История, устройство и характеристики ракеты «Протон»
Без «кузькиной матери»
«Так что мы будем строить — коммунизм или шахты для УР-500?»
Ракета потеряла свое боевое назначение, но была переориентирована на запуск спутников. Первый пуск состоялся 16 июля 1965 года с лабораторией для исследования космических частиц «Протон». Всего было выполнено четыре пуска двухступенчатого варианта, из них три — успешно. На основе этой ракеты Челомей предложил программу пилотируемого облета Луны, и на ракету поставили еще одну, третью ступень и небольшой разгонный блок. Однако разработчики не успели реализовать программу, поскольку сделать космический корабль и разгонный блок поручили конструкторскому бюро Сергея Королева. За Челомеем оставалась фактически только ракета. Всего по программе было запущено 11 беспилотных кораблей, из них 4 не вышли на орбиту Земли из-за аварий ракеты-носителя, 4 корабля совершили облет Луны.
Один корабль в июле 1968 года не был запущен из-за аварии разгонного блока во время подготовки к старту. В январе 1970 года программа была закрыта из-за того, что Советский Союз упустил приоритет в первом полете человека к Луне (в декабре 1968 года американские астронавты на корабле Apollo 8 первыми в мире осуществили облет Луны с выходом на окололунную орбиту, а в июле 1969 года на корабле Apollo 11 высадились на лунную поверхность). После закрытия программы облета ракета, получившая со временем название «Протон», применялась в трехступенчатом и четырехступенчатом вариантах для запуска космических аппаратов.
В 1970-е годы на ракете стали запускать первые советские орбитальные станции «Салют» и «Алмаз», а также межпланетные зонды к Луне, Марсу и Венере. «Протон» был единственной советской ракетой, способной запускать геостационарные спутники, висящие над одной точкой экватора на высоте 36 тыс. км. При полной массе в 700 тонн ракета доставляет на низкую околоземную орбиту 21 тонну или на геостационарную – до 3,5 тонны. Стартовые комплексы для «Протона» были и остаются только на Байконуре. В 1993 году американские и российские предприятия учредили компанию Lockheed-Khrunichev-Energia International (LKEI), преобразованную в 1995 году в International Launch Services (ILS), которая с 1996 года осуществляла запуски иностранных спутников на ракете «Протон» на коммерческой основе.
Раз ступень, два ступень.
Военное прошлое этой ракеты определило одно из главных ее отличий – все три ступени используют в качестве горючего несимметричный диметилгидразаин (гептил) и в качестве окислителя – тетраксид азота. Это связано с тем, что баллистическая ракета должна задолго до старта находиться в боеготовом состоянии. В отличие от нее ранее разработанные королевские ракеты использовали в качестве окислителя жидкий кислород, который испаряется и не допускает долгого хранения. Недостатком долгохранимого топлива является токсичность обоих его компонентов, достоинством — ему не требуется система зажигания, поскольку горючее воспламеняется само при контакте с окислителем.
В отличие от «Союза», у которого при старте начинают одновременно работать и «боковушки» первой ступени, и центральная вторая ступень, «Протон» выполнен по оптимальной схеме с последовательным делением ступеней.
В настоящее время используется самая совершенная модификация ракеты — «Протон-М», — оснащенная форсированными двигателями, облегченной конструкцией и цифровой системой управления.
Всего на ракете 11 маршевых однокамерных двигателей: шесть — первой, четыре — второй и один — третьей ступени. Третья ступень имеет также рулевой четырехкамерный двигатель.
Первая ступень состоит из одного центрального бака окислителя и окружающих его шести баков с горючим. Шесть качающихся двигателей РД-276 (разработки НПО «Энергомаш» и производства пермского завода «Протон-ПМ») обеспечивают тягу и управление ракетой на участке работы первой ступени (примерно 120 секунд).
Вторая ступень состоит из бака окислителя и горючего, разделенного перегородкой, а также четырех качающихся двигателей (три РД-0210 и один РД-0211) (разработки КБ химической автоматики и производства Воронежского механического завода). Помимо создания тяги РД-0211 генерирует газ наддува для создания избыточного давления в баках.
Разделение ступеней осуществляется по так называемой горячей схеме: двигатели верхней ступени включаются до того, как останавливаются двигатели нижней. Это делается для того, чтобы избежать проблемы включения двигателей в невесомости, поскольку перегрузка ракеты участвует в создании необходимого давления при подаче топлива в турбонасос. Ступень работает 200 секунд.
Третья ступень устроена аналогично второй — верхний бак с окислителем, нижний с горючим, однако у нее только один неподвижно установленный маршевый двигатель (РД-0213) и один рулевой РД-0214 с четырьмя качающимися камерами. Они также начинают работать до полного выключения двигателей второй ступени. Рулевой двигатель фактически вытаскивает третью ступень с полезной нагрузкой из переходника, соединяющего ее со второй ступенью. Третья ступень работает примерно 240 секунд.
Именно с работой двигателей третьей ступени сейчас связывают как минимум три аварии ракет «Протон» — недавнюю, 2014 года, к которой привело разрушение подшипника турбонасоса рулевого двигателя, и 1988 года.
«Если что-то в ракете перестает работать, подается команда АВД — «аварийное выключение двигателей». Это пошло еще со времен боевых ракет, чтобы в случае отказа ракета упала на нашей территории. Двигатели выключаются, ракета падает в атмосфере и, как правило, сгорает», — поясняет редактор журнала «Новости космонавтики» Игорь Афанасьев. Поскольку ракета стоит гораздо меньше стартового комплекса, в аварийных случаях в момент пуска основная задача — наоборот, увести ракету от старта. «Поэтому в случае отказа или даже взрыва одного из двигателей первой ступени подается команда на форсирование оставшихся и только потом подается команда АВД», — пояснил эксперт.
