Титан IV - Titan IV

Титан IV

Ракета Titan IV-B с Кассини-Гюйгенс космический исследовательский полет перед взлетом из Стартовый комплекс 40 на мыс Канаверал, 12 октября 1997 г. (НАСА).
Функция	Тяжелая ракета-носитель
Производитель	Локхид Мартин
Страна происхождения	Соединенные Штаты
Стоимость за запуск	432 миллиона долларов (USD)
Стоимость в год	1999
Размер
Высота	50-62 м (164-207 футов)
Диаметр	3,05 м (10 футов)
Масса	943,050 кг (2,079,060 фунт )
Этапы	3-5
Емкость
Полезная нагрузка для ЛЕО
Масса	21 680 кг (47 790 фунтов)
Полезная нагрузка для Полярный НОО
Масса	17600 кг (38800 фунтов)
Полезная нагрузка для GSO
Масса	5,760 кг (12,690 фунтов)
Полезная нагрузка для HCO
Масса	5660 кг (12 470 фунтов)
Сопутствующие ракеты
Семья	Титан
Сопоставимый	Атлас V, Дельта IV Тяжелый, Сокол 9
История запуска
Положение дел	На пенсии
Запустить сайты	SLC-40 /41, мыс Канаверал SLC-4E, База Ванденберга
Всего запусков	39[1] (IVA: 22, IVB: 17)
Успех (а)	35 (IVA: 20, IVB: 15)
Отказ (ы)	4 (IVA: 2, IVB: 2)
Первый полет	IV-A: 14 июня 1989 г. IV-B: 23 февраля 1997 г.
Последний полет	IV-A: 12 августа 1998 г. IV-B: 19 октября 2005 г.
Заметные полезные нагрузки	Лакросс DSP Milstar Кассини-Гюйгенс
Бустеры (IV-A) - UA120 7
Нет бустеров	2
Двигатели	United Technologies UA1207
Толкать	14.234 MN (3,200,000 фунт-сила )
Удельный импульс	272 секунды (2667 Н · с / кг)
Время горения	120 секунд
Топливо	PBAN
Бустеры (ИВ-Б) - ГРМУ
Нет бустеров	2
Двигатели	Геркулес ГРМУ
Толкать	15,12 МН (3 400 000 фунтов-силы)
Удельный импульс	286 секунд (2805 Н · с / кг)
Время горения	140 секунд
Топливо	HTPB
Начальная ступень
Двигатели	LR87
Толкать	2440 кН (548000 фунтов-силы)
Удельный импульс	302 секунды (2962 Н · с / кг)
Время горения	164 секунды
Топливо	N2О4 / Аэрозин 50
Вторая стадия
Двигатели	1 LR91
Толкать	467 кН (105000 фунтов-силы)
Удельный импульс	316 секунд (3100 Н · с / кг)
Время горения	223 секунды
Топливо	N2О4 / Аэрозин 50
Третий этап (необязательно) - Кентавр-Т
Двигатели	2 RL10
Толкать	147 кН (33100 фунтов-силы)
Удельный импульс	444 секунды (4354 Н · с / кг)
Время горения	625 секунд
Топливо	LH2 /LOX

Титан IV была семьей тяжелые космические ракеты-носители разработан Мартин Мариетта и управляется ВВС США с 1989 по 2005 гг.^[2] Запускает проводились из Мыс Канаверал База ВВС, Флорида^[3] и База ВВС Ванденберг, Калифорния.^[4]

Титан IV был последним из Семейство ракет Титан, первоначально разработанная Компания Гленна Л. Мартина в 1958 г. Он был снят с эксплуатации в 2005 г. из-за их высокой стоимости эксплуатации и опасений по поводу токсичного рабочего топлива и заменен на Атлас V и Дельта IV ракеты-носители под EELV программа. Последний запуск (B-30) с мыса Канаверал произошел 29 апреля 2005 года, а последний запуск с авиабазы ​​Ванденберг - 19 октября 2005 года.^[5] Локхид Мартин Космические Системы построил Титан IV недалеко от Денвера, штат Колорадо, по контракту с Правительство США.^[1]

В настоящее время на выставке представлены две машины Titan IV. Национальный музей ВВС США в Дейтон, Огайо и Музей авиации и космонавтики Evergreen в Макминнвилл, Орегон.

