El Proton-M , (Протон-М) GRAU index 8K82M o 8K82KM , es un vehículo de lanzamiento de carga pesada ruso descartable derivado del Proton desarrollado por la Unión Soviética . Fue construido por Khrunichev y lanzado desde los sitios 81 y 200 en el Cosmódromo de Baikonur en Kazajistán . Los lanzamientos comerciales son comercializados por International Launch Services (ILS), y generalmente utilizan el Sitio 200/39. El primer lanzamiento del Proton-M ocurrió el 7 de abril de 2001. [9]
Proton realizó su última misión el 12 de marzo de 2023. A agosto de 2020, varias misiones de Roscosmos y de otros gobiernos rusos permanecen en el manifiesto de lanzamiento de Proton.
El vehículo de lanzamiento Proton-M consta de tres etapas, todas ellas propulsadas por motores de cohete líquido que utilizan una combinación de propulsante hipergólico de tetróxido de dinitrógeno como oxidante y dimetilhidrazina asimétrica como combustible.
La primera etapa es única, ya que consiste en un tanque de oxidante cilíndrico central con el mismo diámetro que las otras dos etapas con seis tanques de combustible unidos a su circunferencia, cada uno con un motor. Los motores en esta etapa pueden girar tangencialmente hasta 7,0° desde la posición neutra, lo que proporciona un control total del vector de empuje . La razón de este diseño es la logística: el diámetro de los tanques de oxidante y las dos etapas siguientes es el máximo que se puede entregar por ferrocarril a Baikonur. Sin embargo, dentro de Baikonur la pila completamente ensamblada se transporta nuevamente por ferrocarril, ya que tiene suficiente espacio libre.
La segunda etapa utiliza un diseño cilíndrico convencional. Está propulsada por tres motores RD-0210 y un motor RD-0211 . El RD-0211 es una versión del RD-0210 modificada con un intercambiador de calor utilizado para presurizar los tanques de combustible. La segunda etapa está unida a la primera etapa a través de una red en lugar de una etapa intermedia cerrada, para permitir que escape el escape porque la segunda etapa comienza a disparar segundos antes de la separación. Conocido como " puesta en escena en caliente ", esto elimina la necesidad de propulsores de espacio vacío en la segunda etapa. El control del vector de empuje se proporciona mediante el cardán del motor.
La tercera etapa también tiene un diseño cilíndrico convencional. Contiene el sistema de aviónica que controla las dos primeras etapas. Utiliza un RD-0213 , que es una versión fija (sin cardán) del RD-0210, y un RD-0214 , que es un motor vernier de cuatro toberas utilizado para el control del vector de empuje. Las toberas del RD-0214 pueden girar hasta 45,0°; están colocadas alrededor (con cierta separación) y moderadamente por encima de la tobera del RD-0213.
El Proton-M presenta modificaciones en las etapas inferiores para reducir la masa estructural, aumentar el empuje y utilizar más combustible. En la primera etapa se utiliza un sistema de guía de circuito cerrado, que permite un consumo más completo del combustible. Esto aumenta ligeramente el rendimiento del cohete en comparación con las variantes anteriores y reduce la cantidad de sustancias químicas tóxicas que quedan en la etapa cuando impacta en el suelo. Puede colocar hasta 21.000 kilogramos (46.000 libras) en la órbita baja terrestre . Con una etapa superior, puede colocar una carga útil de 3000 kg en la órbita geoestacionaria (GEO), o una carga útil de 5500 kg en la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). También se hicieron esfuerzos para reducir la dependencia de proveedores de componentes extranjeros.
La mayoría de los lanzamientos de Proton-M han utilizado una etapa superior Briz-M para impulsar la nave espacial a una órbita más alta. También se han realizado lanzamientos con etapas superiores Blok-DM : seis lanzamientos se realizaron con la etapa superior Blok DM-02 que transportaba la nave espacial GLONASS , mientras que siete lanzamientos más han utilizado el Blok DM-03 . [10] Hasta 2023, solo se ha realizado un único lanzamiento de Proton-M sin una etapa superior para lanzar Nauka y el Brazo Robótico Europeo (ERA) a la Estación Espacial Internacional en julio de 2021.
