Delta IV

Delta IV était un groupe de cinq systèmes de lancement non réutilisables de la famille des fusées Delta . Il a effectué 45 missions entre 2002 et 2024. Conçu à l'origine par la division Défense, Espace et Sécurité de Boeing pour le programme Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV), le Delta IV est devenu un produit de l'United Launch Alliance (ULA) en 2006. Le Delta IV était principalement un lanceur pour les charges utiles militaires de l'US Air Force (USAF), mais a également été utilisé pour lancer un certain nombre de charges utiles non militaires du gouvernement américain et un seul satellite commercial.

Le Delta IV avait deux versions principales qui permettaient à la famille de couvrir une gamme de tailles et de masses de charges utiles : la Medium (qui avait quatre configurations) et la Heavy . Le dernier vol de Medium a eu lieu en 2019. Le dernier vol de Heavy a eu lieu en avril 2024.

Les véhicules Delta IV ont été construits dans l'usine ULA de Decatur, en Alabama . L'assemblage final a été réalisé sur le site de lancement par ULA : dans l' installation d'intégration horizontale pour les lancements depuis la rampe SLC-37B à Cap Canaveral et dans une installation similaire pour les lancements depuis la rampe SLC-6 de la base spatiale de Vandenberg .

Le dernier développement évolutif de la famille de fusées Delta , Delta IV, a été introduit pour répondre aux exigences du programme de lanceurs évolutifs consommables (EELV, maintenant National Security Space Launch (NSSL)) de l'armée de l'air américaine (USAF) . Bien que le Delta IV conserve le nom de la famille de fusées Delta, des changements majeurs ont été incorporés. Le changement le plus significatif a peut-être été le passage du kérosène à l' hydrogène liquide , avec un nouveau réservoir et un nouveau moteur requis.

Au cours du développement du Delta IV, une petite variante a été envisagée. Elle aurait été équipée du deuxième étage Delta II , d'un troisième étage Thiokol Star 48B optionnel et de la coiffe de charge utile Delta II, le tout sur un seul Common Booster Core (CBC). La petite variante a été abandonnée en 1999.

En 2002, le Delta IV a été lancé pour la première fois, le RS-68 devenant le premier grand moteur- fusée à propergol liquide conçu aux États-Unis depuis le moteur principal de la navette spatiale (SSME) dans les années 1970.

Le système de guidage RIFCA (Redundant Inertial Flight Control Assembly) de L3 Technologies utilisé à l'origine sur le Delta IV était commun à celui du Delta II , bien que le logiciel soit différent en raison des différences entre le Delta II et le Delta IV. Le RIFCA comportait six gyroscopes laser annulaires et des accéléromètres chacun, pour offrir un degré de fiabilité plus élevé.

Boeing avait initialement prévu de commercialiser des services de lancement commercial du Delta IV. Cependant, le Delta IV est entré sur le marché des lancements spatiaux alors que la capacité mondiale était déjà bien supérieure à la demande. De plus, en tant que conception non éprouvée, il a eu du mal à trouver un marché dans les lancements commerciaux, et les coûts de lancement du Delta IV sont plus élevés que ceux des véhicules comparables de la même époque. En 2003, Boeing a retiré le Delta IV du marché commercial, invoquant une faible demande et des coûts élevés. En 2005, Boeing a déclaré qu'il cherchait à remettre le Delta IV en service commercial.

En 2009, l'USAF finançait les travaux d'ingénierie, d'intégration et d'infrastructure du Delta IV EELV par le biais de contrats avec Boeing Launch Services (BLS). Le 8 août 2008, le Space and Missile Systems Center de l'USAF a augmenté le contrat « coût majoré des honoraires » avec BLS de 1,656 milliard de dollars US pour prolonger la période d'exécution jusqu'au 30 septembre 2008 ( AF09 ). En outre, une option de 557,1 millions de dollars US a été ajoutée pour couvrir l'AF10.

En février 2010, Dongfan Chung, un ingénieur naturalisé travaillant pour Boeing, a été la première personne condamnée en vertu de la loi sur l'espionnage économique de 1996. Chung a transmis à la Chine des informations classifiées sur des projets tels que la fusée Delta IV et a été condamné à 15 ans de prison.

