home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / mac / TEXT / SHUTTLE / SHUT_MOD.TXT < prev    next >
Text File  |  1993-02-05  |  45KB  |  865 lines

  1. "6_2_3_3.TXT" (3127 bytes) was created on 12-12-88
  2.  
  3. ORBITER MANUFACTURING AND ASSEMBLY
  4.  
  5. The structures of the orbiter were manufactured at various companies
  6. under contract to Rockwell International's Space Transportation
  7. Systems Division, Downey, Calif.
  8.  
  9. The upper and lower forward fuselage, crew compartment, forward
  10. reaction control system and aft fuselage were manufactured at
  11. Rockwell's Space Transportation Systems Division facility in Downey
  12. and were transported overland from Downey to Rockwell's Palmdale,
  13. Calif., assembly facility.
  14.  
  15. The midfuselage was manufactured by General Dynamics, San Diego,
  16. Calif., and transported overland to Rockwell's Palmdale assembly
  17. facility.
  18.  
  19. The wings (including elevons) were manufactured by Grumman, Bethpage,
  20. Long Island, N.Y., and transported by ship from New York via the
  21. Panama Canal to Long Beach, Calif., and then transported overland to
  22. Rockwell's Palmdale assembly facility.
  23.  
  24. The vertical tail (including rudder/speed brake) were manufactured by
  25. Fairchild Republic, Farmingdale, Long Island, N.Y., and transported
  26. overland to Rockwell's Palmdale assembly facility.
  27.  
  28. The payload bay doors were manufactured at Rockwell International's
  29. Tulsa, Okla., facility and transported overland to Rockwell's Palmdale
  30. assembly facility.
  31.  
  32. The body flap was manufactured at Rockwell International's Columbus,
  33. Ohio, facility and transported overland to Rockwell's Palmdale
  34. assembly facility.
  35.  
  36. The aft orbital maneuvering system/reaction control system pods were
  37. manufactured by McDonnell Douglas, St.  Louis, Mo., and transported by
  38. aircraft to Rockwell's Palmdale assembly facility.  They were also
  39. transported by aircraft from Rockwell's Palmdale assembly facility to
  40. the Kennedy Space Center.
  41.  
  42. Approximately 250 major subcontractors supplied various systems and
  43. components to Rockwell's Palmdale assembly facility.
  44.  
  45. Rockwell's Palmdale assembly facility is where all the individual
  46. parts, pieces and systems came together and were assembled and tested.
  47. Upon completion, the spacecraft was turned over to NASA for transport
  48. overland from Palmdale to Edwards Air Force Base, California.  NASA's
  49. Dryden Flight Research Facility at Edwards Air Force Base is the site
  50. of the mate-demate facility for mating or demating the spacecraft and
  51. the shuttle carrier aircraft.
  52.  
  53. For mating atop the shuttle carrier aircraft, the orbiter is raised
  54. horizontally in the mate facility until the shuttle carrier aircraft
  55. can be towed under the orbiter.  The orbiter is then lowered and
  56. attached to two aft and one forward attach points on the shuttle
  57. carrier aircraft.  These attach points on the orbiter are the same
  58. attach points where the external tank is attached to the orbiter.
  59.  
  60. For ferry flights of the orbiters after delivery from Palmdale, dummy
  61. orbital maneuvering system/reaction control system pods were used
  62. along with a tail cone installed over the aft section of the orbiter
  63. to streamline airflow.
  64.  
  65. The space shuttle main engines were manufactured by Rockwell
  66. International's Rocketdyne Division in Canoga Park, Calif.  They are
  67. shipped separately from Rocketdyne to the National Space Technology
  68. Laboratories, then to the Kennedy Space Center.
  69.  
  70.  
  71. "6_2_3_4_2.TXT" (16523 bytes) was created on 12-12-88
  72.  
  73. OPERATIONAL IMPROVEMENTS AND MODIFICATIONS
  74.  
  75. Many of the changes and upgrades in the space shuttle systems and
  76. components were under way before the 51-L accident as part of NASA's
  77. continual improvement and upgrade program.  However, NASA has taken
  78. advantage of the space shuttle program downtime since the accident to
  79. accelerate the testing and integration of these improvements and
  80. upgrades as well as fixes required as a result of the accident.
  81.  
  82. ORBITER
  83.  
  84. The following identifies the major improvements or modifications of
  85. the orbiter.  Approximately 190 other modifications and improvements
  86. were also made.
  87.  
  88. ORBITAL MANEUVERING SYSTEM/REACTION CONTROL SYSTEM AC-MOTOR-OPERATED
  89. VALVES.
  90.  
  91. The 64 valves operated by ac motors in the OMS and RCS were modified
  92. to incorporate a ''sniff'' line for each valve to permit monitoring of
  93. nitrogen tetroxide or monomethyl hydrazine in the electrical portion
  94. of the valves during ground operations.  This new line reduces the
  95. probability of floating particles in the electrical microswitch
  96. portion of each valve, which could affect the operation of the
  97. microswitch position indicators for onboard displays and telemetry.
  98. It also reduces the probability of nitrogen tetroxide or monomethyl
  99. hydrazine leakage into the bellows of each ac-motor-operated valve.
  100.  
  101. PRIMARY RCS THRUSTERS.
  102.  
  103. The wiring of the fuel and oxidizer injector solenoid valves was
  104. wrapped around each of the 38 primary RCS thrust chambers to remove
  105. electrical power from these valves in the event of a primary RCS
  106. thruster instability.
  107.  
  108. FUEL CELL POWER PLANTS.
  109.  
