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质子-K运载火箭是苏联/俄罗斯质子号运载火箭家族中的三级型号,主要用于发射空间站、星际探测器等载荷,由赫鲁尼切夫机器制造厂生产,采用四氧化二氮/偏二甲肼作为推进剂,已退役。
质子-K运载火箭(俄语:Прото́н-К)是在切洛勉的UR500两级型质子号基础上发展而来的三级运载火箭,美国国防部代号为“SL-13”,谢尔顿命名法称其为“D-1”。该火箭主要承担空间站、星际探测器等发射任务,曾成功发射礼炮号系列空间站、月球探测器、火星探测器等载荷,使用四氧化二氮/偏二甲肼作为推进剂,可加装上面级组成四级火箭以执行高轨道发射任务,1967年3月10日首飞,目前已不再生产。
质子-K(PROTON-K)是苏联/俄罗斯研制的重型运载火箭,由中央机械制造设计局(TsKBM)主导研发,赫鲁尼切夫国家研究与生产航天中心负责制造,是UR500质子系列火箭的核心量产型号,曾作为苏联/俄罗斯航天发射的主力运载工具服役超过40年。其核心运载参数如下:
| 参数类别 | 具体指标 |
|---|---|
| 火箭全长 | 55.4米(基础构型)/57.2米(含商用整流罩) |
| 起飞重量 | 691.5吨 |
| 芯级最大直径 | 7.4米 |
| 整流罩直径 | 4.15米-4.35米 |
| 近地轨道(LEO)运载能力 | 19760千克 |
| 地球同步转移轨道(GTO)运载能力 | 4930千克 |
| 地球静止轨道(GEO)直接入轨能力 | 1880千克 |
| 月球转移轨道运载能力 | 5390千克 |
| 设计服役周期 | 1967年-2012年 |
该火箭的应用场景覆盖了航天发射的多个核心领域:首先是军用与民用高轨通信卫星发射,苏联时期的“银幕”“彩虹”“地平线”系列通信卫星均由质子-K发射,为横跨11个时区的苏联领土提供了跨区域广播电视、军事通信服务,20世纪90年代商业化转型后,还承担了Astra-1F、AMC-9等国际商业通信卫星的发射任务,累计完成32次商业发射,是俄罗斯早期商业航天的核心竞争力载体。其次是导航卫星组网任务,质子-K可通过Blok-DM系列上面级实现多星部署,单次发射最多可将3颗格洛纳斯导航卫星送入预定中高轨道,1998年11月20日的发射任务中曾一次性将369颗卫星(含主载荷及微纳卫星)送入轨道,创造了当时单次发射卫星数量的纪录,大幅加快了格洛纳斯系统的组网速度。第三是深空探测任务,该火箭曾承担苏联“火星”系列、“金星”系列探测器的发射工作,是苏联深空探测网络的核心运载工具。此外,质子-K还承担了大型空间站舱段的发射任务,是国际空间站建设初期的核心运载力量之一。
质子-K的技术设计充分体现了苏联航天大推力、高可靠性的研发思路,采用可贮存推进剂的多级架构,根据任务需求可搭配不同类型的上面级,形成三级、四级等不同构型,全箭的核心技术特点如下:
| 子级 | 推进系统 | 推进剂类型 | 工作时间 | 核心技术特点 |
|---|---|---|---|---|
| 第一级 | 6台RD-253液体发动机 | 偏二甲肼/四氧化二氮 | 124秒 | 采用外围6个捆绑式贮箱+中央芯级的独特结构,单台RD-253海平面推力166吨,总起飞推力超1000吨,推重比达1.4,具备强劲的起飞加速能力;发动机采用燃气发生器循环,可靠性经过数百次发射验证 |
| 第二级 | 4台RD-0210液体发动机 | 偏二甲肼/四氧化二氮 | 206秒 | 采用级间热分离设计,无需额外的分离反推发动机,简化了结构复杂度;发动机具备双向摆动能力,可在飞行中调整火箭姿态 |
| 第三级 | 1台RD-0212主发动机+4台游动发动机 | 偏二甲肼/四氧化二氮 | 238秒 | 游动发动机负责三级飞行段的姿态控制,主发动机真空推力59吨,能将火箭和上面级组合体送入160-200公里的近地停泊轨道 |
