質子火箭

質子火箭

“質子”號系列運載火箭從20世紀60年代中期以來一直是蘇聯及其航天力量的繼承者俄羅斯在發射大型太空飛行器時的主要運載工具。由於N1探月火箭的研製失敗和對“能源號”運載火箭的棄用,“質子號”火箭實際上成為俄羅斯現在擁有的發射能力最強的運載火箭。“質子號”系列運載火箭分為二級型、三級型和四級型3種型號,分別為UR500(基礎型“質子號”火箭)、“質子K”(UR500K)、“質子K/D”組級和“質子K/DM”組級(UR500K-L1,UR500K-L1P)。後來又對“質子號”進行了改進就變成了“質子M”(包括“質子KM”),二、三、四級型火箭,均在服役

主要參數

總發射次數:414 (截止2018年4月)

成功次數:368(截止2018年4月)

失敗次數:46(截止2018年4月)

首次發射質子號::1965年7月16日

質子號K型::1967年3月10日

質子號M型::2001年4月7日

著名載荷:禮炮6號、禮炮7號、和平號太空站、國際太空站組件等

第一級

發動機:6台RD-275

推力:12,470 千牛頓 (2.1百萬磅力)

推進時間:136秒

燃料:四氧化二氮/偏二甲肼

第二級

發動機:3台RD-0210與1台RD-0211

推力:2,452千牛頓

推進時間:218秒

燃料:四氧化二氮/偏二甲肼

第三級

發動機:RD-0212

推力:630 千牛頓

推進時間

燃料 四氧化二氮/偏二甲肼

第四級(Block-D/DM )

發動機:RD-58M

推力:83.4千牛頓

比沖:326秒

推進時間:3000秒

燃料:液態氧/煤油

研發原因

在美蘇登月競賽時期,質子號承擔了將大多數月球號無人探測器送上月球的任務。質子號也預定參加蘇聯載人登月計畫。當時蘇聯平行開展了兩個計畫:科羅廖夫主導的使用N-1的太空人登月計畫,和切洛勉主導的使用質子號的載人環月飛行計畫。但在一次內部論證會之後,切洛勉的計畫被擱置。在N-1開發失敗而美國人率先實現登月之後,蘇聯政府對登月失去了興趣。雖然還是用質子號發射了幾艘“探測器”號飛船進行了繞月飛行,但所攜帶的只是動物而已。

研製歷程

最初的“質子號”火箭是在1961年—1965年間研製成功的,總設計師是OKB-52設計局的負責人切洛勉與科羅廖夫之間存在激烈競爭。為了爭奪給蘇軍開發新式洲際飛彈的任務,切洛勉向蘇聯領導人赫魯雪夫提出了一個龐大的計畫,該計畫要研製三種火箭:UR100,UR200和UR500,彼此之間存在繼承關係。UR500就是在UR200(北約代號SS-10“瘦子”)基礎上研發的,當時打算把它設計成射程12000公里的洲際飛彈。1962年4月,這個計畫獲得批准。但是,由於在與競爭對手的比試中表現不佳,這些飛彈中最後只有UR100(北約代號SS-11“美洲百合”)進入軍隊服役。UR200項目在1964年下馬,UR500則被保留下來,最終成為蘇聯的主力運載火箭。

質子號主要發展型號 質子號主要發展型號

UR500最早的一個設計方案是直接用4枚UR200捆綁在一起。UR500的設計,除了OKB-52以外,各分系統的負責單位還包括格魯什科的OKB-456(負責發動機)和皮柳金的NII-885(負責控制系統)。整個開發工作於1965年完成,當年7月16日火箭進行了首飛。由於火箭第一次發射時攜帶的載荷為“質子1號”科學衛星,該火箭得名為“質子號”運載火箭。1966年這種火箭被停止使用。基礎兩級型的“質子號”運載火箭全長44.3米,起飛質量650噸,近地軌道運載能力為10.5噸

