Создание носителя "Титан IV" фирмой Martin Marietta было вызвано потребностью ВВС во вспомогательном тяжелом носителе, дополняющем систему "Спейс шаттл".
«Аэрокосмическая техника» 1991 №11, с.98-102
1) Aerospace America, 1991, No. 7, pp. 34-38. Перевод И. И. Брянова.
© American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1991. Все права сохраняются.
Насколько уместно сказать так о ядерном оружии, то если судьба в чем-то и благоприятствовала ему, так это в том, что первые его образцы были очень тяжелыми. Необходимость поднимать в воздух такое тяжелое оружие и переносить его с большой скоростью на дальние расстояния привела к созданию тяжелых реактивных бомбардировщиков, на основе которых позднее были построены пассажирские реактивные самолеты. Реактивный авиалайнер, ставший надежным, безопасным и широкодоступным скоростным транспортным средством вполне можно отнести к числу наиболее значительных изобретений не только 20-го века, но, возможно, и всего времени существования человечества.
Аналогичным образом во многом повлияло тяжелое ядерное оружие и на освоение и исследование космического пространства. Разработка в 1950-х годах межконтинентальных баллистических ракет (МБР) привела к созданию ряда ракет-носителей, достаточно больших и мощных, чтобы поднимать тяжелое по тем временам вооружение и доставлять его в удаленные точки Земли. Оказалось также, что эти мощные ракеты-носители можно использовать и для доставки грузов на околоземные орбиты. Последующие усовершенствования и миниатюризация техники привели к уменьшению массы и габаритов ядерного оружия, что позволило обходиться менее крупными и мощными носителями. Но последние уже не отвечали задачам, связанным с освоением и исследованием космического пространства. Так, если на основе первой МБР "Атлас" был создан ряд носителей, используемых и поныне, то более современная МБР "Минитмен" уже не пригодна для подобной трансформации.
Другой удачной ракетой-носителем, созданной на основе МБР и претерпевшей в последующем ряд модификаций, стала ракета "Титан" фирмы Martin Marietta. В 1955 году фирмой
Создание носителя "Титан IV" фирмой Martin Marietta было вызвано потребностью ВВС во вспомогательном тяжелом носителе, дополняющем систему "Спейс шаттл". |
| Три из четырех запущенных к настоящему времени носителей "Титан IV" проделали этот путь от здания вертикальной сборки до стартового комплекса на мысе Канаверал. |  |
Glenn L. Martin Company была разработана МБР "Титан I", первый запуск которой состоялся в 1959 году. В 1965 году ее сменила более мощная и имевшая большие размеры ракета "Титан II", которая была выбрана NASA для программы Gemini. С помощью этой ракеты успешно совершено 10 пилотируемых полетов и два полета в автоматическом режиме по заказу NASA. Хотя ракеты "Титан II" сняты с вооружения в 1987 г., предлагалось использовать их в качестве экономически эффективного и мощного средства доставки грузов на орбиты. Поэтому с фирмой заключен контракт на переделку 15 бывших МБР в носители "Титан II" для использования в период до 1995 года. Остальные МБР "Титан II" законсервированы на авиабазе Нортон, шт. Калифорния, и могут быть переоборудованы в средства доставки полезных грузов на орбиты (SLV) по мере необходимости.
Еще перед тем как была развернута программа Gemini, фирма Martin Company (теперь известная как Martin Marietta) приступила к разработке ракеты "Титан III" по заказу ВВС. "Титан III" положил начало семейству носителей, использовавшихся NASA и ВВС США в 1960-е и 1980-е годы. Первый носитель "Титан IIIС" запущен в 1965 году. Впоследствии создавались более мощные модификации этого носителя, последняя из которых — модель 34D. В 1989 году объявлено о создании модификации носителя "Титан 34D" с целью научно-промышленных применений. Такой носитель будет иметь носовой обтекатель отсека полезного груза, используемого по частным заказам. К настоящему времени осуществлено свыше 140 запусков носителей "Титан III", включая коммерческий вариант (для промышленного применения). Сейчас в космос полетел последний вариант носителя этого семейства — "Титан IV".
В августе 1984 года фирма Martin Marietta вышла к ВВС с предложением создать новый унифицированный носитель. В феврале следующего года было выделено 5 миллионов долларов на исследовательские работы по созданию аппарата, названного "Вспомогательный носитель одноразового применения" (CELV). Хотя, выполняя требования ВВС, разработчикам ступени "Спейс шаттл" приходилось принимать различные компромиссные решения, в своих плана руководство ВВС не полагалось исключительно на эту транспортную систему. В результате в 1985 году с фирмой Martin Marietta был заключен контракт на изготовление первых 10 носителей CELV в варианте модификации систем "Титан IV". После катастрофы с "Чэлленджером" перспективы применения носителя "Титан IV" значительно расширились.
