home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / mac / TEXT / SHUTTLE / ELECPOWR.TXT < prev    next >
Text File  |  1993-02-06  |  68KB  |  1,176 lines

  1. "6_2_3_13_7_2.TXT" (2926 bytes) was created on 12-13-88
  2.  
  3. ELECTRICAL POWER SYSTEM
  4.  
  5. The EPS consists of three subsystems: power reactant storage and
  6. distribution, fuel cell power plants (electrical power generation) and
  7. electrical power distribution and control.
  8.  
  9. The PRSD subsystem stores the reactants (cryogenic hydrogen and
  10. oxygen) and supplies them to the three fuel cell power plants, which
  11. generate all the electrical power for the vehicle during all mission
  12. phases.  In addition, cryogenic oxygen is supplied to the
  13. environmental control and life support system for crew cabin
  14. pressurization.  The hydrogen and oxygen are stored in their
  15. respective storage tanks at cryogenic temperatures and supercritical
  16. pressures.  The storage temperature of liquid oxygen is minus 285 F
  17. and minus 420 F for liquid hydrogen.
  18.  
  19. The three fuel cell power plants, through a chemical reaction,
  20. generate all of the 28-volt direct-current electrical power for the
  21. vehicle from launch through landing rollout.  Before launch,
  22. electrical power is provided by ground power supplies and the onboard
  23. fuel cell power plants until T minus three minutes and 30 seconds.
  24. Each fuel cell power plant consists of a power section, where the
  25. chemical reaction occurs, and a compact accessory section attached to
  26. the power section, which controls and monitors the power section's
  27. performance.  The three fuel cell power plants are individually
  28. coupled to the reactant (hydrogen and oxygen) distribution subsystem,
  29. the heat rejection subsystem, the potable water storage subsystem and
  30. the EPDC subsystem.  The fuel cell power plants generate heat and
  31. water as by-products of electrical power generation.  The excess heat
  32. is directed to fuel cell heat exchangers, where the excess heat is
  33. rejected to Freon coolant loops.  The water is directed to the potable
  34. water storage subsystem.
  35.  
  36. The EPDC subsystem distributes the 28 volts dc generated by each of
  37. the three fuel cell power plants to a three-bus system that
  38. distributes dc power to the forward, mid-, and aft sections of the
  39. orbiter for equipment in those areas.  The three main dc buses-MNA,
  40. MNB and MNC-are the prime sources of power for the vehicle's dc loads.
  41. Each of the three dc main buses supplies power to three solid-state
  42. (static), single-phase inverters, which constitute one three-phase
  43. alternating-current bus; thus, the nine inverters convert dc power to
  44. 115-volt, 400-hertz ac power for distribution to three ac buses-AC1,
  45. AC2 and AC3-for the vehicle's ac loads.
  46.  
  47. The EPDC subsystem controls and distributes electrical power (ac and
  48. dc) to the orbiter subsystems, the solid rocket boosters, the external
  49. tank and payloads.  Power is controlled and distributed by assemblies.
  50. Each assembly is a housing for electrical components, such as remote
  51. switching devices, buses, resistors, diodes and fuses.  Each assembly
  52. usually contains a power bus or buses and remote switching devices for
  53. distributing bus power to subsystems located in its area.
  54.  
  55.  
  56. "6_2_3_13_7_3.TXT" (14057 bytes) was created on 12-13-88
  57.  
  58. POWER REACTANT STORAGE AND DISTRIBUTION.
  59.  
  60. Cryogenic hydrogen and oxygen are stored in a supercritical condition
  61. in double-walled, thermally insulated spherical tanks with a vacuum
  62. annulus between the inner pressure vessel and outer shell of the tank.
  63. Each tank has heaters to add energy to the reactants during depletion
  64. to control pressure.  Each tank is capable of measuring quantity
  65. remaining.
  66.  
  67. The tanks are grouped in sets consisting of one hydrogen and one
  68. oxygen tank.  The number of tank sets installed depends on the
  69. specific mission requirement.  Up to five tank sets can be installed.
  70. The five tank sets are all installed in the midfuselage under the
  71. payload bay liner.
  72.  
  73. The oxygen tanks are identical and consist of inner pressure vessels
  74. of Inconel 718 and outer shells of aluminum 2219.  The inner vessel is
  75. 33.43 inches in diameter and the outer shell is 36.8 inches in
  76. diameter.  Each tank has a volume of 11.2 cubic feet and stores 781
  77. pounds of oxygen.  The dry weight of each tank is 201 pounds.  The
  78. initial temperature of the stored oxygen is minus 285 F.  Maximum fill
  79. time is 45 minutes.
  80.  
  81. The hydrogen tanks also are identical.  Both the inner pressure vessel
  82. and the outer shell are constructed of aluminum 2219.  The inner
  83. vessel's diameter is 41.51 inches and the outer shell's is 45.5
  84. inches.  The volume of each tank is 21.39 cubic feet, and each stores
  85. 92 pounds of hydrogen.  Each tank weighs 216 pounds dry.  The initial
  86. storage temperature is minus 420 F.  Maximum fill time is 45 minutes.
  87.  
  88. The inner pressure vessels are kept supercold by minimizing
  89. conductive, convective and radiant heat transfer.  Twelve
  90. low-conductive supports suspend the inner vessel within the outer
  91. shell.  Radiant heat transfer is reduced by a shield between the inner
  92. vessel and outer shell (hydrogen tanks only), and convective heat
  93. transfer is minimized by maintaining a vacuum between the vessel and
  94. shell.  A vacuum ion pump maintains the required vacuum level and is
  95. also used as a vacuum gauge to determine the vacuum's integrity.
  96.  
  97. Each hydrogen tank has one heater probe with two elements, while each
  98. oxygen tank has two heater probes with two elements on each probe.  As
  99. the reactants are depleted, the heaters add heat energy to maintain a
  100. constant pressure in the tanks.  The heaters operate in manual and
  101. automatic modes.  The oxygen tank and hydrogen tank switches (auto,
  102. on, off) for tanks 1, 2 and 3 are located on panel R1; switches for
  103. the oxygen and hydrogen tank 4 heaters are on panel A11.  When a
  104. heater switch is positioned to auto, the heater is controlled by a
  105. tank heater controller.  Each heater controller receives a signal from
  106. a tank pressure sensor.  If pressure in a tank is equal to or below a
  107. specific pressure and the controller sends a low pressure signal to
  108. the heater logic and the heater is powered on, the pressure bands are
  109. 200 to 206 psia; hydrogen tanks 3 and 4, 217 to 223 psia; oxygen tanks
  110. 1 and 2, 805 to 817 psia; and oxygen tanks 3 and 4, 834 to 846 psia.
  111. When the pressure of hydrogen tanks 1 and 2 is 220 to 226 psia,
  112. hydrogen tanks 3 and 4 is 237 to 243 psia, oxygen tanks 1 and 2 is 840
  113. to 852 psia, and oxygen tanks 3 and 4 is 869 to 881 psia, the
  114. respective controller sends a high pressure signal to the heater
  115. logic, and the heater involved is turned off.
  116.  
  117. Dual-mode heater operation is available for pairs of oxygen and
  118. hydrogen tanks.  If the heaters of both tanks 1 and 2 or tanks 3 and 4
  119. are placed in the automatic mode, the tank heater logic is
  120. interconnected.  In this case, the heater controllers of both tanks
  121. must send a low pressure signal to the heater logic before the heaters
  122. will turn on.  Once the heaters are on, a high pressure signal from
  123. either tank will turn off the heaters in both tanks.
  124.  
  125. In the manual mode, the flight crew controls the heaters by using the
  126. on/off positions for each heater switch on panel R1 or A11.  High or
  127. low pressure in each tank is shown on the CRT display or the gauges on
  128. panel O2.  The specific tank is selected by setting the rotary switch
  129. on panel O2.
  130.  
  131. Before lift-off, the oxygen and hydrogen tank 1 and 2 heater switches
  132. are set on auto.  After SRB separation, all the hydrogen and oxygen
  133. tank 1 and 2 heater switches are positioned to auto, and the tank 3
  134. and 4 heaters remain off.  On orbit, the tank 3 and 4 heater switches
  135. are positioned to auto.  Because the tank 3 and 4 heater controller
  136. pressure limits are higher than those of tanks 1 and 2, tanks 3 and 4
  137. supply the reactants to the fuel cells.  For entry, the tank 3 and 4
  138. heater switches are set to off, and tanks 1 and 2 supply the reactants
  139. to the fuel cells.
  140.  
