Titán IV

Titán IV

Un cohete Titan IV-B que transportaba la misión de investigación espacial Cassini-Huygens antes del despegue del Complejo de Lanzamiento 40 en Cabo Cañaveral , el 12 de octubre de 1997 (NASA)
Función	Vehículo de lanzamiento de carga pesada
Fabricante	Lockheed Martin
País natal	Estados Unidos
Coste por lanzamiento	432 millones de dólares (USD)
Tamaño
Altura	50-62 m (164-207 pies)
Diámetro	3,05 m (10 pies)
Masa	943.050 kilogramos (2.079.060 libras )
Etapas	3-5
Capacidad
Carga útil a LEO
Masa	21.680 kg (47.790 libras)
Carga útil a LEO polar
Masa	17.600 kg (38.800 libras)
Carga útil a GSO
Masa	5.760 kg (12.690 libras)
Carga útil a HCO
Masa	5.660 kg (12.470 libras)
Cohetes asociados
Familia	Titán
Comparable	Atlas V , Delta IV pesado , Falcon 9
Historial de lanzamiento
Estado	Jubilado
Sitios de lanzamiento	SLC-40 / 41 , Cabo Cañaveral SLC-4E , Base de la Fuerza Aérea Vandenberg
Lanzamientos totales	39 [1] ( IVA: 22, IVB: 17)
Éxito(s)	35 ( IVA: 20, IVB: 15)
Falla(s)	4 ( IVA: 2, IVB: 2)
Primer vuelo	IV-A: 14 de junio de 1989 IV-B: 23 de febrero de 1997
Último vuelo	IV-A: 12 de agosto de 1998 IV-B: 19 de octubre de 2005
Tipo de pasajeros/carga	Lacrosse DSP Milstar Cassini-Huygens
Impulsores (IV-A) – UA1207
No. de refuerzos	2
Desarrollado por	Tecnologías unidas UA1207
Empuje máximo	14,234 MN (3.200.000 libras )
Impulso específico	272 segundos (2667 N·s/kg)
Tiempo de combustión	120 segundos
Propulsor	PBAN
Refuerzos (IV-B) – SRMU
No. de refuerzos	2
Desarrollado por	Hércules USRM [2]
Empuje máximo	15,12 MN (3.400.000 libras)
Impulso específico	286 segundos (2805 N·s/kg)
Tiempo de combustión	140 segundos
Propulsor	HTPB
Primera etapa
Desarrollado por	2LR87 [3 ]
Empuje máximo	2.440 kN (548.000 lbf)
Impulso específico	302 segundos (2962 N·s/kg)
Tiempo de combustión	164 segundos
Propulsor	N2O4 / Aerozina 50​​
Segunda etapa
Desarrollado por	1LR91​
Empuje máximo	467 kN (105.000 lbf)
Impulso específico	316 segundos (3100 N·s/kg)
Tiempo de combustión	223 segundos
Propulsor	N2O4 / Aerozina 50​​
Tercera etapa (opcional) – Centaur-T
Desarrollado por	2 RL10
Empuje máximo	147 kN (33.100 lbf)
Impulso específico	444 segundos (4354 N·s/kg)
Tiempo de combustión	625 segundos
Propulsor	LH2 / Oxígeno disuelto
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Titan IV fue una familia de vehículos de lanzamiento espacial de carga pesada desarrollados por Martin Marietta y operados por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos desde 1989 hasta 2005. ^[4] Los lanzamientos se realizaron desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral , Florida ^[5] y la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg , California. ^[6]

El Titan IV fue el último de la familia de cohetes Titan , desarrollado originalmente por Glenn L. Martin Company en 1958. Fue retirado en 2005 debido a su alto costo de operación y preocupaciones sobre sus propelentes hipergólicos tóxicos , y reemplazado por los vehículos de lanzamiento Atlas V y Delta IV bajo el programa EELV . El lanzamiento final (B-30) desde Cabo Cañaveral ocurrió el 29 de abril de 2005, y el lanzamiento final desde Vandenberg AFB ocurrió el 19 de octubre de 2005. ^[7] Lockheed Martin Space Systems construyó los Titan IV cerca de Denver, Colorado, bajo contrato con el gobierno de los EE . UU . ^[1]

Actualmente, dos vehículos Titan IV están en exhibición en el Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en Dayton, Ohio, y en el Museo de Aviación y del Espacio Evergreen en McMinnville, Oregón .

El Titan IV fue desarrollado para proporcionar una capacidad garantizada para lanzar cargas útiles de clase transbordador espacial para la Fuerza Aérea. El Titan IV podría lanzarse sin etapa superior , con la etapa superior inercial (IUS) o con la etapa superior Centaur .

