Протон-М - Proton-M

Протон-М
На стартовой площадке.jpg
Ракета Протон-М на стартовой площадке в г. Космодром Байконур
ФункцияТяжелая ракета-носитель
ПроизводительХруничева
Страна происхожденияРоссия
Стоимость за запуск65 миллионов долларов США[1]
Размер
Высота58,2 м (191 футов)
Диаметр7,4 м (24 футов)
Масса705000 кг (1554000 фунтов)[2]
Этапы3 или 4
Вместимость
Полезная нагрузка для ЛЕО[а]
Масса23000 кг (51000 фунтов)[3]
Полезная нагрузка для GTO (1800 м / с)
Масса6920 кг (15260 фунтов)[3]
Полезная нагрузка для GTO (1500 м / с)
Масса6300 кг (13900 фунтов)[4]
Полезная нагрузка для GSO
Масса3250 кг (7 170 фунтов)[3]
Сопутствующие ракеты
СемьяУниверсальная ракета
Сопоставимый
История запуска
Положение делАктивный
Запустить сайты
Всего запусков111
Успех (а)100
Отказ (ы)9
Частичный отказ (ы)2
Первый полет7 апреля 2001 г.[5]
Последний полет30 июля 2020 г.
Заметные полезные нагрузкиГЛОНАСС, ЭкзоМарс
Первая ступень - 8С810К
Длина21,18 м (69,5 футов)[6]
Диаметр7,4 м (24 футов)
Пустая масса30600 кг (67500 фунтов)
Масса пороха428,300 кг (944,200 фунтов)
Двигатели6 РД-275М
Тяга10 532 кН (2 368 000 фунтовж)
Удельный импульс285 секунд
Время горения108 секунд
ТопливоN2О4 / UDMH
Вторая ступень - 8С811К
Длина17,05 м (55,9 футов)[6]
Диаметр4,1 м (13 футов)
Пустая масса11000 кг (24000 фунтов)
Масса пороха157,300 кг (346,800 фунтов)
Двигатели3 РД-0210 1 РД-0211
Тяга2399 кН (539000 фунтовж)
Удельный импульс327 секунд
Время горения206 секунд
ТопливоN2О4 / UDMH
Третья ступень - 8С812
Длина4,11 м (13,5 футов)[7]
Диаметр4,1 м (13 футов)
Пустая масса3500 кг (7700 фунтов)
Масса пороха46 562 кг (102 652 фунта)
Двигатели1 РД-0212
Тяга613,8 кН (138000 фунтовж)
Удельный импульс325 секунд
Время горения238 секунд
ТопливоN2О4 / UDMH
Четвертый этап (по желанию) - Бриз-М
Длина2,61 м (8 футов 7 дюймов)
Диаметр4,0 м (13,1 футов)
Пустая масса2370 кг (5220 фунтов)
Масса пороха19800 кг (43700 фунтов)
Двигатели1 S5.98M
Тяга19,62 кН (4410 фунтовж)[8]
Удельный импульс326 секунд
Время горения3000 секунд
ТопливоN2О4 / UDMH
Четвертый этап (по желанию) - Блок ДМ-2
Двигатели1 РД-58М
Тяга85 кН (19000 фунтовж)
Удельный импульс352 секунды
ТопливоРП-1 / LOX
Четвертый этап (по желанию) - Блок ДМ-03
Двигатели1 РД-58М / РД-58МФ
ТопливоRP-1 / LOX

В Протон-М, (Протон-М) Индекс ГРАУ 8К82М или 8К82КМ, это расходный русский тяжелая ракета-носитель полученный из Советский -разработанный Протон. Он построен Хруничева, и запускается с сайтов 81 и 200 на Космодром Байконур в Казахстан. Коммерческие запуски продаются Международные запуски (ILS), и обычно используют Сайт 200/39. Первый запуск "Протона-М" состоялся 7 апреля 2001 г.[9]

Proton совершил свой последний полет 30 июля 2020 года, доставив Экспресс-80 и Экспресс-103 на геостационарную орбиту.[10] По состоянию на август 2020 года ряд Роскосмос и другие правительственные миссии России остаются в манифесте запуска «Протона».

