Delta IV fue un grupo de cinco sistemas de lanzamiento desechables de la familia de cohetes Delta . Realizó 45 misiones entre 2002 y 2024. Originalmente diseñado 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 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 tuvo dos versiones principales que permitieron a la familia cubrir una variedad de tamaños y masas de carga útil: la Medium (que tenía cuatro configuraciones) y la Heavy . El último vuelo de la Medium se produjo en 2019. El último vuelo de la Heavy fue en abril de 2024.
Los vehículos Delta IV se construyeron en las instalaciones de ULA en Decatur, Alabama . [5] El ensamblaje final se completó en el sitio de lanzamiento por ULA: 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 Espacial Vandenberg .
El último desarrollo evolutivo de la familia de cohetes Delta , el Delta IV, se introdujo para cumplir con los requisitos del programa de Vehículo de Lanzamiento Desechable Evolucionado (EELV, ahora National Security Space Launch (NSSL)) de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF). 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 de queroseno a combustible de hidrógeno líquido , con nuevos tanques y un nuevo motor requerido. [6] [7]
Durante el desarrollo del Delta IV, se consideró una variante pequeña. Esta habría incluido la segunda etapa Delta II , una tercera etapa Thiokol Star 48B opcional y el carenado de carga útil Delta II, todo sobre un único núcleo de refuerzo común (CBC). [8] La variante pequeña se abandonó en 1999. [9] [10]
En 2002 se lanzó por primera vez el Delta IV, y el RS-68 se convirtió en el primer motor de cohete de combustible líquido de gran tamaño diseñado en los Estados Unidos desde el motor principal del transbordador espacial (SSME) en la década de 1970. [11]
El sistema de guía Redundant Inertial Flight Control Assembly (RIFCA) de L3 Technologies utilizado originalmente en el Delta IV era común al que llevaba 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 láser de anillo y acelerómetros cada uno, para proporcionar un mayor grado de fiabilidad. [12]
Boeing inicialmente tenía la intención de comercializar servicios de lanzamiento comercial del Delta IV. Sin embargo, el Delta IV entró en el mercado de lanzamiento espacial 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 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, citando la baja demanda y los altos costos. En 2005, Boeing declaró que buscaba devolver el Delta IV al servicio comercial. [13]
A partir de 2009, la USAF financió el trabajo de ingeniería, integración e infraestructura del 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 contrato de "costo más honorarios de adjudicación" con BLS por 1.656 millones de dólares estadounidenses para extender el período de ejecución hasta el 30 de septiembre de 2008 ( año fiscal 2009 ). Además, se agregó una opción de 557,1 millones de dólares estadounidenses para cubrir el año fiscal 2010. [14]
En febrero de 2010, el ciudadano naturalizado Dongfan Chung, ingeniero que trabajaba para Boeing, fue la primera persona condenada en virtud de la Ley de Espionaje Económico de 1996. Chung transmitió información clasificada sobre diseños, incluido el cohete Delta IV, a China y fue condenado a 15 años. [15]
En marzo de 2015, ULA anunció planes para eliminar gradualmente el Delta IV Medium para 2018. [16]
Con excepción del primer lanzamiento, que transportó el satélite comercial de comunicaciones Eutelsat W5 , todos los lanzamientos de Delta IV han sido financiados por el gobierno de Estados Unidos. En 2015, ULA declaró que un Delta IV Heavy se vende por casi 400 millones de dólares. [17]
La posibilidad de un Delta IV de mayor rendimiento se propuso por primera vez en un estudio de la Corporación RAND de 2006 sobre los requisitos de lanzamiento de seguridad nacional hasta 2020. Una sola carga útil de la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) requería un aumento en la capacidad de elevación del Delta IV Heavy. [18] La capacidad de elevación se incrementó mediante el desarrollo del motor RS-68A de mayor rendimiento , [19] que voló por primera vez el 29 de junio de 2012. [20] ULA eliminó gradualmente el motor RS-68 de referencia con el lanzamiento del vuelo 371 de Delta el 25 de marzo de 2015. Todos los lanzamientos posteriores utilizaron el RS-68A, [21] y el mayor empuje del motor permitió 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 cohetes propulsores de combustible sólido . Sin embargo, el nuevo CBC provocó una ligera pérdida de rendimiento para la mayoría de las configuraciones medianas. [22] El Delta IV Heavy requería CBC no estándar para el núcleo y los propulsores. [23]
