System Safety Engineering

69
ESSB-ST-Q-003-Issue1 September, 2012 System Safety Engineering Safety Technical Requirements for Human Rated Space Systems ECSS Secretariat ESA-ESTEC Requirements & Standards Division Noordwijk, The Netherlands

description

Safety Technical Requirements for Human Rated Space Systems from the European Space Agency

Transcript of System Safety Engineering

Page 1: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1 September, 2012

System Safety Engineering Safety Technical Requirements for Human Rated Space Systems

 

ECSS Secretariat ESA-ESTEC

Requirements & Standards Division Noordwijk, The Netherlands

Page 2: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

Foreword

This  Standard  has  been  prepared  by  the  “Safety  Technical Requirements  for Human Rated  Space 

Systems” Working Group,  reviewed by  the ECSS Executive Secretariat  and  approved by  the ECSS 

Technical Authority. 

 

 

 

Published by:   ESA Requirements and Standards Division 

  ESTEC, P.O. Box 299, 

  2200 AG Noordwijk 

  The Netherlands 

Copyright:   2012 © European Space Agency  

Page 3: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

Table of contents

1 Scope and Applicability ........................................................................................ 10 

2 Terms, definitions and abbreviated terms .......................................................... 11 

2.1  Terms specific to the present standard .................................................................... 11 

2.2  Abbreviated terms .................................................................................................... 18 

3 Responsibilities ..................................................................................................... 19 

3.1  Space System Organization ..................................................................................... 19 

3.2  Launcher Operator ................................................................................................... 19 

3.3  Safety Review Panel & Launch Range Safety ......................................................... 19 

4 Implementation and Certification ........................................................................ 20 

4.1  Design Implementation Requirements ..................................................................... 20 

4.2  Certification Process Requirements ......................................................................... 20 

5 Mission Safety Risk ............................................................................................... 21 

5.1  Orbital Flights ........................................................................................................... 21 

5.1.1  Crew Safety Risk ........................................................................................ 21 

5.1.2  Flight Rules ................................................................................................. 21 

5.1.3  Survivability to Micrometeoroids and Debris Risk ...................................... 21 

5.2  Sub-orbital Flights .................................................................................................... 21 

5.2.1  Crew Safety Risk ........................................................................................ 21 

5.3  Public Safety Risk .................................................................................................... 22 

6 System Safety Requirements: General ............................................................... 23 

6.1  Design to Tolerate Failures ...................................................................................... 23 

6.1.1  Critical Hazards .......................................................................................... 23 

6.1.2  Catastrophic Hazards ................................................................................. 23 

6.2  Design for Minimum Risk ......................................................................................... 23 

6.3  Equivalent Safety ..................................................................................................... 24 

6.4  Environmental Compatibility ..................................................................................... 24 

6.5  Human Compatibility ................................................................................................ 24 

6.6  Flight Data Use Capability ........................................................................................ 24 

Page 4: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

6.7  Launcher Services .................................................................................................... 24 

6.7.1  Safe Without Launcher Services ................................................................ 24 

6.7.2  Critical Launcher Services .......................................................................... 25 

7 Control of Safety Critical Functions .................................................................... 26 

7.1  “Must Work” Functions ............................................................................................. 26 

7.1.1  Functions Resulting in Critical Hazards ...................................................... 26 

7.1.2  Functions Resulting in Catastrophic Hazards ............................................. 26 

7.1.3  Crewed Manual Flight Control Functions ................................................... 26 

7.1.4  Crewed Autonomous Operation ................................................................. 26 

7.1.5  Control and Monitoring Capabilities ............................................................ 27 

7.2  “Must Not Work” Functions ....................................................................................... 27 

7.2.1  Functions Resulting in Critical Hazards ...................................................... 27 

7.2.2  Functions Resulting in Catastrophic Hazards ............................................. 27 

7.2.3  Monitors ...................................................................................................... 27 

7.3  Failure Propagation .................................................................................................. 28 

7.3.1  Isolate and Recover .................................................................................... 28 

7.3.2  Inhibits and Barriers .................................................................................... 29 

7.3.3  Independent Inhibits ................................................................................... 29 

7.4  Redundancy Separation ........................................................................................... 29 

8 Specific Catastrophic Hazard Functions: Explosive and Pyrotechnics .......... 30 

8.1  General ..................................................................................................................... 30 

8.2  Initiators .................................................................................................................... 30 

8.3  Explosive / Pyrotechnic Operated Devices .............................................................. 30 

8.3.1  Explosive / Pyrotechnic Power Supply ....................................................... 30 

8.3.2  Debris Protection ........................................................................................ 30 

8.3.1  Must Function Safety Critical Devices ........................................................ 31 

8.3.2  Electrical Connection .................................................................................. 31 

8.3.3  Traceability ................................................................................................. 31 

8.3.4  Shielding & Grounding ................................................................................ 31 

8.3.5  Use of Safe and Arm (S&A) Devices .......................................................... 32 

9 Specific Catastrophic Hazard Functions: Propulsion systems ........................ 33 

9.1  Premature / Inadvertent Firing .................................................................................. 33 

9.2  Flow Control Valve ................................................................................................... 33 

9.3  Bipropellant Separation ............................................................................................ 33 

9.4  Hazardous Impingement and Venting ...................................................................... 33 

9.5  Safe Distance Criteria .............................................................................................. 34 

Page 5: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

9.6  Isolation Valve .......................................................................................................... 34 

9.6.1  Pyrotechnic Valves ..................................................................................... 34 

9.7  Electrical Inhibits ...................................................................................................... 34 

9.7.1  Monitoring Electrical Inhibits ....................................................................... 34 

9.8  Adiabatic / Rapid Compression Detonation .............................................................. 35 

9.9  Propellant Freezing .................................................................................................. 35 

9.10  Propellant Overheating – Ignition Compatibility Limits ............................................. 35 

9.11  Thruster Ignition Upstream of Combustion Chamber ............................................... 36 

9.12  Propulsion System Leakage ..................................................................................... 36 

9.13  Propulsion System Instrumentation .......................................................................... 36 

9.14  Leak Detection ......................................................................................................... 36 

9.15  Failed Closed Flow Path .......................................................................................... 37 

9.16  Pressure Relief ......................................................................................................... 37 

9.17  Hazardous Impingement and Venting ...................................................................... 37 

9.18  Inadvertent Deployment, Separation and Jettison Functions ................................... 37 

9.19  Planned Deployment / Extension Functions ............................................................. 37 

9.19.1  Cannot Withstand Subsequent Loads ........................................................ 37 

9.19.2  Fluid Released from Pressurized System Inside a Closed Volume ........... 38 

10 Specific Catastrophic Hazard Functions: On-Orbit Rendezvous and docking .................................................................................................................. 39 

10.1  Safe Trajectories ...................................................................................................... 39 

10.2  Use of Dedicated Rendezvous Sensors ................................................................... 39 

10.3  Collision Avoidance Maneuver ................................................................................. 39 

11 Hazardous Commands ........................................................................................ 41 

11.1  General ..................................................................................................................... 41 

11.2  Command Fault Tolerance Approach ...................................................................... 41 

11.2.1  Catastrophic Hazard ................................................................................... 41 

11.2.2  Critical Hazard ............................................................................................ 41 

11.3  Pre-requisite Checks ................................................................................................ 41 

11.4  Rejection of Commands ........................................................................................... 42 

11.4.1  Out of Sequence Commands ..................................................................... 42 

11.5  Integrity Checks ........................................................................................................ 42 

11.6  Independent Commanding Method .......................................................................... 42 

11.7  Shutdown Independent Operator Action .................................................................. 42 

11.8  Removal of Software Controlled Inhibits .................................................................. 42 

11.9  Unique Command for Inhibit Removal ..................................................................... 42 

Page 6: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

11.10 Failure Recovery and Overrides ............................................................................... 42 

12 Hazard Detection, Annunciation and Safing .................................................... 43 

12.1  General ..................................................................................................................... 43 

12.2  Safety Critical Systems and Sub-systems ................................................................ 43 

12.3  Emergency, Caution and Warning ........................................................................... 43 

12.4  Emergency Response .............................................................................................. 44 

12.1  Rapid Safing ............................................................................................................. 44 

12.2  Crew Egress ............................................................................................................. 44 

12.3  Unassisted Crew Emergency Egress ....................................................................... 44 

13 Abort, Escape, Neutralisation and Safe Haven ....................................... 45 

13.1  Design for Safe Abort ............................................................................................... 45 

13.2  Abort Capability ........................................................................................................ 45 

13.3  Automatic Abort Initiation ......................................................................................... 45 

13.4  Abort Sequencing ..................................................................................................... 45 

13.5  Neutralisation ........................................................................................................... 45 

13.5.1  Controlled Neutralisation ............................................................................ 46 

13.5.2  Instantaneous Automatic Neutralisation ..................................................... 46 

13.5.3  Delayed Automatic Neutralisation .............................................................. 46 

13.5.4  Inhibition of On-board Receiver Equipment ................................................ 46 

13.5.5  Timing for Neutralisation ............................................................................. 46 

13.6  Safe-Haven .............................................................................................................. 46 

13.7  Crewed Overriding Automation / Control .................................................................. 46 

14 Crew Survival Capabilities ................................................................................. 47 

14.1  Survival Capabilities ................................................................................................. 47 

14.2  Dissimilar Redundant System Capabilities ............................................................... 47 

14.3  Crashworthiness Capabilities ................................................................................... 47 

15 Fire Protection ..................................................................................................... 48 

15.1  General ..................................................................................................................... 48 

15.2  Fire Suppressant ...................................................................................................... 48 

15.3  Fire Detection and Annunciation .............................................................................. 48 

16 Computer System Fault Tolerance .................................................................... 49 

16.1  General ..................................................................................................................... 49 

16.2  Safe State ................................................................................................................. 49 

16.3  Critical Software Behavior ........................................................................................ 49 

16.4  Off-nominal Power Condition ................................................................................... 49 

Page 7: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

16.5  Inadvertent Memory Modification ............................................................................. 50 

16.6  Discriminating valid vs. Invalid Inputs ....................................................................... 50 

16.7  On-orbit Response to Loss of Function .................................................................... 50 

16.8  Separate Control Path .............................................................................................. 50 

16.9  Monitoring ................................................................................................................. 50 

17 Crew Vehicle Safety Design: Structures .................................................. 51 

17.1  Structural Design ...................................................................................................... 51 

17.2  Windows Structural Design ...................................................................................... 51 

17.3  Design Allowables .................................................................................................... 51 

17.4  Stress Corrosion ....................................................................................................... 52 

17.5  Pressure Systems .................................................................................................... 52 

17.5.1  Pressure Vessels ........................................................................................ 52 

17.5.2  Dewars ....................................................................................................... 53 

17.5.3  Pressurized Lines, Fittings and Components ............................................. 53 

17.6  Pressure Hull ............................................................................................................ 54 

17.7  Depressurisation and Repressurisation ................................................................... 54 

17.7.1  Pressure Differential Tolerance .................................................................. 54 

17.7.2  Operation during Pressure Changes .......................................................... 54 

17.7.3  Flow Induced Vibration ............................................................................... 54 

17.8  Sealed Compartments .............................................................................................. 55 

18 Crew Vehicle Safety Design: Materials, Processes and Mechanical Parts ....................................................................................................................... 56 

18.1  General ..................................................................................................................... 56 

18.2  Hazardous Materials ................................................................................................ 56 

18.3  Fluid Systems ........................................................................................................... 56 

18.4  Chemical / Biological Contamination ........................................................................ 57 

18.5  Flammable Materials in Habitable Volume ............................................................... 57 

18.6  Flammable Materials outside Habitable Volume ...................................................... 57 

18.7  Material Out-gassing ................................................................................................ 57 

18.8  Material Off-gassing in Habitable Volumes .............................................................. 58 

18.9  Electrochemical Compatibility .................................................................................. 58 

18.10 Stress Corrosion ....................................................................................................... 58 

18.11 Allowable Stress ....................................................................................................... 59 

18.12 Fracture Sensitive Materials ..................................................................................... 59 

19 Crew Vehicle Safety Design: Electrical Systems .................................... 60 

19.1  General ..................................................................................................................... 60 

Page 8: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

19.2  Electrical Hazards .................................................................................................... 60 

19.3  Electrical Systems .................................................................................................... 61 

19.4  Electromagnetic Compatibility .................................................................................. 61 

19.5  Lighting Protection .................................................................................................... 61 

19.6  Radio Frequency Transmitters ................................................................................. 61 

19.7  Batteries ................................................................................................................... 61 

20 Crew Vehicle Safety Design: Mechanisms .............................................. 62 

20.1  General ..................................................................................................................... 62 

21 Crew Vehicle Safety Design: Radiation ................................................... 63 

21.1  Ionizing Radiation ..................................................................................................... 63 

21.1  Non-Ionizing Radiation ............................................................................................. 63 

21.1.1  Natural Radiation Protection ....................................................................... 63 

21.2  Use of On-board Mass ............................................................................................. 63 

21.1  Windows Transmissivity ........................................................................................... 64 

21.2  Emissions and Susceptibility .................................................................................... 64 

21.3  Optical Requirements ............................................................................................... 64 

22 Crew Vehicle Safety Design: Environmental Control and Habitability ............................................................................................................ 65 

22.1  General ..................................................................................................................... 65 

22.2  Life Support System ................................................................................................. 65 

22.3  Payload / Cargo Leakage ......................................................................................... 65 

22.4  Contamination Control .............................................................................................. 65 

22.5  Toxicity ..................................................................................................................... 66 

22.6  Acoustic Noise .......................................................................................................... 66 

22.7  Vibrations ................................................................................................................. 66 

22.8  Mechanical Hazards ................................................................................................. 66 

22.9  Thermal Hazards ...................................................................................................... 66 

22.10 Illumination ............................................................................................................... 67 

22.11 Hatches .................................................................................................................... 67 

22.12 Access to Moving Parts ............................................................................................ 67 

22.13 Communications ....................................................................................................... 67 

Applicable and Reference Documents (normative) .............................................. 68 

Applicable Documents ....................................................................................................... 68 

Reference Documents ....................................................................................................... 69 

Page 9: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

 

Page 10: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

10 

1 Scope and Applicability

 

This document establishes the requirements applicable to the development and 

operations of human‐rated space systems for ESA human spaceflight missions. 

