Титан IV

Титан IV

Ракета Titan IV-B с исследовательским аппаратом Cassini-Huygens перед стартом со стартового комплекса 40 на мысе Канаверал , 12 октября 1997 г. (НАСА)
Функция	Тяжелая ракета-носитель
Производитель	Локхид Мартин
Страна происхождения	Соединенные Штаты
Стоимость запуска	432 миллиона долларов США (USD)
Размер
Высота	50-62 м (164-207 футов)
Диаметр	3,05 м (10 футов)
Масса	943 050 кг (2 079 060 фунтов )
Этапы	3-5
Емкость
Полезная нагрузка на НОО
Масса	21 680 кг (47 790 фунтов)
Полезная нагрузка на полярную НОО
Масса	17 600 кг (38 800 фунтов)
Полезная нагрузка на ГСО
Масса	5,760 кг (12,690 фунтов)
Полезная нагрузка для HCO
Масса	5660 кг (12470 фунтов)
Ассоциированные ракеты
Семья	Титан
Сравнимый	Атлас V , Дельта IV Тяжелый , Сокол 9
История запусков
Статус	Ушедший на пенсию
Стартовые площадки	SLC-40 / 41 , мыс Канаверал SLC-4E , авиабаза Ванденберг
Всего запусков	39 [1] ( IVA: 22, IVB: 17)
Успех(и)	35 ( НДС: 20, НДФЛ: 15)
Неудача(и)	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.
Тип пассажиров/груза	Лакросс DSP Milstar Кассини-Гюйгенс
Усилители (IV-A) – UA1207
Количество усилителей	2
Питаться от	Объединенные Технологии UA1207
Максимальная тяга	14,234 МН (3 200 000 фунтов силы )
Удельный импульс	272 секунды (2667 Н·с/кг)
Время горения	120 секунд
Пропеллент	ПБАН
Бустеры (IV-B) – SRMU
Количество усилителей	2
Питаться от	Геркулес USRM [2]
Максимальная тяга	15,12 МН (3 400 000 фунтов силы)
Удельный импульс	286 секунд (2805 Н·с/кг)
Время горения	140 секунд
Пропеллент	HTPB
Первый этап
Питаться от	2 ЛР87 [3]
Максимальная тяга	2440 кН (548 000 фунтов силы)
Удельный импульс	302 секунды (2962 Н·с/кг)
Время горения	164 секунды
Пропеллент	N 2 O 4 / Аэрозин 50
Второй этап
Питаться от	1 ЛР91
Максимальная тяга	467 кН (105 000 фунтов силы)
Удельный импульс	316 секунд (3100 Н·с/кг)
Время горения	223 секунды
Пропеллент	N 2 O 4 / Аэрозин 50
Третья ступень (опциональная) – Кентавр-Т
Питаться от	2 РЛ10
Максимальная тяга	147 кН (33 100 фунтов силы)
Удельный импульс	444 секунды (4354 Н·с/кг)
Время горения	625 секунд
Пропеллент	LH 2 / жидкий кислород
[править на Wikidata]

Titan IV — семейство тяжёлых космических ракет-носителей, разработанных Мартином Мариеттой и эксплуатировавшихся ВВС США с 1989 по 2005 год. ^[4] Запуски проводились с авиабазы ​​Кейп-Канаверал , Флорида ^[5] и с авиабазы ​​Ванденберг , Калифорния. ^[6]

Titan IV была последней из семейства ракет Titan , первоначально разработанных компанией Glenn L. Martin Company в 1958 году. Она была снята с эксплуатации в 2005 году из-за высокой стоимости эксплуатации и опасений по поводу ее токсичных гиперголических топлив и заменена ракетами -носителями Atlas V и Delta IV в рамках программы EELV . Последний запуск (B-30) с мыса Канаверал состоялся 29 апреля 2005 года, а последний запуск с авиабазы ​​Ванденберг — 19 октября 2005 года. ^[7] Компания Lockheed Martin Space Systems построила ракеты Titan IV недалеко от Денвера, штат Колорадо, по контракту с правительством США . ^[1]

Два аппарата Titan IV в настоящее время экспонируются в Национальном музее ВВС США в Дейтоне, штат Огайо , и в Музее авиации и космонавтики Evergreen в Макминнвилле, штат Орегон .