"Руководство ВВС внесло коррективы в свои планы запусков и, продолжая применять систему "Спейс шаттл", уже отдает предпочтение использованию носителя "Титан IV", — говорит Ф. Хадофф, президент Отделения космических транспортных систем фирмы Martin Marietta. Для этого имеется целый ряд причин, одна из которых заключается в том, что для доставки грузов на низкую околоземную орбиту "Титан IV" обладает примерно такими же возможностями, как и "Шаттл". Но с увеличением высоты орбиты "Титан IV" благодаря своим характеристикам становится более выгодной транспортной системой."
В настоящее время размещен заказ на 41 носитель "Титан IV" и заключен опцион еще на 8 таких ракет. Согласно имеющимся планам (а фирма Martin Marietta уже работает над их выполнением) до 2000 года потребуется 61 носитель. Причем эта цифра может увеличиться если возрастет роль, отводимая носителю "Титан IV" в программе стратегической обороны СОИ, или у ВВС возникнет необходимость увеличить грузопоток на околоземные орбиты.
О каких же грузах идет речь? Представители ВВС всегда с неохотой говорят о задачах разведки. Действительно, нигде не найти официального подтверждения ВВС о существовании разведывательных спутников типа КН-12 и РЛС, подобных системе Lacrosse. "Титан IV" позволяет выводить на орбиты практически все что отвечает потребностям ВВС.
Заключенные к настоящему времени заказы и опцион на носители "Титан IV" позволяют
 "Титан 34D" представляет собой модификацию системы "Титан III", имеющую более высокую тягу двигателей. |
ВВС — не единственный заказчик носителей "Титан IV". Предстоят запуски этого носителя для обеспечения программ, разрабатываемых Европейским космическим управлением и NASA, в частности программ CRAFF и Cassini. Хадофф полагает: "В NASA отдают себе отчет... при планировании полетов в дальний космос..., что "Титан IV" — ракета-носитель будущего." ВВС и NASA пересмотрели свои программы, оставив на долю системы "Шаттл" только те полеты, которые требуют присутствия человека. Остальные полеты должны быть обеспечены носителями одноразового использования.
Сможет ли частный сектор извлечь пользу из огромной грузоподъемности ракетоносителя (РН) "Титан IV"? Будет ли создана модификация РН "Титан IV" для коммерческих целей? В принципе на эти вопросы можно ответить положительно. Фирма Martin Marietta охотно изготовила бы подобные носители для платежеспособного заказчика. Однако "Титан IV" — собственность ВВС США, так как он разработан и спроектирован на средства ВВС. Это означает, что будущий заказчик должен получить разрешение командования ВВС на приобретение этого носителя и согласовывать с ним дату его запуска. Естественно, что часть стоимости носителя должна идти в счет погашения затрат на НИОКР.
Самый мощный из когда-либо построенных на Западе автоматически управляемых носителей "Титан IV" оборудован такой же системой управления фирмы Delco, как и его предшественники серий "Титан II SLV" и "Титан III". Он представляет собой двухступенчатую ракету с ЖРД плюс два стартовых твердотопливных ракетных двигателя (РДТТ). Первая ступень развивает среднюю тягу 250 т, вторая — около 50 т. Максимальная тяга каждого из двух РДТТ, изготовленных фирмой United Technologies и состоящих из семи секций, составляет 634 т. "Титан IV" может быть запущен и без твердотопливных стартовых ускорителей; два из четырех проведенных запусков были осуществлены именно в такой компоновке.
Сейчас на подходе трехсекционный твердотопливный двигатель SRMU (Solid Rocket Motor Upgrade), изготавливаемый субподрядной фирмой Hercules Aerospace. Его тяга составит 770 т. С двумя такими РДТТ грузоподъемность носителя возрастет примерно на 25%. "Это РДТТ будущего, — говорит Хадофф. — Он заметно отличается характеристиками от своих предшественников, снабжен самой современной системой управления ... в целом более надежен и сулит большие практические выгоды, что и склонило ВВС финансировать его разработку."
После взрыва во время огневых испытаний экспериментального образца двигателя на стенде авиабазы Эдвардс "мы оказались вынужденными перекроить программу, чтобы ликвидировать последствия аварии... Мы устраним неисправность и затем вернемся к выполнению программы". (Устранением неисправности непосредственно занимается фирма Hercules Aerospace.) Таким образом, график выполнения программы разработки двигателя SRMU, оказался сломанным. "Сейчас заказаны 15 двигателей SRMU, и мы рассчитываем на увеличение заказа, как только получим подтверждение, что заложенные в техническом задании условия будут выполнены. ...После завершения НИОКР и решения всех возникших в ходе работ проблем мы рассчитываем, что ВВС увеличат свой заказ на 10 двигателей, — сообщил Хадофф. — Но пока проблемы, связанные с опытно-конструкторскими работами, остаются нерешенными, вопрос о размерах первого заказа не является актуальным. На сегодняшний день мы имеем твердый заказ на 15 двигателей из запланированного к производству 41".
