Delta (fusée) - Définition

Les anciennes versions du lanceur : de la Thor-Delta aux Delta 6000 (1960-1980)

Pour répondre aux besoins de la NASA en attendant la mise au point de fusées plus puissantes basées sur le missile Atlas, un lanceur est mis au point par Douglas Aircraft en combinant le missile Thor auquel a été ajouté un seconde étage Delta. Le lanceur obtenu a des performances limitées, nettement inférieures à celles des lanceurs américains contemporains des familles Atlas et Titan. Il est régulièrement modifié pour accroitre sa puissance notamment par un recours inédit aux propulseurs d'appoint à poudre. Ces évolutions lui permettent dans les années 1970 de dominer le marché des satellites de télécommunications avec la série 2000. Mais le lanceur perd sa position dominante au cours des années 1980 car la fusée européenne Ariane, plus puissante et plus souple d'emploi capte une partie du marché commercial. Le premier accident de la navette spatiale américaine, dont le rôle était normalement de remplacer les lanceurs comme la Delta, relance le marché mais les performances de la Delta 6000, dernière version produite avant la Delta II, sont insuffisantes pour répondre à la demande.

Evolution de la capacité de lancement en orbite basse des familles de lanceurs américains
entre 1959 et 1978

Famille de lanceurs	1959	1962	1966	1972	1976
Scout	-	70 kg	150 kg	180 kg	200 kg
Thor	90 – 180 kg	400 kg	-	-	-
Delta	-	250 kg	420 kg	1 130 kg	2 000 kg
Atlas	70 - 1 000 kg	730 - 2 300 kg	712 - 4 300 kg	3 810 - 5 100 kg	5 100 kg
Titan	-	-	11 400 kg	4 100 - 15 900 kg	15 100 - 15 400 kg

Les premiers lanceurs Thor

La transformation du missile Thor en lanceur

En 1957 l'URSS lance le premier satellite artificiel, Spoutnik, déclenchant la course à l'espace entre les États-Unis et l'URSS. L'astronautique américaine ne dispose alors que de deux fusées de faible puissance : les lanceurs Vanguard et Juno. Le missile et futur lanceur Atlas, nettement plus puissant est encore en cours de mise au point. Pour pouvoir lancer des satellites plus lourds, les responsables américains décident d'utiliser le missile Thor en lui associant les 2 étages supérieurs du lanceur Vanguard (Able et Altair).

Les trois premiers lancements de la Thor-Able I (premier lancement le 23/4/1958) qui doivent placer en orbite les premières sondes spatiales interplanétaires Pioneer échouent à la suite d'une défaillance du lanceur. Thor Able II, une version dépourvue de troisième étage, échoue également à lancer le satellite Transit 1 A mais parvient à mettre en orbite Tiros-1 (premier satellite météorologique de 125 kg) en 1960. Enfin les versions Thor Able III et IV tri-étages parviennent à lancer respectivement le satellite scientifique Explorer 6 (1959) et la sonde spatiale interplanétaire Pioneer 5 (1960).

Par la suite de nouvelles versions du lanceur utilisant le missile Thor sont testées. La combinaison d'un étage Thor et d'un étage Agena est lancée pour la première fois le 21/1/1959. Un nouvelle version de l'étage Able, l'Ablestar contenant deux fois plus d'ergols est développée, permettant au lanceur Thor-Ablestar de placer jusqu'à 270 kg en orbite basse : le premier lancement a lieu le 13/4/1960..

