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Delta IV

Il Delta IV è un razzo vettore della famiglia di razzi Delta progettati dalla divisione Integrated Defense Systems di Boeing. I razzi sono costruiti a Decatur in Alabama dalla United Launch Alliance, che ne cura anche l'assemblaggio finale al sito di lancio[1]. I razzi sono stati progettati per il progetto Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) della United States Air Force e per il lancio di satelliti commerciali; i razzi dovrebbero ridurre i costi e lo sforzo necessari per lanciare dei carichi utili in orbita. Il Delta IV è disponibile in cinque versioni: Medium, Medium+ (4,2), Medium+ (5,2), Medium+ (5,4) ed Heavy: ognuno è progettato per carichi utili di diversa dimensione e peso. Il Delta IV è progettato primariamente per soddisfare i requisiti dei militari statunitensi.

Delta IV (Delta 9000)
Un lancio di un Delta IV Medium che trasporta DSCS III-B6
Informazioni
FunzioneEELV / Vettore di lancio orbitale
ProduttoreBoeing IDS
United Launch Alliance
Nazione di origineBandiera degli Stati Uniti Stati Uniti
Dimensioni
Altezza63-77 m (206-253 ft)
Diametro5 m (16,4 ft)
Massa249500-733400 kg (550000-1616800 lb)
Stadi2
Capacità
Carico utile verso orbita terrestre bassa8 600 - 25 800 kg (18 900 - 56 800 lb)
Carico utile verso
orbita di trasferimento geostazionaria		3 900 - 10 843 kg (8 500 - 23 904 lb)
Cronologia dei lanci
StatoOperativo
Basi di lancioCape Canaveral SLC-37B
Vandenberg SLC-6
Lanci totali37
Medium: 3
Medium+: 24
Heavy: 10
Successi36
Medium: 3
Medium+: 24
Heavy: 9
Fallimenti parziali1 (Heavy)
Volo inaugurale20 novembre 2002
Primo satelliteEutelsat W5
Razzi ausiliari (varianti Medium) - GEM 60
Nº razzi ausiliariMedium: 0; M+4,2: 2; M+5: 2 o 4
Propulsori1 razzo a propellente solido
Spinta826,6 kN
Impulso specifico275 s
Tempo di accensione90 s
PropellentePropellente solido
Razzi ausiliari (Heavy) - Delta IV CBC
Nº razzi ausiliari2
Propulsori1 RS-68
Spinta3 312,8 kN
Impulso specifico410 s
Tempo di accensione249 s
PropellenteLH2/LOX
1º stadio – Delta IV CBC
Propulsori1 RS-68
Spinta3 312,8 kN (744 737 lbf)
Impulso specifico410 s
Tempo di accensione259 s
PropellenteLH2/LOX
2º stadio
Propulsori1 RL-10B-2
Spinta110 kN (24 740 lbf)
Impulso specifico462 s
Tempo di accensione850 - 1 125 s
PropellenteLH2/LOX

I razzi sono assemblati nella Horizontal Integration Facility e sono lanciati dal LC-37B della Cape Canaveral Air Force Station e dal SLC-6 della Vandenberg Air Force Base.

Descrizione del lanciatore modifica

Il primo stadio del Delta IV è composto da un Common Booster Core (CBC), propulso da un motore RS-68 di Rocketdyne; nel caso della variante Heavy, il razzo è dotato di tre CBC. La maggior parte dei motori che equipaggiano il primo stadio di altri razzi usano combustibile solido o kerosene, mentre i motori RS-68 bruciano idrogeno liquido ed ossigeno liquido.