Деградировал
Как выяснила комиссия Роскосмоса, майская причина недавней аварии «Протона» крылась все в том же рулевом двигателе третьей ступени, отказ которого произошел из-за «повышенных вибронагрузок, вызванных увеличением дисбаланса ротора турбонасосного агрегата, связанного с деградацией свойств его материала под действием высоких температур и несовершенством системы балансировки». При этом, как выяснилось, отказ «имеет конструктивный характер».
Для облегчения разделения наверху второй ступени предусмотрены пороховые тормозные двигатели, которые помогают избежать опасных соударений ступеней. После этого третья ступень с нагрузкой и разгонный блок выходят на переходную или низкую околоземную орбиту.
Первый разгонный блок, а по сути, четвертая ступень ракеты, появился во время реализации программы облета Луны. Он предназначен для перевода космического аппарата с низкой околоземной орбиты на траекторию полета к Луне и другим планетам либо на геостационарную орбиту. Разгонный блок продолжительное время автономно работает в открытом космосе, функционируя в невесомости, и имеет свою систему активной ориентации и стабилизации.
На «Протоне» применяются два типа разгонных блоков (РБ). Блок «Д» — кислородно-керосиновый (разработки РКК «Энергия»), применяется в основном для запуска аппаратов ГЛОНАСС. «Бриз-М» (ГКНПЦ имени М.В. Хруничева) — на долгохранимых компонентах, для запусков геостационарных спутников. Сам он по сути двухступенчатый — центральная часть окружена тороидальным блоком сбрасываемых баков.
Основное отличие РБ (он относится не к ракете, а к космической головной части) от ступеней ракеты в том, что он может работать в невесомости, когда в баках топливо может собираться в виде шаров, в нем могут появляться пузыри газа, из-за которых двигатель может «захлебнуться». Поэтому для создания слабых перегрузок могут использоваться небольшие пороховые двигатели.
Привычная задача для «Протона» — выведение геостационарных спутников (36 тыс. км). Для этого разгонный блок должен сообщить аппарату, находящемуся на низкой круговой орбите, дополнительную скорость (порядка 3 км/с), чтобы он перешел с круговой орбиты на эллиптическую. И уже в дальней точке этого эллипса нужно придать аппарату еще один импульс, чтобы сообщить ему первую космическую скорость для этой высоты. Одна из сложностей заключается в том, что Байконур находится далеко от экватора. Поэтому орбиты спутников имеют высокое наклонение и для запуска геостационарного аппарата требуются дополнительные импульсы разгонного блока, чтобы «выпрямить» орбиту и заставить спутник висеть точно над экватором.
По той же причине на Луну или Марс «Протон» может отправить больше груза, чем на геостационарную орбиту.
«Схема «Протона» не меняется с 1965 года, однако сейчас применяются новые технологии, меняются материалы, немного увеличена эффективность двигателей. Возможность улучшения сильно завязана на конструкцию ракеты и габариты. Чтобы увеличить тягу, нужно либо давление в камерах увеличивать, либо увеличивать сопло, но это требует изменения габаритов ракеты и — главное — стартового комплекса», — пояснил Афанасьев.
Из Филей на поезде
Ракета собирается в Филях, на заводе Хруничева, и в виде небольшого числа транспортабельных блоков отправляется специальным железнодорожным составом на космодром. Изначально размеры элементов ракеты выбирались таким образом, чтобы наиболее габаритная ее часть (бак окислителя первой ступени диаметром 4100 мм), помещенная в специальный удлиненный вагон, могла перевозиться, не причиняя проблем встречным поездам и контактной электросети, свободно проходить в туннелях и по кривым участкам пути. При этом на участках с минимальными радиусами кривизны, чтобы избежать столкновения, приходится останавливать движение поездов встречного направления. Самая широкая неразборная часть ракет, диаметром до 5 м, — головной обтекатель.
Чтобы доставить его по железной дороге, его разделяют пополам вдоль и везут в наклонном положении.
«Протон» (УР-500, «Протон-К», «Протон-М») — ракета-носитель (РН) тяжёлого класса, предназначенная для выведения автоматических космических аппаратов на орбиту Земли и далее в космическое пространство. Разработана в 1961—1967 годах в подразделении ОКБ-23 (ныне ГКНПЦ им. М. В. Хруничева), являвшемся частью ОКБ-52 В. Н. Челомея. Исходный двухступенчатый вариант носителя «Протон» (УР-500) стал одним из первых носителей средне-тяжёлого класса, а трёхступенчатый «Протон-К» — тяжёлого, наряду с американской РН «Сатурн-1Б».
РН «Протон» явилась средством выведения всех советских и российских орбитальных станций «Салют-ДОС» и «Алмаз», модулей станций «Мир» и МКС, планировавшихся пилотируемых космических кораблей ТКС и Л-1/«Зонд» (советской лунно-облётной программы), а также тяжёлых ИСЗ различного назначения и межпланетных станций.
С середины 2000-х годов основной модификацией ракеты-носителя «Протон» стала РН «Протон-М», используемая для запуска как федеральных российских, так и коммерческих иностранных космических аппаратов.
