Delta IV Dieser Artikel beschreibt die Trägerraketen Zur gleichnamigen Klasse von Atom U Booten siehe Projekt 667BDRM Di
Delta IV
Dieser Artikel beschreibt die Trägerraketen. Zur gleichnamigen Klasse von Atom-U-Booten siehe Projekt 667BDRM.
Die Raketenfamilie Delta IV stellt die modernste und letzte Variante der seit 1960 startenden Delta-Raketen dar. Delta IV entstand im Rahmen des EELV-Programms (Evolved Expendable Launch Vehicles) der U.S. Air Force zur Entwicklung von modularen Raketentypen, die sowohl die leichten Delta II, die mittelschweren Atlas II und Atlas III als auch die schweren Titan IV ersetzen sollten. Die Delta-IV-Familie wurde von Boeing entwickelt und steht nun in direkter Konkurrenz zu der ebenfalls im Rahmen des EELV-Programms entstandenen Atlas-V-Raketenfamilie von Lockheed Martin.
Eine startende Delta IV Heavy, die größte aller Delta-IV-Versionen
Im Gegensatz zu Delta II und III, die allesamt auf der Delta I als Erststufe aufbauten (wenngleich diese ständig weiter modifiziert wurde), wurde für die Delta IV eine völlig neue Erststufe entworfen, die von einem ebenfalls neuentwickelten RaketentriebwerkRS-68 von Rocketdyne angetrieben wird. Die Erststufe erhielt den Namen Common Booster Core (CBC) und bildet die Grundlage für alle Versionen der Delta IV. Abhängig von der Anzahl der CBCs kann zwischen den Versionen Delta IV Medium und Delta IV Heavy unterschieden werden.
Die Delta-IV-Reihe wurde in fünf verschiedene Versionen angeboten, vier davon in der „Medium“-Klasse und eine als „Heavy“-Variante. Der erste Start einer Delta IV Medium fand am 20. November 2002 statt, der letzte am 22. August 2019. Die Heavy-Version startete erstmals am 21. Dezember 2004 und soll ihren letzten Flug 2024 absolvieren. Danach wird sie von der Vulcan Heavy abgelöst, die teilweise auf Delta-IV-Technologie basiert.
TechnikBearbeiten
Die Delta IV ist eine zweistufige Rakete, deren beide Stufen mit der hochenergetischen Treibstoffmischung aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff (LOX/LH2) betrieben werden. Sie ist momentan auch die einzige Rakete weltweit, die mit einem LOX/LH2-Haupttriebwerk in der ersten Stufe ohne die Hilfe von Feststoffboostern von der Erde abheben kann (vgl. dazu im Gegensatz die europäische Ariane 5 und japanische H-II). Berechnungen ergeben sogar, dass die erste Stufe der Delta IV theoretisch ohne die Hilfe der zweiten Stufe eine kleine Nutzlast in eine Erdumlaufbahn befördern und somit als ein einstufiger Träger dienen könnte. Dies hat in der Praxis jedoch keine Bedeutung, da es unwirtschaftlich ist.
HauptstufeBearbeiten
RS-68-Triebwerk auf dem Teststand
Die erste Stufe der Rakete, der Common Booster Core (CBC), wurde, im Gegensatz zu allen früheren Delta-Versionen, komplett neu entwickelt. Sie bildet die Grundlage aller Delta-IV-Versionen, wobei die schwere Heavy-Variante gleich drei CBCs nutzt (mehr dazu im Delta-IV-Heavy-Abschnitt). Das CBC ist 40,9 m hoch mit einem Durchmesser von 4,88 m und wiegt unbetankt etwa 24,5 Tonnen. Die Stufe enthält unten einen rührreibgeschweißten Tank für flüssigen Wasserstoff, oben einen rührreibgeschweißten Tank für flüssigen Sauerstoff und wird von einem RS-68-Triebwerk angetrieben.
Das in der ersten Stufe der Delta-IV-Rakete eingesetzte RS-68-Triebwerk wurde von der US-Firma Rocketdyne entwickelt. RS-68 entstand mit dem Ziel, das Triebwerk gegenüber dem Space-Shuttle-Haupttriebwerk SSME erheblich zu vereinfachen, um es günstiger herstellen zu können. Dafür wurde weitgehend auf die Effizienz des Triebwerks verzichtet. So wurden z. B. günstigere Herstellungsmethoden angewandt, und es wurde eine ablative Kühlung (Siehe auch: ablativer Hitzeschild) der Schubdüse verwendet. Durch diese Maßnahmen stieg die Masse des Triebwerks, die Herstellungskosten sanken jedoch erheblich. Das Triebwerk hat eine Masse von 6696 kg, hat beim Start einen spezifischen Impuls von 3580 Ns/kg bzw. 365 s (im Vakuum 4022 Ns/kg bzw. 410 s) und entwickelt beim Abheben einen Schub von 2891 kN (im Vakuum 3312 kN), womit es das stärkste LOX/LH2-Triebwerk weltweit ist. Die Leistung des Triebwerks kann von minimal 60 % bis maximal 102 % des Nominalschubs geregelt werden. Ein RS-68 kostet circa 14 Millionen US-Dollar. Bei dem Triebwerk handelt es sich um die erste Neuentwicklung eines großen Raketentriebwerkes in den USA seit dem SSME vor über 20 Jahren.
Zur Steigerung der Nutzlastkapazität kann die erste Stufe durch mehrere GEM-60-Feststoffbooster verstärkt werden, die eine vergrößerte Version der GEM-46-Booster der Delta III darstellen. Die Booster mit einem Gehäuse aus Verbundwerkstoffen und einem Durchmesser von 1,55 m werden bei Alliant Techsystems gebaut und verfügen über bewegliche Schubdüsen, die dem RS-68-Haupttriebwerk bei der Steuerung der Rakete helfen. Am 29. Juni 2012 startete erstmals eine Rakete mit den schubgesteigerten RS-68A-Triebwerken in ihren CBCs.