  110. End-cell heaters on each fuel cell power plant were deleted because of
  111. potential electrical failures and replaced with Freon coolant loop
  112. passages to maintain uniform temperature throughout the power plants.
  113. In addition, the hydrogen pump and water separator of each fuel cell
  114. power plant were improved to minimize excessive hydrogen gas entrained
  115. in the power plant product water.  A current measurement detector was
  116. added to monitor the hydrogen pump of each fuel cell power plant and
  117. provide an early indication of hydrogen pump overload.
  118.  
  119. The starting and sustaining heater system for each fuel cell power
  120. plant was modified to prevent overheating and loss of heater elements.
  121. A stack inlet temperature measurement was added to each fuel cell
  122. power plant for full visibility of thermal conditions.
  123.  
  124. The product water from all three fuel cell power plants flows to a
  125. single water relief control panel.  The water can be directed from the
  126. single panel to the environmental control and life support system's
  127. potable water tank A or to the fuel cell power plant water relief
  128. nozzle.  Normally, the water is directed to water tank A.  In the
  129. event of a line rupture in the vicinity of the single water relief
  130. panel, water could spray on all three water relief panel lines,
  131. causing them to freeze and preventing water discharge.
  132.  
  133. The product water lines from all three fuel cell power plants were
  134. modified to incorporate a parallel (redundant) path of product water
  135. to ECLSS potable water tank B in the event of a freeze-up in the
  136. single water relief panel.  If the single water relief panel freezes
  137. up, pressure would build up and discharge through the redundant paths
  138. to water tank B.
  139.  
  140. A water purity sensor (pH) was added at the common product water
  141. outlet of the water relief panel to provide a redundant measurement of
  142. water purity (a single measurement of water purity in each fuel cell
  143. power plant was provided previously).  If the fuel cell power plant pH
  144. sensor failed in the past, the flight crew had to sample the potable
  145. water.
  146.  
  147. AUXILIARY POWER UNITS.
  148.  
  149. The APUs that have been in use to date have a limited life.  Each unit
  150. was refurbished after 25 hours of operation because of cracks in the
  151. turbine housing, degradation of the gas generator catalyst (which
  152. varied up to approximately 30 hours of operation) and operation of the
  153. gas generator valve module (which also varied up to approximately 30
  154. hours of operation).  The remaining parts of the APU were qualified
  155. for 40 hours of operation.
  156.  
  157. Improved auxiliary power units are scheduled for delivery in late
  158. 1988.  A new turbine housing increases the life of the housing to 75
  159. hours of operation (50 missions); a new gas generator increases its
  160. life to 75 hours; a new standoff design of the gas generator valve
  161. module and fuel pump deletes the requirement for a water spray system
  162. that was required previously for each APU upon shutdown after the
  163. first OMS thrusting period or orbital checkout; and the addition of a
  164. third seal in the middle of the two existing seals for the shaft of
  165. the fuel pump/lube oil system (previously only two seals were located
  166. on the shaft, one on the fuel pump side and one on the gearbox lube
  167. oil side) reduces the probability of hydrazine leaking into the lube
  168. oil system.
  169.  
  170. The deletion of the water spray system for the gas generator valve
  171. module and fuel pump for each APU results in a weight reduction of
  172. approximately 150 pounds for each orbiter.  Upon the delivery of the
  173. improved units, the life-limited APUs will be refurbished to the
  174. upgraded design.
  175.  
  176. In the event that a fuel tank valve switch in an auxiliary power unit
  177. is inadvertently left on or an electrical short occurs within the
  178. valve electrical coil, additional protection is provided to prevent
  179. overheating of the fuel isolation valves.
  180.  
  181. MAIN LANDING GEAR.
  182.  
  183. The following modifications were made to improve the performance of
  184. the main landing gear elements:
  185.  
  186. 1.  The thickness of the main landing gear axle was increased to
  187. provide a stiffer configuration that reduces brake-to-axle deflections
  188. and precludes brake damage experienced in previous landings.  The
  189. thicker axle should also minimize tire wear.
  190.  
  191. 2.  Orifices were added to hydraulic passages in the brake's piston
  192. housing to prevent pressure surges and brake damage caused by a
  193. wobble/pump effect.
  194.  
  195. 3.  The electronic brake control boxes were modified to balance
  196. hydraulic pressure between adjacent brakes and equalize energy
  197. applications.  The anti-skid circuitry previously used to reduce brake
  198. pressure to the opposite wheel if a flat tire was detected has now
  199. been removed.
  200.  
  201. 4.  The carbon-lined beryllium stator discs in each main landing gear
  202. brake were replaced with thicker discs to increase braking energy
  203. significantly.
  204.  
  205. 5.  A long-term structural carbon brake program is in progress to
  206. replace the carbon-lined beryllium stator discs with a carbon
  207. configuration that provides higher braking capacity by increasing
  208. maximum energy absorption.
  209.  
  210. 6.  Strain gauges were added to each nose and main landing gear wheel
  211. to monitor tire pressure before launch, deorbit and landing.
  212.  
  213. Other studies involve arresting barriers at the end of landing site
  214. runways (except lake bed runways), installing a skid on the landing
  215. gear that could preclude the potential for a second blown tire on the
  216. same gear after the first tire has blown, providing ''roll on rim''
  217. for a predictable roll if both tires are lost on a single or multiple
  218. gear and adding a drag chute.
  219.  
  220. Studies of landing gear tire improvements are being conducted to
  221. determine how best to decrease tire wear observed after previous
  222. Kennedy Space Center landings and how to improve crosswind landing
  223. capability.
  224.  
