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來源：互聯網

質子號運載火箭（俄語：Протон 英文：Proton rocket）是蘇聯研制的大型運載火箭。

1965年7月16日，代號為UR-500火箭首飛，該運載火箭被命名為質子號運載火箭。此后一直是蘇聯和俄羅斯發射能力最強的運載火箭。1996年4月，質子號將歐洲的阿斯特拉-1F衛星發射入軌，完成了第一次商業發射。2010年至2015年間，“質子”號運載火箭的事故率不斷上升，動搖俄羅斯在國際航天發射市場的地位。2014年12月15日，俄航天部門用“質子－Ｍ”運載火箭成功將“亞馬爾－401”通信衛星送入預定軌道。質子號運載火箭曾將“和平”號空間站、“曙光”國際空間站模塊送入太空。

質子號運載火箭分為二級型、三級型和四級型3種型號。后來，又推出改進版的新型“質子-K”號運載火箭，成為蘇聯時期發射地球同步衛星和幾乎所有航天器的主要運載工具。無論是三級火箭還是四級火箭，其運載能力均可互補執行多種軌道發射任務。此外，該火箭可利用多種整流罩來滿足各種發射要求。

2019年10月，俄羅斯赫魯尼切夫機器制造公司將制造最后11枚“質子”號運載火箭，完成這批生產后，俄羅斯將開始使用新型“安加拉”運載火箭。

發展沿革

研制背景

20世紀60年代初，美國、蘇聯在航天領域展開激烈競爭。當時，蘇聯急需一款大運載力火箭，能夠將更重的載荷送入空間軌道，同時，軍方也需要一種新型彈道導彈，以發射大當量核彈頭。于是蘇聯多個火箭設計局紛紛展開研制。

最初的“質子”號運載火箭是由弗拉基米爾·切洛緬領導的設計局設計的。該設計局提出的方案是由4款不同運載能力的火箭組成，其中，UR-100和UR-200火箭作為彈道導彈，UR-500火箭用于發射大型航天器，UR-700火箭用于實施登月任務，這種火箭起飛推力達到6000噸，運載能力是美國土星5號火箭的1.5倍，堪稱火箭中的“巨無霸”。然而蘇聯政府最終否定了這個方案，使它永遠停留在圖紙上。

發展歷程

研制歷程

質子號運載火箭的研制工作開始于1961年。它是蘇聯第一種不是從彈道導彈發展而來、而是新設計的運載火箭，設計和研制工作以切洛梅設計局為主進行一制造工作由赫魯尼切夫工廠負責。科羅摩夫設計局、格魯什科設計局、科斯伯格設計局和伊薩耶夫設計局等也參加了研制工作。質子號在前蘇聯的運載火箭家族中自成一個系列，屬謝爾頓代號體系中的D系列火箭。

最初的質子號運載火箭是由弗拉基米爾·切洛緬領導的設計局設計的。該設計局提出的方案是由4款不同運載能力的火箭組成，其中，UR-100和UR-200火箭作為彈道導彈，UR-500火箭用于發射大型航天器，UR-700火箭用于實施登月任務。

不過，由謝爾蓋·科羅廖夫設計局提出的方案當時被選中。該方案以R-9火箭作為彈道導彈，將N-1火箭作為月球運載工具，方案很快投入實施。遺憾的是，直到總設計師謝爾蓋·科羅廖夫去世，N-1火箭也沒有起飛，4次發射試驗均以失敗告終。就在N-1火箭研發失敗之際，美國率先實現登月。蘇聯對登月失去興趣，N-1火箭項目被迫下馬。此后，由弗拉基米爾·切洛緬主持設計的方案投入研制。

投入使用

1964年，蘇聯開始在哈薩克斯坦拜科努爾建設地面發射場。1965年，UR-500火箭的研發工作結束。次年7月16日，UR-500火箭首飛，該運載火箭被命名為“質子”號運載火箭。

1967年，質子-K火箭首飛，高50米，三級火箭共約618噸（不含載荷）。低地球軌道（LEO）運載能力為19.76噸，最高紀錄為22.776噸。

在美蘇冷戰期間，蘇聯為充分發揮其過剩的運載火箭生產能力，于1983年開始將質子號火箭推向商業發射市場。但由于冷戰的影響，以美國為首的西方國家擔心蘇聯通過發射西方衛星獲取先進的衛星技術，因此蘇聯進入商業發射服務市場的設想未能實現。