Zweite Stufe einer Delta IV der Medium-Variante
OberstufeBearbeiten
Die zweite Stufe der Delta IV wurde weitgehend aus der Delta III übernommen und wird von einem Triebwerk RL-10B-2 von Pratt & Whitney angetrieben. Das Triebwerk erzeugt einen Schub von 110 kN, hat einen spezifischen Impuls von 4532 Ns/kg bzw. 462 s und ist eine Variante des RL-10-Triebwerks der Centaur-Oberstufe, das zudem über eine ausfahrbare Schubdüse verfügt. Dadurch lässt sich die Stufe leichter in die Rakete integrieren, bietet aber trotzdem nach der Stufentrennung und anschließendem Ausfahren der Düse auf die volle Länge eine gesteigerte Leistungsfähigkeit. Die aus Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen bestehende Schubdüse wird bei SEP in Frankreich gefertigt. Die Stufe unterscheidet sich von der Centaur auch dadurch, dass ihre Tanks die Stabilität auch ohne eine Druckbeaufschlagung wahren, was bei der Centaur nicht der Fall ist. Die Stufe ist für alle Versionen der Raketenfamilie praktisch identisch und unterscheidet sich lediglich im Durchmesser und in der Treibstoffkapazität. So gibt es die kleinere Stufe mit durchgehend 4 m Durchmesser, 20.410 kg Treibstoffzuladung und etwa 850 s Gesamtbrennzeit sowie die größere Stufe, deren Sauerstofftank um etwa 0,5 m verlängert ist und deren Wasserstofftank einen Durchmesser von 5 m aufweist. Diese Variante der Stufe kann 27.200 kg Treibstoff aufnehmen und erlaubt eine Gesamtbrennzeit von über 1125 s.
NutzlastverkleidungenBearbeiten
Die Delta IV Medium und Delta IV Medium+ (4,2) verwenden eine Nutzlastverkleidung mit 4 Metern Durchmesser aus Verbundmaterialien. Sie ist 11,75 m hoch, von denen 6,93 m den vollen Außendurchmesser von 4 m hat. Im zylindrischen Teil hat sie 3,75 m Innendurchmesser. Den restlichen Teil der Länge nimmt die kegelförmige, oben abgerundete Spitze ein.
Die Delta IV Medium+ (5,2) und Delta IV Medium+ (5,4) verwenden eine Nutzlastverkleidung mit 5 Metern Durchmesser aus Verbundmaterialien. Sie ist 14,34 m hoch, von denen 8,32 m den vollen Außendurchmesser von 5 m hat. Im zylindrischen Teil hat sie 4,57 m Innendurchmesser. Den restlichen Teil der Länge nimmt die leicht nach innen gebogene oben abgerundete Spitze ein.
DoppelstartfähigkeitBearbeiten
ULA bietet Doppelstarts an. Die RUAG erhielt im Jahr 2013 einen Auftrag zur Entwicklung von Doppelstartvorrichtungen für die Atlas V und Delta IV, die ab 2018 zum Einsatz kommen sollten. Bislang wurden sie jedoch nicht genutzt.
InfrastrukturBearbeiten
Startkomplexe für die Delta IV sind sowohl auf der Cape Canaveral Space Force Station als auch auf der Vandenberg Space Force Base vorhanden. In Cape Canaveral wird die Rakete in Orbits mit Neigungswinkeln von 42° bis 110° von der Rampe LC-37B gestartet, die bereits in den 1960ern für unbemannte Saturn I- und Saturn-IB-Starts verwendet wurden. In Vandenberg hebt die Rakete vom Startkomplex SLC-6 ab, die ehemals für Starts des MOL-Programms errichtet wurde und später als Startrampe für den Space Shuttle dienen sollte. Von Vandenberg aus sind Bahnneigungen von 151° bis 210° verfügbar. Der Zusammenbau und die Vorbereitung der Rakete erfolgen horizontal in einer Montagehalle (HIF – Horizontal Integration Facility), vor dem Start wird sie mit Hilfe des FPE (Fixed Pad Erector) auf der Startrampe vertikal aufgerichtet. Die Montage der Feststoffbooster und der Nutzlast erfolgt vertikal auf der Startrampe. Die Rakete wird in Alabama gefertigt und mit dem SchiffRocketShip zum Startort transportiert.
Am 25. Juni 2003 wurde bekannt, dass Boeing Einblick in vertrauliche Akten seines Konkurrenten Lockheed Martin hatte und dessen Preiskalkulation kannte. Als Folge wurden Boeing im Juli 2003 von 20 bereits georderten Flügen sieben entzogen und Lockheed Martin zugesprochen. Auch entfiel das Vorrecht, als einzige Firma von Vandenberg aus Satelliten in den Orbit zu bringen.
Eine Delta IV Medium+ 4,2 auf der Startrampe 37 in Cape Canaveral, mit dem WettersatellitGOES-N
Gestrichene Delta-IV-Small-VersionenBearbeiten
Ursprünglich war auch eine Small-Reihe geplant, die eine CBC-Erststufe mit dem RS-68-Triebwerk und als zweite Stufe die Delta K der Delta II-Rakete verwenden sollte. Neben dieser ersten Version sollte es auch noch eine zweite Small-Version mit einer zusätzlichen Star-48B-Drittstufe geben. Diese sollte nach den Planungen 2200 kg in die Geostationäre Transferbahn oder 1860 kg auf Fluchtgeschwindigkeit bringen können. Beide Versionen wurden jedoch gestrichen.