Los lanzamientos comerciales realizados por ILS utilizan dos tipos de carenados: [11] [12]
Ambos carenados tienen un diámetro de 4,35 metros.
El 7 de julio de 2007, International Launch Services lanzó el primer cohete Proton-M Enhanced (también llamado M+ ), que puso en órbita el satélite DirecTV-10 . Este fue el lanzamiento número 326 de un Proton, el 16.º lanzamiento Proton-M/Briz-M y el 41.º lanzamiento Proton realizado por ILS. [13] Cuenta con motores de primera etapa más eficientes, aviónica actualizada, tanques de combustible más livianos y motores vernier más potentes en la etapa superior Briz-M, y reducción de masa en todo el cohete, incluyendo paredes de tanque de combustible más delgadas en la primera etapa y el uso de materiales compuestos en todas las demás etapas. El segundo lanzamiento de esta variante ocurrió el 18 de agosto de 2008, y se utilizó para poner en órbita el Inmarsat 4 F3 . El Proton-M de referencia fue retirado en noviembre de 2007, a favor de la variante Enhanced.
Frank McKenna, CEO de ILS, ha indicado que en 2010 el diseño Proton Fase III se convertiría en la configuración estándar de ILS, con la capacidad de elevar 6.150 kg hasta GTO. [14]
El 19 de octubre de 2011, el ViaSat-1, con un peso de 6.740 kg, fue elevado a GTO por el Proton-M/Briz-M Fase III. [15]
Proton Light y Proton Medium fueron dos variantes propuestas con una capacidad de carga útil menor a un precio reducido. Propuestas originalmente a fines de 2016, Proton Light fue cancelada en 2017 [ cita requerida ] y Proton Medium fue puesta en "suspensión indefinida" en 2018. [16] Las variantes fueron diseñadas para reducir el costo de lanzamiento de satélites de comunicaciones comerciales medianos y pequeños en la Órbita de Transferencia Geoestacionaria (GTO). [17] Las variantes fueron planeadas con una arquitectura de 2 + 1 etapas basada en Proton/Briz M de 3 etapas, pero prescindiendo de la segunda etapa y presentando un alargamiento menor de las otras dos etapas. La primera etapa de Proton Light fue planeada con 4 motores principales y tanques externos a los 6 utilizados por Proton Medium y Proton-M. Se esperaba que el costo fuera competitivo con Ariane y SpaceX. Los vuelos inaugurales planeados fueron 2018 para Proton Medium y 2019 para Proton Light. Se esperaba que utilizaran el Sitio 81/24 del Cosmódromo de Baikonur y habrían requerido un nuevo sistema transportador-erector y otros cambios en la infraestructura terrestre.
El Proton-M de tamaño completo puede actualmente elevar 6300 kg a una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) estándar; se planeó que el Proton Medium elevara 5000 kg a una GTO similar, mientras que el Proton Light fue diseñado para 3600 kg. El rango de carga útil de 3000 a 5000 kg incluye satélites totalmente eléctricos e híbridos que usan propulsores iónicos para abrirse paso lentamente hacia la órbita geoestacionaria (GEO). [18]
En una misión típica, un Proton-M va acompañado de una etapa superior Briz-M . El Proton-M lanza la unidad orbital (es decir: la carga útil, el adaptador de carga útil y el Briz-M) en una trayectoria ligeramente suborbital. La primera y la segunda etapa y el carenado de la carga útil chocan en los sitios de choque designados; la tercera etapa se estrella en el océano. Después de que la tercera etapa se separa, la unidad orbital se desliza por un breve período, luego el Briz-M realiza su primer disparo para lograr la inyección orbital en una órbita de estacionamiento con una inclinación de 51,5° , a una altitud de 170 km a 230 km (la Guía del planificador de misiones también menciona 64,8° y 72,6° como inclinaciones estándar para la órbita de estacionamiento). Posteriormente, el Briz-M realiza maniobras orbitales para colocar la carga útil en su órbita final o en una órbita de transferencia. Si se utiliza una órbita de transferencia, la(s) maniobra(s) final(es) las realiza la carga útil en su propio sistema de propulsión.