20世紀80年代中期，“質子號”第一級發動機經過改進，推力達到178噸，最大起飛推力提高到1246噸。

1986年，質子號運載火箭發射了建設“和平”號空間站的模塊，1998年至2000年，它將“曙光”國際空間站模塊送上太空。

美蘇冷戰結束后，俄羅斯國家航天預算大幅度下降，為了維持航天強國的地位，決定憑借其在航天領域的技術優勢開展國際合作。從1995年開始，俄羅斯先后與幾家西方公司達成協議。共同銷售運載火前，從而進入國際商業發射市場。

1996年4月，質子號將歐洲的阿斯特拉-1F衛星發射入軌，完成了第一次商業發射。到2007年為止，質子號已經執行了40多次商業發射任務。

2001年4月7日，質子-M火箭首飛。這款火箭在質子K的基礎上，降低了結構重量，改進了發動機，提高了運載效率。其起飛質量約705噸，高度約58.2米，近地軌道運載能力也提高到了23噸。

2006年，計劃對質子號運載火箭進行改進。加長或增大有效載荷整流罩直徑的方案已經在考慮之中，并開始研究多星串聯的運載火箭方案。另外，還在研制一種新型的液態氧/氫氣高性能的上面級。

2010年至2015年間，“質子”號運載火箭的事故率不斷上升，動搖俄羅斯在國際航天發射市場的地位。2013年7月2日，俄羅斯航天署在拜科努爾航天發射場墜毀的質子-M號運載火箭，其發動機在第17秒鐘時按“事故模式”關閉。之后火箭墜毀在航天發射場內距離發射臺約2.5公里處。地面沒有傷亡和被破壞的報告。據初步資料顯示，運載火箭發生故障的原因是第一級發動機出現故障。該火箭原先預定將三顆“格洛納斯”系統導航衛星送入軌道。

2013年12月4日，一名哈薩克斯坦國家航天局的官員稱，哈薩克斯坦將逐步減少質子運載火箭從拜科努爾航天發射場的發射，并將于2025年徹底結束使用。

2014年12月15日，俄航天部門用“質子－Ｍ”運載火箭成功將“亞馬爾－401”通信衛星送入預定軌道。此次發射是“質子”系列運載火箭自1965年投入使用以來的第400次發射，同時也是“質子－Ｍ”型火箭2014年第七次發射。

2015年5月16日，俄羅斯聯邦航天署證實，搭載一枚墨西哥通訊衛星的俄羅斯“質子－M”運載火箭當天上午發射失敗。媒體報道，這枚火箭可能墜毀在西伯利亞地區。同年9月15日，俄“質子-M”號運載火箭攜帶“快車-AM8”通訊衛星成功發射，此次發射已是“質子”號火箭在5月事故后的第二次發射。

2019年10月，俄羅斯赫魯尼切夫機器制造公司將制造最后11枚“質子”號運載火箭，完成這批生產后，俄羅斯將開始使用新型“安加拉”運載火箭。

在世界航天史上，質子號總計進行過400多次發射，對蘇聯和俄羅斯以及世界航天事業作出巨大貢獻。

名稱由來

由于第一次發射攜帶的航天器為“質子1號”科學衛星，該運載火箭被命名為“質子”號運載火箭。

主要型號

“質子”號系列運載火箭是蘇聯研制的第一種非導彈衍生的、專為航天任務設計的大型運載器。包括以下火箭：二級質子號，三級質子號，四級質子號。?

