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/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / space / 18174 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-12-24  |  29.3 KB

  1. Xref: sparky sci.space:18174 rec.models.rockets:3369
  2. Path: sparky!uunet!gatech!paladin.american.edu!howland.reston.ans.net!wupost!waikato.ac.nz!levels!etssp
  3. Newsgroups: sci.space,rec.models.rockets
  4. Subject: AUSROC II: A Post Mortem
  5. Message-ID: <19519.2b2f721a@levels.unisa.edu.au>
  6. From: etssp@levels.unisa.edu.au
  7. Date: 16 Dec 92 18:14:50 +1030
  8. Reply-To: steven@sal.levels.unisa.edu.au
  9. Distribution: world
  10. Organization: University of South Australia
  11. Lines: 617
  12.  
  13. This paper was presented by Tzu-Pei Chen at the 1992 AUSROC conference,
  14. Adelaide, Australia, December 1992.
  15.  
  16.  
  17.                   AUSROC II : A Post Mortem
  18.                   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  19.                         Tzu-Pei Chen
  20.  
  21.                               
  22.                               
  23.                               
  24. Abstract  -  The  AUSROC II Amateur Rocket malfunctioned  at
  25. launch.  The LOX valve failed to open fully, preventing  the
  26. rocket from lifting off. Pneumatic and electrical umbilicals
  27. burnt through preventing an abort sequence. An internal fire
  28. started in the lower valve fairing and spread throughout the
  29. rocket, eventually destroyed the payload. A design fault  in
  30. the  pressurisation mechanism allowed oxygen  to  enter  the
  31. kerosene tank resulting in an explosion which destroyed  the
  32. vehicle.  No  definite reason for the LOX valve failure  has
  33. been  found,  but  a  seal failure in  the  LOX  valve  vane
  34. actuator seems the most likely cause. Simple changes to both
  35. the rocket and launcher systems could have prevented further
  36. damage  to the vehicle after the LOX valve failure. A second
  37. vehicle  designated AUSROC II-2 will be built  incorporating
  38. these changes.  This paper describes what is known about the
  39. launch  event. It proposes possible reasons for the failures
  40. which   were  encountered,  and  suggests  solutions   where
  41. possible.
  42.  
  43.  
  44.  
  45. I.  INTRODUCTION
  46. ~~~~~~~~~~~~~~~~
  47.      "If  one part fails the whole thing can fail. It's
  48.      not  like a car, if you get a flat tire, you  stop
  49.      and  put  another one on ... if you blow a  valve,
  50.      you'll  probably blow up your tanks and everything
  51.      along with it."
  52.                                   Mark Blair, March '92
  53.  
  54. On October 22nd 1992 at about 10:15am an attempt was made to
  55. launch   the  AUSROC  II  Amateur  Rocket  at  the   Woomera
  56. Instrumented Range. A series of malfunctions occurred  which
  57. resulted in a failure to launch, and subsequently led to  an
  58. explosion and total destruction of the vehicle.
  59.  
  60. At  7:00am the 3 hour Flight Firing Sequence commenced.  The
  61. helium  pressure  bottle was pressurised to  20MPa  and  the
  62. launcher elevated. The kerosene tank was then filled.  A dry
  63. nitrogen  supply was connected to the LOX tank and  the  LOX
  64. valve  opened. The LOX system was then purged for 5  minutes
  65. to  remove  any moisture from the LOX feed system especially
  66. the  LOX  ball valve. The lower valve fairing was  inspected
  67. visually for any signs of kerosene leakage, and then sealed.
  68. At  T-30'00",  LOX fuelling commenced, and was  completed  8
  69. minutes  later.  It  was observed that only  a  light  frost
  70. formed  on the tank walls when full. At this point  kerosene
  71. was  discovered to be dripping from the base of the  rocket.
  72. The  amount of leakage was assessed to be insignificant, and
  73. a decision to continue with the launch was made.
  74.  
