05.03.2011 / Autor: Daniel Maurat Raumfahrt > Raketen

Titan 3

Die Versionen der Titan 3 sind speziell für den Orbitaleinsatz gebaut worden. Mit ihren verschiedenen Oberstufen und Boostern brachten sie unzählige Satelliten in den Erdumlaufbahnen, aber auch Raumsonden in die entlegensten Ecken des Sonnensystems.

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Entwicklung

Schon bald wurde der US Air Force klar, dass die Titan die Basis für eine Reihe von Satellitenträgern werden kann, doch konnte sie keine Satelliten in höher gelegene Orbits wie den GTO bringen. Dafür suchte man eine neue Oberstufe und fand sie in der alten Agena aus dem Thor- und Atlas-Programm sowie in der Transtage, einer neu entwickelten Oberstufe, die kompakter war als die Agena und die gleichen Treibstoffe wie die Titan selber verwendete. Durch die drei Stufen wurde die Rakete von nun an Titan 3 genannt.

Die neue Transtage sollte aber auch den neuen X-20-Dyna-Soar-Gleiter der US Air Force im All manövrieren, wofür man eine neue Rakete brauchte, da die Titan 2 mit Transtage den Dyna-Soar nicht ins All transportieren konnte. Deswegen ließ die Air Force die Firma United Alliant Technologies den UA1205-Booster entwickeln. Dieser Feststoffbooster war ein Monstrum: jeweils zwei von ihnen sollten an einer Titan befestigt werden, dabei wogen sie zusammen mehr als die restliche Rakete. Das war das erste Mal, dass man große Feststoffbooster in Segmenten bauen ließ, wie es später auch bei Space Shuttle, der Ariane 5 und der H-II vorgenommen wurde. Außerdem wurde die erste Stufe erst nach dem Ausbrennen der Booster gestartet, was die Booster zu einer "0-ten Stufe" machte. Diese neue Titan mit den zwei großen Feststoffboostern wurde Titan 3C genannt und auch nachdem das Dyna-Soar-Programm gestoppt war von der Air Force weiterentwickelt, da diese ein großes Interesse an einem leistungsfähigen Träger für schwere Spionagesatelliten hatte.

Doch es gab auch andere Pläne für die Titan: nachdem die Air Force das MOL-Programm beschlossen hatte, wollte man einen geeigneten Träger bauen, und den fand man in der Titan 3. Dafür wurde die Titan 3C modifiziert und verstärkt, woraus sich die Titan 3M entwickelte. Zwar wurde das MOL-Programm dann doch aufgegeben und die Titan 3M nicht gebaut, doch wurde ein Prototyp des MOL mit der umgebauten Gemini-2-Kapsel auf einer Titan 3C gestartet.

Titan 3A

US Air Force

Bild vergrößernStart weiner Titan 3A
(Bild: US Air Force)
Die Titan 3A war ein Probemodell der Titan 3C, aber noch ohne große Booster. Mit ihr sollte die Transtage getestet und einsatzbereit gemacht werden. Sie wurde aber nur fünf Mal gebaut, wovon eine in eine Titan 3C umgebaut wurde, sodass nur vier Titan 3A zwischen 1964 und 1965 starteten.

Titan 3B

Die Titan 3B unterschied sich von der Titan 3A in der Oberstufe: anstatt der schweren und teuren Transtage nahm man die schon bewährte Agena-Oberstufe, die schon für die Thor und die Atlas benutzt wurde. Die Titan 3B selber hatte noch vier Untervarianten:

  • Die Titan 23B entsprach der Titan 3A, wobei man anstatt der Transtage die Agena D als Oberstufe nahm. Die Agena blieb aber mit der Nutzlast verbunden und steuerte sie im Weltraum. Um sich eine schwere Nutzlasthülle, die sowohl Agena als auch Nutzlast umhüllt, nahm man die Nutzlastverkleidungen, die auch schon vorher von Atlas und Thor benutzt wurden, weswegen die Rakete das Aussehen einer Kugelschreibermine bekam.


