Historique

La Base mobile sous toutes ses coutures

Il y a un an, lors de la mission STS-100, le Canadarm2 était la vedette du spectacle lorsque l'astronaute canadien Chris Hadfield et ses coéquipiers ont procédé à l'installation du bras robotique sur la Station spatiale internationale (ISS) durant une série de sorties dans l'espace.

Aujourd'hui, les composantes de soutien du bras robotique sont sur le point d'être lancées. La Base mobile (MBS), une plate-forme de travail en aluminium de 1450 kilos qui déplacera le Canadarm2 et d'autres dispositifs autour de la Station, sera installée durant la mission STS-111, dont le décollage du Kennedy Space Centre est prévu pour le 30 mai 2002.

Durant cette mission, le Canadarm2 installera la Base mobile au sommet d'une autre plate-forme – le transporteur mobile (MT) américain – capable de circuler le long des rails installés sur les poutrelles qui parcourent toute la Station. Le bras se séparera alors du module du laboratoire américain pour la première fois depuis son arrivée et s'installera sur la Base mobile, une manoeuvre qui augmentera grandement sa portée.

« L'objectif est de couvrir toute la longueur de la Station spatiale », déclare Alan Robins, l'ingénieur-système en chef du Système d'entretien mobile (MSS) à l'Agence spatiale canadienne (ASC). Le Système d'entretien mobile représente un ensemble de technologies, la contribution du Canada à la Station. Il a comparé le système formé de la Base mobile et du MT à un camion de services publics parcourant l'autoroute, transportant des matériaux de construction, de l'équipement et un bras robotisé qui charge et décharge le camion : « Il va du dépôt à votre maison et a tout ce dont il a besoin », lance Alan Robins.

Le MSS a été construit par MD Robotics Inc., l'entreprise de Brampton, en Ontario, qui a aussi conçu le Canadarm2 et le bras canadien de la navette (Canadarm). Combiné aux autres éléments du MSS, ce bras est essentiel à l'assemblage de la Station spatiale construite par un ensemble de partenaires internationaux incluant le Canada, les États-Unis, l'Europe, la Russie et le Japon. L'élément final du MSS – un robot perfectionné, plus petit, appelé Manipulateur agile spécialisé (SPDM) – devrait être lancé à une étape ultérieure de l'assemblage de la Station pour effectuer des activités d'entretien exigeant des sorties dans l'espace. La mobilité assurée par la Base mobile est essentielle, même si le Canadarm2 peut se mouvoir de lui-même. La conception articulée du Canadarm2 lui confère l'aptitude unique de se déplacer tout autour de la Station d'un appui à l'autre, en saisissant des points d'ancrage appelés bornes électromécaniques (PDGF). Les PDGF fournissent au bras l'alimentation dont il a besoin et transmettent les instructions de l'ordinateur et les signaux vidéo entre le bras et deux postes de travail robotisés à l'intérieur de la Station.

« Sans la Base mobile, il faudrait faire très attention à la disposition des bornes électromécaniques pour permettre au Canadarm2 de se déplacer de façon autonome », explique John Dunlop, assistant du directeur du programme des systèmes MSS chez MD Robotics. « La Base mobile augmente considérablement la portée du Canadarm2 – elle donne au bras un accès bien plus étendu à la Station que lorsqu'il est ancré au laboratoire. » La Base mobile joue un autre rôle essentiel : son déplacement d'un appui à l'autre occupe les deux extrémités du bras, n'en laissant aucune pour transporter les objets nécessaires aux travaux de construction ou de réparation. Le déplacement du Canadarm2 jusqu'à un site de travail est inutile « si on ne peut pas faire le travail, faute des outils requis », dit Robins. « En l'installant sur la Base mobile, on libère une extrémité pour manipuler et transporter les outils et pièces. »

Le bras peut s'amarrer à l'une des quatre bornes électromécaniques situées à chaque coin de la Base mobile; en fait, lorsqu'il ne sert pas, il peut être entreposé, les deux bras saisissant chacun une des bornes électromécaniques pour protéger ses « mains » – appelées effecteurs de verrouillage (LEE). Durant l'année où il a été attaché au laboratoire américain, l'une de ses extrémités a souvent été libre, exposée à l'environnement spatial. Cela créait le risque de dommages dus aux débris spatiaux ou aux mouvements causés par l'ajustement périodique de l'orbite de la Station. « Avec un double amarrage, la configuration est beaucoup plus sécuritaire », dit Adam Mizera, principal responsable des activités en vol de l'ASC durant la mission au cours de laquelle la Base mobile sera installée. Selon lui, pendant la mission, le Canadarm2 sera placé dans plusieurs positions à double amarrage pour tester les PDGF de la Base mobile.

