Delta II

Delta II était un système de lancement non réutilisable , conçu et construit à l'origine par McDonnell Douglas , et parfois connu sous le nom de Thorad Delta 1. Delta II faisait partie de la famille des fusées Delta , dérivée directement de la Delta 3000 , et est entrée en service en 1989. Il existait deux variantes principales, la Delta 6000 et la Delta 7000, cette dernière ayant également des sous-variantes « légère » et « lourde ». Au cours de sa carrière, Delta II a transporté plusieurs charges utiles notables, dont 24 satellites du système de positionnement global (GPS) Block II , plusieurs dizaines de charges utiles de la NASA et 60 satellites de communication Iridium. La fusée a effectué sa dernière mission, ICESat-2 , le 15 septembre 2018, ce qui a permis au lanceur d'enchaîner 100 missions réussies d'affilée, le dernier échec étant celui du GPS IIR-1 en 1997. À la fin des années 1990, Delta II a été développé davantage pour devenir le Delta III , qui a été à son tour développé pour devenir le Delta IV , plus performant et plus réussi , bien que ce dernier partage peu d'héritage avec les fusées Thor et Delta originales.

Au début des années 1980, tous les lanceurs non réutilisables des États-Unis devaient être progressivement abandonnés au profit de la navette spatiale , qui serait responsable de tous les lancements gouvernementaux et commerciaux. La production de Delta, Atlas-Centaur et Titan 34D avait pris fin. La ​​catastrophe de Challenger en 1986 et l'arrêt des opérations de la navette qui s'ensuivit ont changé cette politique, et le président Ronald Reagan a annoncé en décembre 1986 que la navette spatiale ne lancerait plus de charges utiles commerciales et que la NASA chercherait à acheter des lancements sur des véhicules non réutilisables pour des missions qui ne nécessitaient pas d'équipage ou de soutien de la navette.

McDonnell Douglas, à l'époque fabricant de la famille Delta, a signé un contrat avec l' US Air Force en 1987 pour fournir sept Delta II. Ceux-ci étaient destinés à lancer une série de satellites GPS Block II , qui avaient déjà été manifestés pour la navette spatiale. L'Air Force a exercé des options de contrat supplémentaires en 1988, étendant cette commande à 20 véhicules, et la NASA a acheté son premier Delta II en 1990 pour le lancement de trois satellites d'observation de la Terre. Le premier lancement de Delta II a eu lieu le 14 février 1989, avec un Delta 6925 propulsant le premier satellite GPS Block II ( USA-35 ) depuis le complexe de lancement 17A (SLC-17A) à Cap Canaveral sur une orbite terrestre moyenne haute de 20 000 km (12 000 mi) .

Le premier Delta II de la série 7000 a volé le 26 novembre 1990, remplaçant le moteur RS-27 de la série 6000 par le moteur RS-27A plus puissant . De plus, les propulseurs à poudre Castor 4A à enveloppe d'acier de la série 6000 ont été remplacés par le GEM 40 à enveloppe composite . Tous les lancements ultérieurs de Delta II, à l'exception de trois, ont été réalisés avec cette configuration améliorée, et la série 6000 a été retirée du service en 1992, le dernier lancement ayant eu lieu le 24 juillet.

McDonnell Douglas a commencé le développement de Delta III au milieu des années 1990, car l'augmentation de la masse des satellites nécessitait des lanceurs plus puissants. Delta III, avec son deuxième étage à hydrogène liquide et ses propulseurs GEM 46 plus puissants , pouvait amener deux fois plus de masse que Delta II en orbite de transfert géostationnaire , mais une série de deux échecs et un échec partiel, ainsi que le développement du Delta IV beaucoup plus puissant , ont conduit à l'annulation du programme Delta III. Les propulseurs améliorés trouveraient toujours une utilisation sur le Delta II, ce qui a conduit au Delta II Heavy.

Le 28 mars 2003, le commandement spatial de l'armée de l'air a commencé le processus de désactivation des installations et infrastructures de lancement de Delta II à Cap Canaveral une fois que le dernier des satellites GPS de deuxième génération aurait été lancé. Cependant, en 2008, il a plutôt annoncé qu'il transférerait toutes les installations et infrastructures de Delta II à la NASA pour soutenir le lancement du laboratoire de récupération de la gravité et de l'intérieur (GRAIL) en 2011.

