Brevet FR2690894A1 — publié le 19931112

Appareillage d'assistance aux tâches sédentaires et aux manoeuvres de déplacement de charges dans l'enceinte d'une station spatiale habitée L'invention concerne les tâches exécutées par les astronautes d'une station spatiale, donc dans un environnement d'apesanteur ou de microgravité ; elle vise notamment un appareillage d'assistance aux tâches sédentaires et aux manoeuvres de déplacement de charges dans l'enceinte d'une telle station. Les études d'ergonomie menées notamment à l'occasion des missions Spacelab et Columbus ont révélé l'importance d'une étude soigneuse de la manière dont les différentes tâches sont exécutées par les astronautes, afin d'en optimiser l'exécution. Ainsi, il a été constaté que, lors des missions Spacelab, 20 à 30% du temps de travail de l'équipage était en fait consacré à des déplacements des astronautes d'une zone de travail à une autre, le plus souvent pour aller chercher des objets et pour effectuer des tâches impliquant des appareils situés en différents points de la station. Le reste du temps, soit 70 à 80% du temps, était passé passé devant des baies modulaires constituant les charges utiles de chaque expérience ou application embarquée. Sur ce temps passé face aux baies, une proportion importante était utilisée pour configurer des équipements, replacer des outils, se repositionner face à la baie, etc. En résumé, les tâches exécutées par les astronautes sur les différentes baies situées le long de la station étaient négativement affectées par une mauvaise ergonomie et un inconfort liés au manque de moyens d'assistance appropriés tenant compte de l'environnement spécifique à ces tâches (apesanteur ou microgravité). De plus, les programmes à venir, tels que ceux de la station Columbus, prévoient que les astronautes devront, à l'intérieur de la station, démonter, déplacer et installer des baies entières, ces baies étant des éléments à la fois volumineux (de l'ordre de 2 à 3 m3) et massifs (masse typiquement supérieure à 600 kg), ou encore utiliser, au cas par cas, des ordinateurs et des chariots à outils devant n'importe quelle baie ou équipement sur lequel des tâches doivent être effectuées. Pour transporter ces différentes charges, tout particulièrement lorsqu'il s'agit de baies, une bonne ergonomie implique l'utilisation de moyens d'assistance, comme cela résulte par exemple de la simulation en piscine décrite par A.A. Spady, Jr. et coll. Results of In- travehicular Manned Cargo-Transfer Studies in Simulated Weightlessness , Langley Research Center, NASA Technical Note TND6774, avril 1972, où il a été montré que, en apesanteur, l'utilisation de mains courantes en forme de barres parallèles améliore grandement la manoeuvrabilité de charges volumineuses. n s'agit là cependant d'un moyen très simple, et à ce jour seulement expérimental, n'ayant pour fonction que de permettre à l'astronaute de se tenir à la main courante au lieu de venir s'agripper aux parois du module ou s'appuyer sur celles-ci. De plus, outre l'environnement général d'apesanteur ou de microgravité, l'exécution de tâches à l'intérieur de stations de type Columbus présente une autre spécificité due à la configuration générale d'une station de ce type. Cette configuration est illustrée schématiquement figure 1, qui représente une vue perspective, en coupe, de l'intérieur d'un module de type Columbus, ou d'une station spatiale réalisée à partir d'un assemblage de modules de ce type. Comme on peut le voir sur cette figure, le module 1 présente une forme générale cylindrique divisée en quatre quadrants dont l'un reçoit un plancher 2 et les trois autres des baies modulaires 3 placées côte à côte ; ces baies sont de dimensions normalisées et sont toutes extractibles de leur logement afin de permettre leur transport, leur changement de place dans la station, leur évacuation ou leur amenée par un vecteur logistique (navette), etc. Certaines des baies ou certains emplacements de baie peuvent