Un nouveau dispositif d'amarrage pour les rendez-vous dans l'espace

L'Agence spatiale européenne (ESA) travaille à un nouveau dispositif d'amarrage simple de deux vaisseaux spatiaux. maxon a développé pour cela deux systèmes d'entraînement spécifiques.

Même si elle a déjà été réalisée à de nombreuses reprises, la manœuvre d'amarrage de deux objets dans l'espace demeure une procédure délicate et potentiellement dangereuse. La vitesse est extrêmement élevée (28 000 km/h environ pour l'ISS) et toute correction est difficile. Par exemple, lorsque les deux objets sont sur le point de se rencontrer, il est impossible d'utiliser les propulseurs de manœuvre car leurs gaz d'échappement sont potentiellement dangereux. Pour éviter toute détérioration, un bras robotisé installé dans la Station spatiale internationale (ISS) saisit les vaisseaux cargo, qui sont ensuite amarrés à la main. Quant aux vaisseaux spatiaux habités, ils s'amarrent directement en une opération pilotée par ordinateur.

Ce type de manœuvre d'amarrage est appelé à devenir plus facile et plus sûr. C'est pourquoi l'Agence spatiale européenne (ESA) a chargé ses partenaires industriels de concevoir un nouveau dispositif d'amarrage appelé IBDM (International Berthing and Docking Mechanism). Ce dispositif est conforme à la norme internationale IDSS (International Docking System Standard), norme sur laquelle les principales agences spatiales du monde entier se sont accordées. Il sera donc compatible avec l'ISS et la plupart des autres vaisseaux spatiaux. Les premières missions avec ce mécanisme auront lieu avec le Dream Chaser, vaisseau qui ressemble à une version compacte de la navette spatiale et qui effectuera bientôt des vols cargo vers l'ISS. Ce vaisseau est développé par la société Sierra Nevada Corporation.

L'énergie d'amarrage est absorbée

L'IBDM est un système de couplage androgyne. Cela signifie que le dispositif de connexion est identique des deux côtés. Il est constitué d'un anneau intérieur dur (Hard Capture System) et d'un anneau extérieur souple (Soft Capture System), à six degrés de liberté et équipé de capteurs de force. L'anneau extérieur absorbe tout d'abord l'énergie d'amarrage. Puis la connexion finale étanche est réalisée et sécurisée par des crochets mécaniques, qui maintiennent les deux vaisseaux spatiaux solidement assemblés.

La société SENER est chargée de développer et d'installer le Hard Capture System. Elle travaille actuellement au modèle de qualification, testé en 2020. «Car le système IBDM doit être utilisé le plus rapidement possible sur un vol de ravitaillement de l'ISS,» explique Gabriel Ybarra, de la société SENER. L'une des prochaines étapes prévoit de l'utiliser dans la station spatiale lunaire que la NASA va mettre en orbite autour de la lune, et qui pourrait devenir la base de lancement de missions habitées vers Mars.

Des systèmes doubles pour le maximum de sécurité

Il s'agit d'un projet ambitieux pour les ingénieurs de SENER: «Il nous a fallu, dans un premier temps, comprendre exactement toutes les exigences de l'ESA et de la NASA et trouver comment y répondre. Surtout en matière de sécurité car le mécanisme d'amarrage doit pouvoir être utilisé pour des vols habités.» Les entraînements électriques utilisés doivent être extrêmement fiables mais aussi très légers, et fournir le couple nécessaire. C'est pourquoi SENER coopère depuis plusieurs années avec le spécialiste de l'entraînement maxon.

Pour le Hard Capture System, maxon a développé un moteur EC 32 plat à deux bobinages et à réducteur planétaire GPX 22 UP (ci-dessus). Douze systèmes d'entraînement maxon actionnent les crochets de verrouillage. Chacun d'eux consiste en deux moteurs sans balais EC 30 à 4 pôles et un réducteur GPX 42 UP (ci-dessous).

Les ingénieurs de maxon ont développé pour SENER deux entraînements capables d'exécuter des fonctions extrêmement diverses. Le premier entraînement se compose de deux moteurs EC sans balais à 4 pôles et d'un réducteur GPX UP. Douze de ces actionneurs activent les crochets de verrouillage du mécanisme d'amarrage IBDM. Le second entraînement combine un moteur plat et un réducteur planétaire. Il agit à onze emplacements pour gérer les connexions plug-in, les œillets de maintien et d'autres fonctions auxiliaires.

Le mécanisme d'amarrage IBDM étant un élément essentiel des vols, les systèmes d'entraînement utilisés doivent être redondants. Le deuxième système doit fonctionner même si l'entraînement primaire est en panne. Ce problème est souvent résolu en prévoyant un moteur de secours qui prend le relais en cas d'urgence. Cette approche est utilisée dans l'actionneur du crochet de verrouillage. Mais les ingénieurs de maxon ont préféré une autre solution peu conventionnelle pour l'autre système d'entraînement: un stator additionnel remplace le moteur supplémentaire. Le moteur plat présente deux stators et donc deux bobinages, chacun d'eux étant capable d'entraîner le rotor – une solution aussi ingénieuse que compacte qui garantit la sécurité.

Gabriel Ybarra fait l'éloge de la collaboration avec maxon: «L'équipe comprend ce dont nous avons besoin et modifie le design très rapidement.» Et en plus, les deux partenaires sont passionnés par les systèmes mécatroniques. «C'est très motivant d'être associé à l'ensemble du cycle, de la conception à la production et aux essais. Cela rend le travail extrêmement intéressant. Et quand le système se met en mouvement pour la première fois, c'est comme si vous assistiez aux premiers pas de votre enfant».

Catalogue

Space

Les actionneurs de maxon ont été employés dans de nombreuses missions financées par des agences spatiales dans le monde entier et peuvent être trouvés sur les satellites commerciaux, les rovers, les engins spatiaux scientifiques ainsi que l'ISS.

TELECHARGEZ GRATUITEMENT

Copyright des images
SENER / maxon / Sierra Nevada Corp.