  • Die Titan 24B hatte eine verlängerte Erststufe, die für die Titan 3M entwickelt wurde, entsprach aber sonst der Titan 23B.


  • US Air Force

    Bild vergrößernStart einer Titan 3B mit einem KH-8-Spionagesatelliten an Bord.
    (Bild: US Air Force)
  • Die Titan 33B war eine Titan 24B mit größerer Nutzlastverkleidung.


  • Die Titan 34B schießlich hatte zwar auch den gleichen Aufbau wie die Titan 24B, doch hatte sie eine neue Nutzlastverkleidung, die auch die Agena umschloss und der Rakete ein homogeneres Aussehen gab. Auch war die Nutzlast nicht fest mit der Agena verbunden und wurde nach Erreichen ihres Orbits abgetrennt.


Die meisten Nutzlasten der Titan 3B waren Spionagesatelliten der KH-8-Serie. Da sie nur eine Lebenszeit von zwei Wochen hatten, mussten sie ständig erneuert werden, was zu einer hohen Startrate führte.

Titan 3C

US Air Force

Bild vergrößernStart einer Titan 3C von Cape Canaveral.
(Bild: US Air Force)
Die Titan 3C verwendete erstmals die riesigen UA1205-Booster, die eine extreme Leistungssteigerung der Titan erbrachten. Konnte man mit einer Titan zuvor nur etwa vier Tonnen in den LEO schicken, waren jetzt schon 13 Tonnen möglich. Außer den Boostern glich die Titan 3C der Titan 3A, auch sie verwendete die Transtage als Oberstufe und konnte auch erstmals als Titan einen geostationären Orbit (GEO) ansteuern, was für die Militärplaner der US Air Force ein großer Fortschritt war. Insgesamt startete die Titan 3C zwischen 1965 und 1982 36 Mal, wovon aber fünf Fehlstarts waren, wenn man bedenkt, dass die Titan 3C auch Menschen in den Oribt hätte bringen sollen. Die meisten Fehlschläge waren aber auf die Transtage zurückzuführen.

Titan 3D

Bildquelle

Bild vergrößernStart einer Titan 3D von Vandenberg.
(Bild: US Air Force)
Die Titan 3C war eine sehr erfolgreiche Rakete, doch war sie für den Start schwerer Spionagesatelliten in eine niedrige Umlaufbahn nicht geeignet. Zum einen verteuerte die Transtage die Rakete, wobei aber die Nutzlast nur minimal stieg. Außerdem kostete die schwere Transtage viel Nutzlastkapazitiät, weswegen die US Air Force beschloss, die Titan 3D zu entwickeln. Sie entspricht der Titan 3C, hat aber keine Oberstufe, weswegen sie schwere Satelliten in eine niedrige Umlaufbahn bringen konnte. Als Nutzlast wurden praktisch immer Spionagesatelliten vom Typ KH-9 und KH-11 verwendet. Diese waren busgroße Satelliten, die trotzdem nur sehr kurze Zeit in Betrieb blieben, da sie ihre Fotos auf Film machten und diese mit eigenen Kapseln zur Erde gebracht werden mussten.

Titan 3E

Als die NASA in den 1970er Jahren die Projekte Viking (Marsorbiter/-lander), Voyager (äußeres Sonnensystem) und Helios (Sonne, zusammen mit der BR Deutschland) beschloss, brauchte man einen neuen, leistungsstarken Träger, da die bisher verwendeten Atlas- und Delta-Raketen nicht genügund Leistung hatten, diese Sonden zu starten. Die Wahl der NASA fiel auf die Titan 3D, die nur noch eine ordentliche Oberstufe brauchte. Diese fand man der Centaur, einer der erfolgreichsten Oberstufen der USA. Diese neue Titan, die Titan 3E, war die leistungsfähigste Rakete ihrer Zeit: sie konnte 5 t Nutzlast auf eine Fluchtbahn bringen. Zudem war die Titan 3E die erste Titan, die eine kyrogene Oberstufe verwendete.

