Evrilmiş Harcanabilir Fırlatma Aracı

Evrilmiş Harcanabilir Fırlatma Aracı - EHFA (İngilizce: Evolved Expendable Launch Vehicle- EELV), ABD Hava Kuvvetleri (USAF) bünyesindeki bir harcanabilir fırlatma sistemi (İng:expendable launch system) programıdır, ABD Savunma Bakanlığına ve ABD Hükümetine ait diğer görev-yüklerinin uzaya erişimini sağlama amacı gütmektedir. 1990'larda hükumetin uzaya fırlatışlarını daha ucuz ve güvenilir hale getirme amacıyla başlatılan bu programın sonucunda Delta IV ve Atlas V isimli iki adet fırlatma sistemi geliştirilmiştir. Bu iki fırlatma sistemi, ABD askeri uydularının (İng:military satellite) fırlatılmasında kullanılan asıl yöntemlerdir.
ABD Hava Kuvvetleri, EHFA ailesindeki fırlatma araçlarını, en azından, 2030 sonlarına kadar kullanmayı planlamaktadır. Ayrıca geliştirme süreci devamında oluşan (Follow-on) teknolojiler üzerinde duruluyor, bunlardan birisi aslen, iptal edilene kadar, Tekrar-kullanılabilir Hızlandırıcı Sistemiydi (İng:Reusable Booster System) .
Tarihçe
ABD'nin sıvı roket sevk/itki teknolojisi geçen 50 yılda; ticari sektörün değişen ihtiyaçlarını karşılamak, ABD Savunma Bakanlığının (İng. Kıs.: DoD) azalan bütçesine uyum sağlamak ve uzaya ulusal düzeyde erişimi garantiye almak üzere evrilmiştir. ABD'nin uzaya erişimin garantilenmesinin önemini, 40 numaralı Ulusal Başkanlık Yönergesi şu şekilde belirtmektedir:
Uzaya ABD uzay ulaşım olanakları aracılığıyla erişim belirtilen şu sebeplerden ötürü zorunludur: (1) Birleşik Devletler Hükumetinin kaynaklarının ve yeteneklerinin/olanaklarının uzaya yerleştirilmesi; (2) Artan işletimsel ihtiyaçlar durumunda uzay-temelli yeteneklerin zamanla güçlendirilmesi veya yörüngedeki uyduların bozulması, fırlatma başarısızlıkları ya da ABD uzay kaynaklarına/mallarına yönelik kasıtlı eylemler sırasında oluşabilecek kesintilerin en aza indirgenmesi ve (3) hükumetin ve ticari sektörün gerçekleştirdiği insanlı uzay uçuşunun desteklenmesi. ABD, o halde, uzaya erişimi sağlayabilmek için kuvvetli, hassas ve esnek olan ABD uzay ulaşım yeteneklerini sürdürmelidir.
ABD'nin işletilen uzay kaynaklarına/mallarına erşimi sağlamak için şu anki çözümü, EHFA programı altındaki iki adet fırlatma araçları ailesini sürdürmekten oluşmaktadır.
EHFA programı 1995 yılında ABD Hava Kuvvetlerinin uzaya çıkış modernleştirme programı olarak başlatılmıştır (İng: premium space lift modernization program). Bu programın amacı uzaya fırlatma işletimin maliyetini %25%50 civarında azaltmak ve miras fırlatma sistemlerinin (İng: heritage launch systems) (Atlas II, Delta II, ve Titan IV) güvenilirliğini artırmaktı. Askeri uzay fırlatmaları için EHFA hızlandırıcılarının temini, ticari benzeri bir yapıya evrilmek içindi. EHFA programı, ABD'nin uzaya fırlatma ihtyaçlarına çözüm olarak, sonuçta iki adet fırlatma araçları ailesi üretti. Bu iki aileden ilki (şimdilerde Boeing Şirketinin bünyesine alınmış olan) McDonnell Douglas tarafından geliştirilmiş olan Delta IV fırlatma sistemidir, diğeri ise Lockheed Martin tarafından geliştirilmiş olan Atlas V fırlatma sistemidir.

