美国陆基战略核力量演变史（六）泰坦2号（长篇）

一．研制背景和服役小传

美国HGM-25A弹道导弹（即我上篇介绍的泰坦1号弹道导弹）的研制成功，解决了美国洲际战略核打击力量的有无问题。但该导弹仍有很多问题，具体如下：

1.       采用不可在常温下贮存的液氧/煤油燃料，系统维护操作复杂，发射前需要临时加注推进剂，发射准备时间需要15分钟以上。

2.       该型导弹只是平时贮存在地下井中，发射时仍要提升到地面，很容易被侦察、定位和摧毁，因而生存能力较低。

3.       美国研制HGM-25A弹道导弹时，由于技术基础差，研制时间紧迫，加上军备竞赛的大环境，许多技术问题没能彻底解决就草草服役，因而导弹的可靠性较差，只有50～70%的发射成功率。

4.       弹头小型化技术不过关，弹头弹体笨重，制导精度不高，实际上并没有完全达到美军期望的实战要求。

因此，伴随着HGM-25A弹道导弹的试射和部署，在美国空军主导下，新一代洲际弹道导弹的研制于1958年被提上日程。

1960年6月，由马丁公司主承包的LGM-25C弹道导弹正式启动研制。

1962年3月16日，LGM-25C弹道导弹首次试射成功。

1963年6月，LGM-25C弹道导弹结束飞行试验，累计发射试飞35次。

1963年10月，马丁公司宣布LGM-25C弹道导弹可供使用。同年12月，LGM-25C弹道导弹陆续装备部队，取代HGM-25A弹道导弹。

LGM-25C是美国最大的战略导弹，也是仅有的常温液体推进剂洲际弹道导弹。在美国固体燃料导弹蓬勃发展，取代液体燃料弹道导弹已成定局时，该型导弹依旧超期服役至20世纪80年代后期，生命力极其强大。至1987年6月23日，LGM-25C弹道导弹全部退役。

二．总体设计

LGM-25C弹道导弹的设计重点是突出“快”字，缩短发射准备时间，其技术改进在三方面：第一，将常温下不易贮存的液氧/煤油推进剂改为耐贮存的混肼-50（50%的肼和50%的偏二甲肼）/四氧化二氮。

第二，将导弹地下贮存地面发射的方式，改进为地下贮存和地下点火发射（热发射）。

第三，将惯性与地面无线电指令的复合制导改进为全惯性制导。

LGM-25C弹道导弹由一、二级动力装置，一、二级导弹弹体，制导仪器舱和弹头组成。导弹两级之间和第二级与弹头之间有分离装置。两级弹体有各自的推进剂贮箱、增压系统、火箭发动机、液压及电动系统。导弹二级弹体两贮箱间的仪器舱中安装飞行控制系统和导弹制导系统。贮箱箱壁即为导弹弹体蒙皮，贮箱外部有电缆通道和推进剂管道，贮箱前面有出入口孔盖。导弹仪器舱尾段和箱间段设有检修窗口。

导弹一级弹体由级间段、氧化剂贮箱前裙、氧化剂箱、燃料箱和箱间段组成。二级导弹弹体有级间段、氧化剂箱、箱间段、燃料箱和后裙组成。

三．动力系统

LGM-25C弹道导弹的动力装置由一级发动机和二级发动机组成。发动机系统包括推进剂箱自动增压系统。

导弹的第一级由2台LR87-AJ-5发动机组成，2台发动机安装在同一个机架上，每台发动机各由推力室、涡轮泵、燃气发生器和发动机起动系统组成。2台发动机同时工作，有共同的点火系统，采用和我国至今现役劳苦功高的YF-20发动机一样的燃气发生器循环。第一级发动机根据控制中心下达的发射指令工作时，泵前阀门是开启的，允许推进剂通过入口管流入发动机。在发射时，28V直流电信号作用到两个固体点火器上，点燃燃气发生器，使之产生热燃气随后启动发动机。喷管由250根小管子钎焊而成。这些小管子是中空的，方便对管子进行冷却并预热燃料，其壁厚只有0.5毫米！

