Titan 4

Die Titan 4 ist der Schlusspunkt der Entwicklung der Titan-Familie. Entwickelt, um für das amerikanische Militär das Space Shuttle zu ersetzen, war es für zwei Jahrzehnte das Arbeitspferd der US Air Force für schwere Spionagesatelliten.

Autor: Daniel Maurat.

Entwicklung

Die Titan 4 entstand aus der Tatsache, dass die US Air Force zunächst all ihre Spionagesatelliten von nun an mit dem Space Shuttle gestartet werden sollten, doch war das Shuttle-Programm schon beim Jungfernflug 1981 drei Jahre im Verzug und die geplante Startrate stellte sich schnell als völlig utopisch heraus. Zudem war der erste Start für das US-Militär erst 1985 und ein erster Start von Vandenberg, von wo aus die meisten Spionagesatelliten hätten gestartet werden sollen, war erst 1986 geplant (und wurde nach dem Challenger-Unglück aufgegeben). Schließlich entschied man sich, von Shuttle-Programm abzurücken und einen Träger zu bauen, der die neuen schweren Militärsatelliten starten kann. Doch der bis dahin stärkste Träger der US Air Force, die Titan 34D, war zu schwach für diese neue Generation von Spionagesatelliten. Deswegen vergrößerte man die Titan 34D und entwickelte daraus die Titan 4, später auch Titan 4A genannt. Durch die Challenger-Katastrophe 1986 sahen dann die Planer des US-Militärs ihre Entscheidung schließlich als völlig begründet und die Arbeiten an der Titan 4 begannen. Als Startrampen nahm man die alten Raumpen der Titan 3, also SLC 4W in Vandenberg und LC 40 und LC 41 in Cape Canaveral.

Titan 4A

Start einer Titan 403 A von Vandenberg.
(Bild: US Air Force)

Die Titan 4A war eine Titan 34D, nur größer und leistungsfähiger. Die Booster hatten nun 7 anstatt der bisherigen 5 1/2 Segmente, die Stufen wurden verlängert und man setzte auf eine große Auswahl an Oberstufen: zum einem verwendete man weiter die IUS, wie auch die Titan 34D und das Space Shuttle, aber es gab auch ein Comeback im Titan-Programm: die Centaur wurde wieder für die Titan benutzt. Die neue Version namens Centaur T wurde zunächst für das Space Shuttle gebaut, doch dann gab man das Projekt nach dem Challenger-Unglück auf, da die NASA befunden hatte, dass eine kyrogene Oberstufe in der Shuttle-Ladebucht zu gefährlich wäre. Doch das US-Militär, die hauptsächlich die Entwicklung bezahlt hat, hielt an der Oberstufe und so wurde sie Bestandteil der Titan 4. Aber es waren auch Missionen ohne Oberstufen möglich, vor allem bei schweren Spionagesatelliten, die in eine erdnahe Umlaufbahn gebracht wurden.

Eine weitere Neuerung bei der Titan 4 war die Nomenklatur der verschiedenen Versionen:

  • Titan 401; Centaur G als Oberstufe; Start von Cape Canaveral
  • Titan 402; IUS als Oberstufe; Start von Cape Canaveral
  • Titan 403; keine Oberstufe; Start von Vandenberg
  • Titan 404; keine Oberstufe; Start von Vandenberg
  • Titan 405; keine Oberstufe; Start von Cape Canaveral

Der Unterschied zwsichen den Versionen Titan 403 und 404 liegt im benutzten Nutzlastadapter. Sonst waren sie untereinander identisch.

Doch es zeichnete sich ein Trend ab, der schon bei der Titan 34D sichtbar war: die Raketen wurden immer teurer. Die durchschnittlichen Startkosten betrugen zwischen 250 und 325 Mio Dollar, und das ohne Oberstufe. Und dieses Problem wurde schlimmer, da die Startrate zwischen dem Erstflug 1989 und dem letzten Flug 1998 immer weiter sank.

