El Proton-M , (Протон-М) índice GRAU 8K82M o 8K82KM , es un vehículo de lanzamiento ruso de carga pesada prescindible derivado del Proton desarrollado por los soviéticos . Fue construido por Khrunichev y lanzado desde los sitios 81 y 200 en el cosmódromo de Baikonur en Kazajstán . Los lanzamientos comerciales son comercializados por International Launch Services (ILS) y generalmente utilizan el Sitio 200/39. El primer lanzamiento de Proton-M se produjo el 7 de abril de 2001. [9]
Proton realizó su misión más reciente el 12 de marzo de 2023. En agosto de 2020, varias misiones de Roscosmos y otras misiones del gobierno ruso permanecen en el manifiesto de lanzamiento de Proton.
El vehículo de lanzamiento Proton-M consta de tres etapas; todos ellos propulsados por motores de cohetes líquidos que utilizan la combinación propulsora hipergólica de tetróxido de dinitrógeno como oxidante y dimetilhidrazina asimétrica como combustible.
La primera etapa es única porque consta de 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 neutral, proporcionando un control total del vector de empuje . La razón de este diseño es la logística: el diámetro de los tanques de oxidante y de las dos etapas siguientes es el máximo que se puede entregar por ferrocarril a Baikonur. Sin embargo, dentro de Baikonur la pila completamente montada se transporta nuevamente por ferrocarril, ya que tiene suficiente espacio libre.
La segunda etapa utiliza un diseño cilíndrico convencional. Está propulsado por tres motores RD-0210 y un motor RD-0211 . El RD-0211 es una versión del RD-0210 modificado con un intercambiador de calor utilizado para presurizar los tanques de propulsor. La segunda etapa está unida a la primera etapa a través de una red en lugar de una etapa intermedia cerrada, para permitir que el escape escape porque la segunda etapa comienza a disparar segundos antes de la separación. Esto, conocido como " puesta en escena en caliente ", elimina la necesidad de propulsores de espacio libre en la segunda etapa. El control del vector de empuje lo proporciona 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 boquillas utilizado para el control del vector de empuje. Las boquillas del RD-0214 pueden girar hasta 45,0°; se colocan alrededor (con cierta separación) y moderadamente por encima de la boquilla del RD-0213.
El Proton-M presenta modificaciones en las etapas inferiores para reducir la masa estructural, aumentar el empuje y utilizar más propulsor. En la primera etapa se utiliza un sistema de guía de circuito cerrado, que permite un consumo más completo de propulsor. Esto aumenta ligeramente el rendimiento del cohete en comparación con las variantes anteriores y reduce la cantidad de productos químicos tóxicos que quedan en la etapa cuando impacta hacia abajo. Puede colocar hasta 21.000 kilogramos (46.000 libras) en la órbita terrestre baja . Con una etapa superior, puede colocar una carga útil de 3000 kg en una órbita geoestacionaria (GEO) o una carga útil de 5500 kg en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO). También se hicieron esfuerzos para reducir la dependencia de proveedores extranjeros de componentes.
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 utilizaron el Blok DM-03 . [10] A partir de 2023, solo se ha realizado un 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 lanzamiento número 16 de Proton-M/Briz-M y el lanzamiento número 41 de 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, incluidas paredes más delgadas del tanque de combustible en la primera etapa y el uso de materiales compuestos en todas las demás etapas. El segundo lanzamiento de esta variante se produjo el 18 de agosto de 2008 y se utilizó para poner en órbita el Inmarsat 4 F3 . El Proton-M básico se retiró en noviembre de 2007, a favor de la variante mejorada.
Frank McKenna, CEO de ILS, ha indicado que en 2010 el diseño Fase III Proton se convertiría en la configuración estándar de ILS, con capacidad para elevar 6150 kg a GTO. [14]
El 19 de octubre de 2011, el Proton-M/Briz-M Phase III elevó el ViaSat-1, que pesaba 6740 kg, a GTO. [15]
Proton Light y Proton Medium fueron dos variantes propuestas con una menor capacidad de carga útil a un precio reducido. Proton Light, propuesto originalmente para fines de 2016, se canceló en 2017 [ cita necesaria ] y Proton Medium se puso 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 geoestacionarios. Órbita de Transferencia (GTO). [17] Las variantes se planificaron 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 se planificó 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 el de Ariane y SpaceX. Los vuelos inaugurales previstos fueron en 2018 para Proton Medium y en 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 Proton Medium levantara 5000 kg en un GTO similar, mientras que Proton Light tenía una capacidad nominal de 3600 kg. La gama de carga útil de 3000 a 5000 kg incluye satélites híbridos y totalmente eléctricos que utilizan propulsores de iones para abrirse camino 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 segunda etapa y el carenado de carga útil chocan en los lugares designados para el accidente; la tercera etapa se estrella contra el océano. Después de que la tercera etapa se separa, la unidad orbital avanza por inercia durante un breve período, luego 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 la misión 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, las maniobras finales las realiza la carga útil en su propio sistema de propulsión.
