La fusée Delta IV décolle. © The Boeing Company Photo par Carleton Bailie A quoi servent les fusées ? Bien, quand nous étions enfants, ils étaient un excellent moyen de tirer les jouets d'un frère dans la cour d'un voisin ou d'envoyer votre figurine d'action préférée dans "l'espace". Mais il existe de grandes différences entre les fusées miniatures de 2 pieds de long que vous avez lancées sur le terrain de football à l'école et les fusées de la taille d'un gratte-ciel qui aident aujourd'hui à soutenir le programme spatial ainsi que les communications, la science et la sécurité nationale. Bien que l'objectif général soit le même, principalement en train de décoller et de s'envoler dans le ciel, les fusées modernes sont incroyablement puissantes et complexes.
Les fusées doivent pouvoir se soulever elles-mêmes et leurs cargaisons, qui combinés peuvent peser jusqu'à 800 tonnes, et voler à des centaines voire des milliers de kilomètres au-dessus de la Terre. Les fusées modernes sont essentiellement les navires et les camions de l'espace, notre principal moyen de transport vers les étoiles. Dans cet article, nous examinerons le dernier membre de la famille de fusées Delta établie de Boeing, la fusée Delta IV Heavy, et voyez comment il relève les défis auxquels sont confrontées les fusées aujourd'hui.
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Donc, si les fusées sont un moyen de transport , qu'est-ce qu'ils transportent au juste ? De façon prédominante, la cargaison d'une fusée (ou charge utile ) est un satellite (voir Comment fonctionnent les satellites). N'ayant pas les moyens de se lancer, satellites utiliser des fusées pour décoller du sol et atteindre la bonne altitude au-dessus de la Terre.
Les satellites doivent également atteindre la bonne orbite au-dessus de la Terre. Une orbite est une trajectoire circulaire que suit le satellite lorsqu'il tourne autour de la Terre, de la même manière que la Terre et les autres planètes de notre système solaire tournent autour du soleil. Différentes orbites tournent autour de la Terre à différentes altitudes et à différentes vitesses. Les fonctions d'un satellite déterminent quelle orbite il doit suivre. Les fusées soulèvent toutes deux un satellite vers le bonne altitude et insérez-le dans le orbite correcte .
Mais les fusées doivent être plus qu'un simple moyen de transport. Les satellites sont d'excellents outils; ils ont révolutionné les communications et nous ont montré plus sur notre planète et l'univers dans lequel nous vivons que nous n'aurions jamais pu découvrir sans eux. La seule chose que les satellites ne sont pas, bien que, Est bon marché. Tous ces composants spécialisés et leurs logiciels très complexes, sans parler des énormes quantités de carburant nécessaires au lancement, représentent des investissements importants en temps et en argent. Cela met la pression sur les ingénieurs de fusées pour qu'ils créent des fusées capables de transporter des cargaisons plus grandes et plus lourdes en un seul vol et le faire à moindre coût, avec une fiabilité et une précision accrues. C'est beaucoup moins cher d'utiliser une fusée pour mettre deux satellites ou plus en orbite. Un autre défi consiste à envoyer avec précision un satellite à un emplacement spécifique dans l'espace où il peut entrer le plus efficacement possible sur son orbite. Les satellites sont conçus pour fonctionner de manière précise à un endroit précis - s'il est livré trop loin de l'endroit optimal, les propulseurs du satellite doivent dépenser un carburant précieux pour combler la différence. La fusée doit être suffisamment fiable pour livrer sa cargaison précisément là où elle doit être.
Examinons maintenant de plus près la famille de fusées Delta IV.
Un peu de fond de fuséeLes moteurs de fusée simples existent depuis des siècles. Inventé à l'origine en Chine, ils ont été utilisés plus récemment comme militaire dispositifs, principalement pour livrer des bombes. Pour plus d'informations sur leur histoire et leurs fonctions de base, voir Comment fonctionnent les moteurs de fusée.