 

These  requirements  are  intended  to protect  the public,  the ground  and  flight 

personnel,  the  space  system,  any  interfacing  system,  public  and  private 

property and  the environment  from hazards associated with  flight operations, 

and with  ground  operations with  fight  personnel  on‐board  the  system  (e.g. 

launch pad operations).    

 

These  requirements  are  applicable  to  the  crewed  space  vehicle  and  to  the 

integrated system  (i.e.: crewed vehicle on  its  launcher, and  relevant  interfaces 

with control centres,  launch pad, recovery system, etc.)  for all phases of  flight 

including docking to space station. The applicability of these requirements and 

their  apportionment  to  space  system  functions,  elements,  and  external 

interfaces, will be determined by the safety analysis. 

 

 

   

   

   

   

 

Page 11: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

11 

2 Terms, definitions and abbreviated terms

2.1 Terms specific to the present standard

Abort

A  specific  action  or  sequence  of  actions  initiated  by  an  on‐board  automated 

function, by crew, or by ground control that terminates a flight process. 

Adiabatic Compression Detonation

An  observed  phenomenon  whereby  the  heat  obtained  by  compressing  the 

vapours  from  fluids  (e.g.,  hydrazine)  is  sufficient  to  initiate  a  self‐sustaining 

explosive decomposition.   This compression may arise  from advancing  liquid 

columns in sealed spacecraft systems.   

Catastrophic Event  

Loss  of  life,  life  threatening  or  permanently  disabling  injury  or  occupational 

illness, loss of system, loss of an interfacing crewed flight system, loss of launch 

site facilities. Severe detrimental environmental effects. 

Computer System

A computer system is the composite of hardware and software components. 

Crashworthiness 

The  ability  of  a  crewed  vehicle  and  its  internal  systems  and  components  to 

protect flight personnel from injury in the event of a crash.  

Credible

A condition that can occur and is reasonably likely to occur. For the purposes of 

this document,  failures of  structure  (i.e.  rupture or  leakage), pressure vessels, 

and pressurized  lines and  fittings are not considered credible  failure modes  if 

those elements comply with the applicable requirements of this document, with 

the exception of leakage of seals or items designed ‘non‐hazardous Leak Before 

Burst (LBB) where leakage is considered credible.’ 

Crew

Any  flight personnel on board  the space system engaged  in  flying  the system 

and/or managing resources on board. 

Page 12: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

12 

Critical Event

Temporarily  disabling  but  not  life  threatening  injury;  occupational  illness. 

Major damage to interfacing flight system(s); Major damage to ground facilities, 

public or private property.   Major detrimental  environmental  effects. Also an 

event that leads to the need to use a contingency procedure. 

Electromagnetic Interference (EMI)

Any conducted or radiated electromagnetic energy that interrupts, obstructs, or 

otherwise degrades or limits the effective performance of electronic or electrical 

equipment. 

Emergency (Flight Personnel)

Any condition which can result  in  flight personnel  injury or  threat  to  life and 

requires immediate corrective action, including predetermined flight personnel 

response.   

Factor of Safety

The factor by which the limit load is multiplied to obtain the ultimate load.  The 

limit  load  is  the maximum anticipated  load or combination of  loads, which a 

structure may  be  expected  to  experience.    Ultimate  load  is  the  load  that  a 

structure must be able to withstand without failure.  

Fail Safe

Design property of a system (or part of it), which prevents its failures from 

resulting in critical or catastrophic consequences. 

Failure

The inability of a system, subsystem component or part to perform its required 

function under specified conditions for a specified duration.     

Failure Tolerance

The number of failures which can occur in a system or subsystem without the 

occurrence of a hazard.   Single  failure  tolerance would require a minimum of 

two  failures  for  the  hazard  to  occur.   Two‐failure  tolerance would  require  a 

minimum of three failures for a hazard to occur.

Fault

A fault is defined as an undesired system state. 

Final Separation

Final  separation  is  achieved when  the  last  physical  connection  between  the 

crewed  vehicle  and  its  launcher  is  severed  and  the  crewed  vehicle  becomes 

autonomous.

Page 13: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

13 

Fire Event

Localized or propagating combustion, pyrolysis, smouldering or other thermal 

degradation  processes,  characterized  by  the  potentially  hazardous  release  of 

energy, particulates, or gasses. 

Ground Control Personnel

With  respect  to  in  flight  monitoring,  the  term  includes  any  personnel 

supporting the flight from a console in a flight control centre or other support 

area.   

Habitable Volume

A habitable volume is defined as the volume in the on‐orbit space system, 

which is capable of supporting intra‐vehicular activity.

Hazard

The presence of a potential risk situation caused by an unsafe act or condition.  

A  condition  or  changing  set  of  circumstances  that  presents  a  potential  for 

adverse or harmful consequences; or the inherent characteristics of an activity, 

condition,  or  circumstance  which  can  produce  adverse  or  harmful 

consequences.   

Hazard Controls

Design or operational features used to reduce the likelihood of occurrence of a 

hazardous effect.   

Hazardous Command

A command that can create an unsafe or hazardous condition which potentially 

endangers the crew or the system. It is a command whose execution can lead to 

an identified hazard or a command whose execution can lead to a reduction in 

the  control of  a hazard  such  as  the  removal  of  a  required  safety  inhibit  to  a 

hazardous function.   

Hazard Detection

An alarm system used  to alert  the crew  to an actual or  impending hazardous 

situation for which the crew is required to take corrective or protective action.

Hazardous Function

Operational  functions  (e.g.:  motor  firings,  appendage  deployments,  active 

thermal control) whose loss or inadvertent execution may result in a hazard.  

Human Performance

The physical and mental activity required of the crew and other participants to 

accomplish  mission  goals.  This  includes  the  interaction  with  equipment, 

computers, procedures, training material, the environment and other humans.  

Page 14: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

14 

Human Rated Space System

A human‐rated space system accommodates human needs, effectively utilizes 

human capabilities, controls hazards with sufficient certainty to be considered 

safe for human operations, and provides, to the maximum extent practical, the 

capability to safely recover the crew from hazardous situations. 

Interfacing System

A system or element that during the mission is continuously or temporarily 

connected to or interacts with the crewed vehicle (i.e.: launcher, ISS, launch 

pad).  

Note: When the crew enters a vehicle for a launch attempt, the vehicle 

is physically  connected  to  the  launch pad. The  entire  launch pad  is 

not considered part of the crewed system, but the specific launch pad 

systems  that  physically  realize  the  connection  or  that  functionally 

interact with the crewed vehicle are considered an interfacing system 

in accordance with the above definition.     

Independent Inhibit

Two  or more  inhibits  are  independent  if  no  single  credible  failure,  event  or 

environmental cause can eliminate more than one inhibit.

Inhibit

A  design  feature  that  provides  a  physical  interruption  between  an  energy 

source  and  a  function  (e.g.:  a  relay  or  transistor  between  a  battery  and  a 

pyrotechnic  initiator,  a  latch valve between  a propellant  tank  and  a  thruster, 

etc).  

Inhibit Command 

A device or function that operates an inhibit is referred to as a command for an 

inhibit  and  does  not  satisfy  inhibit  requirements.  The  electrical  devices  that 

operate  the  flow  control devices  in a  liquid propellant propulsion  system are 

exceptions in that they are referred to as electrical inhibits.  

Integrated Space System

The collection of all space‐based and ground‐based systems used to conduct a 

space mission (e.g. crewed vehicle, space‐based communication and navigation 

systems, launch systems, and mission/launch control). 

Interlock

A design feature that ensures that any conditions perquisite for a given function 

or event are met before the function or event can proceed. 

 

Page 15: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

15 

Meteoroid Orbital Debris Critical Item

An item is deemed to be M/OD critical when effects resulting from a meteoroid 

or  orbital  debris  penetration will  endanger  the  flight  personnel  or  the  space 

system survivability.   

Mishap / Incident

An unplanned event which results in personnel fatality or injury; damage to or 

loss of the system, environment, public property or private property; or could 

result  in an unsafe situation or operational mode. A mishap  refers  to a major 

event, whereas  an  incident  is  a minor  event  or  episode  that  could  lead  to  a 

mishap.

Monitor

Device use to ascertain the safety status of the space system functions, devices, 

inhibits, and/or parameters.   

Must-Work Function

Operational functions whose loss may result in a hazard.  

Must-Not-Work Function

Operational functions whose inadvertent execution may result in a hazard.  

Near Real Time Monitoring

Near‐real‐time  monitoring  (NRTM)  is  defined  as  notification  of  changes  in 

inhibit or safety status on a periodic basis. 

Off-gassing

The  emanation  of  volatile matter  of  any  kind  from materials  into  habitable 

areas.   

Operator Error

Any  inadvertent space system action by either flight or ground personnel that 

could eliminate, disable, or defeat an inhibit, redundant system, or other design 

features  that  is provided  to  control a hazard.   The  intent  is not  to  include all 

possible actions by a crew person  that could result  in an  inappropriate action 

but  rather  to  limit  the  scope of error  to  those actions which were  inadvertent 

errors such as an out‐of‐sequence step in a procedure or a wrong keystroke or 

an inadvertent switch throw. 

Positive Indication of Status

Direct  measurement  of  the  primary  function  at  the  output  level  of  the 

mechanism. 

 

Page 16: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

16 

Pressure Vessel

A container designed primarily for pressurized storage of gases or liquids and:  

(1)  contains  stored  energy  of  19.30  kJ  (i.e.:  14,240  foot‐pounds)  (0.0045  kg 

trinitrotoluene  (TNT) equivalent) or greater based on adiabatic expansion of a 

perfect gas; or  (2) will experience a design  limit pressure greater  than 6894.75 

hPa (i.e.: 100 psia); or (3) contains a fluid in excess of 1034.21 hPa (i.e.: 15 psia) 

which will create a hazard if released. 

Real Time Monitoring

Real‐time monitoring  (RTM)  is defined as  immediate notification  to  the crew. 

RTM shall be accomplished via the use of the space system failure detection and 

annunciation system.  

Risk

Exposure  to  the  chance  of  injury  or  loss.  Risk  is  a  function  of  the  possible 

frequency of occurrence of an undesirable event, of the potential severity of the 

resulting consequences, and of the uncertainties associated with the  frequency 

and severity. 

Safe

A general term denoting an acceptable level of risk, relative freedom from, and 

low probability of:  personal injury; fatality; damage to property; or loss of the 

function of critical equipment.   

Safe Haven

A  functional association of capabilities and environments  that  is  initiated and 

activated  in  the  event  of  a  potentially  life‐threatening  anomaly  and  allows 

human survival until rescue, the event ends, or repair can be affected.   

Safety Analysis

The technique used to systematically identify, evaluate, and resolve hazards. 

Safety Critical (System)

Containing an element of risk.  Necessary to prevent a hazard. 

Safing

An  action  or  sequence  of  actions  necessary  to  place  systems,  subsystems  or 

component parts into predetermined safe conditions.  

Sealed Container

A housing or enclosure designed  to  retain  its  internal atmosphere and which 

does not meet the pressure vessel definition (e.g., an electronics housing).   

 

Page 17: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

17 

Single Barrier Failure

A  leak  through a barrier within a component  that permits  the  fluid  to contact 

the materials  directly  behind  the  barrier.  Single  barriers  include mechanical 

joints,  e.g.,  B‐nuts;  O‐rings,  gaskets,  and  bladders;  and  metallic  and  non‐

metallic diaphragms. Structural parts, such as pressure lines and tanks, welded 

or brazed  joints, and  redundant  seals  in  series  that have been pressure‐tested 

individually before use are not considered to be single barriers. 

Spaceport

A base from which spacecraft are launched.

Space Flight Participant

Any human on board the space system while in flight that has no responsibility 

to  perform  any mission  task  for  the  system,  it  is  also  referred  to  as  space 

passenger.   

Space System Element

A subset of a space system (e.g., crewed vehicle, launcher). 

Space System Organization

The ESA project organization which develops and/or operates the space system.