Идентификация типа

В IV A (40 нА) использовались бустеры со стальным корпусом, в IV B (40 нБ) использовались бустеры с композитным корпусом (SRMU).

Тип 401 использовал 3-ю ступень Centaur, тип 402 использовал 3-ю ступень IUS. Остальные типы (без 3-й ступени) были 403, 404 и 405:

• Тип 403 не был разгонным блоком, он предназначался для доставки полезных нагрузок с меньшей массой на более высокие орбиты с Ванденберга.^[6]
• Тип 404 от Ванденберга не был разгонным блоком для более тяжелых грузов на низких орбитах.^[6]
• Тип 405 не был разгонным блоком, он предназначался для доставки грузов с меньшей массой на более высокую орбиту с мыса Канаверал.^[6]

Описание автомобиля

LR91-AJ-11 тяговая камера и форсунка ракетного двигателя

Titan IV был разработан для обеспечения гарантированной возможности запуска Космический шатл Боевая нагрузка класса для ВВС. Титан IV мог быть запущен без верхняя ступень, то Инерционный разгонный блок (ВМС), или Кентавр разгонный блок.

Титан IV состоял из двух больших твердотопливные ракетные ускорители и двухступенчатая активная зона на жидком топливе. Использованы две сохраняемые ступени активной зоны жидкого топлива Аэрозин 50 топливо и четырехокись азота окислитель. Эти пропелленты гиперголичный (воспламеняются при контакте) и являются жидкостью при комнатной температуре, поэтому изоляция резервуара не требуется. Это позволяло хранить пусковую установку в состоянии готовности в течение длительных периодов времени, но оба пороха чрезвычайно токсичны.

Титан IV мог запускаться с любого берега: SLC-40 или же 41 на станции ВВС на мысе Канаверал возле Какао-Бич, Флорида и в SLC-4E, в Стартовые площадки базы ВВС Ванденберг 55 миль к северо-западу от Санта Барбара Калифорния. Запускается в полярные орбиты произошел с Ванденберга, а большинство других запусков произошло с мыса Канаверал.

Титан IV-A

Титан IV-A летал с твердотопливными ракетными двигателями (ТРД) в стальном корпусе, произведенными Подразделением химических систем.^{[нужна цитата ]}

Титан IV-B

Лет спустя^{[когда? ]}, Titan IV-B произошел от семейства Titan III и был похож на Titan 34D. В то время как семейство пусковых установок имело чрезвычайно хорошие показатели надежности в течение первых двух десятилетий, ситуация изменилась в 1980-х годах, когда в 1985 году был потерян Titan 34D, за которым последовал катастрофический взрыв еще одного в 1986 году из-за аварии. SRM отказ.

На корабле Titan IV-B предполагалось использовать новые ГРД с композитным корпусом производства Alliant Technologies. Однако после многочисленных проблем разработки первые несколько запусков Titan IV-B выполнялись с использованием SRM старого образца.

Общие характеристики

• Строитель: Lockheed-Martin Astronautics.
• 

  Низ первой ступени ракеты Titan IVB
  Электростанция:
  • Ступень 0 состояла из двух твердотопливных двигателей.
  • На первом этапе использовался ЖРД LR87-AJ-11.
  • На втором этапе использовался жидкостный двигатель LR91-AJ-11.
  • Дополнительные верхние ступени включали Кентавр и Инерционный разгонный блок.
• Система наведения: A кольцо лазерный гироскоп система наведения производства Honeywell.
• Толкать:
  • Этап 0: Твердотопливные ракетные двигатели обеспечивают при взлете 1,7 миллиона фунтов силы (7,56 МН) на двигатель.
  • Этап 1: LR87-AJ-11 обеспечивал в среднем 548000 фунтов силы (2,44 МН)
  • Этап 2: LR91-AJ-11 обеспечивает в среднем усилие 105 000 фунтов (467 кН).
  • Опциональная верхняя ступень Centaur (RL10A-3-3A) обеспечивала усилие в 33 100 фунтов (147 кН), а инерционная верхняя ступень - до 41 500 фунтов (185 кН).
• Длина: до 204 футов (62 м)
• Возможность подъема:
  • Может вывести на низкую околоземную орбиту до 47 800 фунтов (21 700 кг).
  • до 12,700 фунтов (5,800 кг) в геостационарная орбита при запуске с мыса Канаверал AFS, штат Флорида;
  • и до 38 800 фунтов (17 600 кг) в низкая земля полярная орбита при запуске с авиабазы ​​Ванденберг.
  • на геостационарную орбиту:
    • с верхней ступенью Centaur 12,700 фунтов (5,800 кг)
    • с инерционным верхним каскадом 5250 фунтов (2380 кг)
• Обтекатель полезной нагрузки:^[7]
  • Производитель: McDonnell Douglas Space Systems Co
  • Диаметр: 16,7 футов (5,1 м)
  • Длина: 56, 66, 76 или 86 футов
  • Масса: 11000, 12000, 13000 или 14000 фунтов
  • Конструкция: 3 секции, изосеточная структура, Алюминий
• Максимальный взлетный вес: примерно 2,2 миллиона фунтов (1000000 кг)
• Стоимость: примерно 250–350 миллионов долларов в зависимости от конфигурации запуска.
• Дата развертывания: июнь 1989 г.
• Стартовые площадки: AFS на мысе Канаверал, Флорида, и авиабаза Ванденберг, Калифорния.

