5:06 / 18.06.17
«Протон-М» (УР-500) - ракета-носитель тяжелого класса

«Протон» (УР-500 — Универсальная ракета, «Протон-К», «Протон-М») — одноразовая ракета-носитель (РН) тяжёлого класса, предназначенная для выведения автоматических космических аппаратов на орбиту Земли и далее в космическое пространство. Cпособна выводить на геостационарную орбиту (ГСО) грузы до 3,3 т.

Старт РН "Протон" / Фото: Khrunichev.ru

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. [1]

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 [2] и Л-1/«Зонд» (советской лунно-облётной программы) [3], 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.

 

16 июля 1965 года состоялся первый пуск ракеты УР-500 в двухступенчатом варианте с научной космической станцией "Протон-1" весом в 12 тонн, наименование которой впоследствии закрепилось и за ракетой-носителем. [4]

Задание на проектирование носителя тяжелых космических объектов — мощной универсальной ракеты УР-500 (внутренний шифр УР-500 — универсальная ракета со стартовым весом порядка 500 тонн) было получено от правительства СССР в 1962 году. [5] К этому времени работы по созданию ракеты-носителя тяжелого класса уже велись со второй половины 1961 года в филиале №1 ОКБ-52 (ныне КБ "Салют" Государственного космического научно-производственного центра (ГКНПЦ) им. Хруничева) под руководством Владимира Челомея.

Владимир Николаевич Челомей / Фото: lemur59.ru

Биографическая справка

 

В соответствии с постановлением правительства, ракета проектировалась не только как носитель космических аппаратов различного назначения, но и как мощная боевая баллистическая ракета, но уже в ходе создания ракеты-носителя первоначальное задание было изменено — вариант использования ракеты как боевой был снят с разработки. На завершающем этапе работ ракета создавалась исключительно как носитель космических аппаратов.

Характеристики ракеты-носителя "Протон-М" / Изображение: РИА Новости, Инфографика

В основу компоновки ракеты-носителя был положен принцип обеспечения транспортировки частей ракеты с завода-изготовителя на космодром железнодорожным транспортом с выполнением минимального объема сборочных работ на техническом комплексе. Возможность провоза максимального габарита определила выбор диаметра центральных блоков ракеты (4,1 метра).

Первоначально создание тяжелой универсальной ракеты УР-500 предполагалось вести на базе универсальной УР-200, а именно соединить параллельно четыре ракеты УР-200, дополнив полученный "пакет" третьей ступенью (модифицированная вторая ступень ракеты УР-200) [7].

Однако проведенный анализ, в том числе с учетом экспериментов на динамически подобном макете, показал неоптимальность такой схемы.

Ракета УР-200 была двухступенчатой МБР с последовательным расположением ступеней разного диаметра / Изображения: nevskii-bastion.ru

В конечном счете, была принята к проработке двухступенчатая схема с тандемным расположением ступеней. Первая ступень — новой разработки. Вторая ступень УР-500 представляла собой модифицированный вариант первой ступени ракеты УР-200.

Старт РН "Протон" / Фото: Khrunichev.ru

Для первой ступени в конструкторском бюро академика Валентина Глушко [8] был создан самый мощный в то время двигатель с "земной" тягой — 150 тонн, с дожиганием генераторного газа в камере сгорания. Высококипящими компонентами топлива для двигателя являются азотный тетраксид и нессиметричный диметилгидразин.

Академик Валентин Глушко / Фото: rusplt.ru

Биографическая справка

В январе 1962 года была выбрана конструктивно-компоновочная схема первой ступени. Она состоит из центрального блока большого диаметра и шести боковых блоков малого диаметра, расположенных симметрично вокруг центрального.

Типовые жидкостные ракетные двигатели: а - двигатель РД-253 (I ступень РН "Протон-М"); б - двигатель РД-0210 (II ступень РН "Протон-М") / Фото: www.sovkos.ru

В состав каждого из боковых блоков входит бак горючего и автономный маршевый жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) РД-253 [9] конструкции В. Глушко. Центральный блок представляет собой только бак окислителя.

На второй ступени, как и на прототипе (УР-200), решили установить четыре двигателя ОКБ-154 (ныне ОАО "Конструкторское бюро химавтоматики") Семена Косберга [10] , увеличив степень расширения сопел. Управление ракетой на участке полета второй ступени осуществлялось качанием двигателей с помощью четырех рулевых машинок.

