home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / mac / TEXT / SHUTTLE / FLI_LAUN.TXT < prev    next >
Text File  |  1993-02-05  |  45KB  |  828 lines

  1. "6_2_4_4_2.TXT" (15455 bytes) was created on 01-02-89
  2.  
  3. PRE-LAUNCH OPERATIONS
  4.  
  5.         After the Space Shuttle has been rolled out to the launch pad on the
  6. Mobile Launcher Platform (MLP), all pre-launch activities are
  7. controlled from the Launch Control Center (LCC).
  8.  
  9.         After the Shuttle is in place on the launch pad support columns, and
  10. the Rotating Service Structure (RSS) is placed around it, power for
  11. the vehicle is activated.  The MLP and the Shuttle are then
  12. electronically and mechanically mated with support launch pad
  13. facilities and ground support equipment.  An extensive series of
  14. validation checks verify that the numerous interfaces are functioning
  15. properly.
  16.  
  17.         Meanwhile, in parallel with pre-launch pad activities, cargo
  18. operations get underway in the RSS's Payload Changeout Room.
  19.  
  20.         Vertically integrated payloads are delivered to the launch pad
  21. before the Shuttle is rolled out.  They are stored in the Payload
  22. Changeout Room until the Shuttle is ready for cargo loading.  Once
  23. the RSS is in place around the orbiter, the payload bay doors are
  24. opened and the cargo is installed.  Final cargo and payload bay
  25. closeouts are completed in the Payload Changeout Room and the payload
  26. bay doors are closed for flight.
  27.  
  28.         Pre-launch Propellant Loading.  Initial Shuttle propellant loading
  29. involves pumping  hypergolic propellants into the orbiter's aft and
  30. forward Orbital Maneuvering System and Reaction Control System
  31. storage tanks, the orbiter's hydraulic Auxiliary Power Units, and SRB
  32. hydraulic power units.  These are hazardous operations, and while
  33. they are underway work on the launch pad is suspended.
  34.  
  35.         Since these propellants are hypergolic -- that is they ignite on
  36. contact with one another--oxidizer and fuel loading operations are
  37. carried out serially, never in parallel.
  38.  
  39.         Finally, dewar tanks on the Fixed Service Structure (FSS), are
  40. filled with liquid oxygen and liquid hydrogen, which will be loaded
  41. into the orbiter's Power Reactant and Storage Distribution (PRSD)
  42. tanks during the launch countdown.
  43.  
  44.         Final Pre-launch Activities.  Before the formal Space Shuttle launch
  45. countdown starts, the vehicle is powered down while pyrotechnic
  46. devices -- various ordinance components -- are installed or hooked
  47. up.  The extravehicular Mobility Units (EMUs) -- space suits -- are
  48. stored On Board along with other items of flight crew equipment.
  49.  
  50.         When closeouts of the Space Shuttle and the launch pad are
  51. completed, all is in readiness for the countdown to get underway.
  52.  
  53.         Launch Control Center.  While the VAB can be considered the heart of
  54. LC-39, the Launch Control Center (LCC) can easily be called its brain.
  55.  
  56.         The LCC is a 4-story building connected to the east side of the VAB
  57. by an elevated, enclosed bridge.  It houses four firing rooms that
  58. are used to conduct NASA and classified military launches of the
  59. Space Shuttle.  Each firing room is equipped with the Launch
  60. Processing System (LPS) which monitors and controls most Shuttle
  61. assembly, checkout and launch operations.  Physically, the LCC is 77
  62. ft. high, 378 ft. long and 181 ft. wide.
  63.  
  64.         Thanks to the LPS, the countdown for the Space Shuttle takes only
  65. about 40 hours, compared with the 80 plus hours usually needed for a
  66. Saturn/Apollo countdown.  Moreover, the LPS calls for only about 90
  67. people to work in the firing room during launch operations --
  68. compared with about 450 needed for earlier manned missions.
  69.  
  70.         From the outside, the LCC is virtually unchanged from its original
  71. Apollo-era configuration, except that a fourth floor office has been
  72. added to the southwest and northwest corners corner of the building.
  73.  
  74.         The interior of the LCC has undergone extensive modifications to
  75. meet the needs of the Space Shuttle era.
  76.  
  77.         Physically, the LCC is constructed as follows: the first floor is
  78. used for administrative activities and houses the building's
  79. utilities systems control room; the second floor is occupied by the
  80. Control Data Subsystem; the four firing rooms occupy practically all
  81. of the third floor, and the fourth floor, as mentioned, earlier is
  82. used for offices.
  83.  
  84.         During the Shuttle Orbital Flight Test program and the early
  85. operational missions, Firing Room l was the only fully-equipped
  86. control facility available for vehicle checkout and launch.  However,
  87. as the Shuttle launch rate increased during the first half of the
  88. 1980s, the other three firing rooms were activated. Although NASA
  89. operates the firing rooms, the Department of Defense uses Firing
  90. Rooms 3 and 4 to support its classified, Shuttle-dedicated missions.
  91. Additionally, Firing Room 4 serves as an engineering analysis and
  92. support facility for launch and checkout operations.
  93.  
  94.         Launch Countdown.  As experience was gained by launch crews during
  95. the early years of the Space Shuttle program, the launch countdown
  96. was refined and streamlined to the point where the average countdown
  97. now takes a little more than 40 hours.  This was not the case early
  98. in the program, when countdowns of 80 hours or more were not uncommon.
  99.  
  100.         The following is a narrative description of the major events of a
  101. typical countdown for the Space Shuttle.  The time of liftoff is
  102. predicated on what is called the launch window -- that point in time
  103. when the Shuttle must be launched in order to meet specific mission
  104. objectives such as the deployment of spacecraft at a predetermined
  105. time and location in space.