Atlas V ve Delta IV Uzaya Fırlatma Hızlandırıcıları EHFA'yı oluşturmaktadır.
ABD Hava Kuvvetleri (USAF) iki yeni fırlatma sisteminin geliştirilmesini sadece 5 yılda denetlemiştir. Boeingin Delta IV ve Lockheed Martinin Atlas V programları sonunda, United Launch Alliance (ULA) ortak girişimini oluşturmak üzere birleşmişlerdir.
Kullanımdaki Hızlandırıcı Sistemleri
Atlas V ve Delta IV sistemleri gelişirken birbirinden farklı yollar izlemişlerdir. İki sistemin temel farkları arasında, fırlatma işlemi, fırlatma rampası işletim kavramı ve bazı önemli bileşenler bulunmaktadır.
Atlas V
Atlas V uzaya fırlatma sisteminin, 1954 yılında Kıtalararası balistik füze (KABF) programı altında başlamış bir kökeni vardır.
ABD'nin ilk Kıtalararası Balistik Füzesi(KABF) SM-65 Atlas idi. Atlas KABF teknolojisi olarak geliştirilmeye başlanmasına rağmen, kısa süre sonrasında bir uzaya fırlatma aracı (UFA) olarak ortaya çıkmıştır.
Atlas V Yapılandırması
Ana özellikler arasında, RD AMROSS RD-180 motoru tarafından güç sağlanan Ortak Çekirdekli Hızlandırıcı (İng:Common Core Booster), (en fazla 5'e kadar) katı hızlandırıcılara bağlanmış olan Aerojet, Centaur yukarı aşaması olan ve tekli veya çiftli Pratt & Whitney Rocketdyne RL10A-4-2 motorları tarafından güç sağlanan Centaur (roket aşaması), ve 4.2 ile 5.4 metrelik Görev-yükü kaplaması (İng:payload fairing - PLF). Atlas V yapılandırma kimliklendirmesi için üç-haneli (XYZ) bir isimlendirme yöntemi kullanılmıştır. İlk hane Görev-yükü kaplaması boyutunu (4 ya da 5), ikinci hane kaç adet katı roket hızlandırıcısı kullanıldığını (0'dan - 5'e), ve üçüncü hane ise Centaur üzerinde kaç adet motor kullanıldığını(1 ya da 2) belirtmektedir.
Delta IV
Delta SLV, doğrudan Thor füzesinden (PGM-17 Thor) türetilmiştir. 1950'lerde bir fırlatma aracı olarak ortaya çıkan Delta programı, NASA tarafından başlatılmıştır.
Delta IV Yapılandırması
Ana özellikler arasında, Pratt and Whitney Rocketdyne RS-68 motoru tarafından güç sağlanan Genel Hızlandırıcı Çekirdeği (İng:Common Booster Core - CBC), Delta Kriyojenik İkinci Aşama (İng:Delta Cryogenic Second Stage - DCSS), ve rampa dışı "uzay aracı dikey yerleştirimi" bulunmaktadır. Delta IV M yapılandırması, CBC ilk aşaması ve 4-m çağında DCSS bileşenlerinden oluşur. Üç adet Delta IV M+ yapılandırması mevcuttur. Delta IV M+(4,2); ilk aşama CBC ve 4-m çapındaki DCSS ile PLF bileşenleri destekleyip güçlendirmek üzere, dahili takılan ve "katı roket motoru" (solid rocket motors-SRM) da denen iki adet "katı roket hızlandırıcısı" (İng:solid rocket booster) kullanır. Delta IV M+(5,2) ve Delta IV M+(5,4) ise have sırasıyla iki ve dört adet SRM içermektedir, ve 5-m çapında DCSS ile PLF bileşenlerine sahiptir. Ağır-Yük Kaldırma Aracı (İng:Heavy Lift Vehicle-HLV) türevi ise 5-m çağında DCSS ve PLF içeren iki adet dahili takılan CBC çekirdek içermektedir. Delta IV-Heavy; Delta IV-M ile aynı yapılandırmayı (dahili bağlanmamış Aerojet hızlandırıcılar) kullanmaktadır ancak fazladan iki adet Genel Hızlandırıcı Çekirdeğe sahiptir.
