航天科普(十七)【大力神(TITAN)系列運載火箭】

注:
【1】Titan有“大力神”和“泰坦”兩種翻譯,本文全部取“大力神”作為該系列火箭的名稱。
【2】Gemini有“雙子座”和“雙子星”兩種翻譯,本文全部取“雙子星”作為該飛船的名稱。
【3】大力神系列的芯級(或一級)、二級全部使用普通不共底儲箱。
大力神是美國1959年至2005年間使用的火箭家族。大力神1號和大力神2號在1987年之前都是USAF洲際彈道導(dǎo)彈艦隊的一部分。在總共368次大力神的發(fā)射中,運載火箭占了絕大多數(shù),其中包括20世紀60年代中期雙子座項目的所有飛行任務(wù)。大力神運載火箭還被用發(fā)射軍用載荷和少許商業(yè)載荷,并且發(fā)射了一系列著名的探測器,例如旅行者雙兄弟等。

總覽
大力神計劃起源于1955年開始研制的大力神1洲際彈道導(dǎo)彈,采用液氧/煤油推進劑,于1959年2月6日成功首飛,共進行了67次飛行。大力神1導(dǎo)彈很快被大力神2導(dǎo)彈所替代。大力神2導(dǎo)彈采用四氧化二氮/混肼-50作推進劑,縮短了發(fā)射準(zhǔn)備時間: 1962年3月16日成功首飛,至1988年退役,共進行了81次飛行。1962年初,在大力神2導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上研制大力神2運載火箭,用于執(zhí)行雙子星載人飛船計劃;從1964年4月完成首飛后,共執(zhí)行12次雙子星飛船發(fā)射任務(wù),其中10次是載人發(fā)射。1986年, 開始把退役的大力神導(dǎo)彈改裝成執(zhí)行航天發(fā)射任務(wù)的運載火箭,型號為大力神2SLV或大力神2G, 1988年9月完成首飛。
大力神3運載火箭的研制始于1961年,與大力神2相比,增加了推進劑加注量,增設(shè)了可二次啟動的上面級(過渡級),提高了液體發(fā)動機推力:同時可根據(jù)任務(wù)需要,采用直徑3.05 m的五段式或五段半式固體火箭發(fā)動機作為助推級。大力神3在1964年9月進行了首次飛行試驗。根據(jù)任務(wù)的不同共有8種不同的型號:大力神3A-過渡級無SRM (1964年首飛,4次試驗飛行)、大力神3B-阿金納(1966年首飛,共發(fā)射57次)、大力神3C-過渡級-SRM (1965 年首飛,共發(fā)射36次)、大力神3D-SRM (1971年首飛,共發(fā)射22次)、大力神3E-半人馬座-SRM (1974年首飛,共發(fā)射7次)、大力神34B-阿金納(1975年首飛,共發(fā)射11次)、大力神34D-過渡級-SRM (五段半式助推器) (1982年首飛,共發(fā)射15次)、商業(yè)大力神3-SRM (五段半式助推器) (1989 年首飛,共發(fā)射4次)。大力神3總共發(fā)射156次。作為對航天飛機的補充,1985 年開始研制大力神4運載火箭。最初計劃僅在卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射10枚火箭,后來由于1986年1月挑戰(zhàn)者號失事的原因,計劃又增加了13枚火箭,其結(jié)構(gòu)形式有5種。同時也對固體推進劑火箭發(fā)動機進行了改進,以提高大力神運載火箭的可靠性和性能。針對這個要求,范登堡和卡納維拉爾角空軍基地兩個發(fā)射場改造了發(fā)射設(shè)備,卡納維拉爾角空軍基地增加了固體發(fā)動機裝配、維修設(shè)備。1989年12月計劃擴大到41枚火箭,在卡納維拉爾角空軍基地增加1個發(fā)射臺(LC-40,現(xiàn)外租給SpaceX),在兩個發(fā)射場安裝了先進的地面計算機系統(tǒng)。此外,芯級增加了先進的航天電子設(shè)備、改進的液壓系統(tǒng)和火工品。從1989年6月14日大力神4A-SRM (七段式助推器)火箭首次發(fā)射起,大力神4系列火箭總共執(zhí)行了39次飛行任務(wù),其中大力神4A發(fā)射22次、大力神4B發(fā)射17次。從1964年9月首次發(fā)射到2005年10月19日完成最后一次發(fā)射,大力神運載火箭共飛行220次,成功率接近95%。相對于新型運載火箭而言,大力神火箭發(fā)射成本昂貴,而且耗時較長,美國軍方已將視線轉(zhuǎn)移到更廉價的運載火箭上。大力神的退役將為相對更廉價、更可靠的宇宙神5與德爾它4等新型火箭讓路。

一切的開端:大力神1號(ICBM)
馬丁·瑪麗埃塔(Martin Marietta,后與洛克希德公司合并為洛克希德·馬丁)SM-68A/HGM-25A“大力神1號”是美國第一枚多級洲際彈道導(dǎo)彈(ICBM),從1959年到1962年一直在使用。雖然SM-68A只運行了三年,但它衍生出了許多后續(xù)型號,這些型號是美國武器庫和太空發(fā)射能力的重要部分。大力神1號在大力神家族中是獨一無二的,它使用液氧和RP-1作為推進劑。所有后來的版本都改用偏二甲肼/混肼50推進劑。
“大力神”最初是作為空軍SM-65 Atlas導(dǎo)彈研制出現(xiàn)問題的備用(宇宙神家族運載火箭的前身),最終被Atlas擊敗。不管怎樣,部署還是繼續(xù)進行,以更快地增加待命導(dǎo)彈的數(shù)量,因為大力神的導(dǎo)彈發(fā)射井比Atlas更具生存能力。
LGM-25C(大力神二號)在美國的核威懾力量中服役到1987年,它的容量和射程相對于大力神1號也有所增加。