  225. Modifications were made to the Kennedy Space Center shuttle landing
  226. facility runway.  The full 300-foot width of 3,500-foot sections at
  227. both ends of the runway were ground to smooth the runway surface
  228. texture and remove cross grooves.  The modified corduroy ridges are
  229. smaller than those they replaced and run the length of the runway
  230. rather than across its width.  The existing landing zone light
  231. fixtures were also modified, and the markings of the entire runway and
  232. overruns were repainted.  The primary purpose of the modifications is
  233. to enhance safety by reducing tire wear during landing.
  234.  
  235. NOSE WHEEL STEERING.
  236.  
  237. The nose wheel steering system was modified on Columbia (OV-102) for
  238. the 61-C mission, and Discovery (OV-103) and Atlantis (OV-104) are
  239. being similarly modified before their return to flight.  The
  240. modification allows a safe high-speed engagement of the nose wheel
  241. steering system and provides positive lateral directional control of
  242. the orbiter during rollout in the presence of high crosswinds and
  243. blown tires.
  244.  
  245. THERMAL PROTECTION SYSTEM.
  246.  
  247. The area aft of the reinforced carbon-carbon nose cap to the nose
  248. landing gear doors has sustained damage (tile slumping) during flight
  249. operations from impact during ascent and overheating during re-entry.
  250. This area, which previously was covered with high-temperature reusable
  251. surface insulation tiles, will now be covered with reinforced
  252. carbon-carbon.
  253.  
  254. The low-temperature thermal protection system tiles on Columbia's
  255. midbody, payload bay doors and vertical tail were replaced with
  256. advanced flexible reusable surface insulation blankets.
  257.  
  258. Because of evidence of plasma flow on the lower wing trailing edge and
  259. elevon landing edge tiles (wing/elevon cove) at the outboard elevon
  260. tip and inboard elevon, the low-temperature tiles are being replaced
  261. with fibrous refractory composite insulation (FRC1-12) and
  262. high-temperature (HRSI-22) tiles along with gap fillers on Discovery
  263. and Atlantis.  On Columbia only gap fillers are installed in this
  264. area.
  265.  
  266. WING MODIFICATION.
  267.  
  268. Before the wings for Discovery and Atlantis were manufactured, a
  269. weight reduction program was instituted that resulted in a redesign of
  270. certain areas of the wing structure.  An assessment of wing air loads
  271. from actual flight data indicated greater loads on the wing structure
  272. than predicted.  To maintain positive margins of safety during ascent,
  273. structural modifications were incorporated into certain areas of the
  274. wings.
  275.  
  276. MIDFUSELAGE MODIFICATIONS.
  277.  
  278. Because of additional detailed analysis of actual flight data
  279. concerning descent-stress thermal-gradient loads, torsional straps
  280. were added to tie all the lower midfuselage stringers in bays 1
  281. through 11 together in a manner similar to a box section.  This
  282. eliminates rotational (torsional) capabilities to provide positive
  283. margins of safety.
  284.  
  285. Also, because of the detailed analysis of actual descent flight data,
  286. room-temperature vulcanizing silicone rubber material was bonded to
  287. the lower midfuselage from bays 4 through 11 to act as a heat sink,
  288. distributing temperatures evenly across the bottom of the midfuselage,
  289. reducing thermal gradients and ensuring positive margins of safety.
  290.  
  291. GENERAL-PURPOSE COMPUTERS.
  292.  
  293. New upgraded general-purpose computers (AP-101S) will replace the
  294. existing GPCs aboard the space shuttle orbiters in late 1988 or early
  295. 1989.  The upgraded computers allow NASA to incorporate more
  296. capabilities into the orbiters and apply advanced computer
  297. technologies that were not available when the orbiter was first
  298. designed.  The new computer design began in January 1984, whereas the
  299. older design began in January 1972.  The upgraded GPCs provide 2.5
  300. times the existing memory capacity and up to three times the existing
  301. processor speed with minimum impact on flight software.  They are half
  302. the size, weigh approximately half as much, and require less power to
  303. operate.
  304.  
  305. INERTIAL MEASUREMENT UNITS.
  306.  
  307. The new high-accuracy inertial navigation system will be phased in to
  308. augment the present KT-70 inertial measurement units in 1988-89.
  309. These new IMUs will result in lower program costs over the next
  310. decade, ongoing production support, improved performance, lower
  311. failure rates and reduced size and weight.  The HAINS IMUs also
  312. contain an internal dedicated microprocessor with memory for
  313. processing and storing compensation and scale factor data from the
  314. vendor's calibration, thereby reducing the need for extensive initial
  315. load data for the orbiter's computers.  The HAINS is both physically
  316. and functionally interchangeable with the KT-70 IMU.
  317.  
  318. CREW ESCAPE SYSTEM.
  319.  
  320. The in-flight crew escape system is provided for use only when the
  321. orbiter is in controlled gliding flight and unable to reach a runway.
  322. This would normally lead to ditching.  The crew escape system provides
  323. the flight crew with an alternative to water ditching or to landing on
  324. terrain other than a landing site.  The probability of the flight crew
  325. surviving a ditching is very small.
  326.  
  327. The hardware changes required to the orbiters would enable the flight
  328. crew to equalize the pressurized crew compartment with the outside
  329. pressure via a depressurization valve opened by pyrotechnics in the
  330. crew compartment aft bulkhead that would be manually activated by a
  331. flight crew member in the middeck of the crew compartment;
  332. pyrotechnically jettison the crew ingress/egress side hatch in the
  333. middeck of the crew compartment; and bail out from the middeck of the
  334. orbiter through the ingress/egress side hatch opening after manually
  335. deploying the escape pole through, outside and down from the side
  336. hatch opening.  One by one, each crew member attaches a lanyard hook
  337. assembly, which surrounds the deployed escape pole, to his parachute
  338. harness and egresses through the side hatch opening.  Attached to the
  339. escape pole, the crew member slides down the pole and off the end.