En mars 2015, ULA a annoncé son intention d’éliminer progressivement le Delta IV Medium d’ici 2018.

À l’exception du premier lancement, qui a porté sur le satellite de communication commercial Eutelsat W5 , tous les lancements de Delta IV ont été financés par le gouvernement américain. En 2015, ULA a déclaré qu’un Delta IV Heavy était vendu pour près de 400 millions de dollars.

La possibilité d'un Delta IV plus performant a été proposée pour la première fois dans une étude de la RAND Corporation de 2006 sur les besoins de lancement de sécurité nationale jusqu'en 2020. Une seule charge utile du National Reconnaissance Office (NRO) nécessitait une augmentation de la capacité de levage du Delta IV Heavy. La capacité de levage a été augmentée en développant le moteur RS-68A plus performant , qui a volé pour la première fois le 29 juin 2012. ULA a progressivement abandonné le moteur RS-68 de base avec le lancement du vol Delta 371 le 25 mars 2015. Tous les lancements suivants ont utilisé le RS-68A, et la poussée plus élevée du moteur a permis l'utilisation d'une seule conception CBC standardisée pour toutes les versions Delta IV Medium et M+. Cette mise à niveau a réduit les coûts et augmenté la flexibilité, puisque tout CBC standardisé pouvait être configuré pour zéro, deux ou quatre propulseurs à propergol solide . Cependant, le nouveau CBC a entraîné une légère perte de performances pour la plupart des configurations moyennes. Le Delta IV Heavy nécessitait des CBC non standard pour le noyau et les boosters.

Capacités de charge utile après la mise à niveau RS-68A

Capacités de charge utile avec RS-68 d'origine

*Les masses incluent un dispositif de fixation de charge utile (240 kg à 1 221 kg selon la charge utile).

Les futures améliorations possibles du Delta IV comprenaient l'ajout de moteurs solides supplémentaires, de moteurs principaux à poussée plus élevée, de matériaux plus légers, de deuxièmes étages à poussée plus élevée, de plus de CBC à fixation (jusqu'à huit) et d'une alimentation croisée en propulseur cryogénique des boosters à fixation au noyau commun.

À un moment donné, la NASA avait prévu d'utiliser Delta IV ou Atlas V pour lancer le projet Orbital Space Plane , qui est devenu par la suite le Crew Exploration Vehicle , puis l' Orion . Orion devait voler sur le lanceur Ares I , puis sur le Space Launch System après l'annulation d'Ares I.

En 2009, The Aerospace Corporation a publié les résultats d'une étude de la NASA visant à déterminer la faisabilité de la modification du Delta IV pour qu'il soit adapté aux missions habitées de la NASA . Selon Aviation Week & Space Technology , l'étude a révélé qu'un Delta IV lourd [...] pourrait répondre aux exigences de la NASA pour amener des humains en orbite basse terrestre.

Une mise à niveau proposée pour la famille Delta IV consistait à ajouter des moteurs solides supplémentaires. Le Medium+ (4,4) aurait utilisé les points de montage existants pour coupler les quatre GEM 60 du M+ (5,4) avec l'étage supérieur et la coiffe du (4,2). Un M+ (4,4) aurait eu une charge utile GTO de 7 500 kg (16 500 lb), une charge utile LEO de 14 800 kg (32 600 lb), et aurait pu être disponible dans les 36 mois suivant la première commande. Il a également été envisagé d'ajouter des GEM 60 supplémentaires au M+ (5,4), ce qui aurait nécessité l'ajout de points de fixation supplémentaires, des modifications structurelles pour faire face aux différentes charges de vol, et des modifications de la rampe de lancement et de l'infrastructure. Les Medium+ (5,6) et (5,8) auraient pu voler avec six et huit SRB respectivement, pour un maximum de 9 200 kg (20 300 lb) jusqu'au GTO avec le M+ (5,8). Les Medium+ (5,6) et (5,8) auraient pu être disponibles dans les 48 mois suivant la première commande.

