Proton (Rakete)
Proton (russisch Протон, bekannt auch als UR-500, GRAU-Index 8K82) ist die Bezeichnung für eine sowjetische/russische Trägerrakete, die zum Starten schwerer Nutzlasten (z. B. Raumstations-Module) und geostationärer Satelliten sowie schwerer interplanetarer Raumsonden verwendet wird.
Entwicklung und Einsatz
Die Rakete entstand in der ersten Hälfte der 1960er Jahre zunächst als ein Entwurf einer superschweren Interkontinentalrakete, die vermutlich dem Transport von 30- bis 100-Megatonnen-Sprengköpfen der Strategischen Raketentruppen dienen sollte. Ein entsprechender Auftrag an das OKB-52 erging am 24. April 1962. Nachdem dieses Programm mit Wirkung vom 15. Mai 1965 aufgegeben wurde, ordnete man die Rakete dem bemannten Mondprogramm zu, in dessen Rahmen sie zu einer Raumfahrtrakete weiterentwickelt wurde. Seit ihrem Erststart am 16. Juli 1965 und zahlreichen folgenden Fehlstarts hat sie umfangreiche Verbesserungen erfahren. Die aktuellen Versionen der Proton-Rakete gehören heute mit den Oberstufen Blok-DM und Bris-M zu den kostengünstigsten Raketen weltweit. Potentiell bedenklich bleibt aus Sicherheits- und Umweltgründen die Verwendung der hypergolen und toxischen Treibstoffkombination UDMH/Distickstofftetroxid, die bei Fehlstarts freigesetzt werden kann.
Startanlagen der Proton existieren nur in Baikonur, das in Kasachstan liegt. Da die Proton die einzige Trägerrakete Russlands ist, mit der schwere militärische Frühwarn- und Kommunikationssatelliten in die geostationäre Umlaufbahn gebracht werden können, ist ihre Verfügbarkeit für das Militär strategisch wichtig. Da diese durch die geografische Lage von Baikonur nicht gewährleistet werden kann, soll die Proton in den nächsten Jahren durch die neue schwere Angara-A5-Rakete ersetzt werden, für die derzeit eine Startanlage im russischen Plessezk entsteht. Der Erststart der Angara war zuerst für 2011 vorgesehen, musste aus finanziellen Gründen aber zuerst auf 2012, dann auf 2013 verschoben werden[1][2]. Der Jungfernflug der schweren Angara-A5-Version, die die Proton ersetzen soll, erfolgte am 23. Dezember 2014. Bis zur Einsatzbereitschaft dürften aber noch einige weitere Jahre vergehen.[3]
Um die Wartezeit bis zum operationellen Einsatz der Angara zu überbrücken und dennoch im hart umkämpften kommerziellen Geschäft bleiben zu können, wurde als Zwischenlösung eine Weiterentwicklung der Proton zur Proton-M durchgeführt. Der Preis für einen Start der Rakete dürfte bei etwa 70-80 Millionen US-Dollar liegen. Die internationale Vermarktung erfolgt vom Konsortium International Launch Services (ILS), dem auch die US-Firma Lockheed-Martin bis September 2006 angehörte, die die Atlas-Trägerrakete baut. Seit Mai 2008 gehört die Mehrheit von ILS GKNPZ Chrunitschew.[4]
Ab 2012 will ILS auch Doppelstarts von mittelschweren Satelliten in den GTO mit der Proton durchführen.[5]
Technik
Je nach Version und Mission hat die Proton drei bis vier Stufen (die Erststartversion war zweistufig) und kann eine bis zu 21 Tonnen schwere Nutzlast in eine erdnahe Umlaufbahn bringen. Die Erststufe mit einer Masse von ca. 450 Tonnen besteht aus einem zentralen Tank mit 4,1 Metern Durchmesser und 21 Metern Länge für den Oxydator Distickstofftetroxid und sechs Außentanks für den Treibstoff UDMH mit einem Durchmesser von 1,6 Metern und je einem daran befestigten Triebwerk RD-253. Die Außentanks haben die Form von Boostern und werden oft für diese gehalten, sind jedoch keine. Diese Bauweise ergab sich, da alle wesentlichen Teile einschließlich des Zentraltanks auf dem Schienennetz transportfähig sein sollten (Begrenzung des Durchmessers wegen Unterführungen und Tunneln). Unter diesen Einschränkungen garantiert der Entwurf mit den sechs Außentanks inklusive der Triebwerke eine optimale Leistungsfähigkeit, lässt aber ähnlich wie bei der R-7 mit ihren strap-on-Boostern keine Nutzlasterweiterung durch Hinzufügen von realen Boostern zu. Die Treibstoffmenge der ersten Stufe ermöglicht eine Brenndauer von etwa 125 Sekunden. Die Zweitstufe mit einer Masse von ca. 135 Tonnen besitzt drei RD-210-Triebwerke und ein RD-211-Triebwerk, ist 10,9 Meter lang und liefert einen Vakuumschub von ungefähr 2300 kN. Der Treibstoffvorrat der Zweitstufe ist für eine Brenndauer von etwa 160 Sekunden ausreichend. Die dritte Stufe wird von einem RD-213-Triebwerk angetrieben. Alle drei Stufen verwenden die hypergole und toxische Treibstoffkombination UDMH und Distickstofftetroxid.