导弹第二级发动机为1台LR91-AJ-5发动机。由推力室、烧蚀裙、涡轮泵、燃气发生器、推进剂自动增压系统、滚动控制系统和发动机控制系统组成。第二级发动机与一级发动机的工作程序大致相同。

大家可能还对我上一篇介绍的LR-87和LR-91发动机有印象。在泰坦1号上它们的燃料是煤油，氧化剂是液氧；但是泰坦2号有一个关键的硬性指标直接把这种选择干趴下了：快速反应。为此必须采用常温推进剂，也就是新的燃料组合。毕竟，液氧这种温度只有-183℃的氧化剂实在是太难伺候了，而且，液氧和煤油需要用点火器进行点火，然后再等待他们迸发出的火焰产生足够的推力。为此，美国工程师寻找到了一种一混合就着的常温燃料组合：混肼-50/四氧化二氮。泰坦2号弹道导弹两级发动机均采用混肼-50/四氧化二氮燃料组合。

从燃料的角度来说，肼是一种不错的选择。肼的沸点为113.5℃，常温下呈液态。而且，肼与强氧化剂一旦接触，就会立即燃烧，无需专门设计点火装置。但是加注这种燃料的风险一点不比液氧煤油燃料小。肼和偏二甲肼都是剧毒物质。吸入肼蒸气，会严重刺激鼻腔和上呼吸道，还会令人出现头晕、恶心、呕吐等一系列中枢神经系统中毒症状。肼蒸气对眼睛和皮肤有强烈的刺激作用，可导致眼睛永久性损伤、皮肤严重灼伤。更麻烦的是，肼蒸气可经皮肤吸收，引起人员中毒，出现暂时性的中枢性呼吸抑制、心律紊乱等症状。因此，在使用过程中，一定要注意防护。

上图为大力神2号导弹的LR-87-5混肼-50/四氧化二氮发动机。LR-87-5发动机的结构更为简洁，燃烧室压力为5.4MPa，比泰坦1号的LR-87-3的燃烧室压力（4MPa）大了不少。但是大型几乎不变，也就是说，LR-87-5在几乎没经过什么大幅改动的情况下就换了发动机的燃料！要知道，燃料一换发动机的性能就会做出改变，相应的其结构也会改变。这说明LR-87发动机的兼容性实在太好。

四．制导系统与弹头

LGM-25C弹道导弹采用全惯性制导系统，其主要设备有液浮陀螺、摆式加速度计、外撑式数字计算机等。为了减小制导系统的体积和质量，采取了以下措施：机械部分尽量采用轻金属，如陀螺用铍制造；电子设备小型化，采用印刷电路；计算机采用质量仅为170克的磁表层不锈钢磁鼓。整个制导系统总质量130千克（平台及电子设备质量90千克，计算机质量40千克），平台体积0.0010～0.0028立方米。导弹控制系统用于控制导弹的飞行姿态和方向。它由一级速率陀螺装置、二级自动驾驶仪系统和伺服作动器组成。飞行控制系统接收导弹制导装置的制导操纵信号，然后将其转化为稳定的控制信号，并把信号传送给相应的作动器。

惯性制导系统除用于作战控制外，还具有自动测试和探测故障的功能。它的主要特点是操作简便、可靠、制导精度高。

LGM-25C弹道导弹采用MK6或MK6A型单弹头，是美国20世纪60年代初研制成功的烧蚀式弹头，防热材料为增强环氧树脂。弹头前部为钝锥形（后来改为尖头），中间为圆柱形，后部为裙部。导弹弹头舱中装有W-53型氢弹，爆炸威力达1000万吨TNT当量，可用于攻击敌方大型硬目标及核武器库。导弹弹头舱中还装有突防舱，内装用于干扰敌方雷达的干扰条，从而提高了导弹的突防能力。

