Protón (familia de cohetes)
Proton (ruso: Протон) (designación formal: UR-500) es un sistema de lanzamiento prescindible utilizado tanto para lanzamientos espaciales comerciales como gubernamentales rusos. El primer cohete Proton se lanzó en 1965. Las versiones modernas del sistema de lanzamiento todavía están en uso a partir de 2022, lo que lo convierte en uno de los propulsores pesados más exitosos en la historia de los vuelos espaciales. Los componentes de todos los protones se fabrican en la fábrica del Centro Espacial de Producción e Investigación del Estado de Khrunichev en Moscú y en la Oficina de Diseño de Automatización Química en Voronezh, luego se transportan al Cosmódromo de Baikonur, donde se ensamblan en el Sitio 91 para formar el vehículo de lanzamiento. Después de la integración de la carga útil, el cohete se lleva a la plataforma de lanzamiento horizontalmente por riel y se eleva a la posición vertical para el lanzamiento.
Al igual que con muchos cohetes soviéticos, los nombres de las cargas útiles recurrentes se asociaron con el propio vehículo de lanzamiento. El apodo "Protón" se origina a partir de una serie de satélites científicos con nombres similares, que se encontraban entre las primeras cargas útiles del cohete. Durante la Guerra Fría, se designó como D-1/D-1e o SL-12/SL-13 por las agencias de inteligencia occidentales.
La capacidad de lanzamiento a la órbita terrestre baja es de unas 22,8 toneladas (50 000 lb). La capacidad de transferencia geoestacionaria es de aproximadamente 6,3 toneladas (14 000 lb). Los lanzamientos comerciales son comercializados por International Launch Services (ILS).
En 2013, se pretendía retirar el cohete antes de 2030.
A partir de junio de 2018, la producción del cohete Proton cesará cuando el nuevo vehículo de lanzamiento Angara entre en funcionamiento y entre en funcionamiento. No es probable que se firmen nuevos contratos de servicio de lanzamiento para Proton.
Historia
Proton comenzó su vida como un "misil balístico intercontinental superpesado". Fue diseñado para lanzar un arma termonuclear de 100 megatones (o más) a una distancia de 13 000 km. Era enormemente sobredimensionado para un misil balístico intercontinental y nunca se desplegó en tal capacidad. Finalmente se utilizó como vehículo de lanzamiento espacial. Fue una creación de la oficina de diseño de Vladimir Chelomei como complemento del cohete N1 de Sergei Korolev, cuyo propósito era enviar una nave espacial Zond de dos hombres alrededor de la Luna; Korolev se opuso abiertamente a los otros diseños de Proton y Chelomei por su uso de propelentes tóxicos. La apariencia inusual de la primera etapa resulta de la necesidad de transportar los componentes por ferrocarril. El tanque central de comburente es el ancho máximo para el gálibo de carga de la vía. Los seis tanques que lo rodean transportan combustible y sirven como puntos de conexión para los motores. A pesar de parecerse a los propulsores con correa, no están diseñados para separarse del tanque oxidante central. Las etapas primera y segunda están conectadas por una estructura de celosía. El motor de la segunda etapa se enciende poco antes de la separación de la primera etapa y la rejilla permite que escape el escape.
Un programa de desarrollo apresurado condujo a docenas de fallas entre 1965 y 1972. Proton no completó sus pruebas estatales hasta 1977, momento en el que se consideró que tenía una confiabilidad superior al 90 %.
El diseño de Proton se mantuvo en secreto hasta 1986, y al público solo se le mostraron las etapas superiores en clips de película y fotografías, y la primera vez que se mostró el vehículo completo al mundo exterior ocurrió durante el lanzamiento televisado de Mir..
La producción en masa del sistema de guía, navegación y control para Proton comenzó en 1964 en "Communard" Asociación Industrial (Jarkov, Ucrania).
Proton lanzó los vuelos circunlunares soviéticos no tripulados y tenía la intención de haber lanzado los primeros vuelos espaciales circunlunares soviéticos tripulados, antes de que Estados Unidos volara la misión Apolo 8. Proton lanzó las estaciones espaciales Salyut, el segmento central Mir y los módulos de expansión, y los módulos Zarya y Zvezda de la ISS.
Proton también lanza satélites comerciales, la mayoría de ellos administrados por International Launch Services. El primer lanzamiento de ILS Proton fue el 9 de abril de 1996 con el lanzamiento del satélite de comunicaciones SES Astra 1F.
