Дельта-4

Первый успешный запуск ракеты-носителя со спутником Eutelsat W5^[англ.] был осуществлён в 2002 году.

Ракета-носитель «Дельта IV» пришла на рынок космических запусков в период, когда глобальные возможности по выводу полезной нагрузки на околоземную орбиту были уже гораздо выше спроса. Более того, неопробованный дизайн новой ракеты-носителя привёл к сложностям в поиске коммерческих запусков. Также стоимость запуска «Дельта IV» несколько выше, чем у конкурирующих ракет-носителей. В 2003 году компания Boeing отозвала ракету-носитель c коммерческого рынка, ссылаясь на низкий спрос и большие затраты. В 2005 году компания Boeing заявила, что она может вернуть ракету-носитель «Дельта IV» для коммерческого использования^[4], однако вплоть до 2016 года все запуски, за исключением первого, были оплачены правительством США.

С 2007 года запуски ракеты-носителя «Дельта IV» осуществляет United Launch Alliance (ULA), совместное предприятие, организованное компаниями Boeing и Lockheed Martin.

В 2015 году компания ULA приняла решение отказаться от всех модификаций «Дельты IV», кроме Heavy уже к 2018 году из-за конкуренции со SpaceX (запуски будут выполнятся ракетой-носителем «Атлас V»), а в дальнейшем предполагался полный вывод из эксплуатации как «Атласа V», так и «Дельты IV», и их замена на новую ракета-носитель Vulcan^[5], первый запуск которой планировался не ранее IV квартала 2021 года^[6]. Однако, как заверил CEO ULA Тори Бруно, полный отказ от ракеты-носителя не может быть произведён раньше, чем правительственные заказчики будут к этому готовы, поскольку некоторые спутники специально сконфигурированы для запуска на «Дельте IV».

Начиная с июля 2015 года и вплоть до вывода ракеты-носителя из эксплуатации, все запускаемые конфигурации ракеты-носителя «Дельта IV» будут использовать улучшенный главный двигатель RS-68A^[7].

22 августа 2019 года состоялся последний запуск ракеты-носителя в средней конфигурации.

9 апреля 2024 года состоялся последний запуск ракеты-носителя в тяжёлой конфигурации.

Первой ступенью Дельта IV является универсальный ракетный модуль (УРМ, англ. Common Booster Core(s), CBC), общий для всех модификаций ракеты-носителя. Модуль состоит из двигательного отсека, баков для горючего и окислителя (26,3 и 9,4 метра в высоту соответственно), секции между баками и промежуточного адаптера. Главный двигатель устанавливается в нижней несущей части конструкции на четырёхопорную ферму и закрыт коническим термозащитным кожухом, выполненным из композитных материалов, который защищает двигатель от пламени боковых твердотопливных ускорителей. Выше находится бак для горючего, выполненный из алюминия и усиленый изнутри сеточной облицовкой для уменьшения веса. Далее располагается композитный цилиндр, расположенный под баком для окислителя, который также усилен сеточной облицовкой, сверху конструкция заканчивается композитным адаптером, который вмещает в себя двигатель второй ступени и оборудование для расстыковки ступеней. Вдоль всего модуля проходит кабельный туннель для обеспечения электропитанием и связью, а окислитель достигает двигателя через внешний трубопровод, проходящий по внешней стенке бака для горючего. Стенки модуля покрыты изоляционным материалом (твёрдая полиуретановая пена), который препятствует нагреванию топлива и образованию льда на внешней поверхности топливных баков^[8].

Полная длина ступени 40,8 м, диаметр — 5,1 м, сухой вес ступени — 26 400 кг. Ступень использует криогенные компоненты топлива, жидкий водород (горючее) и жидкий кислород (окислитель). Вместимость топлива: жидкий водород — 29 500 кг (416 м³), жидкий кислород — 172 500 кг (151 м³). Перед запуском закачиваемый жидкий кислород охлаждается до температуры −185 °C, жидкий водород — до −253 °C^[8].