Structure

Any assemblage of materials which is intended to sustain mechanical loads.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 18: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

18 

2.2 Abbreviated terms For the purpose of this Standard, the abbreviated terms from ECSS‐S‐ST‐00‐01 and 

the following apply: 

 

Abbreviation  Meaning 

ACGIH 

AE 

ALARA 

AI 

AIAA  

ANSI 

COPV 

CS 

ECSS 

EMI  

GSE 

GPS 

ICD 

KOS 

LBB 

LRSA 

MEOP 

MDP 

NDE 

PTFE 

RF 

RS 

RTM 

SMAC 

SCC 

SCP 

SRP 

SSO 

S&A 

TLV 

American Conference of Governmental Industrial Hygienists  

Approach Ellipsoid 

 

As low as reasonably achievable 

Approach Initiation 

American Institute of Aeronautics and Astronautics 

 

American National Standards Institute 

Composite Overwrapped Pressure Vessels 

 

Computer System 

European Cooperation for Space Standardisation 

 

Electromagnetic Interference 

Ground support equipment 

Geographic Positioning System 

Interface Control Document 

Keep‐out sphere 

 

Leak‐before‐burst  

Launch Range Safety Authority 

Maximum expected operating pressure 

Maximum design pressure 

Non‐destructive evaluation 

Polytetrafluoroethylene  

 

Radio frequency 

Range Safety 

 

Real‐Time Monitoring 

Spacecraft maximum allowable concentrations 

Stress corrosion cracking 

 

Separate Control Path 

Safety Review Panel 

 

Space System Organization 

 

Safe and Arm 

 

Threshold Limit Values

   

Page 19: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

19 

3 Responsibilities

3.1 Space System Organization

It is the responsibility of the space system organization to assure the safety of the system 

and  to  implement  the  requirements  of  this document.  It  is  responsibility  of  the  Space 

System Organization (SSO) to interface with ESA Independent Safety Office and with the 

Launch Range Safety Authority (LRSA) to achieve the required flight certification of the 

integrated system.  

3.2 Launcher Operator  

Hazards to the public on ground, to the ground personnel, to public and private property 

and to the environment, resulting from launcher system unique operations (e.g.: staging) 

or malfunction shall be precluded  in compliance with  the applicable  regulations of  the 

launch safety authority.  

 

It is the responsibility of the Launcher Operator, in support to and in coordination with 

the Space System Organization, to interface with the Launch Range Safety Authority for 

the specific safety certification aspects related to the launcher safety. 

3.3 Safety Review Panel & Launch Range Safety

 

The ESA Safety Review Panel (SRP) and the Launch Range Safety Authority (LRSA) have 

the  joint responsibility for conducting the space system assessment for compliance with 

the requirements in this document.  

 

The detailed interpretations of these requirements will be determined jointly by the SRP 

and LRSA, on a case‐by‐case basis consistent with  the space system actual architecture 

and hazard potential. 

 

Page 20: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

20 

4 Implementation and Certification

This  document  identifies  the  safety  policy  and  requirements  which  are  to  be 

implemented  by  the  Space  System Organization  (SSO).  The  implementation  of  safety 

requirements by the SSO will be assessed  jointly by the ESA Safety Review Panel (SRP) 

and by the Launch Range Safety Authority (LRSA) during the safety review process and 

must be consistent with  the hazard potential. The  following supplementary documents 

are intended to assist the SSO in complying with the requirements of this document. This 

document will be complemented with the following two documents to be issued. 

4.1 Design Implementation Requirements The  document  listing  and  tracking  all  those  (additional)  system  level  technical 

requirements  and  verification  methods  established  by  project  documents,  to  be 

considered  as  integral  part  of  the  safety  requirements  baseline  (e.g.,  safety‐critical 

software  requirements), are  to be developed and approved by  safety  review authority. 

This document will also  include (as deemed necessary) a collection of interpretations of 

safety technical requirements. 

4.2 Certification Process Requirements  

The  document  describing  certification  process  will  be  issued  to  assist  the  SSO  in 

achieving  the safety certification by defining  the overall safety certification process and 

the required safety review meetings, analyses, verification methods, and data submittals.   

 

Page 21: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

21 

5 Mission Safety Risk

5.1 Orbital Flights

5.1.1 Crew Safety Risk  

The probability of loss of crew due to a catastrophic event during 

the entire mission shall not exceed 3101 .   

5.1.2 Flight Rules

Flight  rules  shall  be  prepared  for  each mission  that  outline  pre‐

planned decisions designed  to minimize  the  amount of  real‐time 

decision making required when anomalous situations occur.  

 

Note: These flight rules are not additional safety requirements, 

but do define actions for the execution of the flight consistent 

with crew safety. 

5.1.3 Survivability to Micrometeoroids and Debris Risk

The  probability  that  the  exposure  to  meteoroid  and  debris 

environment will not  lead  to penetration of or  spall detachment, 

from Micrometeorite and Orbital Debris (MMOD), shall be higher 

than 0.9946 over the mission. 

5.2 Sub-orbital Flights

5.2.1 Crew Safety Risk  

The probability of a  catastrophic  event during  the  entire mission 

shall not exceed  4101 . 

 

Page 22: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

22 

5.3 Public Safety Risk   The probability of a catastrophic event in relation to  launch and return operations shall 

not exceed:  

    a) launch       5102 / mission 

    b) return       4101 / returning element 

 

 

 

Page 23: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

23 

6 System Safety Requirements: General

6.1 Design to Tolerate Failures

a) Failure  tolerance  is  the  basic  safety  requirement  that  shall  be used  to  control most 

space system hazards. 

b) The space system shall be designed to tolerate a minimum number of credible failures 

and/or operator errors determined by  the hazard  level  (i.e.:  catastrophic or  critical). 

This  criterion  applies  in  particular when  the  loss  of  a  function  or  the  inadvertent 

occurrence  of  a  function  results  in  a  hazardous  event.  The  use  of  emergency 

equipment  and  systems  should  not  be  considered  part  of  the  failure  tolerance 

capability.  

6.1.1 Critical Hazards  

Critical hazards  shall be  controlled  such  that no  single  failure or 

operator error can result in a critical event. 

 

Note:  Failure  of  de‐orbiting  an  unmanned  cargo  spacecraft 

(used  for  servicing  an  on‐orbit  crewed  vehicle)  is  also 

considered  a  critical  hazard,  provided  the  applicable 

quantitative safety risk requirements for re‐entry are met.

6.1.2 Catastrophic Hazards

 

Catastrophic hazards shall be controlled such that no combination 

of two failures or operator errors can result in a catastrophic event.

6.2 Design for Minimum Risk

Space system hazards which are controlled by compliance with specific requirements of 

this document other than failure tolerance are called ʺDesign for Minimum Riskʺ areas of 

design.   

 

Note:  Examples  are  structures,  pressure  vessels,  pressurized  line  and  fittings, 

functional  pyrotechnic  devices,  mechanisms  in  critical  applications,  material 

compatibility,  etc.   Hazard  controls  related  to  these areas  are  extremely  critical  and 

warrant careful attention to the details of verification of compliance by the SSO.  

Page 24: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

24 

6.3 Equivalent Safety

“Equivalent  safety”  refers  to  conditions  that  do  not meet  specific  requirements  in  the 

exact manner specified. However, the system design, procedure, or configuration satisfies 

the  intent  of  the  requirement  by  achieving  a  comparable  or  higher  degree  of  safety. 

Criteria are based on:   

 

a) use of alternative methods/controls;  

b) utilization  of  procedures,  protective  devices,  pre‐flight  verification 

activities, and crew experience base;  

c) reduced time of exposure;  

d) likelihood/probability of additional failures after loss of first control/inhibit; 

reduction of hazard category, and/or other factors such as minimum of single 

fault tolerance with a robust design.

6.4 Environmental Compatibility

The space system shall be certified safe in the applicable worst case natural and induced 

environments including those defined by the launcher interface control document (ICD). 

6.5 Human Compatibility

a) The space system shall be designed  to effectively utilize human capabilities, control 

hazards and manage safety  risk associated with human spaceflight, and provide,  to 

the  maximum  extent  practical,  the  capability  to  safely  recover  the  crew  from 

hazardous situations.   

b) The space system shall be designed to comply with ECSS‐E‐ST‐10‐11C. 

6.6 Flight Data Use Capability

To  facilitate  anomaly  resolution  and mishap/incident  investigation,  the  space  system 

shall be designed  to provide  the  capability  to  timely  record,  recover and utilize health 

and  status  data  of  safety  critical  systems,  also  in  case  of  loss  of  telemetry  and 

communication with ground. 

6.7 Launcher Services

6.7.1 Safe Without Launcher Services  

The crewed vehicle should be designed to maintain fault tolerance 

or  safety  margins  consistent  with  the  hazard  potential  without 

launcher flight services.

Page 25: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

25 

6.7.2 Critical Launcher Services  

a) When launcher services are to be utilized to control the crewed 

vehicle hazards,  the  integrated  system must meet  the  failure 

tolerance requirements of Chapter 8 and adequate redundancy 

of the launcher services must be negotiated.  

b) The  SSO  shall  identify  in  the  relevant  ICD  those  launcher 

interfaces used to control and/or monitor the hazards.  

c) The crewed vehicle hazards which are controlled by  launcher 

provided  services  shall  require  post‐mate  interface  test 

verification for both controls and monitors.   

Page 26: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

26 

7 Control of Safety Critical Functions

7.1 “Must Work” Functions

7.1.1 Functions Resulting in Critical Hazards    

  a) A  system  function whose  loss  could  result  in a  critical hazard 

must be one fault tolerant, whenever the hazard potential exists. 

    b) No  single  credible  failure or operator  error  shall  cause  loss of 

that function. 

7.1.2 Functions Resulting in Catastrophic Hazards    

a) A  system  function  whose  loss  operation  could  result  in  a 

catastrophic hazard  shall be  two  fault  tolerant, whenever  the 

hazard potential exists.  

b) No  two  credible  failures,  no  two  operator  errors,  or 

combination thereof shall cause loss of that function. 

7.1.3 Crewed Manual Flight Control Functions

The crewed space system shall provide the capability for the crew 

to manually control the flight path and attitude of their spacecraft, 

with  the  following  exception:  during  the  atmospheric  portion  of 

Earth  ascent  when  structural  and  thermal  margins  have  been 

determined to negate the benefits of manual control.   

7.1.4 Crewed Autonomous Operation  

The  crewed  space  system  shall  provide  the  capability  for 

autonomous operation of system and subsystem  functions which, 

if lost, would result in a catastrophic event without depending on 

communication  with  Earth  (e.g.:  mission  control)  to  perform 

functions that are required to keep the crew alive.    

 

 

Page 27: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

27 

7.1.5 Control and Monitoring Capabilities  

The  space  system  shall provide  real‐time monitoring  capabilities 

for the crew and ground operator to monitor, operate and control 

the  crewed  space  system  and  subsystems,  where  necessary  to 

execute  the  mission  (incl.  vehicle  approach  and  collision 

avoidance), prevent a catastrophic event and prevent an abort.  

7.2 “Must Not Work” Functions

7.2.1 Functions Resulting in Critical Hazards  

A  system  function whose  inadvertent operation  could  result  in a 

critical  hazard  shall  be  controlled  by  two  independent  inhibits, 

whenever the hazard potential exists. Requirements for monitoring 

(req. 7.2.3) of these inhibits and for the capability to restore inhibits 

to a safe condition are normally not imposed, but may be imposed 

on a case‐by‐case basis.  

7.2.2 Functions Resulting in Catastrophic Hazards  

A  system  function whose  inadvertent operation  could  result  in a 

catastrophic  hazard  shall  be  controlled  by  a minimum  of  three 

independent inhibits, whenever the hazard potential exists.  

One of these inhibits must preclude operation by a radio frequency 

(RF) command or the RF link must be encrypted.  In addition, the 

ground return for  the function circuit must be  interrupted by one 

of  the  independent  inhibits.  At  least  two  of  the  three  required 

inhibits shall be monitored (req. 7.2.3). 

7.2.3 Monitors  

a) Monitoring  circuits  should  be  designed  such  that  the 

information obtained  is as directly related  to  the status of  the 

monitored device as possible.   

b) Monitoring shall be available to the launch site when necessary 

to assure safe ground operations.   

c) Notification of changes in the status of safety monitoring shall 

be given to the flight crew in either near‐real‐time or real‐time. 

7.2.3.1 Real-Time Monitoring  

Real‐Time Monitoring  (RTM) shall be accomplished via 

the  use  of  the  space  system  failure  detection  and 

annunciation system.  

 

Page 28: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

28 

Note:  Real‐time  monitoring  of  inhibits  to  a 

catastrophic  hazardous  function  is  required  when 

changing the configuration of the applicable system or 

when the provisions Chapter 12 are  implemented for 

flight crew control of the hazard.   

7.2.3.2 Unpowered Bus Exception

Monitoring  and  safing  of  inhibits  for  a  catastrophic 

hazardous  function will not be  required  if  the  function 

power is de‐energized (i.e., an additional fourth inhibit is 

in  place  between  the  power  source  and  the  three 

required  inhibits)  and  the  control  circuits  for  the  three 

required  inhibits  are  disabled  (i.e.,  no  single  failure  in 

the  control  circuitry  will  result  in  the  removal  of  an 

inhibit) until the hazard potential no longer exists. 

7.2.3.3 Use of Timers  

a) When  timers  are  used  to  control  inhibits  to 

hazardous  functions,  a  reliable  physical  feedback 

system shall be in place for the initiation of the timer.  

b) If  credible  failure modes  exist  that  could  allow  the 

timer  to  start prior  to  the  relevant physical  event a 

safing capability shall be provided to the flight crew. 

7.2.3.4 Control of Inhibits  

Control  of  inhibits  for  safety  critical  functions  shall  be 

hardwired. 

  

Note:  One  of  the  independent  inhibits  may  be 

controlled by  a  computer used  as  a  timer provided 

that software meets software control safety of critical 

functions (req. Chapter 11). 

7.3 Failure Propagation

The design  shall preclude propagation of  failures  from  the  space  system or  any  space 

system element to the interfacing systems or elements and vice‐versa. 

7.3.1 Isolate and Recover  

The  space  system  shall  provide  the  capability  to  isolate  and/or 

recover  from  faults  identified  during  system  development  that 

would result in a catastrophic event. 

