinons le tout plus en détail...

Tout d’abord, contrairement au Canadarm, le Canadarm2 n’est pas attaché de façon permanente à la station par une de ses extrémités comme l’est le Canadarm à la navette.

Chacune des « mains » du Canadarm2 possède un effecteur de verrouillage. Un quoi? Un effecteur de verrouillage! Aussi surnommé LEE, l’effecteur permet au Canadarm2 de s’ancrer à une borne électromécanique (un autre nom bizarre!) ou PDGF.

On peut illustrer le fonctionnement du LEE et du PDGF un peu comme celui d’une prise de courant et d’une fiche électrique. D’ailleurs, la borne électromécanique, comme le dit son nom, permet à l’électricité et aux données vidéo d’être relayées entre le Canadarm2 et le poste de travail robotisé de commande robotique située à l’intérieur de la station spatiale.

Des PDGF se trouvent un peu partout sur la station spatiale. Ainsi, le Canadarm2 peut se déplacer sur toute la surface de la station pour effectuer diverses tâches d’entretien. Tu veux en apprendre plus sur la façon dont le Canadarm2 se déplace? Clique ici!

Une autre différence très importante entre le Canadarm de la navette et le nouveau Canadarm2 concerne leurs degrés de liberté ou de mouvement. Consulte l’encadré pour comprendre ce qu’est un degré de liberté.

 

Alors que le Canadarm original possède six degrés de liberté (trois au poignet, un au coude et deux à l’épaule), le Canadarm2 en possède sept (trois au poignet et à l’épaule, et un au coude). Le Canadarm2 est donc beaucoup plus flexible que son prédecesseur. Cette meilleure flexibilité s’explique surtout par le fait que les joints du Canadarm2 ne sont pas linéaires comme ceux du Canadarm. Demande à ton enseignant ou à ton enseignante de te montrer la différence entre les joints linéaires du Canadarm et ceux non linéaires du Canadarm2. Peux-tu énumérer les avantages et les inconvénients de chacun?

Tu n’es toujours pas convaincu que le Canadarm2 est plus flexible? Regarde bien cette animation (MPEG) démontrant bien la flexibilité du robot manipulateur de la station.

Es-tu convaincu maintenant?

Tel que mentionné dans le tableau ci-dessus, une autre différence très importante entre les deux bras robotiques est la façon dont leur entretien se fera. Alors que le Canadarm revient sur Terre après chaque mission de la navette, qui dure en moyenne entre huit et dix-huit jours, le Canadarm2 risque de ne jamais plus revenir sur la planète. L'entretien et les réparations qui pourraient s’avérer nécessaires devront donc se faire en orbite par les astronautes d’abord et, plus tard, par le Canadarm2 lui-même qui pourra s’autoréparer.

As-tu une idée de comment l’entretien du Canadarm2 s’effectuera? Non? La plus grande partie de l’équipement utilisé à l’extérieur de la station, y compris le Canadarm2, sera constitué d’unités remplaçables en orbite (ORU). Les ORU sont des unités autonomes qui sont remplacées quand elles s’usent ou subissent une défaillance. Un peu comme lorsqu’on fait une crevaison et qu’on change le pneu sur le bord de la route sauf que les ORU sont remplacées pendant que la station orbite... à 27 000 km/h!

Lancer et installer un géant de la robotique en orbite... Quel travail!

Les ingénieurs qui ont travaillé à la conception et à la construction du Canadarm2 ont dû relever de nombreux défis tout au long du projet. Un défi particulièrement intéressant a toutefois été la question du lancement du nouveau bras robotique. Tu dois sûrement te demander pourquoi ils ne l'ont pas tout simplement mis dans la navette pour le livrer à la Station spatiale internationale? Eh bien! Le Canadarm2 devait pouvoir résister à l’incroyable force qui s’exerçait sur lui durant le lancement. Plus gros (il était trop long de toute façon pour rentrer dans la soute de la navette) et plus lourd que le Canadarm (il a une masse de 1640 kg comparativement à 400 kg pour le Canadarm), le Canadarm2 a été soumis à une plus grande charge que son prédécesseur pendant l’ascension de huit minutes et demie en orbite.

La préparation au lancement

Contrairement au Canadarm, qui est fixé sur toute sa longueur à la paroi de la soute de la navette, le Canadarm2 a dû être replié et installé sur une palette en « U »  occupant toute la largeur de la soute. Cette palette ressemblait en fait à un berceau. Cette façon de faire n’a pu être déterminée qu’après un processus de conception très complexe.