Quand tout sera terminé, le Manipulateur agile spécialisé se déplacera aussi sur la Base mobile, attaché à une borne électromécanique. Conçu pour des réparations et des tâches d'entretien délicates, il fonctionnera directement à partir de la Base mobile ou sera transporté par le Canadarm2 vers son site de travail. « Nous prévoyons que le Manipulateur agile spécialisé passera la plus grande partie de son temps au bout du Canadarm2, ce qui lui donnera la portée nécessaire pour faire son travail, raconte Dunlop. Mais quand le Canadarm2 travaillera à ses propres activités d'assemblage ou que le Manipulateur agile spécialisé devra remplir une fonction d'entretien sur le Canadarm2 lui-même, il s'installera sur l'une des bornes électromécaniques de la Base mobile. »

La Base mobile possède un autre dispositif : le Siège d'installation de charge utile et d'unité remplaçable sur orbite (POA). Il fonctionne comme l'effecteur de verrouillage du Canadarm, mais sans le « sens du toucher » du Canadarm2. Le POA peut assurer l'alimentation électrique et transmettre les données tout en agrippant de très grandes et lourdes charges utiles ou unités remplaçables sur orbite (ORU). Les ORU sont des unités autonomes qui peuvent être remplacées quand elles s'usent ou tombent en panne sur la Station.

Les charges utiles avec bornes peuvent être fixées à la Base mobile quand elles sont attachées au POA soit par le Canadarm de la navette ou par le Canadarm2 de la Station, puis amenées là où il faut sur la Station.

« Une charge utile peut avoir besoin d'alimentation pour un certain temps », dit Dunlop. Plutôt que d'utiliser le manipulateur comme source de courant, « on peut mettre la charge utile de côté et l'alimenter en courant et en données pendant des heures ou des jours, jusqu'à ce qu'on soit prêt à l'installer à sa place. » Le POA sera utilisé pour transporter de grands éléments, comme les poutrelles, explique Mizera. Dans une future mission, le Canadarm2, monté sur la Base mobile, soulèvera une poutrelle de 15,4 tonnes d'un emplacement temporaire sur la Station et la rangera sur le POA; la Base mobile transportera alors cette poutrelle sur environ 36 mètres, au bout d'une autre poutrelle, permettant ainsi au Canadarm2 d'assembler les deux éléments. « La Base mobile participera à la construction de toute la structure en poutrelles de la Station, dit Mizera. Durant les quelques prochaines missions, il y aura beaucoup d'assemblage de poutrelles et elle jouera donc un rôle crucial. »

La Base mobile est munie d'un autre dispositif lui permettant de transporter des charges utiles non équipées de bornes électromécaniques. C'est le Dispositif standard de fixation à la MBS (MCAS). Le MCAS est constitué de trois guides d'alignement en « V » avec détentes de préenclenchement, d'une pince électrique pour accrocher une tige spéciale de préhension aux charges utiles, d'une cible de caméra pour l'amarrage des charges utiles et d'un accouplement par liaison ombilicale (UMA) qui fournit le courant et les données à des charges utiles telles que les expériences scientifiques. Plusieurs expériences seront entreposées sur la structure externe de la Station, chacune étant logée dans un dispositif semblable au MCAS.

Au total, la Base mobile peut transporter 20 900 kilos de charges utiles, les 1 800 kilos du Canadarm2 et les 1 700 kilos du SPDM – le tout sur une structure d'aluminium qui pèse seulement 1 450 kilos. Mais elle n'établira aucun record de vitesse; elle avancera lentement le long des rails à une vitesse maximale d'environ 90 mètres à l'heure.

Finalement, la Base mobile servira de plate-forme de travail non seulement pour l'entretien du Canadarm2, mais aussi pour les astronautes et les cosmonautes durant les sorties dans l'espace ou les activités extravéhiculaires (EVA). Elle est équipée de cale-pieds et de rampes, et permet d'entreposer tous les outils et l'équipement nécessaires durant une EVA.

L'astronaute canadien Steve MacLean, récemment affecté à la mission STS-115 qui aura lieu en avril 2003, participera à deux sorties dans l'espace pour agrandir la structure en poutrelles de la Station. « Être le premier Canadien à manipuler le Canadarm2 et sa Base mobile sera certainement une grande émotion pour moi », dit-il.

Le Canadarm2 installera la Base mobile

La Base mobile devrait être installée cinq jours après le lancement de la mission STS-111, soit la seconde journée après l'arrivée de la navette à la Station. Le Canadarm2 tirera la Base mobile de la soute de la navette, fournissant l'alimentation nécessaire à la caméra de la Base mobile, ainsi qu'une pince de préhension qui servira à l'accoupler au MT (installé lors de la mission STS-110, en avril 2002). Après s'être assurés que la Base mobile est alimentée et chauffée, les astronautes enlèveront les couvertures thermiques la protégeant des températures extrêmes de l'espace. Les couvertures ne seront plus nécessaires une fois la Base mobile alimentée. Ce sera la première fois que le Canadarm2 manipulera une charge utile alimentée.

Le Canadarm2 sortira alors la Base mobile de la soute de la navette et, après une vérification de son fonctionnement, la placera près du MT où elle passera la nuit pour permettre aux deux éléments d'avoir la même température.

