Delta iv

Delta IV era un grupo de cinco sistemas de lanzamiento prescindibles de la familia de cohetes Delta introducidos a principios de la década de 2000. Diseñado originalmente por la división de Defensa, Espacio y Seguridad de Boeing para el programa Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV), el Delta IV se convirtió en un producto de United Launch Alliance (ULA) en 2006. El Delta IV fue principalmente un vehículo de lanzamiento para United Cargas útiles militares de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF), pero también se utilizó para lanzar varias cargas útiles no militares del gobierno de los Estados Unidos y un solo satélite comercial.

El Delta IV originalmente tenía dos versiones principales que permitían a la familia cubrir una variedad de tamaños y masas de carga útil: el medio retirado (que tenía cuatro configuraciones) y el pesado. A partir de 2023, el Heavy ha volado su penúltima misión, NROL-68. Las cargas útiles que anteriormente habrían volado en Medio y Pesado se están trasladando al Atlas V existente o al próximo Vulcan.

Los vehículos Delta IV se construyeron en las instalaciones de ULA en Decatur, Alabama. ULA completó el ensamblaje final en el sitio de lanzamiento: en la instalación de integración horizontal para lanzamientos desde la plataforma SLC-37B en Cabo Cañaveral y en una instalación similar para lanzamientos desde la plataforma SLC-6 en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg.

Historia

El último desarrollo evolutivo de la familia de cohetes Delta, el Delta IV, se introdujo para cumplir con los requisitos del vehículo de lanzamiento desechable evolucionado (EELV, ahora National Security Space Launch (NSSL)) de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) programa. Si bien el Delta IV conserva el nombre de la familia de cohetes Delta, se incorporaron cambios importantes. Quizás el cambio más significativo fue el cambio del queroseno al combustible de hidrógeno líquido, lo que requirió un nuevo tanque y un nuevo motor.

Durante el desarrollo del Delta IV, se consideró una pequeña variante. Esto habría presentado la segunda etapa Delta II, una tercera etapa Thiokol Star 48B opcional y el carenado de carga útil Delta II, todo encima de un único Common Booster Core (CBC). La variante pequeña se abandonó en 1999.

En 2002, se lanzó por primera vez el Delta IV, convirtiéndose el RS-68 en el primer gran motor de cohete de propulsor líquido diseñado en los Estados Unidos desde el motor principal del transbordador espacial (SSME) en la década de 1970.

El sistema de guía del conjunto de control de vuelo inercial redundante (RIFCA) de L3 Technologies utilizado originalmente en el Delta IV era común al que se llevaba en el Delta II, aunque el software era diferente debido a las diferencias entre el Delta II y el Delta IV. El RIFCA contaba con seis giroscopios y acelerómetros láser de anillo cada uno, para proporcionar un mayor grado de confiabilidad.

Boeing inicialmente tenía la intención de comercializar los servicios de lanzamiento comercial del Delta IV. Sin embargo, el Delta IV entró en el mercado de lanzamientos espaciales cuando la capacidad global ya era mucho mayor que la demanda. Además, al ser un diseño no probado, tuvo dificultades para encontrar un mercado en los lanzamientos comerciales, y los costos de lanzamiento del Delta IV son más altos que los de vehículos comparables de la misma época. En 2003, Boeing retiró el Delta IV del mercado comercial, alegando baja demanda y altos costos. En 2005, Boeing declaró que pretendía devolver el Delta IV al servicio comercial.

A partir de 2009, la USAF financió trabajos de ingeniería, integración e infraestructura de Delta IV EELV a través de contratos con Boeing Launch Services (BLS). El 8 de agosto de 2008, el Centro de Sistemas Espaciales y de Misiles de la USAF aumentó el "costo más tarifa de adjudicación" Contrato con BLS por US$ 1.656 millones para extender el período de ejecución hasta el 30 de septiembre de 2008 (FY09). Además, se agregó una opción de US$557,1 millones para cubrir el año fiscal 2010.

