Canadarm2 (SSRMS) e le altre braccia della ISS: la posizione delle postazioni di aggancio e gli strumenti

[Raffaele_Di_Palma]

Il Canadarm2 è uno strumento essenziale che deve avere accesso alla maggior parte delle aree di lavoro poste all’esterno della ISS. Spesso mi sono chiesto quali fossero le varie possibilità di setup, quindi oggi mi sono preso il tempo di vederle tutte e fare questa piccola serie di immagini.

Mostreranno il Canadarm2 (detto anche SSRMS: Space Station Remote Manipulator System) posizionato presso i vari Power and Data Grapple Fixture (PDGF) situati in vari punti della ISS.

I PDGF sono delle basi che offrono non solo un punto di aggancio ma hanno anche la possibilità di fornire una linea di dati ed energia necessari al funzionamento e controllo del Canadarm2.
Il braccio robotico ha la capacita di “aggrapparsi” ad essi con entrambi i Latching End Effector (le “mani”, anche se il termine è piuttosto improprio) posti alle sue due estremità e così facendo, di punto in punto, si sposta tra le varie zone in cui operare.

Prima immagine ripresa da sotto la ISS con l’SSRMS in posizione sotto al modulo Harmony (Node 2)

Nelle vicinanze si trova anche il PDGF sotto il modulo americano Destiny (LAB)

Unico punto presso la sezione russa è sul modulo Zarya (FBG: Functional Cargo Block), qui una immagine dall’alto della ISS

Ci sono poi altri quattro PDGF e sono tutti posizionati su questo elemento: il Mobile Base System (MBS)

Montato sopra al carrello Mobile Transporter ha la possibilità di poter essere posizionato a piacere lungo i 108 metri di lunghezza della Integrated Truss Structure (la “spina dorsale” della ISS)

Piccola nota va alle estensioni principali del sistema: lo Special Purpose Dexterous Manipulator (detto anche Dextre).

Ed un altro attrezzo che non viene più usato molto spesso: L’Orbiter Boom Sensor System (OBSS). Veniva impiegato principalmente per ispezionare il rivestimento sotto gli Shuttle ed è stato utilizzato 1 volta per una riparazione ad un pannello solare. Si trova sempre parcheggiato sopra la Truss Structure

Saluti

[astroTommyS]

Grazie Raf, bellissima spiegazione, grazie per il tuo tempo!

[PherosNike]

Wow, grazie @Raffaele_Di_Palma!

@Raffaele_Di_Palma

Il braccio robotico ha la capacita di “aggrapparsi” ad essi con entrambi i Latching End Effector (le “mani”, anche se il termine è piuttosto improprio) posti alle sue due estremità e così facendo, di punto in punto, si sposta tra le varie zone in cui operare.

Questo non l’avevo capito. Pensavo che fosse agganciato fisso in un punto e riuscisse ad arrivare nella maggior parte delle zone in cui deve operare con la manina di un lato solo.
So che avrei potuto confrontare la sua lunghezza con quella delle varie zone della ISS, ma non sono forte con i concetti astratti. Con i disegni invece mi è tutto più chiaro.
Gran bel lavoro.

[Raffaele_Di_Palma]

Grazie per gli apprezzamenti, mi fa piacere tanto quanto realizzare queste cose.

Ringraziamo sempre anche l’entità DOUG per averci donato “la visione delle cose”

[amoroso]

In un certo senso il braccio robotico può spostarsi come un lombrico.

[Raffaele_Di_Palma]

Una sequenza di immagini per la traslazione dal PDGF del LAB a quello del FBG

Ho chiuso la Cupola, sai com’è…

[Raffaele_Di_Palma]

Cercare di evidenziare tutta la sotto rete dei grapple fixtures, non è facile. Sono elementi relativamente piccoli nel complesso e con funzioni/caratteristiche diverse*

Però possiamo tenere il fil rouge del topic ed evidenziare solo quelli che permettono agli astronauti, di utilizzare il Canadarm2.
3 sotto al fianco della ISS in posizione stabile

4 che si muovono sul carrello che percorre tutta la struttura a traliccio della ISS

*Tutti gli altri sono distribuiti su ogni elemento (apparato nel complesso) rimovibile della ISS. Fuori al Laboratorio Giapponese c’è un altro “piccolo braccio” che opera solo per gli esperimenti sulla piattaforma esterna. Ha la base fissa (quindi non lombrica :P) si chiama Jem Remote Manipulator System (JRMS) e fa risparmiare tanto tempo al buon vecchio Canadarm2 spostando pacchi e pacchetti.