Hasta el 22 de junio de 2024 [actualizar], se habían producido 115 lanzamientos del Proton-M, de los cuales 11 fracasaron o fallaron parcialmente, lo que arrojó una tasa de éxito del 90%. Cuatro de estos fracasos fueron el resultado de problemas con el propio Proton-M, seis fueron causados por un mal funcionamiento de la etapa superior del Briz-M que dejó la carga en una órbita inútil (aunque en dos casos los satélites pudieron maniobrar para corregir la órbita con su propia propulsión), y uno fue el resultado de una etapa superior del Blok DM-03 que recibió un combustible incorrecto, lo que dejó al Proton demasiado pesado para alcanzar la órbita.
En septiembre de 2007, un cohete Proton-M/Briz-M que transportaba el satélite de comunicaciones japonés JCSAT-11 no logró entrar en órbita y cayó en el distrito de Ulytau, en Kazajstán . Una investigación determinó que la primera y la segunda etapa del cohete no se habían separado debido a un cable pirotécnico dañado. [19]
El 5 de diciembre de 2010, la etapa superior y las cargas útiles no alcanzaron la velocidad orbital debido a una sobrecarga de la etapa superior con 1500 kg de oxígeno líquido, lo que provocó la pérdida de tres satélites GLONASS que transportaba. [20]
En julio de 2013, un cohete Proton-M/DM-03 que transportaba tres satélites GLONASS falló poco después del despegue. [21] El cohete comenzó a inclinarse de izquierda a derecha a lo largo del eje vertical a los pocos segundos del lanzamiento. Los intentos del ordenador de guía de a bordo para corregir la trayectoria de vuelo fracasaron y terminaron por provocar un cabeceo irrecuperable. Las etapas superiores y la carga útil se desprendieron 24 segundos después del lanzamiento debido a las fuerzas experimentadas, seguidas de la rotura de la primera etapa y el estallido en llamas. El impacto con el suelo se produjo 30 segundos después del despegue. El informe preliminar de la investigación sobre el fallo de julio de 2013 indicó que tres de los sensores de velocidad angular de la primera etapa, responsables del control de la guiñada , se instalaron en una orientación incorrecta. Como el error afectó a los sensores redundantes, así como a los primarios, el cohete quedó sin control de la guiñada, lo que provocó el fallo. [21] Los datos de telemetría también indicaron que un cordón umbilical se había desprendido prematuramente, lo que sugiere que el Protón pudo haberse lanzado varias décimas de segundo antes, antes de que los motores alcanzaran el empuje completo.
En mayo de 2014, otro lanzamiento de Proton-M terminó en fracaso, lo que provocó la pérdida de un satélite de telecomunicaciones de Ekspress . A diferencia del accidente de 2013, este ocurrió más de nueve minutos después de iniciarse el vuelo, cuando uno de los verniers de la tercera etapa se apagó, lo que provocó la pérdida del control de actitud. Se emitió una orden de apagado y destrucción automática y los restos de las etapas superiores y la carga útil impactaron en el norte de China. Un comité de investigación concluyó que el fallo probablemente se debió a que una de las turbobombas se desprendió de su soporte, lo que rompió una línea de propulsor y provocó que el vernier perdiera empuje.