Le Vulcan Centaur est prévu pour remplacer les fusées Atlas V et Delta IV. Le Vulcan Centaur devait entrer en service d'ici 2023, utilisant le moteur-fusée alimenté au méthane BE-4 , mais le premier Vulcan a été lancé le 8 janvier 2024. L'Atlas V devrait rester en service pendant quelques années après le lancement inaugural de Vulcan, et le Delta IV Heavy a été abandonné en avril 2024.

Le Delta IV Medium (également appelé « single stick » ) était disponible en quatre configurations : Medium, Medium+ (4,2), Medium+ (5,2) et Medium+ (5,4).

Le Delta IV Medium (Delta 9040) était le modèle le plus basique du Delta IV. Il était équipé d'un seul CBC et d'un deuxième étage Delta III modifié , avec des réservoirs d'hydrogène liquide et d'oxygène liquide de 4 mètres (appelés Delta Cryogenic Second Stage (DCSS)) et une coiffe de charge utile de 4 mètres. Le Delta IV Medium était capable de lancer 4 200 kg vers l'orbite de transfert géostationnaire (GTO). Depuis Cap Canaveral, GTO est à 1 804 m/s de GEO. La masse de la coiffe et des fixations de la charge utile a été soustraite des performances brutes.

Le Delta IV Medium+ (4,2) (Delta 9240) avait le même CBC et DCSS que le Medium, mais avec l'ajout de deux propulseurs à propergol solide de 1,5 m (60 pouces) de diamètre fabriqués par Orbital ATK, des moteurs graphite-époxy (GEM 60) pour augmenter la capacité de charge utile à 6 150 kg pour GTO.

Le Delta IV Medium+ (5,2) (Delta 9250) était similaire au Medium+ (4,2), mais possédait un DCSS de 5 m de diamètre et une coiffe de charge utile pour les charges utiles plus importantes. En raison du poids supplémentaire de la coiffe de charge utile plus grande et du deuxième étage, le Medium+ (5,2) pouvait lancer 5 072 kg vers GTO.

Le Delta IV Medium+ (5,4) (Delta 9450) était similaire au Medium+ (5,2), mais utilisait quatre GEM 60 au lieu de deux, ce qui lui permettait de soulever 6 882 kg jusqu'au GTO.

Pour encapsuler la charge utile du satellite, une variété de coiffes de charge utile différentes étaient disponibles. Une coiffe de charge utile composite Delta III étirée de 4 mètres de diamètre a été utilisée sur les versions Medium de 4 mètres, tandis qu'une coiffe composite élargie de 5 mètres de diamètre a été utilisée sur les versions Medium de 5 mètres.

La version Medium (4,2) a volé pour la dernière fois le 22 août 2019, marquant le retrait des variantes Delta IV Medium.

Le Delta IV Heavy (Delta 9250H) combine un DCSS de 5 m (16 pieds) de diamètre et une coiffe de charge utile avec deux CBC supplémentaires. Il s'agit de boosters à sangles qui sont séparés plus tôt dans le vol que le CBC central. En 2007, un carénage composite plus long de 5 mètres de diamètre était standard sur le Delta IV Heavy, avec un carénage isogrid en aluminium également disponible. Le carénage trisectoriel en aluminium (en trois parties) a été construit par Boeing et dérivé d'un carénage Titan IV . Le carénage trisectoriel a été utilisé pour la première fois sur le vol DSP-23 . Le Delta IV avec le carénage étendu mesure plus de 62 m (203 pieds) de haut. Le dernier lancement a eu lieu le 9 avril 2024, transportant le satellite NROL-70, marquant la conclusion de la famille de fusées Delta.

Chaque Delta IV est composé d'au moins un Common Booster Core (CBC). Chaque CBC est alimenté par un moteur Aerojet Rocketdyne RS-68 , qui brûle de l'hydrogène liquide et de l'oxygène liquide .

