Протон (официальное обозначение: УР-500 ) — одноразовая пусковая система, используемая как для коммерческих, так и для российских государственных космических запусков. Первая ракета «Протон» была запущена в 1965 году. Современные версии пусковой системы все еще используются по состоянию на 2023 год [обновлять], что делает ее одним из самых успешных тяжелых ускорителей в истории космонавтики. Компоненты всех «Протонов» производятся на заводе Государственного научно-производственного космического центра имени М. В. Хруничева в Москве и Конструкторского бюро химической автоматики [3] в Воронеже , затем транспортируются на космодром Байконур , где они собираются на Площадке 91 для формирования ракеты-носителя. [4] После интеграции полезной нагрузки ракета затем доставляется на стартовую площадку горизонтально по рельсам и поднимается в вертикальное положение для запуска. [5] [6]
Как и в случае со многими советскими ракетами, названия повторяющихся полезных нагрузок стали ассоциироваться с самой ракетой-носителем. Название «Протон» происходит от серии научных спутников с похожими названиями , которые были среди первых полезных нагрузок ракеты. Во время холодной войны западные разведывательные агентства обозначили ее как D-1 / D-1e или SL-12 / SL-13 .
Грузоподъемность для запуска на низкую околоземную орбиту составляет около 22,8 тонн (50 000 фунтов). [7] Грузоподъемность для перевода на геостационарную орбиту составляет около 6,3 тонн (14 000 фунтов). [8] Коммерческие запуски продаются компанией International Launch Services (ILS). [9]
В 2013 году планировалось, что ракета будет выведена из эксплуатации до 2030 года. [10] По состоянию на июнь 2018 года [обновлять]производство ракеты «Протон» прекращается, поскольку новая ракета-носитель «Ангара» вводится в эксплуатацию и начинает функционировать. Новые контракты на пусковые услуги для «Протона» вряд ли будут подписаны. [11]
Протон [12] начал свою жизнь как «сверхтяжелая МБР ». Он был разработан для запуска 100- мегатонного (или более) термоядерного оружия на расстояние 13 000 км. Он был чрезвычайно большим для МБР и никогда не был развернут в таком качестве. В конечном итоге он был использован в качестве космического носителя . Это было детище конструкторского бюро Владимира Челомея в качестве контраста к ракете Н1 Сергея Королева , целью которой была отправка двухместного космического корабля Зонд вокруг Луны; Королев открыто выступал против Протона и других проектов Челомея из-за использования в них токсичных топлив.
Необычный внешний вид первой ступени обусловлен необходимостью транспортировки компонентов по железной дороге. Центральный бак окислителя имеет максимальную ширину для габарита погрузки пути. Шесть баков, окружающих его, несут топливо и служат точками крепления двигателей. Несмотря на то, что они напоминают навесные ускорители , они не предназначены для отделения от центрального бака окислителя. Первая и вторая ступени соединены решетчатой структурой. Двигатель второй ступени зажигается незадолго до отделения первой ступени, а решетка позволяет выхлопным газам выходить. [13] Это называется «горячей ступенью», и это устраняет необходимость в двигателях незаполненного объема на второй ступени.
Спешная программа разработки привела к десяткам неудач в период с 1965 по 1972 год. Государственные испытания «Протона» были завершены только в 1977 году, и на тот момент его надежность была признана выше 90%.
Конструкция «Протона» держалась в секрете до 1986 года, публике демонстрировались только верхние ступени в видеороликах и фотографиях, а первый раз весь корабль был показан внешнему миру во время транслировавшегося по телевидению запуска станции «Мир» .
Серийное производство системы наведения, навигации и управления для «Протона» началось в 1964 году на ПО «Коммунар» ( г. Харьков, Украина ). [14]
Ракета «Протон» запустила беспилотные советские окололунные полеты и должна была запустить первые советские пилотируемые окололунные космические полеты, до того как Соединенные Штаты осуществили миссию «Аполлон-8» . Ракета «Протон» вывела на орбиту космические станции «Салют» , основной сегмент и модули расширения станции «Мир» , а также модули «Заря» и «Звезда» МКС .
