[AR] Re: shuttle SRBs (was Re: Re: Phenolic regression rate)

  • From: Robert Steinke <robert.steinke@xxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Wed, 7 Feb 2018 11:40:23 -0700

I think Bill and Henry are talking past each other somewhat. Bill is
thinking of a system that would have 2-3 nines of vehicle survivability,
and would use an escape system to achieve 4-5 nines of crew survivability.
Henry is thinking of a system that has 6+ nines of vehicle survivability
and doesn't use an escape system.

For reference, modern air travel has 6.5-7 nines survivability. (
https://www.economist.com/blogs/gulliver/2015/01/air-safety
http://www.ibtimes.com/after-air-algerie-ah5017-incident-statistical-look-probability-chances-dying-plane-crash-1638206)
It's hard to distinguish vehicle survivability from crew survivability
because any reference I can find on the web is written for the layman and
glosses over details like chance of any given plane crashing vs. chance of
any given passenger dying.

I think Bill has a strong argument that solids are sufficiently reliable to
produce the kind of system he is thinking of.


On Wed, Feb 7, 2018 at 10:47 AM, William Claybaugh <wclaybaugh2@xxxxxxxxx>
wrote:

Henry:

You do seem very fond of this “...but failures can be catastrophic” line.
However, what happens to the rockets after the escape system activates is
*irrelevant* to crew safety.

We spent many thousands of hours during ESAS looking for any solid rocket
failure mode that would create a more difficult escape environment than a
liquid rocket; that team identified one only which applies only when the
solid rocket is in line with and below the crew capsule.  Despite much hand
waving by an Air Force employee, there were no identified failure modes
that created a more difficult escape environment when the solids were side
mounted.

You also seem to enjoy dismissing the very high reliability of smaller
solids as unrelated to larger motors.  So let’s agree to be illogical and
disregard all the data on smaller solid motors.  Let’s further disregard
logic and dismiss the fact that solid rockets *should* be more reliable
than liquids because they are much simpler.

Even if we look only at large solid motors, we find—for the Shuttle
SRB’s—a demonstrated reliability of 269/270 (99.6%); if we look only at
flights since the cause of failure was fixed we are at 220/220 (100%). And
then there are the Ariane 5 large solids, with 194 flights and no failures
(100%).

These reliability’s are far higher than the _demonstrated_ reliability of
any large western liquid rocket stage.

Engineering should be done using facts, not fears: the Challenger accident
was three decades ago, it is time to let it go.

Bill

On Tue, Feb 6, 2018 at 9:28 PM Henry Spencer <hspencer@xxxxxxxxxxxxx>
wrote:

On Tue, 6 Feb 2018, William Claybaugh wrote:
      a lot of "what if X happens?"
      questions are answered "we really hope it doesn't"...

This statement can be made about my wife's Prius.  Or *any* human built
system.

At *some* point that answer always starts showing up, as I said, but
*when* matters.  Your wife's Prius does have unsurvivable "you'd better
hope it doesn't happen" failure modes, but they're very unlikely ones (or
else class-action lawsuits ensue).  The biggest problem with solids is
that almost any significant failure is unsurvivable, and failures are
*not* very unlikely.

Neither automobiles nor aviation was made reasonably safe by eliminating
all failures; that would be impossibly expensive, not to mention probably
impractical.  Rather, the systems are fault-tolerant, and plausible
failures are generally survivable.  The absence of those characteristics
in solids, especially big solids, is what makes them questionable for
reliable rocketry (e.g., manned flights).

Meanwhile, the solid propellant sep. motors on shuttle flew over 2000
times w/o failure.  Hell, the SRB's failed once in 270 flights.

The briefest comparison of those two numbers strongly indicates that these
are two different technologies, with different reliabilities, because the
favorable experience with the former clearly does not carry over to the
latter.  Even though reliability of the latter got far more attention and
effort.  As I mentioned elsewhere in this discussion, small solids whose
mass ratio isn't critical are easily made quite reliable, by overbuilding
them.  That isn't generally considered acceptable for main propulsion.

(Estimates of the failure rate of the SRBs are necessarily imprecise and
arguable, given the limited dataset, but they definitely aren't what you
would expect from the exact same technology that produced a none-in-2000+
result.)

Further, solids are twice as reliable as liquids in the data set of all
space launches since 1980.

As above, any single number quoted for "solids in space launches" is
confusing at least two different technologies -- small simple solids and
big complex ones -- and thus is questionable at best.  Especially since
the small simple solids dominate the sample, and appear to be rather more
reliable than the big complex ones.

Moreover, reliability, i.e. failure rate, has to be considered together
with the *consequences* of failure.  The same 135 shuttle flights that had
one solid-motor failure also had one liquid-engine failure (STS-51F, also
on Challenger).  It messed up the flight plan some and spoiled a few of
the experiments -- which usually isn't even mentioned in the official
histories -- because the orbiter ended up in a slightly lower orbit than
planned.  Nobody issues press releases mourning the anniversary of that.

Of course, that was just a malfunctioning sensor, not an actual failure
with an engine spilling flame like on 51L... but on Apollo 6, exactly that
happened in the second stage, and despite some other problems on top of
it, the stage managed to limp into orbit and finish its part of the
mission (to the astonishment of its builders).  And then there was
SpaceX's spectacular first-stage engine explosion in 2012, after which...
the rocket quietly kept going and made orbit.  When there are enough
engines (with tested control systems, unlike KORD) that the thrust loss
isn't too great, liquid failures are often pretty benign, which is not a
word usually applied to solid failures.

If system X has N% probability of usually-catastrophic failures, and
system Y has 2N% probability of usually-benign failures, it's clear to me
which one I'd prefer to ride.

The technical issue with solids is that they give a rough ride due to
"organ pipe" effects which can be hard on crews.

When they work, yes, that's the technical issue.

Henry


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