Titan IV был разработан для обеспечения гарантированной возможности запуска полезных нагрузок класса Space Shuttle для ВВС. Titan IV можно было запустить без третьей ступени , инерциальной верхней ступени (IUS) или верхней ступени Centaur .

Titan IV состоял из двух больших твердотопливных ракетных ускорителей и двухступенчатого жидкотопливного ядра. Две сохраняемые ступени жидкотопливного ядра использовали топливо Aerozine 50 и окислитель азотный тетроксид . Эти топлива являются гиперголическими , воспламеняющимися при контакте и жидкими при комнатной температуре, поэтому изоляция бака не требуется. Это позволяло хранить пусковую установку в состоянии готовности в течение длительного времени, но оба топлива чрезвычайно токсичны.

Titan IV можно было запустить с любого побережья: SLC-40 или 41 на авиабазе Кейп-Канаверал около Коко-Бич, Флорида, и с SLC-4E , на стартовых площадках авиабазы ​​Ванденберг в 55 милях к северо-западу от Санта-Барбары, Калифорния. Запуски на полярные орбиты производились с Ванденберга, большинство других запусков производилось с мыса Канаверал.

Titan IV-A летал с твердотопливными ракетными двигателями UA1207 в стальном корпусе (SRM), произведенными Chemical Systems Division. ^{[8] [9] [10]}

Titan IV-B произошел от семейства Titan III и был похож на Titan 34D.

Хотя семейство пусковых установок имело чрезвычайно хорошую репутацию надежности в первые два десятилетия, это изменилось в 1980-х годах с потерей Titan 34D в 1985 году, за которой последовал катастрофический взрыв еще одного в 1986 году из-за отказа SRM . В связи с этим, носитель Titan IV-B был предназначен для использования новых модернизированных твердотопливных ракетных двигателей с композитным корпусом. ^[11] Из-за проблем разработки первые несколько запусков Titan IV-B выполнялись со старыми SRM UA1207.

• 
  Титан IV-А
• 
  Титан-4(01)А Кентавр
• 
  Титан IV-B Кентавр
• 
  Камера сгорания и инжектор ракетного двигателя LR91-AJ-11
• 
  Нижняя часть первой ступени ракеты Titan IV-B

• Изготовитель: Lockheed-Martin Astronautics
• Электростанция:
  • Ступень 0 состояла из двух твердотопливных ракетных двигателей.
  • На первой ступени использовался жидкостный ракетный двигатель LR87-AJ-11.
  • На втором этапе использовался жидкостный ракетный двигатель LR91-AJ-11.
  • Дополнительные верхние ступени включали «Кентавр» и инерциальную верхнюю ступень .
• Система наведения: система наведения на основе кольцевого лазерного гироскопа производства Honeywell .
• Толкать:
  • Этап 0: Твердотопливные ракетные двигатели обеспечивали силу 1,7 миллиона фунтов (7,56 МН) на двигатель при старте.
  • Этап 1: LR87-AJ-11 обеспечивал среднюю силу 548 000 фунтов (2,44 МН)
  • Этап 2: LR91-AJ-11 обеспечивал среднюю силу 105 000 фунтов (467 кН).
  • Опциональная верхняя ступень Centaur (RL10A-3-3A) обеспечивала усилие 33 100 фунтов (147 кН), а инерционная верхняя ступень обеспечивала усилие до 41 500 фунтов (185 кН).
• Длина: до 204 футов (62 м)
• Грузоподъемность:
  • Может выводить на низкую околоземную орбиту до 47 800 фунтов (21 700 кг)
  • до 12 700 фунтов (5800 кг) на геосинхронную орбиту при запуске с космодрома на мысе Канаверал, штат Флорида;
  • и до 38 800 фунтов (17 600 кг) на низкую полярную орбиту Земли при запуске с авиабазы ​​Ванденберг.
  • на геосинхронную орбиту:
    • с верхней ступенью Centaur 12 700 фунтов (5 800 кг)
    • с инерционной верхней ступенью 5250 фунтов (2380 кг)
• Обтекатель полезной нагрузки : ^[12]
  • Производитель: McDonnell Douglas Space Systems Co.
  • Диаметр: 16,7 футов (5,1 м)
  • Длина: 56, 66, 76 или 86 футов
  • Масса: 11 000, 12 000, 13 000 или 14 000 фунтов
  • Конструкция: 3 секции, изорешетчатая структура, алюминий
• Максимальный взлетный вес: около 2,2 млн фунтов (1 000 000 кг)
• Стоимость: около 250–350 миллионов долларов в зависимости от конфигурации запуска.
• Дата развертывания: июнь 1989 г.
• Места запуска: база ВВС на мысе Канаверал, Флорида, и авиабаза Ванденберг, Калифорния.