  75. At  T-15'00"  the  Final Arm & Launch  Sequence  began.  The
  76. ignition  circuit  was  connected  and  all  personnel  were
  77. cleared  from the launcher. At T-2'00" the automatic  launch
  78. sequence  was initiated. Forty seconds later at  T-1'20"  an
  79. ABORT  was  called. The picture from the onboard camera  had
  80. suddenly  deteriorated. The countdown  was  held  while  the
  81. problem was discussed, 10 minutes later the automatic launch
  82. sequence was restarted at the T-2'00" mark.
  83.  
  84. At  T-5s,  the electric match fired, and the ignition  flare
  85. ignited  successfully.  At  T-3s  the  helium  valve  opened
  86. pressurising both propellant tanks. At T-0.25s the  kerosene
  87. valve  opened (as the kerosene takes about 250ms  to  travel
  88. through  the regenerative cooling passage of the motor).  At
  89. T=0s  the LOX valve was actuated, but failed to open  fully,
  90. resulting  in  insufficient thrust to lift the  vehicle.  An
  91. attempt  to  abort  the launch was made  at  T+2s,  but  the
  92. massive  kerosene  plume  had burnt  through  nearby  ground
  93. pneumatic lines preventing the abort system from closing the
  94. propellant  valves. At the same time a crackling or  popping
  95. sound could be heard. Eventually, at around T+10s, the  more
  96. characteristic  "thrusting" sound developed  and  the  plume
  97. became much brighter indicating that some oxygen was present
  98. in  the  chamber.  Kerosene continued to be  expelled  under
  99. pressure  until  T+15s.  At  around  T+20s  the  electronics
  100. umbilical  was also destroyed preventing switch off  of  the
  101. payload.  With the payload control lines cut, the  payload's
  102. timer, thinking the rocket had left the launcher, started  a
  103. 55s countdown to deploy the recovery mechanism.
  104.  
  105. A  small fire could be seen at the bottom of the motor,  the
  106. remaining   kerosene  dribbling  from  the  rocket   burning
  107. brightly  in oxygen. Kerosene on the ground and  around  the
  108. launcher  also  continued to burn with a much redder  flame.
  109. >From  the  onboard camera, smoke could now be seen streaming
  110. from  the upper valve fairing. At T+1'16" the payload  fired
  111. the  nose  separation pins, and then the nose  push  rod,  2
  112. seconds  later. The nose cone popped off to  one  side,  and
  113. fell  to the ground. At T+1'25" the payload failed, and  all
  114. telemetry  except  for the video was lost.  At  T+1'40"  the
  115. video transmitter stopped.
  116.  
  117. The  flame  at  the  bottom of the motor continued  to  burn
  118. brightly. The fire around the launcher eventually  went  out
  119. about  1 minute later. At T+3'45" a mixture of kerosene  and
  120. oxygen  exploded in the kerosene tank, rupturing  the  tanks
  121. cable  duct.  The expanding gases tore out  both  the  lower
  122. valve,  and intertank fairing hatches, and then sheared  the
  123. bolts fixing the intertank fairing to the LOX tank. The  LOX
  124. feed  line was severed at the LOX tank boss, and the  rocket
  125. was blown in half. The remaining LOX pressure was sufficient
  126. to  lift  the top half of the rocket off the launcher  rail,
  127. and  propel it through the air and then along the ground for
  128. some tens of metres.
  129.  
  130. After  a 30 minute cool-off time and careful examination  of
  131. the  wreckage  from  the periscope in  EC2,  the  operations
  132. manager  and range safety officer proceeded to the  launcher
  133. area to make the area safe. Mains power was removed from the
  134. area,  and the pyrotechnic cutters associated with the  main
  135. parachute were disarmed. The various pieces of wreckage were
  136. gathered  together  and brought back  to  Test  Shop  1  for
  137. examination.
  138.  
  139. The  upper  portion of the rocket was severely  dented,  and
  140. disassembly  was  not  possible on  the  day.  Most  of  the
  141. fittings  in  the  lower valve and intertank  fairings  were
  142. either  missing or very badly burnt. The engine however  was
  143. removable  and  it  was discovered that the  LOX  valve  had
  144. indeed opened by about 10 degrees.
  145.  