Lors des vols du Medium, le RS-68 a fonctionné à 102 % de sa poussée nominale pendant les premières minutes de vol, puis a été réduit à 58 % de sa poussée nominale avant la coupure du moteur principal. Sur le Heavy, le moteur du CBC principal est réduit à 58 % de sa poussée nominale environ 50 secondes après le décollage, tandis que les CBC attachés restent à 102 %. Cela permet d'économiser le propulseur et de permettre au CBC principal de brûler après la séparation du propulseur. Après la séparation des CBC attachés, le moteur du CBC principal est à nouveau réduit à 102 % avant de redescendre à 58 % avant la coupure du moteur principal.

Le moteur RS-68 est monté sur la structure de poussée inférieure du CBC par un cadre de poussée à quatre pieds ( quadrapod ) et enfermé dans un bouclier thermique conique composite protecteur. Au-dessus de la structure de poussée se trouve un réservoir d'hydrogène liquide isogrid en aluminium (un motif de grille usiné à l'intérieur du réservoir pour réduire le poids), suivi d'un cylindre composite appelé le corps central, d'un réservoir d'oxygène liquide isogrid en aluminium et d'une jupe avant. Le long de l'arrière du CBC se trouve un tunnel de câbles pour contenir les lignes électriques et de signal, et une ligne d'alimentation pour transporter l'oxygène liquide du réservoir au RS-68. Le CBC a un diamètre constant de 5 m (16 pieds).

L'étage supérieur du Delta IV était le Delta Cryogenic Second Stage (DCSS). Le DCSS était basé sur l' étage supérieur du Delta III mais avait une capacité de propulseur accrue. Deux versions ont été produites : un DCSS de 4 m (13 pieds) de diamètre qui a été retiré avec le Delta IV Medium et un DCSS de 5 m (16 pieds) de diamètre qui reste en service avec le Delta IV Heavy. La version de 4 m de diamètre a allongé les deux réservoirs de propulseur du Delta III, tandis que la version de 5 mètres a un réservoir d'hydrogène liquide de diamètre étendu et un réservoir d'oxygène liquide encore plus allongé. Quel que soit le diamètre, chaque DCSS est alimenté par un moteur RL10B-2 , avec une buse carbone-carbone extensible pour améliorer l'impulsion spécifique. Deux interétages différents sont utilisés pour accoupler le premier étage et le DCSS. Un interétage conique qui s'est rétréci de 5 m à 4 m de diamètre a été utilisé pour accoupler le DCSS de 4 m au CBC, tandis qu'un interétage cylindrique est utilisé pour accoupler le DCSS de 5 m. Les deux étages intermédiaires ont été construits à partir de matériaux composites et renfermaient le réservoir d'oxygène liquide, le plus grand réservoir d'hydrogène liquide constituant une partie de la ligne de moulage extérieure du véhicule.

Delta IV a été lancé à partir de deux complexes de lancement de fusées . Les lancements sur la côte est des États-Unis ont utilisé le complexe de lancement spatial 37 (SLC-37) de la base aérienne de Cap Canaveral . Sur la côte ouest, les lancements en orbite polaire et à haute inclinaison ont utilisé le complexe de lancement spatial 6 (SLC-6) de la base spatiale de Vandenberg .

Les installations de lancement des deux sites sont similaires. Une installation d'intégration horizontale (HIF) est située à une certaine distance de la rampe de lancement. Les CBC et les deuxièmes étages Delta IV doivent être accouplés et testés dans l'HIF avant d'être déplacés vers la rampe de lancement. L'assemblage partiel horizontal de la fusée Delta IV est quelque peu similaire au lanceur Soyuz , qui est entièrement assemblé horizontalement. Les navettes spatiales , les anciens lanceurs Saturn et le système de lancement spatial sont assemblés et déployés jusqu'à la rampe de lancement entièrement verticalement.

Le déplacement des Delta IV entre les différentes installations de la plateforme a été facilité par des transporteurs à plate-forme élévatrice (EPT) sur pneus et divers dispositifs de transport. Les EPT à moteur diesel sont utilisés pour déplacer les véhicules de l'HIF à la plateforme, tandis que les EPT électriques sont utilisés dans l'HIF, où la précision du mouvement est importante.