Возникшие проблемы не являются неразрешимыми и не относятся к числу беспрецедентных в практике разработки ракетных двигателей. "Теперь, имея за спиной четыре успешных запуска, мы делаем все от себя зависящее, чтобы лучше приспособить носитель к условиям эксплуатации. Проведенные запуски подтвердили, что носитель отвечает требованиям, заложенным в технических условиях; это касается грузоподъемности и всех остальных важнейших характеристик. В дальнейшем мы сможем двигаться в сторону улучшения эксплуатационных характеристик... а не запускать всякий раз носитель в новой компоновке.... После того как будет запущен "Титан IV" с верхней ступенью "Центавр", единственная компоновка, которую останется испытать, — это вариант со стартовыми двигателями SRMU," — добавил Хадофф.
Как упоминалось выше, при выведении грузов на низкую околоземную орбиту "Титан IV" располагает примерно такими же возможностями, что и КЛАМИ "Спейс шаттл" (грузоподъемность 18 т, а при использовании SRMU — 23 т). Наиболее впечатляющими выглядят возможности РН "Титан IV" при запусках на высокие орбиты или при полетах к планетам Солнечной системы. По иронии судьбы эти возможности реализуются с использованием систем и технических средств, первоначально предназначавшихся для КЛАМИ "Спейс шаттл". Для выведения грузов на высокие орбиты "Титан IV", как и "Спейс шаттл", может быть оснащен "Инерциальной верхней ступенью" (IUS). В двух из четырех проведенных запусках на РН "Титан IV" были установлены IUS, и в ближайшее десятилетие планируются дальнейшие запуски "Титана IV" в такой же компоновке. При использовании IUS носитель "Титан IV" может выводит на геостационарную орбиту 2,3 т полезного груза.
"Титан IV" может также запускаться с третьей ступенью "Центавр", первоначально предназначавшейся для "Шаттла" (пока ни разу на нем она не запускалась). Эта ступень, изготовленная фирмой General Dynamics, имеет длину 9 м и развивает тягу 15 т. При использовании "Центавра" ракета-носитель "Титан IV" может выводить на геостационарную орбиту высотой 35 900 км полезный груз массой 4,5 т (6,1 т с применением SRMU).
Первоначально в задачу верхней ступени "Центавр" входила доставка грузов на высоты, превосходящие эксплуатационную высоту "Шаттла". Однако на высотах меньше 30 км применяемое на этой ступени ракетное топливо взрывоопасно. Поэтому размещение в отсеке полезного груза "Шаттла" как пилотируемого аппарата этой ступени не всегда находило доброжелательный отклик среди космонавтов и обслуживающего запуски персонала. В случае возникновения неисправностей или необходимости аварийного прекращения полета до того, как удастся достичь заданной орбиты, посадку придется осуществлять с "Центавром" на борту из-за невозможности сбросить его из отсека полезного груза. В результате аварийная ситуация становится еще более опасной. После катастрофы с "Чэлленджером" NASA тихо прикрыло программу полетов космического корабля "Спейс шаттл" с "Центавром" на борту.
Вместе с тем возможности применения носителей "Титан IV" намного расширяются при использовании верхней ступени "Центавр". Поскольку "Титан IV" — непилотируемый аппарат, аварийное прекращение полета приведет просто к потере аппарата, поэтому проблема безопасного возвращения и посадки в этом случае просто не возникает. Программа полетов носителей
 Изготавливаемые фирмой Boeing верхние инерциальные ступени IUS, которые первоначально предназначались для КЛАМИ "Спейс шаттл", позволяют с помощью носителя "Титан IV" доставлять грузы на высокие орбиты. |
"Титан IV" может запускаться с пятью различными обтекателями полезного груза, изготовляемыми фирмой McDonnell Douglas. Все они имеют одинаковый диаметр 5,1 м, но разную длину: 15; 17; 20; 23 и 26 м. Обтекатель длиной 17 м уже использовался в одном из запусков. При установке обтекателя длиной 26 м "Титан IV" сможет доставлять на орбиту полезный груз таких же габаритов, как и космический корабль "Спейс шаттл", при этом общая длина РН "Титан IV" составит 62 м. Первый полет носителя с таким обтекателем намечен в компоновке с верхней ступенью "Центавр".
