Titan II GLV

Titan II GLV (Gemini Launch Vehicle) hay còn gọi là Gemini–Titan II là một hệ thống phóng dùng một lần của Hoa Kỳ, được phát triển từ tên lửa đạn đạo LGM-25C Titan II. Phương tiện này được sử dụng để phóng 12 nhiệm vụ Gemini của NASA trong giai đoạn 1964–1966. Trong số đó có 2 vụ phóng không người lái, tiếp theo là 10 vụ phóng có người lái, tất cả đều được thực hiện từ Tổ hợp phóng số 19 (Launch Complex 19) tại Trạm không quân Mũi Canaveral, bắt đầu với chuyến bay Gemini 1 vào ngày 8 tháng 4 năm 1964.

Titan II là một tên lửa hai tầng sử dụng nhiên liệu lỏng gồm cặp nhiên liệu tự bốc cháy (hypergolic) gồm Aerozine 50 và nitrogen tetroxide.

 Tầng 1 được trang bị động cơ LR87 (gồm hai buồng đốt và hai vòi phun, cấp nhiên liệu bởi các bộ tuabin–bơm riêng biệt). 
 Tầng 2 sử dụng động cơ LR91 để tạo lực đẩy.

Những thay đổi so với tên lửa Titan II

Ngoài khả năng mang tải trọng lớn hơn, Titan II còn hứa hẹn độ tin cậy cao hơn so với Atlas LV-3B, vốn đã được lựa chọn cho Project Mercury, do các động cơ sử dụng nhiên liệu tự bốc cháy của Titan có ít thành phần cơ khí phức tạp hơn.

Các cải tiến:

 Lắp đặt Hệ thống phát hiện trục trặc Gemini (Gemini Malfunction Detection System) nhằm thông báo tình trạng tên lửa cho phi hành đoàn và hỗ trợ xử lý tình huống khẩn cấp.
 Bổ sung các hệ thống dự phòng (redundant systems) để giảm xác suất thất bại khi phóng.
 Hệ dẫn đường quán tính được thay thế bằng hệ dẫn đường vô tuyến từ mặt đất giúp giảm trọng lượng tên lửa.
 Khung thiết bị điện tử (avionics truss) của tầng hai được điều chỉnh nhẹ.
 Bổ sung hệ dẫn đường dự phòng để tránh trường hợp lỗi khiến vòi phun động cơ lệch mạnh sang trái hoặc phải.
 Kéo dài thùng nhiên liệu tầng hai để tăng thời gian cháy; đồng thời loại bỏ các động cơ vernier và tên lửa hãm không cần thiết. Do từng gặp vấn đề mất ổn định cháy, động cơ tầng hai được trang bị kim phun có vách ngăn (baffled injectors).
 Tăng thêm khoảng 13.000 pound nhiên liệu cho tầng một (dù dung tích thùng không đổi).
 Cải tiến các hệ thống theo dõi, điện và thủy lực nhằm nâng cao độ tin cậy.
 Làm lạnh nhiên liệu để cải thiện hiệu suất, cho phép tăng khối lượng tải trọng.
 Giảm nhẹ lực đẩy động cơ tầng một nhằm giảm rung động và gia tốc G.
 Động cơ tầng một được thiết kế cháy đến khi cạn nhiên liệu, thay vì ngắt sớm như phiên bản ICBM, nhằm tránh việc cảm biến áp suất lỗi gây hủy phóng và đồng thời tăng nhẹ khả năng mang tải.

Các sửa đổi này được giám sát bởi Air Force Systems Command. Công ty Aerojet (nhà chế tạo động cơ Titan) đã đưa ra phiên bản động cơ cải tiến vào giữa năm 1963 nhằm khắc phục các thiếu sót thiết kế ban đầu và tối ưu quy trình sản xuất.