История создания
В начале 1960-х годов руководство СССР было заинтересовано в создании ракет, способных выводить в космос большую полезную нагрузку военного назначения, а также нести боеголовку в несколько десятков мегатонн в тротиловом эквиваленте. Проекты на разработку этих ракет представили все конструкторские бюро (КБ): КБ С. П. Королёва, которое в то время уже работало над межконтинентальной баллистической ракетой (МБР) Р-9, представило проект тяжёлой «лунной» ракеты Н-1; КБ М. К. Янгеля предложило проект унифицированных МБР Р-46 и тяжёлой РН Р-56 со стартовой массой 1165—1421 т; опытное конструкторское бюро № 52 (ОКБ-52) под руководством В. Н. Челомея предлагало создать семейство ракет различной стартовой массы для широкого диапазона забрасываемого груза: МБР лёгкого класса УР-100 («Универсальная Ракета»), МБР среднего класса УР-200, МБР тяжёлого класса УР-500 и сверхмощную РН УР-700.
Благодаря настойчивости Владимира Челомея, в соответствии с Постановлениями ЦК КПСС и СМ СССР 16 марта и 1 августа 1961 г., ОКБ-52 начало проектирование стратегической МБР УР-200 (8К81). Годом позже, по Постановлению ЦК КПСС и СМ СССР № 409—183 от 29 апреля 1962 г., в ОКБ-23 (в настоящее время КБ «Салют», подразделение ГКНПЦ им. М. В. Хруничева), вошедшем в состав ОКБ-52 как филиал № 1 (3 октября 1960 года), началось проектирование ракеты УР-500. Главным конструктором УР-500 был назначен Павел Ивенсен. В 1962 году эту должность занял Юрий Труфанов, а затем — Дмитрий Полухин, ставший впоследствии Генеральным конструктором КБ «Салют». Ведущим конструктором (ответственным исполнителем) проекта всё это время оставался Виталий Выродов. На разработку ракеты отводилось три года.
Ракета разрабатывалась как в боевых вариантах: глобальной орбитальной и межконтинентальной баллистической ракеты (12 000 км) для поражения сверхмощной термоядерной головной частью (индекс — 8Ф17, мощность — 150 мегатонн) особо важных целей в любой точке планеты, так и в варианте ракеты-носителя тяжёлых спутников.
Согласно конструктивно-компоновочной схеме, ракета изготовлялась на Машиностроительном заводе им. М. В. Хруничева и транспортировалась в разобранном виде железнодорожным транспортом на «Байконур». Диаметр центральных блоков ракеты был определён по размеру железнодорожного габарита погрузки — 4100 мм. В то же время, длина конструкции центрального блока первой ступени была определена необходимым объёмом окислителя в ускорителе первой ступени и длиной железнодорожного крупногабаритного груза.
В разработку новой ракеты были вовлечены и другие конструкторские бюро: КБ Химавтоматики изготовляло двигатели второй и третьей ступени (главный конструктор С. А. Косберг, а затем А. Д. Конопатов), «НИИ Автоматики и Приборостроения» — систему управления и электроавтоматики, КБ «Рубин» и КБ «Восход» — рулевые приводы, управляющие отклонением двигателей всех ступеней, НИИ Приборостроения — систему опорожнения баков, НИИ Точной механики — систему безопасности РН и КБ Киевского завода «Арсенал» — систему прицеливания.
Протон-К в варианте для запуска КК 7К-Л1
Первый пуск трёхступенчатой ракеты «Протон-К» был произведён 10 марта 1967 года с блоком Д и КК 7К-Л1П («Космос-146»), прототипом будущего лунного корабля 7К-Л1. Эта дата считается днём рождения РН «Протон-К».
Кроме того, из-за большого количества аварий на начальном этапе лётных испытаний (с марта 1967 года по август 1970 года было произведено всего лишь 6 полностью успешных пусков из 21-го) РН «Протон-К» была принята на вооружение только в 1978 году, после 61-го пуска.
«Протон-К» с разгонным блоком Д регулярно использовалась для запуска различных научных, военных и гражданских космических аппаратов. Трёхступенчатый «Протон-К» использовался для выведения полезной нагрузки на низкие орбиты, четырёхступенчатый — для выведения космических аппаратов на высокоэнергетические орбиты. В зависимости от модификации ракета была способна вывести до 21 т полезной нагрузки на орбиту высотой 200 км и до 2,6 т на геостационарную орбиту (ГСО). В настоящее время производство «Протона-К» прекращено. Последняя РН этой серии была выпущена в конце 2000-х годов и хранилась в арсенале. Её пуск был произведён 30 марта 2012 года для вывода на орбиту последнего спутника серии УС-КМО с помощью последнего РБ версии ДМ-2. В общей сложности с 1967 по 2012 год РН «Протон-К» стартовала 310 раз и производилась в ГКНПЦ им. М. В. Хруничева.
С 2001 года в ГКНПЦ им. М. В. Хруничева выпускается более современная модификация ракеты — 8К82КМ «Протон-М». Новый вариант РН «Протон» отличается повышенной экологичностью, цифровой системой управления и новым разгонным блоком 14С43 Бриз-М, что позволило заметно увеличить полезную нагрузку при выведении на геопереходную и геостационарную орбиты. Модифицированная версия позволяет устанавливать обтекатели больших размеров по сравнению с «Протон-К».
Конструкция
Первый вариант ракеты-носителя «Протон» был двухступенчатым. Последующие модификации ракеты, «Протон-К» и «Протон-М», запускались либо в трёх- (на опорную орбиту), либо в четырёхступенчатом вариантах (с разгонным блоком).
РН УР-500
Различные версии РН УР-500 и РН «Протон-К»
Ракета-носитель (РН) УР-500 («Протон», индекс ГРАУ 8K82) состояла из двух ступеней, первая из которых была разработана специально для этой РН, а вторая унаследована от проекта ракеты УР-200. В этом варианте РН «Протон» была способна выводить 8,4 т полезного груза на низкую околоземную орбиту.
