Delta IV

Un Delta IV Heavy di partenza, il più grande di tutte le versioni di Delta IV

La famiglia di razzi Delta IV rappresenta la variante più moderna e definitiva dei razzi Delta lanciati dal 1960. Delta IV è stato creato come parte del programma EELV (Evolved Expendable Launch Vehicles ) della US Air Force per lo sviluppo di tipi di razzi modulari che incorporano entrambi i leggero Delta II che avrebbe dovuto sostituire il medio peso Atlas II e Atlas III , nonché il pesante Titan IV . La famiglia Delta IV è stata sviluppata da Boeing ed è ora in diretta concorrenza con la famiglia di razzi Atlas V di Lockheed Martin, anch'essa creata come parte del programma EELV .

In contrasto con Delta II e III , che erano tutti basati sul Delta I come primo stadio (sebbene questo fosse continuamente modificato), un primo stadio completamente nuovo è stato progettato per il Delta IV, che è alimentato da un RS-68 di nuova concezione motore a razzo da Rocketdyne . Il primo stadio è stato denominato Common Booster Core (CBC) e costituisce la base per tutte le versioni del Delta IV. A seconda del numero di CBC, è possibile distinguere tra le versioni Delta IV Medium e Delta IV Heavy .

La serie Delta IV è stata offerta in cinque diverse versioni, quattro delle quali nella classe “Medium” e una nella variante “Heavy”. Il primo lancio di un Delta IV Medium è avvenuto il 20 novembre 2002, l'ultimo il 22 agosto 2019. La versione Heavy è decollata per la prima volta il 21 dicembre 2004 ed è programmato per il suo ultimo volo nel 2024. Sarà quindi sostituito dal Vulcan Heavy , che è in parte basato sulla tecnologia Delta IV.

tecnologia

Il Delta IV è un razzo a due stadi, entrambi gli stadi sono azionati con la miscela di carburante ad alta energia di ossigeno liquido e idrogeno liquido (LOX / LH2). Attualmente è l'unico razzo al mondo che può decollare da terra con un motore principale LOX / LH2 nel primo stadio senza l'ausilio di booster a combustibile solido (vedi, al contrario, l'Europeo Ariane 5 e il giapponese H-II ) . I calcoli mostrano anche che il primo stadio di Delta IV potrebbe teoricamente portare un piccolo carico utile in orbita senza l'aiuto del secondo stadio e quindi servire come vettore a stadio singolo. Tuttavia, ciò non ha alcuna importanza nella pratica perché è antieconomico.

Livello principale

Motore RS-68 sul banco di prova

Il primo stadio del razzo, il Common Booster Core (CBC), è stato completamente rinnovato rispetto a tutte le versioni precedenti di Delta. Costituisce la base di tutte le versioni Delta IV, con la versione Heavy Heavy che utilizza tre CBC (maggiori informazioni nella sezione Delta IV Heavy). Il CBC è alto 40,9 m con un diametro di 4,88 me pesa circa 24,5 tonnellate senza carburante. Il palco contiene un serbatoio saldato ad attrito per l'idrogeno liquido nella parte inferiore, un serbatoio saldato ad attrito per l'ossigeno liquido nella parte superiore ed è alimentato da un motore RS-68.

Il motore RS-68 utilizzato nella prima fase del razzo Delta IV è stato sviluppato dalla società statunitense Rocketdyne. RS-68 è stato creato con l'obiettivo di semplificare notevolmente il motore rispetto al motore principale dello space shuttle SSME per poterlo produrre in modo più economico. In cambio, l'efficienza del motore era in gran parte scontata. Così erano z. B. Sono stati utilizzati metodi di produzione più economici ed è stato utilizzato un raffreddamento ablativo (vedere anche: schermo termico ablativo ) dell'ugello di spinta. Come risultato di queste misure, la massa del motore è aumentata, ma i costi di produzione sono diminuiti in modo significativo. Il motore ha una massa di 6696 kg, ha una quantità di moto specifica di 3580 Ns / kg o 365 s (nel vuoto 4022 Ns / kg o 410 s) e sviluppa una spinta di 2891 kN (nel vuoto 3312 kN) al decollo ), rendendolo il motore LOX / LH2 più potente al mondo. La potenza del motore è regolabile da un minimo del 60% a un massimo del 102% della spinta nominale. Un RS-68 costerà circa 14 milioni di dollari USA . Il motore è il primo nuovo sviluppo di un grande motore a razzo negli Stati Uniti dalla SSME oltre 20 anni fa.

