Årsak til problem med Delta 4 Heavy funnet

Av Erik Tronstad

Delta 4 Heavy på vei opp fra opp­skyt­ings­platt­formen 21. desember 2004.

Den første oppskytingen av bæreraketten Delta 4 Heavy fant sted 21. desember 2004 (se Ikke helt vellykket debut for Delta 4 Heavy (eRomfart 2004-213)). Rakettmotorene i hvert av de tre grunntrinnene, som var sammenmontert, stoppet alle omtrent 8 sekunder for tidlig. Årsaken var at sensorer sa at tankene med flytende oksygen var tomme, selv om de ikke var det. To små nyttelaster gikk tapt, mens den tungt instrumenterte hovednyttelasten kom inn i feil bane.

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.

Delta 4 Heavy er den største versjonen av Delta 4. Den består av tre CBC-trinn, som er montert ved siden av hverandre.

Før den første oppskytingen av Delta 4 Heavy hadde man foretatt tre oppskytinger av grunnversjonen av Delta 4. Alle de oppskytingene gikk helt etter planen, uten noen antydning til at RS-68-motorene ble stoppet for tidlig.

Nå har man gjennomført omfattende analyser og undersøkelser, for å finne ut hvorfor sensorer på Delta 4 Heavy feilaktig sa at det var tomt for flytende oksygen. Årsaken viser seg å være at det ble dannet gassbobler av oksygen i rørene som fører flytende oksygen fra oksygentankene og til motorene.

I hvert CBC-trinn er det én tank med flytende oksygen og én tank med flytende hydrogen. Oksygentanken er øverst av de to. Fra oksygentanken går det et rør gjennom veggen på trinnet og ut til utsiden av det. Røret fortsetter nedover langs utsiden av trinnet og til RS-68-motoren nederst.

Flammene med glødende eksosgasser er omtrent like lange som Delta 4 Heavy.

Der røret forlater oksygentanken er det et filter og en sving på røret, som begrenser oksygenstrømmen idet den akselererer for å forlate tanken. Analyser viser at det på dette stedet i røret oppstod det som kalles kavitasjon. Kavitasjon er et fenomen som forekommer i hurtige væskestrømmer. Synker trykket i væsken under et visst nivå, dannes det brått gassbobler i den. Nettopp det skjedde i strømmen av flytende oksygen fra tanken.

Rørene som førte flytende oksygen fra oksygentanken i de tre CBC-trinnene på Delta 4 Heavy, var helt identiske med rørene brukt på de tre oppskytingene av grunnversjonen av Delta 4. Delta 4 Heavy hadde imidlertid en annen, og helt unik, kombinasjon av akselerasjon, fyllingsnivå i oksygentankene og strømningshastighet på det flytende oksygenet enn på tidligere Delta 4-oppskytinger. Til sammen førte disse faktorene til at væsketrykket i oksygenrøret sank så mye at det dannet seg bobler med oksygengass der, rett før tankene var tomme.

Effekten forsterket seg, etter hvert som oksygentankene tømtes mer og mer. Til slutt strakte kavitasjonseffekten seg ned langs hele røret med flytende oksygen og til sensorene som overvåket oksygenstrømmen. De tolket den økte mengden med oksygen i gassform som et tegn på at tankene var i ferd med å tømmes. Det ga de beskjed om til datamaskinen om bord i hvert trinn, som i sin tur ga ordre til RS-68-motorene om å stoppe.

Nå arbeider man med å utrede mulige løsninger på problemet. Man har flere alternativer og regner ikke med at det skal bli vanskelig å hindre at akkurat dette skjer på fremtidige oppskytinger.

En grunnversjon av Delta 4 skal i mai 2005 skyte opp værsatellitten GOES N. I august 2005 skal en grunnversjon av Delta 4 for første gang skytes opp fra Vandenberg Air Force Base i California, USA, med en hemmelig etterretningssatellitt. Deretter skal første operative Delta 4 Heavy i slutten av oktober 2005 skyte opp den 23. og siste satellitten av typen Defense Support Program, som er en serie varslingssatellitter i geostasjonær bane.