Семен Косберг / Фото: jewmil.ru

Биографическая справка

В начальный период производства ракеты возникли большие трудности, вызванные применением в конструкции нового, мало исследованного высокопрочного материала АЦМ. Готовые емкости из этого непластичного металла не выдерживали статических испытаний. Отмечались даже случаи их самопроизвольного разрушения во время длительного хранения. В связи с этим сплав был заменен на высокопластичный материал АМГ-6, хотя это и вызвало утяжеление изделий.

Для обслуживания УР-500 на Байконуре к 1965 году сдали технический комплекс с двумя рабочими местами и стартовый комплекс с двумя пусковыми установками.

Ракета-носитель «Протон-М» на стартовом комплексе / Фото: oruzhie.info

Весной 1965 года завод имени М.В. Хруничева (ныне ГКНПЦ им. М. В. Хруничева) изготовил блоки ракеты УР-500. В первый испытательный полет вместо традиционного балласта решили вывести на околоземную орбиту спутник-лабораторию "Протон", предназначенный для изучения космических частиц высоких энергий. Он был изготовлен в ОКБ-52 (ныне ОАО "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"). После проверки всех систем носитель и спутник были отправлены по железной дороге на космодром.

Транспортировка РН «Протон-М» на стартовый комплекс / Фото: oruzhie.info

Перед первым стартом не обошлось без неожиданностей: спешка при подготовке носителя на стартовой позиции чуть не привела к аварии. Из-за негерметичности одного из разъемов при заливке окислителя из заправочного трубопровода часть азотного тетраксида попала на электрожгуты. Проверка показала, что замыкания на корпус нет, Владимир Челомей принял решение произвести пуск.

Старт состоялся 16 июля 1965 года, выведение спутника "Протон" на низкую околоземную орбиту прошло успешно.

Спутник «Протон-1» / Фото: ria.ru

Кроме индекса 8К82 и "фирменного" обозначения УР-500, в первом запуске ракета имела и собственное имя — "Геркулес" (по другим источникам — "Атлант"), нанесенное большими буквами на поверхность второй ступени. Оно не прижилось, и в открытой печати вскоре было изменено на "Протон".

Проектирование и производство ракеты подобного класса в нашей стране велось впервые и ряд решений по УР-500, например, компоновочная схема первой ступени, не имели и не имеют аналогов ни в отечественной, ни в зарубежной практике.

Летные испытания двухступенчатого варианта ракеты, начатые летом 1965 года, закончились через год — 6 июля 1966 года. Во время четырех пусков на орбиту было выведено три тяжелых спутника серии "Протон" для изучения энергетического спектра и химического состава частиц первичных космических лучей, интенсивности и энергетического спектра гамма-лучей и электронов галактического происхождения.

Третий по счету пуск, 24 марта 1966 года, был прерван из-за аварии на участке работы второй ступени — обломки носителя упали в районе Акмолинска.

После первых четырех пусков "Протона", проведенных для ускорения испытаний в двухступенчатом варианте, было принято решение о создании на его основе космического носителя тяжелого класса с увеличением стартовой массы до 700 тонн. Он используется в двух вариантах; трехступенчатом и четырехступенчатом, где роль четвертой ступени играет разгонный блок.

С 1967 года начались пуски ракеты в трех- и четырехступенчатом вариантах. Первая трехступенчатая ракета УР-500К с разгонным блоком Д стартовала 10 марта 1967 года с космическим аппаратом "Космос-146". Эта дата считается днем рождения ракеты-носителя "Протон-К".

Разгонный блог Д / Изображение: aboutspacejornal.net

Трехступенчатый "Протон-К" использовался для выведения полезной нагрузки на низкие орбиты, четырехступенчатый — для выведения космических аппаратов на высокоэнергетические орбиты (в том числе на геопереходные орбиты, геостационарные орбиты и отлетные траектории).

С помощью ракеты-носителя "Протон" в космос выведены спутники "Космос", "Экран", "Радуга", "Горизонт", спутники для исследования Луны, Марса, Венеры, кометы Галлея; пилотируемые орбитальные станции "Салют" и "Мир", а также входящие в их состав тяжелые специализированные модули "Квант", "Квант-2", "Кристалл", "Спектр", "Природа", российские модули Международной космической станции "Заря" и "Звезда".

В настоящее время для выведения полезных нагрузок в рамках Федеральной космической программы и коммерческих программ активно используется модернизированная ракета-носитель "Протон-М". [11]

ГКНПЦ им. Хруничева 13 сентября 2016 анонсировал создание «Средней» и «Легкой» версий «Протон-М», согласно пресс-релизу, конструкторское бюро изготовит новые модификации ракеты-носителя «Протон». В разработке принимало участие совместное российско-американское предприятие International Launch Services (ILS).