Des fusées spatiales , cependant, sont un développement moderne. Le 4 octobre, 1957, une fusée de l'Union soviétique a mis le premier satellite artificiel, appelé Spoutnik 1 , en orbite. Ce fut à la fois une grande réussite technologique pour l'URSS et, comme pendant la guerre froide, un signal d'alarme pour les États-Unis. L'une des réponses des États-Unis a été de créer le premier des Fusées jetables Delta . Construit par Douglas Aircraft, La conception de Delta était basée sur le missile balistique à portée intermédiaire Thor développé à l'origine pour l'US Air Force. Nasa a effectué le premier lancement réussi de Delta, envoyant le satellite Echo 1A en orbite le 12 août, 1960.
Depuis, le programme a continué à se développer et à évoluer, chaque nouvelle version intégrant une nouvelle technologie dans une technologie connue et produisant le Delta II, Familles de fusées Delta III et Delta IV.
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Famille Delta IV © La Compagnie Boeing Actuellement, la famille Delta IV a trois configurations ou styles principaux :
Chaque configuration a un première étape (les deux tiers inférieurs de la fusée) contenant des réservoirs de carburant et des moteurs principaux et un Deuxième étape (le tiers supérieur de la fusée) qui abrite le moteur secondaire et les réservoirs de carburant ainsi que la charge utile et divers composants électroniques. Le premier étage de la capacité moyenne consiste en un seul noyau de suralimentation commun (CBC) alimenté par un moteur RS-68. Son deuxième étage est propulsé par un moteur RL10B-2 et comprend diverses électroniques de manœuvre et de contrôle d'altitude telles que l'ensemble de commande de vol inertiel redondant (RIFCA) utilisé sur le Delta II, ainsi que des réservoirs de carburant et de comburant.
Les Capacité moyenne-plus a les mêmes composants de premier étage que la capacité moyenne, mais comprend également deux ou quatre 60 pouces de diamètre (1,5 m), fusée solide, moteurs en graphite époxy (GEM) à sangle. Toutes les versions Medium-Plus utilisent le moteur RL10B-2 pour alimenter le deuxième étage, mais les versions 5.2 et 5.4 ont des réservoirs de carburant de plus grand diamètre et des réservoirs d'oxydant plus longs que les versions Medium et Medium-Plus 4.2.
Delta IV version lourde © La société Boeing, Photo de Carleton Bailie Les Lourd la capacité ressemble à une fusée sous stéroïdes. Non seulement il a le principal noyau de rappel commun, mais il contient également deux boosters supplémentaires.
© La société Boeing, Photo de Carleton Bailie Chacun des trois boosters contient son propre moteur RS-68. La capacité lourde dispose également dans son deuxième étage d'un réservoir de carburant de 5 mètres de diamètre et de 5 mètres de diamètre, matériel d'hébergement de charge utile.
© La Compagnie Boeing Maintenant que vous connaissez la structure de base de la famille de fusées Delta IV, Voyons comment tous les différents composants fonctionnent ensemble pour faire décoller la capacité lourde et la faire voler dans les airs. Comme mentionné précédemment, la fusée a deux étages. La première étape a un objectif :faire décoller la fusée.
L'extrémité avant du noyau de rappel commun du Delta IV Heavy Photo avec l'aimable autorisation de la NASA La section inférieure de chaque noyau de rappel commun (CBC) contient un Moteur RS-68 . La section du milieu contient le réservoir d'essence , dans ce cas de l'hydrogène liquide et de l'oxygène liquide. Pour les deux boosters strap-on, c'est tout ce qu'il y a. Ils existent exclusivement pour fournir le carburant et les moteurs supplémentaires nécessaires pour soulever des charges utiles plus lourdes en orbite.
Nouveau dans la famille Delta IV, le RS-68 est 30 pour cent plus efficace que les moteurs à oxygène liquide/kérosène qu'il remplace. Il a moins de pièces, le rendant plus fiable et moins cher, et est respectueux de l'environnement, produire fumer comme son seul sous-produit. Elle en produit également 650, 000 livres (2, 891 kN) de poussée au décollage. Combinant les trois cœurs de booster, la fusée Delta IV Heavy est capable de soulever 50, 800 livres (23, 040 kg) en orbite terrestre basse. Son frère le plus proche, le Delta IV Medium-Plus (version 5.4), peut soulever 25, 300 lb (11, 475 kg) sur la même orbite. (Pour en savoir plus sur les orbites des satellites, voir Comment fonctionnent les satellites.)