Модуль использует один двигатель RS-68 производства фирмы Рокетдайн (Rocketdyne)^[1]. Двигатель RS-68 — первый большой ЖРД, который был разработан в США после разработки основного двигателя для космического челнока SSME (англ. Space Shuttle Main Engine, или RS-25) в 1970 годах. Основное назначение RS-68 было сокращение стоимости двигателя по сравнению с SSME. Давление в камере сгорания и удельный импульс, которыми в некоторой степени пришлось пожертвовать, сказались на эффективности двигателя, однако, время разработки, стоимость комплектующих, общая стоимость и количество необходимого рабочего времени были значительно сокращены по сравнению с SSME, несмотря на гораздо больший размер RS-68.

Тяга двигателя на уровне моря составляет 2950 кН, в вакууме — 3370 кН. Удельный импульс в вакууме — 409 с^[8].

В 2012 году впервые был использован модифицированный двигатель RS-68A. Модификация турбонагнетателя, а также обеспечение лучшего смешивания и сгорания элементов топлива, позволили повысить тягу нового двигателя до 3137 кН на уровне моря и до 3560 кН в вакууме. Удельный импульс вырос до 412 с^[1][8]. С июня 2015 года двигатель RS-68A используется на всех модификациях Дельта IV^[7].

Как правило, двигатель форсируется до 102 % тяги в течение первых нескольких минут полёта, затем дросселируется до 58 % тяги вплоть до момента отключения^[9]. При запуске ракеты-носителя в модификации Heavy, двигатель центрального модуля дросселируется до уровня 58 % номинальной тяги примерно через 50 секунд после запуска, в то время как боковые ускорители остаются на 102 % тяги. Это позволяет сохранить топливо центрального модуля CBC и использовать его дольше. После отделения боковых ускорителей, центральный форсируется до 102 % и затем переводится на 58 % тяги незадолго до отключения^[10].

Номинальное время работы двигателя первой ступени составляет 245 секунд для модификаций Medium и 328 секунд для модификации Heavy^[1].

На модификациях Дельта IV Medium+ используются твердотопливные ускорители GEM-60^[англ.] компании Orbital ATK (бывшая Alliant Techsystems, ATK), с топливом на основе HTPB. Длина ускорителя с носовым обтекателем — 15,2 м, диаметр — 1,5 м, стартовая масса — 33 638 кг. Каждый ускоритель обеспечивает тягу 826,6 кН на уровне моря с удельным импульсом 275 с. Время горения — 91 секунда^[1][11].

Для модификации Дельта IV Heavy используются 2 универсальных ракетных модуля CBC, закреплённые по бокам центрального модуля CBC первой ступени. На верхнем конце ускорителей устанавливаются конические обтекатели из композитных материалов. Боковые ускорители работают в течение 242 секунд, после чего отсоединяются от центрального модуля с помощью пироболтов и пружинных толкателей^[1][8].

Вторая ступень Дельта IV (англ. Delta Cryogenic Second Stage, DCSS) была выполнена на основе верхней ступени ракеты-носителя Дельта III, но с повышенной вместимостью топлива. В 4-метровом варианте второй ступени топливные баки вытянуты в длину, в 5-метровом варианте бак для кислорода дополнительно удлинён на 0,5 м, а бак для жидкого водорода увеличен в диаметре до 5 метров. Вынесенный отдельно бак для жидкого кислорода имеет диаметр 3,2 м в обеих версиях второй ступени^[1].

Четырёхметровая вторая ступень (используется для модификаций Medium и Medium+ (4,2)) имеет длину 12,2 м, сухой вес — 2850 кг и вмещает 20 410 кг компонентов топлива. Максимальное время работы двигателя составляет 850 секунд^[1][8].

Пятиметровая вторая ступень (используется для Medium+ (5,2), Medium+ (5,4) и Heavy) имеет длину 13,7 м, сухой вес — 3490 кг и вмещает в себя 27 200 кг топлива. Время работы двигателя может достигать 1125 секунд^[1][8].