  106.  
  107.         Launch Minus 3 Days.  The countdown gets underway with the
  108. traditional call to stations by the NASA Test Director.  This
  109. verifies that the launch team is in place and ready to proceed.
  110.  
  111.         The first item of business is to checkout the backup flight system
  112. and the software stored in the mass memory units and display systems.
  113.  Backup flight system software is then loaded into the Shuttle's
  114. fifth general purpose computer (GPC's).
  115.  
  116.         Flight crew equipment stowage begins.  Final inspection of the
  117. orbiter's middeck and flight decks are made, and removal of work crew
  118. module platforms begin.  Loading preparations for the external tank
  119. get underway, and the Shuttle main engines are readied for tanking.
  120. Servicing of fuel cell storage tanks also starts.  Final vehicle and
  121. facility closeouts are made.
  122.  
  123.         Launch Minus 2 Days.  The launch pad is cleared of all personnel
  124. while liquid oxygen and hydrogen are loaded into the Shuttle fuel
  125. cell storage tanks.  Upon completion, the launch pad area is reopened
  126. and the closeout crew continues its prelaunch preparations.
  127.  
  128.         The orbiter's flight control, navigation and communications systems
  129. are activated.  Switches located on the flight and mid- decks are
  130. checked and, if required, mission specialist seats are installed.
  131. Preparations also are made for rollback of the Rotating Service
  132. Structure (RSS).
  133.  
  134.         At launch minus ll hours a planned countdown hold -- called a
  135. built-in hold -- begins and can last for up to 26 hours, 16 minute
  136. depending on the type of payload, tests required and other factors.
  137. This time is used, if needed, to perform tasks in the countdown that
  138. may not have been completed earlier.
  139.  
  140.         Launch Minus 1 Day.  Countdown is resumed after the built-in hold
  141. period has elapsed.  The RSS is rolled back and remaining items of
  142. crew equipment are installed.  Cockpit switch positions are verified,
  143. and oxygen samples are taken in the crew area. The fuel cells are
  144. activated following a fuel cell flow through purge.  Communications
  145. with the Johnson Space Center's Mission Control Center (MCC) are
  146. established.
  147.  
  148.         Finally, the launch pad is again cleared of all personnel while
  149. conditioned air that has been blowing through the payload bay and
  150. other orbiter cavities is switched to inert gaseous nitrogen in
  151. preparation for filling the external tank with its super-cold
  152. propellants.
  153.  
  154.         Launch Day.  Filling the external tank with liquid oxygen and
  155. hydrogen gets underway.  Communications checks are made with elements
  156. of the Air Force's Eastern Space and Missile Center.  Gimbal profile
  157. checks of the Orbital Maneuvering System (OMS) engines are made.
  158. Preflight calibration of the Inertial Measurement Units (IMU) is
  159. made, and tracking antennas at the nearby Merritt Island Tracking
  160. Station are aligned for liftoff.
  161.  
  162.         At launch minus 5 hours, 20 minutes -- T minus 5 hours, 20 minutes
  163. -- a 2-hour built-in hold occurs.  During this hold, an ice
  164. inspection team goes to the launch pad to inspect the external tank's
  165. insulation to insure that there is no dangerous accumulation of ice
  166. on the tank caused by the super-cold liquids.  Meanwhile, the
  167. closeout crew is preparing for the arrival of the flight crew.
  168.  
  169.         Meanwhile, the flight crew, in their quarters at the Operations and
  170. Checkout (O&C) Building, eat a meal and receive a weather briefing.
  171. After suiting up, they leave the O&C Building at about T minus 2
  172. hours, 30 minutes for the launch pad -- the countdown having resumed
  173. at T minus 3 hours.
  174.  
  175.         Upon arriving at the white room at the end of the orbiter access
  176. arm, the crew, assisted by white room personnel, enter the orbiter.
  177. Once on board they conduct air-to-ground communications checks with
  178. the LCC and MCC.  Meanwhile, the orbiter hatch is closed and hatch
  179. seal and cabin leak checks are made.  The IMU preflight alignment is
  180. made and closed-loop tests with Range Safety are completed.  The
  181. white room is then evacuated and the closeout crew proceeds from the
  182. launch pad to a fallback area.  At this time, primary ascent guidance
  183. data is transferred to the backup flight system.
  184.  
  185.         At T minus 20 minutes a planned 10-minute hold begins.  When the
  186. countdown is resumed on-board computers are commanded to their launch
  187. configuration and fuel cell thermal conditioning begins.  Orbiter
  188. cabin vent valves are closed and the backup flight system transitions
  189. into its launch configuration.
  190.  
  191.         At T minus 9 minutes another planned 10-minute hold occurs.  Just
  192. prior to resuming the countdown, the NASA Test Director gets the "go
  193. for launch" verification from the launch team.  At this point, the
  194. Ground Launch Sequencer (GLS) is turned on and the terminal countdown
  195. starts.  All countdown functions are now automatically controlled by
  196. the GLS computer located in the Firing Room Integration Console.
  197.  
  198.         At T minus 7 minutes, 30 seconds, the orbiter access arm is
  199. retracted.  Should an emergency occur requiring crew evacuation from
  200. the orbiter, the arm can be extended either manually or automatically
  201. in about 15 seconds.
  202.  
  203.         At T minus 5 minutes, 15 seconds the MCC transmits a command that
  204. activates the orbiter's operational instrumentation recorders.  These
  205. recorders store information relating to ascent, on-orbit and descent
  206. performance during the mission.  These data are analyzed after
  207. landing.