  141. The cryo oxygen htr assy temp meter on panel O2, in conjunction with
  142. the rotary switch tk1 1-2, tk2 1-2, tk3 1-2, tk4 1-2, selects one of
  143. the two heaters in each tank and permits the temperature of the heater
  144. element to be displayed.  The range of the display is from minus 425 F
  145. to plus 475 F.  The temperature sensor in each heater also is
  146. hard-wired directly to the yellow O 2 heater temp caution and warning
  147. light on panel F7.  This light is illuminated if the temperature is at
  148. or above 349 F.  A signal also is sent to the computers, where
  149. software checks the limit; and if the temperature is at or above 349
  150. F, the backup C/W alarm light on panel F7 is illuminated.  This signal
  151. also is transmitted to the CRT and telemetry.
  152.  
  153. Two current level detectors are built into the circuit of each oxygen
  154. tank heater to interrupt power in case of electrical shorts.  The
  155. second detector is redundant.  Each detector is divided into A and B
  156. detectors.  One monitors the heater A current and the other monitors
  157. the heater B current.  The detectors are powered by circuit breakers
  158. on panels O14, O15, O16 and ML86B and are identified as cryo O2 htr
  159. tk1, 2, 3, 4 snsr 1, 2.  The detectors monitor the current in and out
  160. of a heater.  If the current difference is 0.9 amp or greater for 1.5
  161. milliseconds, a trip signal is sent to the heater logic to remove
  162. power from the heaters regardless of the heater switch position.  If
  163. one element of a heater causes a ''trip-out,'' power to both elements
  164. is removed.  The O 2 tk 1, 2, 3 heaters reset/test switches on panel
  165. R1 and the O 2 tk 4/5 reset/test switch on panel A11 can be used to
  166. reapply power to that heater by positioning them to reset.  The test
  167. position will cause a 1.4-amp delta current to flow through all four
  168. detectors of a specified oxygen tank, causing them to trip out.
  169. During on-orbit operations, the flight crew will be alerted to a
  170. current level detector trip-out by an SM alert on panel F7 and on the
  171. CRT.
  172.  
  173. Each oxygen and hydrogen tank has a quantity sensor powered by a
  174. circuit breaker.  These are identified on panel O13 as cryo qty O 2
  175. (or H2) tk1 and tk2 and on panel ML86B as cryo qty O2 (or H2) tk3 and
  176. tk4.  Data from the quantity sensors is sent to panel O2, where the
  177. tk1, tk2, tk3, tk4 rotary switch is used to select the tank for
  178. display on the cryo O2 (or H2) qty meters.  The range of the meters is
  179. zero to 100 percent.  The data is also sent to the CRT.
  180.  
  181. There are two tank pressure sensors for each oxygen and hydrogen tank.
  182. One sensor transmits its data to the tank heater controllers and to
  183. the yellow O2 or H2 press C/W light on panel F7, which is illuminated
  184. if oxygen tank pressure is below 540 psia or above 985 psia or if
  185. hydrogen tank pressure is below 153 psia or above 293.8 psia.  The
  186. signal also is transmitted to the CRT and to panel O2, where the tk1,
  187. tk2, tk3, tk4 rotary switch is used to select the tank for display on
  188. the cryo O 2 (or H 2 ) press meter.  The data also goes to the SM
  189. alert, backup C/W alarm light on panel F7 and to telemetry.  The range
  190. of the oxygen meter is zero to 1,200 psia.  The hydrogen meter's range
  191. is zero to 400 psia.
  192.  
  193. The oxygen and hydrogen fluid temperature sensors transmit data to the
  194. CRT and telemetry.
  195.  
  196. Each tank set (one hydrogen and one oxygen tank) has a hydrogen/oxygen
  197. control box that contains the electrical logic for the hydrogen and
  198. oxygen heaters and controllers.  The control box is located on cold
  199. plates in the midbody under the payload bay envelope.
  200.  
  201. The reactants from the tanks flow through two relief valve/filter
  202. package modules and valve modules and then to the fuel cells through a
  203. common manifold.  Oxygen is supplied to the manifold from the tank at
  204. a pressure of 815 to 881 psia, and hydrogen is supplied at a pressure
  205. of 200 to 243 psia.  The pressure of the reactants will be essentially
  206. the same at the fuel cell interface as it is in the tanks since only a
  207. small decrease in pressure occurs in the manifolds.
  208.  
  209. The relief valve/filter package module contains the tank relief valve
  210. and a 12-micron filter.  The filter removes contaminants that could
  211. affect the performance of components within the power reactant storage
  212. and distribution subsystem and fuel cells.  The valve relieves
  213. excessive pressure that builds up in the tank, and a manifold valve
  214. relieves pressure in the manifold lines.  The oxygen tank relief valve
  215. relieves at 1,005 psia, and the hydrogen tank relief valve relieves at
  216. 310 psia.
  217.  
  218. The reactants flow from the relief valve/filter packages through four
  219. reactant valve modules: two hydrogen (hydrogen valve modules 1 and 2)
  220. and two oxygen (oxygen modules 1 and 2).  Each valve module contains a
  221. check valve for each cryogenic tank line to prevent the reactants from
  222. flowing from one tank to another tank in the event of a tank leak.
  223. This prevents a total loss of reactants.  The oxygen valve modules
  224. also contain the environmental control and life support system
  225. atmosphere pressure control system 1 and 2 oxygen supply.  Each module
  226. also contains a manifold valve and fuel cell reactant valves.
  227.  
  228. Each fuel cell reactant valve consists of two valves-one for hydrogen
  229. and one for oxygen.  The valves are controlled by the fuel cell 1, 2,
  230. 3 reac open/close switches on panel R1.  When the switch is positioned
  231. to open, the hydrogen and oxygen reactant valves for that fuel cell
  232. are opened, and reactants are allowed to flow from the manifold into
  233. the fuel cell.  When the switch is positioned to close, the hydrogen
  234. and oxygen reactant valves for that fuel cell are closed, isolating
  235. the reactants from the fuel cell and rendering that fuel cell
  236. inoperative.  Each fuel cell reac switch on panel R1 also has a
  237. talkback indicator.  The corresponding talkback indicator indicates op
  238. when both valves are open and cl when either valve is closed.
  239.  
  240. Because it is critical to have reactants available to the fuel cells,
  241. the red fuel cell reac light on panel F7 is illuminated when any fuel
  242. cell reactant valve is closed, a caution/warning tone is sounded, and
  243. the computers sense the closed valve, which causes the backup C/W
  244. alarm light on panel F7 to be illuminated, an SM alert to occur, and
  245. the data to be displayed on the CRT.  This alerts the flight crew that
  246. the fuel cell will be inoperative within approximately 20 seconds for
  247. a hydrogen valve closure and 130 seconds for an oxygen valve closure.
  248.  
  249. Each H2 and O2 manifold 1, 2 open/close switch on panel R1 controls
  250. the respective hydrogen and oxygen manifold valve.  When the two
  251. hydrogen and two oxygen manifold valves are in the close position,
  252. fuel cell 1 receives reactants from cryogenic tank set 1, fuel cell 2
  253. receives reactants from cryogenic tank set 2, and fuel cell 3 receives
  254. reactants from cryogenic tank sets 3 and 4.  ECLSS atmosphere pressure
  255. control system 1 receives oxygen from oxygen tank 1, and system 2
  256. receives oxygen from oxygen tank 2.  When each H 2 and O 2 manifold 1,
  257. 2 open/close switch is positioned to close, the respective talkback
  258. indicator associated with each switch indicates cl .
  259.  
  260. With the H 2 and/or O2 manifold 1 open/close switch positioned to
  261. open, cryogenic tanks 1 and 2 supply hydrogen to fuel cells 1 and 3,
  262. and oxygen cryogenic tanks 1 and 3 supply oxygen to fuel cells 1 and 3
  263. as well as to ECLSS atmosphere pressure control system 1.  The
  264. talkback indicator associated with each switch indicates op .
  265.  
  266. When the H 2 and/or O2 manifold 2 open/close switch is positioned to
  267. open, hydrogen cryogenic tanks 2 and 3/4/5 supply hydrogen to fuel
  268. cells 2 and 3, and oxygen cryogenic tanks 2 and 3/4/5 supply oxygen to
  269. fuel cells 2 and 3 as well as to ECLSS atmosphere pressure control
  270. system 2.  The talkback indicator associated with each switch
  271. indicates op.
  272.  
  273. With the H 2 and O2 manifold 1 and 2 switches positioned to op, all
  274. hydrogen cryogenic tanks are supplying hydrogen to all three fuel
  275. cells, and all oxygen cryogenic tanks are supplying oxygen to all
  276. three fuel cells as well as to ECLSS atmosphere pressure control
  277. systems 1 and 2.
  278.  
  279. The manifold relief valves are a built-in safety device in the event a
  280. manifold valve and fuel cell reactant valves are closed because of a
  281. malfunction.  The reactants trapped in the manifold lines would be
  282. warmed up by the internal heat of the orbiter and overpressurize.  The
  283. manifold relief valve will open at 290 psi for hydrogen and 975 psi
  284. for oxygen to relieve pressure and allow the trapped reactants to flow
  285. back to their tanks.