大力神一號數(shù)據(jù)
升空推力:132.1t
整箭質(zhì)量:105.1t
芯徑:3.1m
總長度:31m
發(fā)射費用:15w美元(1962年幣值)
一級:
總質(zhì)量:76.2t
空重:4t
推力(真空):149.5t
推力(海平面):132.1t
比沖(真空):290 s
比沖(海平面):256s
燃燒時間:138s
直徑:3.1m
跨度:3.1m
長度:16.0m
推進劑:液氧+煤油
引擎數(shù):LR-87-AJ-3*2

二級:
總重量:28.9t
空重:1.73t
推力(真空):36.3t
比沖(真空):308 s
燃燒時間:225s
直徑:2.3m
跨度:2.3m
長度:9.8m
推進劑:液氧+煤油
引擎:LR-91-AJ-3



大力神2號(運載火箭)
大力神2系列運載火箭共有大力神2LV-4、大力神2SLV和大力神2S等3種型號。

大力神2LV-4 (TITAN 2LV-4)
大力神系列運載火箭中最早投入使用的是為雙子星載人飛船計劃服務(wù)的大力神2LV-4火箭,又名雙子星運載火箭。雙子星-大力神2火箭雖為NASA民用計劃,但美國空軍不僅直接參與了火箭的研制與發(fā)射,而且還利用雙子星飛船的12飛行,進行了各種試驗,而且大力神2LV-4是專為載人定制的火箭,所以只發(fā)射過12發(fā),但全部成功。
大力神2LV-4火箭是在大力神2洲際導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,1962年初開始改型。NASA選用大力神2火箭作為雙子星飛船的運載工具的原因是:
1)大力神2火箭是當(dāng)時美國運載能力最大的火箭,只有它具有發(fā)射觀子星飛船的能力;
2)大力神2火箭采用可儲推進劑,便于操作、處理并具有長時間停放和隨時發(fā)射的特點,適合于載人飛行和空間交會對接任務(wù)。
為滿足載人飛行的以下4項要求,對大力神2火箭采取了11項改進措施。
4項要求是:
【1】適應(yīng)人的生理特點;
【2】提高可靠性,保障飛行絕對安全(扯淡);
【3】發(fā)生災(zāi)難性故障時航天員能及時脫險(扯淡);
【4】改善火箭性能,提高任務(wù)成功率。
11項改進措施是:
【1】增設(shè)故障探測系統(tǒng);
【2】改用冗余制導(dǎo)和控制系統(tǒng);
【3】改用冗余電源系統(tǒng);
【4】一子級改用冗余液壓系統(tǒng);
【5】用水星計劃的無線電制導(dǎo)系統(tǒng)代替原大力神2的慣性制導(dǎo)系統(tǒng);
【6】改進推進系統(tǒng);
【7】改進發(fā)射場飛行中止系統(tǒng);
【8】改進測量系統(tǒng);
【9】二子級氧化劑箱前增設(shè)用于對接飛船的前裙段;
【10】改進二子級儀器架;
【11】取消反推火箭和游機。
大力神2LV-4火箭從卡納維拉爾角SLC-10工位發(fā)射。1964年4月8日首次飛行,截至1966年11月共進行12次飛行,成功率為100%,1966年底停止使用。
大力神2LV-4火箭是大力神家族的一大轉(zhuǎn)折點,LR-87和LR-91系列引擎在極少的改動下從原來的“喝煤油”變成了“喝混肼”,也就是從煤油燃料變?yōu)榱擞卸境厝剂?span id="5tt3ttt3t" class="color-gray-02">(主要是因為ICBM使用常溫燃料更具有優(yōu)勢)。


大力神2LV-4數(shù)據(jù)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):2
全長:33.2m
最大直徑:3.05m
起飛質(zhì)量:148.3t
起飛推力:195.9t
推重比:1.3
運載能力:3.62t (483 km,28.5°圓近地軌道)
整箭材料:2014鋁合金(蒙皮),7075鋁合金(隔框、桁條和大梁)
【2】一級數(shù)據(jù)
級長:21.64 m
直徑:3.05 m
發(fā)動機:LR-87-AJ-7*2
推進劑:四氧化二氮/混肼50
海平面推力:195t
真空比沖:298.9
工作時間:~150s

【3】二級數(shù)據(jù)
級長:5.79 m
直徑:3.05 m
發(fā)動機:LR 91-AJ-7*1
推進劑:四氧化二氮/混肼50
真空推力:45.3t
真空比沖:312.9s
工作時間:~180s
【4】換發(fā)換燃料?不不不,只是換燃料!
(Up你這不是扯淡嗎,發(fā)動機不大改怎么換燃料???)
LR-91和LR-87是世界上幾個換燃料而又不大改的發(fā)動機之二,在盡可能少的改動下,讓煤油機換成毒發(fā),主要目的是為了戰(zhàn)備(不要忘了大力神2號運載火箭是從大力神2號ICBM改過來的),從此,大力神開啟了“美國毒發(fā)教父”的一生。


大力神2SLV (TITAN 2SLV)
1986年美國國會要求USAF將退役的56枚大力神2ICBM改造成為具有中、低量級極地軌道運載能力、發(fā)射費用低于航天飛機的運載火箭。當(dāng)年10月便由馬丁·瑪麗埃塔公司按4.84億美元(1986年幣值)合同對13枚導(dǎo)彈進行改造。1987 年10月公布的每枚成本為2460萬美元。改造的項目有:改造二子級前部結(jié)構(gòu),以適應(yīng)麥克唐納·道格拉斯公司3.05 m直徑大力神34D有效載荷整流罩;修整發(fā)動機;改進德爾可公司慣性制導(dǎo)系統(tǒng);研制和安裝指令、自毀和遇測系統(tǒng)。
大力神2SLV (又稱大力神2G)為二級火箭,從范登堡基地發(fā)射的185km極地軌道運載能力(不是SSO)為1.9t,從卡納維拉爾角發(fā)射的185 km、28.6°的LEO運載能力為3.2t。 它也可加上面級發(fā)射SSO和GEO軌道衛(wèi)星,它與Star-37發(fā)動機上面級配合,可將3t有效載荷送入~550km的SSO;與SSPS上面級配合,從卡納維拉爾角發(fā)射,可將1t有效載荷送入GTO。大力神2SLV火箭于1988年9月進行首次發(fā)射,到1994年年底共發(fā)射5次,成功率為100%。


