泰坦4号运载火箭

泰坦四号系列运载火箭(包括四A型及四B型)为美国空军所属的火箭^[1]，发射地点由佛罗里达州的卡纳维尔角空军基地^[2]及加利福尼亚州的范登堡空军基地^[3]。

泰坦4号运载火箭

1997年10月15日泰坦4号运载火箭发射卡西尼土星探测船
用途	一次性大型运载火箭
制造者	洛克希德马丁公司
制造国家	美国
单次发射费用	432 百万美元
每年成本	1999年
外型及质量参数
高度	50-62公尺 (164-207呎)
直径	3.05公尺 (10呎)
质量	943,050公斤 (2,079,060磅)
级数	3到5节
业载量
近地轨道 有效载荷	21,680千克（47,800磅）
极轨道 有效载荷	17,600千克（38,800磅）
GSO 有效载荷	5,760千克（12,700磅）
HCO 有效载荷	5,660千克（12,480磅）
相关火箭
本系列	泰坦系列运载火箭
相似型号	擎天神五号运载火箭，三角州重型运载火箭
发射历史
现状	退役
发射场	卡纳维尔角空军基地复合式LC-40发射台 范登堡空军基地SLC-4E发射台
总发射次数	39次 (22次泰坦四号A型运载火箭、17次泰坦四号B型运载火箭)
成功次数	35次 (20次泰坦四号A型运载火箭、15次泰坦四号B型运载火箭)
失败次数	4次 (2次泰坦四号A型运载火箭、2次泰坦四号B型运载火箭)
首次发射	泰坦四号A型运载火箭: 1989年6月14日 泰坦四号B型运载火箭:1997年2月23日
末次发射	泰坦四号A型运载火箭: 1998年8月12日 泰坦四号B型运载火箭:2005年10月19日
著名载荷	Lacrosse DSP Milstar 卡西尼－惠更斯号
(IV-A) – UA1207
发动机	United Technologies UA1207
单发推力	14.234 MN (3,200,000 lbf)
比冲	272 秒
推进时间	120 秒
燃料	固态火箭发动机
(IV-B) – USRM
发动机	Hercules USRM
单发推力	15,120千牛顿 (3,400,000 lbf)
比冲	286 秒
推进时间	140 秒
燃料	固态火箭发动机
第一级
发动机	2 LR87
单发推力	2,440千牛顿 (548,000 lbf)
比冲	302 秒
推进时间	164 秒
燃料	A-50联胺/四氧化二氮
第二级
发动机	1 LR91
单发推力	467千牛顿 (105,000 lbf)
比冲	316 秒
推进时间	223 秒
燃料	A-50联胺/四氧化二氮
第三级 (Optional) – Centaur-G
发动机	2 RL-10
单发推力	147千牛顿 (33,100 lbf)
比冲	444 秒
推进时间	625 秒
燃料	液态氢/液态氧

泰坦4号运载火箭于2005年除役，倒数第二次任务(B-30)于2005年4月29日从卡纳维尔角空军基地发射，而最后一次任务于2005年10月19日由范登堡空军基地发射^[4]。

特征

泰坦4号运载火箭的研发确保美国空军有太空梭等级酬载量的火箭，泰坦4号运载火箭可不加装末端节或两个末端节(惯性末端节及半人马座末端节)。

泰坦4号运载火箭由两枚大型固体火箭助推器及两节式的液态火箭所组成，发射后的前两分钟仅使用固体火箭助推器，发射约两分钟后才开启第一节液态燃料发动机。

第一及第二节的燃料使用50%的联氨及50%的偏二甲肼混合而成，而氧化剂则是四氧化二氮，这两种推进剂混合后能自燃(于室温接触后即自行点火)，也能于发射前存放在燃料槽中较长的时间。

泰坦4号运载火箭可从佛罗里达州邻近可可比奇(Cocoa Beach)的卡纳维尔角空军基地SLC-40或41号发射台发射，也可由加利福尼亚州圣塔芭芭拉北方60英里的范登堡空军基地SLC-4E发射台发射，发射地点的选择则取决于酬载卫星的轨道及其任务目标。

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  泰坦4A
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  泰坦4A半人马
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  泰坦4B半人马
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  LR91-AJ-11 火箭发动机的推力室与喷注盘
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  泰坦4B运载火箭底部

背景

泰坦一号运载火箭的第一节及第二节皆使用煤油及液态氧为推进剂，泰坦系列运载火箭的下一个型号，泰坦二号运载火箭，和泰坦一号运载火箭相似，但酬载量也更大，指定为LGM-25C，泰坦二号运载火箭为当时美国空军所研发最大的飞弹，新研发的引擎开始以50%联氨及50%偏二甲基及四氧化二氮为推进剂。

泰坦系列运载火箭的创建为美国空军于1955年10月授权洛克希德马丁公司(the former Glenn L. Martin Company)建造长程洲际弹道飞弹(SM-68)，之后则衍变为泰坦一号运载火箭，是美国第一枚两节式的长程洲际弹道飞弹且取代了擎天神长程洲际弹道飞弹成为美国的第二型长程洲际弹道飞弹。

泰坦三号系列运载火箭于1961年发展出泰坦IIIA运载火箭，一年后，与泰坦34D运载火箭相似的泰坦IIIB运载火箭也从泰坦三号系列运载火箭发展出来。泰坦4A运载火箭在1998年8月进行最后一次发射，泰坦4B运载火箭于1997年2月23日进行首次发射，泰坦4B运载火箭为装设新导航系统的改良型，飞行终止系统，地面检查系统及固态辅助火箭也稍做修改，总推力亦增加了25%。