En mayo de 2015, un Proton-M con un satélite de telecomunicaciones mexicano, MexSat-1 , se perdió debido a problemas con la tercera etapa. Fuentes rusas indicaron que los problemas habían sido los mismos que con la falla de 2014. [22] Una investigación determinó que el motor vernier de la tercera etapa RD-0214 falló debido a cargas de vibración excesivas, que habían sido causadas por un desequilibrio creciente del rotor en la turbobomba y concluyó que era la misma causa de un accidente anterior en 1988. [23] [24]
En un lanzamiento de junio de 2016, uno de los cuatro motores de la segunda etapa se apagó prematuramente. El Briz-M pudo compensar el bajo rendimiento resultante de la etapa y poner en órbita el satélite Intelsat 31. A la espera de una investigación, el cohete quedó en tierra durante el resto de 2016 y la primera mitad de 2017: Proton-M en ese momento tenía previsto regresar a la plataforma de lanzamiento alrededor de junio de 2017 para poner en órbita el satélite EchoStar-21 .
El 28 de enero de 2017, el gobierno ruso anunció, como resultado de la investigación sobre el fallo del Progress MS-04 , el retiro de todos los motores Proton-M de segunda y tercera etapa producidos por la Planta Mecánica de Voronezh , incluido el desmontaje de tres cohetes Proton completados y una suspensión de vuelos de tres meses y medio. [25] La investigación encontró que se habían utilizado alternativas más baratas, incapaces de resistir altas temperaturas, en lugar de piezas del motor que contenían minerales valiosos, y que se había falsificado la documentación de producción y certificación. [26]
Proton regresó a volar el 8 de junio de 2017, un año después del vuelo anterior, el 6 de junio de 2016.
Entre los diversos fallos del Proton-M, algunos han sido causados por las etapas superiores utilizadas para permitir que el cohete envíe cargas útiles a una órbita más alta, en particular los fallos de mayo de 2014 y mayo de 2015.
Al menos cinco lanzamientos anteriores también sucumbieron a problemas con la etapa superior Briz-M: Arabsat-4A en febrero de 2006, AMC-14 en marzo de 2008, Ekspress AM4 en agosto de 2011, Telkom-3 y Ekspress MD2 en agosto de 2012 [27] y Yamal-402 en diciembre de 2012. Todas las cargas útiles quedaron inutilizables excepto Yamal-402, que pudo corregir su órbita a expensas de varios años de vida operativa, y AMC-14 , que fue vendido al gobierno de los EE. UU. después de que SES determinara que no podía completar su misión original.
Como resultado del fracaso del lanzamiento del Protón-M en julio de 2013, se emprendió una importante reorganización de la industria espacial rusa. En agosto de 2013, el gobierno creó la Corporación Unida de Cohetes y Espacio como sociedad anónima para consolidar el sector espacial ruso . El viceprimer ministro Dmitry Rogozin dijo que "el sector espacial, propenso a los fallos, está tan en problemas que necesita la supervisión del Estado para superarlos". [28] Tres días después del fracaso, el gobierno ruso había anunciado que se adoptarían "medidas extremadamente duras" que "significarían el fin de la industria espacial [rusa] tal como la conocemos". [29]
Los críticos afirman que el combustible para cohetes Proton ( dimetilhidrazina asimétrica (UDMH)) y los desechos generados por el programa espacial ruso están envenenando áreas de Rusia y Kazajstán . Los residentes afirman que después de algunos lanzamientos cae lluvia ácida . Sin embargo, Anatoly Kuzin, subdirector del Centro Espacial Estatal de Investigación y Producción Khrunichev , ha negado estas afirmaciones, diciendo: "Hemos realizado una investigación especial sobre el tema. El nivel de acidez en la atmósfera no se ve afectado por los lanzamientos de cohetes [y] no hay datos que demuestren ningún vínculo entre las enfermedades, en la ciudad de Altai y la influencia de los componentes del combustible para cohetes o la actividad espacial de cualquier tipo". [30]
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