УР-500 Протон – советская/российская ракета-носитель тяжелого класса, разработанная в ОКБ-52 Челомея (ныне ГКНПЦ им. Хруничева) в 1960-хх годах.
История ракет Протон
В начале 1960-хх годов космическая гонка между СССР и США достигла апогея. Исследования космического пространства и появление огромного количества новых технологий и методик делало еще недавно разработанные ракеты морально устаревшими. Уже к началу 1960-хх руководство СССР приняло решение о создании нового поколения ракет, способных выводит в космос как большую полезную нагрузку, так и тяжелые сверхмощные ядерные заряды.
В конкурсе участвовали основные конструкторские школы: ОКБ Королева предложило ракету Н-1, ОКБ Янгеля тяжелую ракету Р-56, а ОКБ №52 под руководством Челомея предложило семейство ракет под наименованием УР – Универсальная Ракета. Челомей планировал создать сразу 4 унифицированные ракеты: легкую МБР УР-100, среднюю МБР УР-200, тяжелый носитель УР-500 и сверхтяжелый носитель УР-700.
По итогу конкурса было решено отказаться от варианта легкой ракеты. ОКБ №52 получило заказ на среднюю МБР и тяжелый носитель. Заказ на сверхтяжелый носитель получил Королев со-своей Н-1.
Изначально, УР-500 предполагал «пакетную» схему, составленную из четырех параллельно соединенных ракет УР-200, с третьей ступенью, так же созданной на базе УР-200. Со-временем от такой схемы отказались в пользу тандемной, хотя верхние ступени все же были созданы из УР-200.
Ракета создавалась как гражданская – для доставки в космос тяжелых грузов, так и военная – в качестве стратегического носителя сверхтяжелых бомб мощностью до 150 мегатонн. Для этого ракета должна была быть весьма мощной, т.к., например, созданная в 1961 году водородная бомба АН602 (знаменитая Кузькина мать или Царь-бомба) мощностью 58 мегатонн весила 26,5 тонн и не помещалась в фюзеляже бомбардировщика .
Для УР-500 были адаптированы двигатели РД-253, разработанные в КБ Глушко. В свое время этот двигатель был отвергнут Королевым в проекте Н-1 из-за применяемого в нем токсичного топлива. Было решено применить эту технологию с УР-500, хотя токсичность топлива до сих пор является главной претензией к ракетам Протон.
Над проектом надвисла серьезная опасность закрытия после отставки поддерживавшего его Хрущева. Проект УР-200 был закрыт, как дублировавший уже действующие проект МБР Р-9. Однако, после длительного противостояния политиков и инженеров УР-500 было решено сохранить в гражданской версии.
Первый пуск двухступенчатой версии УР-500 совершил в 1965 году с грузом массой в 8,4 тонны. Всего, за 1965-1966 годы было осуществлено 4 запуска, доставивших в космос спутники Протон. Изначально ракету планировали назвать Геркулес, но из-за того, что первые 2 года УР-500 доставляла в космос спутники Протон, то и ее саму стали так называть.
Тогда же началась разработка тяжелой версии Протон-К – уже трехступенчатой для возможности полетов к Луне. Эта ракета взлетела в 1967 году с прототипом будущего корабля для облета Луны.
Тем не менее, Лунная программа СССР не увенчалась успехом: из 11 запусков Протона-К и лунным кораблем полностью успешным признали только 1, а всего из 21 запуска Протона-К успешными признали лишь 6. Вкупе с неудачными запусками ракет Н-1 и тем фактом, что в 1969 году Аполлон-11 достиг Луны, в СССР программа была свернута.
Из-за высокой аварийности и большого количества доработок Протон-К была принят на вооружение только к 1978 году после 61 осуществленного пуска.
Протон-К использовалась для запуска различных научных, военных и гражданских космических аппаратов. Ракета использовалась для выведения полезной нагрузки на низкие орбиты, четырёхступенчатый - для выведения космических аппаратов на высокие. 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.
В первом десятилетии XXI века ракета Протон-К сменилась модернизированной версией Протон-М, которая успешно эксплуатируется в России.
