Де́льта IV () — четвёртое поколение ракеты-носителя семейства «Дельта» компании Boeing. «Дельта IV» была разработана в рамках программы развития одноразовых ракет-носителей () для запуска коммерческих спутников и спутников ВВС США.
«Дельта IV» состоит из двух ступеней и использует криогенные компоненты топлива: жидкий водород и жидкий кислород.
Ракета-носитель использовалась в пяти версиях: Medium (), Medium+ (4,2), Medium+ (5,2), Medium+ (5,4) и Heavy ().
Из-за высокой стоимости (от 164 до 400 млн $ в зависимости от версии), «Дельта IV» использовалась в первую очередь для запуска спутников Министерства обороны (DoD) и Национального управления военно-космической разведки США (NRO).
«Дельта IV Хэви», по состоянию на 2016 год, обладала наибольшей выводимой полезной нагрузкой среди всех эксплуатируемых ракет-носителей в мире. В 2015 году стоимость запуска ракеты-носителя «Дельта IV» Хэви составляла около 400 млн. $. История Первый успешный запуск ракеты-носителя со спутником 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 использованияДельта IV может вернуться к коммерческим запускам (en) , 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 выполняться 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, первый запуск которой планировался не ранее IV квартала 2021 года. 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.
22 августа 2019 года состоялся последний запуск ракеты-носителя в средней конфигурации.
9 апреля 2024 года состоялся последний запуск ракеты-носителя в тяжёлой конфигурации.
Конструкция
Первая ступень Первой ступенью Дельта IV является универсальный ракетный модуль (УРМ, ), 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.
Полная длина ступени 40,8 м, диаметр — 5,1 м, сухой вес ступени — кг. Ступень использует криогенные компоненты топлива, жидкий водород (горючее) и жидкий кислород (окислитель). Вместимость топлива: жидкий водород — (416 м3), жидкий кислород — кг (151 м3). Перед запуском закачиваемый жидкий кислород охлаждается до температуры −185 °C, жидкий водород — до −253 °C.
Модуль использует один двигатель RS-68 производства фирмы Рокетдайн (Rocketdyne). Двигатель RS-68 — первый большой ЖРД, который был разработан в США после разработки основного двигателя для космического челнока SSME (, 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.
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. С июня 2015 года двигатель RS-68A используется на всех модификациях Дельта IV.
Как правило, двигатель форсируется до 102 % тяги в течение первых нескольких минут полёта, затем дросселируется до 58 % тяги вплоть до момента отключения. 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.
Номинальное время работы двигателя первой ступени составляет 245 секунд для модификаций Medium и 328 секунд для модификации Heavy.
Ускорители На модификациях Дельта IV Medium+ используются твердотопливные ускорители 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 — кг. Каждый ускоритель обеспечивает тягу 826,6 кН на уровне моря с удельным импульсом 275 с. Время горения — 91 секунда.
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.
Вторая ступень
Вторая ступень Дельта IV () 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.
Четырёхметровая вторая ступень (используется для модификаций Medium и Medium+ (4,2)) имеет длину 12,2 м, сухой вес — 2850 кг и вмещает кг компонентов топлива. Максимальное время работы двигателя составляет 850 секунд.
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 кг топлива. Время работы двигателя может достигать 1125 секунд.
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.
Для управления положением второй ступени в фазе свободного полёта используются 12 маленьких гидразиновых двигателей MR-106D с тягой 21 и 41 Н.
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.
Головной обтекатель 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.
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.
Бортовые системы Система управления RIFCA () 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 надежностиL-3 Space & Navigation’s RIFCA Trihex .
Варианты ракеты-носителя 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. Возможно также использование модифицированного алюминиевого обтекателя от ракеты-носителя Титан IV (впервые использовался при запуске спутника DSP-23)ВВС США — характеристики одноразовых РН (en) . 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 ступениDelta IV Small on Astronautix.com . Проект малого варианта РН был отклонен в 1999 гБоинг подписал соглашение по Центру Сборки Дельта IV (en) . Возможно, это объясняется тем, что ракета-носитель «Дельта-2» имеет близкие параметры по полезной нагрузке.
Таблица обозначения версий Все показатели полезной нагрузки указаны с учётом использования двигателя RS-68A.