Первая ступень
Первая ступень состоит из центрального и шести боковых блоков, расположенных симметрично вокруг центрального. Центральный блок включает в себя переходный отсек, бак окислителя и хвостовой отсек, в то время как каждый из боковых блоков ускорителя первой ступени состоит из переднего отсека, бака горючего и хвостового отсека, в котором закреплён двигатель. Таким образом, двигательная установка первой ступени состоит из шести автономных маршевых жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) РД-253. Двигатели имеют турбонасосную систему подачи топлива с дожиганием генераторного газа. Запуск двигателя осуществляется путем прорыва пиромембран на входе в двигатель.
Вторая ступень
РН «Протон-К»
Ракета-носитель (РН) «Протон-К» была разработана на базе двухступенчатой РН УР-500 с некоторыми изменениями на второй ступени и с добавлением третьей и четвёртой ступеней. Это позволило увеличить массу ПН на низкой околоземной орбите, а также выводить космические аппараты на более высокие орбиты.
Первая ступень
Первая ступень РН «Протон»
Вторая ступень
Третья ступень
Система управления РН «Протон-К»
Используемое топливо
В качестве компонентов топлива во всех ступенях ракеты используются несимметричный диметилгидразин (НДМГ, также известный как гептил) (CH3)2N2H2 и тетраоксид азота N2O4. Самовоспламеняющаяся топливная смесь позволила упростить двигательную установку и увеличить её надёжность. В то же время компоненты топлива являются весьма токсичными и требуют крайней осторожности в обращении.
Улучшения в РН «Протон-М»
РН «Протон-М» со спутником Inmarsat-4F3 перед установкой на стартовый стол
Разгонные блоки
Для выведения полезной нагрузки на высокие, переходные к геостационарным, геостационарные и отлётные орбиты используется дополнительная ступень, называемая разгонным блоком (РБ). Разгонные блоки позволяют осуществлять многократные включения своего маршевого двигателя и реориентацию в пространстве для достижения заданной орбиты. Первые разгонные блоки для РН «Протон-К» были сделаны на базе ракетного блока Д носителя Н-1 (его пятой ступени). В конце 1990 годов ГКНПЦ им. М. В. Хруничева разработал новый разгонный блок «Бриз-М», используемый в РН «Протон-М» наряду с РБ семейства Д.
Блок ДМ
Блок Бриз-М
Характеристики разгонных блоков, используемых с РН «Протон»
Название
Индекс
Переходные системы
Как пример можно привести систему разделения 1666V, которая состоит из замковой ленты, соединяющей КА и адаптер между собой. Лента состоит из двух частей, стянутых посредством соединительных болтов. В момент разделения РБ и КА пирогильотины системы разделения перерубают соединительные болты замковой ленты, после чего лента раскрывается, и за счёт освобождения восьми пружинных толкателей (количество может меняться в зависимости от типа используемой системы разделения), расположенных на адаптере, осуществляется отделение КА от РБ.
Электрические системы и системы телеметрии данных
Головные обтекатели
Головные обтекатели «Протон-М», используемые ILS для коммерческих запусков.
Сброс ГО осуществляется в начальный период работы ускорителя третьей ступени. Цилиндрическая проставка сбрасывается после отделения космической головной части.
Головные обтекатели производятся ФГУП ОНПП «Технология» в городе Обнинск Калужской области. ГО изготовляется из нескольких обечаек, которые представляют собой трёхслойные конструкции с алюминиевым сотовым заполнителем и обшивками из углепластика, содержащие усиления и вырезы для люков. Использование материалов этого типа позволяет достичь снижения массы по сравнению с аналогом из металлов и стеклопластика не менее чем на 28—35 %, повысить жёсткость конструкции на 15 % и улучшить акустические характеристики в 2 раза.
В случае коммерческих запусков через компанию ILS, которая осуществляет маркетинг пусковых услуг РН «Протон» на международном рынке, используются альтернативные ГО бо́льшего размера: длиной 13,3 м и 15,25 м и диаметром 4,35 м. Кроме того, для увеличения возможностей РН «Протон-М» активно изучается возможность использования ГО 5-метрового диаметра. Это позволит запускать спутники большего размера и повысит конкурентоспособность РН «Протон-М» против его основного конкурента «Ариан-5», который уже используется с ГО диаметром 5 м.
Варианты конфигурации
Варианты конфигурации РН «Протон»
Тип РБ → Тип РН ↓
11С824
11С824M
11С824Ф
11С86
11С861
11С861-01
11С861-03
17С40
14С43
КВРБ
«Протон-К» (8K82K)
Блок-Д (8K82K 11С824)
Блок-Д-1 (8K82K 11С824М)
Блок-Д-2 (8K82K 11С824Ф)
Блок-ДМ (8K82K 11С86)
Блок-ДМ-2, Блок-ДM1 (8K82K 11С861)
Блок-ДМ-2M, Блок-ДM3, Блок-ДM4 (8K82K 11С861-01)
Блок-ДМ-5, Блок-ДM2 (8K82K 17С40)
Бриз-M (8K82K 14С43)
«Протон-М» (8K82KM)
Блок-ДМ-2 (8K82КM 11С861)
Блок-ДМ-2М (8K82КM 11С861-01)
Блок-ДМ-03 (8K82КM 11С861-03)
Бриз-M ( 14С43)
КВРБ
Стартовые площадки
РН Протон-М со спутником Anik-F1R, «обхваченная» передвижной фермой обслуживания, 2005 г.
