泰坦4號運載火箭

泰坦四號系列運載火箭(包括四A型及四B型)為美國空軍所屬的火箭^[1]，發射地點由佛羅里達州的卡納維爾角空軍基地^[2]及加利福尼亞州的范登堡空軍基地^[3]。

泰坦4號運載火箭

1997年10月15日泰坦4號運載火箭發射卡西尼土星探測船
用途	一次性大型運載火箭
製造者	洛克希德馬丁公司
製造國家	美國
單次發射費用	432 百萬美元
每年成本	1999年
外型及質量參數
高度	50-62公尺 (164-207呎)
直徑	3.05公尺 (10呎)
質量	943,050公斤 (2,079,060磅)
節數	3到5節
酬載量
近地軌道 酬載	21,680公斤（47,800英磅）
極軌道 酬載	17,600公斤（38,800英磅）
GSO 酬載	5,760公斤（12,700英磅）
HCO 酬載	5,660公斤（12,480英磅）
相關火箭
本系列	泰坦系列運載火箭
相似型號	擎天神五號運載火箭，三角州重型運載火箭
發射歷史
現況	退役
發射場	卡納維爾角空軍基地複合式LC-40發射台 范登堡空軍基地SLC-4E發射台
總發射次數	39次 (22次泰坦四號A型運載火箭、17次泰坦四號B型運載火箭)
成功次數	35次 (20次泰坦四號A型運載火箭、15次泰坦四號B型運載火箭)
失敗次數	4次 (2次泰坦四號A型運載火箭、2次泰坦四號B型運載火箭)
首次發射	泰坦四號A型運載火箭: 1989年6月14日 泰坦四號B型運載火箭:1997年2月23日
末次發射	泰坦四號A型運載火箭: 1998年8月12日 泰坦四號B型運載火箭:2005年10月19日
著名載荷	Lacrosse DSP Milstar 卡西尼－惠更斯號
(IV-A) – UA1207
引擎	United Technologies UA1207
單引擎推力	14.234 MN (3,200,000 lbf)
比衝量	272 秒
推進時間	120 秒
燃料	固態火箭發動機
(IV-B) – USRM
引擎	Hercules USRM
單引擎推力	15,120千牛頓 (3,400,000 lbf)
比衝量	286 秒
推進時間	140 秒
燃料	固態火箭發動機
第一節
引擎	2 LR87
單引擎推力	2,440千牛頓 (548,000 lbf)
比衝量	302 秒
推進時間	164 秒
燃料	A-50聯胺/四氧化二氮
第二節
引擎	1 LR91
單引擎推力	467千牛頓 (105,000 lbf)
比衝量	316 秒
推進時間	223 秒
燃料	A-50聯胺/四氧化二氮
第三節 (Optional) – Centaur-G
引擎	2 RL-10
單引擎推力	147千牛頓 (33,100 lbf)
比衝量	444 秒
推進時間	625 秒
燃料	液態氫/液態氧

泰坦4號運載火箭於2005年除役，倒數第二次任務(B-30)於2005年4月29日從卡納維爾角空軍基地發射，而最後一次任務於2005年10月19日由范登堡空軍基地發射^[4]。

特徵

泰坦4號運載火箭的研發確保美國空軍有太空梭等級酬載量的火箭，泰坦4號運載火箭可不加裝末端節或兩個末端節(慣性末端節及半人馬座末端節)。

泰坦4號運載火箭由兩枚大型固體火箭推進器及兩節式的液態火箭所組成，發射後的前兩分鐘僅使用固體火箭推進器，發射約兩分鐘後才開啟第一節液態燃料發動機。

第一及第二節的燃料使用50%的聯氨及50%的偏二甲肼混合而成，而氧化劑則是四氧化二氮，這兩種推進劑混合後能自燃(於室溫接觸後即自行點火)，也能於發射前存放在燃料槽中較長的時間。