Entre 1994 y mediados de 2010, los ingresos de Proton fueron de 4300 millones de dólares y se prevé que aumenten a 6 000 millones de dólares en 2011.
En enero de 2017, el Proton se puso a tierra temporalmente debido a que el fabricante, Voronezh Mechanical Plant, había sustituido una aleación resistente al calor en los motores con un metal más económico.
En junio de 2018, la corporación estatal Roscosmos anunció que el cohete Proton dejaría de producir cuando el nuevo vehículo de lanzamiento Angara entre en funcionamiento. No es probable que se firmen nuevos contratos de servicio de lanzamiento para Proton.
Proton realizó su última misión comercial programada el 9 de octubre de 2019, entregando Eutelsat 5 West B y Mission Extension Vehicle-1 a la órbita geoestacionaria. Varias misiones de Roscosmos y otras del gobierno ruso permanecen en el manifiesto de lanzamiento de Proton.
Protón K
El protón K está alimentado por tetróxido de nitrógeno y dimetilhidrazina asimétrica muy tóxicos. Son combustibles hipergólicos que se encienden al contacto, evitando la necesidad de un sistema de encendido, y pueden almacenarse a temperatura ambiente. Esto evita la necesidad de componentes que sean tolerantes a bajas temperaturas y permite que el cohete permanezca en la plataforma indefinidamente (otros lanzadores con tal capacidad incluyen el Titan II GLV, Titan III y Titan IV de EE. UU., el Long March 2 de China y el Long 4 de marzo, los lanzadores soviético/ucraniano Tsyklon, los lanzadores soviético/ruso Kosmos-3 y Kosmos-3M y los lanzadores europeos Ariane 1 a Ariane 4). Por el contrario, los combustibles criogénicos necesitan una reposición periódica a medida que se evaporan.
La cuarta etapa tiene múltiples variantes, dependiendo de la misión. El más simple, Blok D, se utilizó para misiones interplanetarias. Blok D no tenía módulo de guía, dependiendo de la sonda para controlar el vuelo. Tres versiones diferentes de Blok DM (DM, DM2 y DM-2M) eran para órbitas terrestres altas. Los Blok D/DM eran inusuales porque el combustible se almacenaba en un tanque toroidal, alrededor del motor y detrás del tanque oxidante.
Las pruebas iniciales de protones en 1965 y 1966 solo utilizaron las dos primeras etapas del propulsor; el vehículo completo de cuatro etapas voló por primera vez en 1967. Cuando comenzó el programa de la estación espacial soviética en 1971, los protones comenzaron a volar con el Blok D retirado para usarlo como lanzador LEO de carga pesada.
Las cargas útiles de Proton-K incluían todas las estaciones espaciales Salyut de la Unión Soviética, casi todos los módulos Mir (con la excepción del módulo de acoplamiento, que se lanzó en el transbordador espacial de los Estados Unidos) y Zarya y Zvezda Módulos de la Estación Espacial Internacional. Se pretendía lanzar la nave espacial TKS tripulada, antes de la cancelación de ese programa, aunque se realizaron algunos vuelos robóticos de naves espaciales. Además, se pretendía lanzar el avión espacial LKS de la década de 1970 que nunca se realizó.
Protón-M
La versión inicial de Proton M podría lanzar de 3 a 3,2 toneladas (6600 a 7100 lb) a una órbita geoestacionaria o de 5,5 toneladas (12 000 lb) a una órbita de transferencia geoestacionaria. Podría colocar hasta 22 toneladas (49.000 lb) en órbita terrestre baja con una inclinación de 51,6 grados, la órbita de la Estación Espacial Internacional (ISS).
Las mejoras del Proton M incluyen modificaciones de etapas más bajas para reducir la masa estructural, aumentar el empuje y utilizar los propulsores por completo. Generalmente se usa una etapa superior de propelente almacenable Briz-M (en ruso: Бриз que significa Breeze) en lugar de la etapa Blok D o Blok DM, eliminando la necesidad para múltiples suministros de combustible y reposición de oxígeno por ebullición; el Proton-M también voló con una etapa superior Blok-DM. También se hicieron esfuerzos para reducir la dependencia de los proveedores de componentes extranjeros (generalmente ucranianos). Con la etapa superior Briz-M, el diámetro del carenado de carga útil es de 4,1 m (13,45 pies).