五．井的诱惑——泰坦2号的发射作战方式

泰坦2号导弹的井盖是一个整体，发射之前，由液压系统顶向一侧，是水平滑开的。它采用热发射方式，导弹在井下点火，把尾焰通过排烟道导走。

这样的改进使得井盖的反应速度比以前快了近10倍，同时，盖子还能做得更重了（750吨），增强了防护能力。

为了抵抗核爆炸，泰坦2号导弹的发射井为了对抗冲击波，里面铺设了一层厚厚的消音材料。（平均厚度为900毫米）另外，泰坦2号的井继承了泰坦1号的井里面的弹簧构造，而且开始将其发扬光大，这些弹簧能够尽量耗散掉有可能袭来的核弹头引起的冲击波。

导弹一经发射，弹上制导控制系统就开始工作，惯性测量装置将导弹的状态和速度不断送往弹上制导计算机，计算机向自动驾驶仪和飞行控制系统各继电器及开关不断发出操纵指令。导弹操纵指令为：按飞行程序关闭一级发动机；一、二级火箭分离；二级发动机工作并关机；游动发动机点火并工作；两个俯仰姿控小火箭点火并工作。导弹通过状态控制按预定弹道飞行。最后，制导控制系统下达释放弹头的指令，弹头飞向既定目标，直至击中目标。

六．铸剑为犁，为航天事业奉献余生

泰坦2号导弹，自1962年3月12日首次发射以来，共进行了106次发射，其中101次成功（作为洲际弹道导弹发射81次，成功77次）。超高的成功率，高达3500kg的投掷质量使其获得了航天部门的垂青。美国空军、美国宇航局NASA以及美国国家海洋和大气管理局NOVA同时看上了它，并且以此衍生出了一系列的运载火箭：

1.大力神2LV-4运载火箭

大力神2LV-4运载火箭，是在LGM-25C弹道导弹的基础上发展起来的。1962年初开始改型研制。美国航空航天局选用LGM-25C作为“双子星”飞船运载工具，因为LGM-25C导弹首先是当时美国运载能力最大的洲际导弹，只有它具有发射双子星号飞船的能力；其次是LGM-25C导弹采用可贮推进剂，便于操作、处理并具有长时间贮存和随时发射的特点，适合于载人空间发射和空间会合对接任务。

为满足载人飞行的以下4项要求，对大力神2火箭采取了11项改进措施。

4项要求是:

【1】适应人的生理特点；

【2】提高可靠性，保障飞行安全；

【3】发生灾难性故障时航天员能及时脱险；

【4】改善火箭性能，提高任务成功率。

11项改进措施是:

【1】增设故障探测系统；

【2】改用冗余制导和控制系统；

【3】改用冗余电源系统；

【4】一子级改用冗余液压系统；

【5】用水星计划的无线电制导系统代替原大力神2的惯性制导系统；

【6】改进推进系统；

【7】改进发射场飞行中止系统；

【8】改进测量系统；

【9】二子级氧化剂箱前增设用于对接飞船的前裙段；

【10】改进二子级仪器架；

【11】取消反推火箭和游机。

值得一提的是，该火箭虽然为美国航空航天局民用计划，但美国空军不仅直接参与了火箭的研制与发射，而且还利用“双子星”飞船的12次飞行，进行了各种试验。大力神2LV-4是专为载人定制的火箭，所以只发射过12发，但全部成功。

这里说说双子星号飞船。它是美国第二代飞船系列，“双子星”计划始于1961年11月，结束于1966年11月，历时5年，共耗资12.834亿美元。共进行了12次飞行，其中2次无人飞行和10次载人飞行，为美国航天创造了数个“第一”。

双子星计划的主要目的是试验轨道机动、交会和对接能力及让航天员在轨出舱，为“阿波罗”号飞船载人登月飞行作技术准备。共进行了52项试验，其中27项是实验和检验新技术，8项是医学试验，另外17项是科学实验，拍摄地球彩色照片1400张。

（1）整体数据

级数：2

全长：33.2m

最大直径：3.05m

起飞质量：148.3t

起飞推力：195.9t

推重比：1.3

运载能力：3.62t (483 km，28.5°圆近地轨道)

