Die Delta IV-Raketenfamilie stellt die modernsten Versionen der seit 1960 startender Delta-Raketen dar. Delta IV entstand im Rahmen des EELV (Evolved Expendable Launch Vehicles)-Programms der USAF zur Entwicklung von modularen Raketentypen, die sowohl leichte Delta II, mittelschwere Atlas II und Atlas III, als auch schwere Titan IV Raketen 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.

Im Gegensatz zu Delta II und III, die allesamt auf der (obwohl ständig weiter modifizierten) Delta I als Erststufe aufbauten, wurde für die Delta IV eine völlig neue Erststufe entworfen, die von einem ebenfalls neuentwickelten Rocketdyne RS-68 Raketentriebwerk angetrieben wird. Die Erststufe erhielt den Namen CBC (Common Booster Core) und bildete die Grundlage für alle Versionen der Delta IV. Abhängig von der Anzahl der CBCs kann zwischen Delta IV Medium und Delta IV Heavy Versionen unterschieden werden.

Zur Zeit werden von Boeing fünf verschiedene Versionen der Delta IV Reihe angeboten, vier davon sind in der Medium-Klasse und eine ist die Heavy-Variante. Der Erststart einer Medium-Variante fand am 20. November 2002 statt und der Erststart der Heavy-Version am 21. Dezember 2004.

Technik

Delta IV ist eine zweistufige Rakete, deren beide Stufen mit der hochenergetischen Treibstoffmischung flüssiger Sauerstoff und flüssiger Wasserstoff (LOX/LH2) arbeiten. 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 europäische Ariane 5 und japanische H-2). Berechnungen ergeben sogar, dass die erste Stufe der Delta IV ohne die Hilfe der zweiten Stufe theoretisch eine kleine Nutzlast in den Erdorbit befördern kann und somit als ein einstufiger Träger gelten kann (dies hat in der Praxis jedoch keinen Sinn, da nicht wirtschaftlich).

Hauptstufe

Die erste Stufe der Rakete CBC (Common Booster Core) ist im Gegensatz zu allen früheren Delta-Versionen eine komplette Neuentwicklung. 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 einen Tank für flüssigen Wasserstoff (unten), einen Tank für flüssigen Sauerstoff (oben) 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 der Schubdüse verwendet. Durch diese Maßnahmen stieg die Masse des Triebwerks, die Herstellungskosten sanken jedoch erheblich. Das Triebwerk hat eine Masse von 6.696 kg, hat beim Start einen spezifischen Impuls von 365 s (im Vakuum 410 s) und entwickelt beim Abheben einen Schub von 2.891 kN (im Vakuum 3.312 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. 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.

Oberstufe

Die zweite Stufe der Delta IV wurde weitgehend aus der Delta III übernommen und wird von einem Pratt & Whitney RL-10B-2 Triebwerk angetrieben. Das Triebwerk erzeugt einen Schub von 110 kN, hat einen spezifischen Impuls von 462 s und ist eine Variante des RL-10 Triebwerks der Centaur-Oberstufe, das zudem über eine Schubdüse mit ausfahrbaren Teilen 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 Kohlefaser-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 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 Wasserstofftank einen Durchmesser von 5 m aufweist. Diese Variante der Stufe kann 27.200 kg Treibstoff aufnehmen und erlaubt eine Gesamtbrennzeit von über 1.125 s.

Infrastruktur

Die Startkompexe für die Delta IV sind sowohl in Cape Canaveral als auch in Vandenberg vorhanden. In Cape Canaveral wird die Rakete mit Neigungswinkeln von 42° bis 110° von den Rampen SLC-37A und SLC-37B gestartet, die bereits in den 1960ern für unbemannte Saturn I und Saturn IB Starts verwendet wurden. In Vandenberg hebt die Rakete von der Rampe SLC-6 ab, die ehemals für Starts des MOL-Programms errichtet wurde und später als Startrampe für den Space Shuttle dienen sollte. Von Vandenberg 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 per Schiff (Delta Mariner) zum Startort transportiert.