Обе стартовые площадки объединены общей сетью коммуникаций и используют общий комплекс сооружений, обеспечивающих каждую из них сжатыми газами, водой, электроэнергией и хладагентами для термостатирования компонентов топлива и космических аппаратов. Сборка блоков ракеты, интеграция носителя с полезным грузом и общая проверка системы осуществляются в горизонтальном положении в монтажно-испытательном корпусе (МИК) на технической позиции (площадка № 92) космодрома Байконур. Посредством транспортёра-установщика на железнодорожном ходу РКН (ракета космического назначения) доставляется из МИКа на топливно-заправочную станцию для заправки РБ «Бриз-М». После заправки РКН транспортируется на стартовый комплекс и устанавливается на пусковое устройство. С помощью передвижной фермы обслуживания на рельсовом ходу проводятся электрические проверки РН и головной части, заправка РН и РБ (в случае использования РБ ДМ) компонентами топлива и сжатыми газами, набор готовности двигательной установки ракеты и пуск РКН.
В настоящее время на Байконуре имеются четыре стартовые позиции РН «Протон-К» и «Протон-М»: по две на площадках 81 и 200, однако только три из них находятся в рабочем состоянии. Стартовые позиции расположенные западнее именуются «Левыми»; расположенные восточнее — «Правыми». Каждой из этих позиций соответствует номер: 81Л (левая) — № 23, 81П (правая) — № 24, 200Л — № 39, 200П — № 40.
Сборка РН «Протон-М»
РН «Протон-М» со спутником AMC-12 подготавливается к вывозу на СК в зале 111 монтажно-испытательного корпуса 92-А50, январь 2005 г.
Стандартная схема полёта РН «Протон-М» с РБ «Бриз-М»
В следующем описании приведены приблизительные времена включений и выключений двигателей всех ступеней, время сброса ГО и пространственной ориентации РН для обеспечения заданной траектории. Точные времена определяются конкретно для каждого пуска в зависимости от конкретной полезной нагрузки и конечной орбиты.
Участок работы РН «Протон-М»
Три РД-0210 и один РД-0211 второй ступени включаются на 119-й секунде полёта и переходят в режим полной тяги в момент отделения первой ступени на 123-й секунде. Рулевые двигатели третьей ступени включаются на 332-й секунде, после чего двигатели второй ступени выключаются на 334-й секунде полёта. Отделение второй ступени осуществляется после того, как на 335-й секунде включаются шесть тормозных РДТТ и происходит её уведение.
Стандартная циклограмма полёта РН «Протон-М»
Время, с
Скорость, м/с
Высота, км
Начало набора готовности к пуску
-3,10
0
0
Включение двигателей первой ступени (40 % от номинала)
-1,75
Двигатели первой ступени 107 % от номинала
-0,15
Команда «Ключ подъёма»
0,0
Достижение максимального скоростного напора
65,5
465
11
Включение двигателей второй ступени
119,0
Отделение первой ступени
123,4
1724
42
Включение рулевых двигателей третьей ступени
332,1
Выключение двигателей второй ступени
334,5
Разделение второй и третьей ступеней
335,2
4453
120
Включение двигателей третьей ступени
337,6
Сброс головного обтекателя
348,2
4497
123
Выключение двигателей третьей ступени
576,4
Выключение рулевых двигателей третьей ступени
588,3
Разделение третьей ступени и орбитального блока
588,4
7182
151
Участок работы РБ «Бриз-М»
Стандартная 9-часовая схема полёта РН Протон-М с РБ Бриз-М
Эксплуатация
International Launch Services
РН «Протон-М» с коммерческим спутником ArabSat 4B во время «вертикализации»
Стоимость
Коммерческие пуски
Пуски по федеральной космической программе России
Цены по состоянию на 2013 год: 1,521 млрд рублей стоил сам «Протон-М», 447 млн — разгонный блок «Бриз-М», 690 млн — услуги по запуску, ещё 20 млн рублей стоила транспортировка ракеты на космодром, 170 млн рублей — головной обтекатель. Итого российскому бюджету один запуск «Протона» обходился в 2,84 млрд рублей.
История пусков РН «Протон»
8К82/УР-500
16 июля 1965 года двухступенчатой РН УР-500 был произведён запуск на орбиту научной космической станции «Протон-1» массой 12,2 т. Всего РН УР-500 в 1965—1966 годах были выведены три спутника: «Протон-1» — «Протон-3», ещё один запуск закончился неудачей. Научная аппаратура спутников «Протон» обеспечивала изучение космических лучей и взаимодействие с веществом частиц сверхвысоких энергий: на спутниках были установлены ионизационный калориметр, гамма-телескоп и другие приборы. Впоследствии РН УР-500 унаследовала название этих КА и стала называться РН «Протон».
Список пусков РН Протон 8К82/УР-500
№ Запуска
Дата (UTC)
Полезная нагрузка
Примечания
1
16 июля 1965 года
Протон-1 Н-4, сер. № 1
Успех
2
2 ноября 1965 года
Протон-2 Н-4, сер. № 2
Успех
3
24 марта 1966 года
Протон Н-4, сер. № 3
Неудача, авария 2-й ступени
4
6 июля 1966 года
Протон-3 Н-4, сер. № 4
Успех
РН «Протон-К» (8К82К)
«Протон-К» с модулем «Заря» для МКС. 20 Ноября 1998
Всего было осуществлено 32 коммерческих запуска «Протон-К». Последний коммерческий запуск состоялся 6 июня 2003 года со спутником АМС-9.