В 1988–89 годах компания The Ralph M. Parsons Company спроектировала и построила полномасштабную стальную башню и дефлекторную установку, которая использовалась для испытания модернизации твердотопливного ракетного двигателя Titan IV (SRMU). ^[13] Были смоделированы запуск и воздействие силы тяги SRMU на транспортное средство Titan IV. 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 транспортное средство Titan IV. ^[14]

В начале 1980-х годов компания General Dynamics разработала план по сборке лунного посадочного космического корабля на орбите под названием Early Lunar Access . Космический челнок должен был вывести лунный посадочный модуль на орбиту, а затем запустить ракету Titan IV с модифицированной ступенью Centaur G-Prime для сближения и стыковки. План требовал модернизации Space Shuttle и Titan IV для использования более легких топливных баков из алюминиево-литиевого сплава . ^{[15] План так и не был реализован, но в 1990-х годах} внешний бак шаттла был преобразован в алюминиево-литиевые баки для сближения с высоконаклонной орбитой российской космической станции «Мир» . ^[16]

В модели IV-A (40nA) использовались ускорители со стальными корпусами, в модели IV-B (40nB) использовались ускорители с композитными корпусами (SRMU).

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

• Тип 403 не имел верхней ступени для доставки грузов меньшей массы на более высокие орбиты из Ванденберга. ^[17]
• Тип 404 не имел верхней ступени, для более тяжелых полезных нагрузок на низкие орбиты, от Ванденберга. ^[17]
• Тип 405 не имел верхней ступени для доставки грузов меньшей массы на более высокую орбиту с мыса Канаверал. ^[17]

Семейство ракет Titan было создано в октябре 1955 года, когда ВВС заключили контракт с компанией Glenn L. Martin Company (позже Martin-Marietta , теперь часть Lockheed Martin ) на создание межконтинентальной баллистической ракеты ( SM-68 ). Получившаяся в результате ракета Titan I стала первой в стране двухступенчатой ​​МБР и дополнила МБР Atlas в качестве второй подземной, вертикально хранящейся, шахтной МБР. Обе ступени Titan I использовали жидкий кислород и RP-1 в качестве топлива.

Последующая версия семейства Titan, Titan II , была двухступенчатой ​​эволюцией Titan I, но была намного мощнее и использовала другое топливо. Обозначенная как LGM-25C, Titan II была крупнейшей ракетой, разработанной для ВВС США в то время. Titan II имела новые разработанные двигатели, которые использовали Aerozine 50 и азотный тетроксид в качестве топлива и окислителя в самовоспламеняющейся, гиперголической комбинации топлива , что позволяло хранить Titan II под землей готовым к запуску. Titan II был первым транспортным средством Titan, которое использовалось в качестве космической пусковой установки.

Разработка ракеты-носителя Titan III, предназначенной только для запуска в космос , началась в 1964 году, в результате чего появился Titan IIIA, за которым в конечном итоге последовали Titan IV-A и IV-B.

К середине 1980-х годов правительство США беспокоилось, что Space Shuttle, предназначенный для запуска всех американских полезных нагрузок и замены всех беспилотных ракет, будет недостаточно надежным для военных и секретных миссий. В 1984 году заместитель министра ВВС и директор Национального разведывательного управления (NRO) Пит Олдридж решил приобрести дополнительные одноразовые пусковые установки (CELV) для десяти полезных нагрузок NRO; название произошло от ожидания правительства, что ракеты будут «дополнять» шаттл. Позже переименованная в Titan IV, ^[18] ракета должна была нести только три военных полезных нагрузки ^[19] в паре со ступенями Centaur и запускаться исключительно с LC-41 на мысе Канаверал. Однако авария Challenger в 1986 году вызвала возобновление зависимости от одноразовых пусковых систем , и программа Titan IV значительно расширилась. На момент своего появления Titan IV была самой большой и самой мощной одноразовой пусковой установкой, используемой ВВС США. ^[20]

Программа после Challenger добавила версии Titan IV с инерциальной верхней ступенью (IUS) или без верхних ступеней, увеличила количество полетов и переоборудовала LC-40 на мысе для запусков Titan IV. По состоянию на 1991 год было запланировано почти сорок запусков Titan IV, и был представлен новый, улучшенный корпус SRM ( твердотопливного ракетного двигателя ) с использованием легких композитных материалов.