La longue préparation du Canadarm2 pour son lancement a débuté lorsque celui-ci a été livré au Centre spatial Kennedy (KSC) de la NASA en mai 1999. Il avait alors été testé dans la plus grande piscine du monde, le Neutral Buoyancy Laboratory. Auparavant, le Canadarm2 avait déjà été testé et retesté au Laboratoire David Florida de l’Agence spatiale canadienne pour s’assurer qu’il fonctionnerait bien une fois en orbite malgré toutes les vibrations du lancement. Imagines-tu devoir subir autant de tests?

Donc, une fois rendu au KSC, le Canadarm2 a été replié selon sa configuration de lancement finale et installé dans son berceau. C’était au mois d’août 2000. Le Canadarm2 a ensuite attendu patiemment d’être placé dans la soute de la navette Endeavour pour son lancement le 19 avril 2001. Jette un coup d'œil à la photo ci-dessus!

L’installation

L’astronaute de l’Agence spatiale canadienne Chris Hadfield a joué un rôle majeur dans l’installation du Canadarm2 sur la station. D’ailleurs, au cours de ce processus, Chris est devenu le premier Canadien à effectuer une sortie spatiale. Wow!

Le quatrième jour de la mission, Chris et son collègue américain Scott Parazynski ont attendu dans le sas de la navette vêtus de leur combinaison spatiale tandis qu’un de leurs coéquipiers saisissait, à l’aide du Canadarm de la navette, le berceau transportant le Canadarm2 et une antenne de communication UHF. Le berceau a ensuite été délicatement poussé vers une grosse pince à mâchoires verrouillables sur le laboratoire américain Destiny.

Une fois le berceau bien fixé à Destiny, Chris et Scott sont sortis dans l’espace et se sont immédiatement mis au travail. Pas question de flâner et de contempler la Terre! (Savais-tu que ce que les astronautes préfèrent, quand ils ont quelques minutes de temps libre, c’est regarder la Terre? Il paraît que la vue est superbe!) Chris a d’abord fixé un « cale-pied » sur le Canadarm; les astronautes pourront y insérer leurs pieds pour se déplacer à l’aide du bras de la navette, un peu à la manière de la nacelle d’un camion de pompier.

Ensuite, Chris et Scott se sont hissés au haut de Destiny et ont préparé les câbles qui ont servi à fixer temporairement le Canadarm2 à la station par l’entremise du berceau. Ces câbles ont fourni les 120 volts d’électricité nécessaires pour tenir le matériel électronique du bras spatial au chaud dans le froid extrême de l’espace (ton réfrigérateur, ton sèche-cheveux et ta chaîne stéréo sont des exemples d'appareils qui fonctionnent avec 120 volts d'électricité). Ces câbles ont aussi assuré une liaison vidéo numérique qui a permis aux astronautes à bord de la station de commander le Canadarm2 à partir de la station de travail robotisée qui a été livrée et installée en mars 2001.

Pendant que le Canadarm2 se réchauffait, Chris a glissé ses pieds dans le cale-pied au bout du Canadarm pour installer une antenne de communication UHF sous Destiny, puis il est revenu près du Canadarm2.

Installés sur le Canadarm, Chris et Scott ont ensuite dû enlever les huit couvertures thermiques recouvrant le Canadarm2. Ces couvertures avaient pour fonction de protéger les ordinateurs et les caméras du Canadarm2 contre le froid de l’espace.

Par la suite, Chris et Scott ont dévissé les huit « superboulons » d’un mètre de long qui retenaient le Canadarm2 dans son berceau. Après une série de manœuvres complexes pour en soulever les segments, le Canadarm2 a été déployé et les « marcheurs de l’espace » sont retournés dans la navette. Même s’ils méritaient un bon repos après avoir travaillé aussi dur, la journée était loin d’être finie!

L’équipage de la station a donné au Canadarm2 sa première commande qui consistait à se relever de 90 degrés, prêt à descendre de son berceau pour faire ses premiers pas... Il s’agit du premier test auquel a été soumis le Canadarm2 pour vérifier que tous ses systèmes fonctionnaient en douceur. Le bras s'est par le fait même placé dans la position voulue pour lui permettre d'effectuer ses premières opérations le jour suivant.

Le dixième jour de la mission, après plusieurs tests et essais, le Canadarm2 a agrippé son berceau et l'a donné au Canadarm afin qu'il le replace dans la soute de la navette. Cette opération a donné lieu à la première « poignée de main » canadienne dans l’espace. À la fin du vol, le Canadarm2 avait effectué toutes ses opérations de base et était désormais prêt à jouer son rôle dans l’assemblage du reste de la station.