В настоящее время запуски носителей "Титан IV" могут проводиться с обоих океанских побережий США — с космодромов на мысе Канаверал и на авиабазе Ванденберг. Из четырех запусков носителя "Титан IV", состоявшихся к настоящему времени, три проведены со стартового комплекса 41 космодрома на мысе Канаверал. Для запуска этого носителя переоборудуется стартовый комплекс 40, вступление которого в эксплуатацию намечается в начале 1992 года, после этого должен быть проведен по заказу NASA запуск коммерческого варианта носителя "Титан" в рамках Программы исследования Марса. Примерно через шесть месяцев после этого намечается запуск РН "Титан IV" с верхней ступенью "Центавр".
На Западном побережье для запусков носителя "Титан IV" приспособлен лишь один стартовый комплекс, который успешно использован с этой целью 8 марта 1991 года. Этому стартовому комплексу (SLC-4E) отводится роль резервного, который предполагается эксплуатировать, если выйдут из строя комплексы на мысе Канаверал. При запуске носителя с космодрома Ванденберг на полярную орбиту может быть выведен полезный груз большей массы, так как начальная фаза полета проходит над океанской акваторией. При запуске с мыса Канаверал требования безопасности заставляют использовать далеко не оптимальную траекторию полета, что неизбежно приводит к большему расходу топлива и, следовательно, уменьшению массы полезного груза. При запуске с мыса Канаверал наклонение траектории полета не должно превышать 57° (хотя это официально установленное ограничение в одном из полетов РН "Титан IV" можно было нарушить).
До последнего времени действовал план модификации стартового комплекса SLC-6 (его называют "Slick 6") для запусков РН "Титан IV", что позволяло исключить применение комплекса для запусков системы "Спейс шаттл". Этот комплекс строился специально для запусков "Шаттлов", но после сдачи его в эксплуатацию был сразу же законсервирован. Реконструкция комплекса позволила проводить регулярные запуски носителей "Титан IV", а также систем "Титан IV" — "Центавр". Однако сразу же после развертывания работ их пришлось прекратить из-за бюджетных ограничений и отказа ВВС от намерений расконсервировать этот комплекс.
Если возникнет необходимость в осуществлении запусков систем на основе носителя "Титан IV" с Западного побережья, то у ВВС имеются два варианта. Один из них связан с переоборудованием действующего стартового комплекса под систему "Титан IV" — "Центавр", при этом на время работ ВВС лишатся единственного стартового комплекса на Западном побережье, который приспособлен для запусков носителей "Титан IV". Второй вариант сводится к возобновлению свернутых работ по переоборудованию и расконсервации SLK-6. Естественно, это потребует больших, чем в настоящее время, затрат. Необходимость в подобных работах может возникнуть и в том случае, когда потребуется увеличить число запусков носителей "Титан IV". С учетом времени, необходимого на подготовку стартового комплекса, на установку ракеты и предпусковые испытания систем, возможности космодрома на Западном побережье при законсервированном SLK-6 не позволят проводить более двух (в идеальном случае — трех) запусков носителей "Титан IV" в год. К середине 1990-х годов оба стартовых комплекса космодрома на мысе Канаверал, позволяющие запускать "Титан IV", должны выйти на номинальный режим эксплуатации — три запуска в год каждый.
Как техническая система "Титан IV" полностью отвечает поставленным задачам на период до 2000 года. Однако он не станет конечной точкой эволюции носителей "Титан". Согласно официальным планам, в качестве следующего шага станет разработка новой Национальной пусковой системы (National Launch System — NLS). Решение этой общенациональной задачи потребует развертывания новых НИОКР, создания специальных установок и испытательных стендов и т. д. Но Конгресс часто устраняется от поддержки перспективных технических разработок, предпочитая финансировать уже достаточно "продвинутые" работы, снимая с себя дополнительный риск и избегая лишних расходов. Заметим, что на программу NLS потребуются по меньшей мере 10 миллиардов долларов.
Согласно официальным планам, "Титан IV" сохранит свой статус тяжелого носителя ВВС США до введения в эксплуатацию системы NLS. Однако, если разработка NLS затянется или же данная программа вообще будет свернута, возникнет необходимость чем-то заполнить образующуюся в этом случае брешь в транспортном обеспечении космических программ. Руководители фирмы Martin Marietta не считают, что носителем "Титан IV" все закончится, и поэтому выделяют средства на развитие работ по усовершенствованию систем и агрегатов, что позволит со временем плавно перейти к развернутым НИОКР по созданию тяжелого носителя следующего поколения. "Может быть, появится следующий носитель "Титан V" этого семейства... или принципиально новый носитель", — говорит Хадофф. Сейчас специалистами NASA и ВВС прорабатывается технико-экономическое обоснование двух альтернативных вариантов создания принципиально нового носителя или РН "Титан V". Одна из версий будущего тяжелого носителя — "Шаттл-С" — предусматривает использование стартовых РДТТ и баков маршевых двигателей системы "Спейс шаттл" в сочетании с основными ЖРД носителя "Титан". Не исключено, что система "Титан" подобно мифологическому Титану, чьим именем она названа, окажется бессмертной.