Geliştirilmesi
ABD Hava Kuvvetleri EHFA'nın ilk planlarını, gelişmiş bir sistem ve mimari hakkında yıllardır süren ve devlet tarafından akçalanmış (para desteği sağlanmış) çalışmaların sonucunda, 1994 yılında oluşturmuştur; kullanımda olan "miras" uzaya-fırlatıcıların (İng:spacelifters) (Örn: Delta II, Atlas II/Centaur, Titan IV, vb.), hepsinin olmasa da çoğunluğunun, değiştirilmesi hedeflenmekteydi. Uzaya-fırlatıcı için hedeflenen mimari; standartlaşmış kaplamalar (İng:Fairing), Sıvı roket hızlandırıcısı (İng:Liquid rocket booster), yukarı aşamalar ve katı yakıtlı roketlere dayanacak şekilde tasarlanacaktı. Standart Görev-yükü Arayüzü (İng:Standard Payload Interface) platformu ise maliyeti azalatıp verimi artırmanın başka bir yolu olarak önerilmişti.
İlk ihale teklifleri dört büyük savunma sektörü yüklenicisinden geldi: Lockheed Martin, Boeing, McDonnell Douglas, ve Alliant Techsystems. Her teklif çeşitli ve farklı fikirler içeriyordu. Boeing, başlangıçta Uzay Mekiği Ana Motorlarını (İng:SSME) kullanmayı teklif etmiştir. 1997 yılında McDonnell Douglas şirketi Boeing ile birleşmiş ve Boeing'in Delta IV uzaya-fırlatıcısını EHFA teklifi için kullanmıştır.
Tasarım
Boeing ve Lockheed Martin şirketlerinin her ikisi de ihalenin son aşaması için ortaklaşa 100 milyon $ değerinde sözleşmeye hak kazanmışlardır. Her iki şirket de tasarımlarını modülerlik, tek tip (standart) yapılanma ile donanım miktarını en aza indirme ve kanıtlanmış, güvenilir ve basitleştirilmiş sistemleri kullanma üzerine kurmuştu. Boeing, daha sonra Delta IV'ün çekirdeğini oluşturacak olan, Genel Hızlandırıcı Çekirdeği'ni (İng: Common Booster Core - CBC) geliştirdi. Atlas V için ise, Lockheed Martin benzer bir şey yapmış ve Genel Çekirdek Hızlandırıcısı (İng Common Core Booster -CCB) olarak adlandırmıştır.
Endüstriyel casusluk
Boeing şirketinin elinde Lockheed Martin şirketine ait olan patentli belgelerin olduğu ortaya çıktı. Davayı sonlandırmak için, her iki şirket de güçlerini birleştirmeye karar verdi ve United Launch Alliance isimli ortak girişimi oluşturdular. Şirketlerden her biri %50 oranında hisseye sahiptir.