Titan 4B

Der zweite Start einer Titan 4B in der Aufführung Titan 401B. An Bord die Saturnsonde Cassini-Huygens.
(Bild: NASA)

Die Titan 4B ist eine Weiterentwicklung, um noch schwerere Spionagesatelliten zu starten als die Titan 4A. Die größte Verbesserung sind die beiden Feststoffbooster: anstatt 7 Segmente, wie die Titan 4A, hat die neue Titan 4B nur noch drei große Segmente, da es sowohl bei der Titan 4A auch auch beim Space Shuttle zu Katastrophen wegen der Verbingungsstellen zwischen den Segmenten kam und somit das Risiko für ein Versagen der Feldverbindungen sinkt. Außerdem verzichtete man auf die Vektorsteuerung mittels Distickstofftetroxideinspritzung, was auf die Titan 3C zuwückgeht, und verwendet nun schwenkbare Düsen für die Boooster. Sonst glich sie ihrem Vorgänger. Auch hier gibt es eine spezielle Nomenklatur:

  • Titan 401 B; Centaur G als Oberstufe; Start von Cape Canaveral
  • Titan 402 B; IUS als Oberstufe; Start von Cape Canaveral
  • Titan 403 B; keine Oberstufe; Start von Vandenberg
  • Titan 404 B; keine Oberstufe; Start von Vandenberg

Die Version Titan 405 B, also ein Start von Cape Canaveral ohne Oberstufe, wurde bei der Titan 4B nicht genutzt. Der wohl berühmteste Start der Titan 4B ist ihr zweiter Flug am 15. Oktober 1997, bei dem die Saturnsonde Cassini-Huygens gestartet wurde. Bei diesem Start wurde übrigens die Version Titan 401 B, also mit Centaur T-Oberstufe genutzt.

Doch genauso wie bei der Titan 4A waren ihre Starts extrem teuer, weswegen die US Air Force das EELV-Programm ausschrieb, um einen neuen, nicht wiederverwendbaren Träger zu entwickeln. Als Ergebnis kamen die Delta IV und die Atlas V, welche in ihren Schwerlastversionen locker mit der Nutzlastkapazität der Titan 4B mithalten konnten, und so kam es, wie es kommen musste: die US Air Force stellte das Titan 4-Programm ein und startete 2005 ihre letzte Titan 4B. Damit endete die über 40-jahrige Karierre der Titan.

Technik

Wie ihre Vorgänger verfügt die Titan 4 über zwei Feststoffbooster sowei zwei Hauptstufen und optionaler Oberstufen:

  • Die Booster der Titan 4A vom Typ UA 1207 wurden, wie die Booster der Titan 3, von United Alliant gebaut. Sie sind 34,1 m lang, haben einen Durchmesser von 3,05 m und wiegen voll betankt 319,3 t. Sie bestehen aus sieben Segmenten, die einzeln in der Fabrik befüllt werden. Jeder Booster hat einen Schub von 7.117 kN bei einer Brenndauer von 120 Sekunden, wobei man als Treibstoff den Festtreibstoff HTPB. Jeder Booster verfügt über einen Außentank mit Distickstofftetroxid, dass das N2O4 in den Brennraum im Booster spritzt, um den Schub punktuell zu verändern und die Rakete so eine Art Schubvektorsteuerung bekommt.
  • Die Booster der Titan 4B dagegen waren vom Typ USRM (Universal Solid Rocket Motor für universaler Feststoffmotor) von United Alliant, waren 33,5 Meter lang, haben einen Durchmesser von 3,2 und wogen voll betankt 357,2 t. Ein Booster hatte einen Schub von 7.560,7 kN und brannte 140 Sekunden lang. Als Treibstoff wählte man HTPB, der auch schon in den vorherigen Boostern der Titan benutzt wurde. Man verzichtete aber bei der USRM aber auf die Schubvektorsteuerung mittels N2O4-Einspritzung. Dafür verwendete man schwenkbare Düsen, die die Rakete während ihrer Brenndauer steuern.
  • Die erste Stufe wurde im Gegensatz zur Titan 34D verlängert. Sie war 23,4 m lang, hatte einen Durchmesser von 3,05 m und wog voll betankt 163 t. Ihre zwei Aerojet LR-87-11-Triebwerke lieferten einen Schub von 2.428,3 kN bei einer Brenndauer von 164 Sekunden. Als Treibstoff nutzte man den bei der Titan bewährten Treibstoffmix Aerozin 50 und Distickstofftetroxid. Die Stufe wird aber erst gezündet, wenn die Feststoffbooster ausgebrannt sind.
  • Die zweite Stufe wurde auch im Vergleich zur Titan 34D verlängert. Sie war nun 9,9 m lang, hatte einen Durchmesser von 3,05 m und wog voll betankt 39,5 t. Das einzelne Aerojet LR-91-11-Triebwerk hat einen Schub von 459,5 kN bei einer Brenndauer von 223 Sekunden, wobei die Treibstoffkombination Aerozin 50 und Distickstofftetroxid benutzt wird. Sie wird noch während der Brenndauer der ersten Stufe gezündet, wobei die Abgase die erste Stufe wegdrücken. Diese Art von Stufentrennung wird auch heiße Stufentrennung genannt.