（2）一级数据

级长：21.64 m

直径：3.05 m

发动机：LR-87-AJ-7*2

推进剂：四氧化二氮/混肼50

海平面推力：195t

真空比冲：298.9

工作时间：~150s

（3）二级数据

级长：5.79 m

直径：3.05 m

发动机：LR 91-AJ-7*1

推进剂：四氧化二氮/混肼50

真空推力：45.3t

真空比冲：312.9s

工作时间：~180s

2. 大力神2SLV运载火箭

1986年美国国会要求USAF将退役的56枚大力神2ICBM改造成为具有中、低量级极地轨道运载能力、发射费用低于航天飞机的运载火箭。当年10月便由马丁·玛丽埃塔公司按4.84亿美元(1986年币值)合同对13枚导弹进行改造。1987 年10月公布的每枚成本为2460万美元。改造的项目有：改造二子级前部结构，以适应麦克唐纳·道格拉斯公司3.05 m直径大力神34D有效载荷整流罩；修整发动机；改进德尔可公司惯性制导系统;研制和安装指令、自毁和遇测系统。

大力神2SLV为二级火箭，从范登堡基地发射的185km极地轨道运载能力为1.9t，从卡纳维拉尔角发射的185 km、28.6°的LEO运载能力为3.2t。 它也可加上面级发射SSO和GEO轨道卫星，与Star-37发动机上面级配合，将3t有效载荷送入距地面550km的SSO。它还可以与SSPS上面级配合，从卡纳维拉尔角发射，将1t有效载荷送入GTO。大力神2SLV火箭于1988年9月进行首次发射，到1994年年底共发射5次，成功率为100%。

（1）整体数据

级数：2

全长：36~42.9 m

直径：3.05 m .

起飞质量：155t

起飞推力：195t

推重比：1.26

运载能力：185 km极地轨道：1.9t

                  185 km，28.6°的LEO： 3.2t

                   550km的SSO：3t（与Star-37发动机上面级配合）

                   GTO：1t（与SSPS上面级配合）

（2）一级数据

级长：21.43 m

直径：3.05 m

质量：122 t

推进剂质量：118t

发动机：LR-87-AJ-5*2

推进剂：四氧化二氮/混肼50

海平面推力：195t

真空平均推力：213t

真空比冲：295.9s

工作时间：147s

（3）二级数据

级长：8.56 m .

直径：3.05 m

质量：30t

发动机：LR-91-AJ-5*1

推进剂：四氧化二氮/混肼50.

真空推力：45.3t

真空比冲：315.9s

工作时间：182s

（4）整流罩（加长版）数据

长度：9.2 m

外直径：3.05 m

总质量：909 kg

内直径：2.83 m

3.大力神3系列运载火箭

大力神3运载火箭是从1962年12月起，美国根据航天发射的需要开始发展的系列运载火箭，先后研制了3A、3B、34B、3C、3D、3E及34D等型号。

大力神3A是大力神2运载火箭的改型，由换用了LR-87-AJ-9 和LR-91-AJ-9发动机的大力神2一、二子级和新的上面级组成。火箭于1964年9月1日首飞，飞行4次后由大力神3B火箭取代。失败1次（首飞失败），成功率为75%。火箭全部从卡纳维拉尔角发射。

大力神3B火箭由大力神3A的一、二子级加装阿金纳D上面级组成，并将惯性制导系统换为无线电制导系统。后期火箭一、二子级换用LR-87-AJ-11和LR-91-AJ-11发动机。大力神3A火箭被大力神3B取代的原因是过渡级的质量比阿金纳D的差。过渡级质量为12.47t、结构质量为1.99t,而阿金纳D的质量为6.8t,其结构质量仅0.68 t。大力神3B火箭主要用于发射极地轨道军事卫星，火箭从西部空军范登堡基地发射。火箭于1965年开始研制,自1966年7月首次飞行到1984年停止使用的18年内共进行57次发射,失败4次,成功率92.98%。大力神3B是大力神系列中发射次数最多的一种型号。