Le 14 décembre 2006, avec le lancement de USA-193 , a eu lieu le premier lancement du Delta II opéré par United Launch Alliance .

Le dernier lancement GPS à bord d'un Delta II et le dernier lancement depuis le SLC-17A à Cap Canaveral ont eu lieu en 2009. Le lancement du GRAIL en 2011 a marqué le dernier lancement d'un Delta II Heavy et le dernier depuis la Floride. Les cinq derniers lancements se sont tous déroulés depuis la base aérienne de Vandenberg en Californie .

Le 16 juillet 2012, la NASA a sélectionné le Delta II pour soutenir les missions Orbiting Carbon Observatory (OCO-2), Soil Moisture Active Passive (SMAP) et Joint Polar Satellite System (JPSS-1 – NOAA-20). Il s'agissait de l'achat final de Delta II. OCO-2 a été lancé le 2 juillet 2014, Soil Moisture Active Passive (SMAP) le 31 janvier 2015 et JPSS-1 le 18 novembre 2017. Ces trois lancements ont été placés en orbite depuis SLC-2 à Vandenberg.

La famille Delta II a été lancée 155 fois. Ses seuls lancements infructueux ont été Koreasat 1 en 1995 et GPS IIR-1 en 1997. Le lancement de Koreasat 1 a été un échec partiel causé par un booster qui ne s'est pas séparé du premier étage, ce qui a entraîné le placement du satellite sur une orbite plus basse que prévu. En utilisant du carburant de réserve, il a pu atteindre sa propre orbite géosynchrone et a fonctionné pendant 10 ans. Le GPS IIR-1 a été une perte totale car Delta II a explosé 13 secondes après le lancement. L'explosion s'est produite lorsqu'un boîtier de propulseur à poudre endommagé s'est rompu et a déclenché le système d'arrêt de vol du véhicule. Personne n'a été blessé et la rampe de lancement elle-même n'a pas été sérieusement touchée, bien que plusieurs voitures aient été détruites et quelques bâtiments endommagés.

En 2007, Delta II a réalisé son 75e lancement réussi consécutif, surpassant les 74 lancements réussis consécutifs d' Ariane 4. [ Avec le lancement d' ICESat-2 en 2018, Delta II a atteint 100 lancements réussis consécutifs.

Au cours de sa carrière, Delta II a atteint un taux de lancement maximal de 12 lancements en une seule année, bien que son infrastructure était capable de supporter jusqu'à 15 lancements par an.

Bien que toutes les fusées Delta II terminées aient été lancées, de nombreuses pièces de rechange qualifiées pour le vol restaient en stock. Ces pièces de rechange ont été assemblées, aux côtés de quelques simulateurs de structure, pour créer une Delta II presque complète destinée à être exposée dans sa configuration 7320-10C. La fusée est exposée verticalement au Kennedy Space Center Visitor Complex et porte sa livrée populaire « dents de requin » sur son carénage, qui était peinte sur les précédentes fusées Delta II pour les lancements GPS.

Le premier étage du Delta II était propulsé par un moteur principal Rocketdyne RS-27 ou RS-27A brûlant du RP-1 et de l'oxygène liquide . Cet étage était techniquement appelé « Extra-Extended Long Tank Thor », un dérivé du missile balistique Thor comme toutes les fusées Delta jusqu'au Delta IV . Le RS-27 utilisé sur le Delta II de la série 6000 produisait 915 kN (206 000 lbf) de poussée, tandis que le RS-27A amélioré utilisé par la série 7000 produisait 1 054 kN (237 000 lbf). L'étage mesurait 26,1 mètres (86 pieds) de long et 2,44 mètres (8,0 pieds) de large, avait une masse de 101,8 tonnes (224 000 lb) une fois alimenté en carburant, et brûlait pendant 260 secondes. Le moteur principal, qui ne pouvait pas être contrôlé, assurait le contrôle du tangage et du lacet du véhicule pendant l'ascension à l'aide d'un cardan hydraulique. De plus, deux moteurs vernier Rocketdyne LR-101-NA-11 assuraient le contrôle du roulis du premier étage pendant l'ascension et continuaient à fonctionner après l'arrêt du moteur principal pour stabiliser le véhicule avant la séparation des étages.