Lo RS-68 è il primo grande motore per razzo a propellente liquido progettato negli USA dalla creazione dello Space Shuttle main engine (SSME) negli anni settanta. L'obiettivo primario dello RS-68 consisteva nel ridurre i costi rispetto allo SSME. Fu ridotta la pressione della camera e l'impulso specifico, penalizzando così l'efficienza del motore; tuttavia, il tempo di sviluppo, il numero delle parti costituenti, il costo totale e il lavoro di assemblaggio furono ridotti a una frazione di quelli necessari per lo SSME, a dispetto della dimensione significativamente più grande dello RS-68. Tipicamente, lo RS-68 è spinto al 102% per i primi minuti del volo, per poi passare al 58% di spinta prima dello spegnimento del motore principale[2]. Nella variante Heavy, il motore del CBC principale viene ridotto al 58% della spinta circa 50 secondi dopo il sollevamento, mentre i CBC aggiuntivi rimangono al 102%. Questo permette al CBC principale di conservare del propellente e bruciare più a lungo. Dopo che i CBC aggiuntivi vengono separati dal razzo, il CBC centrale ritorna al 102% della spinta, per poi rallentare al 58% prima dello spegnimento[3].

Il motore RS-68 è assicurato alla struttura propulsiva inferiore del vettore con una struttura di spinta a quadripode ed incluso in uno scudo conico composito di protezione termica. Al di sopra della struttura di spinta c'è un serbatoio per idrogeno liquido in isogriglia di alluminio seguito da un cilindro composito, chiamato corpo centrale (centerbody), un serbatoio in isogriglia di alluminio per l'ossigeno liquido. Lungo il CBC scorre un tunnel per contenere cavi elettrici e per segnali ed un tubo per trasportare l'ossigeno liquido dal serbatoio allo RS-68. Il CBC ha un diametro costante di 5 metri.

Il sistema di guida Redundant Inertial Flight Control Assembly (RIFCA) di L-3 Communications usato sul Delta IV è uguale a quello del razzo Delta II e differisce solo nel software che li gestisce per le differenze fra i due lanciatori. Il RIFCA è dotato di sei giroscopi laser e sei accelerometri, che forniscono un alto grado di affidabilità[4].

Lo stadio superiore del Delta IV è praticamente identico a quello del razzo Delta III, tuttavia i serbatoi sono o ridotti (nella variante da 4 metri di diametro) o ingranditi (nella variante da 5 metri). Il secondo stadio è propulso da un motore RL-10B2 di Pratt & Whitney, provvisto di un ugello carbon-carbon estendibile per aumentare l'impulso specifico. A seconda della variante del razzo sono utilizzati due differenti interstadi per collegare il primo ed il secondo stadio. Un interstadio a cono rovesciato che si restringe dal diametro di 5 al diametro di 4 metri è utilizzato nella variante da 4 metri, mentre un interstadio cilindrico è utilizzato nella variante da 5 metri. Gli interstadi sono costruiti con materiali compositi.

Per incapsulare il carico utile sono disponibili una varietà di differenti ogive. Un'ogiva derivata dal Delta III ridotta a 4 metri è usata nella variante a 4 metri del lanciatore, mentre una ogiva allargata da 5 metri di diametro è utilizzata nella variante da 5 metri. Nella versione Heavy del lanciatore sono utilizzate una versione più lunga dell'ogiva da 5 metri oppure una carenatura da 5 metri in isogriglia di alluminio.

Il Delta IV è entrato nel mercato dei lanciatori in un periodo in cui la capacità globale era già molto più alta della domanda. Inoltre, ha avuto difficoltà ad inserirsi nel mercato dei lanci commerciali per il suo progetto non ancora collaudato e perché il costo di un Delta IV è superiore a quello dei vettori comparabili. Nel 2003, Boeing ha ritirato il Delta IV dal mercato commerciale, a causa dei costi elevati e della bassa domanda. Nel 2005, Boeing ha dichiarato che potrebbe rendere il Delta IV di nuovo accessibile al mercato commerciale, tuttavia fino al 2006 non ci sono stati ulteriori annunci a questo riguardo[5]. Tutti tranne uno dei primi lanci sono stati pagati dal governo USA, con un costo fra i 140 e i 170 milioni di dollari.