大力神2SLV數(shù)據(jù)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):2
全長:36~42.9 m
直徑:3.05 m .
起飛質(zhì)量:155t
起飛推力:195t
推重比:1.26
運載能力(185?km極地軌道):1.9t
【2】一級數(shù)據(jù)
級長:21.43 m
直徑:3.05 m
子級質(zhì)量:122 t
推進劑質(zhì)量:118t
發(fā)動機:LR-87-AJ-5*2
推進劑:四氧化二氮/混肼50
海平面推力:195t
真空平均推力:213t
真空比沖:295.9s
工作時間:147s
【3】二級數(shù)據(jù)
級長:8.56 m .
直徑:3.05 m
子級質(zhì)量:30t
發(fā)動機:LR-91-AJ-5*1
推進劑:四氧化二氮/混肼50.
真空推力:45.3t
真空比沖:315.9s
工作時間:182s
【4】整流罩(加長版)數(shù)據(jù)
長度:9.2 m
外直徑:3.05 m
總質(zhì)量:909 kg
內(nèi)直徑:2.83 m


大力神2S(TITAN 2S)【停留在PPT】
大力神2S火箭是計劃由大力神2SLV發(fā)展而來的運載火箭一該火箭以大力神2SLV作為芯級,一子級捆綁2~10臺Castor-4A發(fā)動機。加裝4枚、8枚或10枚固體推進劑助推器的大力神2S的185 km極地軌道運載能力分別為2680kg、3360 kg和3720 kg?;鸺部杉友bStar 63-F固體推進劑發(fā)動機三子級。三級狀態(tài)的大力神2S的28°傾角近地軌道最大運載能力為4896.7 kg。


大力神2S數(shù)據(jù)(10助推)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):3+助推
全長:39m?
最大直徑:5.1m
起飛質(zhì)量:272.76 t
起飛推力:468.4t
推重比:1.72
LEO運載能力:4.9t
逃逸軌道運力:1.1t
【2】助推數(shù)據(jù)
長度:11.18 m
直徑:1.01 m
發(fā)動機:TX-780*10
海平面推力:46.8t*6
每臺工作時間:~60s
【3】上面級
級長:2.72 m
直徑:1.62 m
發(fā)動機:STAR 63-F
平均推力:



大力神3系列
大力神3火箭是美國國防部主持研制的第1種航天運載火箭。1961年提出設(shè)想,1962年12月開始研制,1964年9月進行首次發(fā)射,至1983年6月大力神3系列火箭執(zhí)行最后一次任務(wù)為止,共發(fā)射126次,失敗9次,成功率為92.86%。大力神3系列火箭共有A, B, C, D和E共5種母型號。該系列火箭可用作單星或多星發(fā)射。發(fā)射的有效載荷有LEO、極軌道、GEO、HEO和日心軌道等各種衛(wèi)星?;鸺龔臇|部卡納維拉爾角或西部范登堡空軍基地發(fā)射。

大力神3A (TITAN 3A)
大力神3A是大力神2運載火箭的改型,由換用了LR-87-AJ-9 和LR-91-AJ-9發(fā)動機的大力神2一、二子級和新的上面級一過渡級 (詳見大力神3C)組成?;鸺?964年9月1日首飛,飛行4次后由大力神3B火箭取代。失敗1次(首飛失?。?/span>,成功率為75%?;鸺繌目{維拉爾角發(fā)射。


大力神3A數(shù)據(jù)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):3
起飛推力:195t
全長:39.2 m
推重比:1.15
最大直徑:3.05 m
運載能力(185km LEO):3.3t
起飛質(zhì)量:~169t
【2】一級數(shù)據(jù)
級長:22.18 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
海平面推力:195t
發(fā)動機:LR-87-AJ-9*2
工作時間:149 s
【3】二級數(shù)據(jù)
級長:8.56 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
真空推力:45.3t
發(fā)動機:LR-91-AJ-9
工作時間:206 s
【4】三級數(shù)據(jù)
級長:4.48 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
真空總推力:7.3t
子級質(zhì)量:12.47 t
真空比沖:301.9s
發(fā)動機:AJ10-138*2
工作時間:430s


大力神3B(TITAN 3B)
大力神3B火箭由大力神3A的一、二子級加裝上面級一阿金納 D組成,并將慣性制導(dǎo)系統(tǒng)換為無線電制導(dǎo)系統(tǒng)。后期火箭一、二子級換用LR-87-AJ-11和LR-91-AJ-11發(fā)動機。大力神3A火箭被大力神3B取代的原因是過渡級的質(zhì)量比比阿金納D的差。過渡級質(zhì)量為12.47t、結(jié)構(gòu)質(zhì)量為1.99t,而阿金納D的質(zhì)量為6.8t,其結(jié)構(gòu)質(zhì)量僅0.68 t。
大力神3B火箭主要用于發(fā)射極地軌道軍事衛(wèi)星,火箭從西部空軍范登堡基地發(fā)射?;鸺?965年開始研制,自1966年7月首次飛行到1984年停止使用的18年內(nèi)共進行57次發(fā)射,失敗4次,成功率92.98%。大力神3B是大力神系列中發(fā)射次數(shù)最多的一種型號。


大力神3B數(shù)據(jù)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):3
起飛推力:2 313 kN
全長:39.84~41.54 m .
推重比:1.42
最大直徑:3.05 m
運載能力(GTO):1.1t
起飛質(zhì)量:~166t
【2】一級數(shù)據(jù)
級長:22.23 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
海平面推力:235.8t
子級質(zhì)量:121.7 t
海平面比沖:299s
推進劑質(zhì)量:115.0 t
工作時間:156 s
發(fā)動機:LR-87-AJ-11*2
【3】二級數(shù)據(jù)
級長:8.56 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
真空推力:45.8t
子級質(zhì)量:33.60 t
真空比沖:318.6s
推進劑質(zhì)量:31.1t
工作時間:225s
發(fā)動機:LR-91-AJ-11*1
【4】三級數(shù)據(jù)(與Atlas-阿金納上面級同款)
級長:7.09 m
推進劑:紅煙硝酸/偏二甲肼
直徑:1.53 m
真空推力:7.25t
子級質(zhì)量:6.8t
真空比沖:284.9s
結(jié)構(gòu)質(zhì)量:0.68t
工作時間:240s
發(fā)動機:BELL 8096*2
【5】整流罩數(shù)據(jù)
長度:1.96~3.66 m
最大直徑:1.53 m
結(jié)構(gòu)質(zhì)量:~90kg(小型整流罩)