Les deux réservoirs du premier étage étaient construits à partir de panneaux isogrid en aluminium, offrant une résistance élevée pour une masse plus faible. De l'azote gazeux était utilisé pour pressuriser les réservoirs. Ces réservoirs étaient allongés de 3,8 m au total par rapport à ceux du Thor Extended Long Tank qui volait sur les anciennes fusées Delta, fournissant plus de propulseur. Entre les deux réservoirs se trouvait le « corps central », où étaient logés les équipements avioniques et de communication du premier étage. Les points de fixation du propulseur à poudre étaient situés à l'extérieur du réservoir d'oxygène liquide et de la jupe arrière, cette dernière contenant également un gyroscope pour la stabilité du véhicule.

Pour une poussée supplémentaire lors du lancement, le Delta II utilisait des propulseurs à poudre. Pour la série 6000, le Delta II utilisait des propulseurs Castor 4A (parfois stylisés comme « Castor IVA »), tandis que la série 7000 utilisait des moteurs graphite-époxy GEM 40 fabriqués par Alliant Techsystems (ATK). Comme ses prédécesseurs, le Delta II série 6000 n'était proposé qu'en configurations à neuf propulseurs. Cependant, avec l'arrivée de la série 7000, des variantes à trois et quatre propulseurs ont été introduites pour permettre au Delta II de faire voler de petites charges utiles à moindre coût. Lorsque trois ou quatre propulseurs étaient utilisés, tous s'allumaient au sol au lancement, tandis que les modèles qui utilisaient neuf propulseurs en allumaient six au sol, puis les trois autres s'allumaient en vol après l'épuisement et le largage des six premiers.

Les propulseurs Castor 4A constituaient une amélioration par rapport aux moteurs Castor 4 équipant la précédente fusée Delta 3000 , remplaçant le propulseur par un propulseur plus moderne à base de HTPB et offrant une augmentation de 11 % des performances. Les propulseurs GEM 40 de la série 7000 ont encore amélioré les performances de la Delta II en comportant chacun 2,5 tonnes (5 500 lb) de propulseur supplémentaire par rapport au Castor 4A grâce à un allongement de 3 mètres (9,8 pieds). De plus, les propulseurs GEM présentaient également une masse à sec inférieure à celle des Castors en raison de la construction en composite de carbone du premier.

En 2003, le Delta II Heavy a fait ses débuts, équipé de moteurs GEM 46 plus gros provenant du programme abandonné Delta III . Ces nouveaux moteurs ont permis au véhicule de transporter plus de 1 000 kg (2 200 lb) de charge utile supplémentaire en orbite basse. Seul le complexe de lancement spatial de Cap Canaveral 17B était capable de faire voler la configuration Heavy, car il avait été précédemment renforcé pour gérer le Delta III.

Les tuyères des moteurs Castor étaient inclinées de 11° par rapport à la verticale pour diriger leur poussée vers le centre de gravité du véhicule, tandis que les moteurs GEM avaient une inclinaison légèrement inférieure de 10°. Sur la configuration à neuf moteurs, les trois moteurs à air éclairés étaient dotés de tuyères plus longues pour permettre aux propulseurs de mieux fonctionner dans la haute atmosphère. Tous les moteurs solides qui volaient sur le Delta II étaient dotés de tuyères fixes, ce qui signifie que le premier étage était seul responsable du contrôle du véhicule pendant les premières parties du vol.

Le deuxième étage de Delta II était le Delta-K , propulsé par un moteur Aerojet AJ10-118K redémarrable (jusqu'à six redémarrages) brûlant de l'Aérozine-50 hypergolique et _du N2O4 . Ces propulseurs sont hautement toxiques et corrosifs, et une fois chargés, le lancement devait avoir lieu dans un délai _d' environ 37 jours , sinon l'étage devait être remis à neuf ou remplacé. Cet étage contenait également une plate-forme inertielle et un système de guidage combinés qui contrôlaient tous les événements de vol.