 

Page 29: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

29 

7.3.2 Inhibits and Barriers  

a) In case of a power  failure  in  the circuits of an  inhibit  it  shall 

enter into a safe state w.r.t. the safety critical function. 

b) In the event of a cancellation of an inhibit function, the system 

where that function was implemented 

7.3.3 Independent Inhibits  

Inhibits opposing a given undesired event  (i.e.: hazardous circuit 

or system enabled or disabled unexpectedly either due to a failure 

or human error) shall be independent and, if possible, of different 

types. They may be mechanical, electrical, software, etc. 

7.4 Redundancy Separation   

a) Redundant  subsystems  or  alternate  functional  paths  shall  be  separated  by  the 

maximum  practical  distance,  or  otherwise  protected,  to  ensure  that  an  unexpected 

event  that  damages  one  is  not  likely  to  prevent  the  others  from  performing  the 

function. 

b) All redundant functions that are required to prevent a catastrophic hazard shall not be routed through a single connector.    

Page 30: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

30 

8 Specific Catastrophic Hazard Functions:

Explosive and Pyrotechnics

8.1 General

 

If premature firing or failure to fire will cause a hazard, the pyrotechnic subsystem and 

devices shall meet the design and test requirements of ECSS‐E‐ST‐33‐11C / MIL‐STD‐1576 

and applicable ground safety launch services requirements. 

8.2 Initiators ECSS‐E‐ST‐33‐11C,  preferred  initiators  for  all  safety  critical  explosive  pyrotechnic 

functions, shall be met on qualification and acceptance  test requirements, or equivalent 

(e.g.: / MIL‐STD‐1576), if other initiators are used. 

8.3 Explosive / Pyrotechnic Operated Devices

8.3.1 Explosive / Pyrotechnic Power Supply

 

The  electric  power  supply  source  of  pyrotechnic devices  circuits 

shall be preferably  a direct  current  source. Otherwise,  it  shall be 

proven  that  the  electric  power  supply  source  complies with  the 

electromagnetic compatibility requirements. 

8.3.2 Debris Protection

 

Pyrotechnic  devices  that  are  to  be  operated  in  proximity  of  an 

interfacing system that do not meet the criteria of this document to 

prevent  inadvertent  operation,  shall  be  designed  to  preclude 

hazards due  to  effects  of  shock, debris,  and hot  gasses  resulting 

from operation. Such devices shall be subjected to a ʺlocked‐shutʺ 

safety demonstration test (i.e.: a test to demonstrate the capability 

of  the devices  to safely withstand  internal pressures generated  in 

operation with the moveable part restrained in its initial position). 

Page 31: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

31 

8.3.1 Must Function Safety Critical Devices

a) Where  failure  to  operate  will  cause  a  catastrophic  hazard, 

explosive  /  pyrotechnic  operated  devices  shall  be  designed, 

controlled,  inspected,  and  certified  to  criteria  equivalent  to 

those  specified  in  ECSS‐E‐ST‐33‐11C  /  NSTS  08060.  If  the 

device is used in a redundant application where the hazard is 

being controlled by the use of multiple independent methods, 

then  in  lieu  of  demonstrating  compliance  with  criteria 

equivalent  to  ECSS‐E‐ST‐33‐11C  /  NSTS  08060,  sufficient 

margin to assure operation must be demonstrated. 

b) When  required,  pyrotechnic  operated  devices  shall 

demonstrate  performance  margin  using  a  single  charge  or 

cartridge  loaded  with  85  %  (by  weight)  of  the  minimum 

allowable charge or other equivalent margin demonstrations. 

c) For  pyrotechnic  circuits  involving  a  potentially  catastrophic 

hazard,  the  inhibit  close  to  the  source  of  hazard  shall 

mandatory be a mechanical  inhibit  capable of preventing  the 

unintentional ignition of the system. 

8.3.2 Electrical Connection

a) Pyrotechnic  devices which  if  prematurely  fired may  cause  a 

hazard  shall  be  designed  such  that  these  devices  can  be 

electrically  connected  to  the  launcher    after  all  electrical 

interface verification tests have been completed.   

b) Ordnance circuitry shall be verified safe prior to connection of 

pyrotechnic devices. 

8.3.3 Traceability The  SSO  shall  maintain  a  list  of  all  safety  critical  pyrotechnic 

initiators installed or to be installed on the space system, giving the 

function to be performed, the part number, the lot number, and the 

serial number. 

8.3.4 Shielding & Grounding

The  components  of  a  pyrotechnic  chain,  initiator,  safe  and  arm 

device,  transmission  and  distribution  components,  functional 

devices  (destruction  bars,  cutting  charges,  separation  thruster, 

valves, pistons, etc.) shall be designed so that external conductive 

parts (metallic or non‐metallic) and shielding can be equipotential 

and grounded to the crewed vehicle. 

 

 

Page 32: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

32 

8.3.5 Use of Safe and Arm (S&A) Devices  

a) Safe  and Arm  (S&A)  devices  shall  be  designed  and  tested  in accordance with the provisions of ECSS‐E‐33‐11C.   

b) In determining compliance with req. 7.2.3.2, the S&A device in 

the  ʺsafeʺ  position  shall  be  counted  as  one  of  the  required 

inhibits.  

c) S&A  devices  shall  provide  easy  access  for  assembly  and 

connection of initiators, and manual disarming. 

d) S&A  devices  shall  be  capable  of  being  remotely  safed  and 

armed. The shall not be capable of being manually armed, but 

shall be capable of being manually safed. 

e) A remote status indicator shall be provided to show the armed 

or safed condition. 

f) The  S&A  device  shall  also  indicate  its  arm  or  safe  status  by 

visual inspection.  

g) The  ʺarmedʺ  or  ʺsafeʺ  state  is  displayed  by  an  indicator 

physically linked to the disabling device; 

h) The inhibit, once set to one of the states ʺarmedʺ or ʺsafeʺ, shall 

not  leave  that state  in  the absence of a command or under  the 

effect of external  interference  (impacts, vibrations, electrostatic 

phenomenon, etc.). 

 

Page 33: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

33 

9 Specific Catastrophic Hazard Functions:

Propulsion systems

9.1 Premature / Inadvertent Firing    

The  design  of  the  propulsion  system  and  its  operation  shall  preclude  premature  or 

inadvertent thruster firing in accordance with the two failure tolerance requirement. 

 

  Note: The premature/inadvertent firing of a propellant propulsion  in proximity to or 

attached to an interfacing system is a catastrophic hazard.  

9.2 Flow Control Valve

 

a) Each  thruster’s  flow  control  valve  (the  most  downstream  valve  in  the  case  of 

thrusters with  two  or more  series  flow  control  valves)  shall  return  to  the  closed 

position when power is removed (i.e. in the absence of an opening signal). 

b) When a valve is used as a flow control device, the number of inhibits to valve activation 

shall determine the failure tolerance against fluid flow.  

9.3 Bipropellant Separation  

Propulsion  systems using  hypergolic  bipropellants  shall  have  separate pressurant  and 

propellant networks for the fuel and the oxidiser that ensure no contact between the two 

propellants  or  their  vapours  until  they  reach  the  intended  point  of  mixing  (e.g. 

combustion chamber).    

 

Note:  If  it  can  be  proved  that  there  is  no  risk  of  oxidiser  /  fuel  propellant  vapour 

mixing – even for long duration missions – then, other options might be submitted for 

consideration and approval. 

9.4 Hazardous Impingement and Venting  

The propulsion system shall be designed such that:  

a) Thruster plume or products vented from the propulsion system shall not impinge on 

other elements of the vehicle or adjacent vehicles such that a hazard is created or 

their function is degraded.  

Page 34: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

34 

 

b) The products from thruster firing or propulsion system venting shall not contaminate 

surfaces of the vehicle or adjacent vehicles to the extent that functional degradation 

or hazards are created.  

9.5 Safe Distance Criteria  

  The hazard of engine firing close enough to inflict damage to an interfacing system due 

to  heat  flux,  contamination,  and/or  perturbation  of  the  interfacing  system  shall  be 

controlled by establishing a safe distance for the event.   

9.6 Isolation Valve  

c) At  least  one  flow  control  device  shall  isolate  the  propellant  tank(s)  from  the 

remainder of the distribution system. 

d) There  shall  be  an  isolation  valve(s)  below  each propellant  tank  that  isolates  the  tank 

from the remainder of the propellant distribution system. 

e) These  valves  shall  be  closed when  the  propulsion  system  is  inactive  and when  the 

corresponding tank is not in use.    

9.6.1 Pyrotechnic Valves  

Fluid flow or leakage past of a normally closed pyrotechnic valve may 

be  considered  non‐credible  providing  the  following  conditions  are 

met: 

a)  The  valve  has  an  internal  flow  barrier  fabricated  from  a 

continuous unit of non‐welded metal.  

b) The valve integrity is established by rigorous qualification and 

acceptance testing.  

9.7 Electrical Inhibits  

a) If the space system is closer to an interfacing system than the minimum safe distance 

for  engine  firing,  there  shall  be  at  least  three  independent  electrical  inhibits  that 

control the opening of the flow control devices.   

b) The electrical  inhibits shall be arranged such  that  the  failure of one of  the electrical 

inhibits will not open more than one flow control device.   

9.7.1 Monitoring Electrical Inhibits    

a) At least two of the three required independent electrical inhibits 

shall  be monitored  by  the  flight  crew  and/or  ground  personnel 

until  final  separation  of  the  space  system  from  the  interfacing 

system.  

Page 35: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

35 

b) The  position  of  a  mechanical  flow  control  device  shall  be 

monitored  in  lieu  of  its  electrical  inhibit,  provided  the  two 

monitors used to meet the above requirement are independent. 

   

c) Either near real‐time or real‐time monitoring will be required as 

defined in 7.2.3.1. One of the monitors shall be the electrical inhibit 

or mechanical position of the isolation valve.   Monitoring will not 

be  required  if  the  space  system  qualifies  for  the unpowered bus 

exception of req. 7.2.3.2.   

9.8 Adiabatic / Rapid Compression Detonation  

a) The  design  of  the  propulsion  system  and  its  operation  shall  preclude  adiabatic 

detonation in accordance with fault tolerance requirements for catastrophic hazard.  

b) If testing is performed to show propulsion systems insensitivity to adiabatic or rapid 

compression  detonation,  the  test  plans  and  test  results  shall  be  submitted  to  the 

Safety Review Panel as part of the relevant Hazard Report. 

 

    Note(1):  Hydrazine  systems  will  be  considered  sensitive  to  compression 

detonation unless  insensitivity  is verified by  testing on  flight hardware or on a 

high  fidelity  flight  type  system  that  is  constructed  and  cleaned  to  flight 

specifications.   

 

    Note(2):   If the design solution is to fly wet downstream of the isolation valve, the 

hazard  analysis  mush  consider  other  issues  such  as  propellant  freezing  or 

overheating, leakage, single barrier failures, and back pressure relief.  

9.9 Propellant Freezing    

  Design  of  liquid  propulsion  systems  and  their  operation  shall  preclude  propellant  or 

propellant vapour  freezing during active propulsion periods. This  includes  freezing of 

propellant  vapour  that migrates  upstream  of  the  propellant  tank  (e.g.  in  the  case  of 

vapour  migration  after  a  long  period  of  Helium  flow  wherein  temperatures  in  the 

pressurant area drop below the freezing point of the propellant). 

9.10 Propellant Overheating – Ignition Compatibility Limits  

a) Components  in  propellant  systems  that  are  capable  of  heating  the  system  (e.g., 

heaters, valve coils, etc.) shall be two‐failure tolerant to avoid heating the propellant 

above the material/fluid compatibility limits of the system.  

 

b) Material/Fluid compatibility limits shall be based on test data derived from qualified 

test methods or on data furnished by the space system manufacturer and approved 

by the Safety Review Panel. 

 

Note: Raising  the  temperature of  a propellant  above  the  fluid  compatibility 

limit for the materials of the system is a catastrophic hazard. 

Page 36: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

36 

 

 

c) Propellant  temperatures  less  than  the material/fluid compatibility  limit, but greater 

than 110°C must be approved by the Safety Review Panel. The use of inhibits, cutoff 

devices,  and/or  crew  safing  actions may  be  used  to make  the  system  two  failure 

tolerant  to overheating. Monitoring of  inhibits  (req. 7.1.5 and  functions resulting  in 

catastrophic hazards) or of propellant temperature will be required. 

     

Note: Consideration  is  to be given  to materials/fluids  leading  to  lower auto‐ 

decomposition required to propellant ignition. 

9.11 Thruster Ignition Upstream of Combustion Chamber  

a) For  liquid  bipropellant  propulsion  systems,  the  thruster  design  shall  preclude 

propellant ignition upstream of the thruster combustion chamber (e.g. zot).  

b) Thruster materials exposed to propellant and propellant combustion products shall 

not  ignite when  exposed  to  propellant  ignition  (e.g.  ignition  of  Titanium  injector 

when exposed to zot).  

9.12 Propulsion System Leakage  

a) The  propulsion  system  shall  be  two  failure  tolerant  (i.e.:  have  three  barriers)  to 

prevent  external  leakage  between  the  propellant  tank  and  external  ports  (i.e. 

thruster, test port, fill/vent/drain port).  

b) The propulsion system’s pressurant assembly shall be two failure tolerant (i.e.: have 

three barriers) to prevent external leakage between the pressurant tank and external 

ports (i.e. test port, fill/vent/drain port). 

9.13 Propulsion System Instrumentation  

The  space  system  shall  provide  data  related  to  pressure,  temperature,  and  quantity 

gauging of the space system propulsion system tanks, components, and lines to the flight 

crew and ground personnel to ensure system health and safety. 

