Il veicolo di lancio Proton-M consiste in tre stadi; tutti alimentati da motori a razzo liquidi che usano una combinazione di propellente ipergolico di tetrossido di dinitrogeno come ossidante, e dimetilidrazina asimmetrica come combustibile.
Il primo stadio è unico in quanto consiste in un serbatoio centrale cilindrico di ossidante con lo stesso diametro degli altri due stadi con sei serbatoi di carburante attaccati alla sua circonferenza, ognuno dei quali porta un motore. I motori in questo stadio possono ruotare tangenzialmente fino a 7,0° dalla posizione neutrale, fornendo un controllo completo del vettore di spinta. La logica di questo design è logistica: il diametro dei serbatoi di ossido e dei due stadi successivi è il massimo che può essere consegnato per ferrovia a Baikonur. Tuttavia, all’interno di Baikonur la pila completamente assemblata viene trasportata di nuovo su rotaia, poiché ha abbastanza spazio libero.
Il secondo stadio utilizza un design cilindrico convenzionale. È alimentato da tre motori RD-0210 e un motore RD-0211. L’RD-0211 è una versione modificata dell’RD-0210 usato per pressurizzare i serbatoi di propellente. Il secondo stadio è unito al primo stadio attraverso una rete invece di un interstadio chiuso, per permettere allo scarico di uscire perché il secondo stadio inizia a sparare pochi secondi prima della separazione. Il controllo del vettore di spinta è fornito dal gimballing del motore.
Il terzo stadio è anch’esso di forma cilindrica convenzionale. Contiene il sistema avionico che controlla i primi due stadi. Utilizza un RD-0213 che è una versione fissa (non cardanica) dell’RD-0210, e un RD-0214 che è un motore verniero a quattro ugelli usato per il controllo del vettore di spinta. Gli ugelli dell’RD-0214 possono ruotare fino a 45,0°; sono posizionati intorno (con una certa separazione) e moderatamente al di sopra dell’ugello dell’RD-0213.
Il Proton-M presenta modifiche agli stadi inferiori per ridurre la massa strutturale, aumentare la spinta e utilizzare più propellente (meno ne rimane inutilizzato nei serbatoi). Un sistema di guida a circuito chiuso è utilizzato sul primo stadio, che permette un consumo più completo del propellente. Questo aumenta leggermente le prestazioni del razzo rispetto alle varianti precedenti, e riduce la quantità di sostanze chimiche tossiche che rimangono nello stadio quando impatta a terra. Può mettere fino a 21.000 chilogrammi (46.000 lb) nell’orbita terrestre bassa. Con uno stadio superiore, può mettere un carico utile di 3000 kg in orbita geostazionaria (GEO), o un carico utile di 5500 kg in orbita di trasferimento geostazionario (GTO). Gli sforzi sono stati fatti anche per ridurre la dipendenza dai fornitori stranieri di componenti.
Stadio superioreModifica
La maggior parte dei lanci di Proton-M hanno usato uno stadio superiore Briz-M per spingere il veicolo spaziale in un’orbita più alta. Sono stati effettuati anche lanci con stadi superiori Blok-DM: sei lanci sono stati effettuati con lo stadio superiore Blok DM-02 che trasportava veicoli spaziali GLONASS, mentre altri due lanci GLONASS hanno utilizzato il Blok DM-03. Il DM-03 sarà utilizzato per un totale di cinque lanci; un ulteriore lancio GLONASS è previsto insieme a due lanci di satelliti Ekspress. A partire dal 2013, nessun lancio di Proton-M è stato effettuato senza uno stadio superiore. Tuttavia, questa configurazione è manifestata per lanciare il Nauka (modulo ISS) e il braccio robotico europeo (ERA) della Stazione Spaziale Internazionale, attualmente previsto per essere lanciato insieme nel luglio 2021.
Carenatura del carico utileModifica
I lanci commerciali condotti da ILS utilizzano due tipi di carenature:
- PLF-BR-13305 a corto raggio.
- PLF-BR-15255 long faring.
Entrambe le carenature hanno un diametro di 4,35 metri.