Hasta el 21 de julio de 2021 [actualizar], se habían producido 112 lanzamientos de Proton-M, de los cuales 11 fallaron o fallaron parcialmente, lo que arroja una tasa de éxito del 90%. Cuatro de estas fallas fueron el resultado de problemas con el propio Proton-M, seis fueron causadas por un mal funcionamiento de la etapa superior del Briz-M y dejaron la carga en una órbita inútil (aunque en dos casos los satélites pudieron maniobrar para corregir la órbita bajo su propia propulsión), y uno fue el resultado de una etapa superior Blok DM-03 con combustible incorrecto, dejando 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 alcanzar la órbita y cayó en el distrito de Ulytau de Kazajstán . Una investigación determinó que la primera y 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 lograron alcanzar la velocidad orbital debido a la 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 Proton-M/DM-03 que transportaba tres satélites GLONASS falló poco después del despegue. [21] El propulsor comenzó a inclinarse hacia la izquierda y hacia la derecha a lo largo del eje vertical a los pocos segundos del lanzamiento. Los intentos del ordenador de guiado a bordo de corregir la trayectoria de vuelo fracasaron y acabaron provocando un cabeceo irrecuperable. Las etapas superiores y la carga útil fueron retiradas 24 segundos después del lanzamiento debido a las fuerzas experimentadas, seguido de la primera etapa que se rompió y estalló en llamas. El impacto con el suelo se produjo 30 segundos después del despegue. El informe preliminar de la investigación sobre la falla de julio de 2013 indicó que tres de los sensores de velocidad angular de la primera etapa, responsables del control de guiñada , estaban instalados en una orientación incorrecta. Como el error afectó tanto a los sensores redundantes como a los primarios, el cohete quedó sin control de guiñada, lo que provocó la falla. [21] Los datos de telemetría también indicaron que una almohadilla umbilical se había desprendido prematuramente, lo que sugiere que el Proton pudo haber lanzado varias décimas de segundo antes, antes de que los motores alcanzaran su máxima potencia.
En mayo de 2014, otro lanzamiento de Proton-M fracasó, lo que provocó la pérdida de un satélite de telecomunicaciones Ekspress . A diferencia del accidente de 2013, esto ocurrió después de nueve minutos de vuelo cuando uno de los verniers de la tercera etapa se apagó, provocando la pérdida de control de actitud. Se emitió una orden automática de apagado y destrucción y los restos de las etapas superiores y la carga útil impactaron en el norte de China. Un comité de investigación concluyó que lo más probable es que la falla se debiera a que una de las turbobombas se rompió su soporte, rompiendo una línea de propulsor y provocando que el vernier perdiera empuje.
En mayo de 2015, un Protón-M con un satélite de telecomunicaciones mexicano, MexSat-1 , se perdió por problemas con la tercera etapa. Fuentes rusas indicaron que los problemas habían sido los mismos que con el fracaso de 2014. [22] Una investigación determinó que el motor vernier de 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 en 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 colocar el satélite Intelsat 31 en la órbita prevista. A la espera de una investigación, el cohete estuvo en tierra durante el resto de 2016 y la primera mitad de 2017: Proton-M en ese momento planeaba 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 , la retirada de todos los motores Proton-M de segunda y tercera etapa producidos por la planta mecánica de Vorónezh , incluido el desmontaje de tres completados. Cohetes de protones y suspensión de vuelos durante tres meses y medio. [25] La investigación descubrió que se habían utilizado alternativas más baratas, incapaces de resistir las altas temperaturas, en lugar de piezas de motor que contenían minerales valiosos, y que se había falsificado la documentación de producción y certificación. [26]
Proton volvió a volar el 8 de junio de 2017, un año después del vuelo anterior el 6 de junio de 2016.
Entre las diversas fallas del Proton-M, algunas han sido causadas por las etapas superiores utilizadas para permitir que el cohete entregue cargas útiles a una órbita más alta, en particular las fallas 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 costa de varios años de vida operativa, y AMC-14 , que fue vendido al gobierno de 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. La United Rocket and Space Corporation fue creada como una sociedad anónima por el gobierno en agosto de 2013 para consolidar el sector espacial ruso . El viceprimer ministro Dmitry Rogozin afirmó que "el sector espacial, propenso a fracasar, está tan perturbado que necesita supervisión estatal para superar sus problemas". [28] Tres días después del fracaso, el gobierno ruso había anunciado que se tomarían "medidas extremadamente duras" "y 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 creados por el programa espacial ruso están envenenando áreas de Rusia y Kazajstán . Los vecinos afirman que después de algunos lanzamientos cae lluvia ácida . Anatoly Kuzin, subdirector del Centro Estatal de Investigación y Producción Espacial de Khrunichev , negó sin embargo estas afirmaciones, afirmando: "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] allí "No hay datos que demuestren ningún vínculo entre las enfermedades en la ciudad de Altai y la influencia de los componentes del combustible de cohetes o la actividad espacial de cualquier tipo". [30]
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