  146. The  immediate conclusion, reported by most of the media  on
  147. the  day,  was that the LOX valve had frozen shut,  possibly
  148. due  to  the  extended countdown. Eventually it was  decided
  149. that  this was unlikely considering the low humidity on  the
  150. day  and  the  fact that the dry nitrogen purge should  have
  151. left  nothing to freeze within the LOX valve. The  preferred
  152. explanation  was  that one of the pneumatic lines,  probably
  153. already burning due to the kerosene leak, had burnt through,
  154. just as the LOX valve was opening [1].
  155.  
  156. The remains of the rocket were shipped back to Salisbury  to
  157. be  fully dismantled. The motor, and the remains of plumbing
  158. from  the lower valve fairing were brought back to Melbourne
  159. for inspection.
  160.  
  161.  
  162. II.  FAILURE ANALYSIS
  163. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
  164.      "The  price  one pays for pursuing any profession,
  165.      or  calling, is an intimate knowledge of its  ugly
  166.      side."
  167.                                           James Baldwin
  168.  
  169. As described above, there were in fact several malfunctions,
  170. some  of  these  prevented the launch of  the  rocket,  some
  171. contributed to the subsequent destruction of the rocket, and
  172. some were simply embarrassing. The major failures which will
  173. be discussed are;
  174.  
  175.  - sudden deterioration of the onboard camera picture,
  176.  - the LOX valve failing to open,
  177.  - kerosene seen dripping from the base of the rocket,
  178.  - the internal fire
  179.  - the explosion in the kerosene tank,
  180.  - failure  of  the abort sequence to close the  propellant
  181.    valves, or disable the payload,
  182.  - lack  of  concrete  data  with  which  to  analysis  the
  183.    failure.
  184.  
  185.  
  186. A.  Onboard Camera Picture Failure
  187.  
  188. The  sudden deterioration of the video picture took the form
  189. of   saturated  white horizontal bars forming  about  bright
  190. portions of the picture. During the launch, these bars  were
  191. present to an extent, but not enough to really detract  from
  192. the  overall picture. However at the exact time the  payload
  193. was  switched to internal power, these bars suddenly swamped
  194. around  30% of the picture. Causing the telemetry  personnel
  195. to call a hold.
  196.  
  197. The horizontal bars were caused by solid state regulators in
  198. the  actual  camera shutting down (thermal  limiting)  after
  199. overheating. The camera had been connected directly  to  the
  200. rocket's unregulated power supply which is nominally 14V,  a
  201. little higher than the camera's nominal operating voltage of
  202. 12V.   The  condition  became  drastically  worse  when  the
  203. payload  was switched to internal power because the  lithium
  204. battery  pack  used  to power the payload,  was  capable  of
  205. supplying,  initially,  around 17V.   The  same  effect  was
  206. repeated in Melbourne, after fire damage to camera had  been
  207. repaired.  The camera was connect to a 14V power supply  and
  208. allowed  to operate for some time (around 20 minutes)  until
  209. the  horizontal white bars developed, then the power  supply
  210. was raised to 16V, and a very similar effect was observed.
  211.  
  212. The  fault  could  have been avoided  had  the  camera  been
  213. connected  to  a  regulated power  source.  In  fact  a  12V
  214. regulator was provided for the camera on the rocket's  power
  215. supply, but this output had simply not been used.
  216.  
  217.  
  218. B.  LOX Valve Failure
  219.  
  220. The  most  obvious  and vexing question of  course,  is  the
  221. reason  for the LOX valve failure. The original explanation,
  222. that a pneumatic line had burnt through at exactly the right
  223. moment  seemed a little unlikely. At the last static firing,
  224. valve  position sensors showed that the time taken  for  the
  225. LOX  valve to opens is in the order of around 60ms  [2],  so
  226. for  the  LOX  valve  actuator to have  moved  11%  requires
  227. failure within a window milliseconds wide, an unlikely event
  228. indeed.  Thus a reason which inherently moves  the  valve  a
  229. small  amount  would be infinitely preferable to  one  which
  230. relies   on   split-second   bad  luck.   Possible   reasons
  231. investigated included;
  232.  
