Første operative oppskyting med Delta 4 Heavy

Av Erik Tronstad

Det var sen kveldstid i Florida da Delta 4 Heavy med DSP-23 forlot opp­skyt­ings­platt­formen. (United Launch Alliance/Carleton Bailie)

Den første operative oppskytingen med den store bæreraketten Delta 4 Heavy var meget vellykket. Alle systemer fungerte fullt ut som de skulle.

De tre RS-68-motorene bygger opp skyvekraft før bærerakett og nyttelast forlater opp­skyt­ings­platt­formen. (United Launch Alliance/Carleton Bailie)

Rakettmotorene etterlater enorme mengder vanndamp som eksosgasser. (United Launch Alliance/Carleton Bailie)

Hele området rundt opp­skyt­ings­platt­formen lyses opp av de glødende eksosgassene. (United Launch Alliance/Carleton Bailie)

Oppskytingen startet klokken 02.50 norsk normaltid 12. november 2007 fra oppskytingskompleks 37B ved Cape Canaveral Air Force Station i Florida, USA. Nyttelast var den siste varslingssatellitten av typen Defense Support Program (DSP). Hovedformålet med disse satellittene er å være på utkikk etter oppskytinger av rakettvåpen og kjernefysiske sprengninger.

Omtrent 50 sekunder etter oppskytingsstart ble skyvekraften på den midterste motoren redusert til 57 % av nominell skyvekraft. Formålet var å spare drivstoff til en senere fase av oppskytingen. Sidemotorene fortsatte med 102 % av nominell skyvekraft.

Knapt fire minutter etter start ble skyvekraften på begge sidemotorene redusert til 58 %. Det var innledningen til at de skulle stoppes, noe som skjedde 4 minutter og 10 sekunder etter start. Begge motorene ble koblet fra, plasket noe senere ned i Atlanterhavet og sank til bunns. Disse motorene er ikke gjenbrukbare.

Etter 4 minutter og 30 sekunder var skyvekraften på den gjenværende RS-68-motoren økt til full styrke. Motoren brant frem til 5 minutter og 35 sekunder etter oppskytingsstart. Da ble den stoppet og like etter koblet fra.

RL10B-motoren i det andre trinnet startet opp 6 minutter og 1 sekund etter oppskytingsstart. Første brennperiode varte i 7 minutter og 12 sekunder. Nyttelasten og det andre trinnet var da i en bane på omtrent 215 km x 1575 km med en inklinasjon på 29,1°.

Kombinasjonen fortsatte i denne banen i litt over en time. RL10B-motoren startet på nytt 1 time, 15 minutter og 36 sekunder etter oppskytingsstart. Nå brant den i 6 minutter og 29 sekunder. Etter dette var banen på om lag 920 km x 36 325 km med en inklinasjon på 26,6°.

De neste fem timene brukte DSP-23 og det andre trinnet på å «klatre» opp til banens høyeste punkt på 36 325 km. Der oppe ble RL10B-motoren startet for tredje og siste gang. Da var det gått 6 timer, 10 minutter og 28 sekunder siden oppskytingsstart. Denne siste brennperioden varte i 2 minutter og 55 sekunder.

Nyttelast og andre trinn var nå i en nær sirkulær bane oppe ved geostasjonær banehøyde 35 900 km over jordoverflaten og med en inklinasjon på 4°. Der ble så nyttelasten koblet fra det andre trinnet få sekunder før det var gått 6 timer og 20 minutter siden oppskytingen startet.

DSP-23 må senere selv endre banens inklinasjon til 0°, slik at satellitten kommer inn i geostasjonær bane. Hvor den skal stasjoneres i den geostasjonære banen, er en militær hemmelighet.

DSP-satellittene ble utviklet under den kalde krigen. Hovedformålet med dem den gang var å varsle om rakettangrep mot USA fra sovjetiske langdistanseraketter.

Den første DSP-satellitten ble skutt opp 6. november 1970, den siste altså nå i november 2007. En av dem har vært skutt opp med en romferge, alle de andre med ulike Titan-bæreraketter.

