Ikke helt vellykket debut for Delta 4 Heavy

Av Erik Tronstad

Delta 4 Heavy rett etter å ha tatt av fra opp­skyt­ings­platt­formen. (Boeing Company/Carleton Bailie)

Eksosgassene fra RS-68-motorene i det første trinnet er vanndamp. (Boeing Company/Thom Baur)

Flammetungene under bæreraketten er omtrent like lange som den selv. (Boeing Company/Carleton Bailie)

Før jul rakk Boeing for første gang å skyte opp et eksemplar av den største utgaven av Delta 4, en versjon kalt Delta 4 Heavy. Selv om bæreraketten og dens andre trinn gjennomførte en komplett oppskytingsprofil, gikk noe galt. Ytelsen i første del av oppskytingen var lavere enn den skulle ha vært. Foreløpig er det ikke kjent hva årsaken til dette var.

Heldigvis for Boeing var dette en ren prøveoppskyting av Delta 4 Heavy, uten noen kostbar nyttelast. Formålet med ferden var rett og slett å prøve ut den nye rakettkombinasjonen og se at den fungerte slik man hadde regnet med, noe den ikke helt gjorde.

Hovednyttelast på oppskytingen var DemoSat, en satellitt som er 1,8 m høy, 1,25 m i diameter og har en masse på 6070 kg. DemoSat er nærmest en stor aluminiumstank, fylt med instrumenter og en ballast på 60 messingstaver. Instrumentene i satellitten skulle registrere data under oppskytingen om vibrasjoner, temperaturer, trykk og ulike påkjenninger under frakoblingen av de ulike trinnene.

Til DemoSat var det montert to små, 16 kg tunge nanosatellitter, Ralphie og Sparky. De skulle i lav jordbane brukes til forsøk med bildetakning, mikrofremdrift og kommunikasjon mellom satellitter. Forsøkene skulle pågå i et par døgn. Satellittene skulle da kontrolleres via Internett.

Grunnversjonen av Delta 4 består av et første trinn kalt Common Booster Core (CBC), som er et slags grunntrinn. Trinnet har én eneste RS-68-motor, som forbrenner en kombinasjon av flytende hydrogen og flytende oksygen. Som andre trinn bruker Delta 4 et trinn med motoren RL10B-2, som også bruker en kombinasjon av flytende hydrogen og flytende oksygen. Dette trinnet forekommer i to varianter, med forskjellig diameter og ulik størrelse på tankene med hydrogen og oksygen.

Delta 4 Heavy er den største versjonen av Delta 4. Den består av tre CBC-trinn, som er montert ved siden av hverandre. Som andre trinn brukes den største versjonen, med 5 m diameter, av trinnet med motoren RL10B-2. Dette var for øvrig første gang den 5 m brede versjonen av det andre trinnet ble brukt. Tidligere har bare den mindre 4 m-utgaven vært benyttet.

Da den første Delta 4 Heavy omsider kom av gårde, hadde bæreraketten stått på opp­skyt­ings­platt­formen i over ett år. Den ble rullet ut dit 10. desember 2003 (se Kjempeversjon av Delta 4 rullet ut (eRomfart 2003-197)). I løpet av det året bæreraketten var på plattformen, har Boeing gjennomført en rekke prøver med bæreraketten og støtteutstyret rundt den.

Oppskytingen startet klokken 22.50 norsk tid 21. desember, fra opp­skyt­ings­platt­form 37B ved Cape Canaveral Air Force Station i Florida, USA. Alle de tre RS-68-motorene brant da med 102 % av nominell skyvekraft. Samlet leverte de tre motorene en skyvekraft på om lag 9 MN (9 millioner newton).

Omtrent 50 sekunder etter starten ble skyvekraften på den midterste motoren redusert til 58 %, for å spare drivstoff til senere i ferden og for å redusere maksimalt dynamisk trykk på raketten. De to ytterste fortsatte med 102 % motorkraft.

Knapt 4 minutter etter starten ble de to ytterste motorene koblet fra, i omtrent 75 km høyde, og falt ned i Atlanterhavet. Motorstopp og frakobling av de to motorene ser ut til å ha skjedd 8 sekunder før planlagt tidspunkt.

Motorkraften på motoren i det gjenværende kjernetrinnet ble nå økt fra 58 % og til 102 %. Den fortsatte å brenne i omtrent ett minutt, til 5 minutter og 35 sekunder etter oppskytingsstart. Deretter ble den koblet fra i om lag 100 km høyde.