На обоих вариантах второй ступени используется двигатель RL-10B-2 компании Pratt & Whitney, отличается выдвижным углеродным сопловым насадком для увеличения удельного импульса. Тяга двигателя в вакууме составляет 110 кН, удельный импульс — 465 с^[1].

Для управления положением второй ступени в фазе свободного полёта используются 12 маленьких гидразиновых двигателей MR-106D с тягой 21 и 41 Н^[8].

Промежуточный адаптер между ступенями различается в зависимости от модификации ракеты-носителя. Для версий Medium и Medium+ (4,2) используется конический адаптер для соединения с четырёхметровой второй ступень. Для Medium+ (5,2), Medium+ (5,4) и Heavy используется цилиндрический адаптер для соединения с пятиметровой второй ступенью.

Расстыковка ступеней осуществляется с помощью пироболтов и пружинных толкателей^[8].

Для версий Medium и Medium+ (4,2) используется композитные обтекатель диаметром 4 метра, длиной 11,75 м и весом около 2800 кг, немного удлинённая версия обтекателя, ранее используемого на ракете-носителе Дельта III^[8].

Для Medium+ (5,2), Medium+ (5,4) используется композитный обтекатель диаметром 5 м и длиной 14,3 м.

Для Дельта IV Heavy используется композитный обтекатель диаметром 5 м и длиной 19,1 м, а также может использоваться алюминиевый обтекатель длиной 19,8 метров, который раньше использовался на ракете-носителе Titan IV^[1].

Система управления RIFCA (англ. Redundant Inertial Flight Control Assembly) компании L-3 Communications, используемая на ракете-носителе Дельта IV, схожа с системой управления ракеты Дельта-2 с некоторыми отличиями в программном обеспечении. Отличительной особенностью RIFCA является лазерный гироскоп, снабженный шестью кольцами с акселерометрами, который обеспечивает более высокую степень надежности^[12].

Дельта IV Medium является основой всех остальных вариантов компоновки. Включает в себя один универсальный ракетный модуль (CBC), четырёхметровую вторую ступень и четырёхметровый обтекатель. Высота ракеты-носителя составляет 62,5 м. Стартовая масса — 249,5 т.

Дельта IV Medium+ (4,2) близка к варианту Medium, но использует два твердотопливных ускорителя. Стартовая масса ракеты-носителя — 292,7 т.

Дельта IV Medium+ (5,2) использует пятиметровую вторую ступень, пятиметровый головной обтекатель и два твердотопливных ускорителя. Высота ракеты-носителя составляет 65,9 м.

Дельта IV Medium+ (5,4) соответствует Medium+ (5,2), но использует четыре твердотопливных ускорителя вместо двух. Стартовая масса ракеты-носителя — 404,6 т.

В Дельта IV Heavy вместо твердотопливных ускорителей используются два дополнительных универсальных ракетных модуля CBC, присоединенные по бокам центрального модуля, пятиметровая вторая ступень и удлинённый пятиметровый головной обтекатель^[13]. Возможно также использование модифицированного алюминиевого обтекателя от ракеты-носителя Титан IV (впервые использовался при запуске спутника DSP-23)^[14]. Высота ракеты-носителя составляет 70,7 м. Стартовая масса — 733,4 т.

В ходе разработки ракеты-носителя рассматривалась возможность создания малого её варианта (Дельта IV Small). Она должна была иметь вторую ступень ракеты-носителя Дельта-2 с возможностью использования третьей ступени и головной обтекатель от Дельты-2, установленные на универсальном ракетном модуле первой ступени^[15]. Проект малого варианта РН был отклонен в 1999 г^[16][17]. Возможно, это объясняется тем, что ракета-носитель «Дельта-2» имеет близкие параметры по полезной нагрузке.

Все показатели полезной нагрузки указаны с учётом использования двигателя RS-68A.