faire fonction de soute ou de logement d'équipements fonctionnels de la station. Cette configuration définit, de façon caractéristique, une allée centrale ou tunnel de forme sensiblement carrée, laissant subsister un espace tel que l'astronaute qui veut se déplacer pour aller d'un quadrant à l'autre, par exemple du plafond à une baie, ou d'une baie à la baie opposée, doit s'appuyer sur le quadrant qu'il veut quitter ou utiliser des poignées ou des rampes qu'il est prévu de pouvoir attacher à des rails 4 ménagés dans le plancher 2 ou à des rails 5 ménagés sur le rebord de chacune des baies 3. Mais, les simulations effectuées en piscine ont montré que, malgré ces rampes et ces poignées, l'astronaute a quelquefois tendance à s'appuyer directement sur la face avant de la baie et à utiliser celleci comme surface stable pour exercer une force de réaction afin de se déplacer ou se stabiliser dans l'enceinte de la station, avec les risques de venir en contact avec des commutateurs, de venir heurter un matériel fragile,etc. Un autre besoin qui s'est fait ressentir lors des études ergonomiques est celui de pouvoir utiliser divers équipements portatifs de petite taille (ordinateur portatif, caisse à outils, caméra, documentation, unité de communication, etc.), et disposer d'une structure susceptible de supporter ces différents articles, structure qui soit aisément déplaçable sans démontage fastidieux, qui soit reconfigurable, qui puisse être escamotée lorsqu'elle est inutile, en un mot qui soit confortable et commode à utiliser pour l'astronaute. Enfin et surtout, aucune des études effectuées jusqu'à présent n'a proposé d'appareillage véritablement fonctionnel pour l'assistance au transfert de charges à fois volumineuses et massives, dans l'optique de charges utiles modulaires impliquant, en apesanteur à l'intérieur d'une station, de fréquents démontages, remontages et déplacements. Lors des essais en piscine, et comme le montre l'étude précitée de la NASA, on a constaté que le transport de charges de ce type n'exclut pas le risque de chocs contre les parois des baies voisines, du fait du faible espace disponible dans les modules, et également en raison du volume et de l'inertie élevés de ces baies. Le but de la présente invention est de proposer un appareillage d'assistance qui pallie ces diverses difficultés et qui soit universel, c'est-à-dire que le même appareillage serve, outre d'aide à la mobilité propre aux astronautes dans l'enceinte de la station, aux deux configurations opérationnelles principales décrites plus haut, à savoir, d'une part, les tâches sédentaires effectuées in statu devant les baies, et d'autre part, les manoeuvres de déplacement des charges dans l'enceinte de la station. Dans la première configuration, comme on le verra, l'invention permet d'installer un poste de travail repliable, adaptable et déplaçable devant chaque baie procurant un appui à l'astronaute et une surface sur laquelle il pourra fixer le petit équipement qui lui est nécessaire pour la tâche particulière considérée. Dans la seconde configuration, l'appareillage de l'invention permet le démontage, le transport et l'installation aisés d'équipements volumineux tels que des baies modulaires. À cet effet, l'appareillage selon l'invention, qui est destiné à être utilisé dans l'enceinte d'une station spatiale habitée comportant une allée centrale avec un plancher pourvu de rails longitudinaux, est caractérisé par: au moins un longeron ; un support déployable, reli- ant ce longeron aux rails de manière qu'il s'étende horizontalement sur la longueur de l'allée centrale à une hauteur prédéterminée audessus du plancher ; et au moins un accessoire mobile, coulissant sur l'étendue du longeron selon un unique degré de liberté en translation. L'accessoire mobile en question peut notamment comporter une tablette dépliable, avantageusement pourvue de bandes agrippantes de fixation sur au moins certaines de ses régions, ou encore une pièce de liaison à une charge