NASA

Bild vergrößernTitan III-E mit Viking 2 auf dem LC-41
(Bild: NASA)
Die Centaur war eine Centaur D-1 aus dem Atlas-Programm, die aber für die Titan modifiziert wurde. Die Version, die in der Titan 3E eingesetzt wurde, bkam den Namen Centaur D1T. Eine Besonderheit der Titan 3E ist ihre übergroße Nutzlastverkleidung, die mit einer Länge von 14,64 m und einem Durchmesser von 4,27 m die gesamte Centaur und die Nutzlast umschließt. Zudem können als Kickstufen sowohl die Burner II der Thor als auch die TE-364-4 der Delta benutzt werden, um die Geschwindigkeit der Sonde noch weiter zu erhöhen.

Insgesamt wurden sieben Titan 3E gebaut, von denen sechs die Sonden Viking 1+2, Helios 1+2 sowie Voyager 1+2 starteten. Der Erstflug (eine Testmission) schug aber fehl, da die Turbopumpe der Centaur nicht anlief, ein öfter beobachtetes Problem der Centaur. Doch bei ihren wichtigsten Missionen versagte die Titan 3E nie und somit wurden auch die Voyagers auf ihre Reise geschickt.

Titan 34D

US Air Force

Bild vergrößernDie erste Titan 34D auf der Startrampe in Cape Canaveral.
(Bild: US Air Force)
Die Titan 34D war im Gegensatz zur Titan 3C weiter vergrößert wurden. So besaßen die Feststoffbooster 5 1/2 anstatt 5 Booster und die Erststufe wurde um 1,74 m verlängert. Auch verwendete man erstmal parallel zur Transtage die neue IUS-Oberstufe aus dem Shuttle-Programm. Aber die Titan 34D konnte auch auf eine Oberstufe verzichten und schwere Nutzlasten in einen niedrigen Oribt bringen.

Aber schon bei der Titan 34D teichnete sich ein Trend ab, der bis zur Titan 4 weiterführte: der Träger wurde sehr teuer, selten benutzt und unzuverlässig, da bei insgesamt 15 Starts ganze drei Starts in einem Fehlstart endeten, wobei es auch zu spektakulären Fehlstarts kam wie der Explosion eines Feststoffboosters am 18. April 1986 nur acht Sekunden nach dem Start, wobei die Startanlage schwer bgeschädigt wurde. Grund für die geringe Startrate war die Annahme der US Air Force, dass von nun an das Space Shuttle alle Nutzlasten starten würde, und das billiger als irgendein anderes Trägersystem. Doch dies traf nicht zu und so begann der Stern der Titan zu sinken.

Commercial Titan

NASA

Bild vergrößernStart einer Commercial Titan mit der Marsonde Mars Observer an Bord.
(Bild: NASA)
Da die Titan durch das Space Shuttle seine "Stammkundschaft", das DoD (Depardment of Defense, US-Verteildugungsministerium), welche die meisten Nutzlasten der Titan stellte, verlor, dachte man bei Martin Marietta darüber nach, die Flüge der Titan selber anzubieten, ähnlich Arianespace mit den verschiednenen Ariane-Versionen. Das würde heißen, dass die Titan zum ersten Mal auf dem kommerziellen Satellitenmarkt als Trägersystem verfügbar sein würde. Dieses Vorgehen billigte schließlich das DoD und so wurde die Commercial Titan geboren.

Als Grundlage nahm man die Titan 34D, die schon vorher im Dienst der US Air Force stand. Man veränderte aber die Nutzlastverkleidung, um damit große Kommunikationssatelliten zu starten. Auch konnte man verschiedene Oberstufen benutzen. Die zwei wichtigsten waren die IUS des Shuttles sowie die alte Transtage, die schon früher im Titan-Programm benutzt wurde. Aber es wurden auch Versionen mit der PAM-D bzw. der PAM-D2 der Delta und des Shuttles sowie der TOS(eine Abwandlung der IUS), aber es waren auch Starts ohne Oberstufe möglich (wenn der Satellit selbst über einen Apogäumsmotor verfügt).