Delta IV MediumBearbeiten
Eine Delta IV der Medium-Reihe bestand aus einer CBC-Erststufe mit dem RS-68-Triebwerk und der zweiten Stufe mit dem RL-10B2-Triebwerk. Dabei wurden in Abhängigkeit von der zu transportierenden Nutzlast verschiedene Nutzlastverkleidungen verwendet. Außerdem konnten zur Steigerung der Nutzlastkapazität kleine Feststoffbooster (GEM-60) an die erste Stufe der Rakete angebracht werden. Durch die Variationen der Nutzlastverkleidungen und der Anzahl der Feststoffbooster standen insgesamt vier verschiedene Medium-Versionen zur Verfügung, mit deren Hilfe Nutzlasten unterschiedlicher Masse und Durchmessers flexibel gestartet werden konnten. Alle vier Varianten kamen zum Einsatz.
Die einzelnen Versionen der Medium-Reihe waren:
Nutzlastverkleidung einer Delta IV Medium+ (4,2)Delta IV Medium – besaß eine Nutzlastverkleidung von 4 m Durchmesser und keine Feststoffbooster. Die Nutzlastkapazität lag bei 8120 kg für eine niedrige Umlaufbahn und bei 4210 kg für einen Geotransfer-Orbit. Der Erststart fand am 11. März 2003 statt.
Delta IV Medium+ (4,2) – unterschied sich von der Medium-Grundversion nur durch zwei zusätzliche GEM-60-Booster, womit die Nutzlastkapazität für einen niedrigen Orbit auf 10.430 kg stieg und für einen Geotransfer-Orbit auf 5845 kg. Der Erststart dieser Version fand am 20. November 2002 statt und war zugleich der erste Start einer Delta IV überhaupt.
Delta IV Medium+ (5,2) – unterschied sich von der Delta Medium+ (4,2) durch eine Nutzlastverkleidung von 5 m Durchmesser und eine etwas höhere Treibstoffkapazität der zweiten Stufe. Aufgrund der schwereren Nutzlastverkleidung sank die Nutzlastkapazität im Vergleich zur Medium+ (4,2) auf 7980 kg für einen niedrigen Orbit und 4640 kg für einen Geotransfer-Orbit. Der Erststart fand am 3. April 2012 statt.
Delta IV Medium+ (5,4) – war die stärkste Version der Medium-Reihe und unterschied sich von der Medium+ (5,2) durch zwei weitere GEM-60-Booster, womit die Anzahl der Booster auf insgesamt vier stieg. Die Nutzlastkapazität lag bei 11.425 kg für eine niedrige Umlaufbahn und bei 6565 kg für einen Geotransfer-Orbit. Diese Version startete zum ersten Mal am 5. Dezember 2009 mit dem militärischen Kommunikationssatelliten WGS-3. Am 22. August 2019 absolvierte sie mit einem GPS-III-Navigationssatelliten den letzten Delta-IV-Medium-Flug.
Delta IV HeavyBearbeiten
Um schwere Spionagesatelliten zu starten und dabei die teure Titan-IV-Rakete zu ersetzen, sollte eine Schwertransportvariante der Delta IV, bekannt unter der Bezeichnung Delta IV Heavy, entwickelt werden. Diese sollte relativ günstig herzustellen und zu betreiben sein sowie eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, um die bis zu 1 Milliarde Dollar teuren Militärsatelliten starten zu können.
Delta IV Heavy bei der Triebwerkszündung (Vandenberg AFB, 2011)
TechnikBearbeiten
Eine Delta IV Heavy wird aufgestellt
Die Delta IV Heavy besteht aus drei CBCs, wobei ein CBC die Zentralstufe bildet und die anderen zwei rechts und links davon angeordnet sind. Die zweite Stufe wird von einem RL-10B2-Triebwerk angetrieben und trägt eine Nutzlastverkleidung mit 5 m Durchmesser. Beim Start werden alle drei CBCs gleichzeitig gezündet, wobei die Rakete sehr langsam aufsteigt und etwa 10 Sekunden braucht, um den Startturm zu passieren. Nach einiger Zeit wird das RS-68-Triebwerk der Zentralstufe auf 60 % des Schubes heruntergeregelt, wogegen die Triebwerke der beiden zusätzlichen CBCs mit 102 % des Schubes weiterarbeiten. Damit wird erreicht, dass der Treibstoff der zusätzlichen CBCs schneller zu Ende geht, so dass sie nach etwa 4 Minuten Flug leer sind und abgeworfen werden können. Danach wird die Nutzlast von der Zentralstufe weiterbeschleunigt, bis auch sie komplett ausgebrannt ist. Anschließend übernimmt die zweite Stufe die Beschleunigung, um die Nutzlast auf die Zielumlaufbahn zu bringen.
Die Delta IV Heavy ist 71 m hoch und wiegt beim Start 717 t. Ihre drei gebündelten CBCs entwickeln einen Gesamtschub von 8847 kN. Die Nutzlastkapazität wird mit 23.000 kg für eine niedrige Umlaufbahn und mit 13.130 kg für einen Geotransfer-Orbit angegeben. Mit den schubgesteigerten RS-68A-Triebwerken steigt die Nutzlastkapazität in den GTO weiter auf 14.220 kg. Die Delta IV Heavy mit dem alten RS-68 bringt etwa 10.000 kg auf eine Mondtransferbahn und etwa 8000 kg auf eine Marstransferbahn. Damit ist Delta IV Heavy mit den neuen RS-68A-Triebwerken die derzeit zweitstärkste im Einsatz stehende US-Rakete (die Mondrakete Saturn V war weitaus schwerer und stärker, wird jedoch nicht mehr hergestellt) und übertrifft in ihren Leistungsdaten sowohl die neueste Europa-Rakete Ariane 5 ECA als auch den russischen Schwerlastträger Proton-M. Die Falcon Heavy bietet hingegen mit 26.700 kg eine höhere GTO-Nutzlastkapazität als die Delta IV Heavy mit RS-68, ebenso die zukünftige Angara-A5 mit 24.500 kg.