En febrero de 2010, el ciudadano naturalizado Dongfan Chung, un ingeniero que trabaja con Boeing, fue la primera persona condenada en virtud de la Ley de Espionaje Económico de 1996. Chung pasó información clasificada sobre diseños, incluido el cohete Delta IV, a China y fue sentenciado a 15 años de prisión. años.

En marzo de 2015, ULA anunció planes para eliminar gradualmente el medio Delta IV para 2018.

Con la excepción del primer lanzamiento, que llevó el satélite de comunicaciones comerciales Eutelsat W5, todos los lanzamientos de Delta IV han sido pagados por el gobierno de Estados Unidos. En 2015, ULA afirmó que un Delta IV Heavy se vendió por casi 400 millones de dólares.

Actualización del motor de refuerzo RS-68A

La posibilidad de un Delta IV de mayor rendimiento se propuso por primera vez en un estudio de RAND Corporation de 2006 sobre los requisitos de lanzamiento de seguridad nacional hasta 2020. Una única carga útil de la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) requería un aumento en la capacidad de elevación del Delta IV Heavy. La capacidad de elevación se incrementó mediante el desarrollo del motor RS-68A de mayor rendimiento, que voló por primera vez el 29 de junio de 2012. ULA eliminó gradualmente el motor RS-68 básico con el lanzamiento del vuelo 371 de Delta el 25 de marzo de 2015. Todos los lanzamientos siguientes han utilizado el RS-68A y el mayor empuje del motor permitieron el uso de un único diseño CBC estandarizado para todas las versiones Delta IV Medium y M+. Esta actualización redujo el costo y aumentó la flexibilidad, ya que cualquier CBC estandarizado podría configurarse para cero, dos o cuatro propulsores de cohetes de propulsor sólido. Sin embargo, el nuevo CBC provocó una ligera pérdida de rendimiento en la mayoría de las configuraciones medianas. El Delta IV Heavy todavía requiere CBC no estándar para el núcleo y los propulsores.

Estado del sistema de lanzamiento

Capacidades de carga útil después de la actualización RS-68A

Capacidades de carga útil con RS-68 original

*Las masas incluyen un accesorio de fijación de carga útil (de 240 kg a 1221 kg según la carga útil).

Actualizaciones propuestas que no se implementaron

Las posibles mejoras futuras para el Delta IV incluyeron agregar motores sólidos con correa adicionales, motores principales de mayor empuje, materiales más livianos, segundas etapas de mayor empuje, más (hasta ocho) CBC con correa y una cruz de propulsor criogénico. alimentación desde los propulsores con correa hasta el núcleo común.

En un momento dado, la NASA planeó utilizar Delta IV o Atlas V para lanzar el avión espacial orbital propuesto, que eventualmente se convirtió en el vehículo de exploración de tripulación y luego en el Orion. Orion estaba destinado a volar en el vehículo de lanzamiento Ares I, luego en el Sistema de Lanzamiento Espacial después de que Ares I fuera cancelado.

En 2009, The Aerospace Corporation informó sobre los resultados de un estudio de la NASA para determinar la viabilidad de modificar Delta IV para que esté calificado para tripulación para su uso en misiones de vuelos espaciales tripulados de la NASA. Según Aviation Week & El estudio de Space Technology "encontró que un Delta IV pesado [...] podría cumplir con los requisitos de la NASA para llevar humanos a la órbita terrestre baja".

Una mejora propuesta para la familia Delta IV fue la adición de motores extra sólidos. El Medium+ (4,4) habría utilizado puntos de montaje existentes para emparejar los cuatro GEM 60 del M+ (5,4) con el escenario superior y el carenado del (4,2). Un M+ (4,4) habría tenido una carga útil GTO de 7500 kg (16 500 lb), una carga útil LEO de 14 800 kg (32 600 lb) y podría haber estado disponible dentro de los 36 meses posteriores al primer pedido. También se consideró agregar GEM 60 adicionales al M+ (5,4), lo que habría requerido agregar puntos de fijación adicionales, cambios estructurales para hacer frente a las diferentes cargas de vuelo y cambios en la plataforma de lanzamiento y la infraestructura. Los Medium+ (5,6) y (5,8) habrían volado con seis y ocho SRB respectivamente, para un máximo de hasta 9.200 kg (20.300 lb) a GTO con el M+ (5,8). Los Medium+ (5,6) y (5,8) podrían haber estado disponibles dentro de los 48 meses posteriores al primer pedido.