大力神3C运载火箭是在大力神3A的基础上发展起来的。它是以大力神3A为芯级，一级加装2枚固体助推器的捆绑式火箭。大力神3C火箭从美国东部卡纳维拉尔角发射。火箭主要用于发射军用同步轨道卫星。大力神3C可向同一轨道或不同轨道作多星发射，最多1次可发射8颗卫星。火箭于1962年开始研制，1965年6月18日首次飞行。到1982年3月共飞行36次，失败4次，成功率为88.89%。

大力神3C运载火箭去掉上面级就成为大力神3D。大力神3D火箭是由助推器和一、二子级组成的二级火箭。与大力神3B一样，火箭采用无线电制导系统。大力神3D火箭从范登堡空军基地发射。其185 km LEO运载能力为13.59t。火箭主要用来发射大型军事侦察卫星，1971 年6月15日首次发射，1984 年为大力神34D火箭所取代。共发射23次，成功率为100%。

大力神3E运载火箭由大力神3D加半人马座D1-T上面级组成。火箭改用惯性制导系统。大力神3E火箭从卡纳维拉尔角发射。火箭主要用于发射日心轨道行星探测器。1972 年开始设计，1974 年投入使用。到1977年9月共执行7次任务，失败1次（首发），成功率为85.71%。而且这7次任务都是探测器任务，且大力神3E还发射了远近闻名的旅行者双兄弟。

1971年美国将大力神3B的一子级加长1.47 m,换用上升阿金纳三子级并改用3.05 m直径整流罩，形成大力神34B,用来发射数据系统卫星(SDS)或将电子侦察卫星送入远地点位于苏联上空的闪电型轨道。1971年3月21日进行首次发射，到1987 年2月共进行13次发射，全部获得成功。火箭均从范登堡空军基地发射。

大力神34D由大力神34B一、二子级、2枚直径3.11 m的五段半式助推器和直径3.05~3.2 m、高4.6~18.3 m的整流罩组成。火箭可带惯性上面级或过渡级或不带上面级使用。不带上面级时采用无线电制导系统，以三级状态工作时换用惯性制导系统。火箭可从范登堡空军基地或卡纳维拉尔角发射。1982 年10月开始执行任务，到1989年9月停止使用，共进行14次发射，失败4次，成功率为71.43%。

1986年8月15日，美国政府因挑战者号事件重新考虑航天飞机的用途，并决定进一步发挥私人公司发射商业卫星的作用，商业大力神3火箭应运而生。商业大力神3火箭是-一种使用4 m直径大型整流罩的三级火箭。由2枚五段半式固体助推器、芯级、延伸舱和整流罩组成。其基本型可将2个有效载荷送入近地轨道，配上各种上面级后可执行地球同步转移轨道、地球同步轨道、月球轨道和星际飞行等任务。火箭各种整流罩可适用于目前设想的全部商业有效载荷。

商业大力神3火箭是大力神34D的改型。改进的项目有: 

【1】一、二子级改用LR-87-AJ-11A和LR-91-AJ-11A发动机，推力各提高3%和5%；

【2】一子级贮箱加长0.43 m；

【3】提高姿态控制系统发动机推力，并增强其职能；

【4】增设安装双星支架的延伸舱

【5】增设二子级与延伸舱的对接结构一转接舱；

【6】增设4m大直径整流罩。

截至1994年年底共执行3次任务，失败1次，成功率为66.7%。

整体数据（以大力神3C火箭为例）

级数：3

推重比：1.71

全长：39.86~50.6 m

最大直径：9.7m (含助推器)