Delta IV Medium

Eine Delta IV der Medium-Reihe besteht aus einer CBC-Erststufe mit dem RS-68 Triebwerk und der zweiten Stufe mit dem RL-10B2 Triebwerk. Dabei werden in Abhängigkeit von der zu transporttierenden Nutzlast verschiedene Nutzlastverkleidungen verwendet. Außerdem können 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 entstehen insgesamt vier verschiede Medium-Versionen, mit deren Hilfe Nutzlasten unterschiedlicher Masse und Durchmessers flexibel gestartet werden können.

Die einzelnen Versionen der Medium-Reihe sind:

• Delta IV Medium – besitzt eine Nutzlastverkleidung von 4 m Durchmesser und keine Feststoffbooster. Die Nutzlastkapazität liegt bei 8.120 kg für eine niedrige Umlaufbahn und bei 4.210 kg für einen Geotransfer-Orbit. Der Erststart fand am 11. März 2003 statt.

• Delta IV Medium+ (4,2) – unterscheidet sich von der Medium-Grundversion nur durch zwei zusätzliche GEM-60-Booster, womit die Nutzlastkapazität für einen niedrigen Orbit auf 10.430 kg steigt und für einen Geotransfer-Orbit auf 5.845 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) – unterscheidet sich von der Medium+ (4,2)-Version durch eine Nutzlastverkleidung von 5 m Durchmesser und eine etwas höhere Treibstoffkapazität der zweiten Stufe. Aufgrund der schwereren Nutzlastverkleidung sinkt die Nutzlastkapazität im Vergleich zur Medium+ (4,2) auf 7.980 kg für einen niedrigen Orbit und 4.640 kg für einen Geotransfer-Orbit. Bisher (Stand: Anfang 2005) wurde diese Version der Rakete nicht eingesetzt.

• Delta IV Medium+ (5,4) – ist die stärkste Version der Medium-Reihe und unterscheidet sich von der Medium+ (5,2) durch zwei weitere GEM-60-Booster, womit die Anzahl der Booster auf insgesamt vier steigt. Die Nutzlastkapazität liegt bei 11.425 kg für eine niedrige Umlaufbahn und bei 6.565 kg für einen Geotransfer-Orbit. Diese Version soll 2005 zum ersten Mal starten (Stand: Anfang 2005).

Delta IV Heavy

Um schwere Spionagesatelliten zu starten und dabei die überteuerte Titan IV Rakete zu ersetzen, sollte eine Schwertransport-Variante der Delta IV, bekannt unter der Bezeichnung Delta IV Heavy, entwickelt werden. Diese sollte relativ günstig herzustellen und zu betreiben sein und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, um die bis zu 1 Milliarde Dollar teuren Militärsatelliten starten zu können.

Technik

Die Delta IV Heavy besteht aus drei CBC's, 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 CBC's gleichzeitig gezündet, wobei die Rakete sehr langsam aufsteigt und etwa 15 s 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 CBC's mit 102 % des Schubes weiterarbeiten. Damit wird erreicht, dass der Treibstoff der zusätzlichen CBC's 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 CBC's entwickeln einen Gesamtschub von 8.847 kN. Die Nutzlastkapazität wird mit 23.000 kg für eine niedrige Umlaufbahn und mit 13.130 kg für einen Geotransfer-Orbit angegeben. Außerdem bringt die Rakete etwa 10.000 kg auf eine Mondtransferumlaufbahn und etwa 8.000 kg auf eine Marstransferumlaufbahn. Damit ist Delta IV Heavy nach Space Shuttle die zur Zeit stärkste 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 neuste Europa-Rakete Ariane 5 ECA, als auch den russischen Schwerlastträger Proton-M (die zukünftige Angara-A5 soll mit 24.500 kg eine höhere Nutzlastkapazität für den niedrigen Orbit, als Delta IV Heavy, haben). Von ihrem Hauptkonkurrenten, der geplanten Heavy-Variante der Atlas V Rakete, wird die Nutzlastkapazität der Delta IV Heavy geringfügig überboten: Atlas V Heavy kann bis zu 25.000 kg in eine niedrige Umlaufbahn und bis 13.600 kg in einen Geotransfer-Orbit befördern.