Fırlatma hizmetleri sözleşmeleri
1998 yılı Ekim ayında, ('Satın Alım 1' olarak bilinen) iki adet fırlatma hizmetleri sözleşmesi verildi. Verilen iki adet geliştirme anlaşmasıyla birlikte, sözleşmelerin toplam değeri 3 milyar $'dan fazlaydı. Boeing şirketi 28 adet fırlatmanın 19 tanesi için hak kazandı; Lockheed Martin şikretine ise kalan 9 adet fırlatma verildi. Fırlatmalar için Boeing şirketine 1,38 milyar $ Lockheed Martin şirketine ise 650 milyon $ verilmiştir
2003 yılında USAF; 7 adet fırlatmayı Delta IV yerine Atlas V kullanılacak şekilde güncellemiştir
Rekabet
2012 yılının Aralık ayında; DoD EHFA-sınıfı fırlatma aracı pazarının, 2015 yılından başlayarak yeniden rekabete açılacağını duyurmuştur. "Yeni plana göre Hava Kuvvetleri; şu anki tekel satıcı olan United Launch Alliance (ULA) şirketinden 36 adete "kadar" fırlatma satın alması için yetkilendirilmiştir, diğer taraftan rekabet ortamı oluşturmak için 14 adet daha fırlatma satışa çıkarılmıştır. Bu yeni dönem 2015 yılında başlayacak ancak ilk fırlatmalar 2017 yılı içerisinde gerçekleşecektir". Hava Kuvvetleri, 2014 ve 2015 yılları içinde, Falcon 9 v1.1 ve Falcon Heavy roketlerinin onaylanma süreçlerini destekleyen kanıtlama uçuşları olarak, iki adet fırlatma için SpaceX şirketi ile sözleşme imzalamıştır.
Ertelemelerin ardından, Hava Kuvvetleri Falcon 9 roketinin onaylanmasının 2015 ortalarında gerçekleşmesini beklemektedir. Diğer taraftan SpaceX ve Hava Kuvvetleri; SpaceX'in fırlatmaların rekabet dışı bir şekilde ULA'ya verilmesine itiraz amaçlı açtığı dava bünyesinde arabulucu vasıtasıyla anlaşma evresine girmiş durumdadırlar.
İnsanlı uçuşa uygunluk
Orion uzayaracı için olan fırlatma aracının özelliklerinin belirlenmesi amacıyla, NASA Aerospace Corporation şirketinden 2005, 2008 ve 2009 yıllarında teknik ve donanımsal olarak uygulanabilirliğini ve bir EHFA'nın, İnsanlı uzay uçuşu görevlerinde kullanılmak üzere, İnsanlı uçuşa uygun (İng:human-rated) hale getirilmesi için değiştirilmesinin maliyetini belirlemesi için üç kez görevlendirilmiştir. Daha sonraki iki belirleme işlemi ayrıca Ares I roketinin Delta IV Heavy roketiyle değiştirilmesi olasılığını da ele almıştır. Raporlar, Delta IV Heavy roketinin UUİ ve Ay için belirlenmiş verimlilik gereksinimlerini karşıladığını göstermektedir. Delta IV roketindeki değişikliklerden farklı olarak, Heavy uyarlaması katı roket hızlandırıcısı kullanmamaktadır.
ABD İnsanlı Uzay Uçuşu Planları Değerlendirme Kurulu'na yapılan bir sunumda, Bir Uzay-Havacılık (Aerospace) Şirketi temsilcisi yukarıda bahsedilen çalışmanın özetini sunmuştur. Özet'in içeridiğinde; yeni tasarlanmış bir yukarı aşama olmadan dahi, insanlı-uçuşa-uygunluk almış bir Delta IV Heavy roketinin, mürettebatlı bir Orion uzayaracını Uluslararası Uzay İstasyonu'na çıkarmasının uygulanabilir olduğu değerlendirilmiştir. Sonrasında ULA, insanlı uçuşa uygun EHFA'lar için yapılması gerekli değişiklikleri ayrıntılı olarak ele alan bir çalışma yayımlamıştır. 2 Şubat 2010 tarihinde NASA ULA şirketine, Ticari Mürettebat Geliştirme (CCDev) programı çerçevesinde, 6,7 milyon $ değerinde teşvik fonu vermiştir. Her iki EHFA üzerinde de kullanılabilecek bir Acil Durum Algılama Sistemi (İng: Emergency Detection System - EDS) geliştirilmesi için bir uzay yasası anlaşması yapılmıştır. EDS; fırlatma aracının ve uzay aracının hayati öneme sahip sistemlerini ve sorunların durumunu, alçak Dünya yörüngesine yapılan görevlerde mürettebata verilen uyarı ve iptal komutlarını izlemektedir.