NutzlastverkleidungenBearbeiten
Die Verbundnutzlastverkleidung ist knapp 19,1 m hoch, von denen 13,07 m den vollen Außendurchmesser von 5 m hat. Im zylindrischen Teil hat sie 4,57 m Innendurchmesser. Den restlichen Teil der Länge nimmt die leicht nach innen gebogene oben abgerundete Spitze ein.
Die Metallnutzlastverkleidung ist 19,81 m hoch, von denen 13,76 m den vollen Außendurchmesser vom 5 m hat. Im zylindrischen Teil hat sie 4,57 m Innendurchmesser. Den restlichen Teil der Länge nimmt die Spitze in Form eines oben abgerundeten Doppelkegels ein. Diese Nutzlastverkleidung spaltet sich, wenn sie abgeworfen wird, längs in drei Teile.
Wie bereits oben erwähnt sollte die Delta IV ab 2018 auch Starts mit zwei Hauptnutzlasten gleichzeitig durchführen können; es fanden sich aber keine Nutzlasten, bei denen ein Doppelstart in Frage gekommen wäre.
ErstflugBearbeiten
Der Erststart der Delta IV Heavy fand am 21. Dezember 2004, 21:50 UTC in Cape Canaveral statt, wobei sich nur eine 6 Tonnen schwere Satellitenattrappe sowie zwei von Studenten gebaute „Testsatelliten“ von jeweils 15 kg an Bord befanden. Da Boeing für den Erststart keinen zahlenden Kunden finden konnte, kaufte die USAF den ersten Teststart der Rakete für eine Summe, die ungefähr zwischen 140 und 170 Millionen Dollar lag. Jedoch verlief der Start nicht wie geplant: Sowohl die beiden Booster als auch die Zentralstufe schalteten ihre Triebwerke etwas zu früh ab, so dass die Nutzlast in einer zu niedrigen Umlaufbahn ausgesetzt wurde. Als Grund wurde nachträglich die Bildung von Blasen durch Kavitation im Sauerstofftank identifiziert, wodurch die Treibstoffsensoren vorzeitig meldeten, dass die Tanks leer seien. Dennoch betrachtet Boeing den Erststart als einen Erfolg, da alle Phasen des Flugs erfolgreich getestet wurden.
FlugprofilBearbeiten
Die Angaben gelten für einen typischen Flug in eine geostationäre Transferbahn (231 km × 35.902 km / 27,9°).
Zweiter Brennschluss der zweiten Stufe, GTO-Orbit erreicht
Weitere EntwicklungBearbeiten
Delta-IV-Familie mit einer hypothetischen zukünftigen Heavy-Variante mit sieben Common Booster Cores
Da der Satellitenstartmarkt sich eine Zeitlang langsam entwickelte, wurden die zu startenden kommerziellen Nutzlasten von den bereits existierenden Delta-IV-Medium- und -Heavy-Varianten gedeckt. Insbesondere ist die Delta IV Heavy so stark und so teuer, dass für sie keine kommerziellen Nutzlasten auf dem Markt mehr zu finden sind, so dass sie nur zum Starten von schweren Spionagesatelliten genutzt wird. Schon bald bot Boeing die Delta IV nicht mehr auf dem kommerziellen Markt an, sondern konzentrierte sich auf die lukrativeren Regierungsaufträge. Im Jahr 2005 schlossen sich Boeing und Lockheed Martin zu dem Gemeinschaftsunternehmen United Launch Alliance (ULA) zusammen. ULA ist hauptsächlich für Startaufträge der US-Regierung tätig. Bis zur Zertifizierung der Falcon 9 von SpaceX war ULA in diesem Bereich praktisch Monopolist für den Transport von mehrere Tonnen schweren Nutzlasten, da alle Ausschreibungen der US-Regierung für Satellitentransporte die Bedingung beinhalten, dass das liefernde Unternehmen in den USA sitzen muss. Andere Anbieter in den USA verfügten nicht über Raketen, die so große Nutzlasten transportieren können. Als Folge verdoppelten sich nach der Gründung der ULA die Startpreise annähernd.
United Launch Alliance (Hrsg.): Delta IV Launch Services User’s Guide June 2013. Juni 2013, Section 9 AUXILIARY AND DUAL PAYLOAD ACCOMMODATIONS (englisch, ulalaunch.com [PDF; abgerufen am 27. Januar 2019]).