  233. a) an electrical failure due to ;
  234.     - an umbilical being disconnected,
  235.     - an   electronic   failure  in  the  Launch   Sequence
  236.       Controller (LSC) or it's power supply.
  237. b) a pneumatic failure due to;
  238.     - a  loss  of pressure to the actuators due to a breach
  239.       in  the ON side pneumatics, a 1MPa regulator failure,
  240.       or   a   pneumatic  (Legris  push  fitting)   fitting
  241.       failure,
  242.     - an  electrical  or  physical  failure  in  the  pilot
  243.       solenoid,
  244.     - a failure in the vane actuator.
  245. c) mechanical failure due to;
  246.     - the  valve seizing due to mechanical distortion  from
  247.       cryogenic temperatures,
  248.     - the  ball  freezing to the valve seat due to moisture
  249.       being present,
  250.     - the  valve  stem or perhaps valve sensors jammed  due
  251.       to ice build up,
  252.  
  253. The  majority  of  these possibilities were rejected  simply
  254. because  they  did  not  satisfy  the  split-second   timing
  255. problem.
  256.  
  257. An  electrical failure was discounted as the LSC's indicator
  258. lights  showed that appropriate signals were being  sent  to
  259. the  pilot  solenoid valves. The LSC was  tested  later  and
  260. proved to be fully functional.
  261.  
  262. An  ON  side pneumatic line failure was seriously considered
  263. as  a  possibility.  The kerosene leak in  the  lower  valve
  264. fairing  would  have  dribbled kerosene onto  the  pneumatic
  265. lines  leading to the rocket. These lines would have ignited
  266. with  the  flare, severely weakening them. Conceivably  then
  267. the  kerosene plume exiting from the motor could have  burnt
  268. through  the lines then, as the timing was chosen such  that
  269. the  kerosene  and LOX exit almost simultaneously.   However
  270. high   speed  film  shows  no  sign  of  the  lines  burning
  271. beforehand, and the kerosene plume does not exit the  rocket
  272. motor  for  about  0.5s.  It was  also  suggested  that  the
  273. kerosene  leak may have lubricated one of numerous pneumatic
  274. couplings  allowing a line to blow off. This was  discounted
  275. by  collecting  all the push-fittings and  checking  that  a
  276. piece of tubing was still firmly inside the fitting.
  277.  
  278. A failure with the pilot solenoid was rejected mainly due to
  279. the  timing  reasons mentioned. Unfortunately, the  solenoid
  280. was  very badly damaged making it difficult to prove  beyond
  281. doubt that it was operational.
  282.  
  283. Originally  the vane actuator was not even considered  as  a
  284. possible  point of failure. However it was mounted  directly
  285. onto  the  LOX  ball valve, and its mechanism  contains  two
  286. seals which may not operate properly beyond around -20C. Had
  287. these  seals failed, the expected response would match those
  288. observed very well. Thus a seal failure in the vane actuator
  289. is  a  preferable  explanation, and is discussed  in  detail
  290. below.
  291.  
  292. The actual LOX ball valve seizing from mechanical distortion
  293. was rejected out of hand as the valve is explicitly designed
  294. to  handle cryogenic fluids. Freezing of the valve stem,  or
  295. the position sensor was rejected due to the lack of humidity
  296. on  the day. Even had a layer of ice formed, it is unlikely,
  297. given the small surface area, that it would have jammed  the
  298. vane  actuator.  In  light  of the  kerosene  leak,  it  was
  299. suggested that the whole mechanism may have been frozen in a
  300. lump of kerosene ice. However if this was the case, than the
  301. valve would not have opened at all.
  302.  
  303. At an earlier static firing (14/3/92) the LOX valve had also
  304. failed  to  open  fully. Inspection of the valve  afterwards
  305. showed  that there was trichloroethane present  in  the  LOX
  306. valve itself, a remanent from an earlier procedure to remove
  307. grease  from  the  LOX feed system. This  event  caused  the
  308. addition  of  a  dry nitrogen purge to the launch  sequence.
  309. Nitrogen  is flushed through the LOX feed system,  hopefully
  310. removing  any residual solvents as well as any water  vapour
  311. present  in  the  tank. This procedure would  appear  to  be
  312. successful as the following 3 static firings progressed with
  313. out  a  hitch. For this reason, as a dry nitrogen purge  was
  314. performed, this theory was discarded.