La NASA sélectionne ses lanceurs

L'agence spatiale civile américaine, la NASA, est créée le 1er octobre 1958. L'un des premiers objectifs de la nouvelle agence est de s'assurer qu'elle dispose des moyens de lancer ses futurs satellites et sondes spatiales. La NASA utilise au début les lanceurs de l'Armée de Terre (Juno I et II), de la Marine (Vanguard) et de l'Armée de l'Air (Thor-Able). En janvier 1959 l'agence spatiale décide qu'elle utilisera pour ses vols inhabités l'Atlas-Vega , qui sera remplacée finalement par l'Atlas-Agena plus performante, et l'Atlas-Centaur qui ne sera opérationnelle qu'en 1966 à cause des problèmes de mise au point de l'étage Centaur. En attendant que ces deux lanceurs soient disponibles, la NASA choisit d'utiliser un lanceur basé sur la Thor-Able pour placer en orbite ses satellites scientifiques, de télécommunications et les sondes spatiales lunaires en 1960 et 1961. Le nouveau lanceur est baptisé Thor-Delta car c'est le quatrième lanceur développé en utilisant comme premier étage le missile Thor après les Thor Able, Thor Ablestar et Thor Agena. La Thor Delta est lancée pour la première fois le 13/5/1960.

De son côté, l'Armée de l'Air américaine, utilisatrice également du lanceur Thor, retient l'étage Agena : la famille des lanceurs Thor-Agena, cousine des lanceurs Delta, sera utilisée jusqu'en 1972 pour placer en orbite des satellites militaires.

Le lanceur Thor Delta (1960-1962)

Le lanceur Thor Delta vole 11 fois entre 1960 et 1962 (1 seul échec). Il place en orbite notamment le premier satellite météorologique Tiros 1, le premier observatoire solaire Orbiting Solar Observatory 1 et deux engins constituant des jalons majeurs de l'histoire des satellites de télécommunications : Echo 1 A et Telstar 1. Il va largement imposer ses caractéristiques à toute la famille des lanceurs Delta : c'est un engin composé de 3 étages, haut de 31 mètres, d'un diamètre de 2,44 mètres et pesant 54 tonnes capable de placer 226 kg en orbite basse et 45 kg sur une orbite de transfert géostationnaire (GTO).

Le premier étage du lanceur Thor-Delta est constitué par le missile Thor reconverti. Il pèse 49,3 tonnes et est propulsé par un moteur-fusée à ergols liquides de 68 tonnes de poussée durant 165 secondes. Celui-ci brule du RP-1 (une forme de kérosène utilisée dans les moteurs de fusée) et de l'oxygène liquide : cette combinaison d'ergols est la plus répandue dans les fusées de l'époque car elle permet de bonnes performances (qui seront toutefois dépassées au milieu des années 1960 par le couple oxygène liquide/hydrogène liquide). L'alimentation en ergols du moteur est réalisée à l'aide d'une turbopompe entrainée par un générateur de gaz brûlant les mêmes ergols. L'étage Thor est construit dans la même usine de Douglas Aircraft que le missile et la version utilisée par l'Armée (Thor-Agena) ; son évolution sera dictée par les besoins du lanceur militaire jusqu'à l'arrêt de la dernière version de la Thor Agena en 1972.

Le deuxième étage est une variante de l'étage Able rebaptisée Delta construit par la société Aerojet : la différence porte sur la présence de petits moteurs à gaz froid lui permettant de contrôler son orientation dans l'espace et donc, au final, d'insérer en orbite avec plus de précision le satellite porté par la fusée. L'étage Delta a une silhouette très fine (5,8 mètres de long pour 0,813 m de diamètre) qui souligne que la fusée est le résultat d'un assemblage postérieur à la conception de chacun de ses éléments. Pesant 4,47 tonnes il est propulsé par un moteur de 3,4 tonnes de poussée consommant de l'hydrazine et de l'acide nitrique fumant rouge durant 115 secondes : ce mélange dit hypergolique est utilisé car il permet une mise à feu sans système d'allumage (à l'époque peu fiable) et il peut être rallumé plusieurs fois permettant des manœuvres orbitales. Le moteur est alimenté par mise en pression des réservoirs d'ergols, technique simple et donc fiable.

