质子号运载火箭

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质子号运载火箭(俄语:Протон质子火箭是苏联研制的大型运载火箭。 1965年7月16日,UR-500火箭进行了首次飞行,并被命名为质子运载火箭。从那时起,它一直是苏联和俄罗斯发射的最强大的运载火箭。1996年4月,质子从欧洲发射Astra-1F卫星进入轨道,完成了它的第一次商业发射。2010年至2015年,质子运载火箭事故率持续上升,动摇了俄罗斯在国际航天发射市场的地位。2014年12月15日...

质子号运载火箭(俄语:Протон质子火箭是苏联研制的大型运载火箭。

1965年7月16日,UR-500火箭进行了首次飞行,并被命名为质子运载火箭。从那时起,它一直是苏联和俄罗斯发射的最强大的运载火箭。1996年4月,质子从欧洲发射Astra-1F卫星进入轨道,完成了它的第一次商业发射。2010年至2015年,质子运载火箭事故率持续上升,动摇了俄罗斯在国际航天发射市场的地位。2014年12月15日,俄罗斯航天局利用质子- m运载火箭成功将亚马尔-401通信卫星送入指定轨道。质子运载火箭曾将“和平”号空间站和“黎明”号国际空间站的模块送入太空。

质子运载火箭分为三种类型:两级,三级和四级。后来,新型质子- k运载火箭的改进型被发射,成为苏联时代发射地球同步卫星和几乎所有航天器的主要运载火箭。无论是三级火箭还是四级火箭,在执行各种轨道发射任务时,它们的运载能力可以相辅相成。此外,火箭可以利用各种整流罩来满足各种发射要求。

2019年10月,俄罗斯赫鲁晓夫机械制造公司将制造最后11枚质子运载火箭。在完成这批生产后,俄罗斯将开始使用新的安加拉运载火箭。

质子号运载火箭

质子号运载火箭发展沿革

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研制背景

20世纪60年代初,美国和苏联在航空航天领域展开了激烈的竞争。当时,苏联迫切需要一种能够将更重的有效载荷送入太空轨道的高容量火箭,军方也需要一种新型弹道导弹来发射高当量核弹头。于是苏联的多个火箭设计局开始了他们的研究和开发。

最初的质子运载火箭是由Vladimir Cheloman领导的设计机构设计的。设计机构提出的计划包括四枚不同运载能力的火箭。其中,UR-100和UR-200火箭用作弹道导弹,UR-500火箭用于发射大型航天器,UR-700火箭用于执行月球任务。该型火箭的起飞推力为6000吨,运载能力是美国土星5号火箭的1.5倍,是火箭中的“巨人”。然而,苏联政府最终拒绝了这一计划,使其永远停留在蓝图上。

质子号运载火箭1

发展历程

开发过程

质子运载火箭的发展始于1961年。这是前苏联第一个不是由弹道导弹发展而来的运载火箭,而是新设计的。设计和开发工作主要由切诺基设计局进行,而制造工作则由赫鲁晓夫工厂进行。科罗莫夫设计局、格鲁什科设计局、科斯贝格设计局和伊萨耶夫设计局也参与了开发工作。质子火箭在苏联运载火箭家族中形成了自己的系列,属于谢尔登代码系统中的D系列火箭。

最初的质子运载火箭是由Vladimir Cheloman领导的设计机构设计的。设计局提出的方案由四种不同运载能力的火箭组成,其中UR-100和UR-200火箭作为弹道导弹,UR-500火箭用于发射大型航天器,UR-700火箭用于执行月球任务。

然而,谢尔盖·科罗廖夫设计局提出的方案在当时被选中。该计划以R-9火箭作为弹道导弹,以N-1火箭作为月球运载工具,并迅速实施。不幸的是,N-1火箭直到总设计师科罗廖夫去世才起飞,四次发射试验都以失败告终。就在N-1火箭研制失败之际,美国率先登上了月球。苏联对登月失去了兴趣,N-1火箭计划被迫终止。之后,弗拉基米尔·切罗曼设计的方案被投入开发。

投入使用

1964年,苏联开始在哈萨克斯坦拜科努尔建造一个地面发射场。1965年,UR-500火箭的研制完成。次年7月16日,UR-500火箭进行了首次飞行,并被命名为质子运载火箭。