大力神3C(TITAN 3C)
大力神3C運載火箭是在大力神3A的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它是以大力神3A為芯級,一級加裝2枚固體助推器的捆綁式火箭。
為加裝固體助推器,芯級做了以下相應(yīng)改動:
【1】在一子級推進劑箱蒙皮外加加強筋,加強了發(fā)動機傳力結(jié)構(gòu);
【2】一子級燃料箱下半部壁厚由0.435 cm增加到0.838 cm,將結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)由1.25提高到2.0;
【3】為減少固體助推器的高聲能,以及分離時沖擊波所引起的影響,慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的常平架作了相應(yīng)改動,以保證加速度計正常工作;
【4】為防護尾段和發(fā)動機殼體免受固體助推器點火高溫和鋁粉回射的損傷,在一級尾段和發(fā)動機上加了防護罩。
大力神3C火箭從美國東部卡納維拉爾角發(fā)射。火箭主要用于發(fā)射軍用同步軌道衛(wèi)星。大力神3C可向同一軌道或不同軌道作多星發(fā)射,最多1次可發(fā)射8顆衛(wèi)星?;鸺?962年開始研制,1965年6月18日首次飛行。到1982年3月共飛行36次,失敗4次,成功率為88.89%。大力神3C生產(chǎn)成本為3500萬美元(1979年幣值)。




大力神3C數(shù)據(jù)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):3
推重比:1.71
全長:39.86~50.6 m
最大直徑:9.7m (含助推器)
起飛質(zhì)量:~636t
起飛推力:1088.2t
運載能力:13.4t(LEO),1.63t(GEO)
【2】助推器數(shù)據(jù)
長度:25.91 m
推進劑:高 氯 酸 銨/聚丁二烯丙烯酸丙烯腈+鋁粉
直徑.:3.05 m
質(zhì)量:230.5 t*2
海平面推力:544.1t*2
推進劑質(zhì)量:192t*2
海平面比沖:265.9s
發(fā)動機:UA1205*2
工作時間:117s
【3】芯一級數(shù)據(jù)
級長:22.23 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
真空推力:235.9t
子級質(zhì)量:125.6t
真空比沖:301s
推進劑質(zhì)量:118.85t
工作時間:165s
發(fā)動機:LR-87-AJ-11*2
【4】二級數(shù)據(jù)
級長:8.56 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
真空推力:50.9t
子級質(zhì)量:33.6t
真空比沖:318.6s
推進劑質(zhì)量:31.1t
工作時間:225t
發(fā)動機:LR-91-AJ-11
【5】三級數(shù)據(jù)
級長:4.48 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑.:3.05 m
真空推力:7.3t
子級質(zhì)量:12.47t
真空比沖:301.9t
推進劑質(zhì)量:10.48t
工作時間:430s
發(fā)動機:AJ-10-138*2
【6】整流罩數(shù)據(jù)
長度:4.57~15.24 m
直徑:3.05 m
【TIP】以下內(nèi)容摘自《世界航天運載器大全(2007版)》,非Up創(chuàng)作,未修改。

【1】總體布局
大力神3C運載火箭為一子級捆綁 2枚固體助推器的三級火箭。
火箭一、二子級自下而上各由發(fā)動機、尾段、燃料箱、氧化劑箱和貯箱前后裙段組成。貯箱外設(shè)有電纜/增壓管路隧道管。二子級發(fā)動機裝在沒有子級熱分離排焰孔的級間段內(nèi)。一子級箱間段沒有速率陀螺、自毀系統(tǒng)組件和電源。二子級箱間段設(shè)有分離反推火箭及自毀系統(tǒng)組件。飛行控制系統(tǒng)和遙測跟蹤系統(tǒng)的大部分組件安裝在二子級前裙段內(nèi)。
火箭三子級或過渡級的總體布局比較獨特,它由2個獨立的控制艙及動力艙組成,控制艙在前、動力艙在后??刂婆撗b有制導(dǎo)、控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)以及滑行段姿態(tài)控制系統(tǒng)。動力艙裝有2個推進劑箱、發(fā)動機架及增壓系統(tǒng)等。由于推進劑用量不多,為縮短長度,設(shè)計了2個小直徑貯箱,并排安裝于3.05 m直徑的箭體內(nèi)。為了同樣的原因也未采用單管大推力主發(fā)動機,而是選用了2臺并聯(lián)的發(fā)動機組。2臺固體助推器連接于一子級箭體兩側(cè)。每臺助推器前、后各設(shè)有4臺小分離火箭,靠近芯級一側(cè)裝有液體噴射推力矢量控制系統(tǒng)貯箱。
火箭總體布局如下圖所示。

【2】箭體結(jié)構(gòu)
大力神3C運載火箭一、二子級的箭體為用隔框加強的硬殼式結(jié)構(gòu)和常規(guī)的蒙皮_桁條=隔框半硬殼式結(jié)構(gòu)。蒙皮采用2014鋁合金,隔框、桁條和大梁采用7075鋁合金。
(1)一子級結(jié)構(gòu)
一級由燃料箱、氧化劑箱、級間段和發(fā)動機防熱罩組成。