  286.  
  287. Two pressure sensors located in the respective hydrogen and oxygen
  288. valve modules transmit data to the CRT.  This data is also sent to the
  289. systems management computer, where its lower limit is checked; and if
  290. the respective hydrogen and oxygen manifold pressures are below 150
  291. psia and 200 psia, respectively, an SM alert will occur.
  292.  
  293. If cryogenic tank set 5 is added to an orbiter, the displays and
  294. controls associated with controlling the tank set will be added to
  295. panel A15.
  296.  
  297. During prelaunch operations, the onboard fuel cell reactants (oxygen
  298. and hydrogen) are supplied by ground support equipment to assure a
  299. full load of onboard reactants before lift-off.  At T minus two
  300. minutes 35 seconds, the GSE filling operation is terminated.  The GSE
  301. supply pressure is 300 to 320 psia for hydrogen and 1,000 to 1,020
  302. psia for oxygen, which is higher than the onboard PRSD pressures.  The
  303. GSE supply valves close automatically to transfer to onboard
  304. reactants.
  305.  
  306.  
  307. "6_2_3_13_7_4.TXT" (24717 bytes) was created on 12-13-88
  308.  
  309. FUEL CELL POWER PLANTS.
  310.  
  311. Each of the three fuel cell power plants is reusable and restartable.
  312. The fuel cells are located under the payload bay area in the forward
  313. portion of the orbiter's midfuselage.
  314.  
  315. The three fuel cells operate as independent electrical power sources,
  316. each supplying its own isolated, simultaneously operating 28-volt dc
  317. bus.  The fuel cell consists of a power section, where the chemical
  318. reaction occurs, and an accessory section that controls and monitors
  319. the power section's performance.  The power section, where hydrogen
  320. and oxygen are transformed into electrical power, water and heat,
  321. consists of 96 cells contained in three substacks.  Manifolds run the
  322. length of these substacks and distribute hydrogen, oxygen and coolant
  323. to the cells.  The cells contain electrolyte consisting of potassium
  324. hydroxide and water, an oxygen electrode (cathode) and a hydrogen
  325. electrode (anode).
  326.  
  327. The accessory section monitors the reactant flow, removes waste heat
  328. and water from the chemical reaction and controls the temperature of
  329. the stack.  The accessory section consists of the hydrogen and oxygen
  330. flow system, the coolant loop and the electrical control unit.
  331.  
  332. Oxygen is routed to the fuel cell's oxygen electrode, where it reacts
  333. with the water and returning electrons to produce hydroxyl ions.  The
  334. hydroxyl ions then migrate to the hydrogen electrode, where they enter
  335. into the hydrogen reaction.  Hydrogen is routed to the fuel cell's
  336. hydrogen electrode, where it reacts with the hydroxyl ions from the
  337. electrolyte.  This electrochemical reaction produces electrons
  338. (electrical power), water and heat.  The electrons are routed through
  339. the orbiter's EPDC subsystem to perform electrical work.  The oxygen
  340. and hydrogen are reacted (consumed) in proportion to the orbiter's
  341. electrical power demand.
  342.  
  343. Excess water vapor is removed by an internal circulating hydrogen
  344. system.  Hydrogen and water vapor from the reaction exits the cell
  345. stack, is mixed with replenishing hydrogen from the storage and
  346. distribution system, and enters a condenser, where waste heat from the
  347. hydrogen and water vapor is transferred to the fuel cell coolant
  348. system.  The resultant temperature decrease condenses some of the
  349. water vapor to water droplets.  A centrifugal water separator extracts
  350. the liquid water and pressure-feeds it to potable tanks in the lower
  351. deck of the pressurized crew cabin.  Water from the potable water
  352. storage tanks can be used for crew consumption and cooling the
  353. Freon-21 coolant loops.  The remaining circulating hydrogen is
  354. directed back to the fuel cell stack.
  355.  
  356. The fuel cell coolant system circulates a liquid fluorinated
  357. hydrocarbon and transfers the waste heat from the cell stack through
  358. the fuel cell heat exchanger of the fuel cell power plant to the
  359. Freon-21 coolant loop system in the midfuselage.  Internal control of
  360. the circulating fluid maintains the cell stack at a normal operating
  361. temperature of approximately 200 F.
  362.  
  363. When the reactants enter the fuel cells, they flow through a preheater
  364. (where they are warmed from a cryogenic temperature to 40 F or
  365. greater); a 6-micron filter; and a two-stage, integrated dual gas
  366. regulator module.  The first stage of the regulator reduces the
  367. pressure of the hydrogen and oxygen to 135 to 150 psia.  The second
  368. stage reduces the oxygen pressure to a range of 62 to 65 psia and
  369. maintains the hydrogen pressure at 4.5 to 6 psia differential below
  370. the oxygen pressure.  The regulated oxygen lines are connected to the
  371. accumulator, which maintains an equalized pressure between the oxygen
  372. and the fuel cell coolant.  If the oxygen's and hydrogen's pressure
  373. decreases, the coolant's pressure is also decreased to prevent a large
  374. differential pressure inside the stack that could deform the cell
  375. stack structural elements.
  376.  
  377. Upon leaving the dual gas regulator module, the incoming hydrogen
  378. mixes with the hydrogen-water vapor exhaust from the fuel cell stack.
  379. This saturated gas mixture is routed through a condenser, where the
  380. temperature of the mixture is reduced, condensing a portion of the
  381. water vapor to form liquid water droplets.  The liquid water is then
  382. separated from the hydrogen-water mixture by the hydrogen pump/water
  383. separator.
  384.  
  385. The hydrogen pump circulates the hydrogen gas back to the fuel cell
  386. stack, where some of the hydrogen is consumed in the reaction.  The
  387. remainder flows through the fuel cell stack, removing the product
  388. water vapor formed at the hydrogen electrode.  The hydrogen-water
  389. vapor mixture then combines with the regulated hydrogen from the dual
  390. gas generator module, and the loop begins again.
  391.  
  392. The oxygen from the dual gas regulator module flows directly through
  393. two ports into a closed-end manifold in the fuel cell stack, achieving
  394. optimum oxygen distribution in the cells.  All oxygen that flows into
  395. the stack is consumed, except during purge operations.
  396.  
  397. Reactant consumption is directly related to the electrical current
  398. produced: if there are no internal or external loads on the fuel cell,
  399. no reactants will be used.  Because of this direct proportion, leaks
  400. may be detected by comparing reactant consumption and current
  401. produced.  An appreciable amount of excess reactants used indicates a
  402. probable leak.
  403.  
  404. Water and electricity are the products of the chemical reaction of
  405. oxygen and hydrogen that takes place in the fuel cells.  The water
  406. must be removed or the cells will become saturated with water,
  407. decreasing reaction efficiency.  With an operating load of about 7
  408. kilowatts, it takes only a few minutes to flood the fuel cell with
  409. produced water, thus effectively halting power generation.  Hydrogen
  410. is pumped through the stack, reacting with oxygen and picking up and
  411. removing water vapor on the way.  After being condensed, the liquid
  412. water is separated from the hydrogen by the hydrogen pump/water
  413. separator and discharged from the fuel cell to be stored in the ECLSS
  414. potable water storage tanks.
  415.  
  416. If the water tanks are full or there is line blockage, the water
  417. relief valves open at 45 psia to allow the water to vent overboard
  418. through the water relief line and nozzle.  Check valves prevent water
  419. tanks from discharging through an open relief valve.  An alternate
  420. water delivery path is also available to deliver water to the ECLSS
  421. tanks if the primary path is lost.
  422.  
  423. For redundancy, there are two thermostatically activated heaters
  424. wrapped around the discharge and relief lines to prevent blockage
  425. caused by the formation of ice in the lines.  Two switches on panel
  426. R12, fuel cell H 2 O line htr and H2O relief htr , provide the flight
  427. crew with the capability to select either auto A or auto B for the
  428. fuel cell water discharge line heaters and the water relief line and
  429. vent heaters, respectively.
  430.  
  431. Thermostatically controlled heaters will maintain the water line
  432. temperature above 53 F, when required.  The normal temperature of
  433. product water is approximately 140 to 150 F.  The thermostatically
  434. controlled heaters maintain the water relief valve's temperature when
  435. in use between 70 to 100 F.  Temperature sensors located on the fuel
  436. cell water discharge line, relief valve, relief line and vent nozzle
  437. are displayed on the CRT.
  438.  
  439. If the potassium hydroxide electrolyte in the fuel cell migrates into
  440. the product water, a pH sensor located downstream of the hydrogen
  441. pump/water separator will sense the presence of the electrolyte, and
  442. the crew will be alerted by an SM alert and display on the CRT.
  443.  