Per aumentare la capacità di carico utile, il primo stadio può essere rinforzato con diversi booster solidi GEM-60, che rappresentano una versione ingrandita del booster GEM-46 del Delta III . I booster, con un alloggiamento composito e un diametro di 1,55 m, sono costruiti da Alliant Techsystems e dispongono di propulsori mobili che aiutano il motore principale RS-68 a controllare il razzo. Il 29 giugno 2012 è stato lanciato per la prima volta un razzo con i motori RS-68A a spinta potenziata nei loro CBC.

Secondo stadio di un Delta IV della variante media

Scuola superiore

Il secondo stadio del Delta IV è stato in gran parte trasferito dal Delta III ed è alimentato da un motore RL-10B-2 di Pratt & Whitney . Il motore genera una spinta di 110 kN, ha un impulso specifico di 4532 Ns / kg o 462 s ed è una variante del motore RL-10 dello stadio superiore Centaur , che ha anche un ugello di spinta estensibile. Ciò semplifica l'integrazione dello stadio nel razzo, ma offre comunque prestazioni migliorate dopo la separazione dello stadio e la successiva estensione dell'ugello per l'intera lunghezza. L' ugello di scarico, realizzato in materiali compositi in fibra di carbonio , è prodotto da SEP in Francia . Lo stadio differisce anche dal Centaur in quanto i suoi serbatoi mantengono la stabilità anche senza pressurizzazione, cosa che non è il caso del Centaur. Lo stadio è praticamente identico per tutte le versioni della famiglia di razzi e differisce solo per diametro e capacità di carburante. C'è lo stadio più piccolo con un diametro continuo di 4 m, 20.410 kg di carico di carburante e un tempo di combustione totale di circa 850 s, così come lo stadio più grande, il cui serbatoio di ossigeno è più lungo di circa 0,5 m e il cui serbatoio di idrogeno ha un diametro di 5 m. Questa variante del palco può contenere 27.200 kg di carburante e consente un tempo di combustione totale di oltre 1125 s.

Carenature del carico utile

Il Delta IV Medium e il Delta IV Medium + (4.2) utilizzano una carenatura del carico utile con un diametro di 4 metri realizzata in materiali compositi. È alto 11,75 m, di cui 6,93 m ha il diametro esterno totale di 4 m. Nella parte cilindrica ha un diametro interno di 3,75 m. La parte restante della lunghezza è occupata dalla punta conica arrotondata in alto.

Il Delta IV Medium + (5.2) e il Delta IV Medium + (5.4) utilizzano una carenatura del carico utile di 5 metri di diametro realizzata in materiali compositi. È alto 14,34 m, di cui 8,32 m ha il diametro esterno pieno di 5 m. Nella parte cilindrica ha un diametro interno di 4,57 m. La parte rimanente della lunghezza è occupata dalla punta, leggermente curva verso l'interno e arrotondata in alto.

Capacità di doppio avvio

ULA offre doppie partenze. La RUAG si è aggiudicata un contratto per lo sviluppo di due lanciatori gemelli per Atlas V e Delta IV, che dovrebbero essere utilizzati dal 2018 nel 2013. Finora, tuttavia, non sono stati utilizzati.

Infrastruttura

I complessi di lancio per il Delta IV sono disponibili sia su Cape Canaveral AFS che su Vandenberg AFB . A Cape Canaveral, il razzo verrà lanciato in orbite con angoli di inclinazione da 42 ° a 110 ° dalla rampa LC-37B , che è stata utilizzata per i lanci senza equipaggio di Saturno I e Saturno IB negli anni '60 . A Vandenberg, il razzo si solleva dal complesso di lancio SLC-6 , che era stato originariamente costruito per il lancio del programma MOL e in seguito sarebbe stato utilizzato come rampa di lancio per lo space shuttle. Da Vandenberg sono disponibili inclinazioni da 151 ° a 210 °. L'assemblaggio e la preparazione del razzo avviene in orizzontale in una sala di montaggio (HIF - Horizontal Integration Facility ), prima del decollo viene eretto verticalmente sulla rampa di lancio con l'ausilio del FPE ( Fixed Pad Erector ). I booster a combustibile solido e il carico utile sono montati verticalmente sulla rampa di lancio. Il razzo sarà prodotto in Alabama e trasportato al sito di lancio sulla nave RocketShip .