Sucesores

Está previsto que el Vulcan Centaur reemplace los cohetes Atlas V y Delta IV. Se prevé que Vulcan Centaur entre en servicio en 2023, utilizando el motor cohete BE-4 alimentado con metano. Se espera que el Delta IV Heavy y el Atlas V permanezcan en servicio durante algunos años después del lanzamiento inaugural de Vulcan, y se espera que el Heavy deje de fabricarse en 2024.

Descripción del vehículo

Delta IV Media

El Delta IV Medium (también conocido como 'single stick') estaba disponible en cuatro configuraciones: Medium, Medium+ (4,2), Medium+ (5,2) y Medium+ (5,4).).

El medio Delta IV (Delta 9040) era el Delta IV más básico. Presentaba un solo CBC y una segunda etapa Delta III modificada, con tanques de hidrógeno líquido y oxígeno líquido de 4 metros (llamados Segunda Etapa Criogénica Delta (DCSS)) y un carenado de carga útil de 4 metros. El medio Delta IV fue capaz de lanzar 4.200 kg a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). Desde Cabo Cañaveral, GTO está a 1804 m/s de GEO. La masa del carenado y los accesorios de fijación de la carga útil se han restado del rendimiento bruto.

El Delta IV Medium+ (4,2) (Delta 9240) tenía el mismo CBC y DCSS que el Medium, pero con la adición de dos propulsores de cohetes sólidos de grafito de 1,5 m (60 pulgadas) de diámetro construidos por Orbital ATK. Propulsores con correa Epoxy Motors (GEM 60) para aumentar la capacidad de carga útil a 6150 kg para GTO.

El Delta IV Medium+ (5,2) (Delta 9250) era similar al Medium+ (4,2), pero tenía un DCSS de 5 m de diámetro y un carenado de carga útil para cargas más grandes. Debido al peso adicional del carenado de carga útil más grande y la segunda etapa, el Medium+ (5,2) podría lanzar 5.072 kg al GTO.

El Delta IV Medium+ (5,4) (Delta 9450) era similar al Medium+ (5,2), pero usaba cuatro GEM 60 en lugar de dos, lo que le permitía levantar 6882 kg hasta GTO.

Para encapsular la carga útil del satélite, se encontraban disponibles una variedad de carenados de carga útil diferentes. En las versiones medianas de 4 metros se utilizó un carenado de carga útil compuesto Delta III alargado de 4 metros de diámetro, mientras que en las versiones medianas de 5 metros se utilizó un carenado compuesto ampliado de 5 metros de diámetro.

La versión Medium (4,2) voló por última vez el 22 de agosto de 2019, lo que marcó el retiro de las variantes Delta IV Medium.

Delta IV pesada

El Delta IV Heavy (Delta 9250H) combina un DCSS de 5 m (16 pies) de diámetro y un carenado de carga útil con dos CBC adicionales. Estos son propulsores con correa que se separan antes en el vuelo que el CBC central. A partir de 2007, un carenado compuesto más largo de 5 metros de diámetro era estándar en el Delta IV Heavy, con un carenado isogrid de aluminio también disponible. El carenado trisector (de tres partes) de aluminio fue construido por Boeing y derivó de un carenado Titan IV. El carenado trisector se utilizó por primera vez en el vuelo DSP-23. El Delta IV con carenado extendido mide más de 62 m (203 pies) de altura. El Delta IV voló penúltimamente el 22 de junio de 2023, llevando los satélites NROL-68 a la órbita geoestacionaria.

Núcleo de refuerzo común

Cada Delta IV consta de al menos un núcleo de refuerzo común (CBC). Cada CBC está propulsado por un motor Aerojet Rocketdyne RS-68, que quema hidrógeno líquido y oxígeno líquido.