Trong vụ phóng Gemini 10, hình ảnh ghi lại cho thấy bồn chứa chất ôxy hóa tầng một bị vỡ ngay sau khi tách tầng, giải phóng một đám mây N2O4. Do dữ liệu đo đạc đã ngắt tại thời điểm tách tầng, nguyên nhân chỉ được suy đoán là: mảnh vỡ va chạm vào bồn chứa, hoặc khí phụt từ động cơ tầng hai làm thủng bồn.

Tên lửa đẩy của Gemini 12 cũng gặp hiện tượng tương tự. Phân tích các lần phóng ICBM Titan II cho thấy hiện tượng này đã xảy ra nhiều lần trước đó. Tuy nhiên, do không gây nguy hiểm cho phi hành đoàn, NASA quyết định không coi đây là vấn đề nghiêm trọng.

Trong quá trình phát triển Titan II ICBM, phát hiện rằng hộp số bơm tuabin của tầng một dễ bị hỏng hoàn toàn do dao động cộng hưởng ở bánh răng trung gian. Sự cố này chỉ xảy ra trong thử nghiệm tĩnh, không xuất hiện trong các lần phóng thực tế tuy nhiên, nó được đánh giá là lỗi nghiêm trọng cần khắc phục. Aerojet đã thiết kế lại hoàn toàn hộp số. Tất cả các phương tiện phóng Gemini (trừ chuyến bay không người lái Gemini 1) đều sử dụng phiên bản cải tiến này.

Ngoài ra còn tồn tại một vấn đề tiềm ẩn nghiêm trọng liên quan đến ổ trục của bơm tuabin (turbopump), buộc phải thực hiện thêm các thay đổi thiết kế. Tuy nhiên, xác suất xảy ra sự cố trong các vụ phóng Gemini là rất thấp, do các tên lửa Titan II GLV sử dụng ổ trục được tuyển chọn và kiểm tra đặc biệt, đồng thời các bơm tuabin đều được thử nghiệm "đốt nóng" (hot fire) trong quy trình kiểm tra trước khi phóng.

Hiện tượng mất ổn định cháy trong động cơ tầng hai cũng là một mối lo ngại, dù chỉ xuất hiện trong các thử nghiệm tĩnh. Một kim phun mới với vách ngăn cải tiến đã được phát triển và thử nghiệm bay trên Titan IIIC; từ nhiệm vụ Gemini 8 trở đi, tất cả các GLV đều được trang bị cải tiến này.

Sau khi phát hiện một đường ống dẫn nhiên liệu bị hư hỏng trong quá trình kiểm tra tại nhà máy, NASA đã yêu cầu toàn bộ các đường ống nhiên liệu của GLV phải được chụp X-quang, nhằm ngăn chặn nguy cơ rò rỉ nhiên liệu có thể gây thảm họa khi phóng. Các kiểm tra sau đó phát hiện thêm nhiều đường ống bị hư hại, nhiều khả năng do quá trình xử lý, vận chuyển thiếu cẩn trọng.

Vấn đề nghiêm trọng nhất trong việc đưa Titan II đạt chuẩn phóng có người lái là xử lý hiện tượng dao động cộng hưởng ("pogo"), có thể tạo ra gia tốc đủ lớn để khiến phi hành gia mất khả năng hoạt động.

Ban đầu, Không quân Hoa Kỳ không mấy quan tâm vì vấn đề này không ảnh hưởng đến chương trình ICBM và có thể gây trì hoãn hoặc đòi hỏi thay đổi thiết kế lớn. Tuy nhiên, công ty Martin-Marietta cho rằng vấn đề có thể khắc phục tương đối dễ dàng, và Không quân sau đó cũng quan tâm hơn do liên quan đến chương trình Manned Orbiting Laboratory.Các biện pháp khắc phục chính bao gồm: bổ sung ống dẫn chất ôxy hóa (oxidizer standpipes), tăng áp suất trong thùng nhiên liệu, lắp thêm bộ tích áp cơ khí (mechanical accumulator) ở phía hút nhiên liệu