  315.  
  316. The  vane  actuator was used to actually turn the  LOX  ball
  317. valve.  It  was mounted directly to the body by an aluminium
  318. mount, and coupled to the valve stem via a slip on coupling.
  319. The  aluminium block was machined to contact well with  both
  320. the  valve  body, and the bottom of the vane actuator.  This
  321. mount  would have formed a reasonable thermal path from  the
  322. body  of  the  valve to the body of the vane  actuator.  The
  323. seals  within  the vane actuator are made from  polyurethane
  324. and  have a nominal working temperature range which  extends
  325. as  low as -20C. Beyond this temperature, the seals begin to
  326. lose their elasticity. LOX was present at the LOX ball valve
  327. for  40 minutes (30 minutes from the start of fuelling, plus
  328. another  10  minutes  for  the  hold).  With  LOX  having  a
  329. temperature  of  around 90K, in the enclosed environment  of
  330. the  lower valve fairing, it is entirely possible  that  the
  331. vane  actuators  body  temperature  could  have  fallen   to
  332. unacceptably low temperatures.
  333.  
  334. If  this was the case, then the vane would have "frozen"  in
  335. the   closed  position.  When  the  pneumatic  pressure  was
  336. applied,  the  vane  would  have hesitated  and  then  moved
  337. possibly in "stutters". With the seal no longer plastic, the
  338. gas  may  also  have  burst under  the  seals  delaying  the
  339. movement  even  further. With the LOX valve partially  open,
  340. the  plume cuts through the pneumatic lines, while the  vane
  341. actuator is still stuttering open, some seconds later.  This
  342. would seem to be the most plausible reason for the LOX valve
  343. failure.  Hopefully  a test can be conducted  utilising  the
  344. Helium  valve vane actuator (if it has survived) to  confirm
  345. this. If this is the case, the abort may have contributed to
  346. the  failure,  as  it  added 10 minutes  to  the  countdown,
  347. extending the time LOX was present at the valve by 33%.
  348.  
  349.  
  350. C.  Kerosene Leak
  351.  
  352. A  leak in one of the kerosene valve's body connector  seals
  353. was  detected  during final pressure tests  the  day  before
  354. launch. As it was a gas leakage at a negligible rate, it was
  355. decided  to  ignore  it. On the launch day,  after  kerosene
  356. fuelling, it was observed that no kerosene was leaking  from
  357. the body connector seal. However after the LOX fuelling, and
  358. the  sealing  of the LOX bleed plug, it was discovered  that
  359. kerosene was leaking from the bottom of the rocket [1].
  360.  
  361. The  leak  in the seal itself was caused simply because  the
  362. type of body connector seals used in the kerosene valve were
  363. in fact once-only seals, that is they deform to form a seal,
  364. but  once the valve is disassembled they stay deformed,  and
  365. should  be  discarded. This was not the case, the seals  had
  366. been  used  four or five times already. The leak  manifested
  367. itself only after the LOX tank had been sealed because of  a
  368. design fault in the tank pressurising system.
  369.  
  370. The  LOX tank is self pressurising in the sense that the LOX
  371. is constantly boiling off, so that the pressure rises in the
  372. tank  once  it is sealed. The tank pressurising  system  was
  373. designed  assuming that the tank regulators acted  as  check
  374. valves and thus would prevent backflow from a pressurised to
  375. tank  back  into the system [3]. This proved not to  be  the
  376. case. Once the LOX tank was filled, a small amount of oxygen
  377. under  its own pressure flowed back through the pressurising
  378. system  and  into  the kerosene tank. The amount  of  oxygen
  379. would  have been very small, however this pressurisation  of
  380. the kerosene tank was enough to cause the kerosene to leak.
  381.  
  382. The  kerosene  leak in itself was probably not  as  major  a
  383. problem  as  it  sounds.  However  by  dribbling  down   the
  384. umbilical,  it  supplied a path by which the  exhaust  plume
  385. could ignite the wiring loom inside the lower valve fairing.
  386.  
  387.  
  388. D. Fire Inside the Rocket
  389.  