  340. The escape pole provides a trajectory that takes the crew members
  341. below the orbiter's left wing.
  342.  
  343. Changes were also made in the software of the orbiter's
  344. general-purpose computers.  The software changes were required for the
  345. primary avionics software system and the backup flight system for
  346. transatlantic-landing and glide-return-to-launch-site aborts.  The
  347. changes provide the orbiter with an automatic-mode input by the flight
  348. crew through keyboards on the commander's and/or pilot's panel C3,
  349. which provides the orbiter with an automatic stable flight for crew
  350. bailout.
  351.  
  352. Note that the side hatch jettison feature could be used in a landing
  353. emergency.
  354.  
  355. EMERGENCY EGRESS SLIDE.
  356.  
  357. The emergency egress slide provides orbiter flight crew members with a
  358. means for rapid and safe exit through the orbiter middeck
  359. ingress/egress side hatch after a normal opening of the side hatch or
  360. after jettisoning the side hatch at the nominal end-of-mission landing
  361. site or at a remote or emergency landing site.
  362.  
  363. The emergency egress slide replaces the emergency egress side hatch
  364. bar, which required the flight crew members to drop approximately 10.5
  365. feet to the ground.  The previous arrangement could have injured crew
  366. members or prevented an already-injured crew member from evacuating
  367. and moving a safe distance from the orbiter.
  368.  
  369. 17-INCH ORBITER/EXTERNAL TANK DISCONNECTS.
  370.  
  371. Each mated pair of 17-inch disconnects contains two flapper valves:
  372. one on the orbiter side and one on the external tank side.  Both
  373. valves in each disconnect pair are opened to permit propellant flow
  374. between the orbiter and the external tank.  Prior to separation from
  375. the external tank, both valves in each mated pair of disconnects are
  376. commanded closed by pneumatic (helium) pressure from the main
  377. propulsion system.  The closure of both valves in each disconnect pair
  378. prevents propellant discharge from the external tank or orbiter at
  379. external tank separation.  Valve closure on the orbiter side of each
  380. disconnect also prevents contamination of the orbiter main propulsion
  381. system during landing and ground operations.
  382.  
  383. Inadvertent closure of either valve in a 17-inch disconnect during
  384. main engine thrusting would stop propellant flow from the external
  385. tank to all three main engines.  Catastrophic failure of the main
  386. engines and external tank feed lines would result.
  387.  
  388. To prevent inadvertent closure of the 17-inch disconnect valves during
  389. the space shuttle main engine thrusting period, a latch mechanism was
  390. added in each orbiter half of the disconnect.  The latch mechanism
  391. provides a mechanical backup to the normal fluid-induced-open forces.
  392. The latch is mounted on a shaft in the flowstream so that it overlaps
  393. both flappers and obstructs closure for any reason.
  394.  
  395. In preparation for external tank separation, both valves in each
  396. 17-inch disconnect are commanded closed.  Pneumatic pressure from the
  397. main propulsion system causes the latch actuator to rotate the shaft
  398. in each orbiter 17-inch disconnect 90 degrees, thus freeing the
  399. flapper valves to close as required for external tank separation.
  400.  
  401. A backup mechanical separation capability is provided in case a latch
  402. pneumatic actuator malfunctions.  When the orbiter umbilical initially
  403. moves away from the ET umbilical, the mechanical latch disengages from
  404. the ET flapper valve and permits the orbiter disconnect flapper to
  405. toggle the latch.  This action permits both flappers to close.
  406.  
  407.  
  408. "6_2_3_4_3.TXT" (2507 bytes) was created on 12-12-88
  409.  
  410. SPACE SHUTTLE MAIN ENGINE MARGIN IMPROVEMENT PROGRAM
  411.  
  412. Improvements to the SSMEs for increased margin and durability began
  413. with a formal Phase II program in 1983.  Phase II focused on
  414. turbomachinery to extend the time between high-pressure turbopump
  415. overhauls by reducing the operating temperature in the high-pressure
  416. fuel turbopump and by incorporating margin improvements to the HPFT
  417. rotor dynamics (whirl), turbine blade and HPFT bearings.  Phase II
  418. certification was completed in 1985, and all the changes have been
  419. incorporated into the SSMEs for the STS-26 mission.
  420.  
  421. In addition to the Phase II improvements, additional changes in the
  422. SSME have been incorporated to further extend the engines' margin and
  423. durability.  The main changes were to the high-pressure
  424. turbomachinery, main combustion chamber, hydraulic actuators and
  425. high-pressure turbine discharge temperature sensors.  Changes were
  426. also made in the controller software to improve engine control.
  427.  
  428. Minor high-pressure turbomachinery design changes resulted in margin
  429. improvements to the turbine blades, thereby extending the operating
  430. life of the turbopumps.  These changes included applying surface
  431. texture to important parts of the fuel turbine blades to improve the
  432. material properties in the pressure of hydrogen and incorporating a
  433. damper into the high-pressure oxidizer turbine blades to reduce
  434. vibration.
  435.  
  436. Main combustion chamber life has been increased by plating a welded
  437. outlet manifold with nickel.  Margin improvements have also been made
  438. to five hydraulic actuators to preclude a loss in redundancy on the
  439. launch pad.  Improvements in quality have been incorporated into the
  440. servo-component coil design along with modifications to increase
  441. margin.  To address a temperature sensor in-flight anomaly, the sensor
  442. has been redesigned and extensively tested without problems.