Обновления

Стенд модернизации твердотопливного ракетного двигателя

В 1988-89 годах компания R.M. Parsons спроектировала и построила полномасштабную стальную башню и дефлекторную установку, которая использовалась для испытания модернизации твердотопливного ракетного двигателя Titan IV (SRMU). Смоделированы запуск и влияние силы тяги SRMU на космический корабль-шаттл. Чтобы оценить величину силы тяги, SRMU был подключен к стальной башне через системы измерения нагрузки и запущен на месте. Это было первое полномасштабное испытание, проведенное для моделирования воздействия SRMU на основной космический корабль-шаттл.^[8]

Предлагаемые алюминиево-литиевые резервуары

В начале 1980-х гг. Общая динамика разработал план сборки на орбите космического корабля для посадки на Луну. Космический шаттл поднимет Лунный модуль на орбиту, а затем запустится ракета Титан IV с Аполлон -тип Сервисный модуль на рандеву и стыковку. План требовал модернизации Space Shuttle и Titan IV для использования зажигалки. алюминиево-литиевый сплав топливные баки. План так и не был реализован, но в 1990-х годах Шаттл был переоборудован в алюминиево-литиевые резервуары для сближения с сильно наклоненной орбитой российского Мир Космическая станция.^{[нужна цитата ]}

История

Интерактивная 3D-модель Titan IV в собранном виде (слева) и в разобранном виде (справа).

В Семейство ракет Titan была создана в октябре 1955 года, когда ВВС наградили Компания Гленна Л. Мартина (потом Мартин-Мариетта, теперь часть Локхид Мартин ) контракт на строительство межконтинентальная баллистическая ракета (СМ-68 ). Результирующий Титан I была первой в стране двухступенчатой ​​межконтинентальной баллистической ракетой и дополняла МБР Атлас в качестве второй подземной, вертикально хранимой межконтинентальной баллистической ракеты шахтного базирования. Я использовал обе ступени Титана жидкий кислород и РП-1 в качестве топлива.

Последующая версия семейства Титанов, Титан II, представлял собой двухступенчатую эволюцию Титана I, но был гораздо более мощным и использовал другое топливо. Названная LGM-25C, Titan II была самой большой ракетой, разработанной для ВВС США в то время. У Titan II были недавно разработанные двигатели, которые использовали Aerozine 50 и четырехокись азота в качестве топлива и окислителя в самовоспламеняющихся, гиперголический пропеллент комбинация, позволяющая хранить Titan II под землей в готовности к запуску. Titan II был первым транспортным средством Titan, которое использовалось в качестве космической пусковой установки.

Только разработка космического запуска Титан III началась в 1964 году, в результате чего появился Titan IIIA, за которым последовали Titan IV-A и IV-B.