  444. During normal fuel cell operation, the reactants are present in a
  445. closed-loop system and are 100 percent consumed in the production of
  446. electricity.  Any inert gases or other contaminants will accumulate in
  447. and around the porous electrodes in the cells and reduce the reaction
  448. efficiency and electrical load support capability.  Purging,
  449. therefore, is required at least twice daily to cleanse the cells.
  450. When a purge is initiated by opening the purge valves, the oxygen and
  451. hydrogen systems become open-loop systems; and increased flows allow
  452. the reactants to circulate through the stack, pick up the contaminants
  453. and blow them out overboard through the purge lines and vents.
  454. Electrical power is produced throughout the purge sequence, although
  455. no more than 10 kilowatts should be required from a fuel cell being
  456. purged because of the increased reactant flow and preheater
  457. limitations.
  458.  
  459. Fuel cell purge can be activated automatically or manually by the use
  460. of fuel cell switches on panel R12.  In the automatic mode, the fuel
  461. cell purge heater switch is positioned to GPC .  The purge line
  462. heaters are turned on to heat the purge lines to ensure that the
  463. reactants will not freeze in the lines.  The hydrogen reactant is the
  464. more likely to freeze because it is saturated with water vapor.
  465. Depending on the orbit trajectory and vehicle orientation, the heaters
  466. may require 27 minutes to heat the lines to the required temperatures.
  467. The fuel cell current is checked to ensure a load of less than 350
  468. amps, due to limitations on the hydrogen and oxygen preheaters in the
  469. fuel cells.  As the current output of the fuel cell increases, the
  470. reactant flow rates increase, and the preheaters raise the temperature
  471. of the reactants to a minimum of minus 40 F in order to prevent the
  472. seals in the dual gas regulator from freezing.
  473.  
  474. The purge lines from all three fuel cells are manifolded together
  475. downstream of their purge valves and associated check valves.  The
  476. line leading to the purge outlet is sized to permit unrestricted flow
  477. from only one fuel cell at a time.  If purging of more than one cell
  478. at a time is attempted, pressure could build in the purge outlet line
  479. and cause a decrease in the flow rate through the individual cells,
  480. which would result in an inefficient purge.
  481.  
  482. When the fuel cell purge valves 1, 2 and 3 switches are positioned to
  483. GPC, the fuel cell GPC purge seq switch is positioned to start and
  484. must be held until the GPC purge seq talkback indicator indicates gray
  485. (in approximately three seconds).  The automatic purge sequence will
  486. not begin if the indicator indicates barberpole.  The GPC turns the
  487. purge line heaters on and monitors the temperature.  The one oxygen
  488. line temperature sensor must register at least 69 F and the two
  489. hydrogen line temperature sensors 79 and 40 F, respectively, and be
  490. verified by the GPC before the purge sequence begins.  If the
  491. temperatures are not up to minimum after 27 minutes, the GPC will
  492. issue an SM alert and display the data on the CRT.  When the proper
  493. temperatures have been attained, the GPC will open for two minutes and
  494. then close the hydrogen and oxygen purge valves for fuel cells 1, 2
  495. and 3 in that order.  Thirty minutes after the fuel cell 3 purge
  496. valves have been closed (to ensure that the purge lines have been
  497. totally evacuated), the GPC will turn off the purge line heaters.
  498. This provides sufficient time and heat to bake out any remaining water
  499. vapor.  If the heaters are turned off before 30 minutes have elapsed,
  500. water vapor left in the lines may freeze.
  501.  
  502. The manual fuel cell purge would be initiated by the flight crew using
  503. the switches on panel R12.  In the manual mode, the three fuel cells
  504. must be purged separately.  The fuel cell purge heater switch is
  505. positioned to on for the same purpose as in the automatic mode, and
  506. the flight crew verifies that the temperatures of the oxygen line and
  507. two hydrogen lines are at the same minimum temperatures as in the
  508. automatic mode before the purge sequence is initiated.  The fuel cell
  509. purge valves 1 switch is positioned to open for two minutes, and the
  510. flight crew observes that the oxygen and hydrogen flow rates increase
  511. on the CRT.  The fuel cell purge valves 1 switch is then positioned to
  512. close , and a decrease in the oxygen and hydrogen flow rates is
  513. observed on the CRT, indicating the purge valves are closed.  Fuel
  514. cell 2 is purged in the same manner using the fuel cell purge valves 2
  515. switch.  Fuel cell 3 is then purged in the same manner using the fuel
  516. cell purge valves 3 switch.  After the 30-minute line bakeout period,
  517. the fuel cell purge heater switch is positioned to off.
  518.  
  519. In order to cool the fuel cell stack during its operations, distribute
  520. heat during fuel cell starting, and warm the cryogenic reactants
  521. entering the stack, the fuel cell circulates a coolant-fluorinated
  522. hydrocarbon-throughout the fuel cell.  The fuel cell coolant loop and
  523. its interface with the ECLSS Freon-21 coolant loops are identical in
  524. fuel cells 1, 2 and 3.
  525.  
  526. Where the coolant enters the fuel cell, the temperature of the F-40
  527. coolant returning from the ECLSS Freon-21 coolant loops is sensed
  528. before it passes through a 75-micron filter.  After the filter, two
  529. temperature-controlled mixing valves allow some of the hot coolant to
  530. mix with the cool returning coolant to prevent the condenser exit
  531. control valve from oscillating.  The condenser exit control valve
  532. adjusts the flow of the coolant through the condenser to maintain the
  533. hydrogen-water vapor exiting the condenser at a temperature between
  534. 148 and 153 F.
  535.  
  536. The stack inlet control valve maintains the temperature of the coolant
  537. entering the stack between 177 and 187 F.  The accumulator is the
  538. interface with the oxygen cryogenic reactant to maintain an equalized
  539. pressure between the oxygen and the coolant (the oxygen and hydrogen
  540. pressures are controlled at the dual gas regulator) to preclude a
  541. high-pressure differential in the stack.  The pressure in the coolant
  542. loop is sensed before the coolant enters the stack.
  543.  
  544. The coolant is circulated through the fuel cell stack to absorb the
  545. waste heat from the hydrogen/oxygen reaction occurring in the
  546. individual cells.  After the coolant leaves the stack, its temperature
  547. is sensed and the data transmitted to the GPC, to the fuel cell stack
  548. temp meter through the fuel cell 1, 2, 3 switch located below the
  549. meter on panel O2, and to the CRT display.  The yellow fuel stack temp
  550. C/W and the backup C/W alarm lights on panel F7 and the SM alert light
  551. will be illuminated if fuel cell and stack temperatures exceed certain
  552. limits: below 172.5 F or above 243.7 F.  The hot coolant from the
  553. stack flows through the oxygen and hydrogen preheaters, where it warms
  554. the cryogenic reactants before they enter the stack.
  555.  
  556. The coolant pump utilizes three-phase ac power to circulate the
  557. coolant through the loop.  The differential pressure sensor senses a
  558. pressure differential across the pump to determine the status of the
  559. pump.  The fuel cell pump C/W light on panel F7 will be illuminated if
  560. fuel cell 1, 2 or 3 coolant pump delta pressure is lost.  The SM alert
  561. light also will be illuminated, and a fault message will be sent to
  562. the CRT.  If the coolant pump for fuel cell 1, 2 or 3 is off , the
  563. backup C/W alarm light will be illuminated, and a fault message will
  564. be sent to the CRT.  The temperature-actuated flow control valve
  565. downstream from the pump adjusts the coolant flow to maintain the fuel
  566. cell coolant exit temperature between 190 and 210 F.  The stack inlet
  567. control valve and flow control valve have bypass orifices to allow
  568. coolant flow through the coolant pump and to maintain some coolant
  569. flow through the condenser for water condensation, even when the
  570. valves are fully closed due to the requirements of thermal
  571. conditioning.
  572.  
  573. The coolant (that which is not made to bypass) exits the fuel cells to
  574. the fuel cell heat exchanger, where it transfers its excess heat to be
  575. dissipated through the ECLSS Freon-21 coolant loop systems in the
  576. midfuselage.
  577.  
  578. In addition to thermal conditioning by means of the coolant loop, the
  579. fuel cell has internal startup and sustaining heaters.  The 2,400-watt
  580. startup heater is used only during startup to warm the fuel cell to
  581. its operational level.  The 1,100-watt sustaining heaters normally are
  582. used during low power periods to maintain the fuel cells at their
  583. operational temperature.
  584.  
  585. Two 160-watt end-cell electrical heaters on each fuel cell power plant
  586. were used to maintain a uniform temperature throughout the fuel cell
  587. power section.  As an operational improvement, the end-cell electrical
  588. heaters on each fuel cell power plant were deleted due to potential
  589. electrical failures and were replaced by fuel cell power plant coolant
  590. (F-40) passages.  This permits waste heat from each fuel cell power
  591. plant to be used to maintain a uniform temperature profile for each
  592. fuel cell power plant.
  593.  
