Протон (ракета-носитель)

«Прото́н» (УР-500; модификации «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 имени М. В. Хруничева).

Исходный двухступенчатый вариант носителя «Протон» (УР-500) стал одним из первых носителей средне-тяжёлого класса, а трёхступенчатый «Протон-К» — тяжёлого.

«Протон-М» представляет собой развитие ракеты-носителя «Протон-К» и обладает улучшенными энергомассовыми, эксплуатационными и экологическими характеристиками. Всего с 7 апреля 2001 года по 13 марта 2023 года выполнено 115 пусков ракеты-носителя «Протон-М»; на околоземные орбиты и отлетные траектории выведены 134 космических аппарата.

В июне 2018 года генеральный директор «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин поставил задачу прекратить производство ракеты-носителя «Протон» после выполнения заключенных контрактов, далее использовать исключительно РН «Ангара». 24 декабря 2019 года было прекращено производство двигателей для первой ступени РН «Протон».

К недостаткам этой ракеты-носителя можно отнести использование экологически вредного топлива.

Характеристики «Протон-М»

По данным с сайта «Роскосмоса»:

Стартовая масса, т	~705
Количество ступеней	3
Компоненты топлива: — первой ступени — второй ступени — третьей ступени	НДМГ + АТ НДМГ + АТ НДМГ + АТ
Двигатели: — первой ступени — второй ступени — третьей ступени	6 х РД-276 3 х РД-0210 и 1 х РД-0211 1 х РД-0213 и 1 х РД-0214
Используемые разгонные блоки	Бриз-М и ДМ-03
Космодром	Байконур
Масса полезной нагрузки, т.* — на НОО (низкая опорная орбита) (200 км, i=51,6 град.) С разгонным блоком «Бриз-М» — на ГПО (геопереходная орбита) — на ГСО (геостационарная орбита)	22,4 6,3 3,3

Варианты ракеты и их грузоподъёмность

Модификация	Класс	ПН на НОО, кг	ПН на ГПО-1500, кг	ПН на ГПО-1800, кг	ПН на ГСО, кг	Ступеней	Количество блоков 1-й ступени
«Протон» (УР500)	Средний	8 400				2	1 центральный + 6 боковых
«Протон-К» (УР500К)	Тяжёлый	19 760 — 20 900	4 350 — 4 900		1 880	3	1 центральный + 6 боковых
«Протон-М»	Тяжёлый	23 700	6 350	7 100	3 300	3	1 центральный + 6 боковых
(проект) «Протон Средний»	Средний		5 000	5 500	2 200	2	1 центральный + 6 боковых
(проект) «Протон Лёгкий»	Лёгкий		3 600	4 170	1 450	2	1 центральный + 4 боковых

Все варианты с 4-х метровым головным обтекателем.

Разработка

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-70.

Предварительные работы по проекту баллистической ракеты УР-500 были начаты в 1961 году в ОКБ-52 Государственного комитета по авиационной технике по инициативе и под руководством Генерального конструктора Владимира Николаевича Челомея. Благодаря его настойчивости и 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), а в следующем году началось проектирование ракеты-носителя УР-500. Главным конструктором УР-500 был назначен Павел Ивенсен, в 1962 году его сменил Юрий Труфанов, а его — Дмитрий Полухин (впоследствии Генеральный конструктор КБ «Салют»). Всё это время ведущим конструктором (ответственным исполнителем) проекта оставался Виталий Выродов.

Новая МБР проектировалась по стандартной для мощных стратегических ракет с жидкостно-реактивными двигателями двухступенчатой схеме с последовательным их расположением, а ракета-носитель, исходя из необходимости выведения тяжелых ПН на околоземную орбиту, предполагалась трехступенчатой (модификация МБР УР-500). Для ускорения работ собирались использовать модифицированный вариант УР-200 (схожа по возможностям с МБР Р-9) в качестве верхних ступеней. Постановление Совета Министров СССР о создании новой ракеты вышло 29 апреля 1962 года. На разработку отводилось три года. Окончательную конструктивно-компоновочную схему приняли в мае 1962 года.

Схема УР-500 «моноблок» и «полиблок».

УР-500 изначально представляла собой четыре параллельно соединенные ракеты УР-200 с третьей ступенью на базе модифицированной второй ступени УР-200. Однако такая конструкция не позволяла достичь желаемой относительной грузоподъемности. ОКБ-23 начало разработку УР-500 по трехступенчатой схеме с тандемным расположением ступеней, оставив в качестве верхних ступеней модифицированный вариант УР-200.

Рассматривались два варианта первой ступени: полиблочный и моноблочный. Моноблочный вариант состоял из двух последовательно соединенных транспортных блоков: верхнего (бак окислителя) и нижнего (бак горючего и двигательная установка), имел малую «сухую» массу ступени, прокладка топливных магистралей и сборка в целом была проще. Полиблочный вариант состоял из центрального блока (бак окислителя большого диаметра) и нескольких навесных блоков (баков горючего малого диаметра), что обеспечивало небольшую длину ступени в собранном состоянии, а также позволяло использовать центральный блок в качестве несущего элемента. В январе 1962 года была выбрана конструктивно-компоновочная схема первой ступени ракеты с полиблочной компоновкой, что наилучшим образом учитывало ограничения по ветровым нагрузкам и изгибающим моментам.

В то время из разработанных и проверенных двигателей были лишь используемые на ракете УР200 тягой 50 тс, чего было явно недостаточно. Двигательная установка первой ступени УР500 состояла из четырёх неподвижных ЖРД конструкции В. Глушко и четырех качающихся ЖРД конструкции С. Косберга. Центральные двигатели являлись частью блока бака окислителя, качающиеся двигатели были навесными блоками баков горючего. Вторая ступень УР500 была модифицированным вариантом первой ступени ракеты УР200, на ней планировали установить четыре двигателя С.Косберга с увеличенной степенью расширения сопл. Управление ракетой на участке полёта второй ступени осуществлялось качанием двигателей с помощью четырех рулевых машинок. Третья ступень УР500 состояла из маршевого двигателя и рулевого двигателя открытой схемы. Вследствие требования обеспечить одинаковый диаметр второй и третьей ступени, последняя была спроектирована с торовыми баками.

Конструкторы исходили из того, что ракета будет именно массовым космическим носителем, поэтому конструктивному совершенству ракеты уделялось особое внимание. В связи с этим Челомей обратился к Глушко с просьбой изменить конструкцию двигателя, добавив узел подвеса для управления вектором тяги. Глушко выполнил просьбу, дополнительно упростив конструкцию и увеличив надежность ЖРД. С 1961 по 1963 гг. проводились испытания отдельных агрегатов и узлов и выбиралась штатная схема двигателя; с июня 1963 по январь 1965 гг. проводилась отработка запуска ЖРД в условиях, максимально приближенных к лётным.

+++

После первого пуска УР-500 в прессе стали писать о новой, более мощной ракете-носителе «Протон». В двухступенчатом варианте масса полезной нагрузки составляла 8.3-8.4 тонны. При этом масса УР-500 была значительно выше «Союза» (самой мощной ракеты-носителя на базе Р-7).