Центр Хруничева объявляет о расширении продуктовой линейки РН «Протон» с разгонным блоком «Бриз-М» за счет создания двух дополнительных модификаций – легкого и среднего класса. Новые «Протоны» будут представлены в двух модификациях — средней и легкой.

Первый пуск среднего по тяжести «Протона», согласно информации пресс-релиза, намечен уже на 2018 год, легкого — на 2019.

Состав РН-Протон-М» / Изображение: topwar.ru

За основу новых ракет-носителей взят их предшественник — «Протон-М», а также уже ранее использовавшийся разгонный модуль «Бриз-М».

Сборка РН «Протон-М» на космодроме «Байконур» / Фото: topwar.ru

Чертеж разгонного модуля «Бриз-М» / Изображние: topwar.ru

Средний «Протон» будет повторять конфигурацию «Протон-М» с возможностью установки такого же, как и для старшей модели, головного обтекателя диаметром четыре метра.

Два варианта обтекателей для «Протон-М», разработанных совместно с ILS / Изображние: topwar.ru

Справочная информация

В 1993 году ГКНПЦ, РКК “Энергия” и американская корпорация «Локхид» создали совместное предприятие “Локхид-Хруничев-Энергия” (ЛХЭ). Основной целью СП являлся маркетинг пусковых услуг РН “Протон”. В рамках данного предприятия ГКНПЦ обеспечивал изготовление ракеты-носителя, адаптацию полезной нагрузки к ней, разработку и изготовление обтекателя и предоставление пусковых услуг. Совместное предприятие «ЛХЭ» 7 июня 1995 г. было реорганизовано в СП International Launch Services Inc.

International Launch Services (ILS) имеет эксклюзивное право на маркетинг и коммерческую эксплуатацию российской ракеты–носителя тяжелого класса «Протон» и перспективного космического ракетного комплекса "Ангара". Компания ILS зарегистрирована 1995 году в США, штаб-квартира расположена в г. Рестон, штат Вирджиния. Контрольный пакет акций в ILS принадлежит российскому Государственному космическому научно–производственному центру имени М.В. Хруничева (г. Москва), разработчику и изготовителю РН "Протон" и "Ангара".

ГКНПЦ им. Хруничева не стало изобретать велосипед и использовало в создании новых «Протонов» уже проверенные конфигурации и модели оборудования. Первая ступень среднего и легкого «Протона» будет повторять таковую в «Протон-М», головной обтекатель с разгонным блоком «Бриз-М» — также наследие «старшей» ракеты-носителя. Ключевые отличия между «Протон-М» и анонсированными новинками — отказ от второй ступени для снижения себестоимости запуска.

Сравнение «Протон-М» и новых моделей РН / Изображение: сайт ГКНПЦ им. Хруничева

Новые ракеты — это оптимизированные двухступенчатые версии «Протон-М», на которых будет выводиться исключительно коммерческая нагрузка.

Сборка РН «Протон-М» на космодроме «Байконур» / Фото: topwar.ru

Предполагается, что появление таких носителей позволит обеспечить экономически эффективное выведение на геостационарную орбиту (ГСО) космических аппаратов различных типов. А это усилит коммерческий потенциал «Протона» на рынке запусков геостационарных спутников.

Пресс-релиз приводит следующие данные касательно грузоподъемности ракет-носителей линейки «Протон», оснащенных головным обтекателем диаметром четыре метра:

• РН тяжелого класса «Протон-М», энергетические характеристики: 6300 кг при ΔV=1500 м/с
• РН среднего класса «Протон Средний», минимальные энергетические характеристики: 5000 кг при ΔV=1500 м/с
• РН легкого класса «Протон Легкий», минимальные энергетические характеристики: 3600 кг при ΔV=1500 м/с

В 2018 году Центр Хруничева планирует обеспечить первый запуск двухступенчатой ракеты «Протон» среднего класса. Она будет иметь стандартную конфигурацию носителя «Протон-М». Планируется использование головного обтекателя диаметром 4 метра. Грузоподъёмность составит 5,0 тонны при выведении полезной нагрузки на типовую геопереходную орбиту.