  443.  
  444. To certify the improvements to the SSMEs and demonstrate their
  445. reliability through margin (or limit testing), an aggressive ground
  446. test program was initiated in December 1986.  From December 1986 to
  447. December 1987, 151 tests and 52,363 seconds of operation (equivalent
  448. to 100 shuttle missions) were performed.  The SSMEs have exceeded
  449. 300,000 seconds total test time, the equivalent of 615 space shuttle
  450. missions.  These hot-fire ground tests are performed at the
  451. single-engine test stands at the NASA National Space Technology
  452. Laboratories in Mississippi and at Rockwell International's Rocketdyne
  453. Division's Santa Susana Field Laboratory in California.
  454.  
  455.  
  456. "6_2_3_4_4.TXT" (1036 bytes) was created on 12-12-88
  457.  
  458. SSME FLIGHT PROGRAM
  459.  
  460. By January 1986, there had been 25 flights (75 engine launches with
  461. three SSMEs per flight) of the SSMEs.  A total of 13 engines were
  462. flown, and SSME reusability was demonstrated.  One engine (serial
  463. number 2012) has been flown 10 times; 10 other engines have flown
  464. between five and nine times.  Two off-nominal conditions were
  465. experienced on the launch pad and one during flight.  Two fail-safe
  466. shutdowns occurred on the launch pad during engine start but before
  467. solid rocket booster ignition.  In each case, the controller detected
  468. a loss of redundancy in the hydraulic actuator system and commanded
  469. engine shutdown in keeping with the launch commit criteria.  Another
  470. loss of redundancy occurred in flight with a loss of a redline
  471. temperature sensor and its backup.  The engine was commanded to shut
  472. down, but the other two engines safely delivered the space shuttle to
  473. orbit.  A major upgrade of these components was implemented to prevent
  474. a recurrence of these conditions and will be incorporated for STS-26.
  475.  
  476.  
  477. "6_2_3_4_5.TXT" (20737 bytes) was created on 12-12-88
  478.  
  479. SOLID ROCKET MOTOR REDESIGN
  480.  
  481. On June 13, 1986, President Reagan directed NASA to implement, as soon
  482. as possible, the recommendations of the "Presidential Commission on
  483. the Space Shuttle Challenger Accident."  NASA developed a plan to
  484. provide a Redesigned Solid Rocket Motor (RSRM).  The primary objective
  485. of the redesign effort was to provide an SRM that is safe to fly.  A
  486. secondary objective was to minimize impact on the schedule by using
  487. existing hardware, to the extent practical, without compromising
  488. safety.  A joint redesign team was established that included
  489. participation from Marshall Space Flight Center, Morton Thiokol and
  490. other NASA centers as well as individuals from outside NASA.
  491.  
  492. An "SRM Redesign Project Plan" was developed to formalize the
  493. methodology for SRM redesign and requalification.  The plan provided
  494. an overview of the organizational responsibilities and relationships,
  495. the design objectives, criteria and process; the verification approach
  496. and process; and a master schedule.  The companion "Development and
  497. Verification Plan" defined the test program and analyses required to
  498. verify the redesign and the unchanged components of the SRM.
  499.  
  500. All aspects of the existing SRM were assessed, and design changes were
  501. required in the field joint, case-to-nozzle joint, nozzle, factory
  502. joint, propellant grain shape, ignition system and ground support
  503. equipment.  No changes were made in the propellant, liner or castable
  504. inhibitor formulations.  Design criteria were established for each
  505. component to ensure a safe design with an adequate margin of safety.
  506. These criteria focused on loads, environments, performance,
  507. redundancy, margins of safety and verification philosophy.
  508.  
  509. The criteria were converted into specific design requirements during
  510. the Preliminary Requirements Reviews held in July and August 1986.
  511. The design developed from these requirements was assessed at the
  512. Preliminary Design Review held in September 1986 and baselined in
  513. October 1986.  The final design was approved at the Critical Design
  514. Review held in October 1987.  Manufacture of the RSRM test hardware
  515. and the first flight hardware began prior to the Preliminary Design
  516. Review (PDR) and continued in parallel with the hardware certification
  517. program.  The Design Certification Review will review the analyses and
  518. test results versus the program and design requirements to certify the
  519. redesigned SRM is ready to fly.
  520.  
  521. ORIGINAL VERSUS REDESIGNED SRM FIELD JOINT.
  522.  
  523. The SRM field-joint metal parts, internal case insulation and seals
  524. were redesigned and a weather protection system was added.
  525.  
  526. In the STS 51-L design, the application of actuating pressure to the
  527. upstream face of the O-ring was essential for proper joint sealing
  528. performance because large sealing gaps were created by
  529. pressure-induced deflections, compounded by significantly reduced
  530. O-ring sealing performance at low temperature.  The major change in
  531. the motor case is the new tang capture feature to provide a positive
  532. metal-to-metal interference fit around the circumference of the tang
  533. and clevis ends of the mating segments.  The interference fit limits
  534. the deflection between the tang and clevis O-ring sealing surfaces
  535. caused by motor pressure and structural loads.  The joints are
  536. designed so that the seals will not leak under twice the expected
  537. structural deflection and rate.
  538.  
  539. The new design, with the tang capture feature, the interference fit
  540. and the use of custom shims between the outer surface of the tang and
  541. inner surface of the outer clevis leg, controls the O-ring sealing gap
  542. dimension.  The sealing gap and the O-ring seals are designed so that
  543. a positive
  544.  
  545. ORIGINAL VERSUS REDESIGNED SRM FIELD JOINT
  546.  