Le troisième étage Altair d'une masse de 238 kg est long de 1,83 mètres pour un diamètre de 0,46 mètre. C'est un étage qui incorpore une innovation majeure pour l'époque, car sa structure est en fibre de verre retenu pour sa légèreté. Son propulseur à propergol solide fournit une poussée de 1,27 tonnes durant 38 secondes. La tuyère du moteur est fixe et l'étage est stabilisé en direction par mise en rotation avant sa séparation avec le deuxième étage.

Les Delta A à N (1962-1971)

En 1962 la NASA décide de faire évoluer le lanceur Thor-Delta. A cette occasion celui-ci est renommé Delta pour le différencier de son homologue utilisé par l'Armée de l'Air qui conserve l'appellation Thor. Les Delta de la NASA sont suffixés d'une lettre modifiée à chaque nouvelle version. La Delta A se caractérise par un moteur du premier étage plus puissant qui permet de porter la charge utile en orbite basse de 226 à 250 kg. Les versions B et C permettent pratiquement de doubler la masse qui peut être placée en orbite grâce à une modification des 2 étages supérieurs. Cette série parvient à placer le premier satellite satellite de télécommunications sur une Orbite géosynchrone, Syncom 2, après un premier échec. Pour la NASA le lanceur Delta a désormais perdu son statut de lanceur « provisoire ».

Le premier changement structurel important intervient avec la Delta D introduite en 1964 : le premier étage est renforcé et 3 étages à poudre « Castor A » lui sont accolés fournissant au décollage une poussée supplémentaire totale de 72 tonnes durant 27 secondes. Cet ensemble appelé TAD (Thrus Augmented Delta) porte la charge utile en orbite basse passe à 450 kg et en orbite de transfert à 104 kg. Ce montage était déjà en usage sur la version militaire du lanceur depuis un certain et deviendra une spécificité du lanceur Delta permettant d'ajouter à un cout relativement réduit de la puissance au premier étage. Grâce à ce surcroit de puissance la Delta D place en orbite géostationnaire le premier satellite de télécommunications commercial Intelsat 1 connue également sous l'appellation « Early Bird ».

Le deuxième étage de la Delta E (23 tirs entre 1965 et 1971) double de poids ce qui allonge en proportion son temps de combustion et son diamètre passe de 0,8 à 1,42 mètres permettant l'emport de charges plus volumineuses. Les propulseurs d'appoint Castor et le troisième étage sont également améliorés. La charge utile en orbite de transfert est doublé à 204 kg. La Delta G est une variante de la Delta E sans troisième étage. La Delta J est une Delta E avec un troisième étage de type Burner 2 qui sera lancée à un seul exemplaire en 1968. Les versions intermédiaires Delta F, H, I et K ne seront jamais fabriquées.

Pour profiter de l'augmentation de poussée des propulseurs d'appoint, le premier étage Thor de la Delta L (2 vols entre 1969 et 1972) est allongé de 3 mètres et troque sa forme fuselée de missile pour une forme cylindrique ce qui lui permet d'emporter 40% de carburant supplémentaire (étage Long Tank Thor ou LTT). La version Delta M (13 vols entre 1968 et 1971) dont le premier vol est antérieur à la Delta L utilise également l'étage LTT, mais dispose en plus d'un nouveau troisième étage Burner 2 et peut comporter 6 propulseurs d'appoint. La Delta M peut ainsi placer sur une orbite de transfert une charge de 450 kg soit 10 fois plus que la Thor Delta d'origine. La Delta N est une variante de la M sans troisième étage.

