为何发射美国宇航局双子座任务的泰坦火箭上有洞？

泰坦导弹是美国空军洲际弹道导弹，NASA 最终选择在 1964 年至 1966 年间发射其临时双子座计划。但仔细观察任何发射镜头都会发现导弹机身上有洞。这似乎违反直觉，但它与导弹的发射有关。

简单来说，分级是将有效载荷送入轨道的有效方式。大多数运载火箭不是使用一枚巨大的单级火箭，而是利用动量发射航天器或卫星的多级火箭。当火箭的第一级耗尽时，它会在第二级点火时分离。少一级，有效载荷整体会更轻，因此较小的第二级火箭可以将其推得更高。第三级甚至第四级依次点火，将有效载荷送入其所需轨道或目的地轨道。

所有多级火箭的发射顺序中都内置了某种分级机制，以确保各级按顺序发射，而不是同时发射，否则会导致大规模发射爆炸。但分级顺序并不总是相同的。例如，土星五号火箭的发射顺序是检测活动级的燃料或氧化剂水平是否过低，从而触发空隙发动机和炸药的关闭和点火，将用过的级与下一级分开，并在点火前增加它们之间的安全距离。下图中的情况就是这样：第一级正在脱落，而小型空隙发动机在第二级点火前保持有效载荷移动。

第一代泰坦导弹，即两级泰坦一号，其工作原理与此类似。它还通过检测油箱中的低燃料水平来启动分级程序。几秒钟后——延迟是为了让火箭的推力稍微衰减——爆炸螺栓引爆，切断各级之间的连接。与此同时，第二级的固体燃料分级火箭发射，将其沿着尾部第一级内的轨道送出，使其与第一级和第二级之间的级间保持物理距离。这些火箭还充当了空隙发动机，将推进剂压入进料管线，这样发动机从一开始就会强劲燃烧。

第二代“泰坦二号”导弹（用于启动双子座计划的导弹）的想法确实有些不同。“泰坦二号”导弹的设计理念就是简化。这种导弹的设计理念是将燃料储存在导弹发射井中，以便可以快速发射，这意味着它需要新的推进剂。“泰坦一号”使用的火箭推进剂（RP-1）和低温液氧（LOX）必须在发射前装载，而“泰坦二号”使用的则是可以安全储存并在接触时点燃的自燃燃料。“泰坦二号”上也没有分级火箭或轨道。相反，第二级发动机被设计为在两级连接时燃烧。

当然，第二级仍与第一级相连，这意味着燃烧发动机产生的热气会直接排入火箭体内。第一级不会剩下任何燃料可供燃烧，但气体的积聚可能会导致机身破裂。第二级的燃料可能会爆炸，发射可能会以全面的灾难性失败告终。

为了避免这种灾难性的发射结局，泰坦二号火箭在第一级火箭前端和级间火箭上都安装了排气口。这些排气口共有十六个矩形排气口，每四个一组分布在四个象限中。结果就是双子座运载火箭出现了一个缺失的部件。

第一级火箭的推力衰减足以将燃料送入供料管线，从而顺利点燃第二级火箭，而排气口则可防止第二级火箭在推力增加时产生危险的气体积聚。最终，第一级火箭确实脱落，被爆炸螺栓分开。第二级火箭不受阻碍地燃烧，将弹头送至目标，并有 12 次将其双子座有效载荷发射到太空。

资料来源：Vintage Space；David K. Stumpf 的《Titan II》。