①燃料箱
燃料箱由后裙段、箱體、前裙段和裝在貯箱錐形后底上的發(fā)動機架(見下圖)組成。

后裙段為鉚接螺接桁條隔框結(jié)構(gòu),長95.25cm。4根長1.44m的大梁從后端框伸向貯箱蒙皮壁板。裙段的4塊內(nèi)表面銑切蒙皮壁板在大梁處拼接。裙段內(nèi)側(cè)裝有環(huán)形框,前部為T形框、中部為I形框、后.部為鍛造鋁合金框。后端框與大梁底端用螺栓連接并與裙段蒙皮鉚接。發(fā)動機連接孔位于端框大梁連接部位。后端框和大梁還鉆有固體助推器連接孔。
箱體簡段由8塊機加工厚度逐漸變薄的蒙皮組成。其中4塊為大梁壁板,另4塊為帶有8根T形內(nèi)桁條的機加工壁板。10 個由板材壓制成形的鋁合金Z形框等距離地連接在桁條和大梁壁板上。
箱體錐形后底由5個構(gòu)件焊接而成。錐形底上部由4塊外表面經(jīng)過化銑的板材組成,中央部分為一壓延成形的倒置截錐體。后底上安裝2根直徑15.2 cm的燃料輸出管路。管路出口處裝有十字形導(dǎo)流器,防止燃料產(chǎn)生旋渦或渦流。后底上端用K形框與箱壁和后裙段相接。
燃料箱前底為全焊接橢球底,開有人孔和氧化劑輸送管孔。箱底由5塊壓延成形的瓜瓣形板材組成。中央頂蓋上有- -安裝導(dǎo)管的錐形連接件。箱底通過Y形框焊接到貯箱簡段上。
燃料箱內(nèi)通有一直徑 25 cm的氧化劑輸送管路。輸送管后端被焊接在貯箱底端的1個Y形管件上,2個17.78cm直徑的支管被螺接在安裝泵前閥門的法蘭盤上。氧化劑輸送管的前端與氧化劑箱后底連接。
燃料箱前裙段為一機加工蒙皮鉚接構(gòu)件,裙段后端焊接在燃料箱Y形框上,前端與氧化劑箱螺接。裙段頂部開有排氣孔。裙段由前、后兩部分組成。后段由3塊機加工壁板組成,壁板內(nèi)裝有177根短桁條, 用以加強箱底和Y形框連接處的蒙皮。貯箱外部設(shè)有電纜/增壓管路的隧道管。

②氧化劑箱
氧化劑箱由箱體及其前、后裙段組成。箱體前底和筒段結(jié)構(gòu)與燃料箱相似,但后底呈橢球形。
貯箱簡段長6.05 m,由4塊機加工厚度逐漸變薄的壁板焊接而成。每塊壁板上有9條T形內(nèi)桁條。桁條間的蒙皮進行機加工以削薄板材料厚度,減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。12個Z形隔框沿箱壁等距離地搭接在桁條上。貯箱后底除了氧化劑出口中央蒙皮外均與燃料箱前底相似。中央蒙皮壓延成漏斗狀,與通入燃料箱的氧化劑管路相對接。氧化劑箱前底開有人孔,其他與后底相似。前底通過Y形框與貯箱簡段焊接。
貯箱后裙段長81.28 cm,為桁條-隔框-蒙皮結(jié)構(gòu)。蒙皮由3塊從內(nèi)部桁接的板材組成。共有36根鍛造的I形桁條,桁條下端與端框連接。氧化劑箱后裙段與燃料箱前裙段用72個螺栓(每根桁條2個)通過對接框連接。在Y形框上開有3個排氣孔。氧化劑箱前裙段除了在14處開有排放二子級發(fā)動機燃氣的排焰孔外,其他均與后裙段相似。裙段蒙皮由36條鍛造的I字形桁條加強。在I形桁條端部蒙皮上裝有一T形框。I形桁條前端還裝有一與級間段對接的對接框。端框有4個導(dǎo)向銷,用以與級間段對齊,以便進行螺接。裙段內(nèi)表面和氧化劑箱頂部都涂有MMS-K421燒蝕材料。所有暴露于二子級發(fā)動機燃氣流的表面均涂有1層0.15cm厚的MMS-K421燒蝕材料。
氧化劑箱外部也鋪有電纜/增壓管路隧道管。
③防熱罩
防熱罩用于保護發(fā)動機免受來自助推器射流的高溫輻射。它由上部簡形罩、鐘形罩和防護蓋組成。上部簡形罩與一子級尾端框相接,從喉部向上罩住發(fā)動機。簡形罩為涂有燒蝕材料的鋁合金-桁條-環(huán)形框板材結(jié)構(gòu)。簡形罩底部有一厚約 3.81cm,并有2個開口的鋁合金蜂窩板。開口處用硅橡膠/玻璃纖維織物柔性單密封,便于噴管擺動。.
鐘形防護罩罩住噴管。防護罩由0.305cm厚的浸酚醛樹脂玻璃纖維布制成,外部覆有因康鎳合金薄板材,并用纏線束緊。
防護蓋罩住噴管出口,防止固體發(fā)動機燃氣流進入-子級發(fā)動機推力室。防護蓋為鋁合金蜂窩結(jié)構(gòu)件,由鋁合金帶固定。飛行中由導(dǎo)火索切斷鋁合金帶,釋放防護蓋。
除防護蓋外,其他均為非拋擲結(jié)構(gòu)。
(2)二子級結(jié)構(gòu)
二子級箭體由燃料箱、氧化劑箱、貯箱裙段和防熱層組成。