РН «Протон-М» перед пуском / Фото: topwar.ru

В 2019 году планируется пуск «лёгкой» версии «Протона». Эта модификация будет иметь четыре двигателя на первой ступени и головной обтекатель диаметром 4 метра. Грузоподъёмность — 3,6 тонны.

Энергетические характеристики РН «Протон» / Изображение: topwar.ru

«Протоны» летают с 1965 года и претерпели множество модификаций и доработок. Анонс новых облегченных моделей — это прямая заявка отечественной космической отрасли на борьбу за коммерческие запуски, которые не только дадут КБ финансы для дальнейших разработок и постоянные «живые» пуски ракет, но и обеспечат выживание ракетно-космической отрасли страны как таковой.

Активизацию в данном направлении можно понять: успешные коммерческие пуски ракет компании SpaceX, анонс собственных РН от Blue Origin и развитие космических программ других стран. В определенный момент российская космическая отрасль занимала доминирующее положение за счет отказа от программы космических шаттлов со стороны США и мощной базы, полученной еще от СССР.

Сравнение грузоподъемности РН «Протон» и Ariane 5 / Изображение: topwar.ru

В современных реалиях создание более легких и доступных для частных компаний ракет — необходимость, так как сверхтяжелые РН уже не пользуются тем спросом, что раньше.

Еще в 2015 году ГКНПЦ им. Хруничева снизило стоимость запуска ракеты «Протон-М» со средних 95 млн долларов США до, примерно, 70 млн ljkkfhjd. Пуски облегченных версий «Протона» будут еще дешевле.

Для сравнения: сейчас вывод на ГПО спутника массой до 5,5 т при помощи Falcon 9 обойдется заказчику в 62 млн долларов (только при условии, что SpaceX постараются вернуть первую ступень и сократить издержки). Вполне возможно, что именно весьма существенная разница в 8 млн долларов и стала причиной отказа израильтянами от вывода спутника Amos-6 при помощи «Протон-М» в пользу Falcon 9, который, к сожалению, взорвался первого сентября во время предстартовой проверки.

Кроме возможного снижения стоимости пуска ниже 62 млн. долларов, которые просит компания Маска, «Протоны-М» летают уже порядка пятнадцати лет и из 98 известных пусков лишь 10 из них закончились неудачно. При этом основная масса неудач связана не со взрывом ракеты на старте, а с выводом полезной нагрузки (спутников) на неверную орбиту из-за сбоев аппаратуры.

РБ 14С43 «Бриз–М» отличает высокая степень преемственности конструкции прежних разработок, успешно зарекомендовавших себя в полетах. Так, центральный топливный бак, объединяющий ДУ и агрегаты пневмо–гидросистемы, пришел с РБ «Бриз–К», летавшего в составе РН «Рокот». По конструкции, системам разделения и сброса головной обтекатель (ГО) аналогичен обтекателям модулей станции «Мир», модуля «Заря» и универсальных головных обтекателей УГО, созданных для коммерческих запусков «Протона–К». В целом преемственность агрегатов и систем РБ превышает 90%.

Cостав РБ 14С43 «Бриз–М» / Изображение: topwar.ru

Оригинальные конструкции (ДТБ, сухие отсеки, новые агрегаты и системы) были тщательно проработаны и прошли всесторонние испытания. Новую систему управления разработало и изготовило МО КБ «Марс», новую систему телеметрических измерений «Пирит» — НПО ИТ, модифицированный маршевый двигатель 14Д30 — КБХМ.

Стыковка РН «Протон-М» и РБ «Бриз-М» на космодроме «Байконур» / Фото: topwar.ru

РБ «Бриз–М», имеющий длину 2654 мм и наибольший диаметр 4100 мм, включает:

• центральный блок (диаметр без верхнего экрана — 2490 мм, длина — 2654 мм)
• ДТБ тороидальной формы (внешний диаметр — 4000 мм, внутренний — 2490 мм, длина — 2071 мм)
• нижнюю проставку диаметром 4100 мм и высотой 583 мм

Сухая масса РБ составляет 2600 кг, максимальная масса заправляемого топлива (АТ + НДМГ) 19800 кг (5200 кг в центральном блоке и 14600 кг в ДТБ). Максимальная масса ПН, выводимой РБ в составе РН 8К82КМ «Протон–М» на геопереходную орбиту (ГПО, 5500х35786 км, 25°), — 5500 кг, на геостационарную орбиту (ГСО) — 3000 кг. ()Удлиненный ГО в составе космической головной части с РБ «Бриз–М» предоставляет для размещения ПН объем 97 м3. В ходе активного полета (24 часа) можно выполнить до 10 включений маршевого двигателя.