UR-700、UR-700M和UR-900火箭

在切洛勉的UR500(即兩級型“質子號”)基礎上發展三級火箭的計畫在1964年就已經決定了。當時為這種新火箭安排的任務是發射“金剛石”軍用空間站(其中實際發射成功的都被編進了“禮炮號”的編號序列)和LK-1載人環月飛船(此飛船後來被取消)。但火箭的發展出了一些問題,主要是可靠性一直達不到要求。第一枚帶有第三級的“質子號”於1967年3月10日發射,但這是一枚帶有“D組級”上面級的四級火箭;不帶上面級的“質子K”於1968年11月16日首次發射,將“質子4號”科學衛星(重達16噸)送入太空。20世紀80年代末,蘇聯曾利用“質子K”將8個空間站(“禮炮1號”~“禮炮7號”,“和平號”)送入軌道。其次,“質子K”還發射了TKS空間艙系列,包括“宇宙929”,“宇宙1267”,“宇宙1443”,“宇宙1686”(這些艙段通常是對接到“禮炮號”空間站上作為後者的組件)。國際空間站的“曙光號”功能貨艙和“星辰號”服務艙也是由“質子K”發射。“質子K”火箭全長50米,發射質量713.81噸,近地軌道運載能力為21.76噸。

質子火箭 質子火箭

1969年,前蘇聯開始Aelita項目,計畫用最好的方法實現載人登入火星,從而戰勝美國。為此切洛勉團隊設計了MK-700火星飛船,此飛船極其巨大。UR-700M火箭就孕育而生,UR-700M火箭發射重量達到16,000噸,能將750噸的載荷送入軌道,但是,此項目於1972年被取消。UR-700M火箭有8枚助推火箭,高為35米,直徑為9米。每一枚助推火箭有4台RLA-600發動機,燃料為煤油/液氧,燃燒時間為115秒。32台發動機能產生204,027kN的推力。第一級有6台RLA-600發動機,直徑為12.5米,高30米,能產生38,255千牛的推力,燃燒時間為200秒。第二級直徑為12.5米,採用6台NK-15VM,燃料為液氫/液氧,比沖達到455秒,燃燒時間為670秒。UR-700M火箭總高度達到175米,底部直徑達到31米,發射重量為16,000噸,能將750噸的MK-700火星飛船送入低地球軌道。

其次切洛勉還看中了UR-900,助推級為12台RD-270發動機,第一級為3台RD-270發動級,起飛時一起點火,起飛時能產生100,910千牛的推力,第二級為3台RD-254發動機,200千米的低軌道運載能力為240噸。

“質子K/D”組級的設計工作始於美蘇登月競賽時期,其最初目的就是向月球發射探測器和載人宇宙飛船。火箭的主要設計思想是,在三級型“質子號”(“質子K”)基礎上加入一個上面級。該上面級稱為“D組級”,是“質子號”火箭使用的第一種上面級。但它本來是給與科羅廖夫的N1火箭配套的登月飛船設計的。D組級的特點是沒有導航設備,其導航功能必須由載荷艙內的太空飛行器自己提供。將“質子號”(UR500)發展為三級火箭的工作在1964年就開始了,主要由於赫魯雪夫(“質子”號總設計師切洛勉的政治保護人)下台,進展有些緩慢。1965年,由切洛勉主導的使用LK-1飛船的登月計畫被科羅廖夫的N1/L1淘汰了。1967年第一種擁有第三級的“質子號”發射時,使用了D組級上面級,因此實際是四級火箭,而純粹的三級火箭在1968年才第一次發射。