Su alcuni invece va a riposare roba tipo il pallet di batterie arrivato dalla HTV, o il caro amico Dextre. Quei Grapple Fixtures sono progettati per tenere agganciato un carico per almeno 3 mesi e supportano corrente elettrica e dati video.

Di tutti i tipi di Grapple Fixtures, solo quelli principali che stiamo prendendo in cosiderazione per il movimento del Canadarm2 hanno pezzi di ricambio. Li tengono in appoggio su una piattaforma esterna.

[wernherv]

A me veniva in mente più una di quelle molle giocattolo Anni '90 che scende le scale

[Maxi]

Veramente, da quello che ho letto (Cassidy, Behnken begin final series of space station battery upgrades – Spaceflight Now) il Canadarm2 non può arrivare fino all’estremo del traliccio, per capirci all’ultima coppia (sinistra o destra) di pannelli solari.

Because the outboard work site is so far from the robot arm’s outermost anchor point, four spacewalks were required because the astronauts had to manually move batteries back and forth between a storage pallet and the integrated electronics assembly where they were installed.

Anche se a me pare strano aver realizzato un sistema che non copre la totalità del traliccio principale…

[Raffaele_Di_Palma]

Nelle immagini in cui si vede il carrello agli estremi del truss, si può notare che la sezione dei pannelli solari è ruotata in modo da allineare i binari presenti in quel tratto, con quelli del truss centrale.

ISS solar panel movement

L’obbligo di mantenere questa posizione probabilmente non permette un lavoro agevole (o sicuro)
Imho questo è il motivo per cui non abbiano raggiunto in questo caso la posizione più estrema.

Volendo speculare magari le strutture dei truss più esterni non sono solide come quella centrale e quindi, non è consigliabile mettere in quel punto il sistema bracci/carrello con attaccato un elemento con la massa del pallet porta batterie.

In questa immagine ho separato le sezioni del truss centrale da quello rotante dei pannelli. Si nota la presenza di una struttura di tralicci più complessa.

Se ci fate caso, durante le EVA il Canadarm2 non è granitico. Ha comunque un certo gioco che magari non deve superare determinate tolleranze.

Ultima mia personale ipotesi è che permettere l’accesso al carrello alle sezioni più esterne necessita di una preparazione da parte degli astronauti e durante la sostituzione delle batterie, questo avrebbe portato via tempo lavoro.

(appena possibile, do un occhiata alla simulazione delle prossime 2 EVA per il cambio delle batterie in 3B posto alla fine del binario “esteso”)

[Raffaele_Di_Palma]

Due close up riguardo il carrello a fine corsa:

La prima con il MBS sul truss fisso

La seconda con l’MBS sulla sezione che ruota insieme ai pannelli solari:

EDIT: Quelle evidenziate in giallo non sono estensioni, ma nastri (non so cosa portino di preciso, ma molto probabilmente dati/energia)

Sono avvolti in questi due “rocchetti” chiamati Trailing Umbilical System (TUS) e uscendo scorrono su due cilindri che ne agevolano il passaggio

Appena ho anche un riscontro fotografico di come effettivamente viene portato il sistema a fine corsa (sono anche curioso di vedere come effettivamente funziona il sistema per spostare il tutto) e maggiori particolari, posto qui.

[Raffaele_Di_Palma]

Nella discussione relativa al modulo Z1 sono saltati all’occhio questi cerchi bianchi. (Riporto anche qui le conclusioni per tenere le informazioni unite sotto lo steso tetto di appartenenza.)

Sono dei bersagli per l’ Advanced Space Vision System.

È un software che aiuta il braccio Canadarm2 (e gli shuttle all’epoca) ad avere una stima accurata del posizionamento spaziale di un oggetto, anche in caso di condizioni di luce non ottimali.

Una soluzione che riesce a donare consapevolezza della profondità e dell’assetto del bersaglio, anche se vengono utilizzate delle semplici telecamere senza capacità 3D.

Completo di tutti i dettagli, lo spiegone sulla pagina Wikipedia in inglese

E approfitto per aggiungere anche un link a questa puntata di HWHAP dove Tim Braithwaite, Liaison Manager della Canadian Space Agency, parla dei bracci robotici nello spazio: come sono stati concepiti e sviluppati, come funzionano oggi e come la tecnologia è poi trasferita sulla Terra.

[DDD]

Link per la versione deskotp di wiki

[Raffaele_Di_Palma]

Riguardo la questione del Mobile Base System alla fine del truss:

Ho trovato queste piccole estensioni delle rotaie montate sugli elementi P4/S4 che con il giusto angolo di rotazione, vanno a collimarsi con quelle su P3/S3

Queste sono l’unica evidenza che (almeno in via teorica) sarebbe possibile portare il sistema MBS oltre i Solar Alpha Rotary Joint (SARJ)
Credo sia stata una possibiltà implementata per un ipotetico “worst case” ai pannelli solari, prima della venuta dell’ OBBS (la prolungona per ispezionare gli Shuttle) ma che non sia mai stata usata in nessun caso.