(*) НОО — 200 × 200 км, наклонение 28,7°
(**) ГПО — 35 786 × 185 км, наклонение 27°
(***) ГСО — 35 786 × 35 786 км, наклонение 0°

Ракета-носитель «Дельта IV» собирается по схеме, которая по утверждению компании Boeing сокращает стоимость и дорогое пребывание ракеты на стартовой площадке. Блоки первой ступени производятся на фабрике в Декейтере (Алабама). После этого они транспортируются по воде до необходимой стартовой площадки, где перевозятся в ангар горизонтальной сборки (Horizontal Integration Facility) для сборки со второй ступенью, которая также проделывает основной путь по воде. Также в ангаре собираются вместе три блока CBC для ракеты-носителя «Дельта IV Heavy».

После того как выполнено множество проверок, ракета-носитель с помощью мобильной башни перемещается горизонтально к стартовому столу, где устанавливается вертикально установщиком внутри передвижной башни обслуживания (Mobile Service Tower). На этом этапе присоединяются твердотопливные ускорители GEM-60^[англ.], если в них есть необходимость. После дополнительных проверок, полезная нагрузка, закрытая в головном обтекателе, транспортируется из ангара горизонтальной сборки к стартовой площадке и с помощью крана мобильной башни присоединяется к ракете-носителю. После этого ракета-носитель готова к запуску^[18].

Запуски ракеты-носителя «Дельта IV» производятся с двух стартовых площадок:

• на восточном побережье США со стартового комплекса SLC-37B на мысе Канаверал;
• на западном побережье со стартового комплекса SLC-6 на базе Ванденберг, где осуществляются запуски на полярную орбиту и орбиты с большим наклонением.

До принятия решения об отказе от ракеты возможное будущее развитие ракет-носителей семейства «Дельта IV» включало в себя добавление дополнительных боковых твердотопливных ускорителей для повышения показателей полезной нагрузки, использование двигателей первой и второй ступеней с большей тягой, применение более легких материалов и увеличение числа унифицированных блоков CBC до шести штук. Эти модификации могли увеличить массу доставляемого на опорную орбиту груза до 60-100 тонн^[13].

NASA первоначально имело планы по использованию ракеты-носителя «Дельта IV Heavy» для одноразового пилотируемого корабля CEV (англ. Crew Exploration Vehicle) в программе «Созвездие», который предполагается использовать вместо космического челнока. Но с изменением CEV от концепций планера с крыльями или несущего крыла к концепции спускаемой капсулы (Орион) и с переходом на ракету-носитель на основе твердотопливного ускорителя челнока (см. Арес I), единственный компонент, который будет заимствован от Дельта IV будет водородно/кислородный двигатель RS-68 (см. Арес V).

Программа модернизации ракеты-носителя «Дельта IV Heavy», нацеленная на использование более эффективных двигателей RS-68A, была рассчитана на период до 2011 года. Первый полет с новыми двигателями был выполнен 29 июня 2012^[19]. Результатом стало 13 % увеличение выводимой полезной нагрузки на ГПО. Новый двигатель RS-68A также планировался использовать на всех модификациях ракеты-носителя «Дельта IV» к 2015 году, обеспечиваемая им тяга 106 % должна привести к 7-11 % увеличению полезной нагрузки, выводимой на ГПО. Большая тяга, возможно, требовала структурных изменений, и использование двигателей при текущих 102 % тяги обеспечивала меньшее улучшение показателей, но требовала меньше модификаций.

Другое возможное обновление семейства ракеты-носителя «Дельта IV» состояло в создании новых вариантов путём добавления дополнительных твердотопливных ускорителей. Одна такая модификация, Medium+ (4,4), могла бы использовать четыре ускорителя GEM-60, что теоретически обеспечило бы полезную нагрузку на ГПО 7 500 кг и 14 800 кг на низкой опорной орбите. Данный вариант являлся наиболее простым для реализации и возможен в пределах 36 месяцев от первого заказа. Две другие версии, Medium+ (5,6) и Medium+ (5,8), можно было получить добавлением двух и четырёх твердотопливных ускорителей GEM-60 соответственно к модификации Medium+ (5,4). Это могло существенно увеличить массу полезной нагрузки до 9 200 кг на ГПО для Medium+ (5,8), но требовало значительной модификации в виде дополнительных точек крепления на первой ступени и изменений, направленных на учёт увеличенных нагрузок на конструкцию во время полета. Скорее всего, это требовало также изменений стартовой площадки и инфраструктуры. Версии Medium+ (5,6) и Medium+ (5,8) могли быть доступны в пределах 48 месяцев со времени первого заказа^[20].