  208.  
  209.         At T minus 5 minutes, the crew activates the Auxiliary Power Units
  210. (APU) to provide pressure to the Shuttle's three hydraulic systems
  211. which move the main engine nozzles and the aero-aerosurfaces.  Also
  212. at this point, the firing circuit for SRB ignition and the range
  213. safety destruct system devices are mechanically enabled by a
  214. motor-driven switch called the safe and arm device.
  215.  
  216.         At about T minus 4 minutes, 55 seconds, the liquid oxygen vent on
  217. the external tank is closed.  It had been open to allow the
  218. super-cold liquid oxygen to boil off, thus preventing over
  219. pressurization while the tank remained near its full level.  Now,
  220. with the vent closed, preparations are made to bring the tank to its
  221. flight pressure. This occurs at T minus 2 minutes, 55 seconds.
  222.  
  223.         At T minus 4 minutes the final helium purge of the Shuttle's three
  224. main engines is initiated in preparation for engine start.  Five
  225. seconds later, the orbiter's elevons, speed brakes and rudder are
  226. moved through a pre-programmed series of maneuvers to position them
  227. for launch.  This is called the aerosurface profile.
  228.  
  229.         At T minus 3 minutes, 30 seconds, the ground power transition takes
  230. place and the Shuttle's fuel cells transition to internal power.  Up
  231. to this point, ground power had augmented the fuel cells.  Then, 5
  232. seconds later, the main engine nozzles are gimballed through a
  233. pre-programmed series of maneuvers to confirm their readiness.
  234.  
  235.         At T minus 2 minutes, 50 seconds, the external tank oxygen vent hood
  236. -- known as the beanie cap -- is raised and retracted.  It had been
  237. in place during tanking operations to prevent ice buildup on the
  238. oxygen vents.  Fifteen seconds later, at T minus 2 minutes, 35
  239. seconds, the piping of gaseous oxygen and hydrogen to the fuel cells
  240. from ground tanks is terminated and the fuel cells begin to use the
  241. on board reactants.
  242.  
  243.         At T minus 1 minute, 57 seconds, the external tank's liquid hydrogen
  244. is brought to flight pressure by closing the boil off vent, as was
  245. done earlier with the liquid oxygen vent.  However, during the
  246. hydrogen boil off of, the gas is piped out to an area adjacent to the
  247. launch pad where it is burned off.
  248.  
  249.         At T minus 31 seconds, the Shuttle's on-board computers start their
  250. terminal launch sequence.  Any problem after this point will require
  251. calling a "hold" and the countdown recycled to T minus 20 minutes.
  252. However, if all goes well, only one further ground command is needed
  253. for launch.  This is the "go for main engine start," which comes at
  254. the T-minus-10-second point.  Meanwhile, the Ground Launch Sequencer
  255. (GLS) continues to monitor more than several hundred launch commit
  256. functions and is able automatically to call a "hold" or "cutoff" if a
  257. problem occurs.
  258.  
  259.         At T minus 28 seconds the SRB booster hydraulic power units are
  260. activated by a command from the GLS.  The units provide hydraulic
  261. power for SRB nozzle gimballing.  At T minus 16 seconds, the nozzles
  262. are commanded to carry out a pre-programmed series of maneuvers to
  263. confirm they are ready for liftoff.  At the same time -- T minus 16
  264. seconds -- the sound suppression system is turned on and water begins
  265. to pour onto the deck of the MLP and  pad areas to protect the
  266. Shuttle from acoustical damage at liftoff.
  267.  
  268.         At T minus ll seconds, the SRB range safety destruct system is
  269. activated.
  270.  
  271.         At T minus 10 seconds, the "go for main engine start" command is
  272. issued by the GLS. (The GLS retains the capability to command main
  273. engine stop until just before the SRBs are ignited.)  At this time
  274. flares are ignited under the main engines to burn away any residual
  275. gaseous hydrogen that may have collected in the vicinity of the main
  276. engine nozzles.  A half second later, the flight computers order the
  277. opening of valves which allow the liquid hydrogen and oxygen to flow
  278. into the engine's turbopumps.
  279.  
  280.         At T minus 6.6 seconds, the three main engines are ignited at
  281. intervals of 120 milliseconds.  The engines throttle up to 90 percent
  282. thrust in 3 seconds.  At T minus 3 seconds, if the engines are at the
  283. required 90 percent, SRB ignition sequence starts.  All of these
  284. split-second events are monitored by the Shuttle's four primary
  285. flight computers.
  286.  
  287.         At T minus zero, the holddown explosive bolts and the T-O umbilical
  288. explosive bolts are blown by command from the on-board computers and
  289. the SRBs ignite.  The Shuttle is now committed to launch.  The
  290. mission elapsed time is reset to zero and the mission event timer
  291. starts.  The Shuttle lifts off the pad and clears the tower at about
  292. T plus 7 seconds.  Mission control is handed over to JSC after the
  293. tower is cleared.
  294.  
  295.  
  296. "6_2_4_4_4.TXT" (4730 bytes) was created on 01-02-89
  297.  
  298. MARSHALL PAYLOAD OPERATIONS CONTROL CENTER
  299.  
  300.         The Payload Operations Control Center (POCC) operated by the NASA's
  301. Marshall Space Flight Center (MSFC), Huntsville, Ala., is the largest
  302. and most diverse of the various POCCs associated with the Space
  303. Shuttle program.  Since its functions in many respects parallel those
  304. of other POCCs operated by private industry, the academic community
  305. and government agencies, a description of what it does, how it
  306. operates and who operates it will serve as an overview of this type
  307. of control center.
  308.  