Lanciatori comparabili: Angara - Ariane 5 - Atlas V - Lunga Marcia 5 - Falcon 9 - Proton

Varianti modifica

Il Delta IV Medium (Delta 9040) è la variante base del Delta IV. Possiede un singolo CBC ed un secondo stadio modificato del Delta III, con serbatoi da 4 metri di idrogeno liquido ed ossigeno liquido ed un'ogiva da 4 metri derivata da quella del Delta III. Il Delta IV Medium è in grado di lanciare 4210 kg (9285 lb) in orbita di trasferimento geostazionaria (GTO).

Il Delta IV Medium+ (4,2) (Delta 9240) è simile al Medium, ma utilizza due razzi aggiuntivi Graphite-Epoxy Motor (GEM-60s) di Alliant Techsystems da 1,5 metri di diametro, per aumentare il peso del carico utile a 5 845 kg verso GTO.

Il Delta IV Medium+ (5,2) (Delta 9250) è simile al Medium+ (4,2), ma possiede un'ogiva per il carico utile da 5 metri e un secondo stadio con un serbatoio per l'idrogeno liquido da 5 metri ed un serbatoio ingrandito per l'ossigeno liquido. A causa del peso supplementare della carenatura più larga e del secondo stadio, questa variante può portare 4 640 kg (10 230 lb) in GTO, quindi meno del Medium+ (4,2).

Il Delta IV Medium+ (5,4) (Delta 9450) è simile al Medium+ (5,2), ma utilizza quattro GEM-60 invece di due, consentendo il trasporto di 6 565 kg (14 475 lb) in GTO.

Il Delta IV Heavy (Delta 9250H) è simile al Medium+ (5,2), ma utilizza due CBC aggiuntivi al posto dei GEM. Questi razzi impulsori sono rilasciati in volo prima del rilascio del CBC principale. Il Delta IV Heavy inoltre presenta un'ogiva composita ingrandita da 5 metri di diametro[6]. È disponibile anche un'ogiva trisettore in alluminio derivata da quella del Titan IV[7]. Quest'ogiva è stata utilizzata per la prima volta nel volo DSP-23.

La capacità di sollevamento del Delta IV Heavy è di:

La massa totale al lancio della variante Heavy è di circa 733000 kg, molto meno dello Space Shuttle (2040000 kg).

Durante lo sviluppo del Delta IV è stata considerata anche una variante Small. Questa avrebbe utilizzato il secondo stadio del Delta II, un terzo stadio opzionale Star 48 B di Thiokiol e l'ogiva del Delta II, tutto montato sopra un singolo CBC[8]. La variante Small è stata accantonata nel 1999[9][10], probabilmente perché il Delta II aveva già una simile capacità di sollevamento.

Varianti future modifica

 
Evoluzione del Delta IV

Possibili miglioramenti futuri per il Delta IV includono l'aggiunta di motori aggiuntivi per aumentare la capacità di sollevamento, l'utilizzo di motori principali con spinta maggiorata, l'uso di materiali più leggeri, l'uso di secondi stadi con maggiore spinta, l'uso di fino a 6 CBC e un'alimentazione incrociata con propellente criogenico sia per i razzi impulsori che per il propulsore principale. Queste modifiche potrebbero potenzialmente aumentare a 100 tonnellate la massa del carico utile posizionabile in LEO[6].

La NASA originariamente aveva pianificato di utilizzare il Delta IV Heavy per il Crew Exploration Vehicle, il successore dello Space Shuttle. Tuttavia, con il cambio del CEV da un veicolo alato o a sollevamento a una capsula simile a quella dell'Apollo e un nuovo veicolo da lancio basato sui componenti dello Space Shuttle.