Anche perchè, facendo qualche prova ho visto che l’SSRM può raggiungere il Grapple Fixture sull’elemento P6 tenendo il sistema nella posizione di fine corsa canonica

La prova del nove in questa simulazione del riposizionamento di P6

ISS P6 Solar Wing Relocation Animation

Quindi ringrazio @Maxi per la segnalazione e riporto 2 immagini del primo post alla posizione esatta per correttezza di riferimenti.

Attendo solo risposta ad alcune mail che ho inviato per sapere solo se le teorie sulla probabile estensione del raggio di azione sono plausibili.

[Raffaele_Di_Palma]

Preso bene dal recente articolo di @LuckyFive su Nauka, ho pensato di inscenare la massima estensione del Canadarm2 verso la sezione Russa della ISS e poi, di dare un po di onore alle STRELA cranes: le “pertiche” telescopiche Russe.

Qui al PDGF (acronimi spiegati nei primi post) di Zvezda

Steso al massimo delle sue possibilità può raggiungere solo la testa di Zarya lato Port.
I margini di manovra si fanno ancora più stretti se proviamo a fargli raggiungere il lato Starboard

In questa posizione potrebbe solo operare tra l’airlock e i pannelli di Zvezda e nemmeno tanto agilmente, infatti in zona è presente qualche antenna e comunque il Canadarm2 deve lasciare una certa distanza di sicurezza tra sè e moduli.

Le STRELA sono due aste telescopiche presenti sulla sezione russa. Furono riposizionate nelle sedi attuali nel 2012 in vista del’arrivo del modulo MLM Nauka*. Retratte sono lunghe 1.80 metri ed estese raggiungono ben 14 metri. Sono estremamente leggere avendo una massa di soli circa 40 chili ciascuna. Hanno il vantaggio di essere estremamente semplici e necessitano di manutenzione davvero minima rispetto a quella che bisogna dedicare al Canadarm2. Non richiedono nessuna alimentazione elettrica per operare.
Di contro non hanno nessuna possibilità di maneggiare carichi o moduli in autonomia, sono in pratica “solo” degli appoggi per astronauti e non avendo giunture, non hanno possibilità di piegarsi quindi non possono aggirare ostacoli come pannelli o altre strutture.

Qui STRELA 1 che è stato posizionato dal lato Port della ISS. DI questo ho fatto tre immagini per mostrarlo retratto (non completamente) ed in massima estensione con un paio angolazioni e orientamenti.

Coprono una zona a emisfera variando angolo, rotazione ed estensione rispetto al punto di aggancio. Si muovono proprio come le antenne telescopiche delle vecchie radio.

Qui STRELA 2. Si trova lato Starboard ed in questa immagine è completamente retratto.
La freccia indica l’ultimo punto (da quando il modulo PIRS lascierà la ISS) su cui è possibile spostare uno degli STRELA.

Piccola menzione d’onore alle spare parts di ERA, il prossimo braccio della ISS made in Europe che vedrà la sua casa base su Nauka. Si trovano protetti da una copertina anti MMOD fuori al modulo Rassvet.

*Qualche speculazione spinta su ERA è sul tread DOUG

[Raffaele_Di_Palma]

Chris Hadfield mostra in questo breve filmato la Robotic Workstation del Canadarm2 nel modulo Cupola

Hadfield behind the controls of Canadarm2

[Raffaele_Di_Palma]

Una bella immagine che mostra le zone raggiungibili dal Canadarm2 (con e senza l’OBSS)

Space Shuttle Almanac (ShuttleAlmanac)

[Raffaele_Di_Palma]

Anche il braccio JEMRMS (Japan Experiment Module Remote Manipulator System- per brevità “braccino” :P) ha il suo piccolo “Dextre”

Si chiama Small Fine Arm (SFA) e di solito è fermo in questa posizione

all’esterno della ISS, sulla piattaforma per esperimenti di Kibo EF (Exposed Facility)

Si aggancia alla bisogna alla fine del braccio robotico nipponico e dona altri 6 gradi di mobilità di controllo fine.

È dotato di connessioni elettriche per il controllo degli esperimenti manipolati e di una telecamera, per il controllo delle operazioni.

Le sue dita sono fatte per interagire con gli agganci posti su contenitori per esperimenti, troppo piccoli ospitare un classico Grapple Fixture.

Qualche info in più, in questo rapporto tecnico sul suo primo utilizzo di prova.