  309.         The Marshall POCC -- like all POCCs -- is a facility designed to
  310. monitor, coordinate, and control on-orbit operation of a Shuttle
  311. payload, particularly Spacelab.  During non-mission periods it also
  312. is used for crew training and simulated space operations.  It is, in
  313. effect, a command post for payload activities, just as the JSC
  314. Mission Control Center (MCC) is a command post for the flight and
  315. operation of the Space Shuttle.
  316.  
  317.         Both control centers work closely in coordinating mission
  318. activities.  In fact, the Marshall POCC originally was housed in
  319. Building 30 at JSC, adjacent to the MCC.  It has since been moved to
  320. Building 4663 at Marshall and is an important element of the
  321. Hunstville Operations Support Center (HOSC), which augments the MCC
  322. by monitoring Shuttle propulsion systems.
  323.  
  324.         The Marshall POCC Capabilities Document states that the "POCC
  325. provides physical space, communications, and data system capabilities
  326. to enable user access to payload data (digital, video, and analog),
  327. command uplink, and coordination of activities internal and external
  328. to the POCC."
  329.  
  330.         Members of the Marshall mission management team and principal
  331. investigators and research teams work in the POCC or in adjacent
  332. facilities around-the-clock controlling and directing payload
  333. experiment operations.  Using the extensive POCC facilities they are
  334. able to communicate directly with mission crews and direct experiment
  335. activities from the ground.  They also can operate experiments and
  336. support equipment on board the Shuttle and manage payload resources.
  337.  
  338.         The POCC operations concept requires a team consisting of the
  339. Payload Mission Manager (PMM) directing the POCC cadre which has
  340. overall responsibility for managing and controlling POCC operations.
  341. Its scientific counterpart, the investigator's operations team, is
  342. the group that conducts, monitors and controls the experiments
  343. carried on the Shuttle, primarily those related to Spacelab.
  344.  
  345.         Generally, POCC operations are carried out by a
  346. management/scientific team of 10 key individuals, headed by the
  347. Payload Operations Director (POD), who is a senior member of the
  348. PMM's cadre.  The POD is charged with managing the day-to-day mission
  349. operations and directing the payload operations team and the science
  350. crew.
  351.  
  352.         Other POCC key personnel include:
  353.  
  354.         MISSION SCIENTIST (MSCI) who represents scientists who have
  355. experiments on a specific flight and serves as the interface between
  356. the PMM and the POD in matters relating to mission science operations
  357. and accomplishments.
  358.  
  359.         CREW INTERFACE COORDINATOR (CIC), who coordinates communications
  360. between the POCC and the payload crew.
  361.  
  362.         ALTERNATE PAYLOAD SPECIALIST (APS) is a trained payload specialist
  363. not assigned to flight duty who aids the payload operations team and
  364. the payload crew in solving problems, troubleshooting and modifying
  365. crew procedures, if necessary, and who advises the MSCI on the
  366. possible impact of any problem areas.
  367.  
  368.         PAYLOAD ACTIVITY PLANNER (PAP), who directs mission replanning
  369. activities, as required, and coordinates mission timeline changes
  370. with POCC personnel.
  371.  
  372.         MASS MEMORY UNIT MANAGER (MUM) who sends experiment command uplinks
  373. to the flight crew based on data received from the POCC operations
  374. team.
  375.  
  376.         OPERATIONS CONTROLLER (OC), who coordinates activities of the
  377. payload operations team to insure the efficient accomplishment of
  378. activities supporting real-time execution of the mission timeline.
  379.  
  380.         PAYLOAD COMMAND COORDINATOR (PAYCOM), who configures the POCC for
  381. ground command operation and controls the flow of experiment commands
  382. from the POCC to the flight crew.
  383.  
  384.         DATA MANAGEMENT COORDINATOR (DMC), who is responsible for
  385. maintaining and coordinating the flow of payload experiment data to
  386. and within the POCC the DMC also assesses the impact of proposed
  387. changes to the experiment timeline and payload data requirements that
  388. affect the payload downlink data.
  389.  
  390.         PUBLIC AFFAIRS OFFICER (PAO), who provides mission commentary on
  391. payload activities and serves as the primary source of information on
  392. mission progress to the news media and public.
  393.  
  394.  
  395. "6_2_4_4_5.TXT" (8016 bytes) was created on 01-02-89
  396.  
  397. SPACE TRACKING AND DATA ACQUISITION
  398.  
  399.         Responsibility for Space Shuttle tracking and data acquisition is
  400. charged to the Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.  This
  401. involves integrating and coordinating all of the worldwide NASA and
  402. Department of Defense tracking facilities needed to support Space
  403. Shuttle missions.
  404.  
  405.         These facilities include the Goddard-operated Ground Network (GN)
  406. and Space Network (SN); the Deep Space Network (DSN) managed for NASA
  407. by the Jet Propulsion Laboratory (JPL), Pasadena, Calif.; the
  408. Ames-Dryden Flight Research Facility, (ADFRC) Edwards, Calif.; and
  409. extensive Department of Defense tracking systems at the Eastern and
  410. Western Space and Missile Centers, as well as the Air Force Satellite
  411. Control Network's (AFSCN) remote tracking stations.
  412.  
  413.         Ground Network.  The Ground Network (GN) is a worldwide network of
  414. tracking stations and data-gathering facilities which support Space
  415. Shuttle missions and also maintain communications with low
  416. Earth-orbiting spacecraft.  Station management is provided from the
  417. Network Control Center at Goddard.  Basically, commands are sent to
  418. orbiting spacecraft from the GN stations and, in return, scientific
  419. data are transmitted to the stations.
  420.  