泰坦4號運載火箭可從佛羅里達州鄰近可可比奇(Cocoa Beach)的卡納維爾角空軍基地SLC-40或41號發射臺發射，也可由加利福尼亞州聖塔芭芭拉北方60英里的范登堡空軍基地SLC-4E發射臺發射，發射地點的選擇則取決於酬載衛星的軌道及其任務目標。

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  泰坦4A
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  泰坦4A半人馬
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  泰坦4B半人馬
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  LR91-AJ-11 火箭引擎的推力室與噴注盤
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  泰坦4B運載火箭底部

背景

泰坦一號運載火箭的第一節及第二節皆使用煤油及液態氧為推進劑，泰坦系列運載火箭的下一個型號，泰坦二號運載火箭，和泰坦一號運載火箭相似，但酬載量也更大，指定為LGM-25C，泰坦二號運載火箭為當時美國空軍所研發最大的飛彈，新研發的引擎開始以50%聯氨及50%偏二甲基及四氧化二氮為推進劑。

泰坦系列運載火箭的創建為美國空軍於1955年10月授權洛克希德馬丁公司(the former Glenn L. Martin Company)建造長程洲際彈道飛彈(SM-68)，之後則衍變為泰坦一號運載火箭，是美國第一枚兩節式的長程洲際彈道飛彈且取代了擎天神長程洲際彈道飛彈成為美國的第二型長程洲際彈道飛彈。

泰坦三號系列運載火箭於1961年發展出泰坦IIIA運載火箭，一年後，與泰坦34D運載火箭相似的泰坦IIIB運載火箭也從泰坦三號系列運載火箭發展出來。泰坦4A運載火箭在1998年8月進行最後一次發射，泰坦4B運載火箭於1997年2月23日進行首次發射，泰坦4B運載火箭為裝設新導航系統的改良型，飛行終止系統，地面檢查系統及固態輔助火箭也稍做修改，總推力亦增加了25%。

於1980年代早期，通用動力公司(General Dynamics)計畫使用太空梭發射探月艙組進入軌道，再以泰坦4號運載火箭發射類似阿波羅太空載具的載人艙組與之接合，並建造登月小艇以登陸月球，此計畫需要太空梭及泰坦4號運載火箭使用鋁-鋰合金的燃料槽取代鋁製燃料槽以達較大的酬載量，本計畫直到1990年代太空梭及泰坦4號運載火箭皆改用鋁-鋰合金的燃料槽後而可飛抵較高軌道與俄羅斯和平號太空站接合才有實現可能。泰坦4B運載火箭於擎天神五號運載火箭及三角洲四號重型運載火箭研製成功後也在2005年除役。

泰坦IVB運載火箭於1997年10月15日發射美國國家航空暨太空總署的卡西尼土星探測船。

技術特徵

• 主要功能:酬載衛星
• 製造公司:洛克希德-馬丁公司
• 引擎型號:
  • 第0節(輔助火箭)為兩枚固態燃料火箭
  • 第一節使用LR87液態推進劑引擎
  • 第二節使用LR91液態推進劑引擎
  • 第三節引擎依發射衛星可選擇半人馬座火箭或慣性火箭
• 導航系統:荷尼威爾公司(Honeywell)所製造的環狀雷射導航系統。
• 推力:單枚固態輔助火箭於發射時提供1.7百萬磅(7.56百萬牛頓)推力。
  • 第一節引擎平均推力約548,000磅(2.44百萬牛頓)。
  • 第二節引擎平均推力約105,000磅(467千牛頓)。
  • 半人馬座火箭引擎推力為33,100磅(147千牛頓)，慣性火箭最大推力為41,500磅(185千牛頓)。
• 火箭長度:最長達62.17公尺(204呎)。
• 酬載能力:
  • 最多可酬載21,680公斤(47,800磅)衛星至低地球軌道。
  • 在佛羅里達州卡納維爾角空軍基地發射最多可酬載5,760公斤(12,700磅)衛星至地球同步軌道。
  • 在加利福尼亞州范登堡空軍基地發射最多可酬載17,600公斤(38,800磅)衛星至低地球極地軌道。
  • 地球同步軌道酬載能力:
    • 第三節使用半人馬座火箭為5,760公斤(12,700磅)
    • 第三節使用慣性火箭為2,380公斤(5,250磅)
• 發射時最大質量:總重1,000,000公斤(2.2百萬磅)
• 發射費用:總價2.5~3.5億美元，依火箭結構不同而有所變動
• 部署日期:1989年6月。
• 發射地點:佛羅里達州的卡納維爾角空軍基地及加利福尼亞州的范登堡空軍基地。