基礎型“質子K/D”組級在1975年停止使用,其間共發射39次,失敗15次,發射成功率只有61.5%。由“質子K/D”組級發射成功的太空飛行器有“探測器4號”—“探測器8號”無人飛船,“月球15號”—“月球23號”月球探測器,“火星2號”—“火星7號”火星探測器,“金星9號”—“金星10號”金星探測器。對D組級加以改進獲得了兩種衍生的上面級,D1組級和D2組級,所對應的火箭稱為“質子K/D1”組級(8K82K/11S824M)和“質子K/D2”組級(8K82K/11S824F)。D1組級和D2組級使用RD-58M發動機,擁有更大的推力。但是,這兩種上面級仍然沒有導航能力。

質子火箭 質子火箭

“質子K/D-1”組級於1976年8月9日首飛,發射了“月球24號”探測器。此後又發射了“金星11號”—“金星16號”、“織女星1號”和“織女星2號”(用於探測金星和哈雷彗星),1989年發射石榴石高能天體物理實驗衛星後退役。“質子K/D-2”組級只發射了三次,其中失敗一次。它成功地將“福波斯1號”和“福波斯2號”火星-火衛一探測器送入太空。失敗的那次則是在1996年發射“火星96”探測器,結果載荷在太平洋上空墜落。“質子K/D”火箭全長55.4米,發射質量691.5噸,月球轉移軌道運載能力為5.39噸。

“質子K/DM”組級的主要特點是使用了被稱為“DM組級”的上面級,這種上面級使蘇聯人第一次獲得了將人造衛星送入地球靜止軌道的能力(由於拜科努爾發射場的位置太靠北,蘇聯向赤道上空發射衛星是很困難的)。DM組級是在原有的上面級D組級的基礎上開發的(D組級只能發射深空探測器),於1974年第一次投入使用。“質子K/DM”組級火箭於1974年3月26日第一次發射,將“宇宙637號”衛星(蘇聯的第一顆地球同步軌道通信衛星)送入軌道。改進後的火箭在1990年停止使用,共發射了66次,其中6次失敗。

DM組級又發展出若干個型號:DM-2組級(1982年)、DM1組級(1996年)、DM-2M組級(1994年)、DM3組級(1996年)、DM4組級(1997年)、DM-5組級(1997年)。“質子K/DM-2”組級於1982年10月12日第一次發射,載荷是一顆格洛納斯導航衛星(“宇宙1413”)。“質子K/DM-5”組級於1997年6月6日第一次發射,載荷為“宇宙2344”軍事偵察衛星。“質子K/DM”火箭全長57.2米,發射質量691.272噸,地球同步轉移軌道運載能力為4.93噸,地球靜止軌道運載能力為1.88噸。

冷戰結束後,俄羅斯新研製了一種四級型“質子號”火箭,即“質子M”(有時使用未改進的“質子K”或“質子KM”箭體搭配“微風M”而形成的四級火箭)。它與“質子K/DM”組級的主要區別是使用了更為先進的“微風M”上面級,因此火箭也被叫做“質子M/微風M”。這種新上面級在1999年首次進行了飛行,當時前三級使用的是原有的“質子K”箭體;這樣組成的火箭被稱為“質子K/微風M”或“質子KM”。“質子KM”可能只是代用品,因為不久就對火箭的前幾級進行了改進,使用了與以前完全不同的箭體結構(可能主要是減輕了前三級的質量)。總共只有70%的技術是從以前的“質子號”中繼承的。換用新箭體的火箭在2001年4月7日首次發射,將一顆銀幕M通信衛星送入軌道。這種火箭是俄羅斯從事國際商業發射服務的主力。“質子M/微風M”全長53米,發射質量712.8噸,低軌道運載能力為22噸,地球同步轉移軌道運載能力為5.5噸。到2010年1月20日,“質子M/微風M”總共發射34次,其中發射失敗1次,部分失敗2次。