Le jour suivant, le sixième du vol, les astronautes de la Station dirigeront le Canadarm2 dans l'accouplement de la Base mobile au MT, utilisant les prises de vues de la caméra de la Base mobile pour les guider.

« Ce sera un moment crucial de la mission, dit Robins. La Base mobile est un élément essentiel de la structure et pèse plus d'une tonne. L'amener en position, à cinq centimètres et un degré près, sera une étape clé du déploiement. »

Au septième jour du vol, les astronautes en EVA raccorderont les câbles entre la Base mobile et le MT afin de permettre la circulation de l'alimentation et des données vers la Base mobile par le MT plutôt que par le Canadarm2. Ce changement du système d'alimentation électrique deviendra la norme; en fonctionnement normal, le Canadarm2 sera alimenté par la Base mobile quand il s'en servira pour se déplacer, et non le contraire.

Durant la mission STS-111, « nous allons effectuer une série d'essais pour nous assurer que le système est opérationnel avec cette configuration », confie Robins.

Le câble du MT fournit assez de courant pour déplacer la Base mobile, mais pas assez pour la faire fonctionner, de telle sorte que le MT devra se connecter à l'un des dix sites de travail situés autour de la Station pour recevoir assez de courant pour permettre à la Base mobile, au Canadarm2 ou au SPDM d'accomplir leurs tâches.

« Quand le transporteur mobile se déplace, la Base mobile n'est pas alimentée; s'il se bloque entre deux sites de travail, nous avons un problème parce que beaucoup d'éléments de la Base mobile sont sensibles au froid », précise Mizera.

Il existe deux façons de résoudre ce problème. L'une consiste à positionner la Station de telle sorte que la Base mobile demeure sous les rayons directs du Soleil; l'autre est de faire sortir des astronautes pour raccorder la Base mobile à ce qui est essentiellement une rallonge.

Durant l'EVA du jour 7, les astronautes ajusteront la position du POA, qui était replié sur lui-même lors du lancement, afin que la Base mobile puisse tenir dans la soute de la navette. Ils déplaceront aussi la caméra utilisée durant la tâche d'accouplement à sa position finale sur un mât s'élevant de la Base mobile. Cette caméra sera très utile pour aider au positionnement des charges utiles sur le MCAS ou le POA, ainsi que pour surveiller des sites de travail spécifiques, le Canadarm2 ou le SPDM. Tout au long des procédures d'installation, le Canadarm2 restera attaché à la fois à la Base mobile et au laboratoire, toujours en mesure d'alimenter en courant en cas de problèmes avec le lien d'alimentation entre le MT et la Base mobile. Plus tard, le bras recevra l'instruction de « se détacher » du laboratoire pour la première fois.

« Cela permettra aux ingénieurs de faire des tests sur l'organe effecteur attaché au laboratoire depuis un an », explique Mizera.

Le duo formé par la Base mobile et le MT ne sera pas déplacé durant la mission STS-111, mais des tests sont planifiés avant le prochain vol d'assemblage, STS-112, qui devrait avoir lieu au mois d'août.

« Il est prévu que la Base mobile sera utilisée pour une tâche d'assemblage de poutrelles, mais elle pourra faire le travail sans être déplacée », commente Mizera.

Pour le vol suivant, STS-113 en septembre, le lieu de travail sera sur l'autre côté de la poutrelle, et la Base mobile devra alors être déplacée.

« D'autres éléments de la structure de poutrelles seront ajoutés au cours des deux prochaines années, jusqu'à ce que la Station soit terminée, indique Dunlop. Quand elle sera finalement terminée, elle aura la longueur d'un terrain de football canadien. L'important sera d'étendre la portée du Canadarm2 à toute cette longueur. »

Contrairement au Canadarm2, l'installation de la Base mobile ne sera pas supervisée par un astronaute canadien dans l'espace, mais les deux opérateurs du MSS, le cosmonaute Valeri Korzun et l'astronaute Peggy Whitson, membres du cinquième équipage de l'ISS, ont été entraînés et certifiés au siège social de l'ASC à Saint-Hubert, au Québec.

Le Canada fournit aussi un groupe de contrôleurs de vol qualifiés et d'autres préposés au soutien de l'équipage au sol. L'ASC, responsable du Canadarm2, dispose du Centre de soutien aux activités spatiales et du Centre de soutien d'ingénierie à Saint-Hubert, au Québec, qui utilisent des liaisons voix et données directes avec le Centre de contrôle de mission de la NASA durant les vols au cours desquels le bras est utilisé. Les données informatiques transmises par la Station leur permettront de surveiller de près tout le processus d'installation « afin de s'assurer que la Base mobile, comme le reste du système, fait exactement ce qu'on attend d'elle », note Robins.

Il y aura aussi des Canadiens au Centre de contrôle de mission. L'astronaute Steven MacLean sera le Capcom principal de la mission STS-111; il agira comme canal principal d'information entre l'équipage de la navette et le Centre de contrôle de mission. L'astronaute Bob Thirsk sera quant à lui le Capcom principal en liaison avec l'équipage de la Station spatiale durant la mission.