  390. A  fire inside the lower valve fairing should not have  been
  391. as  major a problem as it was. A tiny volume, mostly  sealed
  392. at the top, a fire should have quickly suffocated itself. In
  393. addition  the  insulation  on  the  wiring  loom  was  self-
  394. extinguishing,  that  is  if  lit  by  a  open  flame,   the
  395. insulation does not continue to burn in air once  the  flame
  396. is removed.
  397.  
  398. As was mentioned earlier, the LOX tank self pressurises. For
  399. this  reason a relief valve is placed at the top of the  LOX
  400. tank,  and set to crack at 4.5MPa. The vent from this relief
  401. valve  was not piped to the atmosphere, but left within  the
  402. rocket.  During the countdown, the LOX tank would have  been
  403. slowly  venting into the rocket body, and venting  furiously
  404. during  the 15 seconds after T=0s (as can be seen  from  the
  405. onboard camera). This would have provided a very oxygen rich
  406. atmosphere within the rocket, allowing the looms to burn  up
  407. the  rocket as far as the payload, eventually destroying it.
  408. The  amounts of oxygen present can be seen from  the  severe
  409. "weathering" of all the aluminium parts after the fire.
  410.  
  411.  
  412. E.  Kerosene Tank Explosion
  413.  
  414. As mentioned earlier, oxygen was able to bleed back, through
  415. the  LOX regulator, from the LOX tank to the kerosene  tank.
  416. After  all  the kerosene had been expelled, and  the  helium
  417. pressurising  gas  vented,  oxygen  bled  back  through  the
  418. pressurising  system to forming  a fuel air  mixture  within
  419. the  kerosene  tank. When the mixture ratio  was  right,  it
  420. ignited from the small kerosene fire seen at the at the base
  421. of  the  motor. The flame travelled back through the motor's
  422. cooling passages, and through the injector into the kerosene
  423. tank.  The  residual  kerosene may even  have  been  burning
  424. inside the kerosene tank for a while before exploding.
  425.  
  426. The explosion ruptured the LOX pipe conduit, at its weld  to
  427. the  top  of  the  kerosene tank boss. The hot  gasses  then
  428. expanding  down through the LOX pipe conduit into the  lower
  429. valve fairing. The lower valve fairing hatch's backing plate
  430. was  buckled and then blown from the rocket, coming to  rest
  431. on the launch apron ring road. The upper valve fairing hatch
  432. was  likewise torn out. Some gas rushed upwards through  the
  433. pressure line & wiring conduit into the electronics fairing,
  434. breaching  the camera's case and pushing the main  parachute
  435. out  of  it's tube. The bolts holding the intertank  to  the
  436. bottom  of  the  LOX  tank boss then sheared,  breaking  the
  437. rocket  it  two. The upper launch lug broke, and the  rocket
  438. was  thrown to one side. The LOX feed line ripped from  it's
  439. fitting at the base of the LOX tank, and the thrust produced
  440. by  the  LOX being expelled was sufficient to lift  the  top
  441. half  of  the  rocket, through the air and  then  along  the
  442. ground for some distance. The bottom half of the rocket  was
  443. also  torn from the launcher, and fell to the ground nearby,
  444. the   remaining  kerosene  visibly  burning  for  a  several
  445. seconds.
  446.  
  447. The  bleed  back through the regulator was more  complicated
  448. than just simple two-way flow through the regulator. It  can
  449. be  shown that had the LOX valve completely failed to  open,
  450. then  the  events leading to the explosion could  have  been
  451. avoided (see Appendix A).
  452.  
  453.  
  454. F.  Abort Sequence
  455.  
  456. Originally the rocket was designed with no abort  system  at
  457. all,  however  at the static firings it was discovered  that
  458. the  existing pneumatics could, with the addition of  a  few
  459. lines,  allow the propellant valves to be closed as well  as
  460. opened. This system used at each of the static firings,  and
  461. then  incorporated  into the rocket itself,  if  only  as  a
  462. convenient method of shutting the valves during tests.
  463.  