Описание автомобиля

Выпуск Протон-М

Ракета-носитель «Протон-М» состоит из трех ступеней; все они работают на жидкостные ракетные двигатели с использованием гиперголический пропеллент комбинация тетроксид диазота как окислитель, и несимметричный диметилгидразин для топлива.

Первая ступень уникальна тем, что она состоит из центрального цилиндрического бака окислителя того же диаметра, что и две другие ступени, с шестью топливными баками, прикрепленными к ее окружности, каждый из которых несет двигатель. Двигатели на этой стадии могут поворачиваться по касательной до 7,0 ° от нейтрального положения, обеспечивая полный управление вектором тяги. Обоснованием такой конструкции является логистика: диаметр резервуаров окислителя и двух последующих ступеней является максимальным, который может быть доставлен по железной дороге на Байконур. Однако в пределах Байконура полностью собранный штабель снова транспортируется по железной дороге, так как у него достаточно свободного пространства.

На второй ступени используется обычная цилиндрическая конструкция. Он питается от трех РД-0210 двигатели и один РД-0211 двигатель. РД-0211 - это модифицированная версия РД-0210, используемая для наддува топливных баков. Вторая ступень соединяется с первой ступенью через сетку, а не через закрытую межступенчатую коробку, чтобы позволить выхлопу выйти, потому что вторая ступень начинает работать за секунды до отделения. Управление вектором тяги обеспечивается карданом двигателя.

Третья ступень также имеет обычную цилиндрическую конструкцию. Он содержит систему авионики, которая контролирует первые две ступени. Он использует один РД-0213 который является фиксированной (без кардана) версией RD-0210, и один РД-0214 который представляет собой четыре сопла верньер двигатель используется для управления вектором тяги. Форсунки РД-0214 могут поворачиваться до 45,0 °; они расположены вокруг (с некоторым разделением) и умеренно над соплом РД-0213.

«Протон-М» имеет модификации нижних ступеней для уменьшения массы конструкции, увеличения тяги и использования большего количества топлива (меньше его остается неиспользованным в баках). На первой ступени используется замкнутая система наведения, позволяющая более полный расход топлива. Это немного увеличивает характеристики ракеты по сравнению с предыдущими вариантами и снижает количество токсичных химикатов, остающихся в ступени, когда она попадает в нижнюю дальность. Он может вместить до 21000 кг (46000 фунтов) в низкая околоземная орбита. С верхней ступенью он может разместить полезную нагрузку 3000 кг в геостационарная орбита (GEO), или 5500 кг полезной нагрузки в геостационарная переходная орбита (GTO). Также были предприняты усилия по снижению зависимости от иностранных поставщиков комплектующих.

Верхняя ступень

На большинстве запусков «Протона-М» использовались Бриз-М разгонный блок для вывода космического корабля на более высокую орбиту. Также были произведены запуски с Блок-ДМ разгонные ступени: произведено шесть пусков с Блок ДМ-02 переноска верхней ступени ГЛОНАСС космический корабль, а еще два запуска ГЛОНАСС использовали Блок ДМ-03.[11] DM-03 будет использоваться в общей сложности для пяти пусков; планируется еще один запуск ГЛОНАСС и два запуска Экспресс спутники. По состоянию на 2013 год запусков «Протона-М» без разгонного блока не производилось. Однако эта конфигурация проявляется для запуска Наука (модуль МКС) и Европейский роботизированный манипулятор (ERA) Международная космическая станция, в настоящее время планируется запустить вместе в июле 2021 года.

Обтекатель полезной нагрузки

Обтекатель полезной нагрузки Протон-М / Бриз-М

При коммерческих запусках, проводимых ILS, используются два вида обтекателей:[12][13]

  • PLF-BR-13305 недолгая жизнь.
  • PLF-BR-15255 долгая жизнь.