Dieser Artikel beschreibt die Tragerraketen Zur gleichnamigen Klasse von Atom U Booten siehe Projekt 667BDRM Die Raketenfamilie Delta IV stellt die modernste und letzte Variante der seit 1960 startenden Delta Raketen dar Delta IV entstand im Rahmen des EELV Programms Evolved Expendable Launch Vehicles der U S Air Force zur Entwicklung von modularen Raketentypen die sowohl die leichten Delta II die mittelschweren Atlas II und Atlas III als auch die schweren Titan IV ersetzen sollten Die Delta IV Familie wurde von Boeing entwickelt und steht nun in direkter Konkurrenz zu der ebenfalls im Rahmen des EELV Programms entstandenen Atlas V Raketenfamilie von Lockheed Martin Eine startende Delta IV Heavy die grosste aller Delta IV VersionenIm Gegensatz zu Delta II und III die allesamt auf der Delta I als Erststufe aufbauten wenngleich diese standig weiter modifiziert wurde wurde fur die Delta IV eine vollig neue Erststufe entworfen die von einem ebenfalls neuentwickelten Raketentriebwerk RS 68 von Rocketdyne angetrieben wird Die Erststufe erhielt den Namen Common Booster Core CBC und bildet die Grundlage fur alle Versionen der Delta IV Abhangig von der Anzahl der CBCs kann zwischen den Versionen Delta IV Medium und Delta IV Heavy unterschieden werden Die Delta IV Reihe wurde in funf verschiedene Versionen angeboten vier davon in der Medium Klasse und eine als Heavy Variante Der erste Start einer Delta IV Medium fand am 20 November 2002 statt der letzte am 22 August 2019 Die Heavy Version startete erstmals am 21 Dezember 2004 und soll ihren letzten Flug 2024 absolvieren Danach wird sie von der Vulcan Heavy abgelost die teilweise auf Delta IV Technologie basiert Inhaltsverzeichnis 1 Technik 1 1 Hauptstufe 1 2 Oberstufe 1 3 Nutzlastverkleidungen 1 3 1 Doppelstartfahigkeit 1 4 Infrastruktur 2 Gestrichene Delta IV Small Versionen 3 Delta IV Medium 4 Delta IV Heavy 4 1 Technik 4 2 Nutzlastverkleidungen 4 3 Erstflug 4 4 Flugprofil 5 Weitere Entwicklung 6 Starts 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseTechnik BearbeitenDie Delta IV ist eine zweistufige Rakete deren beide Stufen mit der hochenergetischen Treibstoffmischung aus flussigem Sauerstoff und flussigem Wasserstoff LOX LH2 betrieben werden Sie ist momentan auch die einzige Rakete weltweit die mit einem LOX LH2 Haupttriebwerk in der ersten Stufe ohne die Hilfe von Feststoffboostern von der Erde abheben kann vgl dazu im Gegensatz die europaische Ariane 5 und japanische H II Berechnungen ergeben sogar dass die erste Stufe der Delta IV theoretisch ohne die Hilfe der zweiten Stufe eine kleine Nutzlast in eine Erdumlaufbahn befordern und somit als ein einstufiger Trager dienen konnte Dies hat in der Praxis jedoch keine Bedeutung da es unwirtschaftlich ist Hauptstufe Bearbeiten nbsp RS 68 Triebwerk auf dem TeststandDie erste Stufe der Rakete der Common Booster Core CBC wurde im Gegensatz zu allen fruheren Delta Versionen komplett neu entwickelt Sie bildet die Grundlage aller Delta IV Versionen wobei die schwere Heavy Variante gleich drei CBCs nutzt mehr dazu im Delta IV Heavy Abschnitt Das CBC ist 40 9 m hoch mit einem Durchmesser von 4 88 m und wiegt unbetankt etwa 24 5 Tonnen Die Stufe enthalt unten einen ruhrreibgeschweissten Tank fur flussigen Wasserstoff oben einen ruhrreibgeschweissten Tank fur flussigen Sauerstoff und wird von einem RS 68 Triebwerk angetrieben Das in der ersten Stufe der Delta IV Rakete eingesetzte RS 68 Triebwerk wurde von der US Firma Rocketdyne entwickelt RS 68 entstand mit dem Ziel das Triebwerk gegenuber dem Space Shuttle Haupttriebwerk SSME erheblich zu vereinfachen um es gunstiger herstellen zu konnen Dafur wurde weitgehend auf die Effizienz des Triebwerks verzichtet So wurden z B gunstigere Herstellungsmethoden angewandt und es wurde eine ablative Kuhlung Siehe auch ablativer Hitzeschild der Schubduse verwendet Durch diese Massnahmen stieg die Masse des Triebwerks die Herstellungskosten sanken jedoch erheblich Das Triebwerk hat eine Masse von 6696 kg hat beim Start einen spezifischen Impuls von 3580 Ns kg bzw 365 s im Vakuum 4022 Ns kg bzw 410 s und entwickelt beim Abheben einen Schub von 2891 kN im Vakuum 3312 kN womit es das starkste LOX LH2 Triebwerk weltweit ist Die Leistung des Triebwerks kann von minimal 60 bis maximal 102 des Nominalschubs geregelt werden Ein RS 68 kostet circa 14 Millionen US Dollar 1 Bei dem Triebwerk handelt es sich um die erste Neuentwicklung eines grossen Raketentriebwerkes in den USA seit dem SSME vor uber 20 Jahren Zur Steigerung der Nutzlastkapazitat kann die erste Stufe durch mehrere GEM 60 Feststoffbooster verstarkt werden die eine vergrosserte Version der GEM 46 Booster der Delta III darstellen Die Booster mit einem Gehause aus Verbundwerkstoffen und einem Durchmesser von 1 55 m werden bei Alliant Techsystems gebaut und verfugen uber bewegliche Schubdusen die dem RS 68 Haupttriebwerk bei der Steuerung der Rakete helfen Am 29 Juni 2012 startete erstmals eine Rakete mit den schubgesteigerten RS 68A Triebwerken in ihren CBCs nbsp Zweite Stufe einer Delta IV der Medium VarianteOberstufe Bearbeiten Die zweite