В 1990 году в отчете о выборочных приобретениях Titan IV была оценена общая стоимость приобретения 65 автомобилей Titan IV за 16-летний период в 18,3 млрд долларов США (с учетом инфляции 42,7 млрд долларов США в 2025 году). ^[21]

В октябре 1997 года ракета Titan IV-B запустила Cassini–Huygens , пару зондов, отправленных к Сатурну . Это было единственное использование Titan IV для запуска, не связанного с Министерством обороны. Huygens приземлился на Титане 14 января 2005 года. Cassini остался на орбите вокруг Сатурна. Миссия Cassini завершилась 15 сентября 2017 года, когда космический аппарат был отправлен в атмосферу Сатурна, чтобы сгореть.

Titan IV, хотя и был усовершенствован по сравнению с шаттлом, был дорогим и ненадежным. ^[18] К 1990-м годам также росли опасения по поводу безопасности его токсичных топлив. Программа Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) привела к разработке ракет-носителей Atlas V , Delta IV и Delta IV Heavy , которые заменили Titan IV и ряд других устаревших систем запуска. Новые EELV исключили использование гиперголических топлив, снизили затраты и были гораздо более универсальными, чем устаревшие транспортные средства.

В 2014 году Национальный музей ВВС США в Дейтоне, штат Огайо , начал проект по восстановлению ракеты Titan IV-B. Эта работа увенчалась успехом, и экспозиция открылась 8 июня 2016 года. ^[22] Единственные другие сохранившиеся компоненты Titan IV находятся в Музее авиации и космонавтики Wings Over the Rockies в Денвере, штат Колорадо, где на открытом воздухе выставлены два двигателя Titan Stage 1, один двигатель Titan Stage 2 и межступенчатая «юбка»; ^[23] и в Музее авиации и космонавтики Evergreen в Макминнвилле, штат Орегон, включая основные ступени и части сборки твердотопливного ракетного двигателя. ^[24]

• 
  Titan IV-B в Национальном музее ВВС США
• 
  Titan IV-B в Национальном музее ВВС США
• 
  Titan IV-B в реставрационном ангаре Национального музея ВВС США. Это кормовая часть Stage One с двумя двигателями Aerojet LR87-AJ-11.
• 
  Первая ступень ракеты-носителя Titan IV-B и SRMU в Национальном музее ВВС США
• 
  Titan IV-B в Музее авиации и космонавтики Эвергрин
• 
  Titan IV-B в Музее авиации и космонавтики Эвергрин
• 
  Titan IV-B в Музее авиации и космонавтики Эвергрин

У ракеты Titan IV было четыре катастрофических неудачных запуска.

2 августа 1993 года Titan IV K-11 поднялся с SLC-4E, неся спутник NOSS SIGNIT. Необычно для запусков Министерства обороны, ВВС пригласили гражданскую прессу для освещения запуска, который стал больше похож на историю, чем предполагалось, когда ускоритель взорвался через 101 секунду после старта. Расследование показало, что один из двух SRM прогорел, что привело к разрушению транспортного средства таким же образом, как и более ранний отказ 34D-9. Расследование показало, что причиной аварии стал ненадлежащий ремонт. ^[25]

После Titan 34D-9 были приняты обширные меры для обеспечения надлежащего рабочего состояния SRM, включая рентгеновское просвечивание сегментов двигателя во время предстартовых проверок. SRM, которые отправились на K-11, изначально были отправлены на мыс Канаверал, где рентгеновские лучи выявили аномалии в твердотопливной смеси в одном сегменте. Дефектная область была удалена путем разреза в форме пирога в топливном блоке. Однако к этому моменту большая часть квалифицированного персонала CSD покинула программу, и поэтому ремонтная бригада, о которой идет речь, не знала надлежащей процедуры. После замены они пренебрегли герметизацией области, где был сделан разрез в топливном блоке. Послеремонтных рентгеновских лучей было достаточно для персонала CC, чтобы дисквалифицировать SRM из полета, но SRM были затем отправлены в Ванденберг и все равно одобрены. Результатом стало почти повторение 34D-9; между топливом и корпусом SRM остался зазор, и во время запуска произошло еще одно прогорание.