El Titan IV estaba formado por dos grandes cohetes propulsores de combustible sólido y un núcleo de dos etapas alimentado con combustible líquido. Las dos etapas del núcleo de combustible líquido almacenable utilizaban combustible Aerozine 50 y oxidante de tetróxido de nitrógeno . Estos propulsores son hipergólicos , se encienden al contacto y son líquidos a temperatura ambiente, por lo que no se necesita aislamiento del tanque. Esto permitió que el lanzador se almacenara en estado listo durante períodos prolongados, pero ambos propulsores son extremadamente tóxicos.

El Titan IV podría lanzarse desde cualquiera de las costas: SLC-40 o 41 en la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral, cerca de Cocoa Beach, Florida, y SLC-4E , en los sitios de lanzamiento de la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg, a 55 millas al noroeste de Santa Bárbara, California. Los lanzamientos a órbitas polares se realizaron desde Vandenberg, y la mayoría de los demás lanzamientos se realizaron en Cabo Cañaveral.

El Titan IV-A voló con motores de cohete UA1207 sólidos revestidos de acero (SRM) producidos por la División de Sistemas Químicos. ^{[8] [9] [10]}

El Titan IV-B evolucionó a partir de la familia Titan III y era similar al Titan 34D.

Si bien la familia de lanzadores tuvo un historial de confiabilidad extremadamente bueno en sus primeras dos décadas, esto cambió en la década de 1980 con la pérdida de un Titan 34D en 1985 seguida de la desastrosa explosión de otro en 1986 debido a una falla del SRM . Debido a esto, el vehículo Titan IV-B estaba destinado a utilizar los nuevos motores de cohetes sólidos mejorados con carcasa compuesta. ^[11] Debido a problemas de desarrollo, los primeros lanzamientos del Titan IV-B volaron con los SRM UA1207 de estilo antiguo.

• 
  Titán IV-A
• 
  Titán-4(01)A Centauro
• 
  Titán IV-B Centauro
• 
  Cámara de empuje y inyector del motor cohete LR91-AJ-11
• 
  Parte inferior de la primera etapa del cohete Titán IV-B

• Constructor: Lockheed-Martin Astronautics
• Central eléctrica:
  • La etapa 0 consistió en dos motores de cohete sólido.
  • La etapa 1 utilizó un motor de cohete de combustible líquido LR87-AJ-11.
  • La etapa 2 utilizó el motor de combustible líquido LR91-AJ-11.
  • Las etapas superiores opcionales incluían el Centauro y la etapa superior inercial .
• Sistema de guía: Un sistema de guía por giroscopio láser de anillo fabricado por Honeywell .
• Empuje:
  • Etapa 0: Los motores de cohetes sólidos proporcionaron 1,7 millones de libras de fuerza (7,56 MN) por motor en el despegue.
  • Etapa 1: LR87-AJ-11 proporcionó un promedio de 548.000 libras de fuerza (2,44 MN)
  • Etapa 2: LR91-AJ-11 proporcionó una fuerza promedio de 105.000 libras (467 kN).
  • La etapa superior opcional Centaur (RL10A-3-3A) proporcionó 33.100 libras de fuerza (147 kN) y la etapa superior inercial proporcionó hasta 41.500 libras de fuerza (185 kN).
• Longitud: hasta 204 pies (62 m)
• Capacidad de elevación:
  • Podría transportar hasta 47.800 libras (21.700 kg) a la órbita terrestre baja.
  • hasta 12.700 libras (5.800 kg) en una órbita geoestacionaria cuando se lanza desde Cabo Cañaveral AFS, Florida;
  • y hasta 38.800 libras (17.600 kg) en una órbita polar terrestre baja cuando se lanza desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg.
  • en órbita geoestacionaria:
    • Con etapa superior Centaur 12.700 libras (5.800 kg)
    • con etapa superior inercial de 5250 libras (2380 kg)
• Carenado de carga útil : ^[12]
  • Fabricante: McDonnell Douglas Space Systems Co.
  • Diámetro: 16,7 pies (5,1 m)
  • Longitud: 56, 66, 76 u 86 pies
  • Masa: 11.000, 12.000, 13.000 o 14.000 lb
  • Diseño: 3 secciones, estructura isogrid, aluminio
• Peso máximo de despegue: aproximadamente 2,2 millones de libras (1.000.000 kg)
• Costo: Aproximadamente 250–350 millones de dólares, dependiendo de la configuración del lanzamiento.
• Fecha de despliegue: junio de 1989
• Sitios de lanzamiento: Cabo Cañaveral AFS, Florida, y Vandenberg AFB, California.

