Regain d'énergie pour la station spatiale : un astronaute canadien commande le Canadarm2 et sort dans l'espace

Le prochain vol de la navette spatiale, qui marquera la reprise des travaux d'assemblage de la Station spatiale internationale, mettra une fois de plus la technologie et le talent canadiens à l'avant-scène. La navette Atlantis, qui doit décoller le 27 août 2006, transportera un équipage de six membres, dont l'astronaute canadien et vétéran Steve MacLean, qui poursuivra la construction du projet spatial le plus ambitieux et le plus complexe jamais réalisé. La mission STS-115, la troisième après les deux missions de démonstration du retour en vol de la navette de la NASA, a pour objectif la livraison de nouvelles sections de poutrelle et de panneaux solaires à la station. L'installation de ces nouveaux éléments exigera de MacLean qu'il accomplisse certaines des tâches les plus difficiles jamais effectuées par un astronaute canadien. Au cours de la mission, il sera appelé à orchestrer une série de manœuvres complexes de robotique à l'aide du Canadarm2, une première pour un astronaute canadien, et à réaliser une sortie extravéhiculaire de six heures et demie afin d'installer les panneaux destinés à produire de l'énergie.

Photo de l'équipage de la mission STS-115. Les astronautes Brent Jett (à droite) et Christopher Ferguson, respectivement commandant et pilote, se trouvent de part et d'autre de l'écusson de la mission. De gauche à droite, on peut voir les astronautes et spécialistes de mission Heidemarie Stefanyshyn-Piper, Joseph Tanner et Daniel Burbank ainsi que le Canadien Steve MacLean.  (Photo : NASA)

Cette mission de 12 jours constituera le 19e vol de la navette à destination du laboratoire orbital et le 27e vol d'Atlantis. Steve MacLean sera accompagné du commandant Brent Jett (qui a trois missions de la navette et cinq sorties dans l'espace à son actif), le pilote Chris Ferguson et les spécialistes de mission Joseph Tanner (qui a participé à trois missions de la navette et à cinq sorties extravéhiculaires), Dan Burbank (pour qui ce sera la deuxième mission à destination de la station) et Heidemarie Stefanyshyn-Piper. Steve MacLean n'en est pas non plus à sa première expérience à bord de la navette puisqu'il a été spécialiste de charge utile lors de la mission STS-52 en 1992.

La Station spatiale internationale telle qu'elle était en 2005. (Photo : NASA)

Inspection de sécurité « à la canadienne »

Au deuxième jour de la mission, lorsque la navette aura franchi la couche de l'atmosphère terrestre, on commencera à examiner l'ensemble de l'engin spatial afin de détecter tout signe de dommage survenu lors du lancement. Pour ce faire, on utilisera un système de télédétection unique, soit une perche canadienne de 15 mètres installée à l'extrémité du bras robotique Canadarm de la navette.

La perche servant de rallonge au bras robotique Canadarm de la navette spatiale. (Photo : NASA)

Agissant comme un miroir de dentiste, la perche donnera une portée accrue au bras robotique et permettra aux astronautes d'inspecter les parties de la navette difficiles à observer une fois dans l'espace, y compris son ventre couvert de tuiles thermiques ainsi que le bord d'attaque de ses ailes. La mise au point de la perche s'appuie sur l'expérience acquise par MDA, de Brampton en Ontario, lors de l'élaboration de plusieurs générations de télémanipulateurs spatiaux comme le Canadarm de la navette, le Canadarm2 de la station spatiale et Dextre, le futur robot à deux bras, qui sera lui aussi installé sur la station à la fin de 2007 ou au début de 2008.

Dextre, un robot doté de deux bras, sera lancé en 2007 ou 2008 en vue de son installation sur le Canadarm2.  (Image : ASC)

L'extrémité de la perche est munie de caméras numériques de pointe et de télémètres laser permettant d'inspecter en orbite chacune des tuiles recouvrant la navette pour y déceler la moindre fente ou perforation. Conçu par le développeur de technologies de vision spatiale NEPTEC d'Ottawa, l'un de ces systèmes de caméras laser comprend un instrument à grand angle de haute vitesse et de grande précision faisant appel à une technique de balayage de pointe permettant de produire des images en trois dimensions. Le neuvième jour de la mission, l'équipage réutilisera ce système pour inspecter la navette une deuxième fois, tandis qu'elle sera amarrée à la station, afin de s'assurer qu'aucune micrométéorite ne l'a endommagée.

Vue du nez de la navette lors de son amarrage à la Station spatiale internationale 
lors de la mission STS-114 en 2005. (Photo : NASA)

L'arrivée à bon port

Le troisième jour, au cours des heures précédant le rendez-vous avec la station, MacLean s'assoira brièvement dans le siège du pilote pour participer aux procédures d'amarrage. Une fois bien installé à bord, l'équipage commencera les préparatifs menant à la réalisation d'une étape déterminante de la construction de la station. Durant les huit jours suivants, les astronautes d'Atlantis exécuteront une série de manœuvres complexes à l'aide des deux bras robotiques et effectueront trois sorties extravéhiculaires pour installer une nouvelle poutrelle, ou structure, sur laquelle sera déployée la deuxième des quatre paires de panneaux solaires. Une fois en place, les panneaux solaires, qui généreront 128 kilowatts, formeront le plus imposant système d'alimentation en énergie jamais construit dans l'espace.