  421.         The system consists of 12 stations, including three DSN facilities.
  422. GN stations are located at Ascension Island, a British Crown Colony
  423. in the south Atlantic Ocean; Santiago, Chile; Bermuda; Dakar,
  424. Senegal, on the West Coast of Africa; Guam; Hawaii; Merritt Island,
  425. Fla.; Ponce de Leon, Fla.; and the Wallops Flight Facility on
  426. Virginia's Eastern Shore.  The DSN tracking stations are located at
  427. Canberra, Australia; Goldstone, Calif.; and Madrid, Spain.
  428.  
  429.         The GN stations are equipped with a wide variety of tracking and
  430. data-gathering antennas, ranging in size from 14 to 85 feet in
  431. diameter.  Each is designed to perform a specific task, normally in a
  432. designated frequency band, gathering radiated electronic signals
  433. (telemetry) transmitted from spacecraft.
  434.  
  435.         The communications hub for the GN is the Goddard-operated NASA
  436. Communications Center (NASCOM).  It consists of more than 2 million
  437. miles of electronic circuitry linking the tracking stations and the
  438. MCC at the Johnson Space Center.  NASCOM has six major switching
  439. centers to insure the prompt flow of data.  In addition to Goddard
  440. and JSC, the other switching centers are located at JPL, KSC,
  441. Canberra and Madrid.
  442.  
  443.         The system includes telephone, microwave, radio, submarine cable and
  444. geosynchronous communications satellites in ll countries.  It
  445. includes communications facilities operated by 15 different domestic
  446. and foreign carriers.  The system also has a wide-band and video
  447. capability.  In fact, Goddard's wide-band system is the largest in
  448. the world.
  449.  
  450.         A voice communications system called Station Conferencing and
  451. Monitoring Arrangement (SCAMA) can conference link up hundreds of the
  452. 220 different voice channels throughout the United States and abroad
  453. with instant talk/listen capability.  With its built-in redundancy,
  454. SCAMA has realized a mission support reliability record of 99.6
  455. percent.  The majority of Space Shuttle voice traffic is routed
  456. through Goddard to the MCC.
  457.  
  458.         As would be expected, computers play an important role in GN
  459. operations.  They are used to program tracking antenna pointing
  460. angles, send commands to orbiting spacecraft and process data which
  461. is sent to the JSC and Goddard control centers.
  462.  
  463.         Shuttle data is sent from the tracking network to the main switching
  464. computers at GSFC.  These are UNISYS 1160 computers which reformat
  465. and transmit the information to JSC almost instantaneously at a rate
  466. of l.5 million bits per second, via domestic communications
  467. satellites.
  468.  
  469.         Space Network.  Augmenting the GN and eventually replacing it, is a
  470. unique tracking network called the Space Network (SN).  The
  471. uniqueness of this network is that instead of tracking the Shuttle
  472. and other Earth-orbiting spacecraft from a world-wide network of
  473. ground stations, its main element is an in-orbit series of satellites
  474. called the Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS), designed
  475. to gather tracking and data information from geosynchronous orbit and
  476. relay it to a single ground terminal located at White Sands, N.M.
  477.  
  478.         The first spacecraft in the TDRS system, TDRS-1, was deployed from
  479. the Space Shuttle Challenger on April 4, 1983.  Although problems
  480. were encountered in establishing its geosynchronous orbit at 41
  481. degrees west longitude (over the northeast corner of Brazil), TDRS-l
  482. proved the feasibility of the tracking station-in-space concept when
  483. it became operational later in the year.
  484.  
  485.         Ultimately, the SN will consist of three TDRS spacecraft in orbit,
  486. one of which will be a backup or spare to be available for use if one
  487. of the operational spacecraft fails.  Each satellite in the TDRS
  488. system is designed to operate for 10-years.
  489.  
  490.         Following its planned deployment from the Space Shuttle Discovery
  491. scheduled for the STS-26 mission, TDRS-2 will be tested and then
  492. positioned in a geosynchronous orbit southwest of Hawaii at 171
  493. degrees west longitude, about 130 degrees from TDRS-1.  With these
  494. two spacecraft and the White Sands Ground Terminal (and eventually a
  495. backup terminal) operational, the SN will be able to provide almost
  496. full-time communications and tracking of the Space Shuttle, as well
  497. as for up to 24 other Earth-orbiting spacecraft simultaneously.  The
  498. global network of ground stations can provide only about 20 percent
  499. of that coverage.  Eventually some of the current ground stations
  500. will be closed when the SN becomes fully operational.
  501.  
  502.         After data acquired by the TDRS spacecraft are relayed to the White
  503. Sands Ground Terminal, they are sent directly by domestic
  504. communications satellite to NASA control centers at JSC for Space
  505. Shuttle operations, and to Goddard which schedules TDRSS operations
  506. including those of many unmanned satellites.
  507.  
  508.         The TDRS are among the largest and most advanced communications
  509. satellites ever developed.  They weigh almost 5,000 lb. and measure
  510. 57 ft. across at their solar panels.  They operate in the S-band and
  511. Ku-band frequencies and their complex electronics systems can handle
  512. up to 300 million bits of information each second from a single user
  513. spacecraft.  Among the distinguishing features of the spacecraft are
  514. their two huge, wing-like solar panels which provide l,850 watts of
  515. electric power and their two 16-ft. diameter high-gain parabolic
  516. antennas which resemble large umbrellas.  These antennas weigh about
  517. 50 lb. each.
  518.  
  519.         The communications capability of the TDRSS covers a wide spectrum
  520. that includes voice, television, analog and digital signals.  No
  521. signal processing is done in orbit.  Instead, the raw data flows
  522. directly to the ground terminal.  During Space Shuttle missions,
  523. mission data and commands pass almost continuously back and forth
  524. between the orbiter and the MCC at JSC.