En 1988-89, la Ralph M. Parsons Company diseñó y construyó una torre de acero a escala real y una instalación deflectora, que se utilizó para probar la actualización del motor de cohete sólido (SRMU) del Titan IV. ^[13] Se modelaron el lanzamiento y el efecto de la fuerza de empuje del SRMU en el vehículo Titan IV. Para evaluar la magnitud de la fuerza de empuje, el SRMU se conectó a la torre de acero a través de sistemas de medición de carga y se lanzó en el lugar. Fue la primera prueba a escala real realizada para simular los efectos del SRMU en el vehículo Titan IV. ^[14]

A principios de la década de 1980, General Dynamics desarrolló un plan para ensamblar una nave espacial de aterrizaje lunar en órbita bajo el nombre de Early Lunar Access . Un transbordador espacial pondría en órbita un módulo de aterrizaje lunar y luego se lanzaría un cohete Titan IV con una etapa Centaur G-Prime modificada para encontrarse y acoplarse. El plan requería actualizar el transbordador espacial y el Titan IV para utilizar tanques de combustible de aleación de aluminio y litio más ligeros. ^[15] El plan nunca se concretó, pero en la década de 1990 el tanque externo del transbordador se convirtió en tanques de aluminio y litio para encontrarse con la órbita altamente inclinada de la estación espacial rusa Mir . ^[16]

El IV-A (40 nA) utilizaba amplificadores con carcasas de acero, el IV-B (40 nB) utilizaba amplificadores con carcasas compuestas (SRMU).

El modelo 401 utilizó una tercera etapa Centaur, el modelo 402 utilizó una tercera etapa IUS. Los otros tres modelos (sin tercera etapa) fueron 403, 404 y 405:

• El tipo 403 no tenía etapa superior para cargas útiles de menor masa a órbitas más altas desde Vandenberg. ^[17]
• El tipo 404 no tenía etapa superior, para cargas útiles más pesadas en órbitas bajas, de Vandenberg. ^[17]
• El tipo 405 no tenía etapa superior para transportar cargas útiles de menor masa a una órbita más alta desde Cabo Cañaveral. ^[17]

La familia de cohetes Titan se estableció en octubre de 1955 cuando la Fuerza Aérea le otorgó a la Glenn L. Martin Company (más tarde Martin-Marietta , ahora parte de Lockheed Martin ) un contrato para construir un misil balístico intercontinental ( SM-68 ). El Titan I resultante fue el primer ICBM de dos etapas del país y complementó al ICBM Atlas como el segundo ICBM subterráneo, almacenado verticalmente y basado en silos. Ambas etapas del Titan I usaban oxígeno líquido y RP-1 como propulsores.

Una versión posterior de la familia Titan, el Titan II , fue una evolución de dos etapas del Titan I, pero era mucho más potente y utilizaba diferentes propulsores. Designado como LGM-25C, el Titan II fue el misil más grande desarrollado para la USAF en ese momento. El Titan II tenía motores de nuevo desarrollo que usaban Aerozine 50 y tetróxido de nitrógeno como combustible y oxidante en una combinación de propulsor hipergólico autoinflamable , lo que permitía que el Titan II se almacenara bajo tierra listo para su lanzamiento. El Titan II fue el primer vehículo Titan en ser utilizado como lanzador espacial.

El desarrollo del cohete de lanzamiento espacial Titan III comenzó en 1964, dando como resultado el Titan IIIA, seguido eventualmente por el Titan IV-A y el IV-B.

A mediados de la década de 1980, el gobierno de los Estados Unidos se preocupó de que el transbordador espacial, diseñado para lanzar todas las cargas útiles estadounidenses y reemplazar todos los cohetes no tripulados, no fuera lo suficientemente confiable para misiones militares y clasificadas. En 1984, el subsecretario de la Fuerza Aérea y director de la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO), Pete Aldridge , decidió comprar vehículos de lanzamiento desechables complementarios (CELV) para diez cargas útiles de la NRO; el nombre surgió de la expectativa del gobierno de que los cohetes "complementarían" al transbordador. Posteriormente rebautizado como Titan IV, ^[18] el cohete solo transportaría tres cargas útiles militares ^[19] emparejadas con etapas Centaur y volaría exclusivamente desde el LC-41 en Cabo Cañaveral. Sin embargo, el accidente del Challenger en 1986 provocó una renovada dependencia de los sistemas de lanzamiento desechables , y el programa Titan IV se expandió significativamente. En el momento de su introducción, el Titan IV era el vehículo de lanzamiento desechable más grande y más capaz utilizado por la USAF. ^[20]

El programa posterior al Challenger añadió versiones del Titan IV con etapa superior inercial (IUS) o sin etapas superiores, aumentó el número de vuelos y convirtió el LC-40 en Cabo Cañaveral para los lanzamientos del Titan IV. En 1991, se habían programado casi cuarenta lanzamientos del Titan IV en total y se introdujo una nueva y mejorada carcasa de motor de cohete sólido (SRM ) que utilizaba materiales compuestos ligeros.