La possibilità di aggiungere una nuova variante ancora più pesante fu indicata in uno studio dei requisiti di lancio per la sicurezza nazionale fino al 2020, condotto dalla RAND Corporation nel 2006[11]: in questo studio si fa notate che "...solo il Delta IV Heavy possiede la capacità necessaria per soddisfare i requisiti imposti dai dieci lanci della NSS che richiedono maggiore spinta di sollevamento... la capacità attuale del Delta IV, con una possibile eccezione, può soddisfare l'intera domanda di lanci pianificata dal NSS. L'eccezione riguarda il requisito di innalzare la capacità di sollevamento del Delta IV Heavy per soddisfare un singolo carico utile del NRO. La migliore soluzione per questo requisito è attualmente in studio."

Termine del programma Delta modifica

L'ultimo lancio di un Delta IV Medium+ è stata la missione GPS III SV02 il 22 Agosto 2019 dal LC-37B. A partire dalla missione NROL-44 verrà lanciato solo il modello Delta IV Heavy. Il programma giungerà al termine dopo aver lanciato 5 payload del NRO tra il 2020 e il 2023, verrà sostituito dal nuovo vettore di casa ULA, Vulcan,[12] il cui primo lancio è stato programmato per il 2021.[13]

ULA sta portando al termine il programma Delta in quanto molto costoso, il Delta IV Heavy costando fino a 350 milioni USD a lancio risulta poco appetibile sul commercio, come dimostra lo storico dei lanci, composto principalmente da satelliti governativi. Con il Falcon Heavy ormai divenuto realtà, ULA punta a sostituire i lanci di payload di grossa taglia con il nuovo Vulcan Centaur che risulterà più economico, più efficiente e potrà portare in orbita carichi più pesanti.[12]

Siti di lancio modifica

 
Il primo lancio di un Delta IV Heavy con tre Common Booster Core

I lanci del Delta IV sono effettuati da due siti. Nella costa orientale degli Stati Uniti viene utilizzato il Launch Complex 37 (LC-37) della Cape Canaveral Air Force Station, che fu sede di numerosi lanci di razzi Saturn I e Saturn IB. Sulla costa occidentale, viene utilizzato lo Space Launch Complex 6 (SLC-6) della Vandenberg Air Force Base per lanci con orbita polare ed alta inclinazione. Questo pad di lancio era stato inizialmente costruito per la stazione spaziale MOL della Air Force (progetto poi cancellato) e successivamente per lanci in orbita polare dello Space Shuttle, ma non fu mai effettivamente utilizzato per nessuno di questi scopi.

Il supporto al lancio in entrambi i siti è simile. Al pad di lancio si trova una Mobile Service Tower (Torre di servizio mobile, MST), che consente accesso di servizio al lanciatore e protezione dal tempo atmosferico. In cima alla MST c'è un argano che consente di agganciare al veicolo il carico utile e i motori GEM-60. La MST è separata dal lanciatore diverse ore prima del lancio. A Vandenberg, il pad di lancio possiede anche un Mobile Assembly Shelter (MAS), che racchiude completamente il razzo; a Cape Canaveral invece, il veicolo è parzialmente esposto nella sua parte inferiore.

Accanto al lanciatore è posizionata una Fixed Umbilical Tower (FUT), che possiede due (nel caso di Vandemberg) o tre (a Cape Canaveral) bracci mobili. Questi bracci sono equipaggiati per dare supporto elettrico, idraulico, di controllo ambientale al veicolo. I bracci mobili sono retratti a T-0 secondi dal lancio per prevenire urti con il veicolo.

Sotto il veicolo c'è una tavola di lancio con sei Tail Service Mast (TSM), due per ogni CBC. La tavola di lancio fornisce supporto al veicolo sul pad e i TSM forniscono ulteriore supporto e funzioni di rifornimento ai CBC. Il veicolo è montato sulla tavola di lancio con un Launch Mate Unit (LMU), che è agganciato al veicolo con dei giunti che si separano al lancio. Sotto la tavola di lancio c'è un Fixed Pad Erector (FPE), che usa due pistoni idraulici per innalzare il veicolo in posizione verticale dopo che questo viene trasportato dalla Horizontal Integration Facility (HIF). Sotto la tavola di lancio c'è un condotto che deflette gli scarichi dei motori sia dal lanciatore che dalle strutture di supporto.