  525.  
  526.         Like the TDRS, the White Sands ground terminal is one of the most
  527. advanced in existence.  Its most prominent features include three
  528. 60-ft.-diameter Ku-band antennas which receive and transmit data.  A
  529. number of smaller antennas are used for S-band and other Ku-band
  530. communications.
  531.  
  532.         Ground was broken in September 1987, for a second back-up ground
  533. terminal at White Sands to accommodate increased future mission
  534. support required from the TDRSS.
  535.  
  536.         The TDRSS segment of the Space Network, including the ground
  537. terminal, is owned and operated for NASA by CONTEL Federal Systems
  538. Sector, Atlanta, Ga.  The spacecraft are built the TRW Federal
  539. Systems Division, Space and Technology Group, Redondo Beach, Calif.
  540. TRW also provides software  support for the White Sands facility.
  541. The TDRS parabolic antennas are built by the Harris Corp's Government
  542. Communications Systems Division, Melbourne, Fla.  Harris also
  543. provides ground antennas, radio frequency equipment and other ground
  544. terminal equipment.
  545.  
  546.  
  547. "6_2_4_4_6.TXT" (15263 bytes) was created on 01-02-89
  548.  
  549. FLIGHT OPERATIONS
  550.  
  551.         The Space Shuttle, as it thunders away from the launch pad with its
  552. main engines and solid rocket boosters (SRB) at full power, is an
  553. unforgettable sight.  It reaches the point of maximum dynamic
  554. pressure (max Q) -- when dynamic pressures on the Shuttle are
  555. greatest -- about 1 minute after liftoff, at an altitude of 33,600
  556. ft.  At this point the main engines are "throttled down," to about 75
  557. percent, thus keeping the dynamic pressures on the vehicle's surface
  558. to about 580 lb. per square foot.  After passing through the max Q
  559. region, the main engines are throttled up to full power.  This early
  560. ascent phase is often referred to as "first stage" flight.
  561.  
  562.         Little more than 2 minutes into the flight, the SRBs, their fuel
  563. expended, are jettisoned from the orbiter.  The Shuttle is at an
  564. altitude of about 30 miles and traveling at a speed of 2,890 miles an
  565. hour.  The spent SRB casings continue to gain altitude briefly before
  566. they begin falling back to Earth.  When the spent casings have
  567. descended to an altitude of about 17,000 ft., the parachute
  568. deployment sequence starts, slowing them for a safe splashdown in the
  569. ocean.  This occurs about 5 minutes after launch.  The boosters are
  570. retrieved, returned to a processing facility for refurbishment and
  571. eventual reused.
  572.  
  573.         Meanwhile, the "second stage" phase of the flight is underway with
  574. the main engines propelling the vehicle ever higher on its ascent
  575. trajectory.  At about 8 minutes into the flight, at an altitude of
  576. about 60 miles, main engine cut-off (MECO) occurs.  The Shuttle is
  577. now traveling at a speed of 16,697 mph.
  578.  
  579.         After MECO, the orbiter and the external tank are moving along a
  580. trajectory that, if not corrected, would result in the vehicle
  581. entering the atmosphere about halfway around the world from the
  582. launch site.  However, a brief firing of the orbiter's two Orbital
  583. Maneuvering System (OMS) thrusters changes the trajectory and orbit
  584. is achieved.  This takes place just after the external tank has been
  585. jettisoned and while the orbiter is flying "upside down" in relation
  586. to Earth.
  587.  
  588.         The separated external tank continues on a ballistic trajectory and
  589. enters the Earth's atmosphere to break up over a remote area of the
  590. Indian Ocean.  Meanwhile, an additional firing of the OMS thrusters
  591. places the orbiter into its planned orbit, which can range from 115
  592. to 600 miles above the Earth.
  593.  
  594.         There are two ways in which orbit can be accomplished.  These are
  595. the conventional OMS insertion method called "standard" and the
  596. direct insertion method.
  597.  
  598.         The OMS insertion method involves a brief burn of the OMS engines
  599. shortly after MECO, placing the orbiter into an elliptical orbit.  A
  600. second OMS burn is initiated when the orbiter reaches apogee in its
  601. elliptical orbit.  This brings the orbiter into a near circular
  602. orbit.  If required during a mission, the orbit can be raised or
  603. lowered by additional firings of the OMS thrusters.
  604.  
  605.         The direct insertion technique uses the main engines to achieve the
  606. desired orbital apogee, or high point, thus saving OMS propellant.
  607. Only one OMS burn is required to circularize the orbit, and the
  608. remaining OMS fuel can then be used for frequent changes in the
  609. operational orbit, as called for in the flight plan.
  610.  
  611.         The first direct insertion orbit was accomplished during the STS
  612. 41-C mission in April 1984, when the Challenger was placed in a
  613. 288-mile-high circular orbit where its flight crew was able to
  614. successfully capture, repair and redeploy a free-flying spacecraft,
  615. the Solar Maximum satellite (Solar Max) -- an important "first" for
  616. the Space Shuttle program.
  617.  
  618.         Launch Abort Modes.  During the ascent phase of a Space Shuttle
  619. flight, if a situation occurs that puts the mission in jeopardy --
  620. the loss, for example, of one or more of the main engines or the OMS
  621. thrusters -- the mission may have to be aborted.  During the ascent
  622. phase, there are two basic Shuttle abort modes:  intact aborts and
  623. contingency aborts.  NASA has attempted to anticipate all possible
  624. emergency situations that could occur, and mission plans are prepared
  625. accordingly.