9.14 Leak Detection  

The propulsion system and the corresponding FDIR system shall detect and isolate 

propellant leakage at a level that: 

 

a)  Ensures the propulsion system and the vehicle remain fully operational after the  

first failure (i.e. leak) and safe after the second failure.   

b) Precludes injury to the crew of the vehicle or adjacent vehicles. 

c) Precludes damage or degradation to adjacent vehicles.  

Page 37: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

37 

9.15 Failed Closed Flow Path  

The  propulsion  system  shall  be  designed  with  parallel  flow  paths  such  that  the 

propulsion  system will not be disabled by  a  failed  closed path or  a  failed  closed path 

combined with a second failure (e.g. a second failed closed path/component or a different 

failure).  

 

Note: Examples  of  a  “failed  closed path”  include:  failed  closed  isolation  valve, 

failed closed flow control valve, failed closed check valve, failed closed regulator, 

blocked filter or blocked propellant management device. 

9.16 Pressure Relief  

The propulsion system shall include pressure relief devices to prevent overpressure.  

9.17 Hazardous Impingement and Venting  

a) Thruster plume, including combustion products and unspent propellant, as well as, 

products vented from the propulsion system shall not impinge on other elements of 

the vehicle or adjacent space systems that could result in a hazard.  

b) The projects from thruster firing or propulsion system venting shall not contaminate 

surfaces of the space system or adjacent/interfacing space system.  

c) A  safe  distance  (from  other  elements  of  the  space  system  or  adjacent/interfacing 

space systems) shall be established  for  thruster  firing or propulsion system venting 

operations. 

9.18 Inadvertent Deployment, Separation and Jettison Functions  

Inadvertent deployment, separation or jettison of a space system element or appendage is 

a catastrophic hazard unless  it  is proven otherwise. The general  inhibit and monitoring 

requirements of 7.5 shall apply. 

9.19 Planned Deployment / Extension Functions

9.19.1 Cannot Withstand Subsequent Loads

 

If  during  planned  operations  an  element  of  a  space  system  is 

deployed, extended, or otherwise unstowed to a condition where it 

cannot withstand subsequent induced loads, there shall be design 

provisions  to safe  the space system with appropriate  redundancy 

to  the  hazard  level.  Safing may  include  deployment,  jettison  or 

provisions  to  change  the  configuration  of  the  space  system  to 

eliminate the hazard.  

Page 38: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

38 

9.19.2 Fluid Released from Pressurized System Inside a Closed Volume  

      Release  of  any  fluid  from  pressurized  systems  shall  not 

compromise the structural integrity of any closed volume in which 

the hardware is contained, such as habitable volumes.    

 

    Pressurized systems  that are  two  fault  tolerant  to  release of  fluid 

through  controlled  release  devices  do  not  require  analysis.  

Systems  which  do  not  meet  the  above  shall  be  reviewed  and 

assessed for safety on a case‐by‐case basis. 

 

 

Page 39: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

39 

10 Specific Catastrophic Hazard Functions:

On-Orbit Rendezvous and docking

10.1 Safe Trajectories  

The  trajectory  of  an  active  space  system during  rendezvous  and proximity  operations 

shall be such that the natural drift including 3 sigma dispersed trajectories ensures that: 

 

a)  prior to the Approach Initiation (AI) burn, the space system shall stays outside the 

Approach Ellipsoid (AE) for a minimum of 24 hours; 

b)  after the AI burn and prior to the space system stopping at the arrival point on V‐

bar inside the AE, the space system shall stays outside the keep‐out sphere (KOS) 

for a minimum of 4 orbits; 

c)  during any retreat out of the Approach Ellipsoid, the space system shall maintains 

a  positive  relative  range  rate  until  it  is  outside  the  Approach  Ellipsoid  and 

thereafter it shall stays outside the Approach Ellipsoid for a minimum of 24 hours. 

10.2 Use of Dedicated Rendezvous Sensors  

Relative navigation during rendezvous shall be based on the use of rendezvous sensors 

for  docking  operations  on  the  active  space  system  (where  relative GPS  data may  be 

corrupted  by  multi‐path  effects  and  /  or  will  not  provide  sufficient  accuracy)  and 

corresponding target pattern on the passive interfacing space system.  

10.3 Collision Avoidance Maneuver  

a) The  active  space  system  shall  implement  collision  avoidance manoeuvre  (CAM) 

function for all proximity flight phases requiring active trajectory control.  

b) CAM function shall be implemented as a separate functional path from the functions 

required for nominal mission operations.  

c) A  collision  avoidance manoeuvre  shall begin by  creating  a positive  relative  range 

rate between the active vehicle and the passive vehicle. 

d) It shall be possible to monitor the operational domain for the proper functioning of 

the CAM function. 

e) The active vehicle shall be able to safely complete a CAM independent of the state of 

the passive target vehicle. 

 

Page 40: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

40 

f) It shall be possible to externally command a CAM throughout proximity operations, 

and  during  contact  operations  up  to  capture.    Intermittent  unavailability  (due  to 

reconfiguration) shall be taken into account in a worst case analysis. 

g) A CAM  shall  be  triggered  automatically upon violation  of  its  flight domain  or  if 

availability is interrupted.   

h) It shall be possible for crew and ground control of either vehicle to manually initiate 

a CAM. 

i) It shall be possible to terminate a CAM‐in‐progress. 

j) It shall be possible to inhibit a CAM (e.g.: after capture). 

k) It shall be possible to detect and monitor a CAM‐in‐progress. 

 

Page 41: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

41 

11 Hazardous Commands

11.1 General

a) All hazardous commands shall be identified from the system safety analysis.  

 

 Note:  Hazardous  commands  are  those  that  can;  1)  remove  an  inhibit  to  a 

hazardous  function  or  2)  activate  an  unpowered  hazardous  system  or  3)  

deactivate an operational function resulting in a catastrophic hazard.  

 

b) Failure modes associated with  space  system  flight and ground operations  including 

hardware,  software,  and  procedures  used  in  commanding  shall  be  considered  in  the 

safety analysis to determine compliance with the requirements Section 6.1 and Chapter 7. 

11.2 Command Fault Tolerance Approach

The computer system (CS) shall be designed such that no combination of two failures, or 

two  operator  actions,  or  one  of  each will  cause  a  catastrophic  hazardous  event,  or  no 

single failure or operator action will cause a critical hazardous event.  

11.2.1 Catastrophic Hazard

Where loss of a capability could result in a catastrophic hazard, the 

computer  system  shall  provide  two  independent  and  unique 

command messages  to  deactivate  any  function  within  a  failure 

tolerant capability. 

11.2.2 Critical Hazard  

Where  loss  of  a  capability  could  result  in  a  critical  hazard,  the 

computer  system  shall  provide  two  independent  and  unique 

command messages to deactivate the capability. 

11.3 Pre-requisite Checks

Pre‐requisite checks for the safe execution of hazardous commands shall be performed by 

computer systems compliant with requirements of Chapter 16. 

Page 42: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

42 

11.4 Rejection of Commands  

The  computer  system  (CS)  shall  reject  hazardous  commands which  do  not meet  pre‐

requisite checks for execution. 

11.4.1 Out of Sequence Commands  

Where execution of commands out of sequence can cause a hazard, 

the  computer  system  (CS)  shall  reject  commands  received out of 

sequence. 

11.5 Integrity Checks  

Integrity  checks  shall  be  performed  when  data  or  commands  are  exchanged  across 

transmission or reception lines and devices. 

11.6 Independent Commanding Method  

Where  software  provides  the  sole  control  for  safety  critical  “must  work”  functions, 

another non‐identical method for commanding the function shall be provided. 

11.7 Shutdown Independent Operator Action  

At  least  one  independent  operator  action  shall  be  required  for  each  operator  initiated 

command message used in the shutdown of a capability or function that could lead to a 

hazard. 

11.8 Removal of Software Controlled Inhibits  

Command messages to change the state of inhibits shall be unique for each inhibit. 

11.9 Unique Command for Inhibit Removal  

A unique command message shall be required to enable the removal of inhibits.  

11.10 Failure Recovery and Overrides  

a) A  separate  and  functionally  independent  parameter  (with  at  least  one  operator 

controllable)  shall  be  checked  before  issuance  or  execution  of  every  hazardous 

command,  which  can  be  initiated  by  a  hard‐coded  failure  recovery  automated 

sequence. 

b) Overrides shall require at least two independent actions by the operator. 

Page 43: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

43 

12 Hazard Detection, Annunciation and Safing

12.1 General  

a) The need for hazard detection, annunciation and safing by the flight crew to control 

time‐critical hazards  shall be minimized  and  implemented only when  an  alternate 

means of reduction or control of hazardous conditions is not available.  

 

b) When  implemented,  these  functions  shall  be  capable  of  being  tested  for  proper 

operations during both ground and  flight phases.   Likewise,  space  system designs 

should  be  such  that  real‐time  monitoring  is  not  required  to maintain  control  of 

hazardous functions.  

 

c) With Safety Review Panel approval, real‐time monitoring and hazard detection and 

safing  may  be  utilized  to  support  control  of  hazardous  functions  provided  that 

adequate  crew  response  time  is  available  and  acceptable  safing  procedures  are 

developed. 

12.2 Safety Critical Systems and Sub-systems

 

The  space  system  shall  provide  the  capability  to  detect  and  annunciate  faults,  with 

sufficient  time  to  mitigate  associated  hazards,  that  affect  safety  critical  systems, 

subsystems, and crew health. 

12.3 Emergency, Caution and Warning  

a) The space system shall incorporate an emergency, caution and warning system.   

b) All  safety  emergencies,  caution  and  warning  parameters  shall  be  redundantly 

monitored and shall cause annunciation.  

c) As a minimum, space system total pressure, fan differential pressure, fire detection, 

oxygen partial pressure and carbon dioxide partial pressure shall be monitored.  

d) The status of all monitored parameters shall be available to the crew prior to in‐flight 

entry into a habitable module.   

e) The  caution  and warning  system  shall  include  test  provisions  to  allow  the  crew 

members to verify proper operation of the system.   

Page 44: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

44 

12.4 Emergency Response  

  The space system shall provide  the capability  for  the crew  to  readily access equipment 

involved  in  the  response  to  emergency  situations  and  the  capability  to  gain  access  to 

equipment needed for follow‐up/recovery operations.  

12.1 Rapid Safing

Safe  aborts  and  contingency  return  shall  include  design  provisions  for  rapid  safing. 

Hazard  controls may  include deployment,  jettison  or design  provisions  to  change  the 

configuration of the space system.    

12.2 Crew Egress

 

a) The space system design shall be compatible with emergency safing and rapid egress. 

b) The crew shall be provided with clearly defined escape routes for emergency egress 

in the event of a hazardous condition.  

c) Where practical, dual escape routes from all activity areas shall be provided. 

d) Equipment  location shall provide  for protection of compartment entry/exit paths  in 

the event of an accident.   

e) Routing of hardlines, cables, or hoses through a tunnel or hatch which could hinder 

crew escape or interfere with hatch operation for emergency egress is not permitted. 

f) Hatches  which  could  impede  crew  escape  shall  remain  open  during  all  crewed 

operations. 

12.3 Unassisted Crew Emergency Egress  

The space system shall provide the capability for unassisted crew emergency egress to a 

safe haven during Earth pre‐launch activities. 

 

 

Page 45: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

45 

13 Abort, Escape, Neutralisation and

Safe Haven

13.1 Design for Safe Abort  

a) The system design and operations shall allow for safe abort,  including as necessary 

flight personnel escape and rescue capabilities, for all flight phases starting with on 

launch pad operations.  

b) The escape system, including any sensor, equipment and circuitry shall comply with 

the requirements 6.1 and 6.2.  

13.2 Abort Capability  

The  space  system  shall provide  abort  capability  from  the  launch pad until Earth‐orbit 

insertion to protect for the following ascent failure scenarios (minimum list): 

a. Complete loss of ascent thrust/propulsion;  

b. Loss of attitude or flight path control.    

13.3 Automatic Abort Initiation  

The  crewed  space  system  shall monitor  the  launch vehicle performance during  ascent 

and automatically initiate an abort when an impending catastrophic failure is detected. 

13.4 Abort Sequencing  

If  a  range  safety  destruct  system  is  incorporated  into  the  launcher  design,  the  space 

system  shall  automatically  initiate  the  Earth  ascent  abort  sequence when  range  safety 

destruct  commands  are  received  on‐board,  with  an  adequate  time  delay  prior  to 

destruction of the launch vehicle to allow a successful abort.  

13.5 Neutralisation  

The launch vehicle shall be equipped with an on‐board intervention system to ensure the 

protection of the population flown over while not penalising the safety of the crew.  

Page 46: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

46 

13.5.1 Controlled Neutralisation

A  radio‐commanded  order  from  the  ground  shall  cause  the 

execution of the neutralisation function. 

13.5.2 Instantaneous Automatic Neutralisation  

a) An  automatic  on‐board  system  shall  be  used  to  trigger  the 

neutralisation  function, when a non‐nominal stage separation 

or a stage rupture occurs.  

b) This function shall also be triggered by an on‐board automated 

device, in the event of drift from the specified conditions. 

13.5.3 Delayed Automatic Neutralisation  

An  on‐board  automatic  system  shall  be  used  to  trigger  the 

neutralisation  function with  a  specified  time  lag  to  neutralise  a 

stage after nominal separation, without generating any risk on the 

upper  stages  and  crewed  vehicle,  and  before  impact  on  the 

ground, and ensuring the dispersal of remaining propellant. 