  464. The  abort system was actuated at about T+2s, but was unable
  465. to  close  the propellant valves because the pneumatic  line
  466. used  to close the valves had already burnt through  in  the
  467. exhaust plume of the rocket. Likewise the payload could  not
  468. be  disabled  because the electrical umbilicals  also  burnt
  469. through.  The  failure  of  the abort  system  is  the  most
  470. unacceptable  of  all  the failures  as  it  was  thoroughly
  471. predictable, and easily avoidable.
  472.  
  473.  
  474. G. Lack of Data
  475.  
  476. Most  of the analysis involved a large degree of speculation
  477. because little data of the failure was available. All of the
  478. cameras were placed to take rather optimistic "long"  shots.
  479. So  no clear picture of the base of the rocket is available.
  480. This  was  compounded with problems with the  payload  which
  481. resulted  in  critical data such as the tank pressures,  and
  482. the valve position sensors being lost.
  483.  
  484.  
  485.  
  486. III.  SOLUTIONS
  487. ~~~~~~~~~~~~~~~
  488.      "For every problem there is one solution which  is
  489.      simple, neat, and wrong."
  490.                                           H. L. Mencken
  491.  
  492. With  "20/20:  hindsight,  it  is  easy  to  propose  simple
  493. solutions  to  many  of  the  problems  which  have  already
  494. occurred. The real solution is to actively try and find  all
  495. the  possible  failures  have not  occurred  and  to  either
  496. prevent  them or at least have procedures as to what  action
  497. to take, when they occurred. As a case in point, the payload
  498. could  have been disabled in the first 20 seconds after  the
  499. failure,  as  the  electrical  lines  where  still   intact.
  500. Although  this would not have saved the rocket, at least  it
  501. would have prevented some media embarrassment.
  502.  
  503. The  abort  system and payload umbilicals should  have  been
  504. heavily   protected  from  the  exhaust  plume.  An   E-flux
  505. deflector  could be welded to the base of the launcher.  The
  506. pneumatic  lines  running to the rocket, as  well  as  those
  507. inside  should be replaced by stainless or aluminium tubing.
  508. The  1MPa pneumatic supply should be moved much further away
  509. from  launcher, and protected. The electric umbilicals could
  510. be  connected high up on the rocket so as to be out of harms
  511. way.  The  close valve could be placed inside the rocket  so
  512. that there is only one pneumatic line leading to the ground.
  513.  
  514. Check  valves should be installed after the each  propellant
  515. tank  regulator in order to prevent the bleed back of gases.
  516. Both   the   LOX  and  kerosene  relief  valves  should   be
  517. repositioned  so that they vent to the atmosphere,  not  the
  518. inside of the rocket.
  519.  
  520. All  components  used should be carefully  studied  so  that
  521. items  such  as non-reusable seals are replaced, and  normal
  522. operating conditions are not exceeded. The current LOX valve
  523. arrangement  could be used with the addition  of  a  thermal
  524. insulator  such  as a plastic or ceramic plate  between  the
  525. body  of  the  vane  actuator, and  the  valve  body  mount.
  526. Extensive  testing  of each of the possible  valve  failures
  527. should  be  investigated under realistic  conditions  (using
  528. liquid nitrogen) and worst case data should be obtained.
  529.  
  530. An  automatic abort sequence could be added to  the  LSC  in
  531. order   to  cut  down  response  time  assuming  appropriate
  532. telemetry  data  is available. Better displays  of  realtime
  533. engineering  data  would also allow better decision  making.
  534. Finally,  more  formal  procedures, especially  launch/abort
  535. criterion  need to be established beforehand so  that  these
  536. decisions are not made "in the heat of the moment".
  537.  
  538.  
  539.  
  540. IV.  CONCLUSION
  541. ~~~~~~~~~~~~~~~
  542.      "You may be disappointed if you fail, but you  are
  543.      doomed if you don't try."
  544.                                          Beverley Sills
  545.  