En langdistanserakett som skytes opp fra Sovjetunionen eller USA, bruker omtrent 30 minutter til den treffer sitt mål i det andre landet. For å oppdage slike oppskytinger, bygde både Sovjetunionen og USA store radaranlegg. De amerikanske stasjonene var slik plassert at de først kunne oppdage et rakettangrep 15 minutter etter at rakettene var skutt opp. Dermed hadde man bare 15 minutter igjen før de første begynte å treffe sine mål i USA.

For å øke varslingstiden fra 15 minutter, og helst til 30, begynte man i USA alt i 1950-årene å se på muligheten for å bruke varslingssatellitter til å oppdage og varsle om rakettangrep. De varme eksosgassene som strømmer ut fra en rakettmotor, sender ut mye infrarød stråling. Varslingssatellittene har spesielle instrumenter som kan oppdage denne strålingen og dermed en rakettoppskyting.

Det amerikanske systemet av varslingssatellitter kalles altså Defense Support Program (DSP). En periode bestod det av tre satellitter i geostasjonære baner. En var plassert over Det indiske hav for å overvåke oppskytinger fra Kina og Sovjetunionen. De to andre stod over henholdsvis Stillehavet og Syd-Amerika for å kunne oppdage raketter som skytes opp fra undervannsbåter.

Hver DSP-satellitt er utstyrt med et Schmidt-teleskop. Dagens DSP-satellitter har sensorer med over 6000 infrarøde detektorer som registrerer strålingen teleskopet slipper inn. Satellitten roterer om sin egen akse 5-7 ganger per minutt. Aksen for Schmidt-teleskopet faller ikke sammen med rotasjonsaksen, men danner en vinkel på 7,5° med denne. Dermed sveiper teleskopet over et større område og observerer et gitt punkt i det aktuelle området med et tidsintervall på 8-12 sekunder.

Ved å plotte posisjonen til en infrarød kilde over flere sveip, kan man raskt avgjøre om den står i ro eller representerer en rakett. En kilde kan identifiseres i løpet av 50-60 sekunder. Innen 90 sekunder etter at en rakett er startet, vil man ha bestemt en foreløpig bane, og kan avgjøre om det er snakk om en satellittoppskyting eller et angrep. Raketten kan følges helt til det siste trinnet er utbrent.

Etter hvert er trusselen fra sovjetiske/russiske rakettvåpen betydelig redusert. Samtidig har imidlertid mange andre land skaffet seg rakettvåpen med ulike rekkevidder. Få av de landene truer USA, men mange oppfattes som en regional trussel for land i nærheten.

Utviklingen har gjort at oppgavene til DSP-satellittene i betydelig grad har endret seg. Fremdeles har satellittene de opprinnelige oppgavene. I tillegg har de fått mange nye overvåkningsoppgaver. Dette ble med stor tydelighet demonstrert etter at Irak 2. august 1990 invaderte Kuwait og en internasjonal allianse med USA i spissen natt til 17. januar 1991 angrep Irak. De militære operasjonene mot Irak ble kalt Operasjon Ørkenstorm.

Da Irak ble utsatt for massive bombeangrep med fly, svarte landet blant annet med å skyte opp Scud-raketter med konvensjonelle stridshoder mot nærliggende land som Israel og Saudi-Arabia. USA utplasserte begge steder bakke-til-luft-raketter av typen Patriot.

Under slike angrep var det svært viktig å kunne gi sivilbefolkningen lengst mulig tid til å komme seg i skjul, særlig dersom Scud-rakettene skulle inneholde kjemiske eller biologiske våpen, noe man fryktet. Dessuten var også de som bemannet Patriot-batteriene interessert i lengst mulig varslingstid.

Etter Iraks invasjon i Kuwait ble to DSP-satellitter flyttet til posisjoner i den geostasjonære banen der de til enhver tid hadde god utsikt over Irak. Derfra spilte DSP-satellittene en uunnværlig rolle. Dette til tross for at de egentlig var bygd for å observere oppskytinger av langdistanseraketter, og ikke mellomdistanseraketter som de irakiske Scud-rakettene.