Poignée de main cosmique

Pour les Canadiens, la phase d'assemblage intensive commencera peu après l'amarrage, tandis que les astronautes MacLean et Burbank se prépareront à une manœuvre de transfert faisant appel aux deux générations de bras robotiques canadiens. À la fin de la troisième journée, Burbank utilisera le bras de la navette pour extraire la poutrelle de la soute et la transférer au Canadarm2 commandé par MacLean depuis l'intérieur de la station. Pour la toute première fois, le Canadarm2 sera manipulé par un astronaute canadien lors d'une activité d'assemblage de la station. Après deux heures de délicat travail, MacLean stationnera pour la nuit le bras robotique et son imposante charge utile au-dessus de la soute en vue des nombreuses activités de construction prévues la journée suivante.

Le 28 avril 2001, lorsque le Canadarm2 (à droite) a transféré son berceau de lancement au Canadarm de la navette Endeavour, on a pu assister à la première poignée de main canadienne dans l'espace.

Le lendemain matin, soit au quatrième jour de la mission, MacLean s'installera au poste de robotique de conception canadienne situé à l'intérieur de Destiny, le module de laboratoire américain de la station. Il entreprendra alors la première phase d'une séquence d'assemblage qui se déroulera sur plusieurs jours afin de fixer la nouvelle poutrelle sur le côté bâbord de la station spatiale. En contrôlant le Canadarm2 avec grande précaution, MacLean déplacera la poutrelle P3/P4, pesant 15,9 tonnes au lancement, en direction de la station et la positionnera de sorte que les verrous en forme de mâchoire la maintiennent en place sur le système de poutrelle P1 déjà installé sur la station orbitale. Une fois la poutrelle solidement attachée, MacLean enverra au Canadarm2 les commandes qui le feront lâcher prise.

Cette image des diverses parties de la Station spatiale montre où se situe la poutrelle P3/P4. (Photo : NASA)

Gros plan de la poutrelle P3/P4. (Image : NASA)

Dans le cadre de ces activités, MacLean aura également recours au système de vision spatiale mis au point par le Canada. Ce système transmet des images essentielles au poste de robotique. Des caméras placées à l'extrémité du bras de la navette enverront à un écran de bord des images de l'installation captées à différents angles pour produire une vue en trois dimensions. MacLean aura alors une idée exacte de l'emplacement, du mouvement et de l'orientation de la charge utile manipulée par le Canadarm2. Ce type d'informations assure l'alignement précis de la poutrelle en prévision de son installation sur la station.

Le système de vision spatiale. (Photo : ASC)

À la poursuite du Soleil

Au quatrième jour de la mission, MacLean placera le Canadarm2 de sorte qu'il puisse saisir la poutrelle P3/P4 nouvellement arrivée au site d'installation. Tanner et Stefanyshyn-Piper  entreprendront alors la première sortie extravéhiculaire de sept heures afin de brancher les connecteurs qui permettront aux contrôleurs au sol d'alimenter les poutrelles en énergie quelques jours plus tard, à la fin des travaux d'installation. Les astronautes en sortie extravéhiculaire relâcheront les dispositifs d'immobilisation servant à protéger les panneaux solaires lors du lancement, ils prépareront l'articulation rotative SARJ et ils en retireront les verrous pour procéder à la première rotation des panneaux solaires. Grâce à cette articulation particulière, les panneaux pourront enfin pivoter et suivre le Soleil, ce qui permettra de maximiser la capacité de production d'énergie de la station.

L'articulation rotative SARJ permet aux panneaux solaires de tourner sur eux-mêmes pour adopter la position désirée. (Photo : NASA)

Sortie extravéhiculaire canadienne

Au cinquième jour de la mission, MacLean enfilera sa combinaison spatiale et sortira pour la première fois dans le vide de l'espace en compagnie de son coéquipier Burbank. Leur travail consistera à retirer des revêtements thermiques, à installer des pièces de renfort et de support et à débloquer les nombreux verrous et pièces qui immobilisaient l'articulation rotative SARJ pour le lancement. La sortie pourrait durer jusqu'à sept heures, et les astronautes travailleront en étroite collaboration avec les contrôleurs au sol chargés de couper l'alimentation des systèmes le temps d'effectuer les raccordements. La nuit, pendant que les astronautes dormiront, les contrôleurs au sol activeront et testeront l'articulation SARJ, ce qui préparera la voie à la mise en service des panneaux solaires.