Il 25 giugno 2003 si è saputo che Boeing aveva accesso a file riservati del suo concorrente Lockheed Martin ed era a conoscenza dei suoi prezzi. Di conseguenza, Boeing è stato ritirato da 20 voli già ordinati nel luglio 2003 ed è stato premiato con Lockheed Martin. Anche il privilegio di essere l'unica azienda di Vandenberg a mettere in orbita i satelliti è stato abbandonato.

Un Delta IV Medium + 4.2 sulla rampa di lancio 37 a Cape Canaveral, con il satellite meteorologico GOES-N

Eliminate le versioni piccole di Delta IV

In origine era prevista anche una serie Small, che dovrebbe utilizzare un primo stadio CBC con il motore RS-68 e il Delta K del razzo Delta II come secondo stadio . Oltre a questa prima versione, dovrebbe esserci anche una seconda versione piccola con un terzo stadio Star 48B aggiuntivo. Secondo i piani, questo dovrebbe essere in grado di portare 2200 kg nell'orbita di trasferimento geostazionario o 1860 kg per sfuggire alla velocità. Tuttavia, entrambe le versioni sono state eliminate.

Mezzo Delta IV

Un Delta IV della serie Medium consisteva in un primo stadio CBC con il motore RS-68 e il secondo stadio con il motore RL-10B2. Sono state utilizzate diverse carenature di carico utile a seconda del carico da trasportare. Inoltre, piccoli booster a combustibile solido (GEM-60) potrebbero essere collegati al primo stadio del razzo per aumentare la capacità di carico utile. A causa delle variazioni nelle carenature del carico utile e del numero di ripetitori a combustibile solido, erano disponibili un totale di quattro diverse versioni medie, con l'aiuto delle quali potevano essere avviati in modo flessibile carichi utili di diversa massa e diametro. Sono state utilizzate tutte e quattro le varianti.

Le singole versioni della serie Medium erano:

• 

  Carenatura del carico utile di un Delta IV Medium + (4.2)
  Delta IV Medium - aveva una carenatura del carico utile di 4 m di diametro e nessun booster a combustibile solido. La capacità di carico era di 8120 kg per un'orbita bassa e 4210 kg per un'orbita di trasferimento geografico . Il primo lancio è avvenuto l'11 marzo 2003.
• Delta IV Medium + (4.2) - differiva solo dalla versione media di base in quanto aveva due booster GEM-60 aggiuntivi, che aumentavano la capacità di carico utile per un'orbita bassa a 10.430 kg e per un'orbita geotransfer a 5845 kg. Il primo lancio di questa versione è avvenuto il 20 novembre 2002 ed è stato anche il primo lancio di un Delta IV.
• Delta IV Medium + (5.2) - differiva dal Delta Medium + (4.2) in quanto aveva una carenatura del carico utile con un diametro di 5 me una capacità di carburante leggermente superiore del secondo stadio. A causa della carenatura del carico utile più pesante, la capacità di carico è diminuita rispetto al Medium + (4.2) a 7980 kg per un'orbita bassa e 4640 kg per un'orbita geotransfer. Il primo lancio è avvenuto il 3 aprile 2012.
• Delta IV Medium + (5.4) - era la versione più potente della serie Medium e differiva dalla Medium + (5.2) per due ulteriori booster GEM-60, che aumentavano il numero di booster a un totale di quattro. La capacità di carico era di 11.425 kg per un'orbita bassa e 6565 kg per un'orbita di trasferimento geografico. Questa versione è iniziata per la prima volta il 5 dicembre 2009 con il satellite per comunicazioni militari WGS-3 . Il 22 agosto 2019 ha completato l'ultimo volo medio Delta IV con un satellite di navigazione GPS III .