  547. compression (squeeze) is always on the O-rings.  The minimum and
  548. maximum squeeze requirements include the effects of temperature,
  549. O-ring resiliency and compression set, and pressure.  The clevis
  550. O-ring groove dimension has been increased so that the O-ring never
  551. fills more than 90 percent of the O-ring groove and pressure actuation
  552. is enhanced.
  553.  
  554. The new field joint design also includes a new O-ring in the capture
  555. feature and an additional leak check port to ensure that the primary
  556. O-ring is positioned in the proper sealing direction at ignition.
  557. This new or third O-ring also serves as a thermal barrier in case the
  558. sealed insulation is breached.
  559.  
  560. The field joint internal case insulation was modified to be sealed
  561. with a pressure-actuated flap called a J-seal, rather than with putty
  562. as in the STS 51-L configuration.
  563.  
  564. Longer field-joint-case mating pins, with a reconfigured retainer
  565. band, were added to improve the shear strength of the pins and
  566. increase the metal parts' joint margin of safety.  The joint safety
  567. margins, both thermal and structural, are being demonstrated over the
  568. full ranges of ambient temperature, storage compression, grease
  569. effect, assembly stresses and other environments.  External heaters
  570. with integral weather seals were incorporated to maintain the joint
  571. and O-ring temperature at a minimum of 75 F.  The weather seal also
  572. prevents water intrusion into the joint.
  573.  
  574. ORIGINAL VERSUS REDESIGNED SRM CASE-TO-NOZZLE JOINT.
  575.  
  576. The SRM case-to nozzle joint, which experienced several instances of
  577. O-ring erosion in flight, has been redesigned to satisfy the same
  578. requirements imposed upon the case field joint.  Similar to the field
  579. joint, cast-to-nozzle joint modifications have been made in the metal
  580. parts, internal insulation and O-rings.  Radial bolts with
  581. Stato-O-Seals were added to minimize the joint sealing gap opening.
  582. The internal insulation was modified to be sealed adhesively, and
  583. third O-ring was included.  The third O-ring serves as a dam or wiper
  584. in front of the primary O-ring to prevent the polysulfide adhesive
  585. from being extruded into the primary O-ring groove.  It also serves as
  586. a thermal barrier in case the polysulfide adhesive is breached.  The
  587. polysulfide adhesive replaces the putty used in the 51-L joint.  Also,
  588. an additional leak check port was added to reduce the amount of
  589. trapped air in the joint during the nozzle installation process and to
  590. aid in the leak check procedure.
  591.  
  592. NOZZLE.
  593.  
  594. The internal joints of the nozzle metal parts have been redesigned to
  595. incorporate redundant and verifiable O-rings at each joint.  The
  596. nozzle steel fixed housing part has been redesigned to permit the
  597. incorporation of the 100 radial bolts that attach the fixed housing to
  598. the case's aft dome.  Improved bonding techniques are being used for
  599. the nozzle nose inlet, cowl/boot and aft exit cone assemblies.  The
  600. distortion of the nose inlet assembly's metal-part-to-ablative-parts
  601. bond line has been eliminated by increasing the thickness of the
  602. aluminum nose inlet housing and improving the bonding process.  The
  603. tape-wrap angle of the carbon cloth fabric in the areas of the nose
  604. inlet and throat assembly parts was changed to improve the ablative
  605. insulation erosion tolerance.  Some of these ply-angle changes were in
  606. progress prior to STS 51-L.  The cowl and outer boot ring has
  607. additional structural support with increased thickness and contour
  608. changes to increase their margins of safety.  Additionally, the outer
  609. boot ring ply configuration was altered.
  610.  
  611. FACTORY JOINT.
  612.  
  613. Minor modifications were made in the case factory joints by increasing
  614. the insulation thickness and lay-up to increase the margin of safety
  615. on the internal insulation.  Longer pins were also added, along wit a
  616. reconfigured retainer band and new weather seal to improve factory
  617. joint performance and increase the margin of safety.  Additionally,
  618. the O-ring and O-ring groove size was changed to be consistent with
  619. the field joint.
  620.  
  621. PROPELLANT.
  622.  
  623. The motor propellant forward transition region was recontoured to
  624. reduce the stress fields between the star and cylindrical portions of
  625. the propellant grain.
  626.  
  627. IGNITION SYSTEM.
  628.  
  629. Several minor modifications were incorporated into the ignition
  630. system.  The aft end of the igniter steel case, which contains the
  631. igniter nozzle insert, was thickened to eliminate a localized
  632. weakness.  The igniter internal case insulation was tapered to improve
  633. the manufacturing process.  Finally, although vacuum putty is still
  634. being used at the joint of the igniter and case forward dome, it was
  635. changed to eliminate asbestos as one of its constituents.
  636.  
  637. GROUND SUPPORT EQUIPMENT.
  638.  
  639. The ground support equipment has been redesigned to (1) minimize the
  640. case distortion during handling at the launch site; (2) improve the
  641. segment tang and clevis joint measurement system for more accurate
  642. reading of case diameters to facilitate stacking; (3) minimize the
  643. risk of O-ring damage during joint mating; and (4) improve leak
  644. testing of the igniter, case and nozzle field joints.  A Ground
  645. Support Equipment (GSE) assembly aid guides the segment tang into the
  646. clevis and rounds the two parts with each other.  Other GSE
  647. modifications include transportation monitoring equipment and lifting
  648. beam.
  649.  
  650. DESIGN ANALYSIS SUMMARY.
  651.  