Оба обтекателя имеют диаметр 4,35 метра.

Протон-М усиленный (M +)

7 июля 2007 г. Международные запуски запустил первый Протон-М усиленный ракета (также называемая M +), несущие DirecTV-10 спутник на орбиту. Это был 326-й запуск «Протона», 16-й запуск «Протона-М / Бриз-М» и 41-й запуск «Протона», проведенный ILS.[14] Он имеет более эффективные двигатели первой ступени, обновленную авионику, более легкие топливные баки и более мощные верньерные двигатели на разгонном блоке Бриз-М и масса сокращение всей ракеты, включая более тонкие стенки топливного бака на первой ступени, и использование композитных материалов на всех остальных ступенях. Второй пуск этого варианта произошел 18 августа 2008 г. и использовался для размещения Инмарсат 4 F3 на орбиту. Базовый «Протон-М» был снят с производства в ноябре 2007 года в пользу усовершенствованного варианта.

Фрэнк Маккенна, генеральный директор ILS, указал, что в 2010 году конструкция Phase III Proton станет стандартной конфигурацией ILS с возможностью подъема до 6150 кг до GTO.[15]

19 октября 2011 г. ViaSat-1 массой 6740 кг был поднят в ГТО на аппарате «Протон-М / Бриз-М» III фазы.[16]

Легкий и средний варианты

Proton Light и Proton Medium были двумя предложенными вариантами с меньшей грузоподъемностью по сниженной цене. Первоначально предложенный конец 2016 года, Proton Light был отменен в 2017 году, а Proton Medium был приостановлен на неопределенный срок в 2018 году.[17] Эти варианты были разработаны для снижения затрат на запуск средних и малых коммерческих спутников связи на геостационарную переходную орбиту (GTO).[18] Варианты планировались с архитектурой 2 + 1 ступеней на основе 3 ступеней Протон / Бриз М, но без 2 ступени и с незначительным удлинением двух других ступеней. Первая ступень Proton Light планировалась с четырьмя главными двигателями и внешними баками к шести, используемым Proton Medium и Протон-М. Ожидалось, что стоимость будет конкурентоспособной с Ariane и SpaceX. Запланированные первые полеты были на 2018 год для Proton Medium и 2019 для Proton Light. Ожидалось, что они будут использовать Космодром Байконур Зона 81/24, и потребовалась бы новая система транспортер-монтажник и другие изменения наземной инфраструктуры.

Полноразмерный «Протон-М» в настоящее время может поднять 6300 кг на стандартную геостационарную переходную орбиту (GTO); Proton Medium планировалось поднять 5000 кг в аналогичный GTO, а Proton Light был рассчитан на 3600 кг. Диапазон полезной нагрузки 3000–5000 кг включает полностью электрические и гибридные спутники, которые используют ионные двигатели для медленного выхода на геостационарную орбиту (GEO).[19]

Запустить профиль

В типичной миссии Протон-М сопровождает Бриз-М верхняя ступень. «Протон-М» выводит орбитальный блок (то есть полезную нагрузку, адаптер полезной нагрузки и Бриз-М) по слегка суборбитальной траектории. Первый и второй этапы и обтекатель полезной нагрузки врезаться в обозначенные места аварии; третья ступень падает в океан. После отделения третьей ступени орбитальный блок на короткое время проходит у берега, затем Бриз-М выполняет первый пуск для достижения орбитальная инъекция на парковочную орбиту с углом 51,5 ° склонность, на высоте от 170 км до 230 км (в Руководстве по планированию миссий также упоминаются 64,8 ° и 72,6 ° как стандартные наклоны для орбиты парковки). Впоследствии Бриз-М выполняет орбитальные маневры чтобы вывести полезную нагрузку на конечную или переходную орбиту. Если используется переходная орбита, последний маневр (-ы) выполняется полезной нагрузкой на его собственной двигательной установке.