Les Delta 0000 à 6000 (1971-1992)

Le nouveau système de désignation

Le système de codification des différentes versions du lanceur une codification qui ne permettait pas de différencier facilement les nombreuses versions d'un lanceur aux évolutions fréquentes. Un nouveau système de désignation des modèles du lanceur, plus rationnel, reposant une codification à 4 chiffres le remplace à compter de 1971 :

• Le premier chiffre est incrémenté à chaque nouvelle version du premier étage Thor ou des propulseurs d'appoint. Les Delta L/M/N dotés du premier étage Thor allongé LTT reçurent le numéro 0.
• Le deuxième chiffre désigne le nombre de propulseurs d’appoint Castor généralement 9. Lorsqu’il y en a 9, 6 sont allumés au décollage et 3 sont mis à feu 1 minute plus tard. Lorsque le lanceur n’a que 3 ou 4 propulseurs d’appoint tous sont allumés au décollage.
• Le troisième chiffre désigne la version du deuxième étage Delta. L'étage Delta F se voit attribuer la valeur 0.
• Le quatrième et dernier chiffre caractérise le troisième étage : 3 pour l'étage Burner propulsé par un TE-364-3 et 4 lorsque le moteur est un TE-364-4..

L'introduction de l'étage Thor ELT

La première version utilisant la nouvelle numérotation, les lanceurs Delta 0000 (5 vols 1972-1973) est une évolution mineure de la Delta M : le deuxième étage est légèrement plus performant et le nombre maximum de propulseurs d'appoint passe à 9. Les Delta 1000 (7 vols 1972-1975) inaugurent un nouvel étage Thor dit « Extended Long Tank » (ELT), plus long de 1 mètre et emportant 14 tonnes d'ergols supplémentaires. Le deuxième étage Delta utilise sur certains lanceurs de cette série le moteur de l'étage de remontée du module lunaire Apollo, beaucoup plus moderne, qui sera par la suite généralisé. Une nouvelle version du troisième étage est également introduite avec cette version. D'anciennes versions des 2ème et 3ème étages furent également utilisées. La série 1000 se caractérisa donc par un grand nombre de variantes reflétées par le système de numérotation : Delta 1604,1913,1914,1900,1910. Les Delta 1000 pouvaient placer 1 835 kg sur orbite basse et 680 kg sur orbite de transfert.

Le règne du lanceur Delta sur le marché des satellites des télécommunications (1976-1981)

Le premier étage Thor de la Delta 2000 (1976-1981) utilise un nouveau moteur plus puissant (932 kN au lieu de 735 kN) et doté d'une meilleure impulsion spécifique dérivé du moteur H-1 mis au point pour la fusée Saturn I. A partir de cette version le diamètre extérieur du lanceur est de bout en bout de 2,44 mètres lui donnant l'apparence d'un crayon qu'il conservera par la suite. La Delta 2000 est la plus longue série (45 vols) de lanceurs Delta produits jusqu'à cette date. Particulièrement fiable, elle règne à l'époque sur le marché mondial des satellites de télécommunications et ses caractéristiques vont inspirer les concepteurs de la fusée Ariane I qui souhaitent également s'attaquer à ce marché.

Un marché moins favorable pour le lanceur Delta (1975-1989)

Les Delta 3000 (38 vols 1975-1989) devaient être la dernière version de la famille Delta puisque il était prévu que la navette spatiale américaine prenne en charge par la suite tous les lancements de satellites. Cette version était caractérisée par de nouveaux propulseurs d'appoint Castor 2,5 fois plus lourds que la version précédente permettant une poussée à la fois plus importante et plus longue. L'introduction d'un nouveau deuxième et troisième étage nettement plus performants en cours de vie de cette version permirent aux 3000 de lancer jusqu'à 1,27 tonnes en orbite de transfert. Mais, malgré ces performances nettement améliorées, la Delta ne peut plus lancer les satellites de télécommunications Intelsat, dont le poids a cru rapidement: ceux-ci sont désormais lancés par des fusées Atlas, tandis que le lanceur européen Ariane gagne des parts de marché. Le nombre de lancements baisse nettement affectant la rentabilité des Delta. Reflétant cette dégradation le prix du lancement par une Delta passe de 17 millions de dollars en 1979 à 35 millions en 1983.