  652. Improved, state-of-the-art, analyses related to structural strength,
  653. loads, stress, dynamics, fracture mechanics, gas and thermal dynamics,
  654. and material characterization and behavior were performed to aid the
  655. field joint, nozzle-to-case joint and other designs.  Continuing these
  656. analyses will ensure that the design integrity and system
  657. compatibility adhere to design requirements and operational use.
  658. These analyses will be verified by tests, whose results will be
  659. correlated with pretest predictions.
  660.  
  661. VERIFICATION/CERTIFICATION TEST.
  662.  
  663. The verification program demonstrates that the RSRM meets all design
  664. and performance requirements, and that failure modes and hazards have
  665. been eliminated or controlled.  The verification program encompasses
  666. the following program phases:  development, certification, acceptance,
  667. preflight checkout, flight and postflight.
  668.  
  669. Redesigned SRM certification is based on formally documented results
  670. of development motor tests; qualification motor tests and other tests
  671. and analyses.  The certification tests are conducted under strict
  672. control of environments, including thermal and structural loads;
  673. assembly, inspection and test procedures; and safety, reliability,
  674. maintainability and quality assurance surveillance to verify that
  675. flight hardware meets the specified performance and design
  676. requirements.  The "Development and Verification Plan" stipulates the
  677. test program, which follows a rigorous sequence wherein successive
  678. tests build on the results of previous tests leading to formal
  679. certification.
  680.  
  681. The test activities include laboratory and component tests, subscale
  682. tests, full-scale simulation and full-scale motor static test firings.
  683. Laboratory and component tests are used to determine component
  684. properties and characteristics.  Subscale motor firings are used to
  685. simulate gas dynamics and thermal conditions for components and
  686. subsystem design.  Full-scale hardware simulators are used to verify
  687. analytical models; determine hardware assembly characteristics;
  688. determine joint deflection characteristics; determine joint
  689. performance under short-duration hot-gas tests, including joint flaws
  690. and flight loads; and determine redesigned hardware structural
  691. characteristics.
  692.  
  693. Fourteen full-scale joint assembly demonstration vertical mate/demate
  694. tests, with eight interspersed hydro tests to simulate flight hardware
  695. refurbishment procedures, were completed early for the redesigned
  696. capture-feature hardware.  Assembly loads were as expected, and the
  697. case growth was as predicted with no measurable increase after three
  698. hydro-proof tests.
  699.  
  700. Flight-configuration aft and center segments were fabricated, loaded
  701. with live propellant, and used for assembly test article stacking
  702. demonstration tests at Kennedy Space Center.  These tests were
  703. pathfinder demonstrations for the assembly of flight hardware using
  704. newly developed ground support equipment.
  705.  
  706. In a long-term stack test, a full-scale casting segment, with live
  707. propellant, has been mated vertically with a J-seal insulation segment
  708. and is undergoing temperature cycling.  This will determine the
  709. compression set of the J-seal, aging effects and long-term propellant
  710. slumping effects.
  711.  
  712. The Structural Test Article (STA-3), consisting of flight-type forward
  713. and aft motor segments and forward and aft skirts, was subjected to
  714. extensive static and dynamic structural testing, including maximum
  715. prelaunch, liftoff and flight (maximum dynamic pressure) structural
  716. loads.
  717.  
  718. Redesigned SRM certification includes testing the actual flight
  719. configuration over the full range of operating environments and
  720. conditions.  The joint environment simulator, transient pressure test
  721. article, and the nozzle joint environment simulator test programs all
  722. utilize full-scale flight design hardware and subject the RSRM design
  723. features to the maximum expected operating pressure, maximum pressure
  724. rise rate and temperature extremes during ignition tests.
  725. Additionally, the Transient Pressure Test Article (TPTA) is subjected
  726. to ignition and liftoff loads as well as maximum dynamic pressure
  727. structural loads.
  728.  
  729. Four TPTA tests have been completed to subject the redesigned case
  730. field and case-to-nozzle joints to the above-described conditions.
  731. The field and case-to-nozzle joints were temperature-conditioned to 75
  732. F. and contained various types of flaws in the joints so that the
  733. primary and secondary O-rings could be pressure-actuated, joint
  734. rotation and O-ring performance could be evaluated and the redesigned
  735. joints could be demonstrated as fail safe.
  736.  
  737. Six of the seven Joint Environment Simulators (JES) tests have been
  738. completed.  The JES test program initially used the STS 51-L
  739. configuration hardware to evaluate the joint performance with
  740. prefabricated blowholes through the putty.  The JES-1 test series,
  741. which consisted of two tests, established a structural and performance
  742. data base for the STS 51-L configuration with and without a replicated
  743. joint failure.  The JES-2 series, two tests, also used the STS 51-L
  744. case metal-part joint but with a bonded labyrinth and U-seal
  745. insulation that was an early design variation of the J-seal.  Tests
  746. were conducted with and without flaws built into the U-seal joint
  747. insulation; neither joint showed O-ring erosion or blow-by.  The JES-3
  748. series, three tests, uses almost exact flight configuration hardware,
  749. case field-joint capture feature with interference fit and J-seal
  750. insulation.
  751.  
  752. Four of five nozzle JES tests have been successfully conducted.  The
  753. STS 51-L hardware configuration hydro test confirmed predicted
  754. case-to-nozzle-joint deflection.  The other three tests used the
  755. radially bolted RSRM configuration.
  756.  