  594. The hydrogen pump and water separator of each fuel cell power plant
  595. were also improved.  To minimize excessive hydrogen gas entrained in
  596. each fuel cell power plant's product water, modifications were made to
  597. the water pickup (pitot) system.  The centrifugal force of
  598. high-velocity water flowing around the pitot tube's bends separates
  599. the hydrogen gas and water.  Pitot pressure then expels the hydrogen
  600. gas into the hydrogen pump's inlet housing though a bleed orifice.
  601.  
  602. A current measurement detection system was added to monitor the
  603. hydrogen pump load for each fuel cell power plant.  Excessive load
  604. could indicate improper water removal, which could lead to flooding of
  605. the fuel cell power plant and eventually render that power plant
  606. inoperative.
  607.  
  608. The start/sustaining heater system for each fuel cell power plant was
  609. also modified.  The modification was required specifically for fuel
  610. cell power plant No.  1, mounted on the port, or left, side.  The No.
  611. 1 fuel cell power plant start/sustaining heater system added heat to
  612. that fuel cell power plant's F-40 coolant loop system during the
  613. startup of the power plant.  Because of its orientation, any entrained
  614. gas in the coolant could enter the heater and become trapped at the
  615. heater elements.  This would result in overheating of the heater
  616. elements, which could vaporize the F-40 coolant, causing heater
  617. failure and extensive damage to the fuel cell power plant.  The F-40
  618. coolant loop flow system within the start/sustaining heater of each
  619. fuel cell power plant was modified to prevent a gas bubble from
  620. developing or being trapped at the heater elements, preventing the
  621. loss of the start/sustaining heater.
  622.  
  623. A stack inlet temperature measurement was added to each fuel cell
  624. power plant.  The temperature measurement was added to the in-flight
  625. system to provide full visibility of the thermal conditions of each
  626. fuel cell power plant (similar to the existing stack exit and
  627. condenser exit temperatures of each fuel cell power plant).
  628.  
  629. The product water from all three fuel cell power plants flows to a
  630. single water relief control panel.  The water can be directed from the
  631. single panel to the ECLSS potable water tank A or to the fuel cell
  632. power plant water relief nozzle.  Normally, the water is directed to
  633. water tank A.  In the event of a line rupture in the vicinity of the
  634. single water relief panel, water could spray on all three water relief
  635. panel lines, causing them to freeze and prevent fuel cell power plant
  636. water discharge.
  637.  
  638. The product water lines from all three fuel cell power plants were
  639. modified to incorporate a parallel (redundant) path of product water
  640. to ECLSS potable water tank B in the event of a freeze-up of the
  641. single water relief panel.  In the event of the single water relief
  642. panel freeze-up, pressure would build up and relieve through the
  643. redundant paths to water tank B.  Temperature sensors and a pressure
  644. sensor installed on each of the redundant water line paths transmit
  645. data via telemetry for ground monitoring.
  646.  
  647. A water purity sensor (pH) was added at the common product water
  648. outlet of the water relief panel to provide a redundant measurement of
  649. water purity.  A single measurement of water purity in each fuel cell
  650. power plant was provided previously.  If the fuel cell power plant pH
  651. sensor failed, the flight crew was required to sample the potable
  652. water.
  653.  
  654. The electrical control unit located in each fuel cell power plant is
  655. the brain of the power plants.  The ECU contains the start up logic,
  656. heater thermostats, and 30-second timer and interfaces with the
  657. controls and displays for fuel cell startup, operation and shutdown.
  658. The ECU controls the supply of ac power to the coolant pump, hydrogen
  659. pump/water separator, the pH sensor, and the dc power supplied to the
  660. flow control bypass valve (open only during startup) and the internal
  661. startup and sustaining heaters.  The ECU also controls the status of
  662. the fuel cell 1, 2, 3 ready for load and coolant pump P talkback
  663. indicators on panel R1.
  664.  
  665. The nine fuel cell circuit breakers that connect the three-phase ac
  666. power to the three fuel cells are located on panel L4, and the fuel
  667. cell ECU receives its power from an essential bus through the FC cntlr
  668. switch on panel O14.
  669.  
  670. The fuel cell start/stop switch on panel R1 for each fuel cell is used
  671. to initiate the start sequence or stop the fuel cell operation.  When
  672. this switch is held in its momentary start position, the ECU connects
  673. the three-phase ac power to the coolant pump and hydrogen pump/water
  674. separator (allowing the coolant and the hydrogen-water vapor to
  675. circulate through these loops) and connects the dc power to the
  676. internal startup and sustaining heaters and the flow control bypass
  677. valve.  The switch must be held in the start position until the
  678. coolant pump P talkback shows gray in approximately three to four
  679. seconds, which indicates that the coolant pump is functioning properly
  680. by creating a differential pressure across the pump.  When the coolant
  681. pump P talkback indicates barberpole, it indicates the coolant pump is
  682. not running.
  683.  
  684. The ready for load talkback for each fuel cell will show gray after
  685. the 30-second timer times out and the stack-out temperature is above
  686. 187 F (which can be monitored on panel O2 in conjunction with the 1,
  687. 2, 3 switch located beneath the fuel cell stack out temp meter).  This
  688. indicates that the fuel cell is up to the proper operating temperature
  689. and is ready for loads to be attached to it.  It should not take
  690. longer than 25 minutes for the fuel cell to warm up and become fully
  691. operational, the actual time depending on the fuel cell's initial
  692. temperature.  The ready for load indicator remains gray until the fuel
  693. cell start/stop switch for each fuel cell is placed to stop, the FC
  694. cntlr switch is placed to off , or the essential bus power is lost to
  695. the ECU.
  696.  
  697. The startup heater enable/inhibit switch on panel R12 for each fuel
  698. cell provides the crew control of the off/on status of the startup
  699. heaters during fuel cell startup.  The inhibit position allows the
  700. startup heaters to remain off and would be used only when immediate
  701. power is required from a shutdown fuel cell.
  702.  
  703. Fuel cell 1, 2 or 3 dc voltage and current (amps) can be monitored on
  704. the dc volts and dc amps meters on panel F9, using the fuel cell
  705. volts/amp rotary switch to select a specific fuel cell.
  706.  
  707. The fuel cells will be on when the crew boards the vehicle, and the
  708. vehicle is powered by the fuel cells and load sharing with the ground
  709. support equipment power supplies.  Just before lift-off (T minus three
  710. minutes and 30 seconds), the GSE is powered off and the fuel cells
  711. take over all of the vehicle's electrical loads.  Indication of the
  712. switchover can be noted on the CRT display and the dc amps meter.  The
  713. fuel cell current will increase to approximately 220 amps; the oxygen
  714. and hydrogen flow will increase to approximately 4 and 0.6 pound per
  715. hour, respectively; and the fuel cell stack temperature will increase
  716. slightly.
  717.  
  718. Fuel cell standby consists of removing the electrical loads but
  719. continuing operation of the fuel cell pumps, controls, instrumentation
  720. and valves, with the electrical power being supplied by the remaining
  721. fuel cells.  A small amount of reactants is used to generate power for
  722. the fuel cell internal heaters.
  723.  
  724. Fuel cell shutdown, after standby, consists of stopping the coolant
  725. pump and hydrogen pump/water separator by positioning that fuel cell
  726. start/stop switch on panel R1 to the stop position.  If the
  727. temperature in the fuel cell compartment beneath the payload bay is
  728. lower than 40 F, the fuel cell should be left in standby instead of
  729. being shut down to prevent it from freezing.
  730.  
  731. Each fuel cell power plant is 14 inches high, 15 inches wide and 40
  732. inches long and weighs 255 pounds.
  733.  
  734. The voltage and current range of each is 2 kilowatts at 32.5 volts dc,
  735. 61.5 amps, to 12 kilowatts at 27.5 volts dc, 436 amps.  Each fuel cell
  736. is capable of supplying 12 kilowatts peak and 7 kilowatts maximum
  737. continuous power.  The three fuel cells are capable of a maximum
  738. continuous output of 21,000 watts with 15-minute peaks of 36,000
  739. watts.  The average power consumption of the orbiter is expected to be
  740. approximately 14,000 watts, or 14 kilowatts, leaving 7 kilowatts
  741. average available for payloads.  Each fuel cell will be serviced
  742. between flights and reused until each accumulates 2,000 hours of
  743. on-line service.
  744.  
  745.  
  746. "6_2_3_13_7_5.TXT" (24830 bytes) was created on 12-13-88
  747.  
  748. ELECTRICAL POWER DISTRIBUTION AND CONTROL.
  749.  