РН «Протон-М» (8К82КМ)
На 25 декабря 2015 года, РН «Протон-М» стартовала 95 раз, из которых 85 были полностью успешными (89,5 %). Значимые пуски:
Аварии
Аварии в 1967—1970 годах
Трагически закончилась авария на космодроме в июле 1968 года. При подготовке к пуску космического корабля «Зонд-5Б», назначенному на 21 июля 1968 года, лопнул бак окислителя блока Д, частично разрушив головной обтекатель (ГО). Корабль 7К-Л1 с полуразрушенным ГО упал на несколько метров вниз и застрял на площадках фермы обслуживания; бак горючего блока Д с пятью тоннами керосина оторвался от фермы и упёрся в элементы третьей ступени ракеты. По одним данным 1 человек погиб, один был ранен, по другим данными погибло 3 человека.
К этому периоду также относится авария 19 февраля 1969 года, когда на 51,4 секунде полёта ракеты произошло разрушение головного обтекателя во время прохождения зоны максимального скоростного напора. В результате был потерян первый самоходный аппарат типа «Луноход». Другая опасная авария произошла 2 апреля 1969 года при запуске АМС «Марс», когда произошёл отказ одного из двигателей РД-253 на 0.02 секунде. На 41-й секунде полёта ракета врезалась носом в землю примерно в 3 км от стартовой установки. Стартовый комплекс практически не пострадал, но в близлежащем МИК е вылетели стекла.
Аварии «Экранов»
В 1976 году началось развёртывание системы «Экран». Спутники этой серии предназначались для переброски центральных каналов на территорию Сибири и Дальнего Востока: приём вёлся на коллективную земную станцию, и затем программы ретранслировались на прилегающие окрестности. В 1978 году в результате серии из трёх аварий РН «Протон-К» были потеряны три спутника серии «Экран», предназначенные для замены уже существующих (хотя в промежутках между «Экранами» благополучно стартовали другие КА). Перебои в работе системы «Экран» привели к недовольству среди населения.
Аварии в постсоветское время
Череда аварий 2010—2015 годов
Начиная с декабря 2010 года с РН «Протон-М» произошли несколько серьёзных аварий, повлекших потерю нескольких российских спутников, а также одного иностранного спутника российского производства. Эта череда аварий вызвала серьёзный общественный резонанс и привела к увольнениям нескольких высокопоставленных чиновников, а также попыткам серьёзной перестройки российской космической индустрии.
3 КА Глонасс-М. 5 декабря 2010 года ракета-носитель «Протон-М», которая должна была вывести на орбиту три спутника Глонасс-М, отклонилась от курса на 8 градусов. В результате этого спутники вышли на незамкнутую орбиту и упали в несудоходном районе Тихого океана. Авария не позволила закончить формирование российской навигационной группировки ГЛОНАСС: в случае успеха заработали бы 24 спутника, по восемь в трёх плоскостях. Причиной нештатного полёта явилось превышение массы разгонного блока ДМ-03 вследствие конструкторской ошибки в формуле расчёта дозы заправки жидкого кислорода в инструкции по эксплуатации системы контроля заправки (было залито чрезмерное количество топлива). В связи с аварией были уволены вице-президент и главный конструктор по средствам выведения РКК «Энергия» Вячеслав Филин и заместитель руководителя Роскосмоса Виктор Ремишевский. Руководителю Роскосмоса Анатолию Перминову был объялен выговор. Ущерб от потери спутников составил 2,5 млрд руб., не считая стоимости РН «Протон-М».
После этой аварии, а также после аварийного пуска КА «Гео-ИК-2» с помощью РН «Рокот», в апреле 2011 года ушёл с поста главы Роскосмоса Анатолий Перминов.
Экспресс АМ4. 18 августа 2011 года в результате аварии РБ «Бриз-М» был оставлен на неправильной орбите спутник связи Экспресс АМ4 российского спутникового оператора ГПКС. Параметры орбиты (i = 51,23°, апогей — 20 294 км, перигей — 995 км) не позволили спасти спутник с помощью собственных двигателей. Экспресс АМ4 должен был стать самым мощным спутником связи в Европе. По словам министра связи России Игоря Щеголева, Экспресс АМ4 являлся «выдающимся по своим параметрам телекоммуникационным спутником не только для России, но и для всего мира». Кроме всего прочего, российская государственная компания ФГУП РТРС с его помощью собиралась осуществить переход с аналогового на цифровое ТВ. Стоимость создания и запуска спутника предположитльно составила около 10 млрд рублей. Спутник был застрахован на 7,5 млрд рублей в страховой компании «Ингосстрах».
Телком-3 и Экспресс МД2. 6 августа 2012 года в результате аварии РБ «Бриз-М» были оставлены на неправильных орбитах спутник связи Экспресс МД2 российского спутникового оператора ГПКС (который предназначался для частичной замены потерянного ранее «Экспресс-АМ4»), а также индонезийский спутник связи Телком-3 российского производства. Из-за слишком низкой орбиты спутники были признаны потерянными. Причиной аварии была признана производственная проблема: произошло засорение магистрали наддува дополнительных топливных баков горючего «Бриза-М». Ущерб от аварии оценивается в 5—6 млрд рублей, не учитывая того, что оба спутника были застрахованы, из них Экспресс МД2 на 1,2 млрд рублей.
Ямал-402. 8 декабря 2012 года авария с РБ «Бриз-М». В ходе выведения КА «Ямал-402» российского оператора «Газпром космические системы» процедура отстыковки от разгонного блока «Бриз-М» произошла на 4 минуты раньше расчётного времени, и спутник был оставлен на орбите ниже расчётной. Тем не менее, «Ямал-402» достиг рабочей орбиты, используя свои собственные двигатели. Так как для проведения дополнительных манёвров была истрачена часть горючего, предназначенного для коррекции орбиты, «Ямал-402» сможет проводить коррекции орбиты в течение лишь 11,5 лет вместо ожидавшихся 19. Это также меньше первоначального срока активного существования спутника, который был равен 15 годам. В связи с этим «Газпром космические системы» получил €73 млн страхового возмещения за последствия сбоя при запуске спутника.