①燃料箱
燃料箱由箱體和前、后裙段組成。箱體為全焊接結(jié)構(gòu),由機加工簡段、帶有發(fā)動機安裝架的后底、前底和氧化劑管路組成。.
簡段由1.68 cm厚板材機加工而成的壁板組成。壁板內(nèi)表面有8.9 cmx8.9 cm的機加工網(wǎng)格。
后底結(jié)構(gòu)與一子級氧化劑箱相似,但開有偏心的氧化劑管路出口。氧化劑輸送管路出口靠近燃料管路出口,箱底中央蒙皮壓延成形,并焊有出口短管。后底焊有一用來安裝發(fā)動機的,由桁條加強的截錐形構(gòu)件。構(gòu)件上開有推進劑輸送管路和液面?zhèn)鞲衅鞯拈_口。截錐形構(gòu)件頂端的桁條上焊有安裝發(fā)動機架的鍛造機加工板。
前底結(jié)構(gòu)與一子級前底結(jié)構(gòu)相似,前底中央開有直徑為15.2cm的氧化劑輸送管通過口。箱底還沒有安裝增壓管、排氣管和測量儀器的接管嘴。
后裙段長1.68m,用36根I形桁條和4個環(huán)形框加強。桁條頂端裝有氣體作動分離螺母緊固件。裙段后端設(shè)有22個與級間段對接的導(dǎo)銷孔。.
前裙段與一子級氧化劑箱后裙段相似。裙段長88.9 cm,由36根桁條和2個環(huán)形框加強。裙段前端有與氧化劑箱后裙段對接的受拉對接框。
貯箱和裙段外設(shè)有電纜和增壓管路隧道管。
②氧化劑箱
氧化劑箱箱體簡段長53.3 cm,由4塊機加工壁板組成。內(nèi)壁有同燃料箱- -樣的方網(wǎng)格。前、后底類似一子級氧化劑箱,前底有一15.2 cm直徑的出口,后底用Y形框焊接到箱壁上。
后裙段類似二子級燃料箱后裙段,長約1.42 m,由36根桁條和3個框加強。箱間段設(shè)有安裝4枚反推火箭的連接點。
前裙段長1.94 m。裙段骨架由36條I形桁條和3個框組成。與框平行的部位.上還裝有加強蒙皮的環(huán)形構(gòu)件。前裙用來支撐上面級對接件和安裝儀器支架,前裙還設(shè)有空調(diào)臍帶脫落插座、電氣設(shè)備安裝孔和排氣孔。矩形和平鑲的遙測/指令控制天線也設(shè)于此段。裙段前端框還沒有4個與上面級級間段對接的導(dǎo)向銷。桁條和端框上共有72個直徑為0.95 cm的螺接孔。
(3)一二級箭體結(jié)構(gòu)

(4)三級結(jié)構(gòu)
三子級(過渡級)的殼體結(jié)構(gòu)比較簡單(見下圖)??刂婆摓殇X合金鉚接結(jié)構(gòu),其中設(shè)有2個構(gòu)架,
全部儀器設(shè)備都安裝在這里。推進艙(見下圖)是1個具有8根縱梁的隔框蒙皮桁條鋁合金鉚接結(jié)構(gòu),其后端框與二子級結(jié)構(gòu)相對接。過渡級的2個推進劑貯箱為T16-AI-4V鈦合金材料,比2014鋁合金結(jié)構(gòu)輕122 kg,均由橢球前底、簡段和1個以球面過渡的與圓簡段對接的錐形后底組成。每個貯箱均有內(nèi)框、縱桁梁和在每個構(gòu)架連接點上安裝的,用于擴散載荷的內(nèi)十字形構(gòu)件。推進劑蓄留器和附著篩裝置支撐在貯箱錐形底的隔框.上。燃料箱和氧化劑箱容積分別為4.0 m3和5.0 m',可容納10.63 t推進劑。貯箱安全系數(shù)為1.25.


(5)助推器連接機構(gòu)
大力神3C火箭的2枚固體推進劑助推器只在2處與芯級相接,一處在助推器的前部,另一處在其尾部。
①前部連接裝置
前部連接裝置允許固體推進劑火箭和芯級間有軸向運動,以適應(yīng)因增壓而引起的箭體變形,但它限制全部徑向位移。前部有3個連接點。其中一處剪切連接于離芯級最近的下死點(Bottom Dead Center, BDC),另兩處徑向連接于BDC兩側(cè),并與之相隔90°的位置。助推器前環(huán)框提供與芯級的機械連接。環(huán)框為1個4340鋼I形剖面鍛件。對接件為410不銹鋼鍛件。助推器與芯級間的全部連接點均采用標(biāo)準(zhǔn)的U形鉤和(或)球頭緊固裝置,以消除局部接點力矩。BDC連接緊固夾可調(diào)整對準(zhǔn)芯級的緊固裝置并與其.對接。助推器前簡段和前環(huán)框(見右圖)的全部螺栓接頭可以互換。除BDC接點外,固體助推器還通過2根撐桿與芯級相接。芯級級間段上有4個相應(yīng)的撐桿連接接頭。連接接頭為一機加工球碗,用來與助推器撐桿上的球頭配合。球頭和球碗中央鉆孔,安裝分離螺栓,由氣體作動螺母將二者拉緊。

②后部連接裝置
助推器后部在兩處與芯級相接,由固體推進劑發(fā)動機后部的助推器-芯級結(jié)構(gòu)支撐套筒提供連接結(jié)構(gòu)。支撐套簡及其防熱罩裝置如下圖所示。套筒由2個4340鋼鍛造的工字形截面環(huán)框、5根鍛造鋁合金縱梁、12 根鋁合金桁條、1根鋼質(zhì)管梁、化銑鋁合金蒙皮板和各種緊固件組成。助推器通過套筒的2個支撐構(gòu)架與芯級連接。構(gòu)架由3根鋼管、鋼質(zhì)端部螺紋緊固件和與芯級連接的鍛造鋼質(zhì)緊固件,用U形件和樞軸連接組合而成。三角形構(gòu)架通過其一端的突出件與套簡上的孔緊密配合,并用螺栓固定于固體助推器上。構(gòu)架另--端的球頭形緊固件與芯級套筒盒形件上的凸緣相接。盒中裝有用于分離的剪切爆炸螺栓。


引用完畢


大力神3D(TATIN 3D)
大力神3C運載火箭去掉上面級就成為大力神3D.火箭是由助推器和一、二子級組成的二級火箭。與大力神3B一樣,火箭采用無線電制導(dǎo)系統(tǒng)。大力神3D火箭從范登堡空軍基地發(fā)射。其185 km?LEO運載能力為13.59t?;鸺饕脕戆l(fā)射大型軍事偵察衛(wèi)星,1971 年6月15日首次發(fā)射,1984 年為大力神34D火箭所取代。共發(fā)射23次,成功率為100%。