Capacidades de carga útil tras la actualización del 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). [2]
Entre las posibles mejoras futuras para el Delta IV se incluyen la incorporación de motores sólidos adicionales, motores principales de mayor empuje, materiales más livianos, segundas etapas de mayor empuje, más CBC adicionales (hasta ocho) y una alimentación cruzada de propulsor criogénico desde los propulsores adicionales al núcleo común. [26]
En un momento dado, la NASA planeó utilizar Delta IV o Atlas V para lanzar el propuesto Orbital Space Plane , [27] que finalmente se convirtió en el Crew Exploration Vehicle y luego en Orion . Orion estaba destinado a volar en el vehículo de lanzamiento Ares I , luego en el Space Launch System 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 el Delta IV para que pudiera llevar tripulación a misiones espaciales tripuladas de la NASA . Según Aviation Week & Space Technology , el estudio "concluyó que un Delta IV pesado [...] podría cumplir los requisitos de la NASA para llevar humanos a la órbita baja terrestre". [28]
Una de las mejoras propuestas a la familia Delta IV fue la incorporación de motores sólidos adicionales. El Medium+ (4,4) habría utilizado los puntos de montaje existentes para acoplar los cuatro GEM 60 del M+ (5,4) con la etapa superior y el carenado del (4,2). Un M+ (4,4) habría tenido una carga útil GTO de 7.500 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 añadir GEM 60 adicionales al M+ (5,4), lo que habría requerido la incorporación de puntos de sujeción adicionales, cambios estructurales para hacer frente a las diferentes cargas de vuelo y cambios en la plataforma de lanzamiento y la infraestructura. Los modelos Medium+ (5,6) y (5,8) habrían volado con seis y ocho SRB respectivamente, para un máximo de 9.200 kg (20.300 lb) hasta GTO con el M+ (5,8). Los modelos Medium+ (5,6) y (5,8) podrían haber estado disponibles dentro de los 48 meses siguientes al primer pedido. [29]
Se prevé que el Vulcan Centaur sustituya a los cohetes Atlas V y Delta IV. Se había previsto que el Vulcan Centaur entrara en servicio en 2023, utilizando el motor de cohete BE-4 alimentado con metano , [30] [31] pero el primer Vulcan se lanzó el 8 de enero de 2024. [32] Se espera que el Atlas V permanezca en servicio durante algunos años después del lanzamiento inaugural del Vulcan, y el Delta IV Heavy se suspendió en abril de 2024. [33]
El Delta IV Medium (también conocido como "single stick" [34] [35] ) estaba disponible en cuatro configuraciones: Medium, Medium+ (4,2), Medium+ (5,2) y Medium+ (5,4). [36]
El Delta IV Medium (Delta 9040) fue el modelo más básico de Delta IV. Contaba con un único CBC y una segunda etapa Delta III modificada, con tanques de hidrógeno líquido y oxígeno líquido de 4 metros (llamados Delta Cryogenic Second Stage (DCSS)) y un carenado de carga útil de 4 metros. El Delta IV Medium era capaz de lanzar 4.200 kg a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). Desde Cabo Cañaveral, la GTO está a 1804 m/s de la GEO. La masa del carenado y los accesorios de fijación de la carga útil se han restado del rendimiento bruto. [7]
El Delta IV Medium+ (4,2) (Delta 9240) tenía el mismo CBC y DCSS que el Medium, pero con el agregado de dos propulsores de cohete sólido Graphite-Epoxy Motors (GEM 60) de 1,5 m (60 pulgadas) de diámetro construidos por Orbital ATK para aumentar la capacidad de carga útil a 6150 kg hasta GTO. [7]
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) podía lanzar 5072 kg a GTO. [7]
El Delta IV Medium+ (5,4) (Delta 9450) era similar al Medium+ (5,2), pero utilizaba cuatro GEM 60 en lugar de dos, lo que le permitía levantar 6.882 kg hasta GTO. [7]
Para encapsular la carga útil del satélite, se disponía de 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 agrandado de 5 metros de diámetro. [37]
La versión Medium (4,2) voló por última vez el 22 de agosto de 2019, marcando el retiro de las variantes Delta IV Medium. [36] [38]
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 de 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, [26] con un carenado isogrid de aluminio también disponible. El carenado trisector (de tres partes) de aluminio fue construido por Boeing y derivado de un carenado Titan IV . [37] El carenado trisector se utilizó por primera vez en el vuelo DSP-23 . [39] El Delta IV con el carenado extendido tiene más de 62 m (203 pies) de altura. El último lanzamiento tuvo lugar el 9 de abril de 2024, transportando el satélite NROL-70, lo que marcó la conclusión de la familia de cohetes Delta.