該系列共有3種型號：二級型（西方代號D型，SL-9）、三級型9D-1，SL-13）和四級型（D-1-e，SL-12）。西方將這三種火箭稱作D系列火箭。

二級型“質子號”火箭在1965年至1966年7月發射了三顆“質子號”衛星，此后即停止使用。

三級型“質子號”火箭于1968年11月16日首次發射，有效載荷為“質子-4號”衛星，此后主要用于發射“禮炮號”（САЛЮТ）、“和平號”（МИР）空間站及“晶體號”（КРИСТАЛЛ）和“量子號”（КВАНТ）空間站艙體和航天飛機模型等。

四級型“質子號”火箭于1967年3月首次發射，有效載荷為“宇宙146”。后來主要用于發射各類大型星際探測器，如“月球-15～24”、“金星-9～16”、“火星-2～7”、“探測器-4～8”、“韋加”（ВЕАГ）和“火衛”（ФОБОС）等，還用于發射地球同步軌道衛星，包括“虹”、“熒光屏”、“地平線”、“射線”和“宇宙號”系列中的軍用對地靜止衛星。此外，四級型“質子號”火箭還具有一箭三星能力，用來發射蘇聯的全球導航衛星。?

基本設計

整體設計

質子號運載火箭由第1級、第2級、第3級和上面級構成。

動力系統

第1級由一個裝有氧化劑的中央貯箱和圍繞它外側的 6個燃料貯箱組成。每個燃料貯箱底部裝有一臺單燃燒室高壓補燃液態火箭發動機，6 臺發動機能夠提供推力約為9.5MN、真空推力10.5MN。RD-0253發動機是蘇聯第1種閉環火箭發動機，采用雙組元液體推進。第2級外形采用傳統的圓柱形設計，由4臺RD-0210單燃燒室閉環可擺動液體火箭發動機提供推力。4臺發動機提供的真空推力為 2.3MN。第2級發動機無重新啟動能力，裝有推進劑利用系統，以控制燃料和氧化劑同時耗盡。通過節流閥來控制流入預燃室的流量，以調節發動機的推力。第3級由 1臺主發動機RD-0210、4 臺游動發動機、燃氣發生器和渦輪泵組成。主發動機與2級所用的是同一種發動機，采用渦輪泵輸送推進劑，在飛行中能夠提供 583kN的推力。

此外，質子號運載火箭可利用 BlockDM 和微風 M兩種上面級來執行商業發射任務。

BlockDM 上面級擁有獨特的功能，能夠執行特殊要求的任務。質子號三級運載火箭與該上面級的高性能相結合，能夠將航天器直接送入最終軌道，減少了航天器推進系統的尺寸與復雜性。BlockDM 上面級的 1lD58M 主發動機提供的真空推力為 83.5kN。

微風 M 上面級是從隆聲號 (Rokot)火箭上的微風 K 上面級改進而來，可提高有效載荷的運載能力及其自身的操作性能。微風 M 的主發動機在飛行中可多次啟動為8次，它能將航天器更精確地送入軌道。主發動機一次任務中可以進行8次的重復啟動，且裝備有重啟系統，在主點燃程序失效的情況下仍可啟動發動機。

發射系統

質子號運載火箭的綜合發射場位于哈薩克斯坦共和國的拜科努爾，距莫斯科東南部約2000千米，該綜合發射場設有航天器與運載火箭的總裝廠房和 4個發射臺。場地全年的溫度變化為一40～45℃。在拜科努爾發射場，質子號運載火箭能夠在嚴酷的環境條件下進行發射操作。該火箭可以全年發射，并且在同一個發射臺上進行兩次連續發射的間隔時間最短為 25天。在不同發射臺上，該火箭的發射頻率能夠達到 4次／月，并且長期保持著 12次／年的發射頻率。

控制系統

在質子號 K運載火箭的第1級、第 2級與第 3級工作期間，主要由火箭第3級內的三冗余閉環模擬電子系統 (利用分布式慣性基準平臺裝置采集數據 )執行制導、導航與控制 (GNC)。如果運載火箭在上升段出現重大故障，這套系統將發出飛行終止指令。

質子號 M 火箭行控制系統采用了基于現代航空電子技術的數字飛行控制系統。該數字飛行控制系統取代了質子號 K火箭上的模擬飛行控制硬件。另外，在運載火箭的傾斜剖面和其他參數方面，能夠大幅度地提高上升段設計的靈活性。自主慣性控制系統采用了一個精密的三軸陀螺穩定器和一個三通道表決箭載數字計算機。數字控制計算機安裝在質子號M運載火箭的第 3級并且對第 1級、第 2級、第 3級的飛行進行控制。