Le Delta-K était constitué de réservoirs en acier inoxydable et d'une structure légère en aluminium. Les réservoirs étaient pressurisés avec de l'hélium, et l'étage était équipé de propulseurs à l'azote pour le contrôle du roulis pendant les allumages et pour le contrôle complet de l'attitude pendant les décollages. L'étage avait une masse de 950 kg (2 090 lb) à vide et de 6 954 kg (15 331 lb) lorsqu'il était entièrement rempli.

Pour les missions en orbite basse terrestre, Delta II n'était pas équipé d'un troisième étage. Les charges utiles destinées à des orbites à plus haute énergie telles que GTO ou pour atteindre la vitesse de libération de la Terre pour une injection trans-Mars ou d'autres destinations au-delà de la Terre utilisaient un troisième étage à propergol solide HTPB , situé à l'intérieur de la coiffe pendant le lancement. Cet étage était stabilisé par rotation et dépendait du deuxième étage pour une orientation appropriée avant la séparation des étages, mais était parfois équipé d'un système de contrôle de nutation à l'hydrazine pour maintenir un axe de rotation approprié. Le troisième étage serait mis en rotation à l'aide de petits moteurs-fusées, puis libéré par le deuxième étage pour effectuer sa combustion. Le troisième étage comprenait également un système de poids yo-yo pour induire un basculement dans l'étage après la séparation de la charge utile pour empêcher le recontact, ou un mécanisme de désactivation yo-yo pour ralentir la rotation avant la libération de la charge utile. L'étage contiendrait également un émetteur en bande S, des batteries et un séquenceur pour commander les événements de l'étage.

Deux options de troisième étage étaient disponibles, toutes deux constituées d'un seul moteur-fusée à propergol solide. Le plus courant était de loin le Star 48 , qui a effectué plus de 70 missions. Le Star 48, également appelé Payload Assist Module-Delta (PAM-D, PAM-Delta), était le plus puissant des deux options, produisant une poussée moyenne d'environ 66,4 kN (14 900 lb _f ) pendant ses 87,1 secondes de temps de combustion. L'étage finirait par voler principalement sur les variantes Delta plus puissantes et n'a jamais volé sur la configuration à trois propulseurs.

L'autre option de troisième étage était le Star 37FM . Cet étage a volé quatre fois, et uniquement sur les configurations à trois et quatre propulseurs de Delta. Le Star 37FM a produit environ 45,8 kN (10 300 lb _f ) de poussée pendant sa combustion de 66,4 secondes.

La famille Delta II utilisait un système à quatre chiffres pour générer ses noms techniques :

• Le premier chiffre était soit 6 soit 7, indiquant le Delta de la série 6000 ou 7000 ;
• Le deuxième chiffre indiquait le nombre de propulseurs. La plupart des fusées Delta II volaient avec 9 propulseurs, mais certaines volaient avec 3 ou 4 ;
• Le troisième chiffre était toujours 2, indiquant un deuxième étage avec un moteur Aerojet AJ10. Seuls les Delta antérieurs à la série 6000 utilisaient un moteur différent, le TR-201 ;
• Le dernier chiffre indiquait le troisième étage. 0 indiquait l'absence de troisième étage, 5 indiquait un étage de module d'assistance de charge utile (PAM) avec Star 48B utilisé et 6 indiquait qu'il utilisait le moteur Star 37FM pour un PAM .
• Un H suivant les quatre chiffres indiquait que le véhicule utilisait des propulseurs Delta III GEM 46 plus gros . La variante Heavy ne pouvait être lancée que depuis Cap Canaveral (car la plateforme de Vandenberg n'avait pas été modifiée pour gérer les propulseurs SRB plus gros) et a été retirée du service avec la fermeture de ce site de lancement en 2011 ;
• Les chiffres et les lettres qui suivent indiquent le type de carénage. -9,5 signifie que le véhicule avait un carénage de 2,9 m de diamètre, -10 signifie un carénage en aluminium de 3 m de diamètre, -10C signifie un carénage composite de 3 m de diamètre et -10L indique un carénage composite allongé de 3 m de diamètre. Lors de certains des premiers vols de Delta II, un carénage d'environ 2,4 m de diamètre (provenant d'anciennes fusées Delta) a été utilisé, et ces véhicules portaient la désignation -8.