3 КА Глонасс-М. 2 июля 2013 года после старта РН «Протон-М» с разгонным блоком ДМ-03 произошли авария и падение РКН на
Экспресс АМ4P. 16 мая 2014 года после 530-й секунды полёта на ракете-носителе возникла нештатная ситуация, после чего репортаж полёта был прекращён. Комиссия по расследованию причин падения установила, что причиной аварии стало разрушение подшипника в турбонасосном агрегате.
Аварии 2013—2014 годов привели к негативным последствиям не только для космической и телекоммуникационной, но и для страховой отрасли — тарифы на перестрахование рисков при запусках «Протон-М» превысили аналогичные для ракет-носителей «Ариан». Для повышения надёжности страхования Минфин РФ выделил Роскосмосу на 2014 год дополнительно 1,7 млрд руб.
Mexsat 1. 16 мая 2015 года состоялся запуск РН «Протон-М» с целью вывода на геостационарную орбиту мексиканского телекоммуникационного спутника. На 497 секунде полёта отказали рулевые двигатели третьей ступени. В результате все элементы ракеты и спутника сгорели в атмосфере, жертв и разрушений нет. Запуск был застрахован мексиканской стороной. Создана комиссия во главе с первым замом руководителя Роскосмоса Александром Ивановым. До выяснения обстоятельств крушения все запуски ракет Протон-М приостановлены.
Использование в будущем
В июне 2013 года предполагалось, что ракета-носитель (РН) «Протон-М» будет полностью заменена на РН «Ангара», которая также будет изготовляться в ГКНПЦ им. М. В. Хруничева. Первый запуск «Ангары-5» первоначально намеченный на 2013 год состоялся 23 декабря 2014 года. Начиная с этого момента, РН «Протон-М» в течение нескольких лет будет постепенно вытесняться РН «Ангара», но его полный вывод из эксплуатации возможен не ранее, чем будет принята в оперативное использование РН «Ангара А5».
Отказ от использования «Протона» обусловлен несколькими причинами:
РН «Протон-М» 4-го этапа
Тем не менее, в связи с постоянным увеличением массы телекоммуникационных спутников и невозможностью использовать оптимизированную трассу с наклонением 48° (так как эта трасса не оговорена в «Договоре аренды космодрома Байконур», и каждый раз, пуская «Протон» по этому наклонению, это необходимо дополнительно согласовывать с Казахстаном), грузоподъёмность РН «Протон-М» должна быть увеличена. В настоящее время ГКНПЦ им. М. В. Хруничева проводит 4-й этап модернизации РН «Протон-М» — «Бриз-М» («Phase IV Proton Breeze M»). Предполагается, что осуществление этого этапа будет завершено в 2013 году. В результате планируемых усовершенствований масса выводимой на ГПО полезной нагрузки системы будет увеличена до 6300 кг на стандартной трассе (наклонение 51,6°, остаточная ΔV до ГСО 1500 м/с).
Кислородно-водородный разгонный блок
Оценка проекта
«Протон-К» с орбитальной обсерваторией «Гранат» на стартовом столе, 1989
Разработка ракеты-носителя (РН) «Протон» явилась одной из основных программ в советской космонавтике. Несмотря на череду неудач в первые годы своего существования, наряду с «семёркой» (РН Восток, РН Союз и др.), РН «Протон» стала одной из наиболее используемых ракет-носителей в советской и позже в российской космонавтике. Со временем первоначальные ошибки конструкции были отработаны, и в настоящее время «Протон» является одним из самых надёжных носителей из когда-либо созданных.
За последние почти полвека разные модификации РН «Протон» совершили более 360 стартов, и с её помощью были запущены более 40 типов различных космических аппаратов (КА) народно-хозяйственного, научного и оборонного назначения.
Прежде всего, РН «Протон» широко применялась в советской и российской пилотируемой программах. В конце 1960-х — начале 1970-х годов РН «Протон» отрабатывалась в программе пилотируемого облёта Луны Л-1/«Зонд», а в конце 1970-х — начале 1980-х годов предполагалась носителем проектировавшегося многоразового пилотируемого корабля ЛКС. После закрытия программы разработки ракеты-носителя Н-1 она стала единственным из советских средств выведения на орбиту, обеспечивающих запуск тяжёлых модулей массой более 8 т, а с разработкой РН средне-тяжёлого класса Зенит-2 к 1985 году — более 14 т. С её помощью были выведены на орбиту долговременные обитаемые станции «Салют», в том числе гражданские ДОС и военные «Алмаз», беспилотные космические корабли-модули ТКС к этим станциям, а также блоки-модули для сборки на орбите многомодульной станции «Мир» (базовый блок и все модули — «Квант-1», «Квант-2», «Кристалл», «Спектр» и «Природа»). В настоящее время РН «Протон» стала основным средством выведения с российской стороны в рамках проекта создания Международной космической станции («Протон» вывел на орбиту модули «Заря», «Звезда», и в скором времени будет запущен модуль «Наука»).
В непилотируемой космонавтике использование новых телекоммуникационных спутников, запуск которых стал возможен с помощью РН «Протон», явилось важным шагом для развития телевидения, телефонии и спутниковой связи в СССР и России. Протоном были запущены спутники систем «Экран», «Экран-М», «Горизонт», «Галс» и «Экспресс». Ни один другой советский носитель не обладал достаточной энергетикой для доставки этих телекоммуникационных спутников напрямую на ГСО.