Конструкция ракет Протон
УР-200
Базовая УР-500 была двухступенчатой ракетой, у которой первая ступень – более мощная, была разработана специально, а вторая ступень унаследована от УР-200. Ракета могла вывести до 8,4 тонн груза на низкую орбиту.
Первая ступень семиблочная: один центральный, окруженный шестью боковыми блоками. Центральный блок включает хвостовой отсек, переходный отсек и бак окислителя, двигателей нет. Боковые блоки содержат хвостовые отсеки с двигателями РД-253, топливных баков и передних отсеков.
Вторая ступень состоит из переходного, топливного и хвостового отсеков. Оснащается тремя двигателями РД-0210 и одним РД-0211 (может обеспечивать наддув топливных баков).
Протон-К
Появление модификации Протон-К потребовало внести ряд изменений во вторую ступень базовой ракеты для обеспечения возможности добавления третьей и четвертой ступени. Это позволило увеличить массу полезной нагрузки и работать на более высоких орбитах.
Мощность двигателей первой ступени была увеличена на 7,7% (обновленные двигатели получили индекс РД-275).
Во второй ступени были увеличены топливные баки и изменилась конструкция переходного отсека между первой и второй ступенями.
Третья ступень – новая для УР-500 – состоит из приборного, топливного и хвостового отсеков. Ее разработали на базе второй ступени, но укоротили и установили 1 двигатель РД-0212 + небольшой рулевой двигатель РД-0214.
Протон-М
К 2012 году основной ракетой России стала обновленная модификация Протон-М. Она создана на базе модификации «К», но в нее был внесен ряд изменений, в первую очередь, в систему управления. Благодаря этому ракета эффективнее сжигает топливо, отработанные ступени возвращаются на Землю более точно, получает возможность маневрировать в космосе, а так же позволяет устанавливать более габаритные грузы. Так же двигатели РД-275 были заменены на РД-276, что увеличило на 650 кг массу забрасываемого на ГПО груза.
Все ступени используют топливо, составленное из несимметричного диметилгидразина (НДМГ или гептил) и тетраоксида азота. Это топливо позволило упростить двигатели, но считается крайне токсичным.
Разгонные блоки
Для окончательного выведения груза на орбиту и маневрирования в космосе используются разгонные блоки ДМ и Бриз-М.
Блок ДМ (изначально Блок Д) создавался в ОКБ-1 Королева. После модернизации до версии ДМ блок мог работать в космосе до 9 часов с тремя возможными запусками. Сейчас на его базе создаются новые модификации.
Блок Бриз-М предназначен для ракет Протон-М и и является универсальной и наиболее активно применяющейся системой. Блок позволяет увеличить массу нагрузки до 3,5 тонн на ГСО. Впервые был запущен в 2001 году.
Видео запуска ракеты-носителя Протон-М
Эксплуатация ракет Протон
Разработка ракеты-носителя 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.), Ракета 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.
Ракета Протон изготавливается на ГКНПЦ им. Хруничева. Собранные элементы ракет доставляются на космодромы по железной дороге. Окончательная сборка ракеты и подготовка к пуску осуществляется на космодроме на площадке 92А-50.
Пуски осуществляются с космодрома Байконур. Из четырех пусковых прощадок, построенных для ракеты в советский период эксплуатируются три: площадки 81Л, 81П и 200Л.
Специально для продвижения коммерческих пусков была учреждена международная компания International Launch Services (ILS). На 2011 год под эгидой ILS было проведено 72 пуска.
Начиная с 1965 года РН Протон в трех своих модификациях запускалась 409 раз (2015 год) из которых 27 пусков были неудачными и 20 частично неудачными.
Планируется, что к 2020 годам ракета уступит место новой, более совершенной и экологичной ракете Ангара.
Конструкция модификаций ракет Протон
Космонавтика всегда была «козырем» нашей страны, поводом для гордости ее граждан. Еще со времен и первого человека в космосе мы привыкли к динамичному развитию этой отрасли, являющейся одним из наиболее значимых геополитических аргументов.