Một vấn đề khác mang tính "phiền toái" được đặt mật danh "Green Man", liên quan đến dao động góc nghiêng (pitch oscillation) của tầng đẩy thứ hai ngay sau khi động cơ tắt. Hiện tượng này xuất hiện trên cả các chuyến bay Gemini và các lần phóng Titan II/III không người lái, và đã gây hỏng lớp vỏ bảo vệ (ablative skirt) của tầng hai trong ít nhất hai trường hợp (được gọi là "Brown Man"). Phân tích cho thấy nguyên nhân là tích tụ áp suất bên trong lớp vỏ này, gây ra dao động. Tuy nhiên, NASA đánh giá khả năng mảnh vỡ va chạm vào tàu Gemini là rất thấp và một số sự cố là do kiểm soát chất lượng kém, không ảnh hưởng đến chương trình Gemini vốn được giám sát nghiêm ngặt.

Các tên lửa này được lắp ráp tại nhà máy của Martin-Marietta ở Baltimore, Maryland, nhằm tránh ảnh hưởng đến dây chuyền sản xuất tên lửa tại cơ sở ở Denver, Colorado, đồng thời giúp nhà máy Baltimore không bị đóng cửa. Tương tự như các phương tiện phóng Mercury-Atlas, chương trình Titan II GLV đặc biệt nhấn mạnh chất lượng chế tạo, khâu kiểm tra linh kiện kỹ lưỡng hơn và quy trình xử lý và lắp ráp chặt chẽ hơn so với các phiên bản tên lửa Titan dùng cho nhiệm vụ không người lái.

Các lần phóng

Tên lửa Titan II có tỷ lệ lực đẩy trên khối lượng cao hơn nhiều so với Saturn V. Các phi hành gia phải chịu gia tốc gần 6G trước khi động cơ tầng hai ngừng hoạt động ở độ cao khoảng 100 dặm (160 km).

Richard F. Gordon Jr. so sánh Titan II như "một chuyến bay của phi công tiêm kích trẻ", nhanh và mạnh hơn so với Saturn V mà ông ví như "chuyến bay của một ông già".

Frank Borman cho biết các mô phỏng trước đó không thể chuẩn bị cho mức độ tiếng ồn "gần như chói tai", mà ông so sánh với buồng đốt tăng lực của máy bay phản lực hoặc một đoàn tàu lớn.

Trong khi đó, Walter Schirra và Gordon Cooper lại nhận xét rằng chuyến bay trên Titan II êm hơn so với Atlas.

Trưng bày 
Hai tên lửa LGM-25C Titan II đã nghỉ hưu hiện đang được trưng bày sau khi sơn lại theo cấu hình phương tiện phóng Gemini (GLV), cùng với một số mô hình sao chép kích thước thật.

 Một tên lửa Titan II đã ngừng hoạt động, được sơn lại thành GLV-3 12558 (Gemini 3), được trưng bày tại Rocket Garden của Kennedy Space Center từ năm 2010.
 Một tên lửa Titan II khác, sơn lại thành GLV-9 12564 (Gemini 9A), được trưng bày tại Stafford Air & Space Museum.
 Một mô hình Gemini–Titan II kích thước đầy đủ được dựng cho New York World's Fair 1964, hiện vẫn được trưng bày tại New York Hall of Science.
 Một mô hình kích thước thật khác được trưng bày tại Kansas Cosmosphere and Space Center.
 Một mô hình thứ ba từng được trưng bày tại Parque de las Ciencias Luis A. Ferré.
 Một mô hình giả lập (mockup), được chế tạo từ hai tầng một của tên lửa Titan I, từng được trưng bày tại Rocket Garden của Trung tâm Vũ trụ Kennedy cho đến năm 2006; đến năm 2010, mô hình này được chuyển đến Trung tâm Vũ trụ Johnson.

Xem thêm
SM-65D Atlas
Soyuz (rocket)
Voskhod (rocket)

Tham khảo

Tham khảo

Liên kết ngoài

Project Gemini
Titan (rocket family)
Rockets and missiles
NASA space launch vehicles
Two-stage-to-orbit