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Canadarm2 – Défis techniques : fort comme un bœuf, doux comme un agneau

La conception et la fabrication du Canadarm2 ont présenté de nombreux défis techniques. Le plus important d’entre eux était également le plus évident : le bras robotique devait pouvoir atteindre toutes les parties de la Station spatiale internationale. Si l’une des extrémités de ce dernier était fixée en permanence à la Station à la manière du Canadarm, le bras robotique de la Station aurait été gigantesque, « comme les immenses grues que l’on peut apercevoir près des immeubles », mentionne Sachdev. C’était un concept difficile à réaliser. »

Il se rappelle avoir eu cette pensée au début des années 1980, alors qu’il visitait l’une des entreprises américaines répondant à l’appel d’offres pour la construction de la Station spatiale. Les plans initiaux prévoyaient une station spatiale bien différente de l’ISS actuellement en orbite. La station spatiale ainsi prévue était constituée d’une série de modules imbriqués les uns dans les autres et elle ne possédait pas de poutrelles le long desquelles l’équipement pouvait se déplacer. « Il m’est venu à l’esprit que le télémanipulateur de la navette ne pourrait atteindre tous les points de la station et que l’assemblage de cette dernière ne pourrait être réalisé à l’aide d’un seul bras robotique, précise Sachdev. Il en fallait un autre sur la station elle-même. Je me suis dit qu’il fallait un bras robotique capable de se déplacer d’un point à un autre pour exécuter les divers travaux d’assemblage. »

Un collègue de Spar, Devindra Gossain, pensait à un système semblable. Il avait déjà élaboré le concept d’un télémanipulateur capable de se déplacer sur la station et qui était muni de deux préhenseurs identiques capables de saisir des objets. Riche de ce concept unique, l’équipe de Spar s’est réunie dans le bureau de Middleton en 1983 afin d’élaborer ce qui allait devenir la marque de commerce du Canadarm2 - sa capacité de se déplacer à la manière d’une chenille arpenteuse autour de la station. Près de deux décennies plus tard, en avril 2001, le Canadarm2 effectuait cette manœuvre pour la première fois au moment où il quittait sa palette pour s’agripper à la structure de la Station.

Sachdev et Gossain ont finalement breveté le concept du déplacement à la manière d’une chenille arpenteuse. « C’était tout nouveau et personne ne l’avait fait auparavant, souligne Sachdev. Nous l’avons fait pour prouver qu’il s’agissait d’une nouvelle technologie créée au Canada. »

Finalement, la structure de l’ISS comporte des poutrelles et le télémanipulateur est muni d’une base mobile dont le lancement est prévu en 2002. Cette dernière assurera le déplacement du bras robotique le long des poutrelles, permettant ainsi au Canadarm2 d’atteindre différents points de l’ISS. Mais la capacité de déplacement par culbutage reste utile selon Sachdev. « Nous avons besoin de la capacité de relocalisation du bras au fur et à mesure que la Station s’agrandira. Il nous faudra cependant installer d’autres modules avant que la base mobile ne puisse être envoyée sur la Station. Et même une fois la base mobile en place, l’union des capacités de déplacement du bras par lui-même et par la base mobile ajouteront à la polyvalence du Canadarm2. »

Bien que le déplacement à la manière d’une chenille arpenteuse soit simple et élégant, le concept est aussi une boîte de Pandore, affirme Middleton. « Lorsque l’on s’affaire à peaufiner le concept, les problèmes surgissent, notamment lorsqu’il s’agit de faire marcher le bras et de le faire saisir des objets aux deux extrémités. La transformation subite des effecteurs, passant du rôle de main à celui d'épaule, exige des reconfigurations massives. » Ce fut également un important défi que de concevoir des articulations qui permettent une telle transformation. Contrairement aux articulations du Canadarm, qui sont alignées les unes par rapport aux autres, celles du Canadarm2 sont juxtaposées. « Ce simple fait représentait un problème majeur », précise Middleton.

Il existe une autre différence entre les deux Canadarm qui a compliqué la vie de l’équipe de conception. Contrairement au télémanipulateur de la navette, qui retourne sur Terre au terme de chaque mission, le Canadarm2 n’a eu droit qu’à un billet aller simple dans l’espace. Il ne reviendra jamais sur Terre. Cela veut donc dire que l’entretien et les réparations de ce dernier se feront en orbite. « Ce fut tout un défi de trouver une façon d’effectuer l’entretien dans ces conditions », souligne Middleton.

« Cela est très important puisqu’on prévoit que le bras robotique pourra être exploité en toute fiabilité pendant 20 ou 30 ans et que ce dernier doit être toujours disponible pour réaliser ses tâches vitales », affirme Doetsch. Cela signifie que le télémanipulateur devait être conçu de manière modulaire, permettant ainsi le remplacement facile des pièces en orbite. Il sera donc non seulement possible de remplacer des pièces défectueuses ou usées, mais également de procéder à une mise à niveau lorsque des technologies de pointe verront le jour.

Comme il n’y avait pas de version du bras robotique au sol, il était également nécessaire de développer une « capacité de simulation du système de manière à ce que de nouveaux ingénieurs et opérateurs puissent être formés à l’exploitation, à l’entretien et à la mise à niveau des systèmes du bras sans en avoir un exemplaire sur Terre », note Doetsch. Les logiciels et les techniques de simulation d’un système complexe représentent, comme toujours, un défi de taille, et leur développement a permis à l’industrie spatiale d’élaborer d’importantes nouvelles capacités. »

« Un autre défi technologique de taille, ajoute-t-il, a été le développement de capteurs de force afin que le télémanipulateur n’endommage pas les charges utiles qu’il manipule ainsi que la conception d’une technologie anti-collisions pour éviter que le bras ne heurte d’autres objets sur la Station. Le système doit être fort comme un bœuf, mais doux comme un agneau. »

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