Stufe der Delta IV wurde weitgehend aus der Delta III ubernommen und wird von einem Triebwerk RL 10B 2 von Pratt amp Whitney angetrieben Das Triebwerk erzeugt einen Schub von 110 kN hat einen spezifischen Impuls von 4532 Ns kg bzw 462 s und ist eine Variante des RL 10 Triebwerks der Centaur Oberstufe das zudem uber eine ausfahrbare Schubduse verfugt Dadurch lasst sich die Stufe leichter in die Rakete integrieren bietet aber trotzdem nach der Stufentrennung und anschliessendem Ausfahren der Duse auf die volle Lange eine gesteigerte Leistungsfahigkeit Die aus Kohlenstofffaser Verbundwerkstoffen bestehende Schubduse wird bei SEP in Frankreich gefertigt Die Stufe unterscheidet sich von der Centaur auch dadurch dass ihre Tanks die Stabilitat auch ohne eine Druckbeaufschlagung wahren was bei der Centaur nicht der Fall ist Die Stufe ist fur alle Versionen der Raketenfamilie praktisch identisch und unterscheidet sich lediglich im Durchmesser und in der Treibstoffkapazitat So gibt es die kleinere Stufe mit durchgehend 4 m Durchmesser 20 410 kg Treibstoffzuladung und etwa 850 s Gesamtbrennzeit sowie die grossere Stufe deren Sauerstofftank um etwa 0 5 m verlangert ist und deren Wasserstofftank einen Durchmesser von 5 m aufweist Diese Variante der Stufe kann 27 200 kg Treibstoff aufnehmen und erlaubt eine Gesamtbrennzeit von uber 1125 s Nutzlastverkleidungen Bearbeiten Die Delta IV Medium und Delta IV Medium 4 2 verwenden eine Nutzlastverkleidung mit 4 Metern Durchmesser aus Verbundmaterialien Sie ist 11 75 m hoch von denen 6 93 m den vollen Aussendurchmesser von 4 m hat Im zylindrischen Teil hat sie 3 75 m Innendurchmesser Den restlichen Teil der Lange nimmt die kegelformige oben abgerundete Spitze ein 2 Die Delta IV Medium 5 2 und Delta IV Medium 5 4 verwenden eine Nutzlastverkleidung mit 5 Metern Durchmesser aus Verbundmaterialien Sie ist 14 34 m hoch von denen 8 32 m den vollen Aussendurchmesser von 5 m hat Im zylindrischen Teil hat sie 4 57 m Innendurchmesser Den restlichen Teil der Lange nimmt die leicht nach innen gebogene oben abgerundete Spitze ein 2 Doppelstartfahigkeit Bearbeiten ULA bietet Doppelstarts an 3 Die RUAG erhielt im Jahr 2013 einen Auftrag zur Entwicklung von Doppelstartvorrichtungen fur die Atlas V und Delta IV die ab 2018 zum Einsatz kommen sollten 4 Bislang wurden sie jedoch nicht genutzt Infrastruktur Bearbeiten Startkomplexe fur die Delta IV sind sowohl auf der Cape Canaveral Space Force Station als auch auf der Vandenberg Space Force Base vorhanden In Cape Canaveral wird die Rakete in Orbits mit Neigungswinkeln von 42 bis 110 von der Rampe LC 37B gestartet die bereits in den 1960ern fur unbemannte Saturn I und Saturn IB Starts verwendet wurden In Vandenberg hebt die Rakete vom Startkomplex SLC 6 ab die ehemals fur Starts des MOL Programms errichtet wurde und spater als Startrampe fur den Space Shuttle dienen sollte Von Vandenberg aus sind Bahnneigungen von 151 bis 210 verfugbar Der Zusammenbau und die Vorbereitung der Rakete erfolgen horizontal in einer Montagehalle HIF Horizontal Integration Facility vor dem Start wird sie mit Hilfe des FPE Fixed Pad Erector auf der Startrampe vertikal aufgerichtet Die Montage der Feststoffbooster und der Nutzlast erfolgt vertikal auf der Startrampe Die Rakete wird in Alabama gefertigt und mit dem Schiff RocketShip zum Startort transportiert Am 25 Juni 2003 wurde bekannt dass Boeing Einblick in vertrauliche Akten seines Konkurrenten Lockheed Martin hatte und dessen Preiskalkulation kannte Als Folge wurden Boeing im Juli 2003 von 20 bereits georderten Flugen sieben entzogen und Lockheed Martin zugesprochen Auch entfiel das Vorrecht als einzige Firma von Vandenberg aus Satelliten in den Orbit zu bringen nbsp Eine Delta IV Medium 4 2 auf der Startrampe 37 in Cape Canaveral mit dem Wettersatellit GOES NGestrichene Delta IV Small Versionen BearbeitenUrsprunglich war auch eine Small Reihe geplant die eine CBC Erststufe mit dem RS 68 Triebwerk und als zweite Stufe die Delta K der Delta II Rakete verwenden sollte Neben dieser ersten Version sollte es auch noch eine zweite Small Version mit einer zusatzlichen Star 48B Drittstufe geben Diese sollte nach den Planungen 2200 kg in die Geostationare Transferbahn oder 1860 kg auf Fluchtgeschwindigkeit bringen konnen Beide Versionen wurden jedoch gestrichen 5 Delta IV Medium BearbeitenEine Delta IV der Medium Reihe bestand aus einer CBC Erststufe mit dem RS 68 Triebwerk und der zweiten Stufe mit dem RL 10B2 Triebwerk Dabei wurden in Abhangigkeit von der zu transportierenden Nutzlast verschiedene Nutzlastverkleidungen verwendet Ausserdem konnten zur Steigerung der Nutzlastkapazitat kleine Feststoffbooster GEM 60 an die erste Stufe der Rakete angebracht werden Durch die Variationen der Nutzlastverkleidungen und der Anzahl der Feststoffbooster standen insgesamt vier verschiedene Medium Versionen zur Verfugung mit deren Hilfe Nutzlasten unterschiedlicher Masse und Durchmessers flexibel gestartet werden konnten Alle vier Varianten kamen zum Einsatz Die einzelnen Versionen der Medium Reihe waren nbsp Nutzlastverkleidung einer Delta IV