РН «Протон» также служила и для построения оборонных систем и систем двойного назначения. С её помощью была развёрнута часть Единой Системы Спутниковой Связи (ЕССС) на базе космических аппаратов «Радуга», «Радуга-1» и «Радуга-1М» (часть ЕССС, состоящая из КА «Молния-2» и «Молния-3», на высокоэллиптических орбитах была развёрнута с помощью РН «Молния»). Кроме того, РН «Протон» выводила на ГСО различные спутники-ретрансляторы систем «Луч», «Поток», и в настоящее время начинается развёртывание системы «Гарпун». В добавление к этому, начиная с 1980-х годов, РН «Протон» участвует в развёртывании глобальной навигационной спутниковой системы «ГЛОНАСС» на базе КА серий «Ураган» и «Ураган-М», запускаемых по три аппарата на одном «Протоне».
В сфере научных исследований Солнечной системы с помощью РН «Протон», начиная с конца 1960-х годов, были выведены все советские и российские автоматические межпланетные станции для научных исследований Луны, Венеры, Марса, Фобоса, кометы Галлея и др. Запущенными на РН «Протон» высокоорбитальными аппаратами «Астрон» и «Гранат» (на фотографии) проводилось исследование дальнего космоса в ультрафиолетовом, гамма и рентгеновском диапазонах.
Аналоги
Надо заметить, что все перечисленные РН используют космодромы, расположенные значительно ближе к экватору, чем Байконур. Это даёт им преимущество в массе полезной нагрузки на различных орбитах. Кроме того, зарубежные РН используют жидкий водород в качестве топлива на верхних ступенях, удельный импульс которого заметно выше (450 с против 320 с у гептила). Это позволяет им выводить значительно большую нагрузку на высокие орбиты (ГПО, ГСО и отлётные), но в то же время заметно удорожает стоимость пуска. Тем не менее, несмотря на эти недостатки, а также являясь наследником более чем 50-летней конструкции, «Протон-М» превосходит почти все аналогичные РН (кроме Delta IV) по массе полезного груза на низкой опорной орбите (см. таблицу).
Сравнение характеристик РН тяжёлого класса (данные на 10.2012)
Ракета-носитель
Страна
Первый полёт
Кол-во запусков в год (всего)
Ши-рота
Масса ПН на ГПО и стоимость различных ракет-носителей
Основными конкурентами РН «Протон-М» по цене и по выводимой полезной нагрузке являются европейская РН также тяжёлого класса «Ариан-5» компании «Арианэспас» и международный проект «Морской старт» с РН средне-тяжёлого класса «Зенит». Кроме того, конкурентами по массе полезной нагрузки, выводимой на орбиту, могут считаться американские носители «Атлас-5» и «Дельта-4», а также японский носитель «H-IIB». Тем не менее стоимость последних трёх упомянутых РН значительно превышает стоимость РН «Протон-М», и поэтому они фактически не конкурируют с «Протоном».
Другим потенциальным конкурентом является также китайская РН средне-тяжёлого класса «Великий поход-3B», но из-за запрета наложенного США на экспорт американской высокотехнологичной продукции в Китай (т. н. «Международные правила торговли оружием», ITAR (англ.) ), в настоящее время эта РН используется очень мало.
Ариан-5
Морской Старт
«Морской старт» — плавучий космодром для запуска украинских ракет «Зенит-3SL» и одноимённый международный консорциум по эксплуатации космодрома «Морской старт», в настоящее время контролируемый РКК Энергия. Производит старты со стартовой платформы «ODYSSEY» с экватора, откуда РН «Зенит-3SL» способна выводить на геопереходную орбиту почти такую же ПГ (6060 кг), что и РН «Протон-М» из Байконура. Однако возможности по выводу полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту у средне-тяжёлого «Зенита» существенно ниже (примерно на девять тонн), чем у тяжёлого «Протона».
Критика РН «Протон»
Наиболее часто критикуемым аспектом конструкции РН «Протон» является его топливо: несимметричный диметилгидразин (НДМГ или «гептил») является высокотоксичным канцерогенным веществом, которое требует особо осторожного обращения. Поражение НДМГ возможно в результате вдыхания паров или проникновения через кожу. При лёгком отравлении симптомами могут быть головная боль, тошнота, головокружение, повышение артериального давления и др. В этом случае возможно полное выздоровление через 5—6 дней после отравления. При более сильном отравлении выздоровление может занять две недели. В худшем случае отравление гептилом может вызвать многочасовые судороги, потери сознания, отёк лёгких и др. и в результате привести к смерти.
Кроме того, при падении отработавших ступеней остатки горючего (в случае с «Протон-К» более двух тонн гептила) загрязняют почву на месте падения, что требует проведения дорогостоящих мероприятий по очистке территории: при проникновении в почву гептил, благодаря своей стабильности, сохраняется там долгое время и способен мигрировать по профилю почвы. При этом поражённая растительность приобретает вид «варёной» зелени. Окислитель, используемый в РН «Протон»,тетраоксид азота, токсичен и может загрязнять нитратами и нитритами почву и воду.
Другим недостатком гептила является относительно низкий удельный импульс ракетных двигателей, которые его используют (288—330 с). Многие зарубежные аналоги оснащены ракетными двигателями, использующими криогенное топливо (жидкий водород) на верхних ступенях с удельным импульсом порядка 450 с, что позволяет добиться лучших результатов по массе полезной нагрузки.
Протон-1 Н-4, сер. № 1