  626.  
  627.         Intact aborts -- there are four different types -- permit the safe
  628. return of the orbiter and its crew to a pre-planned landing site.
  629.  
  630.         When an intact abort is not possible, the contingency abort option
  631. becomes necessary.  This crucial abort mode is designed to permit
  632. crew survival following a severe systems failure in which the vehicle
  633. is lost.  Generally, if a contingency abort becomes necessary, the
  634. damaged vehicle would fall toward the ocean and the crew would
  635. exercise escape options that were developed in the aftermath of the
  636. Challenger accident. The four intact abort modes are:
  637.  
  638.                 Return to Launch Site (RTLS)
  639.  
  640.                 Trans-Atlantic Abort Landing (TAL)
  641.  
  642.                 Abort Once Around (AOA)
  643.  
  644.                 Abort to Orbit (ATO)
  645.  
  646.         Since an intact abort could result in an emergency landing, before
  647. each flight, potential contingency landing sites are designated and
  648. weather conditions at these locations are monitored closely before a
  649. launch.  Space Shuttle flight rules include provisions for minimum
  650. acceptable weather conditions at these potential landing sites in the
  651. event of intact abort is necessary.
  652.  
  653.         In an abort situation, the type and time of the failure determines
  654. which abort mode is possible.  There is a definite order of
  655. preference for an abort.  In cases where performance loss is the only
  656. factor, the preferred modes would be ATO, AOA, TAL or RTLS, in that
  657. order.  The mode selected normally would be the highest preferred one
  658. that can be completed with the remaining vehicle performance.
  659.  
  660.         In the case of an extreme system failure -- the loss of cabin
  661. pressure or orbiter cooling systems -- the preferred mode would be
  662. the one that would terminate the mission as quickly as possible.
  663. This means that the TAL or RTLS modes would be more preferable than
  664. other modes.
  665.  
  666.         An ascent abort during powered flight can be initiated by turning a
  667. rotary switch on a panel in the orbiter cockpit.  The switch is
  668. accessible to both the commander and the pilot.  Normally, flight
  669. rules call for the abort mode selection to be made by the commander
  670. upon instructions from the Mission Control Center.  Once the abort
  671. mode is selected, the on board computers automatically initiate abort
  672. action for that particular abort.
  673.  
  674.         A description of the intact abort modes follows.
  675.  
  676.         RETURN TO LAUNCH SITE (RTLS).  The RTLS abort is a critical and
  677. complex one that becomes necessary if a main engine failure occurs
  678. after liftoff and before the point where a TAL or AOA is possible.
  679. RTLS cannot be initiated until the SRBs have completed their normal
  680. burn and have been jettisoned.  Meanwhile, the orbiter with the
  681. external tank still attached continues on its downrange trajectory
  682. with the remaining operational main engines, the two OMS and four aft
  683. RCS thrusters firing until the remaining main engine propellent
  684. equals the amount needed to reverse the direction of flight and
  685. return for a landing.  A "pitch-around" maneuver of about 5 degrees
  686. per second is then performed to place the orbiter and the external
  687. tank in an attitude pointing back toward the launch site.  OMS fuel
  688. is dumped to adjust the orbiter's center of gravity.
  689.  
  690.         When altitude, attitude, flight path angle, heading, weight, and
  691. velocity/range conditions combine for external tank jettisoning, MECO
  692. is commanded, and the external tank separates and falls into the
  693. ocean.  After this, the orbiter should glide to a landing at the
  694. launch site landing facility.  From the foregoing, it can be
  695. appreciated why RTLS is the least preferred intact abort mode.
  696.  
  697.         TRANS-ATLANTIC ABORT LANDING (TAL).  The TAL abort mode is designed
  698. to permit an intact landing after the Shuttle has flown a ballistic
  699. trajectory across the Atlantic Ocean and lands at a designated
  700. landing site in Africa or Spain.  This abort mode was developed for
  701. the first Shuttle launch in April 1981, and has since evolved from a
  702. crew-initiated manual procedure to an automatic abort mode.  The TAL
  703. capability provides an abort option between the last RTLS opportunity
  704. up to the point in ascent known as the "single-engine press to MECO"
  705. capability --meaning that the orbiter has sufficient velocity to
  706. achieve main engine cutoff and abort to orbit, even if two main
  707. engines are shut down.  TAL also can be selected if other system
  708. failures occur after the last RTLS opportunity.  The TAL abort mode
  709. does not require any OMS maneuvers.
  710.  
  711.         Landing sites for a TAL vary from flight to flight,  depending on
  712. the launch azimuth.  For the first three Space Shuttle missions, the
  713. trajectory inclination was about 28 degrees which made the U.S. Air
  714. Force bases at Zaragoza and Moron in Spain, the most ideal landing
  715. sites for TAL.  Later Shuttle missions called for air fields at
  716. Dakar, Senegal, and Casablanca, Morocco, as TAL-option landing sites.
  717.  In March 1988, NASA announced that in addition to the TAL sites in
  718. Spain, that two new African contingency landing sites had been
  719. selected for future Shuttle missions: a site near Ben Guerir,
  720. Morocco, about 40 miles north of Marrakesh with a 14,000-foot runway;
  721. and at Banjul, the capital of the west African nation of The Gambia,
  722. which has an international airfield with an ll,800-foot runway.
  723.  
  724.         ABORT ONCE AROUND (AOA).  This abort mode becomes available about 2
  725. minutes after SRB separation, up to the point just before an abort to
  726. orbit is possible.  AOA normally would be called for because of a
  727. main engine failure.  This abort mode allows the Shuttle to fly once
  728. around the Earth and make a normal entry and landing at Edwards AFB,
  729. Calif., or White Sands Space Harbor, near Las Cruces, N.M.  An AOA
  730. abort usually would require two OMS burns, the second burn being a
  731. deorbit maneuver.