Proton также запускает коммерческие спутники , большинство из которых управляются International Launch Services . Первый запуск ILS Proton состоялся 9 апреля 1996 года с запуском спутника связи SES Astra 1F . [15]
В период с 1994 по середину 2010 года доходы Proton составляли 4,3 миллиарда долларов США, и, по прогнозам, к 2011 году они должны были вырасти до 6 миллиардов долларов США. [16]
В январе 2017 года «Протон» был временно остановлен из-за того, что производитель, Воронежский механический завод , заменил в двигателях жаропрочный сплав на более дешевый металл. [17] [18]
В июне 2018 года государственная корпорация «Роскосмос» объявила, что производство ракеты «Протон» будет прекращено в связи с вводом в эксплуатацию новой ракеты-носителя «Ангара» . Новые контракты на пусковые услуги для «Протона» вряд ли будут подписаны. [11]
Последняя запланированная коммерческая миссия «Протона» состоялась 9 октября 2019 года, когда он доставил спутник Eutelsat 5 West B и модуль Mission Extension Vehicle -1 на геостационарную орбиту. [19] Ряд миссий Роскосмоса и других российских правительственных миссий остаются в списке запусков «Протона».
Proton K работает на очень токсичном несимметричном диметилгидразине и тетраоксиде азота . [20] Это гиперголическое топливо, которое воспламеняется при контакте, избегая необходимости в системе зажигания, и может храниться при температуре окружающей среды. Это исключает необходимость в компонентах, которые устойчивы к низким температурам, и позволяет ракете оставаться на стартовой площадке неограниченное время (другие пусковые установки с такой возможностью включают американские Titan II GLV , Titan III и Titan IV , китайские Long March 2 и Long March 4 , советские/украинские пусковые установки «Циклон» , советские/российские пусковые установки «Космос-3» и «Космос-3М» и европейские пусковые установки Ariane 1 и Ariane 4 ). Напротив, криогенное топливо требует периодического пополнения по мере его выкипания.
Четвертая ступень имеет несколько вариантов в зависимости от миссии. Самый простой, Блок Д , использовался для межпланетных миссий. Блок Д не имел модуля наведения, в зависимости от зонда для управления полетом. Три различных варианта Блока ДМ (ДМ, ДМ2 и ДМ-2М) были для высоких околоземных орбит. Блок Д/ДМ были необычны тем, что топливо хранилось в тороидальном баке, вокруг двигателя и за баком окислителя.
В ходе первых испытаний «Протона» в 1965–1966 годах использовались только первые две ступени ускорителя, а полный четырехступенчатый аппарат впервые поднялся в воздух в 1967 году. Когда в 1971 году началась программа советской космической станции, «Протоны» начали запускаться со снятым блоком Д для использования в качестве тяжелой ракеты-носителя на низкой околоземной орбите.
Полезная нагрузка «Протона-К» включала все советские космические станции «Салют» , почти все модули «Мир» (за исключением стыковочного модуля , который был запущен на американском космическом челноке ), а также модули «Заря» и «Звезда» Международной космической станции . Она была предназначена для запуска пилотируемого космического корабля ТКС до отмены этой программы, хотя было выполнено несколько автоматических полетов космических кораблей. Кроме того, она была предназначена для запуска космического самолета ЛКС 1970-х годов , который так и не был реализован. [21]
Последний запуск «Протона-К» состоялся 30 марта 2012 года.
Первоначальная версия «Протона М» могла выводить 3–3,2 тонны (6600–7100 фунтов) на геостационарную орбиту или 5,5 тонн (12 000 фунтов) на геостационарную переходную орбиту . Она могла выводить до 22 тонн (49 000 фунтов) на низкую околоземную орбиту с наклонением 51,6 градуса, орбиту Международной космической станции (МКС).
Улучшения Протона М включали модификации нижней ступени для уменьшения массы конструкции, увеличения тяги и полного использования топлива. Обычно вместо ступени Блок Д или Блок ДМ используется верхняя ступень с топливом Бриз-М ( русский : Бриз означает Бриз ) , что устраняет необходимость в многократном снабжении топливом и дозаправке кислородом из-за кипения; Протон-М также летал с верхней ступенью Блок ДМ. Также были предприняты усилия по снижению зависимости от иностранных (обычно украинских) поставщиков комплектующих. С верхней ступенью Бриз-М диаметр обтекателя полезной нагрузки составляет 4,1 м (13,45 фута). [22]
Ракеты-носители «Протон» и верхние ступени «Бриз-М» спроектированы и построены Государственным космическим научно-производственным центром имени Хруничева (Хруничев) в Москве, который является основным владельцем International Launch Services (ILS). Центр является домом для всех инженерных, сборочных и испытательных функций производства «Протона». С недавней консолидацией российских космических предприятий «Хруничев» имеет прямой надзор и контроль над до 70% всего производства «Протона» от поставщиков до производителей. Консолидация напрямую поддерживает текущие усилия «Хруничева» по вертикальной интеграции производства «Протона». [23]
Усовершенствованный вариант, ракета-носитель Протон-М/Бриз-М фазы III, была испытана в ходе двух российских федеральных миссий Экспресс АМ-44 и Экспресс МД-1 в феврале 2009 года и осуществила свой первый коммерческий запуск в марте 2010 года со спутником Echostar XIV. Конфигурация Протон-М/Бриз-М фазы III обеспечивает 6150 кг производительности ГПО, что на 1150 кг больше, чем у оригинальной Протон-М Бриз-М, при сохранении базовой конфигурации конструкции.