| 上面级(可选) | RD-58系列液体发动机 | 煤油/液氧 | 可多次点火 | 支持Blok-DM、和风-M等多型上面级,具备至少3次点火能力,可将载荷精准送入中高轨道、地球静止轨道或深空转移轨道,轨道注入精度最高可达0.01°/s |
该火箭的核心优势在于高可靠性和任务灵活性:芯级采用的偏二甲肼/四氧化二氮推进剂可在常温下长期贮存,火箭加注后可在发射台待命数月,适合应急发射需求,对军用任务尤为友好。全箭的芯级构型经过半个世纪的迭代改进,累计发射超过300次,是全球发射次数最多的重型运载火箭之一,基础构型发射成功率超过90%,部分子型号如质子-K Blok-DM-2M的14次发射全部成功,是质子系列中可靠性最高的衍生型号。不过该型号也存在明显的局限性:芯级使用的偏二甲肼/四氧化二氮推进剂有剧毒且强腐蚀性,一旦发射失败坠落会对地面造成严重环境污染,因此所有发射均在哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天发射场(即发射记录中TTMTR所指的丘拉坦导弹与航天试验靶场)进行,避免对俄罗斯本土造成潜在风险,这一缺点也最终导致其被更环保的安加拉系列火箭逐步替代。
质子-K于1967年3月10日完成首飞,成功将“宇宙-146”卫星送入预定轨道,直至2012年3月30日完成最后一次发射,将Kosmos-2479军事预警卫星送入轨道,累计执行超过310次发射任务,累计将397颗各类航天器送入轨道,是苏联/俄罗斯航天史上发射载荷总质量最高的运载火箭。根据公开记录,该火箭的代表性发射任务如下:
| 发射代码 | 发射时间 | 发射场 | 入轨卫星数量 | 任务载荷 | 任务意义 | 任务结果 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1991-024 | 1991年3月31日 | 拜科努尔航天发射场 | 1 | “地平线”系列通信卫星 | 苏联解体前最后一次质子-K发射任务 | 成功 |
| 1995-024 | 1995年5月20日 | 拜科努尔航天发射场 | 1 | 格洛纳斯导航卫星 | 俄罗斯独立后首次格洛纳斯系统补网发射 | 成功 |
| 1996-023 | 1996年4月23日 | 拜科努尔航天发射场 | 1 | Astra-1F通信卫星 | 质子-K首次国际商业发射任务,标志着俄罗斯航天正式进入国际商业发射市场 | 成功 |
| 1998-067 | 1998年11月20日 | 拜科努尔航天发射场 | 369 | 格洛纳斯组网卫星+微纳卫星集群 | 创造当时单次发射卫星数量的世界纪录,验证了多星部署技术 | 成功 |
| 2000-037 | 2000年7月12日 | 拜科努尔航天发射场 | 1 | 国际空间站“星辰号”(ZVEZDA)服务舱 | 国际空间站核心舱段之一,为空间站提供生命维持系统、推进系统和居住空间,是国际空间站建设的关键节点任务 | 成功 |
| 2002-055 | 2002年10月17日 | 拜科努尔航天发射场 | 1 | 国际伽马天文实验室 | 欧洲与俄罗斯联合研制的高能天体物理观测卫星,用于观测黑洞、脉冲星等高能天体 | 成功 |
| 2012-014 | 2012年3月30日 | 拜科努尔航天发射场 | 1 | Kosmos-2479军事预警卫星 | 质子-K的最后一次发射,标志着该型号正式退役,后续任务由质子-M和安加拉火箭接替 | 成功 |
在45年的服役生涯中,质子-K承担了苏联/俄罗斯几乎所有重型高轨发射任务,既见证了苏联航天的巅峰时期,也支撑了俄罗斯航天在苏联解体后的平稳转型,其技术积累为后续质子-M、安加拉等运载火箭的研发提供了成熟的技术基础,是全球航天史上最具影响力的重型运载火箭之一。