1967年,质子- k火箭首次飞行,达到50米的高度,其第三级火箭的总重量约为618吨(不包括有效载荷)。近地轨道运载能力为19.76吨,创22.776吨的历史新高。
冷战期间,苏联于1983年开始将质子火箭推向商业发射市场,以充分利用其运载火箭的剩余生产能力。但是,由于冷战的影响,以美国为首的西方国家担心苏联通过发射西方的卫星获得先进的卫星技术,因此苏联进入商业发射服务市场的想法没有实现。

在1980年中期,质子的第一级发动机被改进以达到178吨的推力和1246吨的最大起飞推力。

1986年,“质子”号运载火箭发射了“和平”号空间站建设模块,1998年至2000年,又向太空发射了“黎明”号国际空间站模块。

冷战结束后,俄罗斯的国家航天预算大幅减少。为了保持其空间大国的地位,中国决定依靠其在空间领域的技术优势开展国际合作。自1995年以来,俄罗斯已与几家西方公司达成协议。联合销售发射前运载工具,进入国际商业发射市场。

1996年4月,质子从欧洲发射Astra-1F卫星进入轨道,完成了它的第一次商业发射。到2007年,质子号已经执行了40多次商业发射任务。

2001年4月7日,质子- m火箭进行了首次飞行。该火箭在质子k的基础上减轻了结构重量,改进了发动机,提高了运输效率,起飞质量约为705吨,高度约为58.2米,近地轨道运载能力也提高到23吨。

2006年,有改进质子运载火箭的计划。延长或增加有效载荷整流罩直径的计划已经在考虑之中,并且已经开始研究多卫星系列运载火箭方案。此外,新型高性能液氧/液氢上级仍在开发中。

2010年至2015年,质子运载火箭事故率持续上升,动摇了俄罗斯在国际航天发射市场的地位。2013年7月2日,俄罗斯航天局发射的质子- m运载火箭在拜科努尔航天发射场坠毁,发动机在第17秒以“事故模式”关闭。随后,火箭在距离发射台约2.5公里的航天发射场坠毁。目前还没有地面人员伤亡和财产损失的报道。根据初步数据,导致运载火箭故障的原因是第一级发动机故障。该火箭原计划将三颗GLONASS系统导航卫星送入轨道。

2013年12月4日,哈萨克斯坦国家航天局官员宣布,哈萨克斯坦将逐步减少拜科努尔航天发射场的质子运载火箭发射,并将在2025年之前完全停止使用。

2014年12月15日,俄罗斯航天局利用质子- m运载火箭成功将亚马尔-401通信卫星送入指定轨道。此次发射是质子系列运载火箭自1965年发射以来的第400次发射,也是质子M火箭2014年的第七次发射。

2015年5月16日,俄罗斯联邦航天局证实,当天上午携带墨西哥通信卫星的俄罗斯质子- m运载火箭发射失败。媒体报道称,这枚火箭可能在西伯利亚坠毁。同年9月15日,俄罗斯携带“快- am8”通信卫星的“质子- m”运载火箭成功发射,这是“质子”火箭在5月事故后的第二次发射。

2019年10月,俄罗斯赫鲁晓夫机械制造公司将制造最后11枚质子运载火箭。在完成这批生产后,俄罗斯将开始使用新的安加拉运载火箭。

在世界航天史上,质子飞船共发射400多次,为苏联、俄罗斯乃至世界航天事业作出了重大贡献。

名称由来

由于第一次发射携带的航天器为“质子1号”科学卫星,该运载火箭被命名为“质子”号运载火箭。

质子号运载火箭主要型号

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质子系列运载火箭是第一种非导弹衍生的大型运载火箭,专门为苏联发展的空间任务设计。包括以下火箭:第二级质子、第三级质子和第四级质子。

该系列有三个型号:第二级型号(西方代码d型,SL-9),第三级型号9D-1, SL-13),第四级型号(D-1-e, SL-12)。西方将这三种火箭统称为D系列火箭。

两级质子火箭从1965年至1966年7月发射了三颗质子卫星,后来停止了。

三级质子火箭于1968年11月16日首次发射,载荷为质子-4号卫星,此后主要用于发射礼炮(САЛЮТ)、“和平标志”(МИР)空间站和水晶(КРИСТАЛЛ)以及“量子数”(КВАНТ)空间站舱和航天飞机模型等。