En vuelos del Medium, el RS-68 funcionó al 102 % de empuje nominal durante los primeros minutos de vuelo y luego aceleró hasta el 58 % de empuje nominal antes de que se apagara el motor principal. En el Heavy, el motor del CBC principal acelera hasta un 58% de empuje nominal unos 50 segundos después del despegue, mientras que los CBC con correa permanecen al 102%. Esto conserva el propulsor y permite que el CBC principal se queme después de la separación del refuerzo. Después de que los CBC con correa se separan, el motor del CBC principal acelera nuevamente hasta el 102% antes de volver a bajar al 58% antes de apagar el motor principal.

El motor RS-68 está montado en la estructura de empuje inferior del CBC mediante un marco de empuje de cuatro patas (cuadrápodo) y encerrado en un escudo térmico cónico compuesto protector. Encima de la estructura de empuje hay un tanque de hidrógeno líquido con isogrid de aluminio (un patrón de rejilla mecanizado en el interior del tanque para reducir el peso), seguido de un cilindro compuesto llamado cuerpo central, un tanque de oxígeno líquido con isogrid de aluminio y un faldón delantero. A lo largo de la parte trasera del CBC hay un túnel de cables para contener líneas eléctricas y de señal, y una línea de alimentación para transportar el oxígeno líquido al RS-68 desde el tanque. El CBC tiene un diámetro constante de 5 m (16 pies).

Segunda etapa criogénica Delta

La etapa superior del Delta IV fue la Segunda Etapa Criogénica Delta (DCSS). El DCSS se basó en la etapa superior Delta III pero ha aumentado la capacidad de propulsión. Se han producido dos versiones: un DCSS de 4 m (13 pies) de diámetro que se retiró con el Delta IV Medium y un DCSS de 5 m (16 pies) de diámetro que permanece en servicio con el Delta IV Heavy. La versión de 4 m de diámetro alargó ambos tanques de propulsor Delta III, mientras que la versión de 5 metros tiene un tanque de hidrógeno líquido de diámetro extendido y un tanque de oxígeno líquido aún más alargado. Independientemente del diámetro, cada DCSS está propulsado por un motor RL10B-2, con una boquilla de carbono-carbono extensible para mejorar el impulso específico. Se utilizan dos etapas intermedias diferentes para acoplar la primera etapa y el DCSS. Se utilizó una etapa intermedia ahusada que se redujo de 5 ma 4 m de diámetro para acoplar el DCSS de 4 m al CBC, mientras que se usó una etapa intermedia cilíndrica para acoplar el DCSS de 5 m. Ambas etapas intermedias se construyeron a partir de compuestos y encerraban el tanque de oxígeno líquido, mientras que el tanque de hidrógeno líquido más grande formaba parte de la línea de molde exterior del vehículo.

Sitios de lanzamiento

Delta IV lanzado desde cualquiera de los dos complejos de lanzamiento de cohetes. Los lanzamientos en la costa este de los Estados Unidos utilizaron el Complejo de Lanzamiento Espacial 37 (SLC-37) en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral. En la costa oeste, los lanzamientos en órbita polar y de alta inclinación utilizaron el Complejo de Lanzamiento Espacial 6 (SLC-6) de la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg.

Las instalaciones de lanzamiento en ambos sitios son similares. Una Instalación de Integración Horizontal (HIF) está situada a cierta distancia de la plataforma. Los CBC Delta IV y las segundas etapas se acoplarán y probarán en el HIF antes de trasladarlos a la plataforma. El conjunto de cohetes horizontal parcial del Delta IV es algo similar al vehículo de lanzamiento Soyuz, que está completamente ensamblado horizontalmente. Los transbordadores espaciales, los antiguos vehículos de lanzamiento de Saturno y el sistema de lanzamiento espacial se ensamblan y despliegan hasta la plataforma de lanzamiento de manera completamente vertical.

El movimiento de los Delta IV entre las diversas instalaciones de la plataforma fue facilitado por transportadores de plataforma elevadora (EPT) con neumáticos de goma y varias plantillas de transporte. Los EPT con motor diésel se utilizan para mover los vehículos desde el HIF a la plataforma, mientras que los EPT eléctricos se utilizan en el HIF, donde la precisión del movimiento es importante.