Medium 4 2 Delta IV Medium besass eine Nutzlastverkleidung von 4 m Durchmesser und keine Feststoffbooster Die Nutzlastkapazitat lag bei 8120 kg fur eine niedrige Umlaufbahn und bei 4210 kg fur einen Geotransfer Orbit Der Erststart fand am 11 Marz 2003 statt Delta IV Medium 4 2 unterschied sich von der Medium Grundversion nur durch zwei zusatzliche GEM 60 Booster womit die Nutzlastkapazitat fur einen niedrigen Orbit auf 10 430 kg stieg und fur einen Geotransfer Orbit auf 5845 kg Der Erststart dieser Version fand am 20 November 2002 statt und war zugleich der erste Start einer Delta IV uberhaupt Delta IV Medium 5 2 unterschied sich von der Delta Medium 4 2 durch eine Nutzlastverkleidung von 5 m Durchmesser und eine etwas hohere Treibstoffkapazitat der zweiten Stufe Aufgrund der schwereren Nutzlastverkleidung sank die Nutzlastkapazitat im Vergleich zur Medium 4 2 auf 7980 kg fur einen niedrigen Orbit und 4640 kg fur einen Geotransfer Orbit Der Erststart fand am 3 April 2012 statt Delta IV Medium 5 4 war die starkste Version der Medium Reihe und unterschied sich von der Medium 5 2 durch zwei weitere GEM 60 Booster womit die Anzahl der Booster auf insgesamt vier stieg Die Nutzlastkapazitat lag bei 11 425 kg fur eine niedrige Umlaufbahn und bei 6565 kg fur einen Geotransfer Orbit Diese Version startete zum ersten Mal am 5 Dezember 2009 mit dem militarischen Kommunikationssatelliten WGS 3 Am 22 August 2019 absolvierte sie mit einem GPS III Navigationssatelliten den letzten Delta IV Medium Flug Delta IV Heavy BearbeitenUm schwere Spionagesatelliten zu starten und dabei die teure Titan IV Rakete zu ersetzen sollte eine Schwertransportvariante der Delta IV bekannt unter der Bezeichnung Delta IV Heavy entwickelt werden Diese sollte relativ gunstig herzustellen und zu betreiben sein sowie eine hohe Zuverlassigkeit aufweisen um die bis zu 1 Milliarde Dollar teuren Militarsatelliten starten zu konnen nbsp Delta IV Heavy bei der Triebwerkszundung Vandenberg AFB 2011 Technik Bearbeiten nbsp Eine Delta IV Heavy wird aufgestelltDie Delta IV Heavy besteht aus drei CBCs wobei ein CBC die Zentralstufe bildet und die anderen zwei rechts und links davon angeordnet sind Die zweite Stufe wird von einem RL 10B2 Triebwerk angetrieben und tragt eine Nutzlastverkleidung mit 5 m Durchmesser Beim Start werden alle drei CBCs gleichzeitig gezundet wobei die Rakete sehr langsam aufsteigt und etwa 10 Sekunden braucht um den Startturm zu passieren Nach einiger Zeit wird das RS 68 Triebwerk der Zentralstufe auf 60 des Schubes heruntergeregelt wogegen die Triebwerke der beiden zusatzlichen CBCs mit 102 des Schubes weiterarbeiten Damit wird erreicht dass der Treibstoff der zusatzlichen CBCs schneller zu Ende geht so dass sie nach etwa 4 Minuten Flug leer sind und abgeworfen werden konnen Danach wird die Nutzlast von der Zentralstufe weiterbeschleunigt bis auch sie komplett ausgebrannt ist Anschliessend ubernimmt die zweite Stufe die Beschleunigung um die Nutzlast auf die Zielumlaufbahn zu bringen Die Delta IV Heavy ist 71 m hoch und wiegt beim Start 717 t Ihre drei gebundelten CBCs entwickeln einen Gesamtschub von 8847 kN Die Nutzlastkapazitat wird mit 23 000 kg fur eine niedrige Umlaufbahn und mit 13 130 kg fur einen Geotransfer Orbit angegeben Mit den schubgesteigerten RS 68A Triebwerken steigt die Nutzlastkapazitat in den GTO weiter auf 14 220 kg 6 Die Delta IV Heavy mit dem alten RS 68 bringt etwa 10 000 kg auf eine Mondtransferbahn und etwa 8000 kg auf eine Marstransferbahn Damit ist Delta IV Heavy mit den neuen RS 68A Triebwerken die derzeit zweitstarkste im Einsatz stehende US Rakete die Mondrakete Saturn V war weitaus schwerer und starker wird jedoch nicht mehr hergestellt und ubertrifft in ihren Leistungsdaten sowohl die neueste Europa Rakete Ariane 5 ECA als auch den russischen Schwerlasttrager Proton M Die Falcon Heavy bietet hingegen mit 26 700 kg eine hohere GTO Nutzlastkapazitat als die Delta IV Heavy mit RS 68 7 ebenso die zukunftige Angara A5 mit 24 500 kg Nutzlastverkleidungen Bearbeiten Die Verbundnutzlastverkleidung ist knapp 19 1 m hoch von denen 13 07 m den vollen Aussendurchmesser von 5 m hat Im zylindrischen Teil hat sie 4 57 m Innendurchmesser Den restlichen Teil der Lange nimmt die leicht nach innen gebogene oben abgerundete Spitze ein Die Metallnutzlastverkleidung ist 19 81 m hoch von denen 13 76 m den vollen Aussendurchmesser vom 5 m hat Im zylindrischen Teil hat sie 4 57 m Innendurchmesser Den restlichen Teil der Lange nimmt die Spitze in Form eines oben abgerundeten Doppelkegels ein Diese Nutzlastverkleidung spaltet sich wenn sie abgeworfen wird langs in drei Teile Wie bereits oben erwahnt sollte die Delta IV ab 2018 auch Starts mit zwei Hauptnutzlasten gleichzeitig durchfuhren konnen 4 es fanden sich aber keine Nutzlasten bei denen ein Doppelstart in Frage gekommen ware 2 Erstflug Bearbeiten Der Erststart der Delta IV Heavy fand am 21 Dezember 2004 21 50 UTC in Cape Canaveral statt wobei sich nur eine 6 Tonnen schwere Satellitenattrappe sowie zwei von Studenten gebaute Testsatelliten von jeweils 15 kg an Bord befanden Da Boeing