第四级质子火箭于1967年3月首次发射,有效载荷为cosmos -146。后来主要用于发射各种大型星际探测器,如“月球-15-24”、“金星- 9-16”、“火星- 2-7”、“探险家-4-8”、“织女星”(ВЕАГ)和“消防卫士”(ФОБОС)等。还用于发射地球同步轨道卫星,包括“彩虹”、“荧光屏”、“地平线”、“射线”、“宇宙”系列军用地球同步卫星。此外,第四级质子火箭还具有发射苏联全球导航卫星的三星能力。

质子号运载火箭基本设计

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总体设计

质子运载火箭由第一级、第二级、第三级和更高一级组成。

动力系统

第一层由一个含有氧化剂的中央储罐和围绕其外侧的六个燃料储罐组成。每个燃料储罐底部配备一台单燃烧室高压补充燃烧液体火箭发动机,配备6台发动机,能够提供约9.5MN的推力和10.5MN的真空推力。RD-0253发动机是苏联第一种闭环火箭发动机,使用双组分液体推进。第二级采用传统的圆柱形设计,由四台RD-0210单燃烧室闭环振荡液体火箭发动机提供动力。4台发动机提供的真空推力为2.3MN。第二级发动机没有重启能力,配备推进剂利用系统,以控制燃料和氧化剂的同时耗尽。通过节流阀控制进入预燃室的流量,以调节发动机推力。第三级由一台主发动机RD-0210、四台移动发动机、一台燃气发生器和一台涡轮泵组成。主发动机和第二级使用相同类型的发动机,使用涡轮泵运输推进剂并且在飞行期间能提供583kN的推力。

此外,质子运载火箭可以使用两个上层,BlockDM和Breeze M,来执行商业发射任务。

BlockDM上层

BlockDM的上层具有独特的功能来执行具有特殊要求的任务。质子III运载火箭结合上一级的高性能,可以直接将航天器发射到其最终轨道,减少了航天器推进系统的尺寸和复杂性。BlockDM上层的1lD58M主发动机提供83.5kN的真空推力。

微风 M 上面级

微风 M 上面级是在Rokot火箭上的微风K上级的改进,它可以增强有效载荷承载能力和自身的操作性能。“微风M”的主发动机在飞行过程中最多可以启动8次,可以更准确地将航天器送入轨道。主机可在单个任务中执行8次重复启动,并配有重启系统,在主点火程序失效的情况下仍可启动发动机。

发射系统

质子运载火箭的综合发射场位于莫斯科东南约2000公里的哈萨克斯坦拜科努尔。综合发射场有一个航天器和运载火箭的总装厂,以及四个发射台。站点全年温度变化在40 ~ 45℃之间。在拜科努尔发射场,质子运载火箭能够在恶劣的环境条件下发射。该火箭可以全年发射,在同一发射台连续两次发射之间至少间隔25天。在不同的发射平台上,火箭的发射频率可以达到每月4次,并长期保持每年12次的发射频率。

控制系统

在质子K运载火箭一、二、三级运行过程中,制导、导航和控制(GNC)主要由火箭三级内部的三个冗余闭环模拟电子系统完成(采用分布式惯性参考平台装置采集数据)。如果运载火箭在上升阶段发生重大故障,该系统将发出飞行终止命令。

质子M火箭的控制系统采用了基于现代航空电子技术的数字飞控系统。这个数字飞行控制系统取代了质子K火箭上的模拟飞行控制硬件。此外,在运载火箭的倾斜剖面等参数方面,可以大大提高上升段设计的灵活性。自主惯性控制系统采用精密三轴陀螺仪稳定器和三通道投票箭载数字计算机。数字控制计算机安装在质子M运载火箭的第三级上,控制第一、第二、第三级的飞行。

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词条目录
  1. 质子号运载火箭发展沿革
  2. 研制背景
  3. 发展历程
  4. 名称由来
  5. 质子号运载火箭主要型号
  6. 质子号运载火箭基本设计
  7. 总体设计
  8. 动力系统
  9. 发射系统
  10. 控制系统

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