К сожалению, разруха в 90-е годы значительно отбросила отрасль назад, но в последнее время все начинает выправляться. Доказательством тому могут служить возобновившиеся полеты тяжелой ракеты «Протон-М», которая способна выводить на орбиту рекордные объемы грузов.
История создания
К 1960 году, который едва ли не официально считался временем небывалого взлета советской космонавтики, стала окончательно ясна необходимость государства в очень мощной ракете-носителе, которая бы могла выводить на орбиту еще больше грузов. Конечно же, «первую скрипку» в лоббировании таких планов играла даже не официальная космонавтика, а военные, которым был нужен мощный «грузовик» для транспортировки в космос тяжелых военных грузов.
Обе стороны Холодной Войны в те годы проявляли небывалый интерес к планам вывода на сверхмощных К счастью, до практического выполнения столь самоубийственных шагов военные СССР и США все же не дошли, но ракета «Протон-М» к тому времени была уже готова.
Вернемся же к непосредственной истории создания. Заниматься разработкой было поручено ОКБ-52, во главе которого стоял Челомей В. Н. Чтобы это бюро могло справиться с тем невообразимым объемом работ, который предстояло выполнить в сравнительно сжатые сроки, потребовалось включить в него не один десяток авиационных КБ со всей страны.
Уже в 1962 году был создан первый прототип. Ракета называлась «УР-200». С 1962 по 1964 год было проведено сразу девять пробных запусков новой техники.
Новый прототип
Все они прошли успешно, но в 1961 году, еще до начала пробных полетов, сам Челомей настоял на разработке нового прототипа. Согласно расчетам, он должен был стать в пять (!) раз тяжелее исходного варианта!
Первоначально создатели хотели пойти по пути «наименьшего сопротивления», соединив две ракеты «УР-200» и добавив к получившейся конструкции еще одну разгонную ступень. Однако уже предварительные расчеты наглядно показали, что надежность такой конструкции явно будет оставлять желать много лучшего.
В результате было решено создать новую ракету «УР-500», но для некоторого упрощения расчетов ученые остановились на компромиссном варианте: взяв последовательное расположение ступеней, в качестве верхней части они использовали таковую для «УР-200». Конечно же, первоначальный проект был значительно переработан.
Двигатели
С двигателями разработчикам пришлось повозиться. Дело в том, что в результате долгих споров они выбрали полиблочный вариант компоновки первой ступени. Такая схема давала возможность вписываться в технологические пролеты мостов и туннелей при перевозке ступеней ракеты, но накладывала некоторые ограничения на используемое топливо.
Классическая кислород-керосиновая пара была практически невозможна, так как потребовалось бы значительно увеличивать размеры, а потому в качестве топлива выбрали ядовитый несимметричный диметилгидразин с тетраксидом азота в качестве окислителя.
На этой почве произошел конфликт с Королевым, который требовал именно керосин. До 1965 года проводились масштабные испытания новой силовой установки в условиях, максимально приближенных к реальности.
Дальнейшая история
Как часто бывало в отечественной космонавтике тех лет, политика властвовала над всем. К 1965 году, когда проект уже был фактически полностью готов, предприятие мучали проверками по приказу Л.И. Брежнева. Он с нескрываемым недоверием относился к наследию своего предшественника.
А потому разработка «УР-200» была окончательно остановлена. К счастью, 500-ю модель удалось отстоять. В середине 1965 года на орбиту был успешно выведен спутник «Протон». Сигнал от него удалось получить только спустя несколько часов после вывода на орбиту, так что долгое время запуск считался неудачным.
В первых публикациях прессы ракету ошибочно назвали именем спутника. А оно вскоре прижилось, а потому именно с 1965 года в нашей космонавтике и появился «Протон-М». Точнее, вместо индекса «М» у ракеты была приставка «К».
Модернизированной она стала именоваться только с 2001 года, когда на орбиту при помощи нее впервые закинули груз.