à déplacer, cette pièce présentant alors, dans une partie supérieure recevant la charge, des moyens de fixation à un rail solidaire de cette charge. Dans un mode de réalisation préférentiel, le longeron comporte essentiellement deux profilés plats parallèles emprisonnant entre eux l'accessoire mobile, avec de préférence une pluralité d'éléments emboîtés télescopiquement permettant d'ajuster à volonté la longueur de déploiement du longeron. De préférence également, les surfaces du longeron en contact avec des surfaces homologues de l'accessoire mobile sont revêtues d'un matériau antifriction. Quant au support déployable, il peut avantageusement être un support télescopique permettant d'ajuster à volonté ladite hauteur prédéterminée. 0 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation, faite en référence aux dessins annexés. La figure 1, précitée, montre la structure générale d'une station de type Columbus à laquelle est destiné l'appareillage de l'invention. La figure 2 montre, en perspective, l'appareillage de l'invention dans une configuration à deux longerons parallèles utilisée pour le transfert d'une baie le long de l'allée centrale de la station. La figure 3 est homologue de la figure 2, pour une variante d'appareillage à longeron unique. Les figures 4 et 5 montrent le détail de la fixation du support déployable au rail du plancher. La figure 6 montre plus en détail la tablette dépliable du poste de travail mobile et la pièce de liaison à la charge à déplacer. Les figures 7a à 7b illustrent le déploiement de la tablette du poste de travail mobile. 0 La figure 2 est une vue d'ensemble montrant l'appareillage de l'invention, installé dans l'allée centrale de l'enceinte de la station spatiale illustrée figure 1 dont la configuration a été exposée plus haut. Essentiellement, cet appareillage comporte deux longerons 6 s'étendant horizontalement sur la longueur de l'allée centrale et reliés au rail 4 du plancher 2 par l'intermédiaire d'un support déployable 7. À cet égard, bien que la configuration à deux longerons parallèles soit préférée, celle-ci n'est pas limitative, et l'on pourrait concevoir un appareillage semblable comportant un longeron unique (comme illustré figure 3, semblable à tous autres égards à la figure 2) ou un nombre plus élevé de longerons ; c'est cependant la configuration à deux longerons qui est, fonctionnellement, la plus avantageuse et c'est donc celle-ci que l'on décrira par la suite. Chacun des longerons 6 est constitué d'une pluralité d'éléments 8, 8', 8", ... emboîtés télescopiquement, permettant de déployer les longerons, et donc l'appareillage, sur toute la longueur du module et même au-delà de celui-ci, par exemple dans le cas où l'on veut étendre les longerons au-delà de l'écoutille d'accès au module, notamment jusqu'à l'intérieur d'un noeud ou sas de communication vers un autre module, ou du vecteur logistique (navette) venant amener les charges utiles à la station. Dans ces derniers cas, les éléments extrêmes 8" du longeron pourront même venir se raccorder à des éléments semblables d'un autre appareillage dont la section permet ltemboîtement. Inversement, lorsque l'appareillage n'est pas utilisé, il peut être replié à sa longueur minimale et repoussé par exemple dans la partie arrière du module (l' arrière étant défini comme la zone de l'enceinte de la station située à l'opposé de l'écoutille d'accès, cette zone étant généralement en cul-de-sac). De préférence, chacun des éléments télescopiques 8, 8', 8", ... de l'appareillage a une longueur équivalant à deux largeurs de baies standard, soit environ 2 x 1 m. Pour permettre une extension sur la totalité du module, et même au-delà, on prévoit, dans le cas d'un module Columbus de 8 m de long environ, quatre à cinq éléments emboîtables. Chacun des longerons 6 est constitué, comme on peut le voir également plus en détail figure 6, de deux profilés plats parallèles 10, 11 maintenus à distance l'un de l'autre de manière à laisser