Segments, articulations, effecteurs et pince de préhension

Le Canadarm2 est formé de deux longs segments. Ces derniers ressemblent quelque peu à ton avant-bras et à sa partie supérieure. Chaque extrémité du bras robotique est équipée d’effecteurs de verrouillage, c’est-à-dire de câbles qui s’enroulent (très solidement) à la manière d’un nœud coulant autour des objets que doit soulever et manipuler le Canadarm2. Entre les deux segments du bras et à chaque extrémité de ce dernier se trouvent des articulations semblables à celle de ton coude. Ces sept articulations, capables de s’ouvrir à un angle de 240º, permettent au Canadarm2 d’atteindre des sections de la station spatiale difficiles d’accès. Utilise un rapporteur d’angles et trace un angle de 240º pour voir à quel point le Canadarm2 est agile.

De branche... en borne...

Imagine-toi dans un parc d’amusement. Tu tentes de te rendre de l’autre côté des barres de suspension. Si tu t’élances vers l’avant, ta main gauche agrippant la première barre de suspension, ta main droite va se balancer vers l’avant pour agripper la deuxième barre de suspension. Tu continuerais ces mouvements jusqu’à ce que tu atteignes ta destination, soit l’autre extrémité des barres de suspension.

Tout comme toi, le Canadarm2 va s’étirer et agripper un point d’attache que l’on appelle une borne électromécanique (PDGF).

Cet élément qui ressemble à une punaise géante est primordial, car il fournit au Canadarm2 deux éléments essentiels : un endroit où se fixer et l’électricité nécessaire à son fonctionnement.

Les fonctions du Canadarm2

Sans le Canadarm2, il serait impossible d’assembler la station. En fait, chaque mission qui suivra l’installation du bras y fera appel. Le Canadarm2 contribuera à la construction et à l’entretien de la station. Or, le reste des travaux, qui s’échelonnent jusqu’en 2006, dépendent essentiellement de l’installation et de la mise en service du Canadarm2.

Le Canadarm2 peut manipuler de gros modules et de grandes structures. Au début, il servira essentiellement à l’assemblage de la station, puis il sera utilisé pour assurer son entretien courant ainsi que son ravitaillement.

Pour les « stationautes », les tâches liées au ravitaillement du poste orbital correspondent à faire le marché, les tâches ménagères, les réparations et la collecte des ordures, mais tout cela d’un seul coup. Comme ils n’ont pas accès aux mêmes services que nous ici sur Terre, ils comptent sur les missions de ravitaillement qui leur apportent les aliments dont ils ont besoin, les modules de remplacement et les nouvelles expériences à réaliser.

Ils chargent ensuite à bord de la navette qui revient sur Terre les déchets qui se sont accumulés ainsi que toutes les expériences achevées en vue de faire de la place pour les nouveaux approvisionnements.

Le Canadarm2 est utilisé pour extraire le module de ravitaillement de la soute de la navette, puis le transférer à la station, de sorte que l’équipage à bord de la station puisse retirer le matériel qu’il transporte. D’une simplicité relative pour le Canadarm2, cette tâche ne pourrait être accomplie par le premier Canadarm puisque, fixé en permanence à la navette, il lui est physiquement impossible de s’étirer jusqu’à l’intérieur de la soute.

Le Canadarm2 est capable de soulever des objets de la taille d’un autobus scolaire. Imaginez un peu... le Canadarm2 soulevant votre autobus alors que vous vous rendez à l’école!

On utilisera le Canadarm2 pour soulever différentes charges utiles, comme le sas de la station, qui sera installé lors d’une mission future. Pour effectuer une sortie extravéhiculaire, les astronautes quitteront la Station spatiale internationale en empruntant ce sas au lieu d’attendre une visite de la navette.

Au cours de la mission STS-100, le Canadarm2 et le Canadarm initial ont effectué la première « poignée de main » robotique canadienne dans l’espace. Cette manœuvre d’essai a permis au Canadarm2 de s'exercer à la manipulation de charges utiles pour qu’il soit bien prêt à installer le sas de la station lors de la mission suivante.

Pour transporter le Canadarm2 vers la station, on l’a installé sur une palette. La fameuse poignée de main a eu lieu une fois que le Canadarm2 a été retiré de sa palette et installé sur la station. Le Canadarm2 a alors soulevé la palette et l’a amenée à proximité de la navette, de sorte que le Canadarm initial la saisisse et la replace à l’intérieur de la soute de la navette.