Надежность

Протон-М в сборочном корпусе в ожидании выкатки

По состоянию на 30 июля 2020 г., Было произведено 111 запусков "Протона-М", из которых 11 неудачных или частично неудачных, что дало вероятность успеха 90%. Четыре из этих отказов были результатом проблем с самим Протоном-М, шесть были вызваны Бриз-М вышла из строя разгонная ступень и груз оставил на бесполезной орбите (хотя в двух случаях спутники могли маневрировать для исправления орбиты с помощью собственного двигателя), а один был результатом Блок ДМ-03 разгонная ступень неправильно заправляется топливом, в результате чего «Протон» становится слишком тяжелым для выхода на орбиту.

Заметные неудачи при запуске

В сентябре 2007 г. ракета Протон-М / Бриз-М с японскими JCSAT-11 спутник связи не смог выйти на орбиту и упал в Улытауский район из Казахстан. Следствие установило, что первая и вторая ступени ракеты не отделились из-за повреждения пиротехнического кабеля.[20]

5 декабря 2010 года разгонный блок и полезные нагрузки не смогли достичь орбитальной скорости из-за перегрузки разгонного блока 1500 кг жидкого кислорода, что привело к потере трех человек. ГЛОНАСС спутники, которые он нес.[21]

В июле 2013 г. самолет Протон-М / ДМ-03 с тремя ГЛОНАСС спутники вышли из строя вскоре после старта.[22] Ракета-носитель начала качаться влево и вправо по вертикальной оси в течение нескольких секунд после запуска. Попытки бортового компьютера наведения скорректировать траекторию полета не увенчались успехом, и в конечном итоге самолет оказался в безвозвратном питчовере. Верхние ступени и полезная нагрузка были отключены через 24 секунды после запуска из-за воздействия сил, после чего первая ступень развалилась и вспыхнула пламенем. Удар о землю произошел через 30 секунд после старта. В предварительном отчете о расследовании аварии в июле 2013 г. указано, что три датчика угловой скорости первой ступени, ответственные за рыскание управления, были установлены в неправильной ориентации. Поскольку ошибка затронула как резервные датчики, так и основные, у ракеты не было управления рысканием, что привело к отказу.[23] Данные телеметрии также указали на преждевременное отсоединение шлангокабеля колодки, предполагая, что «Протон» мог стартовать на несколько десятых секунды раньше, чем двигатели достигли полной тяги.

В мае 2014 года очередной запуск «Протона-М» закончился неудачей, в результате чего Экспресс телекоммуникационный спутник. В отличие от авиакатастрофы 2013 года, это произошло более чем через девять минут после начала полета, когда один из верньеров третьей ступени отключился, что привело к потере контроля над ориентацией. Была дана команда автоматического выключения и уничтожения, и остатки верхних ступеней и полезной нагрузки упали в северном Китае. Комиссия по расследованию пришла к выводу, что неисправность, скорее всего, произошла из-за того, что один из турбонасосов оторвался от своей опоры, разорвал линию подачи топлива и привел к потере тяги нониуса.

В мае 2015 года «Протон-М» с мексиканским телекоммуникационным спутником MexSat-1, потеряна из-за проблем с третьим этапом. Российские источники указали, что проблемы были такими же, как и с провалом 2014 года.[24] В результате расследования установлено, что двигатель с нониусом третьей ступени РД-0214 вышла из строя из-за чрезмерных вибрационных нагрузок, которые были вызваны увеличивающимся дисбалансом ротора в турбонасосе, и пришел к выводу, что это была та же причина предыдущей аварии в 1988 году.[25][26]

При запуске в июне 2016 года один из четырех двигателей второй ступени преждевременно остановился. Бриз-М смог компенсировать недостаточную производительность сцены и обеспечить Intelsat 31 спутник на намеченную орбиту. В ожидании расследования ракета была остановлена ​​на оставшуюся часть 2016 года и первую половину 2017 года: Протон-М в то время планировал вернуться на стартовую площадку примерно в июне 2017 года, чтобы доставить ЭхоСтар-21 спутник на орбиту.