13.5.4 Inhibition of On-board Receiver Equipment

This  equipment  shall  be  inhibited  when  in  the  course  of  the 

mission the neutralisation function is no longer required. 

13.5.5 Timing for Neutralisation The  time  selected  for neutralisation  shall be determined  to allow 

successful  crew  flight  abort  while  ensuring  the  safety  of  the 

population on ground. 

13.6 Safe-Haven  

Safe‐haven capabilities shall be included in the system design to cope with uncontrollable 

emergency conditions (e.g. fire, depressurisation).   

 

Note: The safe‐haven is meant to sustain flight personnel life until escape or rescue 

can be accomplished. 

13.7 Crewed Overriding Automation / Control

 

The crewed space system shall provide the capability for the crew to manually override 

higher  level  software  control/automation  (such  as  automated  abort  initiation, 

configuration  change,  and mode  change) when  the  transition  to manual  control of  the 

system will not cause a catastrophic event.

Page 47: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

47 

14 Crew Survival Capabilities

14.1 Survival Capabilities  

Contingencies  scenarios  shall  be  considered  to  address  relevant  crew  survival 

capabilities. These  should  include  system  failures  and  emergencies  not  limited  to  fire, 

collision,  toxic  atmosphere, decreasing  atmospheric pressure  and medical  emergencies 

among others. 

14.2 Dissimilar Redundant System Capabilities  

Contingencies  scenarios  shall  be  considered  to  provide  possible  dissimilar  redundant 

system capabilities. 

14.3 Crashworthiness Capabilities  

a) The crewed vehicle design shall protect occupants from disabling injury in the event 

of a crash landing.  

b) the crewed vehicle design shall be compatible with worst case impact velocities and 

trajectories taking into consideration nominal and contingency mission scenarios. 

c) Impact  on  all  credible  surfaces  and  terrain  inclination,  considering  nominal  and 

contingency mission shall be considered in the design of the crewed vehicle. 

 

Note: Crash injury can arises from three distinct sources: a) excessive acceleration 

forces; b) direct trauma from contact with injurious surfaces, and; c) exposure to 

environmental  factors  such  as  fire,  smoke,  water,  and  chemicals  resulting  in 

burns, drowning or asphyxiation.  

 

d) Effective  crashworthiness design  shall    consider  all  possible  sources  of  injury  and 

eliminate or mitigate as many as practical. This involves considerations of;  

 

1) prevention of structure intrusion into occupied spaces, following collapse; 

2) adequacy of seats and restraint systems,  

3) adequacy of energy attenuation features,  

4) elimination of injurious objects in the habitable environment, and  

5) post‐crash scenarios risk assessment and mitigation.  

 

Page 48: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

48 

15 Fire Protection

15.1 General  

Contingencies  scenarios  shall  be  considered  to  address  relevant  crew  survival 

capabilities. These  should  include  system  failures  and  emergencies  not  limited  to  fire, 

collision,  toxic  atmosphere, decreasing  atmospheric pressure  and medical  emergencies 

among others. 

 

a) A  fire protection  system  comprised of  fire detection, warning,  and  suppression 

devices shall be provided in the space system.  

b) The  fire protection  system  shall encompass both hardware and  flight personnel 

procedures for adequate control of the fire hazard within the habitable volume. 

c) The  fire protection  system  shall  incorporate  test  and  checkout  capabilities  such 

that  the  operational  readiness  of  the  entire  system  can  be  verified  by  the  crew 

members.  

d) The fire protection system shall have redundant electrical power sources and shall 

incorporate  redundant  detection  and  warning  capability  and  redundant 

activation of suppressant devices.  

15.2 Fire Suppressant

a) Fire suppressant shall be compatible with space system life support hardware.  

b) The  fire suppressant shall not exceed 1 hour SMAC  levels  in any  isolated elements 

and shall be non‐corrosive.  

c) Fire  suppressant  by‐products  shall  be  compatible  with  the  space  system 

contamination control capability. 

15.3 Fire Detection and Annunciation  

  Fire detection annunciation and control of the fire protection system shall be provided to 

the crew.   

 

 

 

 

 

Page 49: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

49 

16 Computer System Fault Tolerance

16.1 General

a) The computer system (CS) software development, verification and validation shall be 

performed in compliance with ECSS‐Q‐ST‐80 and ECSS‐E‐ST‐40. 

b) While  a  computer  system  (CS)  is  being used  to  actively process data  to  operate  a 

system with catastrophic potential,  the  catastrophic hazard  shall be prevented  in a 

two‐failure tolerant manner.   

c) One  of  the methods  to  control  the  hazard  shall  be  independent  of  the  computer 

system.  

d) A computer system shall be considered zero fault tolerant in controlling a hazardous 

system  (i.e.: a single  failure will cause  loss of control), unless  the computer system 

complies  with  the  requirements  here  below  and  the  fault  tolerance  approach 

approved by the Safety Review Panel (SRP).  

16.2 Safe State  

The computer system (CS) shall safely arrive to a known safe state when:  

 

1) initializing a function, 

2) performing  an  orderly  shutdown  of  a  function  upon  receipt  of  a 

termination command or detection of a termination condition, 

3) recovering upon anomaly detection. 

16.3 Critical Software Behavior  

The  space  system  shall provide  the  capability  to mitigate  the  hazardous  behaviour  of 

critical software where the hazardous behaviour would result in a catastrophic event. 

16.4 Off-nominal Power Condition  

The  computer  system  shall  continue  to  operate  safely  during  off‐nominal  power 

conditions, or contain design features which safe the processor during off‐nominal power 

conditions. 

 

Page 50: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

50 

16.5 Inadvertent Memory Modification  

The  computer  system  shall detect  and  recover  from  inadvertent memory modification 

during use. 

16.6 Discriminating valid vs. Invalid Inputs

 

The computer system shall be capable of discriminating between valid and invalid inputs 

from  sources  external  to  the  computer  system  and  remain or  recover  to  a known  safe 

state in the event of an invalid external input.  

16.7 On-orbit Response to Loss of Function  

a) The  space  system  shall  automatically  recover  functional  performance  for  those 

capabilities, which are  identified  through  the safety analysis as requiring automatic 

recovery.  

b) The  space  system  shall  automatically  safe  in  less  than  the  time  to  catastrophic  or 

critical effect. 

16.8 Separate Control Path  

When computer system (CS) is used for controlling hazards of a must not work function, 

the CS shall use separate control path for each inhibit used to control a hazard.  

16.9 Monitoring  

The  computer  system  shall make  available  in  a  timely manner  to  crew  and  ground 

operator:  

 

a) the data necessary and sufficient  for  the performance of manual system safing 

for identified hazard and,  

b) the status of monitored inhibits used to control hazards.  

Page 51: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

51 

17 Crew Vehicle Safety Design:

Structures

17.1 Structural Design   Structural design  shall be performed  according  to ECSS‐E‐ST‐32C. This  includes  loads 

incurred for all space system configurations or while changing configuration.  

 

a) The structure shall have positive Margin of Safety for all mission phases considering 

the safety factors reported in ECSS‐E‐ST‐32‐10C for crewed space systems. 

b) When failure of structure can result in a catastrophic event, the design shall be based 

on  fracture control procedures  to prevent structural  failure because of  the  initiation 

or propagation of flaws or crack‐like defects during  fabrication,  testing, and service 

life.  Requirements for fracture control are specified in ECSS‐E‐32‐01C.  

c) Safety  critical  fasteners  shall  be  procured  in  accordance  with  ECSS‐Q‐ST‐70‐46C. 

Safety critical  fasteners shall be designed  to  include redundant  features  (e.g.  torque 

and self‐locking helicoids) to prevent inadvertent back‐out. 

d) A Structural Verification Plan shall be submitted for Safety Review Panel review and 

approval.  

17.2 Windows Structural Design  

a) Windows number shall be minimized and all assemblies shall provide a redundant 

pressure pane.  

b) The pressure panes shall be protected from damage by external impact.  

c) Windows shall be designed according to ECSS‐E‐ST‐32‐01C and ECSS‐E‐ST‐32C.  

d) The structural design of window panes in the pressure hull shall provide a minimum 

initial ultimate factor of safety of 3.0 and an end‐of‐life minimum factor of safety of 

1.4.   

e) Window design shall be based on fracture mechanics considering flaw growth over 

the design life of the space system. 

17.3 Design Allowables   

a) For safety critical structures A‐basis material allowables shall be used.  

b) Material design allowables and other physical properties to be used for the design / 

analysis of  flight hardware  shall be  taken  from FAA MMPDS‐01(which  supersedes 

Page 52: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

52 

MIL‐HDBK‐5J), or other approved resources with the same intent.  

c) Material properties used  for verification shall  take  into account any degradation of 

the environment after exposure to space / atmospheric environment. 

17.4 Stress Corrosion   

a) Materials  used  in  the  design  of  the  space  system  structures  shall  be  rated  for 

resistance  to  stress  corrosion  cracking  (SCC)  in accordance with ECSS‐Q‐ST‐70‐36, 

ECSS‐Q‐ST‐70‐37 and ECSS‐E‐ST‐32‐01.  

b) Alloys with high resistance to SCC shall be used whenever possible.  

c) When failure of a part made from a moderate or low resistance alloy could result in 

a critical or catastrophic hazard, a Request for Approval with relevant rationale shall 

be submitted to the Safety Review Panel. 

17.5 Pressure Systems   

a) The maximum design pressure (MDP) for a pressurized system shall be the highest 

pressure  defined  by  maximum  relief  pressure,  maximum  regulator  pressure  or 

maximum temperature.  

b) Transient pressures shall be considered.  

c) Design factors of safety shall be in compliance with ECSS‐E‐ST‐32‐02C.  

d) Where  pressure  regulators,  relief  devices,  and/or  a  thermal  control  system  (e.g., 

heaters) are used to control pressure, collectively they shall be two‐fault tolerant from 

causing the pressure to exceed the MDP of the system.   

e) Pressure integrity shall be verified at system level. 

17.5.1 Pressure Vessels   

a) Particular  attention will  be  given  to  ensure  compatibility  of 

vessel  materials  with  fluids  used  in  cleaning,  test,  and 

operation.   

b) The maximum  design  pressure  (MDP)  as  defined  in  section 

17.5  shall  be  substituted  for  all  references  to  maximum 

expected  operating  pressure  (MEOP)  in  the  pressure  vessel 

standards.  

17.5.1.1 Metallic Pressure Vessels

Metallic pressure vessels shall comply with the pressure 

vessel requirements of ECSS‐E‐ST‐32‐02C. 

17.5.1.2 Composite Overwrapped Pressure Vessels  

Composite Overwrapped Pressure Vessels (COPVs) shall 

meet the pressure vessel requirements  in ANSI/AIAA S‐

081A.  A  damage  control  plan  and  stress  rupture  life 

assessment shall be developed for each COPV. 

Page 53: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

53 

17.5.2 Dewars   

Pressure containers in dewar / cryostat systems shall be subject to 

the requirements for pressure vessels specified in Section 17.5 and 

Section 17.5.1 as supplemented by the requirements of this section. 

 

Note: Dewar/cryostat  systems  are  a  special  category 

of  pressurized  vessels  because  of  unique  structural 

design and performance requirements. 

 

a) Pressure  containers  shall  be  leak‐before‐burst  (LBB)  designs where possible as determined by a fracture mechanics analysis.  

Containers of hazardous  fluids and all non‐LBB designs must 

employ a fracture mechanics safe‐life approach to assure safety 

of operation. 

b) MDP  of  the  pressure  container  shall  be  as  determined  in 

paragraph  301.5  or  the  pressure  achieved  under  maximum 

venting conditions whichever is higher.  Relief devices shall be 

sized for full flow at MDP. 

c) Outer  shells  (i.e.,  vacuum  jackets)  shall  have  pressure  relief capability to preclude rupture in the event of pressure container 

leakage.    If  pressure  containers  do  not  vent  external  to  the 

dewar but instead vent into the volume contained by the outer 

shell, the outer shell relief devices shall be capable of venting at 

a  rate  to  release  full  flow without outer  shell  rupture.   Relief 

devices  shall  be  redundant  and  individually  capable  of  full 

flow. 

d) Pressure  relief devices which  limit maximum design pressure 

shall be  certified  to operate  at  the  required  conditions of use. 

Certification shall include testing of the same part number from 

the flight lot under the expected use conditions. 

e) Non‐hazardous  fluids may  be  vented  into  closed  volumes  if 

analysis  shows  that  a worst  case  credible volume  release will 

not  affect  the  structural  integrity  or  thermal  capability  of  the 

system. 

f) The proof test factor for each flight pressure container shall be a 

minimum of  1.1  times MDP. Qualification burst  and pressure 

cycle  testing  is not required  if all  the  requirements of Sections 

17.5,  17.5.2  and  17.5.2  are  met.  The  structural  integrity  for 

external load environments shall be demonstrated.  

17.5.3 Pressurized Lines, Fittings and Components  

a) Pressurized lines and fittings with less than a 38 mm (i.e.; 1.5‐

inch) outside diameter and all flex‐hoses shall have an ultimate 

factor of safety equal to or greater than 4.0.  Lines and fittings 

with a 38 mm (i.e.:1.5‐inch) or greater outside diameter shall be 

sized with an ultimate factor of safety equal to or greater than 

2.5, as specified in compliance with ECSS‐E‐ST‐32‐02C.  

b) All  line‐installed  bellows  and  all  heat  pipes  shall  have  an 

Page 54: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

54 

ultimate safety factor equal to or greater than 2.5. 

c) Other components (e.g., valves, filters, regulators, sensors, etc.) 

and their internal parts (e.g., bellows, diaphragms, etc.) which 

are exposed to system pressure shall have an ultimate factor of 

safety equal to or greater than 2.5. 

d) Secondary  compartments  or  volumes  that  are  integral  or 

attached by design  to  the above parts and which can become 

pressurized as a result of a credible single barrier failure must 

be designed for safety consistent with structural requirements. 