Erstflug

Der Erststart der Delta IV Heavy fand am 22. Dezember 2004 in Cape Canaveral statt, wobei nur eine 6 Tonnen schwere Satellitenattrappe sowie zwei von Studenten gebaute "Testsatelliten" von jeweils 15 kg sich 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 liegt. 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 im Nachhinein ein Bilden von Blasen durch Kavitation im Sauerstofftank identifiziert, wodurch die Treibstoffsensoren vorzeitig meldeten, dass die Tanks leer sind. Dennoch betrachtet Boeing den Erstart als einen Erfolg, da alle Phasen des Flugs erfolgreich getestet worden sind.

Ausblick

Da der Satellitenstartmarkt sich zur Zeit sehr langsam entwickelt, werden alle derzeit zu startenden kommerziellen Nutzlasten von den bereits existierenden Delta IV Medium und Heavy Varianten gedeckt. Insbesondere ist die Delta IV Heavy so stark, dass für sie momentan keine kommerziellen Nutzlasten auf dem Markt zu finden sind, so dass sie nur zum Starten von schweren Spionagesatelliten genutzt werden kann.

Sollten aber im nächsten Jahrzehnt bemannte Mond- und Marsmissionen anlaufen, wie vom US-Präsidenten George W. Bush im Januar 2004 angekündigt, werden dafür sehr schwere Trägerraketen benötigt, so dass Boeing bereits jetzt an Plänen für neue Delta IV (Heavy) Versionen arbeitet. Durch das Anbringen von GEM-60 Feststoffboostern und weiteren Modifikationen an der bestehenden Delta IV Heavy Rakete kann eine Nutzlastkapazität von etwa 50.000 kg für eine niedrige Umlaufbahn erreicht werden. Durch die Bündelung mehrerer CBCs kann die Nutzlastkapazität noch weiter gesteigert werden, allerdings sind dafür grundlegende Überarbeitungen der Startanlagen und der Infrastruktur nötig. Eine zukünftige Delta IV Heavy mit insgesamt sieben gebündelten CBCs könnte bis zu 100.000 kg in den erdnahen Orbit bringen. Da die NASA für ihre Pläne bemannter Mond- und Marsflüge derzeit (August 2005) ein vom Space Shuttle abgeleitetes Trägersystem (Shuttle Derived Launch Vehicle) bevorzugt, ist die Realisierung stärkerer Delta IV Varianten unwahrscheinlich.

Startliste

Stand: 13. August 2005

Datum	Typ	Ser.-Nr.	Startplatz	Nutzlast	Art der Nutzlast	Anmerkungen
20. November 2002	Delta IV M+(4,2)	D-293	CC LC37B	Eutelsat W5	Kommerzieller Kommunikationssatellit	Erfolg
11. März 2003	Delta IV M	D-296	CC LC37B	DSCS-3 A3	Militärischer Kommunikationssatellit	Erfolg
29. August 2003	Delta IV M	D-301	CC LC37B	DSCS-3 B6	Militärischer Kommunikationssatellit	Erfolg
12. Dezember 2004	Delta IV Heavy	D-310	CC LC37B	Demosat	Dummy-Satellit	Teilerfolg: aufgrund eines Raketenfehlers eine niedrigere, als vorgesehen, Umlaufbahn erreicht

Geplante Starts

Stand der Liste: 16. August 2005

Datum	Typ	Ser.-Nr.	Startplatz	Nutzlast	Art der Nutzlast	Anmerkungen
16. August 2005	Delta IV M+(4,2)	D-313	CC LC37B	GOES-N	Wettersatellit	Erster Delta IV Start für die NASA

Weblinks

Vorlage:Commons2

• Delta Technical Summary, enthält u. a. eine Beschreibung neuer Delta IV Varianten (engl.)
• Ausführliche Beschreibung der Delta III und IV Raketen von Bernd Leitenberger (dt.)
• Delta IV Seite von Gunter Krebs (en.)

Vorlage:Navigationsleiste US-Amerikanische Raketen