Die Commercial Titan war ein ökonomisches Desaster: ein einziger Start kostete über 150 Mio Dollar, ein exobitant hoher Preis für einen Start, auch heute noch. Damals kostete ein Start mit der etwa gleich leistungsstarken Ariane 44L gerade mal 84 Mio Dollar, etwa die Hälfte dees Preises eines Titan-Starts. Auch konnte man einen Satelliten bei der Titan erst 30 Monate nach vertragsunterzeichnung starten, die Ariane schaffte das manchmal nach drei (!) Monaten. Deswegen wurden nur vier Commercial Titan gestartet, drei kommerzielle (wobei man diese Aufträge von Arianespace bekam, da sie zu dieser Zeit einfach zu viele Starts hatten) und den Start von Mars Observer (wobei die Sonde wegen eines Computerfehlers in der Marsatmosphäre verglühte). Dabei wurden die Commerial Titan ohne Obetrstufe, die Commercial Titan TOS (Mars Observer) und die Commercial Titan PAM-D2 (Skynet 2A).

Technik

Die Titan 3 besteht je nach Version aus 2 bzw. 3 Stufen sowie Boostern:

  • Die 0te Stufe, also die Festoffbooster vom Typ UA1205 bzw. UA1206 (bei der Titan 34D und der Commercial Titan) sind 25,9 m/27,6 m lang, haben einen Durchmesser von 3,05 m und wiegen voll betankt 226,2 t / 251,4 t. Sie besteht aus 5 / 5 1/2 Segmenten, die ihrerseits aus Aluminium. Als Treibstoff benutzt man den Festtreibstoff HTPB, der auch in anderen Feststofftriebwerken benutzt wird. Sie erbringen einen Startschub von je 5.849,4 kN / 6.227,0 kN und brennen 115 Sekunden lang. Eine Besonderheit der Booster sind die an ihnen angebrachten Tanks mit Distickstofftetroxid. Wenn nämlich N2O4 in einen Booster injeziert wird, verbrennt der Treibstoff durch den Sauerstoff im N2O4 besser und so wird der Schub gesteigert. Wenn man den Schub gezeilt ändert, erhält man eine Schubvektorsteuerung und damit wurde die Titan 3 mit Boostern gesteuert.


  • Die erste Stufe wurde bei den Titan-3-Versionen A, 23B, C, D und E direkt von der Titan 2 übernommen. Die einzige Modifikation besteht darin, dass die Triebwerke an den Vakuumantrieb angepasst wurden, da sie erst nach Brennschluss der Booster in etwa 50 km Höhe zünden. Die erststufen der Titan 24B, 33B, 34B, 34D und Commercial dagegen wurde aus der Entwicklung der Titan 3M übernommen. Die waren mit 24 m ganze 170 cm länger als bei der Titan 2 und fassten damit mehr Treibstoff. Die zwei Aerojet LR-87-11-Triebwerke lieferten zusammen 2.340 kN Schub und brannten 161 Sekunden lang, im Gegensatz zu den 147 Sekunden bei der kürzeren Variante. Die Stufe selbst bestand aus Aluminium und wog vollbetankt 139,9 t, die kürzere Variante dagegen nur 116,6 t. Beide Versionen aber benutzten als Treibstoff Aerozin 50 und als Oxidator Distickstofftetroxid.


  • Die zweite Stufe wurde, genauso wie die erste Stufe, von der Titan 2 übernommen, aber auch hier ist die Zweitstufe der Titan 24B, 33B, 34B, 34D und Commercial verlängert worden. Beide Versionen hatten als Tirebwerke ein einzelnes Aerojet LR-91-11 mit 453,7 kN / 467 kN Schub. Beide hatten einen Durchmesser von 3,05 m und benutzten die Treibstoffkombiantion Aerozin 50 und Distickstofftetroxid. Aber es gab eben auch Unterschiede: Die Zweitstufe der Titan 34D und verschiedener Versionen der Titan 3B war 8,6 m bzw. 9,07 m lang, die kürzere Version dagegen nur 7,9 m lang. Auch wog die längere Version voll betankt 33,2 t bzw. 37,6 t, die kürzere dagegen nur 29,2 t. Acuh war die Brenndauer unterschiedlich: Die noch von der Titan 2 abstammende Zweitstufe brannte 205 Sekunden lang, die längere Version bei dere Titan 34D schon 230 Sekunden lang.