  546. AUSROC II failed to lift off because the LOX valve failed to
  547. open  fully. The most likely explanation is that  the  valve
  548. only  partially  opened  because the  seal  inside  the  LOX
  549. valve's  vane actuator failed due to prolonged  exposure  to
  550. low temperatures. The sudden deterioration in the live video
  551. signal  was  due  to incorrect wiring of the video  camera's
  552. power  supply.  The  10  minute hold caused  be  the  camera
  553. problem may have contributed to the LOX valve failure. After
  554. the  LOX  valve  had  failed to open, it  should  have  been
  555. possible to save AUSROC II by closing the propellant valves,
  556. and  disabling the payload. This was not done, as the  wires
  557. and  pneumatic lines associated with the abort system,  were
  558. not  protected in any way, and therefore burnt through in  a
  559. matter  of  seconds. Simply shielding the  wires  and  using
  560. stainless  steel  pneumatic lines would  have  avoided  this
  561. problem. An automatic abort sequence based on telemetry data
  562. would  allow  the launch to be aborted the instant  a  valve
  563. failure is detected.
  564.  
  565. The  explosion  which destroyed the vehicle  was  caused  by
  566. oxygen flowing backwards under its own pressure, through the
  567. LOX  regulator  into  the kerosene tank.  Residual  kerosene
  568. vapour in the kerosene tank mixed with the oxygen to form an
  569. explosive  mixture. The backflow occurred due  to  a  design
  570. fault  in  the  pressurising system, a  check  valve  placed
  571. before or after the LOX regulator would prevent the problem.
  572.  
  573. The  kerosene leak was caused by a non-reusable  seal  being
  574. reused  in  the kerosene ball valve. This leak  provided  an
  575. ignition source for the fire inside the rocket, and while it
  576. contributed  to the destruction of the payload, it  probably
  577. did not contribute otherwise to the launch failure. Although
  578. the  wiring looms were self-extinguishing, the placement  of
  579. the  LOX  relief valve vent inside the upper  valve  fairing
  580. provided  an oxygen rich atmosphere within which they  could
  581. burn.  The  relief valve should be placed so that  it  vents
  582. directly to the atmosphere.
  583.  
  584. If   AUSROC  Projects  is  to  continue  another  AUSROC  II
  585. (designated  AUSROC  II-2) vehicle needs  to  be  built.  An
  586. opportunity  now exists to incorporate all  of  the  changes
  587. which  had been suggested during the construction of  AUSROC
  588. II-1, as well as the changes suggested here.
  589.  
  590. The  design  of  AUSROC II was in many ways too  "positive".
  591. Much  thought  had  been put into each of the  systems,  but
  592. little  thought had been allocated to possible failures  and
  593. their  consequences.  Obviously,  greater  testing  of  each
  594. component may have shown up some of these problems  earlier.
  595. This simply highlights the very limited resources with which
  596. the  group currently works. The six static firings  were  in
  597. themselves,  major  system tests, but they  were  already  a
  598. major strain on our resources. Hopefully AUSROC II-2 will be
  599. able  to proceed in an environment where financial and  man-
  600. hour   constraints  become  secondary  to  the  process   of
  601. engineering.
  602.  
  603.  
  604. References
  605.  
  606. [1]AUSROC  Projects,  AUSROC II Launch Campaign  Review,  26
  607.    October 1992
  608. [2]A. Cheers, Static Firing Data - 25/4/92 1st Firing, April
  609.    1992
  610. [3]M. Blair and P. Kantzos, Design of a Bi-Propellant Liquid
  611.    Fuelled   Rocket,  Final  Year  Project   Thesis,   Dept.
  612.    Mechanical Engineering, Monash University, 1989
  613.  
  614.  
  615. Author
  616.  
  617. Tzu-Pei Chen             Phone:    (03) 561 8654, 560 8629ah
  618. Ardebil Pty Ltd          FAX:      (03) 560 5562
  619. 6 Kooringa Crescent      Pager:    (03) 483 4206
  620. Mulgrave  VIC  3170      Email:    chen@decus.com.au
  621.  
  622.  
  623. Previous AUSROC updates can be obtained by anonymous ftp to
  624. audrey.levels.unisa.edu.au in directory space/AUSROC
  625.  
  626. -- 
  627. Steven S. Pietrobon,  Australian Space Centre for Signal Processing
  628. Signal Processing Research Institute, University of South Australia
  629. The Levels, SA 5095, Australia.      steven@sal.levels.unisa.edu.au
  630.