Samolot nośny Proton-M składa się z trzech stopni; wszystkie napędzane są silnikami rakietowymi na paliwo ciekłe, wykorzystującymi hipergoliczną kombinację tetratlenku dinitrogenu jako utleniacza i niesymetrycznej dimetylohydrazyny jako paliwa.
Pierwszy stopień jest wyjątkowy, ponieważ składa się z centralnego cylindrycznego zbiornika utleniacza o tej samej średnicy co pozostałe dwa stopnie, z sześcioma zbiornikami paliwa przymocowanymi do jego obwodu, z których każdy zawiera silnik. Silniki w tym stopniu mogą obracać się stycznie do 7.0° od pozycji neutralnej, zapewniając pełną kontrolę wektora ciągu. Uzasadnieniem dla takiej konstrukcji jest logistyka: średnica zbiorników utleniacza i dwóch kolejnych stopni jest maksymalna, jaką można dostarczyć koleją do Bajkonuru. Jednakże w obrębie Bajkonuru w pełni zmontowany stos jest ponownie transportowany koleją, ponieważ ma wystarczająco dużo miejsca.
Drugi stopień wykorzystuje konwencjonalną konstrukcję cylindryczną. Jest on napędzany przez trzy silniki RD-0210 i jeden RD-0211. RD-0211 jest zmodyfikowaną wersją RD-0210 używaną do zwiększania ciśnienia w zbiornikach z materiałem pędnym. Drugi stopień jest połączony z pierwszym stopniem przez siatkę zamiast zamkniętego międzystopnia, aby umożliwić ucieczkę spalin, ponieważ drugi stopień rozpoczyna odpalanie na sekundy przed separacją. Kontrola wektora ciągu jest zapewniona przez gimballing silnika.
Trzeci stopień jest również konwencjonalnej konstrukcji cylindrycznej. Zawiera on system awioniki, który kontroluje dwa pierwsze stopnie. Używa on jednego RD-0213, który jest stałą (nie-gimbalową) wersją RD-0210, oraz jednego RD-0214, który jest czterodyszowym silnikiem noniuszowym używanym do sterowania wektorem ciągu. Dysze RD-0214 mogą obracać się do 45,0°; są one umieszczone wokół (z pewną separacją) i umiarkowanie powyżej dyszy RD-0213.
Proton-M posiada modyfikacje dolnych stopni w celu zmniejszenia masy strukturalnej, zwiększenia ciągu i wykorzystania większej ilości materiału pędnego (mniejsza jego ilość pozostaje niewykorzystana w zbiornikach). W pierwszym stopniu zastosowano system naprowadzania w zamkniętej pętli, co pozwala na pełniejsze wykorzystanie materiału pędnego. Zwiększa to nieco osiągi rakiety w porównaniu z poprzednimi wariantami i zmniejsza ilość toksycznych substancji chemicznych pozostających w stopniu po uderzeniu w ziemię. Rakieta może wynieść na niską orbitę okołoziemską do 21,000 kilogramów (46,000 lb). Z górnym stopniem może umieścić ładunek o masie 3000 kg na orbicie geostacjonarnej (GEO) lub ładunek o masie 5500 kg na geostacjonarnej orbicie transferowej (GTO). Podjęto również wysiłki w celu zmniejszenia zależności od zagranicznych dostawców komponentów.
Górny stopieńEdit
Większość startów Proton-M wykorzystywała górny stopień Briz-M do napędzania statku kosmicznego na wyższą orbitę. Odbyły się również starty z górnymi stopniami Blok-DM: sześć startów odbyło się z górnym stopniem Blok DM-02 przenoszącym statek kosmiczny GLONASS, podczas gdy dwa kolejne starty GLONASS odbyły się z użyciem Blok DM-03. DM-03 zostanie wykorzystany do pięciu startów, planowany jest kolejny start GLONASS oraz dwa starty satelitów Ekspress. Od 2013 r. nie wykonano żadnego startu Proton-M bez górnego stopnia. Jednak taka konfiguracja jest przewidziana do wystrzelenia modułu Nauka (moduł ISS) i Europejskiego Ramienia Robotycznego (ERA) Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, które mają zostać wystrzelone razem w lipcu 2021 roku.
Owiewki ładunku
Komercyjne starty prowadzone przez ILS wykorzystują dwa rodzaje owiewek:
- PLF-BR-13305 short faring.
- PLF-BR-15255 long faring.
Oba owiewki mają średnicę 4,35 metra.