Siden USA hadde to DSP-satellitter som observerte Irak, ga det stereodata om oppskytingene. Fra dem kunne det amerikanske luftforsvarets datamaskiner raskt beregne omtrent hvor en rakett ble skutt opp fra og gi et anslag for hvor den ville lande.

Med omtrent 10 sekunders mellomrom sveipet teleskopene i de to satellittene over Irak. Derfor tok det i høyden 10 sekunder fra en Scud startet og til en DSP-satellitt så den.

Så snart en DSP-satellitt så en Scud-oppskyting, ble et infrarødt bilde av den sendt til en bakkestasjon det amerikanske luftforsvaret har i Alice Springs i Australia. Samtidig som alarmen der gikk om at en Scud var på vei, ble dataene sendt via militære kom­mu­ni­ka­sjons­sa­tel­litter til United States Space Commands varslingssenter i Cheyenne Mountain ved Colorado Springs i Colorado.

Datamaskiner både i Alice Springs og Colorado Springs sammenliknet oppskytingsdata fra Scud-raketten med kjente, infrarøde Scud-data og sannsynlige banedata. Ved hjelp av stereodata fra begge DSP-satellittene ble det beregnet en posisjon for nedslaget.

Mens Scud-raketten fortsatte oppover, gjorde DSP-satellittene flere observasjoner av den. Fra disse dataene ble det beregnet en stadig sikrere bane og nedslagssted. I de tilfellene der flere Scud-raketter ble skutt opp samtidig, kunne datamaskinprogrammene skille dem fra hverandre og beregne nedslagsområdene for alle sammen. Likeledes kunne de overse andre sterke infrarøde kilder i oppskytingsområdet, som kraftige bombeeksplosjoner.

Det tok omtrent 2 minutter fra en Scud-oppskyting startet og til datamaskinene hadde beregnet en omtrentlig posisjon for nedslagsområdet.

Idet varselet om en Scud-oppskyting var sendt til Den persiske bukt via militære kom­mu­ni­ka­sjons­sa­tel­litter, var det gått omtrent 5 minutter siden oppskytingen startet. Siden en Scud hadde en flytid på omtrent 7 minutter, ga det en varslingstid på 1,5-2 minutter i Israel og Saudi-Arabia før raketten slo ned.

Omtrent en ukes tid etter at Operasjon Ørkenstorm startet, begynte USA å sende DSP-data direkte til de som bemannet Patriot-batteriene i Israel og Saudi-Arabia. Dermed fikk mannskapene ved Patriot-batteriene beskjed om en Scud-oppskyting bare et par minutter etter at den startet, sammen med anslag for hvor Scud-raketten ville slå ned. Dette økte varslingstiden fra 1,5-2 minutter til 5 minutter. Verken DSP- eller Patriot-systemene var bygd for et slikt samarbeid, men det viste seg å fungere aldeles utmerket.

DSP-satellittene har også med egne instrumenter for overvåkning av kjernefysiske eksplosjoner. Instrumentene kan registrere enhver slik eksplosjon som skjer over bakken, enten i eller utenfor atmosfæren.

Noe uventet har det vist seg at DSP-satellittene også gjør observasjoner av betydelig interesse for astronomer. De infrarøde detektorene om bord har siden 1970-årene observert hundrevis av ildkuler i jordatmosfæren.

Slik ser siste generasjon av DSP-satellitter ut, tegnet i jordbane. (USAF)

Jorden er hele tiden utsatt for et «regn» av større og mindre meteoroider som raser inn i jordatmosfæren. De fleste går i oppløsning med eksplosiv kraft i 30-45 km høyde. Da sendes det ut et kraftig blaff med både synlig lys og infrarød stråling. Den infrarøde strålingen fra slike hendelser registreres av DSP-satellittene.

Den siste gruppen av DSP-satellitter ble bygd med en planlagt levetid på minst tre år og med en målsetting om fem års drift. De har imidlertid vist seg å være meget solid bygd og har levetider på to-tre ganger dette. Til sammen skal DSP-satellittene ha levd 165 år lenger enn levetiden de ble bygd for. Det tilsvarer en innspart flåte på 30-50 satellitter som man ikke trengte å bygge.

