แขนกลแคนาดา

ระบบแขนกลควบคุมระยะไกลของยานอวกาศ
	แขนกลแคนาดาม (ด้านขวา) ระหว่างภารกิจกระสวยอวกาศSTS-72
ผู้ปฏิบัติงาน	นาซาซีเอสเอ
ผู้ผลิต	สปาร์ แอโรสเปซ
ประเภทเครื่องมือ	แขนหุ่นยนต์
เว็บไซต์	www.asc-csa.gc.ca/eng/canadarm/default.asp
คุณสมบัติ
มวล	แขน: 410 กก. (900 ปอนด์); น้ำหนักรวม: 450 กิโลกรัม (990 ปอนด์);
มิติ	1,520 ซม. × 38 ซม. (598 นิ้ว × 15 นิ้ว)
หมายเลขที่เปิดตัว	5
ยานอวกาศเจ้าบ้าน
ยานอวกาศ	กระสวยอวกาศ
ผู้ปฏิบัติงาน	นาซ่า
จุดปล่อยจรวด	เคนเนดี้แอลซี-39

CanadarmหรือCanadarm1 (ชื่ออย่างเป็นทางการคือShuttle Remote Manipulator SystemหรือSRMSหรือSSRMS ) คือชุดแขนหุ่นยนต์ที่ใช้กับ ยาน อวกาศสเปซชัตเติลเพื่อติดตั้ง ควบคุม และจับยึดสัมภาระหลังจากเหตุการณ์ภัย พิบัติ สเปซชัตเติลโคลัมเบีย Canadarm จะถูกใช้งานร่วมกับOrbiter Boom Sensor System (OBSS) เสมอ ซึ่งใช้ในการตรวจสอบภายนอกของยานอวกาศเพื่อหาความเสียหายต่อระบบป้องกันความร้อน

การพัฒนา

ในปี พ.ศ. 2512 แคนาดาได้รับเชิญจากองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) ให้เข้าร่วมโครงการกระสวยอวกาศ^{[ 1 ]}ในขณะนั้นยังไม่ได้ตัดสินใจว่าการเข้าร่วมนั้นจะเกี่ยวข้องกับอะไรบ้าง แต่ระบบแขนกลถูกระบุว่าเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ[ ^{1 ] บริษัท} DSMA ATCON ของแคนาดาได้พัฒนาหุ่นยนต์สำหรับบรรจุเชื้อเพลิงลงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ CANDUซึ่งหุ่นยนต์นี้ดึงดูดความสนใจของ NASA ^{[ 1 ]}ในปี พ.ศ. 2518 NASA และสภาวิจัยแห่งชาติแคนาดา (NRC) ได้ลงนามในบันทึกความเข้าใจว่าแคนาดาจะพัฒนาและสร้างแขนกล Canadarm ^{[ 2 ]}

NRC มอบสัญญาการสร้างแขนกลให้กับSpar Aerospace (ปัจจุบันคือMDA ) ^{[ 3 ]}มีการสร้างระบบสามระบบภายใต้สัญญาการออกแบบ พัฒนา ทดสอบ และประเมินผลนี้ ได้แก่ แบบจำลองทางวิศวกรรมเพื่อช่วยในการออกแบบและทดสอบ Canadarm แบบจำลองคุณสมบัติที่ต้องผ่านการทดสอบด้านสิ่งแวดล้อมเพื่อรับรองการออกแบบสำหรับการใช้งานในอวกาศ และหน่วยบิน

ปลายแขนกล

แอนโทนี "โทนี่" ซูบร์ซิกกี วิศวกรออกแบบที่ DSMA ATCON ^{[ 4 ]}ขณะที่ถูกส่งตัวไป SPAR ได้ริเริ่มแนวคิดสำหรับ Canadarm End Effector โดยได้รับแรงบันดาลใจจากแถบยางยืดรอบนิ้วของเขา^{[ 4 ]}ซูบร์ซิกกีได้นำเสนอแนวคิดนี้อย่างเป็นทางการต่อเจ้าหน้าที่ NASA ^{[ 4 ]}แฟรงค์ มี หัวหน้าห้องปฏิบัติการพัฒนาเครื่องกลของ SPAR ได้สร้างต้นแบบ End Effector โดยอิงจากแนวคิดของโทนี่ และได้รับการยกย่องจาก SPAR ^{[ 4 ]}ว่าเป็นผู้คิดค้น Canadarm End Effector การออกแบบแบบไขว้สามสายชนะกลไกแบบกรงเล็บและแบบอื่นๆ เช่น แบบจำลองม่านตาของกล้อง^{[ 4 ]}ที่กำลังพิจารณาอยู่