En 1990, el Informe de Adquisiciones Selectas del Titan IV estimó el costo total de la adquisición de 65 vehículos Titan IV durante un período de 16 años en 18.300 millones de dólares (42.700 millones de dólares ajustados por inflación en 2024). ^[21]

En octubre de 1997, un cohete Titán IV-B lanzó Cassini-Huygens , un par de sondas enviadas a Saturno . Fue el único uso de un Titan IV para un lanzamiento no relacionado con el Departamento de Defensa. Huygens aterrizó en Titán el 14 de enero de 2005. Cassini permaneció en órbita alrededor de Saturno. La misión Cassini finalizó el 15 de septiembre de 2017, cuando la nave espacial fue enviada a la atmósfera de Saturno para quemarse.

Aunque supuso una mejora con respecto al transbordador, el Titan IV era caro y poco fiable. ^[18] En la década de 1990, también había crecientes preocupaciones de seguridad por sus propelentes tóxicos. El programa de vehículos de lanzamiento desechables evolucionados (EELV) dio lugar al desarrollo de los vehículos de lanzamiento Atlas V , Delta IV y Delta IV Heavy , que sustituyeron al Titan IV y a varios otros sistemas de lanzamiento heredados. Los nuevos EELV eliminaron el uso de propelentes hipergólicos, redujeron los costes y eran mucho más versátiles que los vehículos heredados.

En 2014, el Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en Dayton, Ohio , comenzó un proyecto para restaurar un cohete Titan IV-B. Este esfuerzo tuvo éxito y la exhibición se inauguró el 8 de junio de 2016. ^[22] Los únicos otros componentes supervivientes del Titan IV se encuentran en el Wings Over the Rockies Air and Space Museum en Denver, Colorado, que tiene dos motores Titan Stage 1, un motor Titan Stage 2 y la "falda" entre etapas en exhibición al aire libre; ^[23] y en el Evergreen Aviation and Space Museum en McMinnville, Oregón, incluidas las etapas centrales y partes del conjunto del motor del cohete sólido. ^[24]

• 
  El Titan IV-B en el Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos
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  El Titan IV-B en el Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos
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  El Titan IV-B en el hangar de restauración del Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. Esta es la primera etapa en la popa con dos motores Aerojet LR87-AJ-11.
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  Titan IV-B etapa uno y SRMU en el Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos
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  El Titan IV-B en el Museo de Aviación y Espacio Evergreen
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  El Titan IV-B en el Museo de Aviación y Espacio Evergreen
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  El Titan IV-B en el Museo de Aviación y Espacio Evergreen

El Titán IV experimentó cuatro fallos catastróficos en el lanzamiento.

El 2 de agosto de 1993, el Titan IV K-11 despegó del SLC-4E con un satélite NOSS SIGNIT. Como es inusual en los lanzamientos del Departamento de Defensa, la Fuerza Aérea invitó a la prensa civil a cubrir el lanzamiento, que se convirtió en una noticia más importante de lo previsto cuando el cohete explotó 101 segundos después del despegue. La investigación descubrió que uno de los dos SRM se había quemado, lo que provocó la destrucción del vehículo de manera similar a la falla anterior del 34D-9. Una investigación descubrió que un trabajo de reparación inadecuado fue la causa del accidente. ^[25]

Después del Titan 34D-9, se habían puesto en marcha amplias medidas para garantizar el correcto funcionamiento del SRM, incluida la radiografía de los segmentos del motor durante las comprobaciones previas al lanzamiento. Los SRM que se embarcaron en el K-11 se habían enviado originalmente a Cabo Cañaveral, donde los rayos X revelaron anomalías en la mezcla de combustible sólido en un segmento. El área defectuosa se eliminó mediante un corte en forma de pastel en el bloque de combustible. Sin embargo, la mayoría del personal calificado de CSD había abandonado el programa en ese momento, por lo que el equipo de reparación en cuestión no conocía el procedimiento adecuado. Después del reemplazo, se olvidaron de sellar el área donde se había realizado el corte en el bloque de combustible. Las radiografías posteriores a la reparación fueron suficientes para que el personal de CC descalificara a los SRM del vuelo, pero los SRM se enviaron a Vandenberg y se aprobaron de todos modos. El resultado fue una repetición casi total del 34D-9; se dejó un espacio entre el combustible y la carcasa del SRM y se produjo otra quemadura durante el lanzamiento.