I fremtiden skal oppgavene til disse satellittene overtas av et nytt system, kalt Space-Based InfraRed System (SBIRS). En militær satellitt med andre hovedoppgaver har allerede med den første SBIRS-sensoren i bane. Satellitten går i en meget avlang jordbane. (Se Første Delta 4-oppskyting fra California (eRomfart 2006-070).)

SBIRS skal bruke satellitter i to banetyper, geostasjonær bane og avlange, høye jordbaner. Den første SBIRS-satellitten til geostasjonær bane skal skytes opp i 2009, men ligger nå an til å bli utsatt. I øyeblikket er det bestilt to geostasjonære satellitter, med opsjon på en tredje.

Opprinnelig var det meningen å ha flere SBIRS-satellitter i geostasjonære baner. Programmet har imidlertid vært utsatt for store forsinkelser og enorme kostnadsoverskridelser. Kostnadene for programmet er nesten tredoblet siden starten i 1996. Totalkostnaden ligger an til å ende på over 10 milliarder dollar.

Delta 4 Heavy er USAs kraftigste ubemannede bærerakett og arvtaker for Titan 4. Den består nesten av tre vanlige Delta 4-bæreraketter montert ved siden av hverandre.

En «vanlig» 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.

Å skyte opp en bærerakett av typen Delta 4 Heavy er derfor nesten som å skyte opp tre bæreraketter på samme tid. Tre CBC-trinn, nok til tre eksemplarer av grunnversjonen av Delta 4, må produseres og klargjøres for en oppskyting med en Delta 4 Heavy.

Alle motorene i Delta 4 Heavy forbrenner en kombinasjon av flytende hydrogen og flytende oksygen. Eksosgassene fra denne forbrenningen er vanndamp. Slik sett er Delta 4 Heavy kanskje verdens mest miljøvennlige bærerakett.

Delta 4 Heavy ble første gang skutt opp 21. desember 2004 med en nyttelast som for det meste bestod av instrumenter som registrerte en rekke forhold under oppskytingen. Dette var en prøveoppskyting av bæreraketten, en oppskyting som ikke var helt vellykket (se Ikke helt vellykket debut for Delta 4 Heavy (eRomfart 2004-213)).

Motorene stoppet noen sekunder for tidlig slik at nyttelasten ikke kom opp i planlagt bane. Årsaken viste seg å være finurlige forhold ved forsyningen av oksygen til motorene og trykket i oksygentanken. Du kan lese mer om dette i artiklene Feil signal fra sensor ødela for Delta 4 Heavy (eRomfart 2005-003) og Årsak til problem med Delta 4 Heavy funnet (eRomfart 2005-045).

På en måte kan denne første oppskytingen likevel sies å ha vært vellykket: Den avdekket forhold som måtte rettes før bæreraketten ble brukt til å frakte opp dyrebare nyttelaster. Alle de feilene var utbedret før den første operative oppskytingen.

Data fra prøveoppskytingen viste også at oppstarten av de tre RS-68-motorene skapte en ildkule rundt raketten som ga høye temperaturer helt opp til rundt nyttelastdekselet. Også på det punktet måtte man gjøre en del endringer før første operative oppskyting, for å skjerme nyttelasten bedre mot påvirkningen fra ildkulen.

Etter den første oppskytingen av Delta 4 Heavy i desember 2004 var det planen at oppskytingen av DSP-23 skulle vært i slutten av 2005. Det gikk imidlertid ytterligere nesten to år før alt var klart for den første operative oppskytingen av Delta 4 Heavy.

Neste oppskyting av Delta 4 Heavy skal foregå i april 2008, da med en hemmelig nyttelast for National Reconnaissance Office (NRO). NRO skal skyte opp ytterligere en satellitt med Delta 4 Heavy i 2009. Begge disse skal skytes opp fra Cape Canaveral Air Force Station. I 2010 kommer så første oppskyting av Delta 4 Heavy fra Vandenberg Air Force Base i California.