6 августа 2012 года Федеральное космическое агентство России потеряло российский и индонезийский спутники связи при попытке вывести их на орбиту с помощью ракеты-носителя «Протон-М» из-за технических неполадок на последней ступени. [24]
2 июля 2013 года ракета-носитель «Протон-М», запускающая три навигационных спутника ГЛОНАСС, столкнулась с аварией, напоминающей катастрофы 1960-х годов, вскоре после старта, когда ускоритель разбился около LC-39 на Байконуре, положив конец 30-летнему непрерывному периоду без отказов первой ступени; все будущие полеты «Протона» были приостановлены до проведения расследования. [25] В конечном итоге было установлено, что авария была вызвана тем, что пакет гироскопа был установлен вверх ногами. Из-за сложности неправильной установки пакета многие подозревали, что это было сделано намеренно недовольным или пьяным рабочим на заводе имени Хруничева. [ необходима цитата ]
15 мая 2014 года у ракеты «Протон-М»/«Бриз-М» со спутником «Экспресс» произошел отказ третьей ступени из-за неисправности подшипника турбонасоса. Обломки упали в Маньчжурии. 21 октября еще один спутник «Экспресс» остался на бесполезной орбите, когда ступень «Бриз» отключилась на 24 секунды раньше времени.
16 мая 2015 года спутник связи MEXSAT не смог выйти на орбиту из-за очередной неисправности третьей ступени. Это был восьмой отказ «Протона» с 2010 года.
Хруничев инициировал разработку набора усовершенствований фазы IV, чтобы идти в ногу с требованиями рынка и тенденциями роста массы коммерческих спутников. Реализация усовершенствований фазы IV Протон Бриз-М была завершена в 2016 году. Массовые характеристики полезной нагрузки для фазы IV были увеличены до 6320 кг на опорной геостационарной орбите с остаточной дельта V 1500 м/с на ГСО. [26]
Значительные усовершенствования были временно приостановлены после объявления (в 1992 году) о новой ракете-носителе «Ангара» . Единственным крупнейшим усовершенствованием [ когда? ] стала ступень КВРБ. Эта криогенная ступень должна была значительно увеличить мощность. Двигатель [ который? ] был успешно разработан, [ когда? ] и ступень в целом перешла на аппаратное обеспечение. Однако, поскольку КВРБ заметно больше, чем блок D, аэродинамика, управление полетом, программное обеспечение и, возможно, электроника ракеты должны были быть переоценены. Кроме того, стартовая площадка может снабжать существующие «Протоны» обычным гиперголическим топливом из отдельных источников. Верхние ступени, в частности, питаются общими загрузочными трубами, проходящими вдоль ракеты. Переход на ступень с другим топливом требует добавления дополнительных вспомогательных изделий; переход на криогены требует, чтобы такие вспомогательные изделия периодически пополняли ступень. [ нужна цитата ]
Тяжелые варианты «Ангары» будут проще и дешевле «Протона» (и, как и ракета «Атлас V» , не будут использовать гиперголическое топливо; вместо этого это будет ракета на керолоксе , как ракета «Союз» ). Они также будут изначально спроектированы для установки ступени КВТК и уже будут иметь запас жидкого кислорода на стартовой площадке; будет задействован только запас водорода. [ необходима цитата ]
...в последние годы последовали неудачи. Эти проблемы в сочетании с быстрым ростом недорогих альтернатив, таких как ракета Falcon 9 компании SpaceX, привели к тому, что количество запусков «Протона» в данном году сократилось с восьми или около того до одного или двух.