  757. Seven full-scale, full-duration motor static tests are being conducted
  758. to verify the integrated RSRM performance.  These include one
  759. engineering test motor used to (1) provide a data base for STS
  760. 51-L-type field joints; (2) evaluate new seal material; (3) evaluate
  761. the ply-angle change in the nozzle parts,; (4) evaluate the
  762. effectiveness of graphite composite stiffener rings to reduce joint
  763. rotation; and (5) evaluate field-joint heaters.  There were two
  764. development motor tests and three qualification motor tests for final
  765. flight configuration and performance certification.  There will be one
  766. flight Production Verification Motor that contains intentionally
  767. induced defects in the joints to demonstrate joint performance under
  768. extreme worse case conditions.  The QM-7 and QM-8 motors were
  769. subjected to liftoff and maximum dynamic pressure structural loads,
  770. QM-7 was temperature-conditioned to 90 F., and QM-8 was
  771. temperature-conditioned to 40 F.
  772.  
  773. An assessment was conducted to determine the full-duration static
  774. firing test attitude necessary to certify the design changes
  775. completely.  The assessment included establishing test objectives,
  776. defining and quantifying attitude-sensitive parameters, and evaluating
  777. attitude options.  Both horizontal and vertical (nozzle up and down)
  778. test attitudes were assessed.  In all three options, consideration was
  779. given to testing with and without externally applied loads.  This
  780. assessment determined that the conditions influencing the joint and
  781. insulation behavior could best be tested to design extremes in the
  782. horizontal attitude.  In conjunction with the horizontal attitude for
  783. the RSRM full-scale testing, it was decided to incorporate externally
  784. applied loads.  A second horizontal test stand for certification of
  785. the RSRM was constructed at Morton Thiokol.  This new stand,
  786. designated as the T-97 Large Motor Static Test Facility, is being used
  787. to simulate environmental stresses, loads and temperatures experienced
  788. during an actual Shuttle launch and ascent.  The new test stand also
  789. provides redundancy for the existing stand.
  790.  
  791. NON-DESTRUCTIVE EVALUATION.
  792.  
  793. The Shuttle 51-L and Titan 34D-9 vehicle failures, both of which
  794. occurred in 1986, resulted in major reassessments of each vehicle's
  795. design, processing, inspection and operations.  While the Shuttle SRM
  796. insulation/ propellant integrity was not implicated in the 51-L
  797. failure, the intent is to preclude a failure similar to that
  798. experienced by Titan.  The RSRM field joint is quite tolerant of
  799. unbonded insulation.  It has sealed insulation to prevent hot
  800. combustion products from reaching the insulation-to-case bond line.
  801. The bonding processes have been improved to reduce contamination
  802. potential, and the new geometry of the tang capture feature inherently
  803. provides more isolation of the edge insulation area from contaminating
  804. agents.  A greatly enhanced Non-Destructive Evaluation program for the
  805. RSRM has been incorporated.  The enhanced non-destructive testing
  806. includes ultrasonic inspection and mechanical testing of propellant
  807. and insulation bonded surfaces.  All segments will again be X-rayed
  808. for the first flight and near-term subsequent flights.
  809.  
  810. CONTINGENCY PLANNING.
  811.  
  812. To provide additional program confidence, both near- and long-term
  813. contingency planning was implemented.  Alternative designs, which
  814. might be incorporated into the flight program at discrete decision
  815. points, include field-joint graphite-composite overwrap bands and
  816. alternative seals for the field joint and case-to-nozzle joint.
  817. Alternative designs for the nozzle include a different composite
  818. lay-up technique and a steel nose inlet housing.
  819.  
  820. Alternative designs with long-lead-time implications were also
  821. developed.  These designs focus on the field joint and cast-to-nozzle
  822. joint.  Since fabrication of the large steel components dictates the
  823. schedule, long-lead procurement of maximum-size steel ingots was
  824. initiated.  This allowed machining of case joints to either the new
  825. baseline or to an alternative design configuration.  Ingot processing
  826. continued through forging and heat treating.  At that time, the final
  827. design was selected.  A principal consideration in this configuration
  828. decision was the result of verification testing on the baseline
  829. configuration.
  830.  
  831. INDEPENDENT OVERSIGHT.
  832.  
  833. As recommended in the "Presidential Commission Report" and at the
  834. request of the NASA administrator, the National Research Council
  835. established an Independent Oversight Panel chaired by Dr. H. Guyford
  836. Stever, who reports directly to the NASA Administrator.  Initially,
  837. the panel was given introductory briefings on the Shuttle system
  838. requirements, implementation and control, the original design and
  839. manufacturing of the SRM, Mission 51-L accident analyses and
  840. preliminary plans for the redesign.  The panel has met with major SRM
  841. manufacturers and vendors, and has visited some of their facilities.
  842. The panel frequently reviewed the RSRM design criteria, engineering
  843. analyses and design, and certification program planning.  Panel
  844. members continuously review the design and testing for safe operation,
  845. selection and specifications for material, and quality assurance and
  846. control.  The panel has continued to review the design as it
  847. progresses through certification and review the manufacturing and
  848. assembly of the first flight RSRM.  Panel members have participated in
  849. major program milestones, project requirements review, and preliminary
  850. design review; they also will participate in future review.  Six
  851. written reports have been provided by the panel to the NASA
  852. administrator.
  853.  
  854. In addition to the NRC, the redesign team has a design review group of
  855. 12 expert senior engineers from NASA and the aerospace industry.  They
  856. have advised on major program decisions and serve as a "sounding
  857. board" for the program.
  858.  
  859. Additionally, NASA requested the four other major SRM companies --
  860. Aerojet Strategic Propulsion Co., Atlantic Research Corp., Hercules
  861. Inc. and United Technologies Corp.'s Chemical Systems Division -- to
  862. participate in the redesign efforts by critiquing the design approach
  863. and providing experience on alternative design approaches.
  864.  
  865.