La Horizontal Integration Facility (HIF) è situata a una certa distanza dal pad di lancio. È un grande edificio nel quale i CBC e il secondo stadio del Delta IV sono uniti al lanciatore e testati prima di essere trasportati al pad.

Gli spostamenti dei Delta IV, dalle varie strutture al pad di lancio sono facilitati dall'uso degli Elevating Platform Transporters (EPT). Questi veicoli a gomma sono propulsi o con motori diesel o con motori elettrici. Gli EPT diesel sono utilizzati per muovere il lanciatore dalla HIF al pad di lancio, mentre gli EPT elettrici sono utilizzati all'interno della HIF, dove la precisione degli spostamenti è importante[14].

Assemblaggio del lanciatore modifica

 
Secondo stadio di un Delta IV (diametro 4 metri)

I Delta IV sono assemblati con un processo che secondo Boeing riduce i costi e il tempo speso sul pad di lancio. I CBC sono costruiti da Boeing nella fabbrica di Decatur, in Alabama. Questi sono poi caricati in un M/V Delta Mariner, una nave da trasporto, e trasportati poi al sito di lancio. Qui sono scaricati e portati nella Horizontal Integration Facility (HIF), dove sono uniti al secondo stadio, trasportato al sito separatamente dal Delta Mariner. Inoltre, nel caso della variante Heavy, i tre CBC sono uniti l'uno all'altro sempre nella HIF.

Dopo aver effettuato vari test, il lanciatore è trasportato orizzontalmente al pad di lancio, dove il Fixed Pad Erector (FPE) viene utilizzato per sollevare il lanciatore in posizione verticale, all'interno del MST. A questo punto i motori GEM-60, se richiesti dalla variante, sono trasportati al pad di lancio e uniti al lanciatore. Dopo ulteriori test il carico utile, già contenuto nella sua ogiva, viene trasportato al pad di lancio sollevato lungo la MST con un argano ed agganciato al lanciatore. Infine, il giorno del lancio, la MST è allontanata dal lanciatore e il veicolo è così pronto per il lancio[15].

Lanci del Delta IV modifica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Lanci del Delta IV.
 
Lancio del GOES-N, trasportato da un Delta IV Medium+ (4,2)

Lanci da menzionare modifica

Il primo carico utile lanciato con un Delta IV fu un satellite per telecomunicazioni Eutelsat W5. La variante del lanciatore utilizzata era la Medium+ (4,2); il lancio avvenne da Cape Canaveral. Il satellite fu posizionato in orbita di trasferimento geostazionaria (GTO) il 20 novembre 2002.

Heavy Demo fu il primo lancio della variante Heavy, effettuato nel dicembre 2004, dopo un significativo ritardo dovuto alle cattive condizioni atmosferiche. A causa della cavitazione nelle linee del combustibile, i sensori registrarono uno scarico di propellente. I CBC aggiuntivi e successivamente il CBC principale si spensero prematuramente, anche se sufficiente carburante era ancora disponibile per continuare il volo come pianificato. Il secondo stadio cercò di compensare fino a che non terminò il proprio carburante. Questo lancio fu un test che trasportava un carico utile che consisteva in:

  • DemoSat — 6020 kg; un cilindro di alluminio riempito con 60 barre di ottone — doveva essere posizionato in GEO, tuttavia a causa del problema ai sensori, il satellite non raggiunse quell'orbita.
  • NanoSat-2, trasportato in orbita terrestre bassa (LEO) — trasportava due satelliti veramente piccoli di 24 e 21 kg rispettivamente, soprannominati Sparky and Ralphie — era prevista un'orbita di un giorno. Data la propulsione per un tempo minore di quanto previsto, i due probabilmente non hanno raggiunto un'orbita stabile[16].
 