fur den Erststart keinen zahlenden Kunden finden konnte kaufte die USAF den ersten Teststart der Rakete fur eine Summe die ungefahr zwischen 140 und 170 Millionen Dollar lag Jedoch verlief der Start nicht wie geplant Sowohl die beiden Booster als auch die Zentralstufe schalteten ihre Triebwerke etwas zu fruh ab so dass die Nutzlast in einer zu niedrigen Umlaufbahn ausgesetzt wurde Als Grund wurde nachtraglich die Bildung von Blasen durch Kavitation im Sauerstofftank identifiziert wodurch die Treibstoffsensoren vorzeitig meldeten dass die Tanks leer seien Dennoch betrachtet Boeing den Erststart als einen Erfolg da alle Phasen des Flugs erfolgreich getestet wurden Flugprofil Bearbeiten Die Angaben gelten fur einen typischen Flug in eine geostationare Transferbahn 231 km 35 902 km 27 9 8 Zeit T Hohe Geschwindigkeit Ereignis0 s 0 km 410 m s Abheben alle drei CBC auf 102 Schub55 s 4 6 km 460 m s Reduktion des Schubs der Zentralstufe auf 58 82 s 11 km 590 m s Maximale aerodynamische Belastung Max Q 235 s 90 km 3 550 m s Reduktion des Schubs der Booster auf 58 242 s 97 km 3 760 m s Brennschluss der Booster245 s 99 km 3 800 m s Abtrennung der Booster251 s 105 km 3 890 m s CBC bei 100 Schubniveau275 s 127 km 4 440 m s Abtrennung der Nutzlastverkleidung328 s 185 km 6 110 m s Brennschluss des CBC334 s 193 km 6 120 m s Stufentrennung der ersten und zweiten Stufe347 s 280 km 6 100 m s Zundung der zweiten Stufe968 s 507 km 7 530 m s Erster Brennschluss niedriger Erdorbit LEO 194 527 km erreicht4025 s 187 km 7 890 m s Zweite Zundung der zweiten Stufe4528 s 411 km 10 060 m s Zweiter Brennschluss der zweiten Stufe GTO Orbit erreichtWeitere Entwicklung Bearbeiten nbsp Delta IV Familie mit einer hypothetischen zukunftigen Heavy Variante mit sieben Common Booster CoresDa der Satellitenstartmarkt sich eine Zeitlang langsam entwickelte wurden die zu startenden kommerziellen Nutzlasten von den bereits existierenden Delta IV Medium und Heavy Varianten gedeckt Insbesondere ist die Delta IV Heavy so stark und so teuer dass fur sie keine kommerziellen Nutzlasten auf dem Markt mehr zu finden sind so dass sie nur zum Starten von schweren Spionagesatelliten genutzt wird Schon bald bot Boeing die Delta IV nicht mehr auf dem kommerziellen Markt an sondern konzentrierte sich auf die lukrativeren Regierungsauftrage Im Jahr 2005 schlossen sich Boeing und Lockheed Martin zu dem Gemeinschaftsunternehmen United Launch Alliance ULA zusammen ULA ist hauptsachlich fur Startauftrage der US Regierung tatig Bis zur Zertifizierung der Falcon 9 von SpaceX war ULA in diesem Bereich praktisch Monopolist fur den Transport von mehrere Tonnen schweren Nutzlasten da alle Ausschreibungen der US Regierung fur Satellitentransporte die Bedingung beinhalten dass das liefernde Unternehmen in den USA sitzen muss Andere Anbieter in den USA verfugten nicht uber Raketen die so grosse Nutzlasten transportieren konnen Als Folge verdoppelten sich nach der Grundung der ULA die Startpreise annahernd Starts Bearbeiten Hauptartikel Liste der Delta IV RaketenstartsWeblinks Bearbeiten nbsp Commons Delta IV Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien United Launch Alliance Delta IV englisch Bernd Leitenberger Die Delta 3 und 4 Gunter s Space Page Delta IV englisch Norbert Brugge Delta Family englisch Delta IV in der Encyclopedia Astronautica englisch Einzelnachweise Bearbeiten Space com NASA Eyes Alternative to Shuttle Main Engine for Heavylift a b c ULA Delta IV Payload Planners Guide September 2007 abgerufen 28 Marz 2012 Memento vom 22 Juli 2011 im Internet Archive PDF 20 6 MB United Launch Alliance Hrsg Delta IV Launch Services User s Guide June 2013 Juni 2013 Section 9 AUXILIARY AND DUAL PAYLOAD ACCOMMODATIONS englisch ulalaunch com PDF abgerufen am 27 Januar 2019 a b Thomas Weyrauch ULA Doppelstarts mit Bauteilen von RUAG raumfahrer net 28 Juni 2013 abgerufen am 30 Juni 2013 Gunter Krebs Delta 4 In Gunter s Space Page 15 Mai 2012 abgerufen am 31 Mai 2012 englisch Gunter s Space Page Delta 4 abgerufen 23 Dezember 2020 Capabilities amp Service SpaceX abgerufen am 14 Februar 2018 Bernd Leitenberger US Tragerraketen 2 Auflage BoD Books on Demand Norderstedt 2013 ISBN 978 3 7392 3547 9 S 287 US amerikanische TragerraketenIm Einsatz Atlas V Delta IV Heavy Electron Falcon 9 Falcon Heavy Firefly Alpha Minotaur Minotaur C Pegasus SLSIn Erprobung RS1 Starship PrototypenIn Entwicklung Antares 300 Daytona MLV Neutron New Glenn Nova Ravn X Rocket 4 SpinLaunch Starship Terran R VulcanAusgemustert Antares 100 200 Athena Atlas Conestoga Delta Delta II Delta IV M Falcon 1 Juno I Juno II LauncherOne Pilot Redstone Rocket 3 Saturn Scout Space Shuttle Sparta Super Strypi Thor Titan VanguardNicht realisiert Ares Ares I Ares V Falcon 5 Kistler K 1 Launcher Light Liberty Nova Omega Saturn Shuttle Sea Dragon Shuttle C Terran 1 Vector XS 1Raketenstufen Agena Castor Centaur EDS IUS PAM TOS nbsp Dieser Artikel wurde am 16 August 2005 in dieser Version in die Liste der lesenswerten Artikel aufgenommen Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Delta IV amp oldid 238984601 Delta IV Heavy
