Bourane | Les bras manipulateurs1. HistoriqueLa navette spatiale Bourane devait être équipée d'un Système de Manipulateurs Embarqués appelé le SBM (Система бортовых манипуляторов), ou Aist. Il était constitué de deux bras manipulateurs fournis par le TsNII RTK de Saint-Pétersbourg qui devaient permettre à l'équipage de saisir des charges et de les déplacer. Les équipes du TsNII RTK ont basé leurs études sur le bras RMS (Remote Manipulator System) de la navette spatiale américaine, développé par SPAR Aerospace (aujourd'hui MD Robotics), mais ont apporté plusieurs changements fondamentaux. Par exemple, la fiabilité du bras américain est basée sur le redondance des différents composants. Le système russe, quant à lui, possède deux bras distincts, ce qui donne une redondance complète [1]. 
Fig. 1.1 : Le bras manipulateur de Bourane. >> Voir les photos du musée du TsNII RTK. La navette Bourane 1K qui a volé le 15 novembre 1988 n'était pas équipé du SBM, qui devait réaliser son premier vol sur la navette 2K. Le bras y a été installé à l'été 1993 [6] mais, suite à l'annulation du programme, 2K n'a pas volé et le SBM n'a pas pu être testé en conditions réelles. 2. DescriptionLe SBM est constitué de deux bras redondants, disposés de chaque côté de la soute. Chaque bras a une longueur de 15,3m, une masse de 360kg et dispose de six degrés de liberté [3]. Les éléments du bras sont construits en polymère renforcé de fibres de carbone [1]. 
Fig. 2.1 : Schéma du SBM. Chaque bras est constitué de trois éléments : l'épaule, le coude et la main. Les articulations sont réalisées par des charnières à deux degrés de liberté mises en mouvement par des moteurs électriques. La main est munie d'un système de grappin et d'un cône capable de tourner selon l'axe longitudinal [2]. Le grappin peut saisir une charge d'une masse maximale de 3t avec un effort de 5kgf. Il peut se déplacer à la vitesse de 0,03m/s en charge, et à 0,6m/s à vide. La précision de sa position est de 5mm [3]. 
Fig. 2.2 : Schéma d'un bras du SBM. Le système comporte trois caméras vidéos KL-141. Deux sont disposées dans la soute, alors que la troisième est à l'extrémité du bras, sur le grappin. 
Fig. 2.3 : Le grappin du bras, avec sa caméra et son projecteur. 3. Contrôle-commandeLes bras du SBM sont contrôlés via l'ordinateur de bord (BTsVK) de la navette par un opérateur qui peut être soit un cosmonaute, soit le Centre de Contrôle des Vols (TsUP) de Koroliov. Quatre modes de fonctionnement sont possibles [4] :
- Le mode manuel, qui permet à l'opérateur de contrôler les différentes articulations depuis le pupitre situé dans le compartiment de commande du cockpit. Un premier joystick permet de commander le
bras, et un second permet d'actionner le grappin. 4. Le système de mise au reposQuand ils ne sont pas utilisés, les bras manipulateurs du SBM sont en position allongée de chaque côté de la soute et sont maintenus en place par le système SKBM (Система Крепления и развёртывания Бортового Манипулятора), dont le développement a été confié en 1983 au VNII TransMach de Leningrad [6]. Il est constitué de quatre supports (le nœud principal et trois logements pour l'épaule, le coude et la main) d'une masse totale de 90kg, du boîtier de commande (10kg) et d'un réseau de câble (19kg). Les supports garantissent l'intégrité du bras lors des phases de lancement et d'atterrissage [6]. 
Fig. 4.1 : Schéma d'un bras en position de repos. Pendant les phases de lancement et d'atterrissage, lorsque les portes de la soute sont fermées, l'ensemble des supports du SKBM se rétractent vers l'intérieur de la soute. Une fois Bourane sur orbite, le déploiement est réalisé selon deux étapes [6] :
- chacun des quatre supports commence par pivoter selon un angle de 45° (noté α sur la figure 5.2) au moyen de moteurs de rotation PP (Привод Поворота). Il y a un moteur par support. 
Fig. 4.2 : Schéma du bras tribord en position rétractée (à gauche) Chaque moteur PP et PF est redondé par un mécanisme manuel qui peut être actionné par un cosmonaute lors d'une sortie dans l'Espace si nécessaire [6]. 
Fig. 4.3 : Essais du SKBM chez VNII TransMach. 5. Les essais du brasDeux bancs d'essai ont été spécialement construits par le TsNII RTK pour les bras du SBM : le banc planaire et le banc spatial. La réalisation du banc spatial a nécessité la construction d'une tour de 70m de haut et de 30m de diamètre [1]. 
Fig. 5.1 : La tour du TsNII RTK. Le principe du stand est de compenser la force de gravité agissant sur le bras en suspendant ses parties mobiles à un câble. Lorsque le bras se déplace, l'extrémité supérieure du câble se déplace automatiquement dans le plan horizontal à l'aide d'une plate-forme mobile, ce qui permet de maintenir sa verticalité. Simultanément, une tension constante du câble est assurée par des capteurs de force [1]. 
Fig. 5.2 : Schéma du banc spatial dans la tour du TsNII RTK. 
Fig. 5.3 : Essais du bras sur le banc spatial du TsNII RTK. 
Fig. 5.4 : Reportage dans la tour du TsNII RTK. Le band d'essais planaire a une surface de 100m2 et fonctionne avec des supports sur coussins d'air et de suspension par câble permet de simuler les conditions de microgravité [1][4]. 6. L'entraînement des cosmonautesLe Centre d'Entraînement des Cosmonautes (TsPK) Youri Gagarine a mis en place un programme de formation à l'utilisation du SBM pour les futurs équipages de Bourane. Il est constitué d'un volet théorique et d'un volet pratique [5]. Le volet pratique est réalisé sur un stand réalisé spécialement pour l'occasion appelé Imitator SBM. Sa programmation permet de mettre en œuvre environ trente exercices de manipulation avec les bras manipulateurs et des charges de différentes masses et de différentes formes [5]. Bibliographie
[1] YOURIEVITCH, E., Воспоминания политехника. На рубеже XXI века, 2015, pp. 136-139 Dernière mise à jour : 12 septembre 2020 |
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