การควบคุมและซอฟต์แวร์

อัลกอริทึมควบคุมหลักได้รับการพัฒนาโดย SPAR และบริษัทรับเหมาช่วงDynacon Inc.จากเมืองโตรอนโต CAE Electronics Ltd.ในเมืองมอนทรีออลเป็นผู้จัดหาจอแสดงผลและแผงควบคุม รวมถึงตัวควบคุมมือที่ติดตั้งอยู่ในห้องนักบินด้านท้ายของกระสวยอวกาศ ส่วนต่อประสานอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ เครื่องขยายสัญญาณเซอร์โว และอุปกรณ์ปรับสภาพพลังงานที่อยู่บนแขนกล Canadarm ได้รับการออกแบบและสร้างโดย SPAR ที่โรงงานในเมืองมอนทรีออล บูมคอมโพสิตกราไฟต์ที่ทำหน้าที่เชื่อมต่อโครงสร้างระหว่างข้อไหล่และข้อศอก และบูมที่คล้ายกันซึ่งเชื่อมต่อข้อศอกกับข้อมือ ผลิตโดยGeneral Dynamicsในสหรัฐอเมริกา Dilworth, Secord, Meagher and Associates, Ltd. ในเมืองโตรอนโตได้รับสัญญาให้ผลิตแบบจำลองทางวิศวกรรมของส่วนปลายแขนกล จากนั้น SPAR ได้พัฒนาการออกแบบและผลิตหน่วยทดสอบและหน่วยบิน ซอฟต์แวร์การบินของกระสวยอวกาศที่ตรวจสอบและควบคุมแขนกล Canadarm ได้รับการพัฒนาในเมืองฮิวสตัน รัฐเท็กซัสโดยแผนก Federal Systems Division ของIBM แผนก Space Transportation Systems Division ของ Rockwell Internationalออกแบบ พัฒนา ทดสอบ และสร้างระบบที่ใช้ในการเชื่อมต่อแขนกล Canadarm กับช่องบรรทุกสัมภาระของยานอวกาศ

พิธีรับมอบสำหรับ NASA จัดขึ้นที่แผนก RMS ของ Spar ในโทรอนโต เมื่อวันที่ 11 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2524 ^{[ 1 ]}ณ ที่นี้Larkin Kerwinซึ่งดำรงตำแหน่งหัวหน้า NRC ในขณะนั้น ได้ตั้งชื่ออย่างไม่เป็นทางการให้กับ SRMS ว่า Canadarm คำนี้เดิมทีคิดค้นโดย ดร. Wally Cherwinski เพื่อให้ Larkin Kerwin ใช้ในระหว่างการกล่าวสุนทรพจน์ในงานแถลงข่าว^{[ 1 ]}ดร. Art Hunter ผู้จัดการโครงการ Canadarm ของ NRC ได้ทำงานร่วมกับเพื่อนร่วมงาน NASA และ Spar เพื่อเพิ่มธงชาติแคนาดาและเครื่องหมายคำลงบนแขนเพื่อโบกธงแคนาดาร่วมกับธงของสหรัฐอเมริกา

แขนกล Canadarm ตัวแรกถูกส่งมอบให้กับ NASA ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2524 ^{[ 5 ]}นักบินอวกาศJudith Resnik ได้พัฒนา ซอฟต์แวร์ NASA และขั้นตอนการปฏิบัติงานบนยานสำหรับระบบนี้^{[ 6 ]}โดยรวมแล้ว มีแขนกล Canadarm จำนวน 5 ตัว ได้แก่ หมายเลข 201, 202, 301, 302 และ 303 ที่ถูกสร้างและส่งมอบให้กับ NASA แขนกลหมายเลข 302 สูญหายไปในอุบัติเหตุChallenger ^{[ 7 ]}