蘇聯解體後,俄羅斯將“質子號”火箭投入國際市場,結果十分受客戶青睞。1996年4月,“質子號”運載火箭將歐洲的“阿斯特拉1F”衛星發射入軌,完成了第一次商業發射。到2010年1月20日為止,“質子號”已經執行了108次商業發射任務。目前“聯盟號”和“質子號”火箭發射的次數最多,2009年,分別為11次和10次。但是“質子號”火箭更為突出的問題是其使用的液體推進劑偏二甲肼/四氧化二氮有毒,一旦發射失敗,泄漏的推進劑可能對環境造成污染。俄羅斯經常因火箭在發射後墜毀而與發射場地的所在國哈薩克斯坦進行交涉。近幾年來,如果“質子號”發射失敗,哈薩克斯坦就會禁止在拜科努爾發射這種火箭,直到問題解決為止。

主要型號

UR500(基礎型質子號火箭)

1965年7月16日,UR500執行了第一次發射任務,將質子一號科學考察衛星送入太空,火箭也從此而得名質子號。美國對這種火箭的代號是“SL-9”,美國國會則稱其為“D”。兩級型質子號的運載效率不高,因此很快被停止使用。

質子-K(UR500K)

質子K/D 質子K/D

在UR500基礎上加入第三級後,蘇聯人得到了運載能力更為強大的、 三級狀態的質子-K火箭(UR500K;美國國防部:SL-13,謝爾頓命名法:D-1)。帶有第三級的質子號在1967年3月10日首次發射(當時使用了D組級上面級,實際構成了四級火箭:質子-K/D組級),將宇宙-146(一顆月球探測器)送入太空。1968年,不帶上面級的質子-K首次發射。在1970年代初至1980年代末,蘇聯曾利用不帶上面級的質子-K將8個空間站送入軌道。國際空間站的兩個主要組件曙光號功能貨艙和星辰號服務艙也是用質子-K發射的。

質子K/D (UR-500K-L1)

火箭圖 火箭圖

在質子-K上再加入一個上面級,就形成了UR500K-L1運載火箭, 即四級狀態的質子號火箭(美國國防部:SL-12,謝爾頓命名法:D-1-e)。蘇聯時代的質子號所使用的上面級主要有兩種:D組級或DM組級(D組級的發展型號,1974年開始使用),所構成的火箭分別稱為質子-K/D組級和質子-K/DM組級。這兩種火箭是蘇聯發射大型地球靜止衛星和深空探測器的主力。從1967年開始,四級型質子號向月球、金星和火星發射了多個探測器,並且在流產的蘇聯登月計畫中被選為發射載人環月飛船的運載工具。

質子-M(包括質子-KM)

質子M 質子M

運載能力冷戰結束後,俄羅斯新研製了一種四級型質子號火箭, 即質子-M(有時使用未改進的質子-K箭體搭配和風-M的四級火箭質子-KM也被歸入其中)。它與質子-K/DM組級的主要區別是使用了更為先進的和風-M上面級,因此火箭也被叫做質子-M/和風-M。和風-M上面級具有兩次點火的能力,它可以將重型衛星直接送入地球同步軌道(以前的質子號通常是將衛星發射到地球同步轉移軌道)。質子-M在2001年首次發射,將一顆銀幕-M通信衛星送入軌道。