Разработка Titan IV

К середине 1980-х годов правительство Соединенных Штатов было обеспокоено тем, что космический шаттл, предназначенный для запуска всех американских полезных нагрузок и замены всех беспилотных ракет, не будет достаточно надежным для военных и секретных миссий. В 1984 г. Заместитель госсекретаря ВВС США и Директор Национальной разведывательной службы (NRO) Пит Олдридж решила приобрести дополнительные расходные ракеты-носители (CELV) для десяти полезных нагрузок NRO; название произошло из-за ожидания правительства, что ракеты «дополнят» шаттл. Позже переименован в Titan IV,^[9] ракета будет нести только три боевых груза^[10] в паре со ступенями Centaur и летать исключительно с LC-41 на мысе Канаверал. Тем не менее Челленджер авария в 1986 году вызвала новую зависимость от одноразовые пусковые системы, с существенно расширенной программой Titan IV. На момент своего появления Titan IV был самым большим и мощным одноразовая ракета-носитель используется ВВС США.^[11]

В программу пост-Challenger добавлены версии Titan IV с Инерционный разгонный блок (IUS) или отсутствие разгонных ступеней, увеличили количество полетов и переоборудовали LC-40 на мысе для запусков Titan IV. По состоянию на 1991 год было запланировано почти сорок запусков Titan IV и новый, улучшенный SRM (твердотопливный ракетный двигатель ) представлена ​​кожух из легких композитных материалов.

Стоимость программы

В 1990 году в Отобранном отчете о приобретениях Titan IV были оценены общие затраты на приобретение 65 автомобилей Titan IV в течение 16 лет в 18,3 миллиарда долларов США (с поправкой на инфляцию - 35,8 миллиарда долларов США в 2020 году).^[12]

Запуск Кассини – Гюйгенса

В октябре 1997 года была запущена ракета Titan IV-B. Кассини – Гюйгенс, пара зондов отправлена Сатурн. Это был единственный вариант использования Титана IV для запуска вне министерства обороны. Гюйгенс приземлился на Титан 14 января 2005 г. Кассини остался на орбите вокруг Сатурна. Миссия Кассини завершилась 15 сентября 2017 года, когда космический корабль маневрировал в атмосфере Сатурна, чтобы сгореть.

Отставка

Хотя Титан IV был улучшением по сравнению с шаттлом, он был дорогим и ненадежным.^[9] К 1990-м годам также росли опасения по поводу безопасности его токсичного топлива. В Усовершенствованная расходуемая ракета-носитель (EELV) привела к разработке Атлас V, Дельта IV, и Дельта IV Тяжелый ракеты-носители, которые заменили Titan IV и ряд других устаревших систем запуска. Новые EELV устранили использование гиперголического топлива, снизили затраты и стали намного более универсальными, чем унаследованные автомобили.^{[нужна цитата ]}

Сохранившиеся примеры

В 2014 г. Национальный музей ВВС США в Дейтон, Огайо, начал проект по восстановлению ракеты Titan IV-B. Эта попытка увенчалась успехом, выставка открылась 8 июня 2016 года.^[13] Единственные другие уцелевшие компоненты Titan IV выставлены на открытом воздухе в Музей авиации и космонавтики Evergreen в Макминнвилле, штат Орегон, включая основные ступени и части сборки твердотопливного ракетного двигателя.^[14]

История запуска

Сбои при запуске

Титан IV испытал четыре катастрофических неудачных запуска.

Взрыв ускорителя 1993 года

Titan IVA K-11 за несколько мгновений до аварии в августе 1993 года.

2 августа 1993 года Titan IV K-11 поднялся с SLC-4E со спутником NOSS SIGNIT. Что необычно для запусков Министерства обороны США, ВВС пригласили гражданскую прессу для освещения запуска, что стало больше историей, чем предполагалось, когда ракета-носитель взорвалась через 101 секунду после старта. Расследование показало, что один из двух SRM сгорел, что привело к разрушению транспортного средства таким же образом, как и предыдущий отказ 34D-9. Следствие установило, что причиной аварии стал ненадлежащий ремонт.^[15]

После Titan 34D-9 были приняты обширные меры для обеспечения надлежащего рабочего состояния SRM, включая рентгеновское обследование сегментов двигателя во время предпусковых проверок. SRM, которые были установлены на К-11, изначально были отправлены на мыс Канаверал, где рентгеновские лучи выявили аномалии в твердотопливной смеси в одном сегменте. Дефектный участок был удален пирогенным вырезом в блоке пороха. Однако к этому моменту большая часть квалифицированного персонала CSD покинула программу, и поэтому соответствующая ремонтная бригада не знала надлежащей процедуры. После замены они не позаботились о том, чтобы заделать место разреза в блоке пороха. Рентгеновских снимков после ремонта было достаточно для персонала ЦК, чтобы исключить SRM из полета, но затем SRM были отправлены в Ванденберг и все равно одобрены. Результатом стал почти повторение 34D-9; Между ракетным топливом и корпусом ГРД остался зазор, а во время пуска произошел еще один прожог.