La compétitionComment la Delta IV Heavy se compare-t-elle aux autres super-fusées ?
© La Compagnie Boeing Un lancement commence par l'allumage des trois moteurs principaux RS-68 puis le décollage. En quelques minutes, les CBC à sangle sont largués (lâchés de la fusée principale), ayant épuisé leur carburant et rempli leur mission de faire décoller la fusée. Après ça, les moteur central principal (celui attaché au CBC central) est éteint et les deux tiers inférieurs du CBC principal, composé du moteur principal, les réservoirs inférieurs et l'interétage, qui relie le premier étage au deuxième étage, est également largué. Ce qui reste c'est le Deuxième étape , composé principalement de réservoirs de carburant, moteur RL10B-2, électronique de guidage et charge utile, le tout enfermé dans un cône protecteur appelé carénage .
Par rapport à la première étape, la deuxième étape est comme une ballerine assise sur les épaules d'un secondeur. Il n'a peut-être pas la puissance massive des trois moteurs d'appoint, mais il a la force, équilibre et précision pour gérer la tâche plus délicate de placer un satellite sur une orbite durable et correcte. Une fois que les composants du premier étage sont tombés, le deuxième étage allume son moteur et largue le carénage de protection . Vient ensuite la coupure du moteur du deuxième étage (SECO)-1 , où le moteur RL10B-2 est coupé et le deuxième étage manœuvre avec ses propulseurs pendant une période de navigation. Le guidage est assuré tout au long du deuxième étage par des systèmes avioniques et de contrôle d'attitude. L'ensemble de commande de vol inertiel redondant permet de s'assurer que la fusée insère le charges utiles dans la bonne orbite.
Pour son premier vol le 21 décembre, 2004, Delta IV Heavy contenait trois satellites, le DemoSat primaire et deux auxiliaires, satellites construits par les étudiants, appelés collectivement NanoSat-2. Pendant la période côtière du premier vol, les satellites NanoSat-2 ont été activés et libérés.
Deux redémarrages et coupures du moteur ( SECO-2 , SECO-3 ) a suivi la sortie de NanoSat-2. Ceux-ci ont permis à la deuxième étape de conserver l'énergie.
© La Compagnie Boeing Parce que le Delta IV Heavy est si efficace, il a le carburant nécessaire pour lui permettre de se déployer à presque n'importe quelle altitude et orbite. En outre, parce que les moteurs du deuxième étage effectuent la majeure partie du positionnement et sont capables d'insérer leurs charges utiles en orbite avec une grande précision, les satellites dépensent beaucoup moins d'énergie et peuvent utiliser ce carburant supplémentaire pour alimenter leurs propres fonctions plus longtemps. Lorsque le deuxième étage a atteint l'orbite requise, les DémoSat charge utile, maintenant capable de maintenir sa propre orbite, a été activé et séparé de son support.
21 décembre 2004 © The Boeing Company Photo par Carleton Bailie Le 21 décembre, 2004, le plus récent membre de la famille Delta IV a décollé de la base aérienne de Cap Canaveral en Floride pour son vol inaugural. Près de six heures plus tard, la fusée avait livré sa charge utile et achevé la mission. Malheureusement, la fusée n'a pas pu atteindre la bonne orbite. Lorsque les scientifiques ont examiné les données, ils ont déterminé que la première étape de combustion n'était pas aussi longue qu'ils l'avaient prévu. Cependant, avec tant de technologies nouvelles et améliorées, n'avoir qu'une seule chose qui tourne mal a causé un écho relativement mineur sur l'écran radar. Le premier vol d'essai de la fusée Delta IV Heavy a atteint tous ses principaux objectifs de test et a été considéré comme un succès.
Boeing envisage déjà d'améliorer les fusées Delta IV Heavy et de créer la prochaine génération de Delta. Certains des changements dans les travaux sont des modifications du moteur principal RS-68, l'ajout de GEM aux trois CBC et l'amélioration de la densité et des voies de carburant.
Pour plus d'informations sur la famille de fusées Delta, le Delta IV Heavy et les sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.
Sources