subsister entre eux un intervalle 12. Le profilé inférieur de chacun des deux longerons repose à son extrémité sur un montant 13, 14 du support déployable 7. Chacun de ces montants est constitué d'éléments télescopiques permettant de faire varier la hauteur des longerons au-dessus du plancher 2 entre, typiquement, une hauteur minimale de 0,4 m et une hauteur maximale de 1 m ; une structure en treillis simple, telle que 15, peut être éventuellement prévue pour accroître la rigidité de ltensemble. La partie inférieure de chaque élément 13 du montant est solidarisée de façon démontable au rail 4 du plancher 2 par des moyens 16 que l'on va décrire; quant aux extrémités supérieures des montants 14, elles sont maintenues entre elles à une distance égale à l'écartement des rails 4 au moyen d'une entretoise 17, ceci afin d'assurer le parallélisme des deux longerons. Généralement, il suffit de prévoir un support déployable 7 à chacune des extrémités du longeron déployable, c'est-à-dire deux supports pour l'ensemble de l'appareillage. Éventuellement, comme illustré sur le dessin, il est possible de prévoir en supplément un support supplémentaire de soutien disposé approximativement au milieu du longeron afin de diminuer la flèche des profilés, notamment pour des longerons déployables de grande longueur. Dans le cas particulier illustré figure 3 d'un appareillage à longeron unique, il est prévu une barre horizontale 18 s'étendant sensiblement au niveau du plancher, reliant entre eux les dispositifs de fixation 16 aux rails 4 (dont récartement est imposé) et portant en son centre les éléments 13, 14 de l'unique support déployable 7 éventuellement, comme illustré en tiretés, il peut être prévu des renforts obliques pour assurer une parfaite orthogonalité entre la barre horizontale 18 et le montant vertical 13, 14. Les figures 4 et 5 montrent plus en détail les dispositifs 16 de solidarisation de ltélément 13 du montant au rail 4 du plancher 2: ces dispositifs, qui sont en eux-mêmes de type tout à fait classique, peuvent par exemple comporter des mâchoires 19 venant serrer le champignon du rail 4 par manoeuvre d'une poignée 20 montée sur une chape 21 appuyant sur le dessus du rail . Un tel dispositif permet un verrouillage et déverrouillage rapides avec, en position verrouillée, une solidarisation parfaite au rail 4 et, en position déverrouillée, un degré de liberté en translation le long de ce même rail sans pour autant que le support vienne se séparer du rail. Une telle structure constituée des longerons montés sur support déployable constitue déjà un moyen permettant d'aider les astronautes à se déplacer lors de leurs évolutions dans l'enceinte de la station la manière des barres parallèles formant main courante déjà proposées et expérimentées (voir l'article précité). Mais surtout, et de façon caractéristique de l'invention, cet ensemble longerons/supports est susceptible de porter des accessoires mobiles coulissant sur toute la longueur du longeron selon un unique degré de liberté en translation. À cet effet, la fente définie par l'intervalle 12 doit pouvoir loger, sans jeu, ces accessoires et, d'autre part, définir pour ceux-ci un plan XY de positionnement et de guidage. Les surfaces des profilés 10, 11, tout au moins celles qui seront en contact avec une surface homologue d'un élément coulissant (c'est-à-dire les faces intérieures en vis-à-vis de part et d'autre de la fente 12, et la face supérieure du profilé supérieur 10) sont avantageusement revêtues d'un matériau antifriction, tel que le PTFE. L'un de ces accessoires, référencé 22 sur la figure 2, est une tablette dépliable permettant de constituer un poste de travail utile aux astronautes lors de l'accomplissement de tâches sédentaires devant une baie donnée. Plus précisément, comme illustré figure 6 et figures 7a à 7d, cet accessoire 22 comporte une première pièce 23 emprisonnée dans l'intervalle 12 défini entre les profilés 10 et 11 et pourvue à ses deux extrémités (l'ensemble