La structure de base de la rampe de lancement comprend une tranchée anti-flammes pour éloigner le panache du moteur de la fusée, une protection contre la foudre et un stockage de propulseur. Dans le cas de Delta IV, le véhicule a été terminé sur la rampe de lancement à l'intérieur d'un bâtiment. Cette tour de service mobile (MST) fournit un accès de service à la fusée et une protection contre les intempéries et est retirée de la fusée le jour du lancement. Une grue au sommet de la MST soulève la charge utile encapsulée sur le véhicule et fixe également les moteurs solides GEM 60 pour les lancements de Delta IV Medium. La MST est retirée de la fusée plusieurs heures avant le lancement. À Vandenberg, la rampe de lancement dispose également d'un abri d'assemblage mobile (MAS), qui enferme complètement le véhicule ; au CCAFS, le véhicule est partiellement exposé près de sa base.

À côté du véhicule se trouve une tour ombilicale fixe (FUT), qui possède deux (VSFB) ou trois (CCAFS) bras pivotants. Ces bras transportent des signaux de télémétrie, de l'énergie électrique, du fluide hydraulique , un flux d'air de contrôle environnemental et d'autres fonctions de support au véhicule via des lignes ombilicales. Les bras pivotants se rétractent à T-0 secondes une fois que le véhicule est engagé pour le lancement.

Sous le véhicule se trouve une table de lancement, avec six mâts de service de queue (TSM), deux pour chaque CBC. La table de lancement soutient le véhicule sur la rampe, et les TSM fournissent des fonctions de soutien et de ravitaillement supplémentaires pour les CBC. Le véhicule est monté sur la table de lancement par une unité de liaison de lancement (LMU), qui est fixée au véhicule par des boulons qui se coupent au lancement. Derrière la table de lancement se trouve un érecteur de rampe fixe (FPE), qui utilise deux pistons hydrauliques à longue course pour soulever le véhicule en position verticale après l'avoir fait rouler jusqu'à la rampe depuis le HIF. Sous la table de lancement se trouve un conduit de flamme, qui dévie l'échappement de la fusée loin de la fusée ou des installations.

Les CBC et DCSS Delta IV sont assemblés dans l'usine ULA de Decatur, en Alabama . Ils sont ensuite chargés sur le R/S RocketShip , un navire cargo roulier , et expédiés vers l'une ou l'autre des rampes de lancement. Là, ils sont déchargés et roulés dans un HIF. Pour les lancements Delta IV Medium, le CBC et le DCSS ont été accouplés dans le HIF. Pour les lancements Delta IV Heavy, les CBC à sangle bâbord et tribord sont également accouplés dans le HIF.

Divers tests sont effectués, puis le véhicule est roulé horizontalement jusqu'à la plateforme, où le dispositif de montage de plateforme fixe (FPE) est utilisé pour soulever le véhicule en position verticale. À ce stade, les moteurs solides GEM 60, s'il y en a, sont roulés jusqu'à la plateforme et fixés au véhicule. Après des tests supplémentaires, la charge utile (qui a déjà été enfermée dans son carénage) est transportée jusqu'à la plateforme, hissée dans le MST par une grue et fixée au véhicule. Enfin, le jour du lancement, le MST est retiré du véhicule et le véhicule est prêt pour le lancement.

• Liste des lancements de Thor et Delta (2000-2009)
• Liste des lancements de Thor et Delta (2010-2019)
• Liste des lancements de Thor et Delta (2020-2024)

• Liste des lancements de Delta IV (toutes variantes, moyennes et lourdes)
  • Liste des lancements de Delta IV Medium
  • Liste des lancements de Delta IV Heavy

La première charge utile lancée avec un Delta IV fut le satellite de télécommunications Eutelsat W5 . Un Medium+ (4,2) de Cap Canaveral a transporté le satellite de télécommunications en orbite de transfert géostationnaire (GTO) le 20 novembre 2002.

