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质子号(Proton)系列运载火箭是苏联/俄罗斯研制的大型液体运载火箭,是苏联第一种非导弹衍生、专为航天任务设计的重型运载器,包含基础型质子号、质子K、质子M等改进型号,可执行近地轨道、地球同步轨道、深空探测等发射任务,2022年停产,库存发射完成后将被安加拉A5替代。
质子号运载火箭最初由切洛梅设计局研发,基础型UR500于1965年首飞,后发展出质子K、质子M等改进型号,全系列起飞质量595-705吨,LEO运力最高达23吨,GTO运力最高达6.92吨,主要发射场为拜科努尔航天发射场。该系列火箭曾是苏联/俄罗斯航天发射的主力,可执行空间站舱段、通信卫星、深空探测器等发射任务,商业发射服务曾面向全球市场。2022年质子系列火箭停产,剩余库存发射完毕后将由安加拉A5运载火箭接替其任务。
质子号(PROTON)是苏联/俄罗斯研制的大型液体运载火箭,早期两级构型UR-500的基础参数为:火箭全长44.3米,起飞重量620吨,芯级最大直径7.4米,后续衍生的三级、四级型号通过增加上面级进一步拓展了任务适应性,其不同轨道的运载能力参数如下:
| 轨道类型 | 运载能力 | 备注 |
|---|---|---|
| 近地轨道(LEO) | 22.8吨 | 200公里高度、51.6度倾角 |
| 地球同步转移轨道(GTO) | 6.3吨 | 标准转移轨道 |
| 地球静止轨道(GEO) | 3.7吨 | 直接入轨 |
| 地月转移轨道 | 3.2吨 | 深空任务配置 |
作为苏联航天时代载荷能力最强的运载火箭之一,质子号的应用场景覆盖了几乎所有重型航天任务:在近地轨道任务中,它承担了礼炮系列空间站、和平号空间站核心舱、国际空间站曙光号功能货舱和星辰号服务舱等大型舱段的发射任务,是苏联/俄罗斯空间站建设的核心载具;在高轨道任务中,它能够将大型通信卫星、气象卫星直接送入地球静止轨道,1990年代进入国际商业发射市场后,一度占据全球重型商业发射市场25%的份额,为国际通信卫星组织、欧洲卫星公司等客户发射了数十颗重型通信卫星;在深空探测领域,四级构型的质子号先后执行了月球探测器、金星探测器、火星探测器的发射任务,包括苏联的月球车系列、金星号系列探测器都由其送入地月/地火转移轨道。
早期两级构型UR-500(即1965-1966年首飞的初代质子号)主要用于近地轨道重型科学卫星发射,三次任务均成功将质子系列科学卫星送入预定轨道,验证了大推力液体火箭的设计可行性,为后续三级、四级衍生型号的研发奠定了技术基础。
质子号火箭采用全液体燃料分级设计,核心技术路径围绕“大推力常温推进剂”展开,其动力系统、箭体结构的设计特点显著,具体参数如下:
| 系统层级 | 发动机型号 | 推进剂 | 推力 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 一子级 | RD-276 | 偏二甲肼/四氧化二氮 | 1.1兆牛/台 | 6台 | 总推力约6.6兆牛 |
| 二子级 | RD-0210/RD-0211 | 偏二甲肼/四氧化二氮 | 2.4兆牛总推力 | 4台 | 3台RD-0210+1台RD-0211 |
| 三子级 | RD-0213+微调发动机 | 偏二甲肼/四氧化二氮 | 583千牛+31千牛 | 2台 | 微调发动机用于姿态控制 |
| 上面级 | 和风-M(后期型号) | 偏二甲肼/四氧化二氮 | 约20千牛 | 1台 | 支持多次点火,可直接入轨静止轨道 |
质子号的技术设计兼具显著的优势与局限性:其采用的偏二甲肼+四氧化二氮推进剂组合属于常温可存储推进剂,无需低温加注和存储,发射准备流程更短,可靠性更高,且推进剂能量密度较高,能够满足重型载荷的发射需求,这一特性也让质子号适合执行需要长时间滑行的深空探测任务和多星发射任务。同时,质子号的一子级采用“中心芯级+6个外挂燃料箱”的独特布局,7.4米的最大直径无需分段运输,可直接在拜科努尔发射场总装,降低了大尺寸箭体的制造和运输难度。
但该设计也存在明显短板:偏二甲肼和四氧化二氮均属于剧毒、强腐蚀性物质,发射失败或残骸坠落时会造成严重的土壤和水源污染,哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场周边区域曾多次因质子号发射失败出现推进剂泄漏事件,引发长期环保争议;此外,质子号的发射成功率约为90%(截至2024年共发射425次,失败约40次),2010-2015年间连续发生的多次发射事故,也使其商业发射市场份额逐步被猎鹰9号等新一代火箭挤压,目前俄罗斯正逐步用更环保、可靠性更高的安加拉火箭取代质子号,预计2030年前质子号将全面退役。
质子号火箭的发射历史可追溯至1960年代初,由切洛梅设计局(OKB-52)主导研发,最初项目代号UR-500,定位为重型洲际导弹,后因军方未采纳转为航天运载火箭,1965年7月16日完成首飞,其早期三次发射记录如下:
| 发射代码 | 发射时间 | 发射站 | 携带载荷 | 入轨卫星数 | 任务结果 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1965-054 | 1965年7月16日 | TTMTR(拜科努尔航天发射场) | 质子1号卫星 | 1 | 成功 | 质子号火箭首次发射 |
| 1965-087 | 1965年11月2日 | TTMTR(拜科努尔航天发射场) | 质子2号卫星 | 1 | 成功 | 验证火箭稳定性 |
| 1966-060 | 1966年7月6日 | TTMTR(拜科努尔航天发射场) | 质子3号卫星 | 1 | 成功 | 两级构型最后一次任务 |
其中1966年7月6日发射的质子3号卫星(国际编号1966-060A)是早期质子号的典型载荷,质量达12.2吨,运行在185km×585km、倾角63.47度的近地轨道,主要用于开展高能宇宙射线、空间粒子物理相关的科学探测,是当时人类发射的质量最大的科学卫星之一,验证了UR-500火箭的重型近地轨道运载能力。
在完成三次两级构型验证飞行后,质子号衍生出三级构型的质子-K和四级构型的质子-K/D组级、质子-M等型号,后续承担了大量标志性航天任务:1967年首次发射月球探测器,1971年发射人类首个空间站礼炮1号,1986年发射和平号空间站核心舱,1998年发射国际空间站首个舱段曙光号功能货舱,2000年后质子-M型号成为俄罗斯商业发射的主力,先后完成了数十颗重型通信卫星的发射任务,截至2024年,质子号系列火箭累计发射次数已超过420次,是全球发射次数最多的重型运载火箭之一,为苏联/俄罗斯的航天事业和全球商业航天发展做出了重要贡献。