Proton-M Enhanced (M+)Edit
Il 7 luglio 2007, International Launch Services ha lanciato il primo razzo Proton-M Enhanced (chiamato anche M+), che ha portato in orbita il satellite DirecTV-10. Questo è stato il 326° lancio di un Proton, il 16° lancio di Proton-M/Briz-M e il 41° lancio di Proton condotto da ILS. È dotato di motori del primo stadio più efficienti, avionica aggiornata, serbatoi di carburante più leggeri e motori vernier più potenti sullo stadio superiore Briz-M, e riduzione della massa in tutto il razzo, comprese le pareti del serbatoio di carburante più sottili sul primo stadio, e l’uso di materiali compositi su tutti gli altri stadi. Il secondo lancio di questa variante è avvenuto il 18 agosto 2008, ed è stato utilizzato per mettere in orbita Inmarsat 4 F3. Il Proton-M di base è stato ritirato nel novembre 2007, a favore della variante Enhanced.
Frank McKenna, CEO di ILS, ha indicato che nel 2010 il progetto Proton Fase III sarebbe diventato la configurazione standard di ILS, con la capacità di sollevare 6150 kg a GTO.
Il 19 ottobre 2011, ViaSat-1 del peso di 6740 kg è stato sollevato in GTO dal Proton-M/Briz-M Fase III.
Varianti Light e MediumModifica
Proton Light e Proton Medium erano due varianti proposte con una capacità di carico utile inferiore ad un prezzo ridotto. Originariamente proposto alla fine del 2016, Proton Light è stato cancellato nel 2017 e Proton Medium è stato messo in “attesa indefinita” nel 2018. Le varianti sono state progettate per ridurre il costo per il lancio di satelliti di comunicazione commerciali medi e piccoli in orbita di trasferimento geostazionario (GTO). Le varianti sono state pianificate con un’architettura a 2 + 1 stadio basata sul Proton/Briz M a 3 stadi, ma senza il secondo stadio e con un minore allungamento degli altri due stadi. Il primo stadio Proton Light era previsto con 4 motori principali e serbatoi esterni ai 6 utilizzati da Proton Medium e Proton-M. Il costo dovrebbe essere competitivo con Ariane e SpaceX. I voli inaugurali previsti erano il 2018 per Proton Medium e il 2019 per Proton Light. Ci si aspettava che usassero il sito 81/24 del cosmodromo di Baikonur e che avrebbero richiesto un nuovo sistema di trasporto-erettore e altre modifiche alle infrastrutture di terra.
Il Proton-M a grandezza naturale può attualmente sollevare 6300 kg in un’orbita di trasferimento geostazionaria standard (GTO); il Proton Medium era previsto per sollevare 5000 kg in una GTO simile mentre il Proton Light era previsto per 3600 kg. La gamma di carico utile di 3000-5000 kg comprende satelliti completamente elettrici e ibridi che utilizzano propulsori ionici per farsi lentamente strada verso l’orbita geostazionaria (GEO).
Profilo di lancioModifica
In una tipica missione, un Proton-M è accompagnato da uno stadio superiore Briz-M. Il Proton-M lancia l’unità orbitale (cioè: il carico utile, l’adattatore del carico utile e il Briz-M) in una traiettoria leggermente suborbitale. Il primo e il secondo stadio e la carenatura del carico utile si schiantano in siti designati per lo schianto; il terzo stadio si schianta nell’oceano. Dopo che il terzo stadio si separa, l’unità orbitale costa per un breve periodo, poi il Briz-M esegue il suo primo lancio per ottenere l’iniezione orbitale in un’orbita di parcheggio con 51,5° di inclinazione, a 170 km a 230 km di altitudine (la Mission Planner’s Guide menziona anche 64,8° e 72,6° come inclinazioni standard per l’orbita di parcheggio). Successivamente, il Briz-M esegue manovre orbitali per posizionare il carico utile nella sua orbita finale o in un’orbita di trasferimento. Se viene utilizzata un’orbita di trasferimento, le manovre finali vengono eseguite dal carico utile con il suo sistema di propulsione.