Proton-M Enhanced (M+)Edycja
W dniu 7 lipca 2007 r. firma International Launch Services wystrzeliła pierwszą rakietę Proton-M Enhanced (zwaną również M+), która wyniosła na orbitę satelitę DirecTV-10. Był to 326. start Protona, 16. start Protona-M/Briz-M i 41. start Protona przeprowadzony przez ILS. W wersji tej zastosowano bardziej wydajne silniki pierwszego stopnia, zmodernizowaną awionikę, lżejsze zbiorniki paliwa i mocniejsze silniki noniuszowe na górnym stopniu Briz-M, a także zmniejszono masę całej rakiety, w tym zmniejszono grubość ścianek zbiornika paliwa na pierwszym stopniu i zastosowano materiały kompozytowe na wszystkich pozostałych stopniach. Drugi start tego wariantu odbył się 18 sierpnia 2008 roku i został wykorzystany do umieszczenia na orbicie satelity Inmarsat 4 F3. Podstawowy Proton-M został wycofany w listopadzie 2007 roku na rzecz wariantu Enhanced.
Frank McKenna, dyrektor generalny ILS, poinformował, że w 2010 roku projekt Proton III fazy stanie się standardową konfiguracją ILS, z możliwością wyniesienia 6150 kg do GTO.
W dniu 19 października 2011 roku ViaSat-1 ważący 6740 kg został wyniesiony do GTO przez Proton-M/Briz-M Phase III.
Warianty Light i MediumEdit
Proton Light i Proton Medium były dwoma proponowanymi wariantami o mniejszym udźwigu przy obniżonej cenie. Pierwotnie proponowane pod koniec 2016 roku, Proton Light został anulowany w 2017 roku, a Proton Medium został umieszczony w „nieokreślonym zawieszeniu” w 2018 roku. Warianty zostały zaprojektowane w celu zmniejszenia kosztów wynoszenia średnich i małych komercyjnych satelitów komunikacyjnych na Geostacjonarną Orbitę Transferową (GTO). Warianty były planowane z architekturą 2 + 1 stopień opartą na 3-stopniowym Protonie/Briz M, ale rezygnującą z 2 stopnia i charakteryzującą się niewielkim wydłużeniem pozostałych dwóch stopni. Pierwszy stopień Proton Light miał posiadać 4 silniki główne i zbiorniki zewnętrzne w stosunku do 6 używanych przez Proton Medium i Proton-M. Oczekiwano, że koszt będzie konkurencyjny w stosunku do Ariane i SpaceX. Planowane pierwsze loty miały odbyć się w 2018 roku dla Proton Medium i 2019 dla Proton Light. Oczekiwano, że będą one wykorzystywać Baikonur Cosmodrome Site 81/24 i wymagałyby nowego systemu transportera-elektora oraz innych zmian w infrastrukturze naziemnej.
Pełnowymiarowy Proton-M może obecnie wynieść 6300 kg na standardową Geostationary Transfer Orbit (GTO); Proton Medium był planowany do wyniesienia 5000 kg na podobną GTO, podczas gdy Proton Light był oceniany na 3600 kg. Zakres ładunków o masie 3000-5000 kg obejmuje satelity całkowicie elektryczne i hybrydowe, które wykorzystują silniki jonowe do powolnego przemieszczania się na orbitę geostacjonarną (GEO).
Profil startowyEdit
W typowej misji Protonowi-M towarzyszy górny stopień Briz-M. Proton-M wystrzeliwuje jednostkę orbitalną (czyli ładunek użyteczny, adapter ładunku użytecznego i Briz-M) na trajektorię lekko suborbitalną. Pierwszy i drugi stopień oraz owiewka ładunku rozbijają się w wyznaczonych miejscach katastrofy; trzeci stopień rozbija się w oceanie. Po oddzieleniu się trzeciego stopnia, jednostka orbitalna przez krótki czas porusza się po orbicie, po czym Briz-M wykonuje pierwsze odpalenie, aby osiągnąć wstrzyknięcie orbitalne na orbitę parkingową o inklinacji 51,5°, na wysokości od 170 km do 230 km (Mission Planner’s Guide wymienia także 64,8° i 72,6° jako standardowe inklinacje dla orbity parkingowej). Następnie Briz-M wykonuje manewry orbitalne, aby umieścić ładunek na orbicie docelowej lub transferowej. Jeśli używana jest orbita transferowa, końcowy manewr (manewry) wykonywany jest przez ładunek na jego własnym systemie napędowym.