These compartments shall have a minimum safety factor of 1.5 

based  on  MDP.  If  external  leakage  would  not  present  a 

catastrophic hazard to the system, the secondary volume shall 

either be vented or equipped with a relief provision in lieu of 

designing for system pressure. 

17.6 Pressure Hull   

a) The  design  of  the  habitable  volume  shall  comply  with  the  structural  design 

requirements of 17.1.   

b) The hull MDP shall be determined as defined in requirement 17.1.  

c) The ultimate  factor of safety of hull design shall be equal  to or greater  than 2.0  for 

both  the MDP  and  the maximum  negative  pressure  differential  the  hull may  be 

subjected  to  during  normal  and  contingency  operations  or  as  the  result  of  two 

credible failures.  

d) The pressure hull shall be designed to leak‐before‐burst criteria.  

17.7 Depressurisation and Repressurisation  

17.7.1 Pressure Differential Tolerance   

Equipment  located  in  pressurized  volumes  shall  be  capable  of 

withstanding  the  differential  pressure  of  depressurization,  re‐

pressurization, and  the depressurized condition without resulting 

in a hazard.   

17.7.2 Operation during Pressure Changes  

Equipment  expected  to  function  during  depressurization  or 

repressurization  shall  be designed  to  operate without  producing 

hazards. 

17.7.3 Flow Induced Vibration   

Flexible hoses  and bellows  shall be designed  in  compliance with 

ECSS‐E‐ST‐32‐02C to exclude flow induced vibrations which could 

result in a catastrophic hazard. 

Page 55: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

55 

17.8 Sealed Compartments   

a) Sealed compartments within a habitable volume, including containers which present 

a  safety  hazard  if  rupture  occurs,  shall  be  capable  of withstanding  the maximum 

pressure  differential  associated with  emergency  depressurization  of  the  habitable 

volume.  

b) Sealed compartments and containers located in any other region of the space system 

shall  be  designed  to  withstand  the  decompression  and  re‐pressurization 

environments associated with ascent or decent. 

 

 

Page 56: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

56 

18 Crew Vehicle Safety Design:

Materials, Processes and Mechanical Parts

18.1 General  

a) The  requirements of ECSS‐Q‐70B shall be  followed with  the modifications/additions 

captured in this chapter.  

b) Specification ECSS‐Q‐70‐71A rev1 contains data on materials that have been evaluated 

and  tested  for  use  in  space  hardware  and  it  can  be  used  as  a  source  for material 

selection. The data herein  shall be used preferentially  for  the  selection of materials 

with a previous history of space use in similar applications.  

 

Note:  Equivalent  standards  from  MIL  system  or  NASA  (e.g.  MSFC‐HDBK‐

527/JSC  09604) may  also  be  accepted  by  Safety  Review  Panel  (SRP),  pending 

compliance review.  

 

c) For  materials  which  create  potential  hazardous  situations  as  described  in  the 

requirements below and  for which no prior  test data or  rating  exists,  the SSO  shall 

present other test results for the Safety Review Panel’s review.  

18.2 Hazardous Materials Hazardous materials  (solid,  fluid or gases) shall not be  released or ejected near crewed 

systems (interfacing or in close proximity). The SSO shall submit to the SRP independent 

toxicological assessments for all space system hazardous materials. 

18.3 Fluid Systems

a) Particular attention shall be given to materials used in systems containing hazardous 

fluids.  

   

  Note:  These  hazardous  fluids  include  gaseous  oxygen,  liquid  oxygen,  fuels, 

oxidizers,  and  other  fluids  that  could  chemically  or  physically  degrade  the 

system or cause an exothermic reaction.   

   

b) Those materials  within  the  system  exposed  to  oxygen  (liquid  and  gaseous),  both 

directly and by a credible single barrier failure, shall meet the requirements of NASA‐

STD‐6001 / ECSS‐Q‐ST‐70 at MDP and temperature.   

Page 57: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

57 

 

c) Materials within the system exposed to other hazardous fluids, both directly and by a 

credible  single  barrier  failure,  shall  pass  the  fluid  compatibility  requirements  of 

NASA‐STD‐6001 at MDP and temperature.  

 Note: Manufacturerʹs  compatibility  data  on  hazardous  fluids may  be  used  to 

accept materials in this category if approved by the Safety Review Panel. 

18.4 Chemical / Biological Contamination  

a) Chemicals and biological materials which would create a toxicity and health problem 

(including  irritation  to  skin  or  eyes)  or  cause  a  hazard  to  space  system    or  to 

interfacing systems if released should be avoided.  

b) If such chemicals and biological materials cannot be avoided, adequate containment 

shall be provided by the use of an approved pressure vessel as defined in req. 17.5 or 

the use of two or three redundantly sealed containers, depending on the toxicological 

hazard for a chemical with a vapour pressure below 15 psi (i.e.: 1013 hPa (absolute).  

c) The SSO must assure that each level of containment will not leak under the maximum 

use conditions (i.e., vibration, temperature, pressure, etc.).   

d) NASA  SSP  50260,  International  Space  Station  Medical  Operations  Requirements 

Document (MORD) shall be made applicable to crewed space system. 

18.5 Flammable Materials in Habitable Volume

a) The space system materials shall not constitute an uncontrolled fire hazard.  

b)  The minimum  use  of  flammable materials  shall  be  the  preferred means  of  hazard 

reduction.  

c) The materials  flammability resistance shall be evaluated  in accordance with ECSS‐Q‐

ST‐70‐21 for the most hazardous environment envisaged for their use.  

 

Note: Guidelines for the conduct of flammability assessments are provided in JSC 

29353‐revA. 

18.6 Flammable Materials outside Habitable Volume

Materials  used  outside  the  space  system  shall  be  evaluated  for  flammability  in 

accordance with relevant ICD requirements with the launcher. 

18.7 Material Out-gassing

 

a) Materials used in the design and construction of the space system hardware exposed 

to the vacuum environment shall comply with ECSS‐Q‐ST‐70‐02C.  

b) Whenever  outgassing  products may  be  detrimental  to  safety  critical  devices  and 

functions  (e.g.  fogging of   optical sensors), more stringent requirements or detailed 

material  information  (e.g.: dynamic outgassing data) according  to ASTM E‐1559‐00 

Page 58: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

58 

may be required. 

18.8 Material Off-gassing in Habitable Volumes

a) Usage  of  materials  which  produce  toxic  levels  of  off‐gassing  products  shall  be 

avoided in habitable volumes. 

b)  The  space  system  design  shall  assure  that  the  off‐gassing  load  to  the  crewed 

compartment  will  not  exceed  the  spacecraft  maximum  allowable  concentrations 

(SMACʹs) of atmospheric contaminants at the time of ingress.  

c) Habitable  volumes will  be  tested  for  off‐gassing  characteristics  and  shall  include 

measurement  of  the  internal  atmosphere  of  a  full  scale,  flight  configured  space 

system as a final verification of acceptability in accordance with ECSS‐Q‐ST‐70‐29C.   

d) Time periods prior  to crew  ingress during which  the  system does not have active 

atmospheric contamination control must be considered.  

e) The items in such volumes (e.g., cargo, payloads) are required to be subjected to off‐

gassing tests (black‐box levels) for safety validation.   

f) Rigorous material  control  to  insure  that all  selected materials have  acceptable off‐

gassing characteristics is a negotiable alternative to black‐box level testing.   

g) The off‐gassing  test specified  in ECSS‐Q‐ST‐70‐29C shall be used  for  the black‐box 

level off‐gassing test.  

18.9 Electrochemical Compatibility  

a) When bimetallic contacts are used, the choice of the pair of metallic materials used 

shall  take  into account ECSS‐Q‐70‐71A  rev1  (paragraph 5.2.14) or MSFC‐SPEC‐250 

(Protective  finishes  for  space  vehicle  structure  and  associated  flight  equipment 

general specification for) data.  

b) Galvanic compatibilities shall be selected  in accordance with Group 0, couples that 

can be used without  restriction,  and Group  1,  couples  that  can be used  in a non‐

controlled  environment,  of  Table  1  of  ECSS‐Q‐70‐71:  Compatible  couples  for 

bimetallic contacts.  

c) Materials  not  listed  in  Table  1  of  ECSS‐Q‐70‐71  shall  be  evaluated  in  a mission‐

simulated configuration. 

18.10 Stress Corrosion  

a) Metallic materials  used  in  structural  applications  shall  have  a  high  resistance  to 

Stress Corrosion Cracking and shall be chosen from Table 1 of ECSS‐Q‐ST‐70‐36C. 

b) Metallic materials and welds that are not listed in ECSS‐Q‐ST‐70‐36C or whose SCC 

resistance is unknown shall be tested and categorized according to the requirements 

of ECSS‐Q‐ST‐70‐37C.  

c) When failure of a part made from a moderate or low resistance alloy could result in 

a critical or catastrophic hazard, a Request for Approval with relevant rationale shall 

be submitted to the Safety Review Panel. 

Page 59: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

59 

18.11 Allowable Stress

a) Allowable  stresses  for  materials  shall  be  derived  from  Metallic  materials  and 

elements for aerospace vehicle structures (FAA MMPDS‐01). Other sources shall be 

subject to ESA approval.  

b) Composite structure allowable stresses shall allow for degradation due to moisture, 

temperature and process variables.  

c) The material  justification  shall prove hardware  structural  integrity during  storage 

and on‐orbit life time. 

18.12 Fracture Sensitive Materials  

a) Fracture sensitive materials shall be subjected to fracture control as in ECSS‐E‐ST‐32‐

01C  rev1  (Fracture  control),  ECSS‐Q‐ST‐70‐36C  (Material  selection  for  controlling 

stress corrosion cracking) and ECSS‐Q‐ST‐70‐37C (Determination of susceptibility of 

metals to stress corrosion cracking).  

b) Materials  for which no  fracture mechanics data  is  available  from FAA MMPDS‐01  

shall be tested in acc. with ECSS‐Q‐ST‐70‐45C. 

Page 60: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

60 

19 Crew Vehicle Safety Design:

Electrical Systems

19.1 General  

Electrical  circuitry  and  electrical power distribution,  in particular,  shall be designed  1) 

not  to  present  any  electrical  shock  hazard  to  the  crew,  2)  to  fail  safe,  3)  not  to  create 

molten material and 4) not to overheat electrical wires.  

 

As per NSTS 1700, the following requirements are also to be satisfied:  

 

a) Electrical  power  distribution  circuitry  shall  be  designed  to  include  circuit 

protection  devices  to  guard  against  circuit  overloads  which  could  result  in 

distribution  circuit  damage,  generation  of  excessive  hazardous  products  in 

habitable  volumes  and  to  prevent  damage  to  other  safety  critical  circuits  and 

interfacing  systems  and  present  a  hazard  to  the  flight  personnel  by  direct  or 

propagated effects.  

b) Electrical faults shall not cause ignition of adjacent materials.  

c) Bent  pins  or  conductive  contamination  in  an  electrical  connector  will  not  be 

considered  a  credible  failure  mode  if  a  post‐mating  functional  verification  is 

performed to assure that shorts between adjacent connector pins or from pins to 

connector shall do not exist.   If  this test cannot be performed,  then  the electrical 

design  shall  insure  that  any  pin  if  bent  prior  to  or  during  connector mating, 

cannot  invalidate more  than  one  inhibit  and  that  conductive  contamination  is 

precluded by proper inspection procedures. 

d) Circuit protective devices shall be sized such that steady state currents in excess 

of the de‐rated values for wires and cables are precluded.  

e) Electrical  equipment  shall  be  designed  to  provide  protection  from  accidental 

contact with  high  voltage  and  generation  of molten metal  during mating  de‐

mating of power connectors.  

f) Wire / cable insulation constructions shall not be susceptible to arc‐tracking.  

g) All  selected  wire/cable  shall  be  tested  for  arc‐tracking  unless  they  are 

polytetrafluoroethylene (PTFE), PTFE aminate or silicone insulated wires.  

19.2 Electrical Hazards

 

a) Grounding, bonding, and  insulation shall be provided for all electrical equipment to 

protect the crew from electrical hazards.  

Page 61: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

61 

b) The system shall be designed so that it does not generate electric arc or sparks during regular operating mode.  

19.3 Electrical Systems

 

a) Separate  safing  systems  shall  be  used  for  nominal  space  system  functions  and  for 

essential/emergency  functions  (e.g.,  the  fire  protection,  caution  and  warning,  and 

emergency lighting, etc.).   

b) Essential/emergency functions shall be powered from a dedicated electrical power bus 

with redundant power sources. 

19.4 Electromagnetic Compatibility

Electromagnetic compatibility between the various elements (incl. launcher) and electro‐

pyrotechnic devices shall be ensured.  

19.5 Lighting Protection

a) Electrical circuits may be subjected to electromagnetic fields due to a lightning strike. 

If  circuit  upset  could  result  in  a  catastrophic  hazard,  the  circuit  design  shall  be 

hardened against the environment or insensitive devices shall be added to control the 

hazard. 

b) A  lightning  protection  system  (detection  and  lightning  warning)  providing  a 

lightning forecast compatible with the time required to restore the involved system to 

a  safe  configuration,  shall  be  implemented  for  operations  involving  a  potential 

hazard with catastrophic or critical consequences. 