est de préférence symétrique) d'un élément articulé 24 supportant lui-même un plateau articulé 25 pouvant être prolongé par une rallonge coulissante 26. Pour utiliser cet accessoire, l'astronaute place l'ensemble face à la baie où il souhaite travailler. Si cet ensemble est replié (figure 7a), il déplie le premier élément 24 (figure 7b) puis l'élément 25 (figure 7c) et déplie éventuellement la tablette 26 (figure 7d). On notera que le déploiement des divers éléments peut, avantageusement, être opéré à un angle quelconque, choisi en fonction des cas d'espèce. Avantageusement, la tablette 26 et éventuellement les autres éléments 23, 24 ou 25 sont pourvus d'un matériau agrippant (ou autre moyen de fixation), qui permettra à l'astronaute d'y accrocher les outils, bloc-notes, ordinateur portable, etc. devant être utilisés pour la tâche en question.L'astronaute pourra se placer face à la baie, assis (cette position n'impliquant aucun effort de contact, en raison de l'apesanteur) sur le profilé supérieur 10 du longeron, la tablette 26 venant constituer un plan de travail sur lequel il pourra prendre des notes, introduire des données sur un clavier, etc., tout en restant face à la baie. Compte tenu de l'apesanteur et donc des très faibles contraintes, les différents éléments de l'accessoire 22 peuvent être réaIisés en un alliage léger mince. On notera que cet accessoire 22 est à la fois escamotable (comme on peut le voir par exemple figure 3, il ne gène pas les manoeuvres de transfert de charges lorsqu'il est en position repliée), reconfigurable en fonction des besoins propres à chaque tâche et déplaçable sans difficulté le long de l'appareillage, par simple coulissement le long de la rainure 12 du profilé. Cet accessoire 22 peut également être utilisé pour un travail au plafond (on rehausse alors le support à sa position la plus haute); dans le cas d'un travail au plancher, il suffit de replier l'accessoire, de le repousser et de dégager la trappe du plancher, opération qui ne dure que très peu de temps, aucun verrouillage ou déverrouillage d'élément n'étant nécessaire ; l'accessoire 22 coulisse en effet librement le long des longerons, la dimension de la fente 12 étant choisie de manière à permettre un coulissement libre sans jeu, la dimension de cet intervalle étant la même sur toute la longueur du longeron, c'est-à-dire la même pour tous les éléments 8, 8', 8", ... Un autre accessoire qu'il est possible de placer sur le longeron est une pièce de liaison, référencée 27 sur les figures 2, 3 et 6, servant au transfert de charges dans l'enceinte de la station. Cette pièce de liaison a une forme générale de U, dont une première branche 28 (figure 6), vient se placer dans la fente 12 du longeron et dont la seconde branche 29 porte des moyens 31 de fixation à un rail 5 solidaire de la charge 3 à déplacer (typiquement, une baie, le rail étant alors l'un des rails verticaux frontaux de la baie, visible notamment figure 1 ; dans le cas d'un appareillage à longeron unique, comme illustré figure 3, on devra utiliser un rail central 5 de la charge 3). Pour empecher tout déplacement latéral, il est prévu un verrou 30 maintenant en place la branche inférieure 28 entre les deux profilés 10, 11. Cette pièce de liaison 27 est, avantageusement, réalisée en PTFE ou en un alliage léger revêtu de PTFE. On va maintenant décrire la manière dont s'opère le transfert d'une baie, en référence à la figure 2. Tout d'abord, le support déployable 7 est placé dans sa position la plus basse, afin de ne pas gêner le démontage de la baie. L'astronaute vient alors basculer cette dernière autour de sa partie inférieure, puis déverrouille le pivot inférieur. La baie est alors placée à l'horizontale puis alignée dans la direction du couloir central, audessus des longerons. Le support peut alors être relevé à la hauteur fonctionnelle (par exemple une hauteur de 1 m, correspondant à la hauteur de l'écoutille d'accès lorsque l'on souhaite évacuer la baie hors du