RL10B-2-motoren i det andre trinnet startet sin første av tre brennperioder 5 minutter og 55 sekunder etter oppskytingsstart. Like etterpå ble nyttelastdekselet over nyttelasten sprengt i to deler, som falt bort.

Første brennperiode var planlagt å vare i knapt 7 minutter. Motoren skulle ha stoppet 12 minutter og 48 sekunder etter oppskytingsstart, men fortsatte å brenne lenger enn dette. Årsaken var at motorene i det første trinnet hadde for lav ytelse, uten at årsaken er kjent. Derfor brant RL10B-2 lenger enn planlagt, for å kompensere for dette. Motoren brukte da mer drivstoff enn planlagt i sin første brennperiode.

Etter denne første brennperioden skulle det andre trinnet og nyttelasten vært oppe i en bane på 185 km x 250 km. Isteden var banen bare 105 km over bakken.

De to små svarte gjenstandene mot Jorden nede til venstre er nanosatellittene Ralphie og Sparky, like etter at de er koblet fra DemoSat. Den oransje strukturen under DemoSat er bærerakettens andre trinn. (Boeing Company)

Nanosatellittene Ralphie og Sparky ble nå koblet fra DemoSat. Banehøyden var altfor lav i forhold til den planlagte. Satellittene var så langt nede i atmosfæren at de sannsynligvis raskt falt ned i tettere deler av dem og brant opp. Man oppnådde aldri radiokontakt med dem.

Med Ralphie og Sparky borte startet RL10B-2 på nytt 21 minutter og 8 sekunder etter oppskytingsstart. Motoren brant nå i 7 minutter og 24 sekunder. Så fulgte en lang periode der DemoSat og det andre trinnet svevde videre i sin bane. Denne banen skulle vært en geostasjonær overføringsbane på 288 km x 36 428 km, med en inklinasjon på 27,2°. Faktiske banedata er ikke kjent.

Den tredje og siste avfyringen av RL10B-2 skulle ha startet 5 timer og 37 minutter etter oppskytingsstart og vart i 3 minutter og 14 sekunder. Avfyringen skulle ha brakt DemoSat inn i geostasjonær bane, omtrent 36 000 km over bakken.

Hvor lenge RL10B-2 faktisk brant den tredje gangen er ikke kjent, men det var kortere enn 3 minutter og 14 sekunder. Motoren stoppet da den slapp opp for drivstoff. Grunnen var at motoren måtte bruke mer drivstoff enn planlagt under den første avfyringen.

Istedenfor å få DemoSat opp i nesten geostasjonær bane, endte satellitten i en bane på 19 027 km x 36 406 km, med en inklinasjon på 13,5°. Nyttelasten var derfor langt fra å nå den planlagte sluttbanen.

Til tross for DemoSat ikke nådde frem til den planlagte banen, betegner Boeing i hovedsak oppskytingen som vellykket. Den var utvilsomt vellykket i den forstand at man fikk gjennomført alle faser av oppskytingen. Man fikk også demonstrert at de tre CBC-trinnene strukturelt holdt sammen og at de tre RS-68-motorene fungerte fint sammen. Dessuten fikk man vist at kontrollsystemet sørget for å holde raketten stabil på ferden oppover.

Delta 4 Heavy skal overta arbeidsoppgavene til Titan 4. Delta 4 Heavy kan plassere knapt 22 000 kg i lav jordbane, 12 700 kg til geostasjonær overføringsbane, 10 000 kg i baner mot Månen og 8000 kg i baner mot Mars.

Hittil er det bare bestilt to operative oppskytinger med Delta 4 Heavy, begge av det amerikanske flyvåpenet. Den første av disse oppskytingene skal høsten 2005 frakte opp en varslingssatellitt av typen Defense Support Program (DSP) til geostasjonær bane. Den andre skal senere frakte opp en hemmelig nyttelast for National Reconnaissance Office (NRO). NRO er det organet som har ansvaret for USAs «spionsatellitter».

Oppskytingen 21. desember 2004 var bestilt og betalt av nettopp det amerikanske flyvåpenet. Man ønsket meget sterkt å få prøvd den nye bæreraketten, før den blir brukt til å skyte opp viktige nasjonale nyttelaster.

Da planene om Delta 4 Heavy begynte å ta form i 1998, så man også for seg et betydelig fremtidig kommersielt marked for denne bæreraketten. Etterspørselen etter store bæreraketter har imidlertid falt betraktelig etter den tid. Dermed har det ikke meldt seg noen kommersielle kunder til Delta 4 Heavy.