技術升級

固體火箭引擎升級測試台

1988–89 年，Ralph M. Parsons 公司設計並建造了一座模擬泰坦4火箭的全尺寸試車台，用於測試泰坦4升級版固體推進器（SRMU）。^[5] 並對SRMU 推力對運載火箭的影響進行了建模分析。為了評估推力的大小，SRMU 通過測量系統連接到試車台並進行靜態點火測試。這是升級版固體推進器的首次全尺寸測試，以模擬其對運載火箭的影響。^[6]

鋁鋰合金貯箱

20 世紀 80 年代初期，通用動力提出了一項計畫，旨在在軌道上組裝一艘登月太空載具。太空梭將月球著陸器送入軌道，然後泰坦4火箭搭載改進的半人馬-G上層級 節火箭升空，與月球著陸器會合併對接。該計畫要求將現有的太空梭和泰坦4上改用更輕的鋁鋰合金 推進劑箱。^[7] 該計畫最終未能實現，但在 1990 年代，太空梭的外部燃料箱被改裝為鋁鋰合金燃料箱，以便與俄羅斯和平號太空站的高傾角軌道會合。^[8]

歷史

泰坦 IV 的交互式 3D 模型，左側為組裝完整狀態，右側為分解視圖

泰坦火箭系列始於1955年10月，當時空軍授予格倫·L·馬丁公司（後來的馬丁·瑪麗埃塔公司，現在為洛克希德·馬丁公司的一部分）一份建造洲際彈道飛彈SM-68 泰坦（英語：SM-68 Titan）的合同。由此研製的泰坦 1 成為美國首枚兩級洲際彈道飛彈，並與SM-65擎天神飛彈共同構成第二種採用地下發射井垂直存儲、部署的洲際彈道飛彈。泰坦1的兩個級均使用液氧和 RP-1 （煤油） 作為推進劑。

泰坦系列的後續版本——泰坦2，是泰坦1的兩級改進型，但性能更為強大，並採用了不同的推進劑。泰坦2（代號 LGM-25C）在當時是美國空軍研製的最大飛彈。泰坦2配備了新研發的引擎，採用混肼50（英語：Aerozine 50） (Aerozine 50)與四氧化二氮(NTO)作為燃料和氧化劑，這種自燃推進劑組合使得泰坦2能夠在地下長期儲存隨時待命。泰坦2也是首個被用作航太發射器的泰坦系列運載火箭。

專用於航太發射的泰坦3的開發始於1964年，其成果為泰坦3A，隨後又陸續推出泰坦 4-A 和 4-B。

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  泰坦4B在美國空軍國家博物館
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  泰坦4B在美國空軍國家博物館
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  泰坦4B在美國空軍國家博物館的修復機庫中，一級尾部裝有兩台LR87-AJ-11 引擎。
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  泰坦4B的一級和 SRMU 在美國空軍國家博物館
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  泰坦4B 在俄勒岡州常青航空太空博物館（英語：Evergreen Aviation & Space Museum）
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  泰坦4B在俄勒岡州常青航空太空博物館
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  泰坦4B在俄勒岡州常青航空太空博物館

失利