Au sixième jour de vol, l'enthousiasme et la tension, tant en orbite qu'au sol, atteindront un point culminant tandis que tous les regards seront tournés vers les panneaux solaires durant leur déploiement. Lors du lancement, les deux panneaux de 34 mètres sur 12 mètres seront repliés sur eux-mêmes, un peu comme une pièce d'origami, puis placés dans la soute d'Atlantis. Pendant que les panneaux se déploieront, MacLean positionnera le Canadarm2 à proximité de la poutrelle nouvellement installée pour observer les images en gros plan fournies par les caméras. Ferguson sera quant à lui à bord d'Atlantis et actionnera le système vidéo du bras de la navette pour fournir des images de différents angles tout au long des quatre heures que dureront ces opérations. Si tout se déroule comme prévu, les contrôleurs au sol procéderont à la mise en service des panneaux solaires au cours de la nuit. MacLean amènera le Canadarm2 à se retirer de la base mobile et à se placer sur le module de laboratoire américain Destiny en vue des activités futures du bras.

Panneaux solaires de la Station spatiale internationale avec la Terre comme toile de fond. (Photo : NASA)

Le Canadarm2. (Photo : NASA)

Les contrôleurs de vol canadiens superviseront toutes les délicates manœuvres des bras robotiques pour s'assurer que tout se déroule rondement et conformément aux procédures établies. Les ingénieurs canadiens en poste au Centre spatial Johnson à Houston et au siège social de l'Agence spatiale canadienne à Longueuil, au Québec, travailleront de concert avec leurs homologues américains. Les manœuvres complexes des bras robotiques durant la phase d'assemblage ressembleront à un ballet dont la chorégraphie a été réglée des années auparavant par l'équipe chargée de l'exploitation des systèmes robotiques spatiaux.

Danielle Cormier, contrôleuse de mission à l'Agence spatiale canadienne. (Photo : ASC)

Au cours de la septième journée, Tanner et Stefanyshyn-Piper  effectueront la troisième et dernière sortie extravéhiculaire de la mission. Ils prépareront la station orbitale en vue de la prochaine mission d'assemblage, la mission STS-116, actuellement prévue pour décembre 2006. Ils installeront une nouvelle antenne de transpondeur et ils dégageront une section des rails de la nouvelle poutrelle de sorte que la base mobile canadienne puisse l'utiliser. La base mobile, semblable à une plateforme ferroviaire, sert à transporter le Canadarm2 et d'autre équipement sur toute la longueur de la poutrelle principale de la station.

Gros plan des tuiles thermiques de la navette spatiale Discovery photographiée 
pendant la mission STS-114 en 2005. (Photo : NASA)

Au terme de sa mission, MacLean participera à un projet innovateur d'observation de la Terre ne pouvant être réalisé qu'à partir de la plateforme spatiale unique que représente la station. De son poste d'observation privilégié, MacLean captera des centaines d'images numériques des formations géologiques du Canada. Des chercheurs jumelleront ces images à des données recueillies par satellite pour tenter de mieux expliquer les répercussions de la déforestation et du réchauffement planétaire sur les conditions environnementales régnant au pays.

Île du Cap-Breton, Nouvelle-Écosse, Canada.  (Photo : NASA)

Le neuvième jour de la mission, une fois les derniers travaux d'entretien et les préparatifs pour la prochaine mission d'assemblage terminés, l'équipage procédera au désamarrage et commencera à préparer la navette pour son vol de retour vers la Terre trois jours plus tard.

Pendant la dixième journée de la mission, MacLean, aux commandes du Canadarm, sortira la perche de la soute d'Atlantis. L'équipage procédera alors à la dernière inspection visuelle pour détecter tout dommage que les tuiles thermiques auraient pu subir en orbite. Les images seront transmises au centre de contrôle au sol à des fins d'examen.

Un jalon canadien dans l'espace

En orbite autour de la Terre à 400 kilomètres d'altitude, la Station spatiale internationale est le plus ambitieux projet d'ingénierie jamais entrepris et le fruit d'efforts internationaux sans précédent consentis par les pays partenaires.

Depuis le début, le Canada joue un rôle de premier plan dans cette grande odyssée et fait preuve d'un savoir-faire et d'un esprit d'innovation qui seront à nouveau mis à profit par MacLean et ses coéquipiers durant la mission STS-115. Il s'agit d'un jalon historique pour le Programme spatial canadien puisque, à ce jour, la participation du Canada à l'assemblage de la station n'avait jamais été aussi importante. Chris Hadfield, le premier astronaute canadien à être sorti dans l'espace, a participé en 2001 à l'installation sur la station spatiale du Canadarm2, qui venait d'être construit, tandis que le premier ensemble de panneaux solaires a été livré par Marc Garneau, un astronaute canadien chevronné, lors de son troisième vol spatial en 2000.

Chris Hadfield est le premier Canadien à avoir effectué une sortie dans l'espace. (Photo : NASA)

Depuis la catastrophe de Columbia, qui avait temporairement cloué les autres navettes au sol et interrompu les activités de construction en 2003, il s'agit de la première mission vouée à l'assemblage de la station. Comme son collègue Steve MacLean, l'astronaute canadien Dave Williams se rendra bientôt à la Station spatiale internationale dans le cadre de la mission
STS-118, dont le lancement est prévu pour juin 2007. Williams effectuera alors trois sorties extravéhiculaires.