起飞质量：~636t

起飞推力：1088.2t

运载能力：13.4t（LEO），1.63t（GEO）

（2）助推器数据

长度：25.91 m

推进剂：高氯酸铵/聚丁二烯丙烯腈/铝粉（PBAN推进剂）

直径.：3.05 m

质量：230.5 t*2

海平面推力：544.1t*2

推进剂质量：192t*2

海平面比冲：265.9s

发动机：2台UA1205发动机

工作时间：117s

（3）芯一级数据

级长：22.23 m

推进剂：四氧化二氮/混肼50

直径：3.05 m

真空推力：235.9t

子级质量：125.6t

真空比冲：301s

推进剂质量：118.85t

工作时间：165s

发动机：LR-87-AJ-11*2

（4）二级数据

级长：8.56 m

推进剂：四氧化二氮/混肼50

直径：3.05 m

真空推力：50.9t

子级质量：33.6t

真空比冲：318.6s

推进剂质量：31.1t

工作时间：225t

发动机：LR-91-AJ-11

（5）三级数据

级长：4.48 m

推进剂：四氧化二氮/混肼50

直径.：3.05 m

真空推力：7.3t

子级质量：12.47t

真空比冲：301.9t

推进剂质量：10.48t

工作时间：430s

发动机：AJ-10-138*2

（6）整流罩数据

长度：4.57~15.24 m

直径：3.05 m

4.大力神4运载火箭

大力神4运载火箭是从大力神34D发展而来，火箭芯级加大，采用最初为大力神3M设计的7段式的固体发动机和5. 09米直径的大整流罩。原计划只从美国东海岸的一座发射台、发射10枚搭载半人马座上面级的运载火箭。但是1986年1月，挑战者号航天飞机爆炸失事后，大力神4运载火箭除订购数量增加外，还改为采用两种上面级（惯性上面级和半人马座）和不带上面级（NUS）几种配置，分别从两座美国东海岸（卡纳维拉尔角）发射台和一座美国西海岸（范登堡空军基地）发射台发射。1989年6月14日，大力神4从卡纳维拉尔角的41号发射台进行了首次发射，并取得了成功。

大力神4系列火箭分为大力神4A(Titan4A)和大力神4B(Titan 4B)两种型号。大力神4A于1989年6月首飞，1998 年退役，取而代之的是大力神4B火箭。大力神4B火箭1997年首飞，于2005年10月19日完成大力神系列火箭投入使用50年以来的最后一次发射。 大力神4火箭总共执行了39次发射任务, .其中12次从范登堡空军基地发射，27次从卡纳维拉尔角空军基地发射。两者的最大差别在于使用不同的固体推进剂助推器。大力神4A使用2枚金属壳体的7段式固体推进剂助推器，大力神4B则使用2枚复合材料壳体的3段式固体推进剂助推器，同时还改进了导航和电子设备以及新型地面处理系统，其GEO运载能力比大力神4A提高了25%。

大力神4可以在无上面级的状态下把有效载荷送入近地轨道(LEO)，也可以使用惯性上面级(IUS)或半人马座上面级，把有效载荷直接送入地球同步轨道(GEO)。

（1）大力神4A运载火箭

大力神4A用于发射美国国防支援计划卫星、军用卫星系统和美国卫星侦察局的卫星。大力神4A可以在无上面级的状态下把有效载荷送到近地轨道:加惯性.上面级或半人马座上面级，可把有效载荷直接送到地球同步轨道。大力神4A于1989年首次发射，到1998年退役，共计发射22次，成功20次，失败2次，成功率为90.91%。

（2）大力神4B运载火箭

大力神4B是大力神4A的后继型号，主承包商是洛克希德·马丁公司。其主要任务是将重型军事有效载荷发射到近地轨道或地球同步轨道，分别从范登堡空军基地SLC-4E 发射台和卡纳维拉尔角空军基地LC-40发射台发射。

大力神4B的研制思路是:通过增大固体推进剂助推器的装药量和推力、减轻结构质量等措施，使其运载能力比大力神4A提高25%;通过减少固体助推器壳段的数量和采取更合理的设计、更先进的检测手段，提高可靠性:通过减少部件数量，调整操作流程，大幅度缩短靶场操作时间，从而降低发射成本。

大力神4B从1987年10月开始研制，1997年2月首次发射，到2005年10月执行最后--次发射后退役。共发射17次，成功15次，失败2次，成功率为88.24%。

到此我的美国陆基战略核力量演变史系列推文就完结啦，还望观众老爷多多三连！我下次还会给大家带来更精彩的文章！