19.6 Radio Frequency Transmitters

Allowable  levels of radiation from space system shall be defined  in the space system to 

interfacing system ICDs. 

19.7 Batteries  

a) Batteries    shall  be  designed  to  control  applicable  hazards  caused  by  build‐up  or venting of flammable, corrosive or toxic gasses and reaction products; the expulsion of 

electrolyte;  and  by  failure modes  of  over‐temperature,  shorts,  reverse  current,  cell 

reversal, leakage, cell grounds, and overpressure.  

b) Safety  requirements  for batteries  (i.e.: ECSS‐E‐ST‐20C and  JSC 20793‐rev B)  shall be 

complied.  

Page 62: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

62 

20 Crew Vehicle Safety Design:

Mechanisms

20.1 General

a. ECSS‐E‐ST‐33‐01C  shall  be  applied  for  the  design,  sizing,  manufacturing, 

assembly and testing of mechanisms. 

b. A  Mechanical  System  Verification  Plan  (MSVP)  and  a  Mechanical  System 

Verification  Report  (MSVR)  shall  be  established  and  submitted  to  the  safety 

approval authority for review and approval.  

 

 

Page 63: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

63 

21 Crew Vehicle Safety Design:

Radiation

21.1 Ionizing Radiation  

  A  space  system  containing  or  using  radioactive  materials  or  that  generate  ionizing 

radiation shall be identified and approval obtained for their use by the relevant national 

regulatory body (ies).  

21.1 Non-Ionizing Radiation

21.1.1 Natural Radiation Protection  

a) The  space  system  shall  include  the  necessary  radiation protection  features  (shielding,  radiation  monitoring,  etc.) 

required  to  insure  that  the  crew  member  dose  rates  from 

naturally  occurring  space  radiation  are  kept  as  low  as 

reasonably achievable (ALARA). 

b) Exposure levels shall comply with NASA‐STD‐3001 limits.  

21.1.1.1 Natural Radiation Event Warning  

A  radiation  detection  system  shall  be  provided  which 

continuously monitors  the  interior  radiation  levels of  the 

crewed  vehicle,  records  the  accumulated  doses  and 

provides  clear  notification  of  radiation  conditions within 

space system. 

21.2 Use of On-board Mass    

  The space system shall make optimal use of on‐board mass as radiation shielding.  

 

 

Page 64: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

64 

21.1 Windows Transmissivity  

a) The  transmissivity of  the  crewed vehicle windows  shall be based on protection of 

the  crew  from  exposure  to  excess  levels  of  naturally  occurring  non‐ionizing 

radiation.  

b) Exposure of the skin and eyes of flight personnel to non‐ionizing radiation shall not 

exceed  the  Threshold  Limit  Values  (TLV)  for  physical  agents  as  defined  by  the 

American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) in Threshold 

Limit Values and Biological Exposure Indices.  

c) Window  design  shall  be  coordinated  with  other  shielding  protection  design  to 

comply with the ionizing radiation limits specified in req. 22.1.1.  

21.2 Emissions and Susceptibility    

a) A space system emissions shall be limited to those levels identified in the ICDs with 

interfacing  systems.  Space  systems  with  unintentional  radiation  level  above  the 

levels identified in ICDs will be assessed for hazardous impact.   

b) Space  systems  safety  critical  equipment  shall  not  be  susceptible  to  the  applicable 

electromagnetic environment. 

21.3 Optical Requirements  

a) Optical  instruments  shall prevent  harmful  light  intensities  and wavelengths  from 

being viewed by operating and flight personnel.  

b) Quartz  windows,  apertures  or  beam  stops  and  enclosures  shall  be  used  for 

hazardous wavelengths and intensities.   

c) Light  intensities and spectral wavelengths at  the eyepiece of direct viewing optical 

systems shall be below  the TLV  for physical agents as defined by  the ACGIHA  in 

Threshold Limit Values and Biological Exposure Indices.  

 

Page 65: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

65 

22 Crew Vehicle Safety Design:

Environmental Control and Habitability

22.1 General  

a) A safe and habitable internal environment shall be provided within the space system 

throughout all crewed operational phases.  

b) The crewed space system shall comply with NASA‐STD‐3001 (Vol. 1 – Crew Health 

and Vol. 2 – Human Factors, Habitability and Environmental Health). 

22.2 Life Support System  

a) The  space  system  life  support  system  shall  be  able  to  ensure  human metabolic 

consumption (e.g.: air, pressure, water, food, etc.) and waste recycling/disposal. 

b) The  specific  requirements  (e.g.:  on  air,  pressure,  etc.)  shall  be  defined  by  SSO 

according  to mission  characteristics,  and  then,  review  and ultimately  accepted by 

Safety Review Panel. 

22.3 Payload / Cargo Leakage  

a) Payload/cargo  flown  in  the  space  system  habitable  volume  shall  meet  the 

containment requirements of Chapter 10 (i.e.: 10.2 and 10.3).  

b) Payload/cargo  configurations  during  unmanned  operations  are  not  restricted; 

however,  the  crewed  compartment  shall be  environmentally  safe  for  crew  ingress 

during any revisit.  

 

Note: Safe conditions for entry may be established by review of the containment 

design  features,  proof  of  adequate  atmospheric  scrubbing  for  the  chemical 

involved,  vacuum  evacuation,  use  of  equipment  capable  of  detecting  toxic 

chemicals prior to crew exposure, or other techniques suitable for the particular 

experiment involved. 

22.4 Contamination Control  

a) Specific design and mission provisions for particulate and molecular contamination 

control in the launcher facility, space system and interfacing subsystems shall be in 

Page 66: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

66 

compliance with ECSS‐Q‐ST‐70‐01C.  

b) For internal environments: 

 

1. the control and monitoring of particulate, molecular and microbiological 

contamination shall be performed.   

2. Microbial,  bacterial  and  fungal  contamination  in  the  spacecraft  internal 

atmosphere shall be verified by analysis and test.  

22.5 Toxicity  

  In the event of a ground crash or in‐flight explosion, toxicity due to on‐board propellants 

shall  be  taken  into  account. When  each  propellant  tank  contains  a mass  of  less  than 

500kg, protection against  toxicity  can be obtained by adjusting  the  launching azimuth. 

Otherwise, a specific analysis shall be performed. 

22.6 Acoustic Noise The flight crew shall be provided with an acoustic environment that will not cause injury 

or hearing loss, interfere with voice or any other communications, cause fatigue, or in any 

other way degrade overall human/machine system effectiveness.

22.7 Vibrations The space system vibrations environment shall not cause injury, fatigue, or in any other 

way degrade human / machine system effectiveness (e.g.: instrument reading). 

22.8 Mechanical Hazards

a) The  space  system  and  equipment design  shall protect  the  crew  from  sharp  edges, 

protrusions, etc. during all flight operations.  

b) Translation  paths  and  adjacent  equipment  shall  be  designed  to  minimize  the 

possibility of entanglement or injury to crew members.  

c) There  shall  be  no  sharp  edges  in  structures  in  areas where  cables  are  installed  to 

avoid any possibility of damaging cables. 

22.9 Thermal Hazards  

a) During  normal  operations,  the  crew  shall  not  be  exposed  to  high  or  low  surface 

temperatures.  

b) Protection  shall  be  provided  against  continuous  skin  contact with  surfaces  above 

49°C and below 4°C.  

c) Safeguards  such as warning  labels, protective devices or  special design  features  to 

protect  the  crew  from  surface  temperatures  outside  these  safe  limits,  shall  be 

provided for both nominal and contingency operations. 

Page 67: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

67 

22.10 Illumination

a) The  lighting  illumination  level provided  throughout  the space system shall permit 

planned crew activities without injury.  

b) A backup/secondary  lighting  system  shall be provided  consistent with  emergency 

egress requirements or in case of failure of the primary lighting system. 

22.11 Hatches  

a) The space system hatch design shall be compatible with emergency crew.  

b) Hatches between different habitable modules  shall provide a capability  to allow a 

visual inspection of the interior of the space system prior to hatch opening and crew 

ingress.  

c) All operable hatches  that  could close and  latch  inadvertently,  thereby blocking an 

escape  route,  shall  have  a  redundant  (backup)  opening mechanism  and  shall  be 

capable of being operated from both sides.  

d) External pressure  hatches  (i.e.  interfacing directly  to  space  vacuum)  shall  be  self‐

sealing (i.e.: inward opening).   

e) Hatches shall have a pressure difference indicator clearly visible to the crew member 

operating the hatch and a pressure equalization device.   

f) All  hatches  shall  nominally  be  operable  without  detachable  tools  or  operating 

devices  and  shall  be  designed  to  prevent  inadvertent  opening  prior  to  complete 

pressure equalization.  

g) Hatches  at  docking  locations  shall  provide  the  capability  to  verify  that  the 

environment  is within  the  oxygen,  nitrogen  and  carbon  dioxide  levels  as well  as 

within  the SMAC  levels  (of  selected  compounds) provide visual  inspection of  the 

interior of  the pressurized volume prior  to  crew  ingress  into  an unmanned  cargo 

transportation spacecraft.   

22.12 Access to Moving Parts  

Moving  parts  such  as  fans,  belt  drives,  and  similar  components  that  could  cause 

personnel  injury  or  equipment  damage  due  to  inadvertent  contact  or  entrapment  of 

floating objects shall be provided with guards or other protective devices.  

22.13 Communications

The  space  system  shall provide  the  capability  for direct voice  communication between 

crewed spacecraft (2 or more) during proximity operations. 

 

Page 68: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

68 

Applicable and Reference Documents (normative)

Applicable Documents The latest revision and changes of the following documents form a part of this document to the extent 

specified herein.    In  the event of conflict between  the  reference documents and  the contents of  this 

document, the contents of this document will be considered superseding requirements.   

a. ANSI/AIAA  S‐080‐1998,  Standard  for  Space  Systems  ‐  Metallic  Pressure  Vessels, 

Pressurized Structures, and Pressure Components  

b. ANSI/AIAA  S‐081‐2000,  Standard  for  Space  Systems  ‐  Composite  Overwrapped 

Pressure Vessels 

c. ANSI‐Z‐136.1, American National Standard for Safe Use of Lasers  

d. MSFC‐HDBK‐527/JSC 09604, Materials Selection List for Space Hardware Systems  

e. NASA‐STD‐6001,  NASA  Technical  Standard,  Flammability,  odor,  off‐gassing  and 

compatibility  requirements  and  tests procedures  for materials  in  environments  that 

support combustion 

f. NASA‐STD‐3001, NASA Space Flight Human System – Vol. 1 and Vol. 2 (2009)  

g. NSTS 08060, Space Shuttle System Pyrotechnic Specification 

h. NSTS 22648, Flammability Configuration Analysis for Spacecraft Applications. 

i. ECSS‐Q‐ST‐70, Material, mechanical parts and processes 

j. ECSS‐Q‐ST‐70‐29C,  Determination  of  off‐gassing  products  from  materials  and 

assembled articles to be used in a manned space vehicle crew compartment  

k. ECSS‐Q‐ST‐70‐21, Flammability testing for the screening of space materials 

l. ECSS‐E‐ST‐20C, Determination of  the susceptibility of silver‐plated copper wire and 

cable to ʺred‐plagueʺ corrosion 

m. ECSS‐Q‐ST‐70‐02,  Thermal  vacuum  outgassing  test  for  the  screening  of  space 

materials  

n. ECSS‐Q‐ST‐70‐36, Material selection for controlling stress‐corrosion cracking 

o. ECSS‐Q‐ST‐70‐37,  Determination  of  the  susceptibility  of metals  to  stress‐corrosion 

cracking  

p. ECSS‐Q‐ST‐70‐01C, Cleanliness and contamination control 

q. ECSS‐E‐ST‐32‐01, Fracture control 

r. ECSS‐E‐ST‐32‐02C, Structural design and verification of pressurized hardware 

s. ECSS‐E‐ST‐32, Structural general requirements  

t. ECSS‐Q‐ST‐30‐11C, Derating – EEE components 

u. ECSS‐E‐ST‐33‐11C. Explosive systems and devices 

v. ECSS‐Q‐ST‐70‐46C,  Requirements  for manufacturing  and  procurement  of  threaded 

fasteners 

w. ECSS‐Q‐ST‐40C, Safety Standard 

Page 69: System Safety Engineering

ESSB-ST-Q-003-Issue1  

69 

x. ECSS‐Q‐ST‐80, Software Product Assurance 

y. ECSS‐E‐ST‐40C, Software General Requirements  

z. ECSS‐E‐ST‐33‐11C, Explosive systems and devices  

aa. ECSS‐E‐ST‐34C, Environmental control and life support 

bb. JSC 20793‐Rev. B, Crewed Space Vehicle Battery Safety Requirements  

cc. NASA  SSP  50260,  International  Space  Station  Medical  Operations  Requirements 

Document (MORD). 

Reference Documents

ASTM E1559 93 (Standard Test Method for contamination outgassing characteristics of 

Spacecraft Materials)  

 

MIL‐STD‐1576, Military Standard Electro‐explosive Subsystem Safety Requirements and 

Test Methods for Space Systems 

 

MIL‐HDBK‐5G, Metallic Material and Elements for Aerospace Vehicle Structures 

 

Standard NF ENV 50166‐2 (C 18‐610): Human exposure to high frequencies 

electromagnetic fields (10kHz to 300GHz). 

 

JSC 29353A, Flammability Configuration Analysis for Spacecraft Applications.