Vista aerea del lancio del NROL-22 launch da SLC-6 (USAF photo/Staff Sgt. Quinton Russ)
  • NROL-22, un satellite per il National Reconnaissance Office (NRO), lanciato da un Medium+ (4,2) nel giugno 2006 in orbita HEO. Questo è stato il primo lancio di un Delta IV da SLC-6 della Vandenberg Air Force Base (VAFB).
  • DSP-23 è stato il primo lancio di un carico utile non di test su un Delta IV Heavy. È stato anche il primo lancio di Delta IV commissionato alla United Launch Alliance, una joint venture fra Boeing e Lockheed Martin. Il carico utile principale consisteva nel 23º ed ultimo satellite di allerta missilistica del Defense Support Program, DSP-23. Il lancio è avvenuto alle 01:50:00 GMT dell'11 novembre 2007 da Cape Canaveral[17].
  • NROL-68 ha lanciato un satellite del NRO con un Heavy nel 2023[18]

Lanci pianificati modifica

  • NROL-70 lancerà un satellite del NRO con un Heavy, il lancio, programmato per il 2024, sarà l'ultimo del Delta IV.[18]

Note modifica

  1. ^ United Launch Alliance Transaction completed Archiviato il 22 febbraio 2008 in Internet Archive..
  2. ^ Delta IV GOES-N Launch Timeline.
  3. ^ Delta IV Heavy Demo Launch Timeline.
  4. ^ L-3 Space & Navigation's RIFCA Trihex Archiviato il 15 ottobre 2006 in Internet Archive..
  5. ^ Delta IV may return to commercial launches Archiviato il 14 novembre 2006 in Internet Archive..
  6. ^ a b Delta Launch 310 -- Delta IV Heavy Demo Media Kit - Delta Growth Options (PDF), su boeing.com, Boeing (archiviato dall'url originale il 6 ottobre 2012).
  7. ^ US Air Force - EELV Fact Sheets Archiviato il 27 aprile 2014 in Internet Archive..
  8. ^ Delta IV Small on Astronautix.com Archiviato il 5 novembre 2006 in Internet Archive..
  9. ^ Gunter's Space page - Delta IV.
  10. ^ Boeing Signs agreement for Delta IV Integration Facility Archiviato il 21 novembre 2006 in Internet Archive..
  11. ^ National Security Space Launch Report.
  12. ^ a b (EN) ULA’s Delta 4 Heavy down to final five missions, su SpaceNews, 22 agosto 2019. URL consultato il 29 agosto 2020.
  13. ^ (EN) Mike Wall 02 October 2019, SpaceX Falcon 9 Rocket Will Launch Private Moon Lander in 2021, su Space.com. URL consultato il 29 agosto 2020.
    «But Peregrine will fly on a different rocket, United Launch Alliance's Vulcan Centaur, which is still in development. The 2021 Peregrine mission will be the first for both the lander and its launch vehicle.»
  14. ^ Delta IV Launch Facilities Archiviato il 3 luglio 2006 in Internet Archive..
  15. ^ Delta IV prelaunch assembly.
  16. ^ Spaceflight Now | Delta 4-Heavy mission report
  17. ^ Justin Ray, Delta 4-Heavy rocket fires away from Cape Canaveral, in Spaceflight Now (http://www.spaceflightnow.com), 11 novembre 2007. URL consultato il 28 maggio 2008.
  18. ^ a b (EN) Air Force awards ULA $1.18 billion contract to complete five Delta 4 Heavy NRO missions, su SpaceNews, 30 settembre 2019. URL consultato il 29 agosto 2020.

Voci correlate modifica

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