于1980年代早期，通用动力公司(General Dynamics)计划使用太空梭发射探月舱组进入轨道，再以泰坦4号运载火箭发射类似阿波罗太空船的载人舱组与之接合，并建造登月小艇以登陆月球，此计划需要太空梭及泰坦4号运载火箭使用铝-锂合金的燃料槽取代铝制燃料槽以达较大的酬载量，本计划直到1990年代太空梭及泰坦4号运载火箭皆改用铝-锂合金的燃料槽后而可飞抵较高轨道与俄罗斯和平号太空站接合才有实现可能。泰坦4B运载火箭于擎天神五号运载火箭及三角洲四号重型运载火箭研制成功后也在2005年除役。

泰坦IVB运载火箭于1997年10月15日发射美国太空总署的卡西尼土星探测船。

技术特征

• 主要功能:酬载卫星
• 制造公司:洛克希德-马丁公司
• 引擎型号:
  • 第0节(辅助火箭)为两枚固态燃料火箭
  • 第一节使用LR87液态推进剂引擎
  • 第二节使用LR91液态推进剂引擎
  • 第三节引擎依发射卫星可选择半人马座火箭或惯性火箭
• 导航系统:荷尼威尔公司(Honeywell)所制造的环状雷射导航系统。
• 推力:单枚固态辅助火箭于发射时提供1.7百万磅(7.56百万牛顿)推力。
  • 第一节引擎平均推力约548,000磅(2.44百万牛顿)。
  • 第二节引擎平均推力约105,000磅(467千牛顿)。
  • 半人马座火箭引擎推力为33,100磅(147千牛顿)，惯性火箭最大推力为41,500磅(185千牛顿)。
• 火箭长度:最长达62.17公尺(204呎)。
• 酬载能力:
  • 最多可酬载21,680公斤(47,800磅)卫星至低地球轨道。
  • 在佛罗里达州卡纳维尔角空军基地发射最多可酬载5,760公斤(12,700磅)卫星至地球同步轨道。
  • 在加利福尼亚州范登堡空军基地发射最多可酬载17,600公斤(38,800磅)卫星至低地球极地轨道。
  • 地球同步轨道酬载能力:
    • 第三节使用半人马座火箭为5,760公斤(12,700磅)
    • 第三节使用惯性火箭为2,380公斤(5,250磅)
• 发射时最大质量:总重1,000,000公斤(2.2百万磅)
• 发射费用:总价2.5~3.5亿美元，依火箭结构不同而有所变动
• 部署日期:1989年6月。
• 发射地点:佛罗里达州的卡纳维尔角空军基地及加利福尼亚州的范登堡空军基地。

技术升级

固体火箭发动机升级测试台

1988–89 年，Ralph M. Parsons 公司设计并建造了一座模拟泰坦4火箭的全尺寸试车台，用于测试泰坦4升级版固体助推器（SRMU）。^[5] 并对SRMU 推力对运载火箭的影响进行了建模分析。为了评估推力的大小，SRMU 通过测量系统连接到试车台并进行静态点火测试。这是升级版固体助推器的首次全尺寸测试，以模拟其对运载火箭的影响。^[6]

铝锂合金贮箱

20 世纪 80 年代初期，通用动力提出了一项计划，旨在在轨道上组装一艘登月航天器。航天飞机将月球着陆器送入轨道，然后泰坦4火箭搭载改进的半人马-G上面级 级火箭升空，与月球着陆器会合并对接。该计划要求将现有的航天飞机和泰坦4上改用更轻的铝锂合金 推进剂箱。^[7] 该计划最终未能实现，但在 1990 年代，航天飞机的外部燃料箱被改装为铝锂合金燃料箱，以便与俄罗斯和平号空间站的高倾角轨道会合。^[8]

历史

泰坦 IV 的交互式 3D 模型，左侧为组装完整状态，右侧为分解视图

泰坦火箭系列始于1955年10月，当时空军授予格伦·L·马丁公司（后来的马丁·玛丽埃塔公司，现在为洛克希德·马丁公司的一部分）一份建造洲际弹道导弹SM-68 泰坦（英语：SM-68 Titan）的合同。由此研制的泰坦 1 成为美国首枚两级洲际弹道导弹，并与SM-65宇宙神导弹共同构成第二种采用地下发射井垂直存储、部署的洲际弹道导弹。泰坦1的两个级均使用液氧和 RP-1 （煤油） 作为推进剂。

泰坦系列的后续版本——泰坦2，是泰坦1的两级改进型，但性能更为强大，并采用了不同的推进剂。泰坦2（代号 LGM-25C）在当时是美国空军研制的最大导弹。泰坦2配备了新研发的发动机，采用混肼50（英语：Aerozine 50） (Aerozine 50)与四氧化二氮(NTO)作为燃料和氧化剂，这种自燃推进剂组合使得泰坦2能够在地下长期储存随时待命。泰坦2也是首个被用作航天发射器的泰坦系列运载火箭。

专用于航天发射的泰坦3的开发始于1964年，其成果为泰坦3A，随后又陆续推出泰坦 4-A 和 4-B。

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  泰坦4B在美国空军国家博物馆
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  泰坦4B在美国空军国家博物馆
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  泰坦4B在美国空军国家博物馆的修复机库中，一级尾部装有两台LR87-AJ-11 发动机。
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  泰坦4B的一级和 SRMU 在美国空军国家博物馆
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  泰坦4B 在俄勒冈州常青航空航天博物馆（英语：Evergreen Aviation & Space Museum）
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  泰坦4B在俄勒冈州常青航空航天博物馆
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  泰坦4B在俄勒冈州常青航空航天博物馆

失利