Основные характеристики
Характеристики этого чуда советско-российского ракетостроения и в самом деле впечатляют. Компоновка ракеты - трехступенчатая. Сама масса «Протона А Е М» - 702 тонны! Ракета позволяет выводить на геопереходную орбиту сразу шесть тонн полезного груза.
Первая ступень имеет диаметр более шести метров, третья - более четырех. Учитывая, что в качестве топлива используются весьма токсичные компоненты, требуется строжайшее соблюдение всех предполетных норм подготовки как самой ракеты, так и стартовой площадки для нее.
При этом стоимость запуска - менее 100 миллионов долларов. К слову, для американской ракеты Delta IV Heavy, которая является одним из основных конкурентов нашего аппарата «Протон-М», этот показатель равен… 265 миллионам долларов. В три раза выше!
Печальная статистика
Увы, но в названии статьи не просто так есть слово «крушение». Далеко не только габаритами и количеством выводимого груза прославился этот носитель. Дело в том, что ракета «Протон-М» известна количеством своих неудачных запусков. Традиция эта пошла еще с предшественника.
Судите сами. Из четырех первых запусков, прошедших в период с 1965 по 1966 год, один уже был неудачным по причине аварии второй разгонной ступени. Впрочем, было бы странно ожидать обратного, так как испытания принципиально новой техники такого рода всегда сопряжены с высокой вероятностью неудач.
Вообще, всего зафиксировано примерно 47 случаев, когда запуск «Протон-М» заканчивался неудачей. Учитывая, что всего было около 400 стартов, получаем около 89% успешных пусков.
Самые известные катастрофы
Аварии данной ракеты-носителя вряд ли бы вызвали такой широкий общественный резонанс (тем более что нештатные ситуации случались с «Протоном» постоянно), да вот только с его запусками связывают развитие отечественной системы - ГЛОНАСС.
Так что те 100 миллионов долларов, в которые обходится сам старт, попросту ничтожны в сравнении с тем ущербом, который государство несет в случае потери хотя бы одного такого спутника. Это особенно ярко проявилось в 2010 году, когда сразу три спутника группировки ГЛОНАСС отправились не на орбиту, а на дно Тихого Океана.
Ущерб тогда составил порядка 3 миллиардов рублей, не считая цены самой ракеты. В результате данной аварии (произошедшей из-за ошибок при заправке ступеней топливом) своих постов лишились десятки высокопоставленных «космических» чиновников.
В 2011 году, опять-таки, из-за неполадок с двигателями ракеты, не удалось вывести на правильную разгонную орбиту уникальный спутник «Экспресс АМ4». Именно с ним связывали полный переход к цифровому телевизионному вещанию в нашей стране. Спасти аппарат пытались всем миром: были задействованы станции телеметрии по всей планете, но предотвратить сгорание спутника в атмосфере не удалось.
Стоимость ущерба оценивается минимум в 10 миллиардов рублей.
В 2012 году произошла фактически аналогичная история с двумя спутниками связи. Опять-таки из-за неполадок в топливной системе ракеты аппараты были выведены на неправильную орбиту. Наладить с ними связь не удалось, техника была признана потерянной. Стоимость ущерба - примерно те же 10 миллиардов.
В середине 2013 года эпопея с ГЛОНАСС продолжилась. Опять-таки три многострадальных спутника (!) взорвались вместе с ракетой. Расследование было доскональным. На сей раз виноватыми оказались датчики которые при сборке установили с поворотом на 180 градусов от нормального положения. Из-за этого ракета-носитель пошла по совершенно неправильной орбите.
Наконец, в мае этого года на дно снова отправился спутник «Экспресс», вновь похоронили планы на скорый переход к цифровому вещанию.
Выводы и перспективы
В результате всех вышеописанных случаев лишились службы многие начальники. Правительство выделило приблизительно 2 миллиарда рублей на лучшую подготовку к этого типа. Как итог, стоимость запуска одного «Протона» (с учетом всех потерь) сравнялась с таковой для американской ракеты «Атлас-5».