Les Delta 4000, 5000 et 6000 versions de transition (1989-1992)

Les Delta 4000 et 5000 (1989-1990) sont des versions de transition puisqu'elles ne comptent que 2 vols pour la première et 1 vol pour la seconde. Toutes les deux se distinguent de la version précédente par un propulseur d'appoint légèrement plus performant dans le vide. La série 4000 utilise une ancienne version de l'étage Thor, sans doute pour faire face à la pénurie de lanceurs créée par l'arrêt des chaines de fabrication du lanceur brutalement remis en question par l'accident de la navette spatiale Challenger (1986). La 5000 reprend la version de l'étage Thor utilisé par les Delta 3000.

L'arrêt des lancements de satellite par la navette spatiale consécutive à l'accident posa par ailleurs problème pour certains satellites construits en fonction des capacités de lancement de celle-ci. La Marine Nationale américaine était particulièrement touchée avec sa série de satellites de navigation Navstar trop lourds pour pouvoir être lancés par les Delta alors en production. Les Delta de la série 6000 (17 vols 1989-1992) sont une version intermédiaire en attendant la production de la version Delta II conçue pour répondre pleinement aux attentes des militaires. La Delta 6000 utilise une nouvelle version de l'étage Thor allongée de 3,66 m (Extra Extended Long Tank ou XLT) et dispose en option d'une coiffe de 3,05 mètre de diamètre alternative à la coiffe normale de 2,44 mètre. Ce modèle du lanceur peut placer en orbite basse 3 981 kg et en orbite de transfert 1 441 kg.

Les Delta N japonaises (1969-1986)

Depuis la fin de la seconde guerre mondiale le Japon bénéficie, dans le cadre des relations très particulières qu'il entretient avec les États-Unis, d'une assistance technologique importante de ce pays. C'est dans ce contexte que, en 1969, l'agence spatiale japonaise, la NASDA, passe un accord de fabrication sous licence des lanceurs Delta avec son constructeur Douglas Aircraft. Jusque là le Japon n'avait construit que des fusées à propergol solide et cette stratégie doit permettre à l'astronautique japonaise d'acquérir la maitrise de la propulsion à ergols liquides. Deux versions de la Delta sont construites au Japon par la société Mitsubishi : la N-I qui est l'équivalent du modèle Delta L américain et la N-II analogue à la Delta 1915. Tous les satellites lancés par ces fusées sont japonais : la Delta japonaise ne fera jamais concurrence aux lanceurs américains, car il y aura toujours un décalage d'au moins 5 ans entre la mise en service des versions dans les deux pays. Par ailleurs le Japon ne cherche pas à attaquer le marché commercial des satellites de télécommunications, contrairement à l'Europe qui devra développer de manière indépendante son propre lanceur pour avoir les mains libres dans ce domaine.

Les moteurs et l'électronique des premiers exemplaires de la N-1 sont fabriqués aux États-Unis puis l'ensemble du lanceur est réalisé au Japon. Le moteur du deuxième étage est de conception japonaise. La N-1, qui peut lancer 360 kg sur une orbite de transfert géostationnaire, est lancée à 9 reprises entre 1975 et 1982 et ne connait aucun échec. La N-2 qui peut lancer 730 kg sur une orbite de transfert géostationnaire, effectue 8 vols tous réussis entre 1981 et 1986. Le modèle suivant, lancé pour la première fois en 1986, reprend les propulseurs à poudre et le premier étage de la Delta mais utilise un deuxième étage de conception entièrement japonaise dont le moteur consomme de l'hydrogène et de l'oxygène liquide. Beaucoup plus puissante que le modèle original américain, la H-I permet de placer en orbite de transfert 1,1 tonnes. Le successeur de la H-I, le lanceur H-II, n'a plus aucun point commun avec les Delta et consacre la maitrise de la technologie des lanceurs par le Japon.