1998 IV-A электрическая неисправность

В 1998 году потерпел неудачу Титан К-17 с ВМФ. ELINT Меркурий (спутник) от мыса Канаверал примерно через 40 секунд полета. К-17 было несколько лет, и это был последний запущенный Титан IV-A. Расследование после аварии показало, что ракета-носитель имела десятки поврежденных или потертых проводов и никогда не должна была запускаться в таком рабочем состоянии, но ВВС оказали огромное давление на пусковые бригады, чтобы уложиться в сроки выполнения программы. Фюзеляж «Титана» был заполнен множеством острых металлических выступов, что делало практически невозможным установку, регулировку или снятие проводки без ее повреждения. Контроль качества на заводе Lockheed в Денвере, где собирали автомобили Titan, был охарактеризован как «ужасный».

Ближайшей причиной отказа было короткое замыкание, вызвавшее кратковременное отключение питания компьютера наведения при Т + 39 секунд. После восстановления питания компьютер послал ложную команду вниз и по рысканью вправо. В момент времени T + 40 секунд «Титан» двигался со скоростью, близкой к сверхзвуковой, и не мог справиться с этим действием без поломки конструкции. Внезапный наклон вниз и возникшее в результате аэродинамическое напряжение заставили один из SRM отделиться. ISDS (система непреднамеренного разрушения разделения) сработала автоматически, разорвав SRM и забрав с собой остальную часть ракеты-носителя. В момент времени T + 45 секунд офицер безопасности стрельбища отправил команду на уничтожение, чтобы убедиться, что все оставшиеся большие части ускорителя были разбиты.^[16]

Были предприняты масштабные усилия по восстановлению, как для диагностики причины аварии, так и для извлечения обломков засекреченного спутника. Все обломки Титана ударились о берег, на расстоянии от трех до пяти миль вниз, и по крайней мере 30% ракеты-носителя было извлечено со дна моря. После этого обломки продолжали выносить на берег в течение нескольких дней, и спасательная операция продолжалась до 15 октября.

ВВС настаивали на программе «запуск по требованию» для полезных нагрузок Министерства обороны США, что было практически невозможно осуществить, особенно с учетом длительной подготовки и времени обработки, необходимых для запуска Titan IV (по крайней мере, 60 дней). Незадолго до выхода на пенсию в 1994 г. Чак Хорнер назвал программу «Титан» «кошмаром». График 1998-99 годов предусматривал четыре запуска менее чем за 12 месяцев. Первым из них был Titan K-25, который 9 мая 1998 года успешно облетел спутник Orion SIGNIT. Вторым был отказ К-17, а третьим - отказ К-32.

Неудача стадии разделения

После задержки, вызванной расследованием предыдущей неудачи, запуск К-32 9 апреля 1999 г. осуществлял спутник раннего предупреждения DSP. Вторая ступень IUS не отделилась, и полезная нагрузка оказалась на бесполезной орбите. Расследование этой неисправности показало, что жгуты проводов в ВМС были слишком плотно обернуты изолентой, так что вилка не могла отсоединиться должным образом и препятствовала разделению двух ступеней ВМС.

Ошибка программирования

Четвертым пуском был К-26 30 апреля 1999 г. Milstar спутник связи. Во время фазы полета кентавров контроль крена двигатели запускали разомкнутый контур до тех пор, пока топливо RCS не было исчерпано, в результате чего верхняя ступень и полезная нагрузка быстро вращались. При перезапуске тележка «Кентавр» вышла из-под контроля и оставила свой груз на бесполезной орбите. Было обнаружено, что этот сбой является результатом неправильно запрограммированного уравнения в управляющем компьютере. Ошибка привела к тому, что бортовой компьютер игнорировал данные гироскопа скорости крена.^[17]

Смотрите также

• Сравнение систем запуска тяжелых грузов
• Список запусков Титана, Титан I, II, III и IV

Рекомендации

внешняя ссылка

• Информационный бюллетень USAF Titan IVB
• Видео о зажигании Titan IV
• Кассини Гюйгенс на борту Титана IV-B: видео о запуске
• Ранний лунный доступ