module). L'astronaute fixe alors une pièce de liaison 27 à l'un des rails 5, et vient placer la branche inférieure du U dans la fente du longeron. La configuration est alors celle illustrée figure 2 (quoiqu'en réalité il soit préférable de placer la pièce de liaison 27 non pas à l'extrémité de la baie, comme on l'a illustré pour rendre visible la pièce 27, mais le plus près possible du centre de masse et du centre d'inertie de la baie 3). En pratique, il n'est pas nécessaire de prévoir une pluralité de pièces de liaison 27, une seule de ces pièces suffisant à empêcher tout degré de liberté autre que la translation longitudinale. A l'inverse, en présence de plusieurs pièces 27, on aurait une liaison hyperstatique qui pourrait conduire à des difficultés accrues de manoeuvre lors du transfert. L'extrémité de la baie qui n'est pas reliée à une pièce de liaison (c'est-à-dire, sur la figure 2, I'extrémité droite de la baie) repose simplement sur le longeron 6, soit directement soit, de préférence, avec insertion de plaquettes de PTFE pour protéger les surfaces en contact et faciliter leur déplacement mutuel. On notera que le rail correspondant (rail 5 de droite sur la figure 2) vient se placer contre la face verticale intérieure du longeron 6, évitant ainsi tout phénomène de torsion à l'endroit de la liaison entre la baie et la pièce 27. L'astronaute pourra alors déplacer la baie comme il le souhaite, en venant pousser sur celle-ci d'une main, l'autre main venant s'agripper à des poignées montées sur les baies en place. Le déplacement s'effectuera ainsi à moindre effort, avec une précision parfaite et sans aucun risque de choc de la baie contre les parois de la station, malgré le caractère extrêmement massif et volumineux de cette baie. Que la configuration comporte un longeron unique ou un double longeron, on notera que la présence d'une tablette dépliable 22 n'est jamais un obstacle au déplacement des charges, dès lors que cette tablette est maintenue en position repliée. REVENTDICATIONS 1. Un appareillage d'assistance aux tâches sédentaires et aux manoeuvres de déplacement de charges dans l'enceinte (1) d'une station spatiale habitée, cette enceinte comportant une allée centrale avec un plancher (2) pourvu de rails longitudinaux (4), appareillage caractérisé par: - au moins un longeron (6), - un support déployable (7), reliant ce longeron aux rails de manière qu'il s'étende horizontalement sur la longueur de l'al lée centrale à une hauteur prédéterminée au-dessus du plan cher, et - au moins un accessoire mobile (22 ; 27), coulissant sur l'éten due du longeron selon un unique degré de liberté en transla tion. 2. L'appareillage de la revendication I, dans lequel l'accessoire mobile comporte une tablette dépliable (22). 3. L'appareillage de la revendication 2, dans lequel la tablette dépliable est pourvue des bandes agrippantes de fixation sur au moins certaines de ses régions. 4. L'appareillage de la revendication 1, dans lequel l'accessoire mobile comporte une pièce de liaison (27) à une charge à déplacer (3). 5. L'appareillage de la revendication 4, dans lequel la pièce de liaison présente, dans une partie supérieure (29) recevant la charge, des moyens (31) de fixation à un rail (5) solidaire de cette charge. 6. L'appareillage de la revendication 1, dans lequel le longeron comporte essentielIement deux profilés plats parallèles (10, 11) emprisonnant entre eux l'accessoire mobile. 7. L'appareillage de la revendication 1, dans lequel le longeron comporte une pluralité d'éléments (8, 8', 8") emboîtés télescopiquement permettant d'ajuster à volonté la longueur de déploiement du longeron. 8. L'appareillage de la revendication 1, dans lequel les surfaces du longeron en contact avec des surfaces homologues de l'accessoire mobile sont revêtues d'un matériau antifriction. 9. L'appareillage de la revendication 1, dans lequel le support déployable est un support télescopique, permettant d'ajuster à volonté ladite hauteur prédéterminée.