Comme la station spatiale est en quelque sorte le second chez-soi des astronautes qui l’habitent, ils doivent être en mesure de la réparer et de l’entretenir.

Comme vos parents qui font appel à un couvreur pour réparer une fuite dans la toiture après le dégel printanier, les stationautes doivent pouvoir compter, au besoin, sur de l’équipement de réparation.

Monté sur une base mobile et équipé d’un robot plus petit à deux bras (la base et le robot sont tous deux de fabrication canadienne), le Canadarm2 jouera le rôle de réparateur local de la station pendant toute sa durée de vie.

Conscients de l’énorme distance entre la Terre et la Station spatiale internationale, les concepteurs de la station ont fait en sorte que les réparations puissent s’effectuer en orbite. La majorité des pièces d’équipement montées sur les parois extérieures de la station sont composées « d’unités remplaçables sur orbite ». On pourrait comparer ces unités aux pièces que votre mère utilise pour réparer un vêtement qui vous va encore. Elles sont en réalité des ensembles autonomes pouvant être remplacés lorsqu’ils sont usés ou qu’ils tombent en panne. Toute la station est constituée de telles unités qui permettent d’effectuer les travaux de réparation et d’entretien en orbite. Tout doit pouvoir être réparé dans l’espace, y compris le Canadarm2 entièrement fait d’éléments remplaçables.

Le rôle essentiel du Canadarm2 est d’assembler et d’entretenir la station spatiale. Il a également un autre rôle, tout aussi important, mais moins visible. Grâce à lui, les chercheurs canadiens ont un accès garanti aux laboratoires de la station spatiale pour réaliser diverses expériences scientifiques, notamment dans le domaine de la biotechnologie (étude de la croissance des cristaux de protéines et de la culture de cellules), de la physique des fluides (étude des réactions liquides et gazeuses), de la science des matériaux (étude de la formation et de la transformation des matériaux) et de la science de la combustion (étude des flammes).

Les travaux de recherche entrepris dans l’espace pourraient un jour mieux nous faire comprendre certaines maladies comme le diabète et l’ostéoporose. Ils pourraient même nous aider à concevoir de nouveaux matériaux, voire de nouveaux alliages pour les supercircuits intégrés de prochaine génération!

De quels matériaux est composé le Canadarm2 et pourquoi?

Tout comme les astronautes doivent porter des scaphandres spéciaux – appelés combinaisons EMU – pour les protéger de l’environnement hostile de l’espace, l’équipement spatial tel que le Canadarm2 a également besoin de protection contre les micrométéorites et d’autres débris spatiaux et aussi contre les températures extrêmes, entre autres.

La Station spatiale internationale se trouve à 400 km au-dessus de la surface de la Terre. À cause de sa position, elle ne peut pas compter sur l’atmosphère terrestre pour la protéger contre les radiations intenses du Soleil. La station spatiale est donc exposée à des températures allant jusqu’à 149 ^oC lorsqu’elle est alignée directement dans l’axe du Soleil. (À 149 ^oC, on peut faire cuire un œuf sur le trottoir en quelques secondes!)

Quand la Station spatiale internationale se trouve dans l’ombre de la Terre, la température peut chuter jusqu’à -126 ^oC, une température qui peut causer des engelures en quelques secondes seulement.

L’isolation multicouche (MLI) est utilisée pour contrôler le taux de transfert thermique. Tout comme l’isolation d’une maison empêche la chaleur d’entrer ou de sortir, la couverture MLI remplit la même fonction pour la Station spatiale internationale et pour le Canadarm2. La MLI est composée de plusieurs couches. L’épaisseur totale varie de 3,2 à 6,4 mm (0,125 à 0,25 pouce). C’est très mince! Regarde sur ta règle pour visualiser cette épaisseur (ou minceur!).

Une seule couche extérieure en tissu aluminé assure la protection des couches intermédiaires de la couverture du Canadarm2 contre l’oxygène atomique, les micrométéorites ou les débris. Les couches intermédiaires assurent une très efficace protection thermique contre les radiations. Une couche interne aluminée empêche le bras de s’enflammer lorsqu’il est exposé à la chaleur intense du Soleil et aide aussi à protéger les couches intermédiaires contre des dommages possibles lors de la manipulation ou de l’installation. La MLI est utilisée à l’extérieur et à l’intérieur des modules et des différents éléments de la Station spatiale internationale, incluant le Canadarm2 et le Canadarm de la navette. C’est cette couverture à plusieurs épaisseurs qui donne la couleur blanche au Canadarm2. As-tu déjà remarqué que les scaphandres spatiaux des astronautes qui sortent dans l’espace sont également blancs, comme le Canadarm de la navette et le Canadarm2? Il existe une bonne raison pour cela. La couleur blanche rend les astronautes en sorties extravéhiculaires (EVA)  plus visibles et leurs collègues à l’intérieur de la station spatiale ou de la navette spatiale peuvent mieux les voir lorsqu’ils se trouvent dans l’ombre de la Terre ou de la station spatiale.