La estructura básica de la plataforma de lanzamiento incluye una zanja de llamas para dirigir la columna del motor lejos del cohete, protección contra rayos y almacenamiento de propulsor. En el caso del Delta IV, el vehículo se completó en la plataforma de lanzamiento dentro de un edificio. Esta torre de servicio móvil (MST) proporciona acceso de servicio al cohete y protección contra las inclemencias del tiempo y se aleja del cohete el día del lanzamiento. Una grúa en la parte superior del MST eleva la carga útil encapsulada al vehículo y también conecta los motores sólidos GEM 60 para lanzamientos Delta IV Medium. El MST se aleja del cohete varias horas antes del lanzamiento. En Vandenberg, la plataforma de lanzamiento también cuenta con un refugio de ensamblaje móvil (MAS), que encierra completamente el vehículo; en CCAFS, el vehículo está parcialmente expuesto cerca de su parte inferior.

Al lado del vehículo hay una torre umbilical fija (FUT), que tiene dos (VAFB) o tres (CCAFS) brazos oscilantes. Estos brazos transportan señales de telemetría, energía eléctrica, fluido hidráulico, flujo de aire de control ambiental y otras funciones de apoyo al vehículo a través de líneas umbilicales. Los brazos oscilantes se retraen en T-0 segundos una vez que el vehículo se compromete a despegar.

Debajo del vehículo hay una mesa de lanzamiento, con seis mástiles de servicio de cola (TSM), dos para cada CBC. La mesa de lanzamiento sostiene el vehículo en la plataforma y los TSM brindan soporte adicional y funciones de abastecimiento de combustible para los CBC. El vehículo está montado en la mesa de lanzamiento mediante una unidad Launch Mate (LMU), que está unida al vehículo mediante pernos que se cortan en el lanzamiento. Detrás de la mesa de lanzamiento hay un montador de plataforma fija (FPE), que utiliza dos pistones hidráulicos de carrera larga para elevar el vehículo a la posición vertical después de ser rodado hacia la plataforma desde el HIF. Debajo de la mesa de lanzamiento hay un conducto de llama que desvía el escape del cohete lejos del cohete o de las instalaciones.

Procesamiento de vehículos

Los CBC y DCSS Delta IV se ensamblan en la fábrica de ULA en Decatur, Alabama. Luego se cargan en el R/S RocketShip, un buque de carga rodante, y se envían a cualquiera de las plataformas de lanzamiento. Allí, se descargan y se trasladan a un HIF. Para los lanzamientos de Delta IV Medium, el CBC y el DCSS se acoplaron en el HIF. Para los lanzamientos de Delta IV Heavy, los CBC con correa de babor y estribor también están acoplados en el HIF.

Se realizan varias pruebas y luego el vehículo se hace rodar horizontalmente hasta la plataforma, donde se utiliza el montador de plataforma fija (FPE) para elevar el vehículo a la posición vertical. En este momento, los motores sólidos GEM 60, si se requieren, se enrollan hasta la plataforma y se fijan al vehículo. Después de más pruebas, la carga útil (que ya ha sido encerrada en su carenado) se transporta a la plataforma, se iza al MST mediante una grúa y se fija al vehículo. Finalmente, el día del lanzamiento, el MST se aleja del vehículo y el vehículo está listo para el lanzamiento.

Lanzamiento de Delta IV

Lanzamientos destacados

La primera carga útil lanzada con un Delta IV fue el satélite de comunicaciones Eutelsat W5. Un Medium+ (4,2) desde Cabo Cañaveral llevó el satélite de comunicaciones a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) el 20 de noviembre de 2002.