Zudem haben die veschiedenen Versionen der Titan 3 verschiedene Oberstufen:

  • US Air Force

    Bild vergrößernEine Transtage wie sie Einsatz benutzt wird.
    (Bild: US Air Force)
    Die Transtage war eine sehr gedrungene Oberstufe. Sie war gerade mal 4,6 m lang, hat einen Durchmesser von 3,05 m und wog voll betankt 12,25 t. Sie wurde, wie die Titan, mit Aerozin 50 und Distickstofftetroxid angetrieben. Ihr Aerojet AJ10-138-Triebwerk lieferte einen Schub von 71,2 kN bei einer Brenndauer von 440 Sekunden. Die Transtage war wiederzündbar und konnte verschiedene Satelliten auf unterschiedlichen Bahnen aussetzen. Eingesetzt wurde sie auf den Titan 3-Versionen Titan 3A, Titan 3C und Titan 34D, es waren aber auch Starts auf der Commercial Titan geplant, doch wurden sie nie durchgeführt.


  • Die Agena-D aus dem Thor- und Atlas-Programm war eine bewährte Oberstufe und hatte schon unzälige Flüge hinter sich, als sie für die Titan adaptiert wurde. Sie war 6,4 m lang, hatte einen Durchmesser von 1,52 m und wog voll betankt 8 t. Ihr Bell 8096-Triebwerk lieferte einen Schub von 71,2 kN, wurde mit Salpetersäure und Distickstofftetroxid betrieben und brannte 235 Sekunden lang. Sie war oft Plattform für verschiedenste Spionagesatelliten, wie den frühen Satelliten der Keyhole-Serie. Ihr bekannteste Nutzlast ist der KH-8-Spionagesatellit, eben jener Vertreter der Keyhole-Reihe. Einsatz fand die Agena in den Titan-Versionen Titan 23B, Titan 24B, Titan 33B und Titan 34B.


  • NASA

    Bild vergrößernEine Centaur D1T beim Einbau in eine Titan 3E.
    (Bild: NASA)
    Die Centaur-D1T wurde nur in der Titan 3E eingesetzt und brachte Sonden vom Typ Viking, Helios und Voyager auf ihre Reise. Sie war eine modifizierte Centaur-D1 aus dem Atlas-Programm und somit war die Entwicklung sehr einfach. Die Centaur war 9,6 m lang, hatte einen Durchmesser von 3,05 m und wog voll betankt 16,3 t. Ihre zwei Pratt & Whitney RL-10 A3 erbrachten einen Schub von 131,2 kN, benutzten als Treibstoff LH2 und LOX und brannten 470 Sekunden lang.


  • Die IUS (Inertial Upper Stage) wurde zunächst für das Space Shuttle entwickelnt, doch dann auch von der Titan verwendet. Eigentlich besteht sie aus zwei Oberstufen, nämlich einem Orbus 21-Antrieb als erste Stufe und ein Orbus 6-Antrieb als zweite Stufe. Beide Stufen wurden durch einen Adapter miteinander verbunden. Aber die IUS kann auch nur mit dem Orbus 21-Triebwerk benutzt werden. Bei solchen Einsätzen heißt die Oberstufe TOS. Der Orbus 21 ist 3,52 m lang, hat einen Durchmesser von 3,34 m und wiegt voll betankt 10,8 t. Als Treibstoff nutzt es den Festtreibstoff HTPB und hat einen Schub von 181,5 kN für 152 Sekunden Brenndauer. Der Orbus 6 ist dagegen nur 2,018 m lang, hat einen Durchmesser von 1,61 m und wiegt voll betankt 3,9 t. Sein Triebwerk hat einen Schub von 78,4 kN und brennt 103 Sekunden lang. Als Treibstoff nutzt man den gleichen wie in Orbus 21, nämlich HTPB. Das IUS ist in der Lage, einen Satelliten direkt in den geostationären Orbit (GEO) zu starten, was ihn sehr attraktiv für einen Ersatz für die Transtage machte. Zudem war es eine der ersten Feststoffoberstufen, die über eine Drei-Achsen-Stabilisierung verfügte und damit auch keinen Dralltisch benötigte. Das machte ein Einschüsse in den geünschten Orbit sehr viel präziser.