В 1998 году произошел сбой Titan K-17 с военно-морским радиолокационным узлом Mercury (спутник) с мыса Канаверал примерно через 40 секунд после начала полета. K-17 было несколько лет, и это был последний Titan IV-A, который был запущен. Расследование после аварии показало, что у ускорителя были десятки поврежденных или перетертых проводов, и его никогда не следовало запускать в таком рабочем состоянии, но ВВС оказали огромное давление на команды запуска, чтобы уложиться в сроки программы. Фюзеляж Titan был заполнен многочисленными острыми металлическими выступами, из-за которых было практически невозможно установить, отрегулировать или снять проводку, не повредив ее. Контроль качества на заводе Lockheed в Денвере, где собирались корабли Titan, был описан как «ужасный».

Непосредственной причиной отказа было электрическое короткое замыкание, которое вызвало кратковременное отключение питания компьютера наведения в момент времени T+39 секунд. После восстановления питания компьютер отправил ложную команду на тангаж вниз и рыскание вправо. В момент времени T+40 секунд «Титан» летел со скоростью, близкой к сверхзвуковой, и не мог справиться с этим действием, не получив структурного отказа. Внезапный тангаж вниз и вызванное им аэродинамическое напряжение привели к отделению одного из SRM. Система саморазрушения при непреднамеренном разделении (ISDS) автоматически сработала, разорвав SRM и унеся с собой остальную часть ракеты-носителя. В момент времени T+45 секунд офицер по безопасности на полигоне отправил команду на разрушение, чтобы гарантировать, что все оставшиеся крупные части ускорителя будут разрушены. ^[26]

Были начаты масштабные восстановительные работы, как для диагностики причины аварии, так и для извлечения обломков из секретного спутника. Все обломки Titan упали в море, на расстоянии от трех до пяти миль, и не менее 30% ускорителя было извлечено со дна моря. Обломки продолжали прибивать к берегу в течение нескольких дней после этого, и спасательная операция продолжалась до 15 октября.

Военно-воздушные силы настаивали на программе «запуска по требованию» для полезных нагрузок Министерства обороны, что было практически невозможно осуществить, особенно учитывая длительную подготовку и время обработки, необходимые для запуска Titan IV (не менее 60 дней). Незадолго до выхода на пенсию в 1994 году генерал Чак Хорнер назвал программу Titan «кошмаром». График 1998-99 годов предусматривал четыре запуска менее чем за 12 месяцев. Первым из них был Titan K-25, который успешно вывел на орбиту спутник Orion SIGNIT 9 мая 1998 года. Вторым был провал K-17, а третьим — провал K-32.

После задержки, вызванной расследованием предыдущей неудачи, запуск K-32 9 апреля 1999 года нес спутник раннего предупреждения DSP . Вторая ступень IUS не отделилась, оставив полезный груз на бесполезной орбите. Расследование этой неудачи показало, что жгуты проводов в IUS были слишком туго обмотаны изоляционной лентой, так что вилка не отсоединилась должным образом и не позволила двум ступеням IUS разделиться.

Четвертый запуск состоялся 30 апреля 1999 года с К-26 на борту, на борту спутника связи Milstar . Во время полета на побережье Centaur двигатели управления креном работали в открытом цикле до тех пор, пока не закончилось топливо RCS, что привело к быстрому вращению верхней ступени и полезной нагрузки. При повторном запуске Centaur вышел из-под контроля и оставил свою полезную нагрузку на бесполезной орбите. Этот сбой был признан результатом неправильно введенного параметра базы данных в компьютере наведения. Ошибка привела к тому, что данные гироскопа скорости крена были проигнорированы бортовым компьютером. ^{[27] [28]}

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

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Титан IV» .

• Информационный листок о самолете Titan IVB ВВС США, архив 30.04.2018 на Wayback Machine
• Видеоролики зажигания Titan IV
• Видеоролики запуска «Кассини Гюйгенс» на борту «Титана IV-B»
• Ранний доступ к Луне