Système de surveillance et de maintien du rendement des opérateurs robotiques exploitant le Système d'entretien mobile (SMP)

Objectif

Développer et mettre à l'essai un système qui sera installé à bord de la Station spatiale internationale (SSI) et qui permettra aux astronautes dûment formés à l'exploitation du Système d'entretien mobile (MSS) de mesurer et d'entretenir leurs compétences d'opérateurs robotiques pendant leurs séjours dans l'espace.

Contexte

La principale contribution du Canada à la SSI est le MSS. Ce système est constitué de trois éléments dont le Canadarm2, un bras robotique actuellement utilisé pour assembler et entretenir la SSI. Ce sont des astronautes qui commandent le MSS pour déplacer des charges utiles ou des astronautes effectuant des sorties extravéhiculaires, saisir des objets flottants et effectuer des travaux d'entretien à l'extérieur de la station spatiale. Tous les membres des équipages Expedition appelés à utiliser le MSS reçoivent une formation approfondie sur le simulateur du MSS aux installations de l'Agence spatiale canadienne (ASC). Ces membres d'équipage sont ensuite appelés à suivre une formation spéciale, offerte par étape, sur les simulateurs du MSS à la National Aeronautics and Space Administration (NASA), avant leur départ en mission.

Malgré la formation qu'ils ont reçue au sol avant leur mission, les astronautes peuvent remarquer une certaine diminution de leurs habiletés en raison du manque de pratique entre le moment de leur dernière séance de formation au sol et celui de leur première utilisation du MSS en orbite, du stress qu'ils subissent pendant les vols spatiaux et des défis physiques posés par l'environnement de microgravité. Des expériences antérieures menées à bord de la station spatiale russe MIR ont démontré que les habiletés motrices et sensorielles des cosmonautes se détériorent de manière significative après un séjour de quatre à six semaines dans l'espace.

Le système de surveillance et de maintien du rendement (SMP) des membres d'équipage vise à mettre à la disposition des astronautes un système embarqué qui permet à ces derniers de mesurer leurs habiletés. Si le besoin se faisait sentir, les astronautes pourraient recourir à ce système pour recouvrer leurs habiletés. Ce système vise à s'assurer que les astronautes continuent à mettre leurs habiletés en pratique et qu'ils soient en mesure d'utiliser le Canadarm2 au moment requis.

Entraînement a bord de MIR. (Source : S.P Korolev RSC Energia.)

Description du projet

Ce projet vise deux objectifs, soit la validation du système SMP et la collecte de données sur la nature et l'ampleur des changements qui surviennent au niveau des habiletés des astronautes et des cosmonautes dans l'espace. Pour valider le SMP, on a mis au point un prototype du système qui a été livré à la SSI en février de 2003, et installé à bord du module de service russe. Celui-ci permettra de recueillir des données sur la détérioration et la récupération des habiletés des opérateurs robotiques en fonction du temps écoulé depuis la dernière formation de l'astronaute.

Le SMP est un logiciel de simulation du Canadarm2 et d'une charge utile libre installée sur un ordinateur portable équipé de deux contrôleurs. Le système comprend également un module logiciel qui mesure et évalue automatiquement le niveau de rendement de l'opérateur et qui lui fournit une rétroaction à ce sujet.

Pour valider le SMP, on formera des sujets à qui on demandera d'effectuer des tâches propres aux opérateurs robotiques, par exemple la saisie des objets flottants. Ils seront formés jusqu'à ce que leurs habiletés atteignent un niveau stable. Les résultats de ces essais serviront de repères pour de futures comparaisons.

Au terme de leur dernière séance de formation, les sujets réaliseront des essais de rendement à différents intervalles afin d'évaluer l'ampleur des changements survenus au niveau de leurs habiletés. Les sujets s'adonneront ensuite à des séances de récupération de leurs habiletés jusqu'à ce que celles-ci reviennent à un niveau prescrit. Le groupe témoin effectuera ces essais au sol tandis que le groupe expérimental les réalisera en orbite.

Les expériences menées avec le groupe témoin auront lieu aux installations de la société S.P. Korolev Rocket and Space Corporation Energia et de l'ASC. Le groupe témoin sera constitué de six instructeurs et ingénieurs de l'ASC et de six cosmonautes ayant déjà participé à des missions à bord de la SSI ou ayant complété avec succès une formation sur l'exploitation du MSS.

En orbite, les expériences menées à bord de la SSI seront réalisées par les membres des équipages Expedition 7, 8, 9 et 10. Au total, la phase d'expérimentation de l'étude à bord de la SSI s'échelonnera sur deux ans, ou l'équivalent de quatre missions Expedition.

Le SMP sera intégré à un système d'évaluation psychophysiologique conçu par le Centre aérospatial allemand (DLR). Ce système intégré permettra donc d'évaluer la charge de travail mental des astronautes ainsi que le stress qu'ils subissent lorsqu'ils exploitent des systèmes robotiques.

Retombées du SMP

Au sol, le SMP peut-être utilisé comme simulateur de formation et de préparation à la mission.
Le SMP permettra de mieux préparer les astronautes et les cosmonautes à l'exploitation du MSS et à certaines tâches précises comme la capture du premier module japonais en vol libre.
Les résultats de ce projet fourniront de précieuses informations à l'industrie canadienne de la formation.

Information documentaire

La capture des objets flottants est un processus de saisie d'objets flottant librement dans l'espace. Il s'agit d'une des tâches les plus difficiles à réaliser pour un opérateur robotique. Pour réussir à capturer un objet flottant, l'opérateur robotique doit mettre à profit des habiletés motrices et sensoriels complexes dans un temps très limité. Les cosmonautes et les astronautes ont environ 90 secondes pour capturer un engin libre. S'ils ratent leur coup, l'objet peut alors percuter la SSI et l'endommager ou dériver dans l'espace.

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