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 los vuelos del tipo medio, el RS-68 funcionó al 102 % de empuje nominal durante los primeros minutos de vuelo, y luego redujo la potencia al 58 % de empuje nominal antes de apagar el motor principal. [40] En el tipo pesado, el motor del CBC principal reduce la potencia al 58 % de empuje nominal alrededor de 50 segundos después del despegue, mientras que los CBC acoplados permanecen al 102 %. Esto conserva el propulsor y permite que el CBC principal se queme después de la separación de los propulsores. Después de que los CBC acoplados se separan, el motor del CBC principal vuelve a acelerar hasta el 102 % antes de volver a reducir la potencia al 58 % antes de apagar el motor principal. [41]
El motor RS-68 está montado en la estructura de empuje inferior del CBC mediante un bastidor de empuje de cuatro patas ( cuadrapod ) y encerrado en un escudo térmico cónico compuesto protector. Por encima de la estructura de empuje hay un tanque de hidrógeno líquido de aluminio isogrid (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 de aluminio isogrid y un faldón delantero. A lo largo de la parte trasera del CBC hay un túnel de cables para sostener líneas eléctricas y de señal, y una línea de alimentación para llevar el oxígeno líquido al RS-68 desde el tanque. El CBC tiene un diámetro constante de 5 m (16 pies). [11]
La etapa superior del Delta IV era la Segunda Etapa Criogénica Delta (DCSS). La DCSS se basaba en la etapa superior del Delta III pero tenía una mayor capacidad de combustible. Se han producido dos versiones: una DCSS de 4 m (13 pies) de diámetro que se retiró con el Delta IV Medium y una DCSS de 5 m (16 pies) de diámetro que sigue en servicio con el Delta IV Heavy. La versión de 4 m de diámetro alargó ambos tanques de combustible del 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 tobera de carbono-carbono extensible para mejorar el impulso específico. [42] Se utilizan dos etapas intermedias diferentes para acoplar la primera etapa y la DCSS. Se utilizó una etapa intermedia cónica que se redujo de 5 m a 4 m de diámetro para acoplar la DCSS de 4 m al CBC, mientras que se utiliza una etapa intermedia cilíndrica para acoplar la DCSS de 5 m. Ambas etapas intermedias se construyeron a partir de materiales 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. [43] [44]
El Delta IV se lanzó desde uno 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 Espacial Vandenberg . [45]
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 y las segundas etapas del Delta IV se acoplarán y probarán en la HIF antes de ser trasladados a la plataforma. [45] El ensamblaje del cohete horizontal parcial del Delta IV es algo similar al vehículo de lanzamiento Soyuz , que se ensambla completamente horizontalmente. Los transbordadores espaciales , los anteriores vehículos de lanzamiento Saturn y el Sistema de Lanzamiento Espacial se ensamblan y se despliegan hacia la plataforma de lanzamiento completamente verticalmente. [ cita requerida ]
El movimiento de los Delta IV entre las distintas instalaciones de la plataforma se vio facilitado por transportadores de plataforma elevadora (EPT) con neumáticos de caucho y varios dispositivos de transporte. Los EPT con motor diésel se utilizan para mover los vehículos desde el HIF hasta la plataforma, mientras que en el HIF se utilizan EPT eléctricos, donde la precisión del movimiento es importante. [45]
La estructura básica de la plataforma de lanzamiento incluye una zanja de llamas para dirigir la columna de humo del motor lejos del cohete, protección contra rayos y almacenamiento de combustible. 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 el clima y se retira del cohete el día del lanzamiento. Una grúa en la parte superior de la MST eleva la carga útil encapsulada al vehículo y también fija los motores sólidos GEM 60 para los lanzamientos del Delta IV Medium. La MST se retira del cohete varias horas antes del lanzamiento. En Vandenberg, la plataforma de lanzamiento también tiene un refugio de ensamblaje móvil (MAS), que encierra completamente el vehículo; en CCAFS, el vehículo está parcialmente expuesto cerca de su parte inferior. [45]
Al lado del vehículo hay una torre umbilical fija (FUT), que tiene dos (VSFB) o tres (CCAFS) brazos oscilantes. Estos brazos llevan señales de telemetría, energía eléctrica, fluido hidráulico , flujo de aire de control ambiental y otras funciones de soporte al vehículo a través de líneas umbilicales. Los brazos oscilantes se retraen en T-0 segundos una vez que el vehículo está listo para el lanzamiento. [45]
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 más soporte y funciones de abastecimiento de combustible para los CBC. El vehículo está montado en la mesa de lanzamiento mediante una unidad de apoyo de lanzamiento (LMU), que se fija al vehículo mediante pernos que se cortan en el lanzamiento. Detrás de la mesa de lanzamiento hay un erector de plataforma fija (FPE), que usa dos pistones hidráulicos de carrera larga para elevar el vehículo a la posición vertical después de ser rodado a 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 las instalaciones. [45]