Par exemple, un Delta 7925H-10L utilisait le RS-27A, neuf propulseurs d'appoint GEM 46 , un troisième étage PAM et un carénage allongé de 3,0 m de diamètre. Un Delta 6320-9.5 est un véhicule à deux étages avec un moteur de premier étage RS-27, trois propulseurs d'appoint Castor 4A, un carénage de 2,9 m de diamètre et aucun troisième étage.

Préparation du véhicule de lancement

Un lanceur Delta II a été assemblé verticalement sur la rampe de lancement. L'assemblage a commencé par le hissage du premier étage en position. Les propulseurs à poudre ont ensuite été hissés en position et accouplés au premier étage. L'assemblage du lanceur s'est ensuite poursuivi avec le hissage du deuxième étage au-dessus du premier étage.

Ravitaillement

Il a fallu environ 20 minutes pour charger le premier étage avec 37 900 L (10 000 gal US) de carburant.

A T-45 minutes, l'achèvement du ravitaillement en carburant a été confirmé. A T-20 minutes, les pyros FTS ont été armés. A T-20 minutes et à T-4 minutes, deux arrêts intégrés ont eu lieu. Au cours de ces arrêts, les derniers contrôles de lancement ont été effectués. A T-11 secondes, les allumeurs SRB ont été armés. L'allumage du moteur principal a eu lieu à T-0,4 seconde. Le profil d'ascension varie selon les missions.

Mise en scène SRB

Si neuf propulseurs à poudre étaient utilisés, seuls six étaient allumés au lancement. Après environ une minute, une fois les six premiers épuisés, trois moteurs à démarrage à air s'allumaient pendant une minute supplémentaire et les moteurs à démarrage au sol se séparaient. Les moteurs à démarrage à air avaient des tuyères optimisées pour la haute altitude car ils fonctionnaient principalement dans un quasi-vide pendant le vol.

Si seulement 3 ou 4 propulseurs étaient utilisés, tous étaient allumés au sol et largués en même temps.

En orbite autour de la Terre

Interplanétaire

Le dernier lancement de Delta II était celui du satellite ICESat-2 en septembre 2018.

En 2008, ULA a indiqué qu'elle avait « environ une demi-douzaine » de fusées Delta II invendues en stock, mais en octobre 2017, le PDG d'ULA, Tory Bruno, a déclaré qu'il ne restait plus de fusées Delta II complètes et non réservées dans l'inventaire d'ULA. Cependant, il reste des pièces Delta II qui ne sont pas suffisantes pour construire un autre véhicule. La dernière Delta II, constituée de ces pièces restantes ainsi que de certaines pièces simulées , se trouve dans le jardin des fusées du Kennedy Space Center .

• Antarès
• Ariane 4 (retraitée)
• GSLV – Classe de lanceurs indiens consommables de moyenne capacité, développés par l'ISRO
• Longue Marche 4B
• PSLV – Véhicule de lancement jetable indien
• Soyouz
• Tsyklon-3 – lanceur soviétique/russe (retiré)
• Vega – Système de lancement de l'Agence spatiale européenne

La seule personne dont on ait jamais entendu parler , Mme Lottie Williams, a été frappée par un petit morceau léger d'une fusée Delta II. Mme Williams faisait de l'exercice dans un parc de Tulsa, dans l'Oklahoma, le 22 janvier 1997, lorsqu'elle a été touchée à l'épaule par un morceau de matériau métallique noirci de 15 centimètres. Le commandement spatial américain a confirmé qu'une fusée Delta II utilisée lors du lancement de l' expérience spatiale Midcourse en avril 1996 s'était écrasée dans l' atmosphère 30 minutes plus tôt. L'objet l'a frappée à l'épaule et est tombé sans faire de mal au sol. Williams a récupéré l'objet et des tests de la NASA ont montré plus tard que le fragment était compatible avec les matériaux de la fusée , et Nicholas Johnson, le scientifique en chef de l'agence pour les débris orbitaux , pense qu'elle a effectivement été frappée par un morceau d'une fusée Delta II récemment lancée.

Les fusées Delta ont été impliquées dans de nombreux événements de fragmentation car elles étaient régulièrement laissées en orbite avec suffisamment de carburant pour exploser. Une grande quantité de « débris spatiaux » actuels sont des débris de fusées Delta.