發射任務

前期發射

次數日期型號代號發射台結果載荷軌道備註
11965年7月16日質子號運載火箭8K82107207-01拜科努爾太空發射場 81/23成功質子-1衛星(N-4衛星#2)低地軌道8K82首次發射。
21965年11月2日質子號運載火箭8K82UR500-209同上成功質子-2衛星(N-4衛星#2)低地軌道粒子研究。
31966年3月24日質子號運載火箭8K82UR500-211同上失敗質子-3衛星(N-4衛星#3)低地軌道粒子研究,第二節並未點燃,未到達預定軌道。
41966年7月6日質子號運載火箭8K82UR500-212同上成功質子-4衛星(N-4衛星#4)低地軌道粒子研究,最後一次質子號運載火箭8K82發射。
51967年3月10日質子-K運載火箭8K82K/11S824UR500-212同上成功宇宙146衛星(聯合號7K-L1衛星#2P)高橢圓軌道太空船測試,首次使用上面節。
61967年4月8日質子-K/D火箭 8K82K/11S824228-01同上失敗宇宙斯菊154衛星高橢圓軌道、低地軌道(最後到達)因為電機組件損毀,導致第四節未能分離。
71967年9月27日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824229-01同上失敗聯合號7K-L1衛星#4L)高橢圓軌道太空船測試,第一節發動機失敗,未能到達軌道。
81967年11月22日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824230-01同上失敗聯合號7K-L1衛星#5L)高橢圓軌道第二節發動機失敗,未能到達軌道。
91968年3月2日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824231-01同上成功聯合號7K-L1衛星#6L)高橢圓軌道太空船測試,太空船最後失敗。
101968年4月22日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824232-01同上失敗聯合號7K-L1衛星#7L)高橢圓軌道太空船測試,第二節發動機提早停止。
111968年9月14日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824234-01同上成功聯合號7K-L1衛星#9L)高橢圓軌道
121968年11月10日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824235-01同上成功聯合號7K-L1衛星#12L)高橢圓軌道太空船測試,太空船最後失敗。
131968年11月16日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824236-01同上成功質子-4衛星 ((N-6衛星#1))低地軌道首次質子-K運載火箭無上面節。
141969年1月20日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824237-01同上失敗聯合號7K-L1衛星#13L)高橢圓軌道太空船測試,第二節發動機失效
151969年2月19日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824239-01同上失敗Luna E-8 #201 (月球步行者)高橢圓軌道月球登入,第一節發動機失效。
161969年3月27日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824240-01同上失敗Mars 1969A (Mars-2M #521)高橢圓軌道火星軌道環繞,第三節發動機失效。
171969年4月2日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824233-01同上失敗Mars 1969B (Mars-2M #522)高橢圓軌道火星軌道環繞,第一節發動機失效。
181969年6月14日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824238-01同上失敗Luna E-8-5 #402 (月球步行者)高橢圓軌道月球樣本採集,上面節發動機未點燃。
191969年7月13日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824242-01同上成功Luna E-8-5 #401 (月球步行者)高橢圓軌道月球樣本採集,太空船發射後不久失效。
201969年8月7日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824243-01同上成功聯合號7K-L1衛星#11)高橢圓軌道太空船測試。
211969年9月23日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824244-01同上成功宇宙300號衛星高橢圓軌道、低地軌道月球樣本採集,上面節的氧化劑外漏。
221969年10月22日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824241-01同上成功宇宙305號衛星高橢圓軌道、低地軌道月球樣本採集,上面節控設施無作用。
231969年11月28日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824245-01同上失敗聯合號7K-L1E衛星#1中地球軌道第一節發動機即失敗。
241970年2月6日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824247-01同上失敗Luna E-8-5 #405 (月球步行者)高橢圓軌道月球樣本採集,未到達軌道。
251970年8月18日質子-K運載火箭 8K82K/11S824246-01同上成功82-EV亞軌道飛行測試發射,測試高失敗的質子號運載火箭。
261970年9月12日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824248-01同上成功月球16號 Luna E-8-5 #406高橢圓軌道月球樣本採集。
271970年10月20日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824250-01同上成功ZOND-8 聯合號7K-L1E衛星#14高橢圓軌道太空船測試。
281970年11月10日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824251-01同上成功月球17號 Luna E-8 #203高橢圓軌道測試月球車1號。
291970年12月2日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824252-01同上成功宇宙382號衛星 聯合號7K-L1E衛星#2K中地球軌道測試發射,測試Block D上面節。
301971年4月19日質子-K運載火箭 8K82K/11S824254-01同上成功禮炮1號低地球軌道太空站
311971年5月10日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824253-01同上失敗宇宙419號衛星 (火星-3MS #170)高橢圓軌道
低地球軌道(最後到達)
火星軌道,上面節未點燃,時間計算設計失當。
321971年5月19日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824255-01同上成功火星2號 (火星-4M #171)高橢圓軌道火星軌道。
331971年5月28日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824249-01同上成功火星3號 (火星-4M #172)高橢圓軌道)火星軌道。
341971年9月2日質子-K/D組級運載火箭 8K82K/11S824256-01同上成功月球18號 Luna E-8-5 #207高橢圓軌道月球樣本采級,發射不久後酬載物失敗。

