Projet de la nouvelle génération de Canadarm

Après plus de trois décennies d'exploitation de l'emblématique Canadarm à bord de la navette spatiale ainsi que du Canadarm2 et de Dextre à bord de la Station spatiale internationale, le Canada s'est taillé une réputation enviable d'excellence en robotique spatiale de pointe. Le projet de nouvelle génération de Canadarm (NGC) continue dans la lignée du bras robotique canadien d'origine en faisant progresser la recherche, le développement et le prototypage des technologies robotiques spatiales de demain.

Alors que la communauté spatiale internationale s'engage dans la voie des missions d'exploration de longue durée ayant des destinations comme la Lune, Mars ou un astéroïde, le Canada entend développer des technologies robotiques polyvalentes et essentielles pour ces missions. Celles-ci peuvent faire appel à divers types d'engins spatiaux, allant des télescopes aux véhicules capables d'emmener des êtres humains au-delà de l'orbite terrestre. La robotique spatiale prendra aussi de plus en plus d'importance dans la réparation et l'entretien de l'imposante infrastructure satellitaire qui gravite à proximité de la Terre pour assurer la livraison de services continus et fiables désormais intégrés à notre quotidien. Il y a plus de 1100 satellites actifs exploités (beaucoup d'entre eux valent plusieurs millions de dollars) et quelque 2500 satellites inactifs en orbite autour de notre planète actuellement. La possibilité de les entretenir et de les réparer plutôt que de les remplacer permettrait aux fournisseurs de satellites de faire des économies considérables. De plus, les technologies développées pour le projet NGC peuvent contribuer à régler le problème des débris orbitaux qui va en s'accentuant. En effet, la robotique spatiale et les outils spécialisés pourraient être mis à profit pour déplacer ou enlever des satellites inopérants et des objets potentiellement dangereux.

Par le biais du projet NGC, le Canada a conçu et construit, pour l'entretien en orbite, des prototypes terrestres de technologies et de systèmes robotiques légers et rentables qui sont susceptibles de prolonger la vie utile des satellites en les ravitaillant ou en les réparant, ou d'entretenir des infrastructures spatiales, qu'elles soient habitées ou non. Dans le cadre d'un contrat avec l'Agence spatiale canadienne, MacDonald Dettwiler and Associates (MDA) de Brampton, en Ontario, a développé quatre systèmes robotiques et une station d'exploitation de mission qui servent à évaluer les opérations d'entretien et à les planifier ainsi qu'à réaliser d'autres tâches envisagées pour toute une variété de missions futures éventuelles.

Grand Canadarm de nouvelle génération

Grand Canadarm de nouvelle génération

Ce prototype de bras robotique a la même portée de 15 mètres que le Canadarm2. Il s'agit toutefois d'une version du bras très allégée et compacte qui est destinée aux engins spatiaux plus petits du futur. Conçu pour fonctionner comme banc d'essai sur Terre, le grand Canadarm de nouvelle génération repose sur des coussins d'air qui lui donnent une grande liberté de mouvement (six degrés de liberté). Il servira à simuler le déploiement du bras au cours de tâches exigeantes comme la capture et l'amarrage de gros satellites à des fins de ravitaillement.

Innovations :

  • Alors que les segments du Canadarm et du Canadarm2 sont assemblés à l'aide de boulons, les sections en aluminium et en matériaux composites du grand Canadarm de nouvelle génération sont télescopiques et s'emboîtent l'une dans l'autre sans être entravées par des fixations mécaniques. La technique a été développée dans le cadre d'un partenariat entre l'ASC, MDA et le Conseil national de recherches du Canada.
  • Étant donné que les missions futures peuvent nécessiter des robots de tailles différentes en fonction de la portée et des dimensions de l'engin spatial, l'échelle et la conception du bras sont flexibles. Les sections télescopiques du bras permettent de le replier et de le ranger dans un espace de moins de 5 m3—soit plus ou moins le volume d'une mini-fourgonnette, compatible avec la conception de la plupart des nouveaux véhicules spatiaux. Alors que le Canadarm2 a été installé manuellement par des astronautes (dont Chris Hadfield de l'ASC) sur la Station spatiale internationale, le grand Canadarm de nouvelle génération peut être déployé à distance sans qu'il soit nécessaire d'effectuer une sortie dans l'espace. De plus, le Canadarm et le Canadarm2 ont été déployés de manière permanente à bord de la navette et de la Station spatiale internationale, mais les segments du grand Canadarm de nouvelle génération peuvent être rétractés à l'aide de mécanismes de verrouillage uniques. Ceux-ci assurent l'intégrité structurale du bras, mais lui permettent aussi d'être emballé et déployé sur un engin spatial différent ou d'être réutilisé au cours d'un autre type de mission.