Линейка РН «Протон» / Изображение: topwar.ru

В новую линейку «Протонов», таким образом, войдут:

• РН тяжелого класса «Протон–М+» или «Протон Тяжёлый», выводящая 6,3-7 тонн ПН на ГПО (с ΔV=1500 м/с)
• РН среднего класса «Протон Средний» (это нынешний «Протон М» без второй ступени), с 5 тоннами на ГПО при той же ΔV=1500 м/с
• РН легкого класса «Протон Легкий» (это нынешний «Протон М» без второй ступени и с четырьмя двигателями вместо шести на первой ступени), выводящий 3,6 тонны на ГПО в тех же условия

Вполне возможно, что будет реанимирован этот проект от 2012 года - тяжелая РН "Протон-М 1А(+)"

Рисунок тяжелой РН "Протон-М 1А(+)"/ Изображение: topwar.ru

Было рассчитано, что использование двух ускорителей РДТТ "Тополь-1" в первой ступени ракеты-носителя Протон-М позволит увеличить ПН на 570 кг для вывода на геостационарную орбиту. Два ускорителя "Тополь-1" на первой ступени и два ускорителя "Тополь-2" на второй увеличивает ПН РН "Протон-М" на 900 кг.

Другой вариант - три бустера" Тополь-1" на первой ступени и три "Тополь-2" - смогут доставить полезную нагрузку больше на 1240 кг, чем стандартный "Протон-М". Использование бустеров на первой ступени ракеты не требует слишком сложных модификаций носителя. Использование ускорителей "Тополь-2" на второй ступени ракеты уже требует некоторых технических изменений в его конструкции.

Справочная информация:

Основные РН мира и их аварийность (данные на 2014 год) / (+)"/ Изображение: topwar.ru() На 2016 г из 98 известных пусков РН "Протон" лишь 10 окончились неудачей. Точнее пять неудачных пусков, в остальных случаях подвёл Бриз-М (и то один частично неудачный, хотя и аварийный).() Выведено на орбиту более 8000 тонн груза.

Стоимость производства ракетоносителя в 2014 оценивалась примерно в 1,5 млрд. руб., а сопутствующих ее запуску услуг - еще примерно в 1 млрд рублей.

Интересные кадры.

Доспехи для спутника: в космическом центре имени Хруничева проверяется механизм, раскрывающий в космосе головной обтекатель ракеты-носителя «Протон». Редкая возможность увидеть процесс на земле.

При написании материала использовались открытые интернет источники:

1. Материалы сайта Википедии — свободной энциклопедии, публикация «Протон (рекета-носитель)».

2. Материалы сайта Википедии — свободной энциклопедии, публикация «Транспортный корабль снабжения».

3. Материалы сайта Википедии — свободной энциклопедии, публикация «Союз 7К-Л1».

4. Материалы сайта пресс-службы Госкорпорации «Роскосмос», статья «16 июля исполняется 45 лет cо дня первого пуска ракеты-носителя «Протон»».

5. Материалы издания «Холодная война. Гонка вооружений», публикация «Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О важнейших разработках межконтинентальных баллистических и глобальных ракет и носителей космических объектов».

6. Материалы сайта Википедии — свободной энциклопедии, публикация «Челомей, Владимир Николаевич».

7. Материалы сайта история оружия и военной техники «Невский бастион», статья «РАКЕТНЫЙ КОМПЛЕКС С УНИВЕРСАЛЬНОЙ РАКЕТОЙ УР-200 (8К81) MISSILE SYSTEM WITH A UNIVERSAL UR-200 (8K81)».

8. Материалы сайта Википедии — свободной энциклопедии, публикация «Глушко, Валентин Петрович».
 
9. Материалы сайта www.lpre.de, публикация «ЖРД РД-253 (11Д43) и РД-275 (14Д14)».

10. Материалы сайта «Личности», публикация «Семён Косберг (Semen Kosberg)».

11. Материалы сайта издания РИА Новости, статья «Назначение и характеристики ракеты-носителя "Протон-М"».

12. Материалы издания «Военное обозрение», статья «"Протон" против "Сокола": битва за право быть космическим извозчиком».


Источник: ИА "ОРУЖИЕ РОССИИ", Станислав Закарян
1

Теги: Покорение космоса, «Протон-М», УР-500, ракета-носитель тяжелого класса, разработка, ОКБ-23, ГКНПЦ им. М. В. Хруничева