發射匯總

2001至2014年發射匯總
時間發射次數失敗次數成功率
200160100%
20029188.8%
200350100%
200480100%
200580100%
20066183.3%
20077185.7%
200810190%
2009100100%
201012194%
20119193.3%
201211281.8%
201310190%
20144175%
201540100%
201630100%
20179190%
201810100%

失敗任務

“質子-M”發射失敗後爆炸

台北時間2013年7月2日上午,載有3顆“格洛納斯-M”導航衛星的一枚俄羅斯“質子-M”火箭,在哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場升空後,隨即傾斜下墜、觸地爆炸。

質子-M火箭墜毀照片 質子-M火箭墜毀照片

俄航天署發布的訊息說,該機構已成立由副署長洛帕金領導的調查委員會,分析發射失敗的原因。據發射現場人士介紹,這枚“質子-M”火箭在點火後剛剛離開發射台時便嚴重傾斜,隨即箭體倒下,觸地爆炸,其碎片散落在發射台附近。

另據俄航天署人士透露,此次發射的3顆格洛納斯衛星都是最新的一代,其在軌有效工作時間可長達7年。

據新華社莫斯科7月2日電,俄羅斯聯邦航天署2日在官方網站上發布聲明說,當天早晨發生的“質子-M”火箭墜落爆炸事故是發動機故障所導致。

俄航天署在聲明中說:“在火箭升空17秒後,其發動機意外關閉,導致火箭墜落在距發射台約2.5公里的發射場境內。”

俄航天署還說,火箭發射台沒有遭到破壞,發射場工作人員沒有受傷。據初步估計,火箭墜落地點也沒有人員傷亡和設施損壞。

2013年7月5日據俄新網報導,俄羅斯航天署署長弗拉基米爾·波波夫金5日表示,在拜科努爾航天發射場墜毀的“質子-M”運載火箭的發射略早於計畫時間,不過這不是事故原因。

他說:“周二墜毀的‘質子-M'運載火箭發射比計畫時間提前4秒鐘,這可以肯定,不過這不是事故原因,目前委員會還沒有確定準確原因。”他說,可以“肯定的說,火箭提前4秒鐘離開發射台,當時(火箭)發動機還沒有進入狀態,火箭燃燒室的壓力當時是90個大氣壓,而不是150個大氣壓。”

事故發生後,俄羅斯聯邦航天署表示,該機構已經成立以航天署副署長亞歷山大·洛帕金為首的調查委員會,著手調查發射失敗原因。

俄羅斯一“質子-M”號運載火箭在大氣層中爆炸

據俄羅斯《報紙報》援引俄通社-塔斯社2014年5月16日訊息,俄羅斯一攜帶“快車-AM4R”衛星的“質子-M”號運載火箭在大氣層中爆炸。

據俄聯邦航天局發言人稱,該“質子-M”號運載火箭攜帶“快車- AM4R”衛星從拜科努爾航天發射場發射。火箭在升至距地面161米處時偏離軌道,其第三級發動機出現故障,最終導致“質子-M”號運載火箭在大氣層中爆炸。

該發言人稱:“火箭的一些小碎片可能會墜落到地球上,具體墜落區域還未能確定。”

也有訊息稱,“質子-M”運載火箭與“快車-AM4R”碎片衛星可能落在俄阿爾泰地區或太平洋水域。

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