  750. The EPDC subsystem distributes 28-volt dc electrical power and
  751. generates and distributes 115-volt, three-phase, 400-hertz ac
  752. electrical power to all of the space shuttle systems' electrical
  753. equipment throughout all mission phases.  The EPDC subsystem consists
  754. of a three-bus system that distributes electrical power to the
  755. forward, mid-, and aft sections of the orbiter for equipment used in
  756. those areas.  The three main dc buses are main A (MNA), main B (MNB)
  757. and main C (MNC).  Three ac buses, AC1, AC2 and AC3, supply ac power
  758. to the ac loads.  Three essential buses, ESS1BC, ESS2CA and ESS3AB,
  759. supply control power to selected flight crew controls and operational
  760. power to electrical loads that are deemed essential.  Nine control
  761. buses, CNTL AB1, 2, 3; CNTL BC1, 2, 3; and CNTL CA1, 2, 3, are used
  762. only to supply control power to flight crew controls.  Two preflight
  763. buses, PREFLT 1 and PREFLT 2, are used only during ground operations.
  764.  
  765. Electrical power is controlled and distributed by assemblies.  Each
  766. assembly-main distribution assembly, power controller assembly, load
  767. controller assembly and motor controller assembly-is an electrical
  768. equipment container or box.
  769.  
  770. The dc power generated by each of the fuel cell power plants is
  771. supplied to a corresponding DA.  Fuel cell power plant 1 is supplied
  772. to DA 1, FCP 2 to DA 2 and FCP 3 to DA 3.  Each DA contains remotely
  773. controlled motor-driven switches called power contactors used for
  774. loads larger than 125 amps.  The power contactors are rated at 500
  775. amps and control and distribute dc power to a corresponding mid power
  776. controller assembly, forward power controller assembly and aft power
  777. controller assembly.  Power contactors are also located in the APCAs
  778. to control and distribute GSE 28-volt dc power to the orbiter through
  779. the T-0 umbilical before the fuel cell power plants take over the
  780. supply of orbiter dc power.
  781.  
  782. Each of the mid, forward, and aft PCAs supplies and distributes dc
  783. power to a corresponding mid motor controller assembly, forward motor
  784. controller assembly, forward load controller assembly, aft load
  785. controller assembly and aft motor controller assembly and dc power to
  786. activate the corresponding ac power system.
  787.  
  788. Each PCA contains remote power controllers and relays.  The RPCs are
  789. solid-state switching devices used for loads requiring current in a
  790. range of 3 to 20 amps.  The RPCs are current protected by internal
  791. fuses and also have the capability to limit the output current to a
  792. maximum of 150 percent of rated value for two to three seconds.
  793. Within three seconds the RPC will trip out, which removes the output
  794. current.  To restore power to the load, the RPC must be reset, which
  795. is accomplished by cycling a control switch.  If multiple control
  796. inputs are required before an RPC is turned on, hybrid drivers are
  797. usually used as a logic switch, which then drives the control input of
  798. the RPC.
  799.  
  800. Each LCA contains hybrid drivers, which are solid-state switching
  801. devices (no mechanical parts) used as logic switches and for low-power
  802. electrical loads of less than 5 amps.  When the drivers are used as a
  803. logic switch, several control inputs are required to turn on a load.
  804. Hybrid drivers are also used in the MPCAs.  The hybrid drivers are
  805. current protected by internal fuses.  Hybrid relays requiring multiple
  806. control inputs are used to switch three-phase ac power to motors.
  807.  
  808. Relays are also used for loads between 20 amps and 135 amps in PCAs
  809. and MCAs.
  810.  
  811. In the midbody there are no LCAs; therefore, the MPCAs contain RPCs,
  812. relays and hybrid drivers.  Each MCA contains main dc buses, ac buses
  813. and hybrid relays that are remotely controlled for control of the
  814. application or removal of ac power to ac motors.  The main dc bus is
  815. used only to supply control or logic power to the hybrid relays so the
  816. ac power can be switched on or off.
  817.  
  818. The remotely controlled switching devices permit the location of major
  819. electrical power distribution buses close to the major electrical
  820. loads, which eliminates heavy electrical feeders to and from the
  821. pressurized crew compartment display and control panels.  In addition,
  822. this reduces the amount of spacecraft wiring, thus weight, and permits
  823. more flexible electrical load management.
  824.  
  825. The No.  1 distribution assembly and all No.  1 controllers go with
  826. fuel cell 1 and MNA bus, all No.  2 controllers and DA 2 go with fuel
  827. cell 2 and MNB bus, and all No.  3 controllers and DA 3 go with fuel
  828. cell 3 and MNC bus.  The FC main bus A switch on panel R1 positioned
  829. to on connects fuel cell 1 to the MNA DA and controllers and
  830. disconnects fuel cell 1 from the MNA DA and controllers when
  831. positioned to off .  The talkback indicator associated with the FC
  832. main bus A switch will indicate on when fuel cell 1 is connected to
  833. main bus A DA and controllers and off when fuel cell 1 is disconnected
  834. from main bus A DA and controllers.  The FC main bus B and C switches
  835. and talkback indicators on panel R1 function in the same manner.
  836.  
  837. Main bus A can be connected to main bus B or main bus C through the
  838. use of the main bus tie switches on panel R1 and power contactors in
  839. the DAs.  For example, main bus A can be connected to main bus B by
  840. positioning the main bus tie A switch to on and the main bus tie B
  841. switch to on .  The talkback indicator associated with the main bus
  842. tie A and B switches will indicate on when main bus A is connected to
  843. main bus B.  To disconnect main bus A from main bus B, the main bus
  844. tie A and B switches must be positioned to off; the talkback
  845. indicators associated with the main bus tie A and B switches will then
  846. indicate off .  Main bus A can be connected to main bus C in a similar
  847. manner using the main bus tie A and C switches.  Main bus B can be
  848. connected to main bus A or C in a similar manner using the main bus
  849. tie B and A or C switches.  Similarly, main bus C can be connected to
  850. main bus B or A using the main bus C and B or A switches.
  851.  
  852. Main bus A, B or C voltages can be displayed on the dc volts meter on
  853. panel F9 through the main volts A, B or C rotary switch on panel F9.
  854. The main bus undervolts red caution and warning light on panel F7 will
  855. be illuminated if main bus A, B or C voltage is 26.4 volts dc,
  856. informing the crew that the minimum equipment operating voltage limit
  857. of 24 volts dc is being approached.  A backup caution and warning
  858. light will also be illuminated at 26.4 volts dc.  An SM alert light
  859. will be illuminated at 27 volts dc or less, alerting the flight crew
  860. to the possibility of a future low-voltage problem.  A fault message
  861. also is transmitted to the CRT.
  862.  
  863. The nominal fuel cell voltage is 27.5 to 32.5 volts dc, and the
  864. nominal main bus voltage range is 27 to 32 volts dc, which corre spond
  865. to 12- and 2-kilowatt loads, respectively.
  866.  
  867. Depending on the criticality of orbiter electrical equipment, some
  868. electrical loads may receive redundant power from two or three main
  869. buses.  If an electrical load receives power from two or three
  870. sources, it is for redundancy only and not for total power
  871. consumption.
  872.  
  873. Essential buses supply control power to switches that are necessary to
  874. restore power to a failed main dc or ac bus and to essential
  875. electrical power system electrical loads and switches.  In some cases,
  876. essential buses are used to power switching discretes to
  877. multiplexers/demultiplexers.  Examples of the selected flight crew
  878. switches and loads are the EPS switches, GPC switches, tactical air
  879. navigation mode switches, radar altimeter and microwave scan beam
  880. landing system power switches, the caution and warning system,
  881. emergency lighting, audio control panel, and master timing unit.
  882.  
  883. The three essential buses are ESS1BC, ESS2CA and ESS3AB.  ESS1BC
  884. receives power from three redundant sources.  It receives dc power
  885. from fuel cell 1 through the ESS bus source FC 1 switch on panel R1
  886. when the switch is positioned to on and from main dc buses B and C
  887. through RPCs when the ESS bus source MN B/C switch on panel R1 is
  888. positioned to on .  Electrical power is then distributed from the
  889. essential bus in DA 1 through fuses to the corresponding controller
  890. assemblies and to the flight and middeck panels.  ESS2CA receives
  891. power from fuel cell 2 through the ESS bus source FC 2 switch on panel
  892. R1 when positioned to on and main dc buses C and A through RPCs when
  893. the ESS bus source MN C/A switch on panel R1 is positioned to on.
  894. Electrical power is then distributed from the essential bus in DA 2
  895. through fuses to the corresponding controller assemblies and to the
  896. flight and middeck panels.  ESS3AB receives power from fuel cell 3
  897. through the ESS bus source FC 3 switch on panel R1 when positioned to
  898. on and main dc buses A and B through RPCs when the ESS bus source MN
  899. A/B switch on panel R1 is positioned to on.  Electrical power is then
  900. distributed from the essential bus in DA 3 through fuses to the
  901. corresponding controller assemblies and to the flight and middeck
  902. panels.
  903.  