การออกแบบและความสามารถ

แขนกล Canadarm รุ่นดั้งเดิมสามารถส่งน้ำหนักบรรทุกได้ถึง 65,000 ปอนด์ (29,000 กิโลกรัม) ในอวกาศ^{[ 8 ]}ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 ระบบควบคุมแขนกลได้รับการออกแบบใหม่เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกเป็น 586,000 ปอนด์ (266,000 กิโลกรัม) เพื่อรองรับการประกอบสถานีอวกาศ^{[ 9 ]}แม้ว่าจะสามารถเคลื่อนย้ายน้ำหนักบรรทุกที่มีมวลเท่ากับรถบัสที่บรรทุกเต็มพิกัดในอวกาศได้ แต่มอเตอร์ของแขนกลไม่สามารถยกน้ำหนักของแขนกลเองได้เมื่ออยู่บนพื้นดิน^{[ 3 ]}ดังนั้น NASA จึงได้พัฒนาแบบจำลองของแขนกลเพื่อใช้ในศูนย์ฝึกอบรมภายในศูนย์อวกาศจอห์นสันที่ตั้งอยู่ในฮูสตัน รัฐเท็กซั ส แขน กล Canadarm ยังสามารถกู้คืน ซ่อมแซม และส่งดาวเทียม จัดหาบันไดต่อขยายแบบเคลื่อนที่สำหรับ ลูกเรือ กิจกรรมนอกยานอวกาศสำหรับสถานีทำงานหรือที่ยึดเท้า และใช้เป็นเครื่องช่วยตรวจสอบเพื่อให้ลูกเรือสามารถมองเห็นพื้นผิวของยานอวกาศหรือน้ำหนักบรรทุกผ่านกล้องโทรทัศน์บนแขนกล Canadarm ได้

โครงสร้างพื้นฐานของแขนกลแคนาดา (Canadarm) ประกอบด้วยแขนกล จอแสดงผลแคนาดา และแผงควบคุม ซึ่งรวมถึงตัวควบคุมการหมุนและการเคลื่อนที่ที่สถานีควบคุมของลูกเรือบนดาดฟ้าบินด้านท้ายยานอวกาศ และหน่วยเชื่อมต่อตัวควบคุมแขนกลที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ของยานอวกาศ ลูกเรือคนหนึ่งจะควบคุมแขนกลแคนาดาจากสถานีควบคุมบนดาดฟ้าบินด้านท้าย และลูกเรืออีกคนหนึ่งมักจะช่วยในการควบคุมกล้องโทรทัศน์ これにより ผู้ควบคุมแขนกลแคนาดาสามารถมองเห็นการทำงานของแขนกลแคนาดาผ่านทางหน้าต่างบรรทุกสัมภาระและหน้าต่างเหนือศีรษะบนดาดฟ้าบินด้านท้าย และผ่านทางจอภาพโทรทัศน์วงจรปิดที่สถานีควบคุมบนดาดฟ้าบินด้านท้าย

แขนกล Canadarm ติดตั้งกลไกที่ใช้ระเบิดเพื่อปล่อยแขนกล ระบบความปลอดภัยนี้จะช่วยให้ประตูช่องบรรทุกสัมภาระของยานอวกาศปิดได้ในกรณีที่แขนกลทำงานล้มเหลวในตำแหน่งที่ยืดออกและไม่สามารถหดกลับได้^{[ 3 ]}