Несмотря на это, РН «Протон-М» остается одним из самых важных столпов коммерческих запусков. Даже с авариями стоимость вывода на геостационарную орбиту остается самой низкой в мире, а потому нехватки в потенциальных партнерах и клиентах Роскосмос не испытывает.
Новая ракета
Впрочем, специалисты уже давно говорят о том, что «Протон-М» вскоре свое отлетает. Дело в том, что в настоящее время ведутся интенсивные разработки «Ангары». Это новая блочная ракета не только дешевле своего предшественника, но и куда проще в изготовлении. В «Ангаре» используются керосин-кислородные двигатели. Ее можно запускать с космодромов «Плесецк» и «Восточный», не платя казахам астрономические суммы за аренду «Байконура».
Несмотря на столь радужные перспективы, ракета-носитель «Протон-М» наверняка будет использоваться еще долго, так как разработка новой техники запаздывает.
Ракета-носитель «Протон» — прямая наследница советской двухступенчатой межконтинентальной баллистической ракеты УР-500, спроектированной в КБ, которое возглавлял Владимир Челомей. Ее разработка началась в 1961 году, вскоре стало понятно, что на вооружение она не пойдет из-за ее избыточной мощности, хотя она была способна доставить до территории противника знаменитую термоядерную бомбу, условно называемую «кузькина мать». Базироваться ракета должна была в шахтах, однажды приехавший на Байконур Хрущев, узнав, сколько нужно денег для этого, сказал:
«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.
Александр Шлядинский
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).
Третья ступень с разгонным блоком и нагрузкой
Александр ШлядинскийВторая 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 , 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.
Схема выведения на геостационарную 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.
В отличие от авиации, где расследование большинства аварий заканчивается публичным и детальным отчетом МАК, результаты космических аварий в России часто обнародуются без должной детализации.
Для вывода значительного объёма полезного груза на околоземную орбиту, а затем и в космическое пространство, необходим мощный ракета-носитель (РН), так называемого тяжёлого класса. В СССР работами по созданию такого аппарата занималось подразделение ОКБ-23 - в настоящее время ГКНПЦ им. М. В. Хруничева. Результатом изысканий стало создание двухступенчатого носителя УР-500 (первого в линейке «Протонов»). Он относился к РН средне-тяжёлого класса. На его базе, в дальнейшем, были созданы Протон-К, Протон-М (тяжёлого класса). В США подобные ракеты носят аббревиатуру «Сатурн-1Б».Таким образом, все советские, а впоследствии и российские космические корабли ТКС, Л-1/«Зонд», ИСЗ, орбитальные и межпланетные станции (Салют-ДОС, Алмаз), модули Мира и МКС, выводились на орбиту ракетоносителями серии «Протон». К середине 2000-х годов наибольшее распространение получила модификация «Протон-М». На её долю приходится основная часть выводимых на орбиту космических аппаратов (федеральных российских и коммерческих иностранных).
Первоначально УР-500 (универсальная ракета) проектировался и создавался в качестве орбитальной и межконтинентальной баллистической ракеты способной доставить сверхмощную (100 мегатонн и более) термоядерную боеголовку в любую точку планеты. Однако предусматривался и вариант использования её как ракеты-носителя тяжёлых спутников. 16 июля 1965 года состоялся первый пуск двухступенчатой РН УР-500. В качестве полезной нагрузки выступал космический аппарат Н-4 № 1 «Протон-1». Всего в период с 65 по 66 год осуществлено четыре запуска.
В рамках советской «лунной программы» с июля 1965 года разрабатывается новый трёхступенчатый РН УР-500К (8К82К «Протон-К») и параллельно начиналось проектирование четвёртой ступени. Официально, днём рождения РН «Протон- К» считают 10 марта 1967 года, когда был произведён запуск трёхступенчатой ракеты с блоком Д и КК 7К-Л1П («Космос-146»).