De plus, cette surface blanche réfléchit la chaleur du Soleil, ce qui réduit la chaleur atteignant les composantes du Canadarm2. Pense à la façon dont tu t’habilles durant l’été. Lors des journées les plus chaudes, tu portes probablement des couleurs pâles ou du blanc. Si tu portais une casquette ou un t-shirt noir, tu te rendrais vite compte que ces vêtements absorbent beaucoup de chaleur. Sans aucune autre protection entre toi et ton t-shirt, la chaleur absorbée par le tissu serait ensuite transférée à ton corps, ce qui te rendrait plutôt mal à l'aise.

Sous cette couverture protectrice se trouvent également des matériaux soigneusement choisis. Les engrenages et les moteurs du Canadarm2 sont faits d’acier inoxydable et les pivots d’articulation sont en aluminium. Les poutres – ou sections – du bras sont faites de 19 épaisseurs d’un composite de fibres de carbone à haute résistance et de résine thermoplastique à haute performance, ou PEEK.

Ces matériaux sont choisis spécialement pour préserver la durée et la fonctionnalité du Canadarm2 dans l’environnement hostile que représente l’espace.

Après avoir choisi les matériaux et construit le Canadarm2, le bras a été soigneusement testé pour s’assurer qu’il résistera à l’immense pression occasionnée par le lancement et à l’environnement hostile de l’espace.

Canadarm2 : le fruit d’un travail d’équipe

L’expertise de MD Robotics en matière de robotique spatiale est reconnue comme étant à la fine pointe de la technologie. Cette entreprise a conçu et construit le premier Canadarm dans le cadre d’un marché accordé par le Conseil national de recherches du Canada à la fin des années 70 et au début des années 80. En mettant au point le Canadarm, sa contribution au Programme de la navette spatiale de la NASA, le Canada a pu participer aux activités humaines d’exploration spatiale par le biais de son Programme des astronautes canadiens.

S’appuyant sur le savoir-faire acquis avec le Canadarm et l’expertise du Canada en robotique, MD Robotics, établie à Brampton en Ontario, est chargée de développer les éléments de robotique qui font partie de la contribution canadienne à la Station spatiale internationale (ISS). En association avec l’ASC, MD Robotics agit en tant qu’entrepreneur principal du projet et dirige une équipe industrielle pancanadienne ayant pour mandat de construire le système d’entretien mobile (MSS), un système de robotique perfectionné indispensable à l’assemblage et à l’entretien de la station. Le Canadarm2 est le premier élément du MSS à avoir été accueilli à bord de la Station spatiale internationale.

MacDonald Detwiller, de Richmond en Colombie-Britannique, participe au programme du système d’entretien mobile depuis 1987. Cette entreprise travaille surtout au développement du logiciel d’exploitation et de commande, l’élément central de contrôle et de communication du système d’entretien mobile.

EMS Technologies, possédant des bureaux à Montréal (Québec) et à Ottawa (Ontario), a contribué de façon importante au système d’entretien mobile, notamment en concevant le matériel de vol spatial destiné au Canadarm2, au SPDM et au poste de travail robotique. Cette entreprise a également livré plus de 60 systèmes et sous-systèmes au Programme de la station spatiale.

IPM Group, d'Halifax en Nouvelle-Écosse, s’est chargée de la conception, de la mise au point et de la fabrication des faisceaux externes de câbles électriques qui assurent l’alimentation du Canadarm2.

SED Systems Inc., de Saskatoon en Saskatchewan, a pris part à la conception d’un système au sol et coordonne les activités canadiennes de planification, de formation et de surveillance associées au SSRMS.