Zum Erreichen von geostationären Umlaufbahnen und zum Starten von interplanetaren Sonden erhält die Proton noch eine zusätzliche vierte Stufe. Der erste Start einer vierstufigen Proton erfolgte am 10. März 1967 im Rahmen des bemannten Mondprogramms. Die vierte Stufe erhielt den Namen Blok-D, in späteren Jahren entstanden durch Verbesserungen mehrere Versionen dieser Stufe, die für verschiedene Nutzlasten ausgelegt sind. Alle Blok-D-Versionen verwenden die Treibstoffkombination RP-1 (eine Kerosinart) und Sauerstoff. Ab 1999 kam eine neue Oberstufe zum Einsatz – die Bris-M, die nun vor allem kommerzielle Nutzlasten in den Weltraum befördert. Diese verwendet wie die ersten drei Stufen der Proton auch die Treibstoffkombination UDMH und Distickstofftetroxid.
Proton-M
Schwerpunkt der Weiterentwicklung stellte die Steigerung der Nutzlast, des Nutzlastvolumens und der Flexibilität der Aufstiegsbahnen dar. Im Hintergrund standen auch Aspekte des Konkurrenzkampfes innerhalb der russischen Raumfahrtkonzerne.
Neben der Anwendung der Bris-M-Oberstufe (im Gegensatz zu Blok-DM ebenfalls vom russischen Hersteller GKNPZ Chrunitschew) wurden die Triebwerke der ersten Stufe durch sechs RD-275 mit ca. 7 % mehr Leistung (je 1635 kN Bodenschub) ersetzt. Ein völlig neues digitales Lenksystem (Hersteller Piljugin-Zentrum Moskau) ermöglicht eine bessere Treibstoffausnutzung und variablere Aufstiegsbahnen und ist zudem 200 kg leichter als das bisherige ukrainische, analoge System. Ebenfalls digitalisiert wurde das Telemetriesystem (Produktionsvereinigung für Messtechnik in Koroljow). Nutzlastverkleidungen aus Verbundwerkstoffen stehen in Größen von 13,20 m, 11,60 m und 19,75 m Länge mit 4,35 m und 5 m Durchmesser zur Verfügung.
Die Produktion erfolgt durch den Konzern GKNPZ Chrunitschew in Moskau-Fili, nach einem Bahntransport wird die Endmontage der Rakete im Montagekomplex MIK-92 auf dem Kosmodrom Baikonur durchgeführt. Der Start erfolgt über die Rampen PU-24 und PU-39. Der Erststart der Weiterentwicklung erfolgte am 7. April 2001, nachdem die Bris-M-Oberstufe bereits zuvor in Verbindung mit der älteren Proton-K erfolgreich getestet wurde. Für russische Nutzlasten wurde die Proton-K zeitweilig noch parallel eingesetzt, da sie etwas günstiger als Proton-M war.
Unfälle
Am 2. Juli 2013 wurde eine Proton-M von Baikonur aus gestartet. Bereits vier Sekunden nach dem Start kam die Rakete vom geplanten Kurs ab. Weniger als dreißig Sekunden nach dem Liftoff schlug die Rakete knapp zwei Kilometer von der Abschussrampe entfernt auf den Boden auf und explodierte. Das Trägersystem und die Nutzlast (drei GLONASS-Satelliten) wurden komplett zerstört.
Die Untersuchung des Unfalls kam zum Ergebnis, dass mutmaßlich falsch eingebaute Winkelgeschwindigkeitssensoren die Ursache des Absturzes waren.[6]
Am 16. Mai 2015 stürzte eine Proton-M Rakete ca. 8 Minuten nach dem Start ab. Nach ersten Angaben schaltete die dritte Stufe auf Grund von verstärkten Vibrationen durch Unwucht einer Turbopumpeneinheit zu früh ab[7]. Die Nutzlast, der mexikanische Kommunikationssatellit MexSat-1, ging verloren.