Le lancement de la fusée lourde a eu lieu en décembre 2004 , après des retards importants dus au mauvais temps. En raison de la cavitation dans les conduites de propulseur, les capteurs des trois CBC ont enregistré une diminution du propulseur. Les CBC attachés, puis les moteurs principaux du CBC, se sont arrêtés prématurément, même s'il restait suffisamment de propulseur pour poursuivre la combustion comme prévu. Le deuxième étage a tenté de compenser l'arrêt et a brûlé jusqu'à épuisement du propulseur. Ce vol était un lancement d'essai transportant une charge utile de :

• DemoSat – 6020 kg ; un cylindre en aluminium rempli de 60 tiges de laiton – devait être transporté vers GEO ; cependant, en raison de défauts de capteurs, le satellite n'a pas atteint cette orbite.
• NanoSat-2 , un ensemble de deux très petits satellites de 24 et 21 kg, surnommés Sparky et Ralphie , devait rester en orbite pendant une journée. Compte tenu de la sous-combustion, les deux n'ont probablement pas atteint une orbite stable. [

NROL-22 a été le premier satellite Delta IV lancé depuis SLC-6 à la base spatiale de Vandenberg (VSFB). Il a été lancé à bord d'un Medium+ (4,2) en juin 2006, transportant un satellite classifié pour le National Reconnaissance Office (NRO) des États-Unis .

Le lancement de DSP-23 a été le premier lancement d'une charge utile de grande valeur à bord d'un Delta IV Heavy. Il s'agissait également du premier lancement de Delta IV sous contrat avec la United Launch Alliance , une coentreprise entre Boeing et Lockheed Martin . La charge utile principale était le 23e et dernier satellite d'alerte anti-missile du programme de soutien à la défense , DSP-23 . Le lancement depuis Cap Canaveral a eu lieu le 10 novembre 2007.

Le NROL-26 a été le premier lancement de Delta IV Heavy EELV pour le NRO. USA 202 , un satellite de reconnaissance classifié , a décollé le 18 janvier 2009.

NROL-32 était un lancement de la fusée Delta IV Heavy, transportant un satellite pour la NRO. La charge utile est supposée être le plus gros satellite envoyé dans l'espace. Après un retard à partir du 19 octobre 2010, la fusée a décollé le 21 novembre 2010.

Le NROL-49 a décollé de la base aérienne de Vandenberg le 20 janvier 2011. Il s'agissait de la première mission Delta IV Heavy à être lancée depuis Vandenberg. Cette mission était destinée au NRO et ses détails sont classifiés.

Le 4 octobre 2012, un Delta IV M+ (4,2) a connu une anomalie dans le moteur RL10B-2 de l'étage supérieur, ce qui a entraîné une poussée plus faible que prévu. Bien que le véhicule ait eu suffisamment de marges de carburant pour placer avec succès la charge utile, un satellite GPS Block IIF USA-239 , sur son orbite ciblée, l'enquête sur le problème a retardé les lancements suivants de Delta IV et le prochain lancement d'Atlas V (AV-034) en raison de la similitude entre les moteurs utilisés sur les étages supérieurs des deux véhicules. En décembre 2012, ULA avait déterminé que la cause de l'anomalie était une fuite de carburant (dans la chambre de combustion ), et les lancements de Delta IV ont repris en mai 2013. Après deux autres lancements réussis, une enquête plus approfondie a conduit au retard du vol Delta 365 avec le satellite GPS IIF-5 . Initialement prévu pour être lancé en octobre 2013, le véhicule a décollé le 21 février 2014.

Un Delta IV Heavy a lancé le vaisseau spatial Orion lors d'un vol d'essai sans équipage, EFT-1 , le 5 décembre 2014. Le lancement était initialement prévu pour le 4 décembre 2014, mais des vents violents et des problèmes de valves ont entraîné le report du lancement au 5 décembre 2014.

Le 12 août 2018, un autre Delta IV Heavy a lancé la sonde solaire Parker dans le cadre d'une mission visant à explorer ou à « toucher » la couronne externe du Soleil.

Le deuxième satellite GPS Block III a été lancé avec la fusée de configuration finale Delta IV Medium+ (4,2) le 22 août 2019.

Le dernier vol de Vandenberg du Delta IV Heavy a lancé la mission NROL-91 en septembre 2022.

Le dernier vol depuis Cap Canaveral du Delta IV Heavy et de la famille de fusées Delta a eu lieu en avril 2024 avec à son bord la mission NROL-70 .