  • Die PAM-D (Payload Assistant Module) ist eine kleine Oberstufe auf Basis des Star 48B- bzw. Star 48V-Triebwerks, die schon vorher häufig auf den Delta-Versionen 3000, 4000, 6000 und Delta II sowie für das Space Shuttle benutzt und für Die Commercial Titan adaptiert wurde. Sie ist die einzige Titan-Oberstufe, die auch noch heute benutzt wird. Die PAM-D ist 2,04 m lang, hat einen Durchmesser von 1,23 m und wiegt voll betankt 2,1 t. Ihr Triebwerk leifert einen Schub von 68,8 kN für eine Brenndauer von 85 Sekunden. Als Treibstoff benutzt es einen speziellen Festtreibstoff mit der Bezeichnung TP-H-3340. Daneben gibt es eine zweite Version, die PAM-D2. Dieses basiert auf dem Star 63-Antrieb und ist leistungsfähiger als die alte PAM-D. Die PAM-D2 ist 1,8 m lang, hat einen Durchmesser von 1,6 m und wiegt voll betankt 3,7 t. Das Triebwerk lieferte einen Schub von 107,2 kN für eine Brenndauer von 120 Sekunden. Die PAM-D wurde vor der Zündung mittels Dralltisch in eine Rotation versetzt, damit die Stufe eine stabile Raumlage hat.




Starts

Die verschiedenen Versionen der Titan 3 wurden zwischen 1964 und 1992 insgesamt 156 Mal, wovon 15 Fehlstarts waren. Die Titan 3 starteten von den verschiedesten Startplätzen in Cape Canaveral sowie in Vandenbern. Im Großen und Ganzen waren die in Cape Canaveral verwendeten Startplätze LC-20 (Titan 3A), LC-40 (Titan 3C, 34D, Commercial) und LC 41 (Titan 3C, 3E) sowie SLC-4E (Titan 3D, 34D) und SLC-4W (Titan 3B) in Vandenberg. Hier eine kleine Statistik der Träger:

  • Titan 3A: 4 Starts, 1 Fehlstart; Erstflug: 1. September 1964, Letzter Flug: 6. Mai 1965


  • Titan 23B: 29 Starts, 1 Fehlstart; Erstflug: 29. Juli 1966, Letzter Flug: 22. April 1971


  • Titan 24B: 23 Starts, 2 Fehlstart; Erstflug: 12. August 1971, Letzter Flug: 17. April 1984


  • Titan 33B: 3 Starts, 1 Fehlstart; Erstflug: 21. März 1971, Letzter Flug: 21. August 1973


  • Titan 34B: 11 Starts, 2 Fehlstart; Erstflug: 10. März 1975, Letzter Flug: 12. Februar 1987


  • Titan 3B insgesamt: 70 Starts, 5 Fehlstart; Erstflug: 29. Juli 1966, Letzter Flug: 12. Februar 1987


  • Titan 3C: 36 Starts, 5 Fehlstart; Erstflug: 18. Juni 1965, Letzter Flug: 6. März 1982


  • Titan 3D: 22 Starts, 0 Fehlstart; Erstflug: 15. Juni 1971, Letzter Flug: 17. November 1982


  • Titan 3E: 7 Starts, 1 Fehlstart; Erstflug: 11. Februar 1974, Letzter Flug: 5. September 1977


  • Titan 34D: 15 Starts, 3 Fehlstart; Erstflug: 30. Oktober 1982, Letzter Flug: 4. September 1989


  • Commercial Titan: 4 Starts, 1 Fehlstart; Erstflug: 1. Januar 1990, Letzter Flug: 25. September 1992
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