28 января 2017 года правительство России объявило в результате расследования отказа Прогресс МС-04, отзыв всех двигателей 2-й и 3-й ступеней «Протон-М» производства Воронежский механический завод, включая разборку трех завершенных ракет «Протон» и приостановку полетов на три с половиной месяца.[27] Расследование показало, что вместо деталей двигателя, содержащих ценные минералы, использовались более дешевые альтернативы, не выдерживающие высоких температур, а производственная и сертификационная документация была фальсифицирована.[28]

Proton вернулся в полет 8 июня 2017 года, через год после предыдущего полета 6 июня 2016 года.

Неисправности верхней ступени

Среди различных отказов Протона-М некоторые из них были вызваны разгонными ступенями, которые позволяли ракете доставлять полезные нагрузки на более высокую орбиту, в частности, отказы в мае 2014 года и мае 2015 года.

По крайней мере, пять предыдущих запусков также вызвали проблемы с разгонным блоком Бриз-М; Арабсат-4А в феврале 2006 г., AMC-14 в марте 2008 г., Экспресс АМ4 в августе 2011 г., Телком-3 и Экспресс МД2 в августе 2012 г.[29] и Ямал-402 в декабре 2012 года. Все полезные нагрузки были непригодны для использования, за исключением Ямал-402, который смог скорректировать свою орбиту за счет нескольких лет эксплуатации, и AMC-14 который был продан Правительство США после того, как SES определила, что не может выполнить свою первоначальную миссию.

Влияние на правительство и промышленность

В результате неудачного запуска «Протона-М» в июле 2013 года была проведена серьезная реорганизация российской космической отрасли. В Объединенная ракетно-космическая корпорация был сформирован как акционерный корпорация правительство в августе 2013 года для консолидации российского Космос сектор. Заместитель премьер-министра Дмитрий Рогозин сказал, что "подверженный сбоям космический сектор настолько обеспокоен, что ему необходим государственный надзор для решения своих проблем".[30] Через три дня после провала российское правительство объявило, что будут приняты «чрезвычайно жесткие меры», «которые означают конец [российской] космической отрасли в том виде, в каком мы ее знаем».[31]

Воздействие на окружающую среду

Критики утверждают, что ракетное топливо Протон (несимметричный диметилгидразин (UDMH)) и обломки, созданные космической программой России, отравляют области Россия и Казахстан. Жители утверждают, что кислотный дождь падает после некоторых запусков. Анатолий Кузин, заместитель директора Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева, однако опроверг эти утверждения, заявив: «Мы провели специальное исследование этого вопроса. На уровень кислотности в атмосфере не влияют запуски ракет [и] нет данных, подтверждающих какую-либо связь между заболеваниями, в Город алтай и влияние компонентов ракетного топлива или космической деятельности любого рода ".[32]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ 180 км (110 миль) по круговой орбите 51,5 ° склонность из Байконур