Die Titan 4 kann mit zwei verschiedenen Oberstufen ausgerüstet werden:

  • Die Centaur T (T für Titan) hat mit der traditionellen Centaur nur noch die Triebwerke gemein. An sich basierte sie auf der Centaur G und Centaur G Prime, die für das Shuttle-Programm entwickelt wurde. Beide waren an die Ladebucht des Space Shuttles angepasst, wobei die Centaur G Prime länger war. Als das Titan 4-Programm beschlossen wurde, wählte die US Air Force die Centaur G Prime, da sie eine größere Treibstoffkapazität hatte als die Centaur G. Die Centaur T an sich war 9 m lang, hatte einen maximalen Durchmesser von 4,33 m und wog voll betankt 23,9 t. Die zwei Pratt & Whittney RL-10A-3A der Centaur T haben je einen Schub von 73,4 kN und brannten 625 Sekunden lang. Als Treibstoff benutzte man, wie bei allen anderen Centaur-Versionen, die Treibstoffkombination LH2 (flüssiger Wasserstoff) und LOX (flüssiger Sauerstoff), was eine der effektivsten Treibstoffkombinationen ist, die man zur Zeit kennt.
  • Die IUS (Inertial Upper Stage) wurde zunächst für das Space Shuttle entwickelt und von der Titan 34D und dann auch für die Titan 4 verwendet. Eigentlich bestand die IUS 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. Der Orbus 21 ist 3,52 m lang, hatte einen Durchmesser von 3,34 m und wog voll betankt 10,8 t. Als Treibstoff nutzte es den Festtreibstoff HTPB und hatte einen Schub von 181,5 kN für 152 Sekunden Brenndauer. Der Orbus 6 war dagegen nur 2,08 m lang, hatte einen Durchmesser von 1,61 m und wog voll betankt 3,9 t. Sein Triebwerk hatte einen Schub von 78,4 kN und brannte 103 Sekunden lang. Als Treibstoff nutzte man den gleichen wie in Orbus 21, nämlich HTPB. Das IUS war in der Lage, einen Satelliten direkt in den geostationären Orbit (GEO) zu starten, was sie sehr attraktiv für einen Ersatz für die Transtage machte, die keine Verwendung mehr bei der Titan 4 fand. 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 gewünschten Orbit sehr viel präziser, was der Lebenszeit des Satelliten zugute kommt, da man weiniger Treibstoff braucht, um seine Zielposition zu erreichen.

Starts

Die Titan 4A und 4B starteten zwischem dem Erststart der Titan 4A am 14. Juni 1989 und dem 19. Oktober 2005 insgesamt 39 Mal, wobei vier Starts fehlschlugen. Alle Starts fanden von SLC 4W in Vandenberg sowie LC 40 und LC 41 in Cape Canaveral statt. Hier eine kleine Statistik der verschiedenen Versionen der Titan 4:

  • Titan 4A: 22 Starts, 2 Fehlstarts; Erstflug: 14.06.1989; Letzter Flug: 12.08.1998
  • Titan 401 A: 9 Starts, 1 Fehlstart; Erstflug: 07.02.1994; Letzter Flug: 12.08.1998
  • Titan 402 A: 3 Starts, 0 Fehlstarts; Erstflug: 14.06.1989; Letzter Flug: 22.12.1994
  • Titan 403 A: 5 Starts, 1 Fehlstart; Erstflug: 08.03.1991; Letzter Flug: 23.10.1997
  • Titan 404 A: 3 Starts, 0 Fehlstarts; Erstflug: 28.11.1992; Letzter Flug: 20.12.1996
  • Titan 405 A: 2 Starts, 0 Fehlstarts; Erstflug: 08.06.1990; Letzter Flug: 03.07.1996
  • Titan 4B: 17 Starts, 2 Fehlstarts; Erstflug: 23.02.1997; Letzter Flug: 19.10.2005
  • Titan 401 B: 7 Starts, 1 Fehlstart; Erstflug: 15.10.1997; Letzter Flug: 09.09.2003
  • Titan 402 B: 5 Starts, 1 Fehlstart; Erstflug: 23.02.1997; Letzter Flug: 14.02.2004
  • Titan 403 B: 3 Starts, 0 Fehlstarts; Erstflug: 22.05.1999; Letzter Flug: 30.04.2005
  • Titan 404 B: 2 Starts, 0 Fehlstarts; Erstflug: 05.10.2001; Letzter Flug: 19.10.2005

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