21 декабря 2004 года была впервые запущена ракета-носитель «Дельта IV Хэви» c массогабаритным макетом полезной нагрузки, после существенных задержек из-за плохой погоды. По причине кавитации в топливопроводах, датчики зарегистрировали исчерпание топлива. Двигатели боковых ускорителей и позже двигатель первой ступени были отключены преждевременно, хотя топлива оставалось достаточно для продолжения горения согласно плану полёта. Вторая ступень попыталась скомпенсировать недоработку первой ступени и боковых ускорителей до тех пор, пока не завершилось топливо.Этот полёт был пробным запуском со следующей полезной нагрузкой:

• DemoSat — 6020кг; алюминиевый цилиндр, заполненный 60 прутьями из латуни, который предполагалось вывести на ГСО, однако из-за сбоя датчиков, спутник не достиг планируемой орбиты.
• NanoSat-2 — выводимый на низкую околоземную орбиту, представлял собой два очень маленьких спутника «Спарки» (24 кг) и «Ральфи» (21 кг). С учётом недостаточного времени работы первых ступеней, наиболее вероятно, что они не достигли стабильной орбиты^[21][22].

5 декабря 2014 года, в рамках тестовой миссии EFT-1, состоялся запуск ракеты-носителя «Дельта IV Хэви» с космическим кораблём «Орион», который будет использоваться в будущих пилотируемых миссиях НАСА к Луне и Марсу^[23].

9 апреля 2024 состоялся последний запуск РН. Последующих запусков более не планируется.

• 
  Старт Дельта IV Медиум+ (4,2) с GOES-13.
• 
  Уникальная фотография запуска спутника NROL-22.
• 
  Запуск спутника NROL-49.
• 
  Универсальные ракетные модули Дельта IV доставляются на борту корабля Delta Mariner.

• Семейство ракет Дельта

• Атлас V
• Ариан 5
• Протон М
• Falcon 9
• H-IIB
• GSLV Mk. III (Индия)
• Великий поход 5
• Ангара 5

• Delta IV Launch Services User’s Guide (июнь 2013 года) (англ.). Дата обращения: 10 февраля 2016. Архивировано из оригинала 10 июля 2014 года.
• Delta IV Medium 4-meter (2012 год) (англ.). Дата обращения: 13 февраля 2016. Архивировано из оригинала 21 февраля 2016 года. — общее строение и характеристики.
• Delta IV Medium 5-meter (2012 год) (англ.). Дата обращения: 13 февраля 2016. Архивировано из оригинала 21 февраля 2016 года. — общее строение и характеристики.
• Delta IV Heavy (2012 год) (англ.). Дата обращения: 13 февраля 2016. Архивировано из оригинала 22 февраля 2016 года. — общее строение и характеристики.
• Atlas V and Delta IV Technical Summary (2012 год) (англ.). Дата обращения: 13 февраля 2016. Архивировано из оригинала 7 марта 2016 года. — технический обзор ракет Атлас V и Дельта IV.
• Delta IV information on Gunter’s Space Page
• Comparison of Delta IV Heavy with Space Shuttle — сравнение Дельта IV Heavy и Спейс Шаттл.
• Boeing’s Delta IV Heavy Gets Ready for its Close-Up, Space News, 2004-12-06.
• Astronautix.com links for:
  • Delta IV Heavy
  • Delta IV Medium (5,4)
  • Delta IV Medium (5,2)
  • Delta IV Medium (4,2)
  • Delta IV Medium