Petit Canadarm de nouvelle génération

Petit Canadarm de nouvelle génération

D'une portée de 2,58 m, ce prototype de manipulateur plus petit exploite les capacités de Dextre, le robot bricoleur canadien de la Station spatiale internationale. Agissant comme banc d'essai, le petit bras de nouvelle génération est un robot agile, petit et léger, équipé de systèmes électroniques, logiciels et de commande très perfectionnés. Tout comme Dextre pour sa mission réussie de ravitaillement en orbite, le petit Canadarm de nouvelle génération est équipé d'une série d'outils permettant de ravitailler des satellites défectueux dans l'espace et de réparer ou remplacer des pièces essentielles. À l'aide de ses outils spécialisés, il exécutera toute une variété de tâches complexes, notamment enlever et installer des éléments (unités remplaçables en orbite), retirer les protections thermiques qui couvrent les satellites, couper des fils, ouvrir et fermer le robinet de remplissage/purge de carburant des satellites, et transférer du propergol simulé entre le véhicule d'entretien et l'engin spatial d'un client.

Innovations :

  • MDA a déposé trois demandes de brevet pour ce système robotique :
    1. Un outil multifonctionnel unique d'entretien robotique a été développé pour le bras. Il peut recevoir de multiples têtes d'outils pour diverses tâches et interfaces.
    2. Un système de transfert de propergol
    3. Un outil de ravitaillement permettant au robot de manipuler les divers robinets et interfaces des satellites existants.
  • Le bras de nouvelle génération est doté de cartes contrôleurs compactes (le « cerveau » électronique qui commande les moteurs et les articulations du bras) entre 3 et 4 fois plus petites que celles du Canadarm2, et il offre une fonctionnalité et une flexibilité plus grandes.


Banc d'essai pour les opérations de proximité

Banc d'essai pour les opérations de proximité

Ce banc d'essai est équipé de deux systèmes robotiques industriels qui simulent les opérations délicates et précises nécessaires pour amener deux engins spatiaux en mouvement à proximité (à quelques mètres) l'un de l'autre de manière que le bras robotique sur un véhicule d'entretien puisse capturer un satellite défectueux et l'amarrer à des fins de réparation, ou qu'un opérateur puisse commander au véhicule d'entretien de s'amarrer au satellite d'un client.

Innovations :

Modèles de simulation très représentatifs de l'engin spatial du client et du véhicule d'entretien en grandeurs réelles, avec un éclairage et des vues de caméras réalistes.

Système d'amarrage semi-automatique

Système d'amarrage semi-automatique

Ce système a été conçu pour prendre la relève du banc d'essai lors des opérations de proximité. Il guide les véhicules dans une série de manœuvres robotiques, depuis le contact initial jusqu'aux étapes finales de verrouillage des deux engins spatiaux l'un à l'autre. Il est conçu pour évaluer les interactions et le fonctionnement des capteurs à l'amarrage.

Innovations :

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 qui rigidifient les liaisons entrant en jeu lors de l'amarrage de deux engins.

Station d'exploitation des missions

Station d'exploitation des missions

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

 

Dans l'ensemble, l'infrastructure mise au point pour le projet NGC forme une installation unique servant à tester, à démontrer et à développer de nouveaux concepts et matériels de mission, et à promouvoir ainsi les capacités, le savoir-faire et l'état de préparation du Canada en vue de sa participation à des missions spatiales futures.

Cette installation d'essai de haut calibre permettra de faire la démonstration de tout le processus opérationnel de nouvelle génération qui entre en jeu dans la réalisation de missions robotiques d'entretien de satellites, d'observatoires spatiaux et d'engins d'exploration.

Financement

Le gouvernement du Canada a investi 53,1 millions de dollars dans la conception et la construction du projet NGC.

Autres réalisations du projet NGC

  • Depuis octobre 2009 et pendant toute sa durée, le projet NGC a permis de maintenir en moyenne des emplois pour 71 travailleurs hautement qualifiés à temps plein, avec une crête de 92 équivalents temps plein.
  • 95 % des 1,2 million de pièces utilisées dans le cadre du projet NGC ont été fabriquées au Canada.
  • 1529 dessins techniques et 604 000 lignes sources de codage logiciel ont été générés pour le projet NGC.
  • Certaines technologies NGC sont déjà utilisées dans de nouvelles applications (d'exportation).