  904. The ESS bus voltage can be monitored on the volts meter on panel F9
  905. through the ESS volts 1 BC, 2 CA, 3 AB rotary switch.  An SM alert
  906. light will be illuminated to inform the flight crew if the essential
  907. bus voltage is less than 25 volts dc.  A fault message also is
  908. transmitted to the CRT.
  909.  
  910. Nine control buses are used to supply only control power to the
  911. display and control panel switches on the flight deck and in the
  912. middeck area.  A control bus does not supply operational power to any
  913. system loads.  The control buses are enabled by the control bus power
  914. MNA, B, C switches on panel R1 and the MNA control bus BC 1/2/3
  915. circuit breaker on panel R15, the MNB control bus CA 1/2/3 circuit
  916. breaker on panel R15 and the MNC control bus AB 1/2/3 circuit breaker
  917. on panel R15.  The corresponding main bus is connected through RPCs
  918. and diodes.  Each control bus receives power from three main dc buses
  919. for redundancy.  MNA bus is supplied to three control buses, AB1/2/3,
  920. BC1/2/3 and CA1/2/3.  (The numbers 1, 2 and 3 indicate the number of
  921. the bus and not a fuel cell.) MNB bus is supplied to three control
  922. buses, AB1/2/3, BC1/2/3 and CA1/2/3.  MNC bus is supplied to three
  923. control buses, AB1/2/3, BC1/2/3 and CA1/2/3.  The RPCs are powered
  924. continuously unless the control bus pwr MNA, MNB, MNC switch on panel
  925. R1 is positioned to the momentary reset position, which turns the
  926. corresponding RPC's power off and resets the RPC if it has been
  927. tripped off.  An SM alert light is illuminated if the control bus
  928. voltage is less than 24.5 volts dc, and a fault message is sent to the
  929. CRT.  The Mission Control Center in Houston can monitor the status of
  930. each RPC.
  931.  
  932. Until T minus three minutes and 30 seconds, power to the orbiter is
  933. load shared with the fuel cells and GSE, even though the fuel cells
  934. are on and capable of supplying power.  Main bus power is supplied
  935. through the T-0 umbilicals, MNA through the left-side umbilical and
  936. MNB and C through the right-side umbilical to aft power controllers 4,
  937. 5 and 6.  From APCs 4, 5 and 6, the GSE power is directed to the DA,
  938. where the power is distributed throughout the vehicle.  The power for
  939. the PREFLT 1 and PREFLT 2 test buses is also supplied through the T-0
  940. umbilical.  These test buses are scattered throughout the orbiter and
  941. are used to support launch processing system control of critical
  942. orbiter loads, although they also power up the essential buses in the
  943. APCs when on GSE.  As in the main bus distribution, essential bus
  944. power from the APCs is directed to the DAs and then distributed
  945. throughout the vehicle.  At T minus three minutes 30 seconds, the
  946. ground turns off the GSE power to the main buses, and the fuel cells
  947. automatically pick up the loads.  At T minus zero, the T-0 umbilical
  948. is disconnected with the preflight test bus wires live.
  949.  
  950. Fuel cell 3 may be connected to the primary payload bus by positioning
  951. the pri FC3 switch on panel R1 to the momentary on position.  The
  952. talkback indicator next to this switch will indicate on when fuel cell
  953. 3 is connected to the PRI PL bus.  The PRI PL bus is the prime bus for
  954. supplying power to the payloads.  Fuel cell 3 may be disconnected from
  955. the payload bus by positioning the pri FC3 switch to the momentary off
  956. position.  The talkback indicator will indicate off .
  957.  
  958. A second source of electrical power for the PRI PL bus may be supplied
  959. from MNB bus by positioning the pri MN B switch on panel R1 to the
  960. momentary on position.  The talkback indicator next to this switch
  961. will indicate on.  MNB bus may be removed from the PRI PL bus by
  962. positioning the switch momentarily to off .  The talkback indicator
  963. will indicate off .  A third possible source of electrical power for
  964. the PRI PL bus may be supplied from MNC bus through the pri MN C
  965. switch on panel R1, positioned momentarily to the on position.  The
  966. adjacent talkback indicator will indicate on.  MNC bus may be removed
  967. from the PRI PL bus by positioning the switch momentarily to off .
  968. The talkback indicator will indicate off.
  969.  
  970. There are two additional payload buses in the aft section of the
  971. payload bay at the Yo 1307 aft bulkhead station.  The aft payload B
  972. bus may be powered up by positioning the aft MN B switch on panel R1
  973. to on .  The aft payload C bus may be powered up by positioning the
  974. aft MN C switch on panel R1 to on .  The off position of each switch
  975. removes power from the corresponding aft payload bus.
  976.  
  977. The payload aux switch on panel R1 permits main bus A and main bus B
  978. power to be supplied to the AUX PL A and AUX PL B buses when the
  979. switch is positioned to on.  The auxiliary payload buses provide power
  980. for emergency equipment or controls associated with payloads.  The off
  981. position removes power from the AUX PL A and PL B buses.  It is also
  982. noted that the two auxiliary payload buses may be dioded together to
  983. form one bus for redundancy.
  984.  
  985. Two or more feeders to the payload may be used simulta neously, but
  986. two orbiter power sources may not be tied directly within the payload.
  987. Any payload equipment requiring electrical power from two separate
  988. orbiter sources is required to ensure isolation of these power sources
  989. so that no single failure in a load, or succession or propagation of
  990. failures in a load, will cause an out-of-limit condition to exist on
  991. the orbiter system equipment on more than one bus.
  992.  
  993. The payload cabin switch on panel R1 provides MNA or MNB power to
  994. patch panels located behind the payload specialist and mission
  995. specialist stations located on the aft flight deck.  These patch
  996. panels supply power to the payload-related equipment located on panels
  997. at these stations.  Two three-phase circuit breakers, AC2 cabin PL3 J
  998. and AC3 cabin PL3J, on panel MA73C provide ac power to the payload
  999. patch panels.
  1000.  
  1001. Alternating-current power is generated and made available to system
  1002. loads by the EPDC subsystem, using three independent ac buses, AC1,
  1003. AC2 and AC3.  The ac power system includes the ac inverters for dc
  1004. conversion to ac and inverter distribution and control assemblies
  1005. containing the ac buses and the ac bus sensors.  The ac power is
  1006. distributed from the IDCAs to the flight and middeck display and
  1007. control panels and from the MCAs to the three-phase motor loads.
  1008.  
  1009. Each ac bus consists of three separate phases connected in a
  1010. three-phase array.  Static inverters, one for each phase, are located
  1011. in the forward avionics bays.  Each inverter has an output voltage of
  1012. 116 to 120 volts root mean square at 400 hertz, plus or minus 7 hertz.
  1013.  
  1014. The inverters are controlled by the inv pwr 1, 2, 3 switches on panel
  1015. R1.  Inverter 1 receives power only from MNA, inverter 2 from MNB and
  1016. inverter 3 from MNC.  All three inverters of inverter 1 receive MNA
  1017. bus power when the switch is positioned to on , and all three must be
  1018. in operation before the adjacent talkback indicator indicates on .
  1019. The indicator will show off when main bus power is not connected to
  1020. the inverter.
  1021.  
  1022. The inv/ac bus 1, 2, 3 switches on panel R1 are used to apply each
  1023. inverter's output to its respective ac bus.  An indicator next to each
  1024. switch shows its status, and all three inverters must be connected to
  1025. their respective ac buses before the indicator shows on .  The
  1026. talkback indicator will show off when the three inverters are not
  1027. connected to their respective ac bus.
  1028.  
  1029. The inv pwr and inv/ac bus switches must have control power from the
  1030. ac contr circuit breakers on panel R1 in order to operate.  Once ac
  1031. power has been established, these circuit breakers are opened to
  1032. prevent any inadvertent disconnection, whether by switch failure or
  1033. accidental movement of the inv pwr or inv/ac bus switches.
  1034.  
  1035. Each ac bus has a sensor, switch and circuit breaker for flight crew
  1036. control.  The AC1, 2, 3 snsr circuit breakers located on panel O13
  1037. apply essential bus power to their respective ac bus snsr 1, 2, 3
  1038. switch on panel R1 and operational power to the respective inv/ac bus
  1039. switch indicator.  The ac bus snsr 1, 2, 3 switch selects the mode of
  1040. operation of the ac bus sensor: auto trip, monitor or off .  The ac
  1041. bus sensor monitors each ac phase bus for over- or under voltage and
  1042. each phase inverter for an overload signal.  The overvoltage limits
  1043. are bus voltages greater than 123 to 127 volts ac for 50 to 90
  1044. milliseconds.  The undervoltage limits are bus voltages less than 102
  1045. to 108 volts ac for 6.5 to 8.5 milliseconds.  An overload occurs when
  1046. any ac phase current is greater than 14.5 amps for 10 to 20 seconds or
  1047. is greater than 17.3 to 21.1 amps for four to six seconds.