แขนกลแคนาดามีความยาว 15.2 เมตร (50 ฟุต) และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 38 เซนติเมตร (15 นิ้ว) โดยมีองศาอิสระหกองศาน้ำหนักตัวแขนกลเองอยู่ที่ 410 กิโลกรัม (900 ปอนด์) และเมื่อประกอบเป็นระบบทั้งหมดจะมีน้ำหนัก 450 กิโลกรัม (990 ปอนด์) แขนกลแคนาดามีข้อต่อหกข้อที่สอดคล้องกับข้อต่อของแขนมนุษย์โดยประมาณ ได้แก่ ข้อต่อหมุนรอบแกนแนวนอนและแนวตั้งของไหล่ ข้อต่อหมุนรอบแกนแนวตั้งของข้อศอก และข้อต่อหมุนรอบแกนแนวนอน แนวแกนตามยาว และแนวแกนตามยาวของข้อมือ^{[ 10 ]}ส่วนปลายของแขนกลคือหน่วยที่ปลายข้อมือซึ่งใช้จับยึดอุปกรณ์จับยึด ของน้ำหนักบรรทุก ส่วนแขนกลน้ำหนักเบาสองส่วนเรียกว่าแขนบนและแขนล่าง แขนกลบนเชื่อมต่อข้อต่อไหล่และข้อศอก และแขนกลล่างเชื่อมต่อข้อต่อข้อศอกและข้อมือ^{[ 11 ]}^{[ 10 ]}

ประวัติการบริการ

แขนกล Canadarm จำลองที่ติดตั้งบนกระสวยอวกาศเอนเตอร์ไพรส์ถูกพบเห็นเมื่อประตูช่องบรรทุกสัมภาระของยานต้นแบบถูกเปิดออกเพื่อทดสอบสิ่งอำนวยความสะดวกในโรงเก็บเครื่องบินในช่วงต้นของโครงการกระสวยอวกาศ^{[ 12 ]}แขนกล Canadarm ได้รับการทดสอบในวงโคจรครั้งแรกในปี 1981 ใน ภารกิจ STS-2ของกระสวยอวกาศโคลัมเบียการใช้งานจริงครั้งแรกคือในภารกิจSTS-3เพื่อติดตั้งและเคลื่อนย้ายชุดอุปกรณ์วินิจฉัยพลาสมา^[⁷^]ต่อมาแขนกล Canadarm ได้ถูกใช้งานในภารกิจมากกว่า 90 ครั้งกับยานโคจรทั้งห้าลำ

นับตั้งแต่มีการติดตั้งCanadarm2บนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) แขนทั้งสองข้างถูกใช้เพื่อส่งมอบชิ้นส่วนของสถานีสำหรับการประกอบจาก Canadarm ของยานโคจรไปยัง Canadarm2 การใช้องค์ประกอบทั้งสองร่วมกันทำให้สื่อเรียกขานกันด้วยชื่อเล่นว่า "การจับมือแบบแคนาดา" ^{[ 13 ]}

การเกษียณอายุ

ภารกิจกระสวยอวกาศครั้งที่ 90 และครั้งสุดท้ายของ Canadarm เกิดขึ้นในเดือนกรกฎาคม 2011 ในภารกิจ STS-135โดยนำRaffaello MPLMไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) และกลับมา ปัจจุบัน Canadarm ของยาน Discovery จัดแสดงอยู่ที่ศูนย์อวกาศจอห์นสันในรัฐเท็กซัส และจัดแสดงอยู่ข้างๆ กัน ที่ศูนย์ Udvar- Hazy ของพิพิธภัณฑ์การบินและอวกาศแห่งชาติ^{[ 14 ]}ยาน Endeavourได้ทิ้ง OBSS ไว้ที่สถานีอวกาศนานาชาติในภารกิจสุดท้ายขณะที่ Canadarm ของยาน Endeavour เดิมทีจะถูกนำไปจัดแสดงที่สำนักงานใหญ่ขององค์การอวกาศแคนาดา (CSA) ^{[ 14 ]}อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน Canadarm ของยาน Endeavourจัดแสดงถาวรอยู่ที่ พิพิธภัณฑ์การ บินและอวกาศแคนาดาในออตตาวา^[¹⁵^]^[¹⁶^]^[¹⁷^]แขนกล Canadarm รุ่นสุดท้ายที่บินในอวกาศ คือ SRMS ซึ่งบินไปกับยานAtlantisในภารกิจ STS-135 เมื่อเดือนกรกฎาคม 2011 ถูกส่งไปยังศูนย์อวกาศจอห์นสันของ NASA ในเมืองฮิวสตัน เพื่อทำการศึกษาทางวิศวกรรมและอาจนำกลับมาใช้ใหม่ในภารกิจในอนาคต^[¹⁸^]

อนุพันธ์