大力神3D總體數(shù)據(jù)
級數(shù):2
起飛推力:10 675.7 kN
全長.:47.2 m
推重比:1.72
箭體最大直徑:9.70m(含助推器)
運載能力(185km,28.5°?LEO):13.6t
起飛質(zhì)量:~634t


大力神3E(TITAN 3E)
大力神3E運載火箭由大力神3D加半人馬座D1-T上面級組成?;鸺挠脩T性制導(dǎo)系統(tǒng)。大力神3E火箭從卡納維拉爾角發(fā)射?;鸺饕糜诎l(fā)射日心軌道行星探測器。1972 年開始設(shè)計,1974 年投入使用。到1977年9月共執(zhí)行7次任務(wù),失敗1次(首發(fā)),成功率為85.71%。而且這7次任務(wù)都是探測器任務(wù),且大力神3E還發(fā)射了遠近聞名的旅行者雙兄弟。


大力神3E的部分數(shù)據(jù)(助推與一級與大力神3C相同)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):3
全長:48.76 m .
最長直徑:9.7m
起飛質(zhì)量:~644t
起飛推力:10 675.7 kN
推重比:1.69
【2】三級數(shù)據(jù)
級長:9.60 m
推進劑:液氧/液氫
直徑:3.05 m
真空推力:6.8t*2
子級質(zhì)量:15.4 t
真空比沖:443.8s
推進劑質(zhì)量:13.48 t
發(fā)動機:RL10-A3-3*2
工作時間:380s
【3】整流罩
長度:17.69 m
直徑:4.27 m


大力神34系列
1977年美國空軍要求波音公司研制慣性上面級,以與大力神3D火箭配合使用,并計劃在20世紀80年代初形成向航天飛機過渡的國防部標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射系統(tǒng)。這樣便形成了大力神34系列火箭。該系列火箭由五段半式固體助推器,加長的大力神3-子級、大力神3二子級和上升阿金納、慣性.上面級、過渡級等上面級組合而成。系列火箭共有大力神34B、34D、 34D- 慣性.上面級、34D-過渡級等幾種型號。該系列火箭自1971年3月首次發(fā)射以來,截止1989年9月共發(fā)射27次,失敗4次,成功率為85.19%。

大力神34B(TITAN 34B)
1971年將大力神3B的一子級加長1.47 m,換用上升阿金納三子級并改用3.05 m直徑整流罩,形成大力神34B,用來發(fā)射數(shù)據(jù)系統(tǒng)衛(wèi)星(SDS)或?qū)㈦娮觽刹煨l(wèi)星送入遠地點位于蘇聯(lián)上空的閃電型軌道。1971年3月21日進行首次發(fā)射,到1987 年2月共進行13次發(fā)射,全部獲得成功?;鸺鶑姆兜潜た哲娀匕l(fā)射。


大力神34B數(shù)據(jù)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):3
起飛推力:239.9t
最大直徑:3.05 m
推重比:1.31
起飛質(zhì)量:184 t
LEO運載能力(185km,28.5°):3.74t
【2】一級數(shù)據(jù)
級長:23.7 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
海平面推力:239.9t
發(fā)動機:LR-87-AJ-11*2
工作時間:164s
【3】二級數(shù)據(jù)
級長:8.56 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑.:3.05 m
真空推力:45.8t
發(fā)動機:LR-91-AJ-11*1
工作時間:225s
【4】三級數(shù)據(jù)
級長:6.3 m
推進劑:紅煙硝酸/偏二甲肼
直徑:1.52 m
真空推力:7.25t
子級質(zhì)量:6.64 t
真空比沖:290.9s
發(fā)動機:BELL8096*1
工作時間:240 s
【5】整流罩數(shù)據(jù)
直徑:3.05 m
長度.:4.5~18.3 m .


大力神34D(TITAN 34D)
大力神34D由大力神34B一、二子級、2枚直徑3.11 m的五段半式助推器和直徑3.05~3.2 m、高4.6~18.3 m的整流罩組成?;鸺蓭T性上面級或過渡級或不帶上面級使用。不帶上面級時采用無線電制導(dǎo)系統(tǒng),以三級狀態(tài)工作時換用慣性制導(dǎo)系統(tǒng)。火箭可從范登堡空軍基地或卡納維拉爾角發(fā)射。1982 年10月開始執(zhí)行任務(wù),到1989年9月停止使用,共進行14次發(fā)射,失敗4次,成功率為71.43%。



大力神34D部分數(shù)據(jù)
(一、二級與大力神34B相同不再介紹,三級與大力神3C相同不再介紹)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):2或3
推重比:1.84
全長:49.35
箭體最大直徑:9.82 m (含助推器)
起飛質(zhì)量:~688.8 t
起飛推力:1266t
【2】助推器數(shù)據(jù)
級長:27.55 m
推進劑:UTP-30001B
直徑:3.11 m
海平面推力:633t*2
子級質(zhì)量:250.4 t*2
真空推力:634.8t*2
推進劑質(zhì)量:216.63 t*2
海平面比沖:265.1s
發(fā)動機:UA 1205 *2
工作時間:113.7 s
【3】整流罩數(shù)據(jù)
長度:4.57~18.28 m (a型);12.2~16.8m (b型)
直徑:3.05m (a型);3.2m(b型)


商業(yè)大力神3(COMMERCIAL TITAN 3)
1986年8月15日,美國政府因挑戰(zhàn)者號事件重新考慮航天飛機的用途,并決定進一步發(fā)揮私人公司發(fā)射商業(yè)衛(wèi)星的作用。4天后馬丁公司便以商業(yè)大力神3火箭對政府的決定作出反應(yīng)。
商業(yè)大力神3火箭是-一種使用4 m直徑大型整流罩的三級火箭。由2枚五段半式固體助推器、芯級、延伸艙和整流罩組成。其基本型可將2個有效載荷送入近地軌道,配上各種上面級后可執(zhí)行地球同步轉(zhuǎn)移軌道、地球同步軌道、月球軌道和星際飛行等任務(wù)?;鸺鞣N整流罩可適用于目前設(shè)想的全部商業(yè)有效載荷。
商業(yè)大力神3火箭是大力神34D的改型。改進的項目有:?
【1】一、二子級改用LR-87-AJ-11A和LR-91-AJ-11A發(fā)動機,推力各提高3%和5%;
【2】一子級貯箱加長0.43 m;
【3】提高姿態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)動機推力,并增強其職能;
【4】增設(shè)安裝雙星支架的延伸艙
【5】增設(shè)二子級與延伸艙的對接結(jié)構(gòu)一轉(zhuǎn)接艙;
【6】增設(shè)4m大直徑整流罩。
截至1994年年底共執(zhí)行3次任務(wù),失敗1次,成功率為66.7%。