Los CBC y DCSS de Delta IV se ensamblan en la fábrica de ULA en Decatur, Alabama . Luego se cargan en el R/S RocketShip , un buque de carga de carga rodada , y se envían a cualquiera de las plataformas de lanzamiento. Allí, se descargan y se transportan en 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 de babor y estribor también se acoplan en el HIF. [46]
Se realizan varias pruebas y luego el vehículo se desplaza horizontalmente hasta la plataforma, donde se utiliza el erector de plataforma fija (FPE) para elevar el vehículo a la posición vertical. En este momento, los motores sólidos GEM 60, si es necesario, se desplazan hasta la plataforma y se fijan al vehículo. Después de más pruebas, la carga útil (que ya se ha encerrado en su carenado) se transporta hasta la plataforma, se eleva hasta el MST mediante una grúa y se fija al vehículo. Finalmente, el día del lanzamiento, el MST se desplaza fuera del vehículo y el vehículo está listo para el lanzamiento. [46]
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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. [ cita requerida ]
El 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 combustible, los sensores de los tres CBC registraron un agotamiento del combustible. Los motores CBC auxiliares y luego los motores CBC principales se apagaron prematuramente, a pesar de que quedaba suficiente combustible para continuar la combustión según lo programado. La segunda etapa intentó compensar la parada y ardió hasta que se quedó sin combustible. Este vuelo fue un lanzamiento de prueba con una carga útil de:
NROL-22 fue el primer Delta IV lanzado desde el SLC-6 en la Base de la Fuerza Espacial Vandenberg (VSFB). Fue lanzado a bordo de un Medium+ (4,2) en junio de 2006, con un satélite clasificado para la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) de Estados Unidos.
El DSP-23 fue el primer lanzamiento de una carga útil valiosa a bordo de un Delta IV Heavy. También fue el primer lanzamiento de Delta IV contratado por United Launch Alliance , una empresa conjunta entre Boeing y Lockheed Martin . La carga útil principal fue el 23.º y último satélite de alerta de misiles del Programa de Apoyo a la Defensa , el DSP-23 . El lanzamiento desde Cabo Cañaveral se produjo el 10 de noviembre de 2007. [89]
NROL-26 fue el primer lanzamiento de un Delta IV Heavy EELV para la NRO. USA 202 , un satélite de reconocimiento clasificado , despegó el 18 de enero de 2009. [90]
El NROL-32 fue un lanzamiento Delta IV Heavy que transportaba un satélite para la NRO. Se especula que la carga útil es el satélite más grande enviado al espacio. Después de un retraso a partir del 19 de octubre de 2010, el cohete despegó el 21 de noviembre de 2010. [91]
El NROL-49 despegó de la base aérea Vandenberg el 20 de enero de 2011. [52] Fue la primera misión Delta IV Heavy lanzada desde Vandenberg. Esta misión era para la NRO y sus detalles son clasificados. [92]
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 menor al esperado. Si bien el vehículo tenía márgenes de combustible suficientes para colocar con éxito la carga útil, un satélite GPS Block IIF USA-239 , en su órbita objetivo, la investigación sobre el fallo retrasó los lanzamientos posteriores del Delta IV y el siguiente lanzamiento del Atlas V (AV-034) debido a la similitud entre los motores utilizados en las etapas superiores de ambos vehículos. [93] Para diciembre de 2012, ULA había determinado que la causa de la anomalía era una fuga de combustible (en la cámara de combustión [94] ), y los lanzamientos del 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 . [95] Originalmente programado para lanzarse en octubre de 2013, el vehículo despegó el 21 de febrero de 2014. [96]
Un Delta IV Heavy lanzó la nave espacial Orion en un vuelo de prueba sin tripulación, EFT-1 , el 5 de diciembre de 2014. [97] El lanzamiento se planeó originalmente para el 4 de diciembre de 2014, pero los fuertes vientos y problemas con las válvulas hicieron que el lanzamiento se reprogramara para el 5 de diciembre de 2014. [98]
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. [99]
El segundo satélite GPS Bloque III se lanzó con el cohete de configuración final Delta IV Medium+ (4,2) el 22 de agosto de 2019. [82]
El vuelo final desde Vandenberg del Delta IV Heavy lanzó la misión NROL-91 en septiembre de 2022.
El último vuelo desde Cabo Cañaveral del Delta IV Heavy y de la familia de cohetes Delta tuvo lugar en abril de 2024 llevando a cabo la misión NROL-70 .
{{cite web}}: CS1 maint: URL no apta ( enlace ){{cite web}}: CS1 maint: URL no apta ( enlace ){{cite web}}: CS1 maint: URL no apta ( enlace )"Se podría lanzar un vehículo humano más pequeño en un cohete desechable actual [...] De hecho, antes del desastre del Columbia, los equipos de la NASA estaban trabajando en un Avión Espacial Orbital (OSP) diseñado para hacer precisamente eso".
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