  1048.  
  1049. When the respective ac bus snsr switch is positioned to the auto trip
  1050. position and an overload or overvoltage condition exists, the ac bus
  1051. sensor will illuminate the respective yellow ac voltage or ac overload
  1052. caution and warning light on panel F7 and trip out (disconnect) the
  1053. inverter from its respective phase bus for the bus/inverter causing
  1054. the problem.  There is only one ac voltage and one ac overload caution
  1055. and warning light; as a result, all nine inverters/ac phase buses can
  1056. illuminate the lights.  The ac volts meter and rotary switches ( AC1
  1057. JA, JB, JC; AC2 JA, JB, JC; AC3 JA, JB, JC) on panel F9 or the CRT
  1058. display would be used to determine which inverter or phase bus caused
  1059. the light to illuminate.  The phase bus causing the problem would show
  1060. zero volts.  Because of the various three-phase motors throughout the
  1061. vehicle, there will be a small induced voltage on the phase bus if
  1062. there is only one phase that has loss of power.
  1063.  
  1064. Before power can be restored to the tripped bus, the trip signal to
  1065. the inv/ac bus switch must be removed by positioning the ac bus snsr
  1066. switch to off , then back to the auto trip position, which
  1067. extinguishes the caution and warning light.  The inv/ac bus switch is
  1068. then positioned to on, restoring power to the failed bus.  If the
  1069. problem is still present, the sequence will be repeated.
  1070.  
  1071. If an undervoltage exists, the yellow ac voltage caution and warning
  1072. light on panel F7 will be illuminated, but the inverter will not be
  1073. tripped out from its phase bus.
  1074.  
  1075. When the ac bus snsr 1, 2, 3 switches are in the monitor position, the
  1076. ac bus sensor will monitor for an overload, overvoltage and
  1077. undervoltage and illuminate the applicable caution and warning light;
  1078. but it will not trip out the phase bus/inverter causing the problem.
  1079.  
  1080. When the ac bus snsr switches are off, the ac bus sensors are
  1081. non-operational, and all caution and warning and trip-out capabilities
  1082. are inhibited.
  1083.  
  1084. A backup caution and warning light will be illuminated for overload or
  1085. over- and undervoltage conditions.  The SM alert will occur for over-
  1086. and undervoltage conditions.  A fault message also is sent to the CRT.
  1087.  
  1088. There are 10 motor controller assemblies used on the orbiter: three
  1089. are in the forward area, four are in the midbody area, and three are
  1090. in the aft area.  Panel MA73C contains the controls for the MCAs.
  1091. Their only function is to supply ac power to non-continuous ac loads
  1092. for ac motors used for vent doors, air data doors, star tracker doors,
  1093. payload bay doors, payload bay latches and reaction control
  1094. system/orbital maneuvering system motor-actuated valves.  The MCAs
  1095. contain main buses, ac buses and hybrid relays, which are the remote
  1096. switching devices for switching the ac power to electrical loads.  The
  1097. main buses are used only to supply control or logic power to the
  1098. hybrid relays so that ac power can be switched on and off.  If a main
  1099. bus is lost, the hybrid relays using that main bus will not operate.
  1100. In some cases, the hybrid relays will use logic power from a switch
  1101. instead of the MCA bus.
  1102.  
  1103. The three forward motor controller assemblies (FMC 1, FMC 2 and FMC 3)
  1104. correspond to MNA/AC1, MNB/AC2 and MNC/AC3, respectively.  Each FMC
  1105. contains a main bus, an ac bus and an RCS ac bus.  The main bus
  1106. supplies control or logic power to the relays associated with both the
  1107. ac bus and RCS ac bus.  The ac bus supplies power to the forward left
  1108. and right vent doors, the star tracker Y and Z doors, and the air data
  1109. left and right doors.  The RCS ac bus supplies power to the forward
  1110. RCS manifold and tank isolation valves.
  1111.  
  1112. The aft motor controller assemblies (AMC 1, AMC 2 and AMC 3)
  1113. correspond to MNA/AC1, MNB/AC2, and MNC/AC3, respectively.  Each AMC
  1114. assembly contains a main bus and its corresponding ac bus and a main
  1115. RCS/OMS bus and its corresponding RCS/OMS ac bus.  Both main buses are
  1116. used for control or logic power for the hybrid relays.  The ac bus is
  1117. used by the aft RCS/OMS manifold and tank isolation and crossfeed
  1118. valves.
  1119.  
  1120. The mid motor controller assemblies (MMC 1, MMC 2, MMC 3 and MMC 4)
  1121. contain two main dc buses and two corre sponding ac buses.  MMC 1
  1122. contains main bus A and B and their corresponding buses, AC1 and 2.
  1123. MMC 2 contains MNB and AC2 and AC3 buses.  MMC 3 contains the same
  1124. buses as MMC 1, and MMC 4 the same buses as MMC 2.  Loads for the main
  1125. buses/ac buses are vent doors, payload bay doors and latches, radiator
  1126. panel deployment actuator and latches, and payload retention latches.
  1127.  
  1128. The electrical components in the midbody are mounted on cold plates
  1129. and cooled by the Freon-21 system coolant loops.  The PCAs, LCAs, MCAs
  1130. and inverters located in forward avionics bays 1, 2 and 3 are mounted
  1131. on cold plates and cooled by the water coolant loops.  The inverter
  1132. distribution assemblies in forward avionics bays 1, 2 and 3 are
  1133. air-cooled.  The LCAs, PCAs and MCAs located in the aft avionics bays
  1134. are mounted on cold plates and cooled by the Freon-21 system coolant
  1135. loops.
  1136.  
  1137. The contractors are Aerodyne Controls Corp., Farmingdale, N.Y.
  1138. (oxygen, hydrogen check valve and water pressure relief valve); Aiken
  1139. Industries, Jackson, Mich.  (thermal circuit breakers; three-phase
  1140. circuit breakers); American Aerospace, Farmingdale, N.Y.  (ac and dc
  1141. current sensors, current level detector); Applied Research, Fairfield,
  1142. N.J.  (rotary switch); Rockwell International Autonetics Group,
  1143. Anaheim, Calif.  (ac bus sensor, load controller assemblies); Beech
  1144. Aircraft Corp., Boulder, Colo.  (power reactant storage hydrogen and
  1145. oxygen tanks, gaseous oxygen and hydrogen ground support equipment);
  1146. Bell Industries, Gardena, Calif.  (modular terminal boards); Bendix
  1147. Corp., Sidney, N.Y., and Franklin, Ind.  (high-density connectors);
  1148. Bussman Division of McGraw Edison, St.  Louis, Mo.  (fuses, fuse
  1149. holders, fuse dc limiter high current); Brunswick-Circle Seal,
  1150. Anaheim, Calif.  (water check valve); Consolidated Controls, El
  1151. Segundo, Calif.  (hydrogen, oxygen solenoid valve,
  1152. undirectional/bidirectional shutoff valve); Cox and Co., New York,
  1153. N.Y.  (heaters); Deutsch, Banning, Calif.  (general-purpose
  1154. connector); Fairchild Stratos, Manhattan Beach, Calif.  (cryogenic
  1155. fluid and gas supply disconnects); G/H Technology Co., Santa Monica,
  1156. Calif.  (connector cryo); Hamilton Standard, Windsor Locks, Conn.
  1157. (fuel cell heat exchanger); Haveg Industries Inc., Winooski, Vt.
  1158. (general-purpose wire); ITT Cannon, Santa Ana, Calif.  (connectors,
  1159. bulkhead feedthrough); Labarge, Santa Ana, Calif.  (general-purpose
  1160. wire); Leach Relay, Los Angeles, Calif.  (relay); Malco Microdot
  1161. Corp., Pasadena, Calif.  (connector); International Fuel Cells
  1162. Division of United Technologies, South Windsor, Conn.  (fuel cell
  1163. power plants); R.V.  Weatherford, Glendale, Calif.  (shunt); Statham
  1164. Instruments, Oxnard, Calif.  (cryo pressure transducer); Tayco
  1165. Engineering, Long Beach, Calif.  (fuel cell water dump nozzle);
  1166. Teledyne Kinetics, Solana Beach, Calif.  (dc power contactor);
  1167. Teledyne Thermatics, Elm City, N.C.  (general-purpose wire); West
  1168. inghouse Electric Corp., Lima, Ohio (remote power controller,
  1169. electrical system inverters); Weston Instruments, Newark, N.J.
  1170. (electrical indicator meter); Brunswick-Wintec, El Segundo, Calif.
  1171. (reactant and coolant filters); Rockwell International Space
  1172. Transportation Systems Division, Downey, Calif.  (power controller
  1173. assemblies, motor controller assemblies, distribution assemblies and
  1174. inverter distribution control assemblies).
  1175.  
  1176.