Delta IV Heavy

Per lanciare satelliti spia pesanti e sostituire il costoso razzo Titan IV , doveva essere sviluppata una variante di trasporto pesante del Delta IV, nota come Delta IV Heavy . Questo dovrebbe essere relativamente poco costoso da produrre e funzionare, oltre ad essere altamente affidabile per poter lanciare i satelliti militari, che costano fino a 1 miliardo di dollari.

Delta IV Heavy durante l'accensione del motore (Vandenberg AFB, 2011)

tecnologia

Viene allestito un Delta IV Heavy

Il Delta IV Heavy è composto da tre CBC, con un CBC che forma il palco centrale e gli altri due disposti a destra ea sinistra di esso. Il secondo stadio è alimentato da un motore RL-10B2 e ha una carenatura del carico utile con un diametro di 5 m. Al momento del lancio, tutti e tre i CBC vengono accesi contemporaneamente, con il razzo che si solleva molto lentamente e impiega circa 10 secondi per superare la torre di lancio. Dopo un po ', il motore RS-68 dello stadio centrale viene regolato fino al 60% della spinta, mentre i motori dei due CBC aggiuntivi continuano a lavorare con il 102% della spinta. Ciò garantisce che il carburante dei CBC aggiuntivi si esaurisca più velocemente, in modo che siano vuoti dopo circa 4 minuti di volo e possano essere scartati. Il palco centrale quindi accelera il carico utile fino a quando non è completamente esaurito. Il secondo stadio subentra quindi all'accelerazione per portare il carico utile nell'orbita di destinazione.

Il Delta IV Heavy è alto 71 me pesa 717 t quando decolla. I tuoi tre CBC in bundle sviluppano una spinta totale di 8847 kN. La capacità di carico utile è di 23.000 kg per un'orbita bassa e di 13.130 kg per un'orbita di trasferimento geografico . Con i motori RS-68A a maggiore spinta, la capacità di carico utile della GTO aumenta ulteriormente fino a 14.220 kg. Il Delta IV Heavy con il vecchio RS-68 porta circa 10.000 kg su un treno di trasferimento lunare e circa 8000 kg su un treno di trasferimento su Marte. Questo rende Delta IV Heavy con i nuovi motori RS-68A il secondo razzo statunitense più potente attualmente in uso (il razzo lunare Saturn V era molto più pesante e potente, ma non è più in produzione) ei suoi dati sulle prestazioni superano entrambi i più recenti europei il razzo Ariane 5 ECA e il vettore pesante russo Proton-M . Il Falcon Heavy , d'altra parte, con 26.700 kg, offre una capacità di carico utile GTO superiore rispetto al Delta IV Heavy con RS-68, così come il futuro Angara-A5 con 24.500 kg.

Carenature del carico utile

La carenatura del carico utile in materiale composito è alta quasi 19,1 m, di cui 13,07 m ha il diametro esterno completo di 5 m. Nella parte cilindrica ha un diametro interno di 4,57 m. La parte restante della lunghezza è occupata dalla punta, leggermente incurvata verso l'interno e arrotondata in alto.

La carenatura metallica del carico utile è alta 19,81 m, di cui 13,76 m ha il diametro esterno totale di 5 m. Nella parte cilindrica ha un diametro interno di 4,57 m. La parte restante della lunghezza è occupata dalla punta a forma di doppio cono arrotondato in alto. Questa carenatura del carico utile si divide in tre nel senso della lunghezza quando viene lanciata via.

Come accennato in precedenza, il Delta IV dovrebbe anche essere in grado di effettuare lanci con due carichi utili principali contemporaneamente a partire dal 2018; tuttavia, non c'erano carichi utili per i quali sarebbe stato possibile un doppio lancio.