Versionen
- Proton: zwei Stufen (Erststart 16. Juli 1965, letzter Start 6. Juli 1966)
- Proton-K: drei Stufen – letzter Start 2000
- Proton-K/Blok-D (D-1, D-2, DM, DM-2, DM-2M, DM5, DM1, DM2, DM3, DM4): vier Stufen (Erststart (Blok-D) 6. Juli 1966 – derzeit im Einsatz (Blok DM2 und spätere)), Produktion wird 2007 eingestellt[8]
- Proton-K/Bris-M: vier Stufen, Übergangsversion auf Proton-M/Bris-M (Erststart 5. Juli 1999)
- Proton-M: drei Stufen (Erststart 14. März 2016 - derzeit im Einsatz)
- Proton-M/Bris-M: vier Stufen (Erststart 7. April 2001 – derzeit im Einsatz). Ab DirecTV 10 in verbesserter Version, wobei sowohl die Proton als auch Bris-M verbessert wurden und diese Kombination nun in der Lage ist 6,3 Tonnen in den GTO zu bringen. Bei der Proton-M wurden die Triebwerke der Erststufe (+12 % Schub) verbessert und die Tankwände dünner gestaltet,[9] weiterhin kommen nun Verbundstoffe zur Reduzierung der Strukturmasse in der Zweit- und Drittstufe zum Einsatz. Bei der Bris-M-Stufe wurden die Druckaufschlagtanks von sechs kleinen auf zwei große umgestellt, sowie die Avionik und die Triebwerke geändert.
Technische Daten
Erststartversion
- Stufen: 2
- Höhe: 32 m
- Durchmesser 1. Stufe: 7,40 m (mit Außentanks)
- Durchmesser 2. Stufe: 4,10 m
- Startgewicht: ca. 585 t (davon ca. 541 t Treibstoff)
- Startschub: 8.844 kN
- Vakuumschub: 10.020 kN
- Nutzlast: ca. 12 t (LEO)
- Treibstoff: UDMH/Distickstofftetroxid
- GRAU-Index: 8K82
Proton-K
- Stufen: 3 / 4
- Höhe: 49 m
- Durchmesser 1. Stufe: 7,4 m (mit Außentanks)
- Durchmesser 2./3. Stufe: 4,1 m
- Durchmesser 4. Stufe: 3,7 m (Blok DM)
- Startgewicht: ca. 684 t (davon ca. 634 t Treibstoff)
- Startschub: 9.500 kN (6 × RD-253)
- Nutzlast: ca. 19,76 t (LEO), ca. 4,8 t (interplanetar), ca. 2,6 t (GTO)
- Treibstoff: UDMH/Distickstofftetroxid (Blok-DM: RP-1/LOX)
- (Blok-DM)
- GRAU-Index: 8K82K
Proton-M
- Stufen: 3 / 4
- Höhe: 57,2 m (mit 4.Stufe und Nutzlastverkleidung)
- Durchmesser 1. Stufe: 7,4 m (mit Außentanks)
- Durchmesser 2./3. Stufe: 4,1 m
- Durchmesser 4. Stufe: 4,1 m (Bris-M)
- Startgewicht: ca. 690 t
- Startschub: 9.800 kN (6 × RD-275)
- Nutzlast: ca. 21 t (LEO), ca. 4,8 t (interplanetar), ca. 3,2 t (GTO)
- Treibstoff: UDMH/Distickstofftetroxid
- GRAU-Index: 8K82KM
Siehe auch
Weblinks
- Bernd Leitenberger: Die Proton
- raumfahrer.net: Proton
- Proton bei ILS, dem Anbieter der Rakete (englisch)
Quellen
- ↑ Tests of Angara rocket postponed to 2012 over lack of funds. RIA Novosti, 5. Dezember 2009, abgerufen am 20. Oktober 2010 (englisch).
- ↑ Russia to start testing new Angara rocket in 2013. RIA Novosti, 15. Juli 2010, abgerufen am 20. Oktober 2010 (englisch).
- ↑ SPIEGEL ONLINE: Neue Rakete für Russland: Angara-A5 für Schwerlast meistert Testflug, abgerufen am 24. Dezember 2014
- ↑ About ILS. ILS, abgerufen am 7. September 2011 (englisch).
- ↑ Stephen Clark: Proton rocket sends DirecTV broadcast satellite to orbit. Spaceflight Now, 28. Dezember 2009, abgerufen am 7. September 2011 (englisch): „ILS announced a new initiative this fall to launch two payloads on a single Proton rocket, making the booster competitive for medium-class satellite missions beginning in 2012“
- ↑ Anatoly Zak: Russia's Proton crashes with a trio of navigation satellites. Russian Space Web, 11. August 2013, abgerufen am 24. Januar 2015 (englisch).
- ↑ НАЗВАНА ПРИЧИНА АВАРИИ РН «ПРОТОН-М». Roskosmos, 29. Mai 2015, abgerufen am 30. Mai 2015 (russisch).
- ↑ Chrunitschew: Pressekonferenz, 26. Oktober 2006 (russisch)
- ↑ http://www.starobserver.at/070709.html