CAE Electronics Ltd., établie à Montréal au Québec, a réalisé pour l’ASC divers projets liés à l’exploitation de la station spatiale. Citons à titre d’exemple le simulateur d’exploitation et d’entraînement MSS (MOTS). Situé à Longueuil, le MOTS est utilisé pour simuler les activités d’exploitation du Canadarm2 et pour entraîner les astronautes et cosmonautes qui iront en mission à bord de la station spatiale. Le système simule diverses manipulations robotiques et offre une capacité de visualisation 3D des vues prises par caméra ainsi que des logiciels de soutien, des fonctions d’animation graphique, et des interfaces opérateur-ordinateur et opérateur-machine.

FRE Composites, de Saint-André au Québec, a participé avec d’autres intervenants à la conception, à la fabrication, à l’assemblage et à l’essai de l’ensemble des segments de trois mètres (dix pieds) qui composent le Canadarm2.

Essai et intégration du Canadarm2

Situé à Ottawa, le Laboratoire David Florida (LDF) de l’Agence spatiale canadienne est chargé de voir à ce que le Canadarm2 résiste aux énormes pressions associées aux premières minutes qui suivront le décollage de la navette.

Le matériel spatial lancé à bord de la navette, comme le Canadarm2, bénéficie d’un plus grand « confort » que la plupart des satellites habituellement lancés à bord de fusées non habitées. Étant donné que la navette transporte des êtres humains à bord, les forces de gravité se limitent à environ 3 fois la pesanteur à la surface de la Terre, comparativement aux 8 g que tirent les fusées non habitées. Pour mesurer la résistance d’une charge utile aux forces de gravité, le personnel du LDF utilise un appareil de charge statique capable d’appliquer dans plus d’une direction une forte charge constante et de mesurer les réactions de la structure.

Le personnel du LDF a pris toutes les mesures nécessaires pour que le Canadarm2 résiste aux puissantes vibrations induites par l’allumage des moteurs de la navette et à la poussée du véhicule dans l’atmosphère pour atteindre son orbite. Il a aussi a soumis le Canadarm2 aux températures extrêmes qui règnent dans l’espace et s’est assuré de la compatibilité électromagnétique du bras robot avec les autres équipements à bord de la station.

Compatibilité électromagnétique

La station spatiale sera hérissée d’une panoplie d’équipements électroniques fabriqués par diverses entreprises de partout au monde. Il est donc indispensable de veiller à éliminer toute interférence entre les divers dispositifs.

La présence de signaux électromagnétiques parasites pourrait non seulement nuire au bon fonctionnement de la station, mais également mettre en danger la vie des membres d’équipage. C’est pourquoi chaque pièce d’équipement électronique destinée à la station spatiale est soumise à des essais de compatibilité électromagnétique. Ces essais ont une double utilité : « Nous devons prouver que notre matériel n’émet pas d’ondes électromagnétiques indésirables et susceptibles de causer des problèmes aux autres partenaires de la station. Nous devons aussi prouver que notre matériel est insensible au matériel des autres », a déclaré Doug Bassett, gestionnaire intérimaire du programme du système d'entretien mobile (MSS) de l’Agence spatiale canadienne.

Températures extrêmes

Le matériel spatial peut être soumis à une chaleur intense lorsqu’il est exposé directement à la lumière solaire ou à des températures extrêmement basses lorsqu’il se trouve dans l’ombre de la Terre ou d’autres structures, comme la station spatiale ou la navette. Hors de l’atmosphère, qui a pour effet de distribuer la chaleur émise par le Soleil, les variations du chaud au froid peuvent être brutales. Les contraintes thermiques qui en résultent peuvent causer des pannes d’équipement. Pour tester le matériel dans ces conditions, le personnel du LDF dispose de caissons de vide thermique de différentes dimensions, capables de simuler à la fois les conditions thermiques et de vide qui règnent dans l’espace.

Le Canadarm2 n’a pas été éprouvé en tant qu’appareil unitaire. Chacun de ses éléments a plutôt été testé individuellement. La capacité nominale de chaque élément a été établie en fonction de sa propre plage de températures admissibles. La qualité d’exécution de chaque pièce du Canadarm2 a été soumise à une évaluation individuelle. Le bras a ensuite été assemblé et installé sur sa palette pour permettre aux spécialistes de vérifier qu’il est tout à fait apte à partir pour l’espace.

Le personnel du LDF réalise en outre des essais « d’équilibre thermique » qui permettent de prévoir comment le matériel spatial réagira aux variations de températures dans l’espace. Les modèles utilisés servent à indiquer à quelle température, basse ou élevée, peut être soumise telle ou telle pièce. En laboratoire, le matériel est exposé à des conditions thermiques connues. On examine ensuite les réactions pour voir si elles correspondent aux réactions prévues par les concepteurs.