Primo volo

Il primo lancio del Delta IV Heavy è avvenuto il 21 dicembre 2004, 21:50 UTC a Cape Canaveral, con a bordo solo un satellite fittizio da 6 tonnellate e due "satelliti di prova" costruiti dagli studenti del peso di 15 kg ciascuno. Poiché Boeing non è riuscita a trovare un cliente pagante per il primo lancio, l' USAF ha acquistato il primo lancio di prova del razzo per una somma che oscillava tra i 140 ei 170 milioni di dollari circa. Tuttavia, la partenza non è andata come previsto: sia i booster che il palco centrale hanno spento i motori un po 'troppo presto, in modo che il carico utile fosse posizionato su un'orbita troppo bassa. Il motivo è stato successivamente individuato nella formazione di bolle dovute alla cavitazione nel serbatoio dell'ossigeno, a seguito delle quali i sensori carburante hanno segnalato in anticipo che i serbatoi erano vuoti. Tuttavia, Boeing considera il primo decollo un successo poiché tutte le fasi del volo sono state testate con successo.

Profilo di volo in un'orbita GTO (231 km × 35.902 km / 27,9 °)

Ulteriori sviluppi

Famiglia Delta IV con un'ipotetica futura variante pesante con sette core booster comuni

Poiché il mercato del lancio dei satelliti si è sviluppato lentamente per un po ', i carichi utili commerciali da lanciare sono stati coperti dalle preesistenti varianti Delta IV medio e pesante. In particolare, il Delta IV Heavy è così potente e così costoso che non può più essere trovato sul mercato per carichi utili commerciali, quindi viene utilizzato solo per lanciare satelliti spia pesanti. Ben presto Boeing non offrì più il Delta IV sul mercato commerciale, ma si concentrò invece sui contratti governativi più redditizi. Nel 2005 Boeing e Lockheed Martin si sono fuse per formare la joint venture United Launch Alliance (ULA). ULA serve principalmente per i contratti di avvio del governo degli Stati Uniti. Fino alla certificazione del Falcon 9 da parte di SpaceX , ULA era praticamente un monopolio in quest'area per il trasporto di carichi utili di diverse tonnellate, poiché tutte le gare d'appalto del governo statunitense per il trasporto satellitare prevedono la condizione che l'azienda fornitrice sia situata negli USA. Altri fornitori negli Stati Uniti non avevano missili in grado di trasportare carichi utili così grandi. Di conseguenza, i prezzi di partenza sono quasi raddoppiati dopo la fondazione dell'ULA.

Inizia

Vedi l' elenco dei lanci di razzi Delta IV

link internet

• United Launch Alliance: Delta IV (inglese)
• Bernd Leitenberger: The Delta 3 e 4
• Pagina spaziale di Gunter: Delta-IV (inglese)
• Norbert Bruges: Delta Family (inglese)
• Delta IV nella Encyclopedia Astronautica (in inglese)

Prove individuali

1. ↑ Space.com: NASA Eyes alternativa al motore principale dello shuttle per il sollevamento pesante
2. ↑ ^{a b c} ULA: Delta IV Payload Planners Guide, settembre 2007 , accesso: 28 marzo 2012 ( Memento of July 22, 2011 in Internet Archive ) (PDF; 20,6 MB)
3. ↑ United Launch Alliance (ed.): Guida dell'utente dei servizi di lancio di Delta IV, giugno 2013 . Giugno 2013, Sezione 9 ALLOGGI AUSILIARI E CON DOPPIO PAGAMENTO (inglese, ulalaunch.com [PDF; accesso 27 gennaio 2019]). 
4. ↑ ^{a b} Thomas Weyrauch :: ULA: Doppio inizio con componenti RUAG. raumfahrer.net, 28 giugno 2013, accesso 30 giugno 2013 . 
5. ↑ Gunter Krebs: Delta-4. In: Gunter's Space Page. 15 maggio 2012, accesso 31 maggio 2012 . 
6. ↑ Pagina spaziale di Gunter: Delta-4 , accesso: 23 dicembre 2020
7. ↑ Capabilities & Service , SpaceX, accesso 14 febbraio 2018.
8. ↑ Bernd Leitenberger: veicoli di lancio statunitensi . 2a edizione. BoD - Books on Demand, Norderstedt 2013, ISBN 978-3-7392-3547-9 , pagg. 287 . 

Questa versione è stata aggiunta all'elenco degli articoli da leggere il 16 agosto 2005 .