Heavy Demo fue el primer lanzamiento del Delta IV Heavy en diciembre de 2004 después de importantes retrasos debido al mal tiempo. Debido a la cavitación en las líneas de propulsor, los sensores de los tres CBC registraron un agotamiento del propulsor. Los CBC con correa y luego los motores CBC centrales se apagaron prematuramente, a pesar de que quedaba suficiente propulsor para continuar el encendido según lo programado. La segunda etapa intentó compensar la parada y ardió hasta quedarse sin propulsor. Este vuelo fue un lanzamiento de prueba con una carga útil de:

• DemoSat – 6020 kg; un cilindro de aluminio lleno de 60 varillas de latón – planeado para ser llevado a GEO; sin embargo debido a las fallas del sensor, el satélite no llegó a esta órbita.
• NanoSat-2, llevado a órbita terrestre baja (LEO) – un conjunto de dos satélites muy pequeños de 24 y 21 kg, apodado Sparky y Ralphie – planeaba orbitar por un día. Dada la quemadura inferior, los dos probablemente no alcanzaron una órbita estable.

NROL-22 fue el primer Delta IV lanzado desde el SLC-6 en la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg (VAFB). Fue lanzado a bordo de un Medium+ (4,2) en junio de 2006 llevando un satélite clasificado para la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) de Estados Unidos.

DSP-23 fue el primer lanzamiento de una valiosa carga útil a bordo de un Delta IV Heavy. Este fue también el primer lanzamiento de Delta IV contratado por United Launch Alliance, una empresa conjunta entre Boeing y Lockheed Martin. La carga útil principal era el satélite de alerta de misiles número 23 y último del Programa de Apoyo a la Defensa, DSP-23. El lanzamiento desde Cabo Cañaveral se produjo el 10 de noviembre de 2007.

NROL-26 fue el primer lanzamiento de EELV pesado Delta IV para la NRO. USA 202, un satélite de reconocimiento clasificado, despegó el 18 de enero de 2009.

NROL-32 fue un lanzamiento Delta IV Heavy que transportaba un satélite para NRO. Se especula que la carga útil será el satélite más grande enviado al espacio. Después de un retraso desde el 19 de octubre de 2010, el cohete despegó el 21 de noviembre de 2010.

NROL-49 despegó de la Base Aérea de Vandenberg el 20 de enero de 2011. Fue la primera misión Delta IV Heavy que se lanzó desde Vandenberg. Esta misión fue para la NRO y sus detalles están clasificados.

El 4 de octubre de 2012, un Delta IV M+ (4,2) experimentó una anomalía en el motor RL10B-2 de la etapa superior que resultó en un empuje inferior al esperado. Si bien el vehículo tenía suficientes márgenes de combustible para colocar con éxito la carga útil, un satélite GPS Block IIF USA-239, en su órbita objetivo, la investigación del fallo retrasó los lanzamientos posteriores de Delta IV y el próximo lanzamiento de Atlas V (AV-034) debido a puntos en común. entre los motores utilizados en ambos vehículos' etapas superiores. En diciembre de 2012, ULA había determinado que la causa de la anomalía era una fuga de combustible (en la cámara de combustión) y los lanzamientos de Delta IV se reanudaron en mayo de 2013. Después de dos lanzamientos exitosos más, una investigación adicional condujo al retraso del vuelo 365 de Delta con el satélite GPS IIF-5. Su lanzamiento estaba previsto originalmente para octubre de 2013, pero el vehículo despegó el 21 de febrero de 2014.

Un Delta IV Heavy lanzó la nave espacial Orion en un vuelo de prueba sin tripulación, EFT-1, el 5 de diciembre de 2014. El lanzamiento estaba previsto originalmente para el 4 de diciembre de 2014, pero los fuertes vientos y problemas con las válvulas provocaron que el lanzamiento se reprogramara para el 5 de diciembre de 2014. Diciembre de 2014.

El 12 de agosto de 2018, otro Delta IV Heavy lanzó la sonda solar Parker en una misión para explorar o "tocar" la corona exterior del Sol.

El segundo satélite GPS Block III se lanzó con el cohete de configuración final Delta IV Medium+ (4,2) el 22 de agosto de 2019.

El vuelo final de la misión Delta IV Heavy With NROL-91 que se lanzó en septiembre de 2022 fue el último lanzamiento de la familia de cohetes Delta IV y Delta desde Vandenberg.