二級商業(yè)大力神3部分數(shù)據(jù)(固推數(shù)據(jù)與大力神34D相同)
【1】整體數(shù)據(jù)
級數(shù):2或3
最大直徑:9.82m (含助推器)
全長:48.2m (雙星整流罩)
起飛質(zhì)量:~693t (二級版本)
起飛推力:1266t
【2】一級數(shù)據(jù)
級長:23.95 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
真空推力:2 428.7 kN
推進劑質(zhì)量:133.18t
真空比沖:2 957.69 m/s
發(fā)動機:LR-87-AJ-11A*2
工作時間:160 s
【3】二級數(shù)據(jù)
級長:8.99 m
推進劑:四氧化二氮/混肼50
直徑:3.05 m
真空推力:47.2t
推進劑質(zhì)量:31.12 t
真空比沖:315.9s
發(fā)動機:LR-91-AJ-11A
工作時間:225 s
【4】整流罩數(shù)據(jù)
長度:8.6~11.1 m/4.5~15.2 m
直徑.:4.0 m/3.05 m


家族的終章:大力神4系列(TITAN 4?FAMILY)
1984年3月,美國空軍考慮到航天飛機不能發(fā)射質(zhì)量達14.5t的新- -代極地軌道偵察衛(wèi)星,啟動了輔助性一次性使用運載火箭計劃(CELV)。馬丁·瑪麗埃塔公司參與了方案的競標(biāo),是在大力神34D的基礎(chǔ)上,把固體捆綁助推器、一子級和二子級加長, 整流罩直徑增加到5.08 m,形成大力神34D7。當(dāng)時參加競標(biāo)的還有另外2個方案,一個是通用動力公司的宇宙神2,另一個是在航天飛機固體助推器基礎(chǔ)上改型的SRB-X,大力神34D7方案最終勝出,形成后來的大力神4系列運載火箭。1985 年2月,美國空軍簽訂采購10枚大力神4的合同,合同額21億美元。1986年挑戰(zhàn)者號航天飛機失事之后,大力神4成為發(fā)射美國空軍大型軍用衛(wèi)星的主要運載火箭。1986 年8月,追加訂購13枚,合同金額19.7億美元,1989 年11月,再次訂購18枚,合同金額16億美元。美國空軍曾計劃采購55枚大力神4火箭,由于預(yù)算削減、后續(xù)新型火箭投入使用等原因,最終決定采購40枚,發(fā)射39枚。
大力神4系列火箭分為大力神4A(Titan4A)和大力神4B(Titan 4B)兩種型號。大力神4A于1989年6月首飛,1998 年退役,取而代之的是大力神4B火箭。大力神4B火箭1997年首飛,于2005年10月19日完成大力神系列火箭投入使用50年以來的最后一次發(fā)射。 大力神4火箭總共執(zhí)行了39次發(fā)射任務(wù), .其中12次從范登堡空軍基地發(fā)射,27次從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射。
大力神4可以在無上面級的狀態(tài)下把有效載荷送入近地軌道(LEO),也可以使用慣性上面級(IUS)或半人馬座上面級,把有效載荷直接送入地球同步軌道(GEO)。

大力神4A與大力神4B的最大差別在于使用不同的固體推進劑助推器。大力神4A使用2枚金屬殼體的7段式固體推進劑助推器,大力神4B則使用2枚復(fù)合材料殼體的3段式固體推進劑助推器,同時還改進了導(dǎo)航和電子設(shè)備以及新型地面處理系統(tǒng),其GEO運載能力比大力神4A提高了25%。

大力神4A(TITAN 4A)
大力神4A用于發(fā)射美國國防支援計劃衛(wèi)星、軍用衛(wèi)星系統(tǒng)和美國衛(wèi)星偵察局的衛(wèi)星。大力神4A可以在無上面級的狀態(tài)下把有效載荷送到近地軌道:加慣性.上面級或半人馬座上面級,可把有效載荷直接送到地球同步軌道。大力神4A于1989年首次發(fā)射,到1998年退役,共計發(fā)射22次,成功20次,失敗2次,成功率為90.91%。


大力神4A數(shù)據(jù)
【1】數(shù)據(jù)(wiki沒有數(shù)據(jù),所以參考《世界航天運載器大全(2007版)》)





大力神4B(TITAN 4B)
大力神4B是大力神4A的后繼型號,主承包商是洛克希德·馬丁公司。其主要任務(wù)是將重型軍事有效載荷發(fā)射到近地軌道或地球同步軌道,分別從范登堡空軍基地SLC-4E 發(fā)射臺和卡納維拉爾角空軍基地LC-40發(fā)射臺發(fā)射。
大力神4B的研制思路是:通過增大固體推進劑助推器的裝藥量和推力、減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量等措施,使其運載能力比大力神4A提高25%;通過減少固體助推器殼段的數(shù)量和采取更合理的設(shè)計、更先進的檢測手段,提高可靠性:通過減少部件數(shù)量,調(diào)整操作流程,大幅度縮短靶場操作時間,從而降低發(fā)射成本。
大力神4B從1987年10月開始研制,1997年2月首次發(fā)射,到2005年10月執(zhí)行最后--次發(fā)射后退役。共發(fā)射17次,成功15次,失敗2次,成功率為88.24%。


大力神4B數(shù)據(jù)
【1】數(shù)據(jù)(wiki沒有數(shù)據(jù),所以參考《世界航天運載器大全(2007版)》)




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