En 1998, el Titan K-17 se estrelló con un ELINT Mercury (satélite) de la Marina desde Cabo Cañaveral a unos 40 segundos de vuelo. El K-17 tenía varios años y era el último Titan IV-A en ser lanzado. La investigación posterior al accidente demostró que el cohete tenía docenas de cables dañados o desgastados y nunca debería haber sido lanzado en esas condiciones de funcionamiento, pero la Fuerza Aérea había ejercido una presión extrema sobre las tripulaciones de lanzamiento para que cumplieran los plazos del programa. El fuselaje del Titan estaba lleno de numerosas protuberancias metálicas afiladas que hacían casi imposible instalar, ajustar o quitar el cableado sin dañarlo. El control de calidad en la planta de Lockheed en Denver, donde se ensamblaban los vehículos Titan, fue descrito como "terrible".

La causa principal del fallo fue un cortocircuito eléctrico que provocó una pérdida momentánea de potencia en el ordenador de guía a los 39 segundos T. Tras restablecerse la energía, el ordenador envió un comando falso de cabeceo hacia abajo y guiñada hacia la derecha. A los 40 segundos T, el Titán viajaba a una velocidad casi supersónica y no podía realizar esta acción sin sufrir un fallo estructural. El repentino cabeceo hacia abajo y la consiguiente tensión aerodinámica hicieron que uno de los SRM se separara. El ISDS (Sistema de Destrucción por Separación Inadvertida) se activó automáticamente, rompiendo el SRM y llevándose consigo el resto del vehículo de lanzamiento. A los 45 segundos T, el oficial de seguridad de campo envió el comando de destrucción para asegurarse de que se rompieran todos los trozos grandes restantes del propulsor. ^[26]

Se puso en marcha un amplio esfuerzo de recuperación, tanto para diagnosticar la causa del accidente como para recuperar los restos del satélite clasificado. Todos los restos del Titán habían impactado en alta mar, entre tres y cinco millas de distancia, y al menos el 30% del cohete propulsor se recuperó del fondo marino. Los restos siguieron llegando a la costa durante días después, y la operación de salvamento continuó hasta el 15 de octubre.

La Fuerza Aérea había impulsado un programa de "lanzamiento a demanda" para las cargas útiles del Departamento de Defensa, algo que era casi imposible de llevar a cabo, especialmente dado el largo tiempo de preparación y procesamiento necesario para un lanzamiento de Titan IV (al menos 60 días). Poco antes de jubilarse en 1994, el general Chuck Horner se refirió al programa Titan como "una pesadilla". El programa 1998-99 había previsto cuatro lanzamientos en menos de 12 meses. El primero de ellos fue el Titan K-25, que orbitó con éxito un satélite Orion SIGNIT el 9 de mayo de 1998. El segundo fue el fallo del K-17, y el tercero fue el fallo del K-32.

Tras un retraso provocado por la investigación de la falla anterior, el 9 de abril de 1999, el lanzamiento del K-32 transportaba un satélite de alerta temprana DSP . La segunda etapa del IUS no se separó, por lo que la carga útil quedó en una órbita inútil. La investigación de esta falla determinó que los mazos de cables del IUS habían sido envueltos con demasiada fuerza con cinta aisladora, de modo que un enchufe no se desconectó correctamente e impidió que las dos etapas del IUS se separaran.

El cuarto lanzamiento fue el K-26, el 30 de abril de 1999, que transportaba un satélite de comunicaciones Milstar . Durante el vuelo de fase de planeo del Centaur, los propulsores de control de alabeo funcionaron en bucle abierto hasta que se agotó el combustible del RCS, lo que provocó que la etapa superior y la carga útil giraran rápidamente. Al reiniciarse, el Centaur dio una voltereta sin control y dejó su carga útil en una órbita inútil. Se descubrió que este fallo era el resultado de una ecuación programada incorrectamente en la computadora de guía. El error provocó que la computadora de vuelo ignorara los datos del giroscopio de velocidad de alabeo. ^[27]

• Comparación de sistemas de lanzamiento de cargas pesadas
• Lista de lanzamientos de Titan : Titan I, II, III y IV

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Titan IV .

• Ficha técnica del Titan IVB de la USAF Archivado el 30 de abril de 2018 en Wayback Machine
• Vídeos de encendido del Titan IV
• Vídeos del lanzamiento de la sonda Cassini Huygens a bordo de la sonda Titan IV-B
• Acceso temprano a la Luna