Contexte

Après l'accident de la navette Columbia survenu au début de 2003, la commission d'experts chargée de l'enquête a été mandatée pour formuler des recommandations d'améliorations au programme de la navette. L'une d'elles visait à trouver un moyen pour la NASA d'inspecter le ventre de l'orbiteur avant sa rentrée dans l'atmosphère.

Misant sur l'expérience technologique acquise dans la conception de plusieurs générations de manipulateurs spatioportés, MDA a mis au point une perche d'inspection permettant de prolonger le bras robotique afin d'examiner en orbite le revêtement de protection thermique de la navette.

Généralités

La perche d'inspection est inspirée du matériel existant, et sa conception est essentiellement la même que celle du bras de la navette sauf en ce qui concerne les articulations. Celles-ci ont en effet été dotées de manchons de transition en aluminium qui les maintiennent solidement en place. La pointe de la perche peut recevoir une série de capteurs servant à évaluer le système de protection thermique des orbiteurs.

La perche, qui pèse 222 kilogrammes et mesure 15 mètres, a à peu près les mêmes dimensions que le télémanipulateur de la navette, ce qui permet de l'assujettir du côté tribord de la navette dans un mécanisme de retenue destiné à l'origine à recevoir un second bras. Une fois en orbite, le bras de la navette et celui de la station spatiale peuvent saisir la perche à l'aide de préhenseurs-connecteurs.

(Illustration : MDA)

Description de la perche d'inspection 

Manchons de transition

Chaque sous-élément d'assemblage de la perche (manchons de transition avant, intermédiaire et arrière) est constitué d'une extrusion cylindrique en aluminium usinée selon des tolérances extrêmement fines. Ces manchons de transition servent de support structural entre les deux segments de la perche ainsi que d'interface mécanique avec les préhenseurs-connecteurs et la série de capteurs.

Segments de la perche

Deux segments en graphite époxyde relient les manchons de transition avant, intermédiaire et arrière. Le segment supérieur a environ 5 mètres de long et 0,3 mètre de diamètre, est constitué de 16 couches de graphite époxyde (chaque couche a une épaisseur d'un millimètre) et pèse environ 22 kilogrammes. Le segment inférieur a approximativement 6 mètres de long et 0,3 mètre de diamètre. Il est constitué de 11 couches de graphite époxyde et pèse 22 kilogrammes. Chaque segment de la perche est protégé par une couche de Kevlar (matériau utilisé dans les gilets pare-balles) pour éviter les dommages à la fibre de carbone.

Faisceau de câblage

Tout comme les segments de la perche font la liaison mécanique entre les manchons de transition, le faisceau de câblage assure leur connexion électrique. Le faisceau de câblage fournit l'énergie électrique à tous les préhenseurs-connecteurs ainsi qu'aux capteurs sur le manchon de transition arrière. La liaison remonte jusqu'à la cabine de la navette où les astronautes commandent le bras.

Préhenseurs-connecteurs

La perche fait appel à des préhenseurs-connecteurs existants sur les manchons de transition avant et intermédiaire. Le manchon de transition avant est équipé d'un préhenseur-connecteur électrique de vol modifié qui sert d'interface avec le bras de la navette. Le manchon de transition intermédiaire est doté d'un préhenseur-connecteur utilisable en vol qui sert d'interface avec le bras de la station spatiale.

Télévision en circuit fermé 

La perche n'est pas équipée de caméras. Le bras de la navette, par contre, en comprend une à l'articulation du coude et une autre à l'articulation du poignet pour surveiller les dégagements. Ces caméras aident les astronautes à positionner le bras et la perche.

Système de commande

Les mouvements de la perche sont commandés uniquement par le bras de la navette, qui est lui-même piloté par l'ordinateur général de la navette. Les astronautes dirigent le bras en donnant des instructions à l'ordinateur à l'aide de commandes manuelles. Un logiciel intégré analyse ces instructions et décide des articulations à mettre en oeuvre ainsi que de la direction, de la vitesse et de l'angle à adopter. Tandis que l'ordinateur envoie les commandes à chaque articulation, il examine aussi le comportement de chacune toutes les 80 millisecondes. Tout changement apporté par un astronaute à la trajectoire initiale commandée est étudié et de nouvelles commandes actualisées sont envoyées à chacune des articulations.

Le système de commande du bras de la navette surveille en continu l'état de ce dernier. En cas de défaillance, l'ordinateur empêchera automatiquement le mouvement de toutes les articulations et avertira l'astronaute. Le système de commande affiche également en continu le degré de rotation et la vitesse des articulations sur des moniteurs situés dans la cabine de pilotage de la navette. À l'instar de tout autre système de commande, l'ordinateur peut être contourné, et l'astronaute peut alors commander chaque articulation individuellement depuis la cabine de pilotage.

Système de protection thermique

La perche est entièrement recouverte d'un isolant thermique à plusieurs couches assurant un contrôle thermique passif. Ce matériau consiste en une alternance de couches de Kapton, de canevas de Dacron et de revêtement extérieur Bêta. Dans des conditions de froid extrême, des radiateurs électriques à thermostat fixés aux éléments mécaniques et électroniques vitaux peuvent être activés afin de maintenir une température de fonctionnement stable.

(Illustration : MDA)

Aperçu de la mission

(Illustration : MDA)