  732.  
  733.         There are two different AOA entry trajectories.  These are the
  734. so-called normal AOA and the shallow.  The entry trajectory for the
  735. normal AOA, is similar to a normal end-of-mission landing.  The
  736. shallow AOA, on the other hand, results in a flatter entry
  737. trajectory, which is less desirable but uses less propellant for the
  738. OMS burn.  The shallow trajectory also is less desirable because it
  739. exposes the orbiter to a longer period of atmospheric entry heating
  740. and to less predictable aerodynamic drag forces.
  741.  
  742.         ABORT TO ORBIT (ATO).  The ATO mode is the most benign of the
  743. various abort modes.  ATO allows the orbiter to achieve a temporary
  744. orbit that is lower than the planned.  ATO is usually necessary
  745. because of a main engine failure.  It places fewer performance
  746. demands on the orbiter.  It also gives ground controllers and the
  747. flight crew time to evaluate the problem.  Depending on the
  748. seriousness of the situation, one ATO option is to make an early
  749. deorbit and landing.  If there are no major problems, other than the
  750. main engine one, an OMS maneuver is made to raise the orbit and the
  751. mission is continued as planned.
  752.  
  753.         The first Space Shuttle program ATO occurred on July 29, 1985,
  754. following the STS 51-F Challenger launch, when one of the main
  755. engines was shut down early by computer command because of a failed
  756. temperature sensor.  Within 10 seconds of the shutdown, Mission
  757. Control declared an ATO situation, and although a lower than planned
  758. orbit was attained, the 7-day mission carrying Spacelab-2 was
  759. successfully completed.
  760.  
  761.         On-Orbit Operations.  Space Shuttle flights are controlled by
  762. Mission Control Center (MCC) -- usually referred to as "Houston" in
  763. air to ground conversations.
  764.  
  765.         During a flight, Shuttle crews and ground controllers work from a
  766. common set of guidelines and planned events called the Flight Data
  767. File.  The Flight Data File includes the crew activity plan, payload
  768. handbooks and other documents which are put together during the
  769. elaborate flight planning process.
  770.  
  771.         Each mission includes the provision for at least two crew members to
  772. be trained for extravehicular activity (EVA).  EVA is an operational
  773. requirement when satellite repair or equipment testing is called for
  774. on a mission.  However, during any mission, the two crew members must
  775. be ready to perform a contingency EVA if, for example, the payload
  776. bay doors fail to close properly and must be closed manually, or
  777. equipment must be jettisoned from the payload bay.
  778.  
  779.         The first Space Shuttle program contingency EVA occurred in April
  780. 1985, during STS 51-D, a Discovery mission, following deployment of
  781. the SYNCOM IV-3 (Leasat 3) communications satellite Leasats'
  782. sequencer lever failed and initiation of the antenna deployment and
  783. spin-up and perigee kick motor start sequences did not take place.
  784. The flight was extended 2 days to give mission specialists Jeffrey
  785. Hoffman and David Griggs an opportunity to try to activate the lever
  786. during EVA operations which involved using the RMS.  The effort was
  787. not successful, but was accomplished on a later mission.
  788.  
  789.         Each Shuttle mission carries two complete pressurized spacesuits
  790. called Extra Vehicular Mobility Units (EMU) and backpacks called
  791. Primary Life Support Systems (PLSS).  These units, along with
  792. necessary tools and equipment, are stored in the airlock off the
  793. middeck area of the orbiter, ready for use if needed.
  794.  
  795.         As already mentioned, for each mission, two crew members are trained
  796. and certified to perform EVAs, if necessary.  For those  missions in
  797. which planned EVAs are called for, the two astronauts receive
  798. realistic training for their specific tasks in the Weightless
  799. Environment Training Facility at Johnson, with its full-scale model
  800. of the orbiter payload bay.
  801.  
  802.         Maneuvering in Orbit.  Once the Shuttle orbiter goes into orbit, it
  803. is operating in the element for which it was designed:  the near
  804. gravity-free vacuum of space.  However, to maintain proper orbital
  805. attitude and to perform a variety of maneuvers, an extensive array of
  806. large and small rocket thrusters are used -- 46 in all.  Each of
  807. these thrusters, despite their varying sizes, burn a mixture of
  808. nitrogen tetroxide and monoethylhydrazine, an efficient but toxic
  809. combination of fuels which ignite on contact with each other.
  810.  
  811.         The largest of the 46 control rockets are the two Orbital
  812. Maneuvering System (OMS) thrusters which are located in twin pods at
  813. the aft end of the orbiter, between the vertical stabilizer and just
  814. above the three main engines.  Each of the two OMS engines can
  815. generate 6,000 lb. of thrust.  They can cause a more than l,000
  816. foot-per-second change in velocity of a fully loaded orbiter.  This
  817. velocity change is called Delta V.
  818.  
  819.         A second and smaller group of thrusters make up the Reaction Control
  820. System (RCS) of which there are two types:  the primaries and the
  821. verniers.  Each orbiter has 38 primary trusters, 14 in the forward
  822. nose area and 12 on each OMS pod.  Each primary thruster can generate
  823. 870 lb. of thrust.  The smallest of the RCS thrusters, the verniers,
  824. are designed to provide what is called "fine tuning" of the orbiter's
  825. attitude.  There are two vernier thrusters on the forward end of the
  826. orbiter and four aft, each generates 24 pounds of thrust.
  827.  
  828.