Los vehículos de lanzamiento de protones y las etapas superiores Briz-M están diseñados y construidos por el Centro espacial de investigación y producción del estado de Khrunichev (Khrunichev) en Moscú, el propietario mayoritario de International Launch Services (ILS). El centro alberga todas las funciones de ingeniería, montaje y prueba de la producción de protones. Con la reciente consolidación de las empresas espaciales rusas, Khrunichev tiene la supervisión y el control directos de hasta el 70 % de toda la fabricación de protones, desde los proveedores hasta los fabricantes. La consolidación respalda directamente los esfuerzos continuos de Khrunichev para la integración vertical de la producción de protones.
Una variante mejorada, el vehículo de lanzamiento Phase III Proton-M/Briz-M, se probó en vuelo en la misión dual federal rusa de Express AM-44 y Express MD-1 en febrero de 2009 y realizó su primer lanzamiento comercial en marzo. 2010 con el satélite Echostar XIV. La configuración Proton-M/Briz-M fase III proporciona 6150 kg de rendimiento GTO, un aumento de 1150 kg sobre el Proton-M Briz-M original, manteniendo la configuración de diseño fundamental.
El 6 de agosto de 2012, la Agencia Espacial Federal Rusa perdió un satélite de comunicaciones ruso e indonesio en un intento de ponerlos en órbita en un Proton-M debido a dificultades técnicas con la última etapa.
El 2 de julio de 2013, un Proton-M que lanzaba tres satélites de navegación GLONASS experimentó una falla que recuerda los desastres de la década de 1960 poco después del despegue cuando el propulsor se estrelló cerca de LC-39 en Baikonour, poniendo fin a un período ininterrumpido de 30 años sin una primera etapa. falla; todos los vuelos futuros de Proton se suspendieron en espera de una investigación. Finalmente se determinó que el accidente fue causado por el paquete de giroscopio de velocidad que se instaló al revés. Debido a la dificultad de instalar el paquete incorrectamente, se sospechaba que lo había hecho deliberadamente un trabajador descontento o borracho en la planta de Khrunichev.
El 15 de mayo de 2014, un Proton-M/Briz-M que transportaba un satélite Ekspress sufrió una falla en la tercera etapa debido a un cojinete defectuoso de la turbobomba. Escombros cayeron en Manchuria. El 21 de octubre, otro satélite Ekspress quedó en una órbita inútil cuando la etapa Briz se cortó 24 segundos antes de tiempo.
El 16 de mayo de 2015, un satélite de comunicaciones MEXSAT no pudo orbitar debido a otra falla en la tercera etapa, la octava falla de Proton desde 2010.
Khrunichev ha iniciado el desarrollo de un conjunto de mejoras de fase IV para seguir el ritmo de las demandas del mercado y las tendencias de crecimiento masivo de los satélites comerciales. La implementación de las mejoras de la Fase IV Proton Briz-M se completó en 2016. El rendimiento de la masa de la carga útil para la fase IV se incrementó a 6320 kg a una órbita GTO de referencia con 1500 m/s de delta V residual a la OSG.
Desarrollos futuros
Se suspendieron temporalmente importantes mejoras tras el anuncio (en 1992) del nuevo vehículo de lanzamiento Angara. La actualización más grande fue la etapa KVRB. Esta etapa criogénica tendría una capacidad mucho mayor. El motor se desarrolló con éxito y el escenario en su conjunto había progresado a hardware. Sin embargo, como el KVRB es notablemente más grande que el Bloque D, la aerodinámica, el control de vuelo, el software y posiblemente la electrónica del vehículo tendrían que ser reevaluados. Además, la plataforma de lanzamiento puede suministrar protones existentes con combustibles hipergólicos comunes de fuentes únicas. Las etapas superiores, en particular, son alimentadas por tuberías de carga comunes que recorren el cohete. Cambiar a una etapa con diferentes combustibles requiere la adición de artículos de apoyo adicionales; cambiar a criógenos requiere que dichos artículos de soporte completen el escenario periódicamente.
Las variantes pesadas de Angara serán más simples y económicas que Proton (y, al igual que el cohete Atlas V, no usarán combustibles hipergólicos; en su lugar, usarán el mismo combustible RP-1 que el usado en el cohete Soyuz). También estarán diseñados desde el principio para aceptar una etapa KVTK y ya tendrán un suministro de oxígeno líquido en la plataforma; solo se requerirá un suministro de hidrógeno.