Рекомендации

  1. ^ Излишки ракетных двигателей (PDF) (Отчет). Счетная палата правительства США. Август 2017. ГАО-17-609.. Получено 27 ноября 2018. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
  2. ^ "Коммерческая ракета-носитель | ILS Proton Breeze M". Международные запуски. Получено 7 апреля 2016.
  3. ^ а б c "Руководство по планированию миссий системы запуска" Протон "- Раздел 2. Характеристики РН" (PDF). Международные запуски. Июль 2009 г.. Получено 11 июн 2017.
  4. ^ Кларк, Стивен (9 июня 2016 г.). «Модернизированная ракета-носитель« Протон »добавляет спутник во флот Intelsat». Spaceflightnow.com.
  5. ^ Макдауэлл, Джонатан. "Протон". База данных орбитальных и суборбитальных запусков. Космическая страница Джонатана.
  6. ^ а б «1-я и 2-я ступени | ИЛС Протон | Ракета-носитель». Международные запуски. Получено 7 апреля 2016.
  7. ^ «3-я ступень | ИЛС Протон | Ракета-носитель». Международные запуски. Получено 7 апреля 2016.
  8. ^ "Бриз М | ИЛС Протон | Ракета-носитель". Международные запуски. Получено 7 апреля 2016.
  9. ^ "Наследие коммерческого запуска | Ракета" Протон ". Международные запуски. Получено 10 апреля 2016.
  10. ^ http://russianspaceweb.com/eutelsat5wb-mev1.html
  11. ^ Кребс, Гюнтер. "Протон". Космическая страница Гюнтера.
  12. ^ "Обтекатель полезной нагрузки | Протон ILS | Ракета-носитель". Международные запуски. Получено 7 апреля 2016.
  13. ^ "Руководство по планированию миссии системы запуска" Протон "Раздел 4 Интерфейсы космических аппаратов" (PDF). Международные запуски. Получено 7 апреля 2016.
  14. ^ «ДИРЕКТВ 10». ILS.
  15. ^ "ILS получает награду за поглощение Хруничева". Спутниковое финансирование. Декабрь 2009 г.
  16. ^ Кребс, Гюнтер. «ViaSat 1». Космическая страница Гюнтера.
  17. ^ Генри, Калеб (30 августа 2018 г.). "Proton Medium", ответ International Launch Services на Falcon 9, приостановлен на неопределенный срок"". SpaceNews. Получено 31 августа 2018.
  18. ^ «ILS представляет два варианта Proton, рассчитанных на небольшие спутники». Космические новости. 13 сентября 2016 г.
  19. ^ «ILS расширяет семейство ракет Proton в ответ на изменение рынка запусков». SpaceFlight101.com. 13 сентября 2016 г.
  20. ^ Зак, Анатолий (6 сентября 2007 г.). «Неудача при запуске Протона / JCSAT-11». RussianSpaceWeb. Получено 29 июля 2013.
  21. ^ "Россия разрешает" Протону "возобновить полеты в декабре". Космический полет сейчас. 10 декабря 2010 г.
  22. ^ «Российская ракета« Протон-М »разбилась при взлете». 2 июля 2013 г.
  23. ^ "Российский" Протон "разбился с тройкой навигационных спутников". RussianSpaceWeb. 9 июля 2013 г.. Получено 10 июля 2013.
  24. ^ "Названа предварительная причина причины" Протона "с мексиканским спутником". slon.ru. 16 мая 2015. Получено 16 мая 2015.
  25. ^ «В крушении российской ракеты« Протон-М »обвиняют двигатель третьей ступени - SpaceFlight Insider». www.spaceflightinsider.com. Июнь 2015 г.. Получено 1 июня 2017.
  26. ^ «Протонная миссия со спутником MexSat-1». www.russianspaceweb.com. Получено 1 июня 2017.
  27. ^ «Россия проверяет двигатели космических полетов на неисправные детали».
  28. ^ «Российские космические ракеты« Протон »были остановлены на 3,5 месяца из-за неисправных двигателей».
  29. ^ «Российская ракета не достигает целевой орбиты». Индуистский. 7 августа 2012 г.
  30. ^ Мессье, Дуг (30 августа 2013 г.). «Рогозин: Россия объединит космический сектор в открытое акционерное общество». Параболическая дуга. Получено 31 августа 2013.
  31. ^ Нилолаев, Иван (3 июля 2013 г.). «Неудача ракеты приведет к реформе космической отрасли». Россия в заголовках новостей. Получено 1 сентября 2013.
  32. ^ Васильева, Мария (7 августа 2012 г.). «Русские говорят, что обломки космических ракет опасны для здоровья». Новости BBC. BBC. Получено 7 августа 2012.