Несмотря на значительные успехи и большое количество удачных конструктивных решений, количество аварий было слишком велико (в период с марта 1967 по август 1970 – 21 пуск, и только 6 целиком успешных). Это отсрочило принятие РН «Протон-К» на вооружение до 1978 года (после 61 пуска). Крайний запуск ракеты данного класса осуществлен 30 марта 2012 года. Она была собрана в ГКНПЦ им. М. В. Хруничева в конце 2000-х годов и хранилась в арсенале. Цель запуска - вывод на орбиту последнего спутника серии УС-КМО. При этом крайний раз применялся разгонный блок версии ДМ-2. В настоящее время «Протон-К» снят с производства. С 1967 по 2012 год ракетоносители данной серии запускались 310 раз. Трёхступенчатый вариант «Протон-К» использовался для доставки ПН (полезной нагрузки) на так называемые, низкие орбиты, а четырёхступенчатые – на орбиты высокоэнергетические. На высоту в 200 км «Протон» мог поднимать до 21 т ПН, и на ГСО (геостационарную орбиту) - до 2,6 т.
В 2001 году, ГКНПЦ им. М. В. Хруничева перешёл на выпуск новой модификации 8К82КМ, иначе - «Протон-М». Современная ракета превосходит предшествующие модификации в плане экологичности. Кроме того, на ней устанавливают новые разгонные блоки - 14С43 Бриз-М, благодаря которым появилась возможность значительно увеличить полезную нагрузку при подъёме на геопереходную и геостационарную орбиты. Ракета-носитель «Протон-М» оснащается высокоточной цифровой системой управления на основе бортового цифрового вычислительного комплекса. И, наконец, стало возможным увеличить размер обтекателей по сравнению с предыдущими РН «Протон-К».
Компоновка трёхступенчатого РН «Протон»
Первая ступень выполнена в форме блоков. Центральный имеет хвостовой отсек, бак окислителя и переходный отсек. Вокруг него симметрично размещены шесть боковых блоков. Каждый из них разделён на передний отсек, бак для горючего и хвостовой отсек. В последнем размещается маршевый жидкостный ракетный двигатель типа РД-253. Таким образом, можно сказать, что двигательная установка первой ступени включает в себя шесть автономных жидкостных ракетных двигателя. Их запуск происходит методом прорыва пиромембран, расположенных на входе в двигатель. Двигатель РД-253 снабжён системой подачи топлива с дожиганием генераторного газа.
Вторая ступень выполнена в форме цилиндра. Отсеки: переходной, топливный и хвостовой. Двигательная установка состоит из трёх РД-0210 и одного 0211 (все автономные). Задача РД-0211 - обеспечить наддув топливного бака. Все они могут отклоняться в тангенциальных направлениях на угол до 3°15". Суммарная тяга двигательной установки равняется 2 352 кН в пустоте. Запуск двигателей второй ступени происходит до включения ЖРД первой ступени, благодаря чему происходит «горячий» принцип разделения ступеней. А именно:
Тяга двигателей второй ступени становится больше остаточной тяги ЖРД первой ступени;
- пироболты, соединяющие фермы ступеней, подрываются;
- ступени начинают расходится;
- выходящие из камер ЖРД второй ступени продукты сгорания, воздействуют на тепловой экран первой ступени и отталкивают её.
Третья ступень включает в себя три отсека (приборный, топливный и хвостовой) цилиндрической формы. Снабжена одним маршевым ЖРД.
Силовые установки всех ступеней ракеты-носителя «Протон» используют одинаковые компоненты топлива. Это несимметричный диметилгидразин (иначе гептил или НДМГ), химическая формула которого - (CH3)2N2H2, а также тетраоксид азота - N2O4. Эти компоненты относятся к разряду особо токсичных, и требуют самого осторожного обращения. Их использование обусловлено возможностью увеличить надёжность двигательной установки и упрощение её конструкции за счёт самовоспламенения топливной смеси.
Все запуски РН «Протон» происходят исключительно с космодрома Байконур. Там к началу 1965 года построили стартовый и технический комплексы – два рабочих места (площадка 92/1) и две пусковые установки (площадка 81). Дополнительный стартовый комплекс (площадка 200) был закончен в конце 70-х годов. Стоимость одного запуска РН типа «Протон», в среднем, обходится в $80 - $100 млн или 2,4 млрд рублей.
