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 バイコヌール宇宙基地の発射台に置かれたプロトンMロケット | |
| 関数 | 大型ロケット |
|---|---|
| メーカー | クルニチェフ |
| 原産国 | ロシア |
| 打ち上げコスト | 6,500万ドル[1] |
| サイズ | |
| 身長 | 58.2メートル（191フィート） |
| 直径 | 7.4メートル（24フィート） |
| 質量 | 705,000 kg (1,554,000 ポンド) [2] |
| ステージ | 3または4 |
| 容量 | |
| LEOへのペイロード[a] | |
| 質量 | 23,000 kg (51,000 ポンド) [3] |
| GTOへのペイロード（1800 m/s） | |
| 質量 | 6,920 kg (15,260 ポンド) [3] |
| GTOへのペイロード（1500 m/s） | |
| 質量 | 6,300 kg (13,900 ポンド) [4] |
| GSOへのペイロード | |
| 質量 | 3,250 kg (7,170 ポンド) [3] |
| 関連ロケット | |
| 家族 | ユニバーサルロケット |
| 比較可能 | |
| 発売履歴 | |
| 状態 | アクティブ |
| 発射場 | |
| 総打ち上げ数 | 115 |
| 成功 | 104 |
| 失敗 | 9 |
| 部分的な障害 | 2 |
| 初飛行 | 2001年4月7日[5] |
| 最終便 | 2023年3月12日 |
| 乗客/貨物の種類 | GLONASS、エクソマーズ、ナウカ |
| 第一段階 – 8S810K | |
| 身長 | 21.18メートル（69.5フィート）[6] |
| 直径 | 7.4メートル（24フィート） |
| 空の塊 | 30,600 kg (67,500 ポンド) |
| 推進剤質量 | 428,300 kg (944,200 ポンド) |
| 搭載 | 6 RD-275M |
| 最大推力 | 10,532 kN (2,368,000 lb f ) |
| 比推力 | 285秒 |
| 燃焼時間 | 108秒 |
| 推進剤 | N2O4 /過酸化水素 |
| 第二段階 – 8S811K | |
| 身長 | 17.05メートル（55.9フィート）[6] |
| 直径 | 4.1メートル（13フィート） |
| 空の塊 | 11,000 kg (24,000 ポンド) |
| 推進剤質量 | 157,300 kg (346,800 ポンド) |
| 搭載 | 3 RD-0210 1 RD-0211 |
| 最大推力 | 2,399 kN (539,000 lb f ) |
| 比推力 | 327秒 |
| 燃焼時間 | 206秒 |
| 推進剤 | N2O4 /過酸化水素 |
| 第三段階 – 8S812 | |
| 身長 | 4.11メートル（13.5フィート）[7] |
| 直径 | 4.1メートル（13フィート） |
| 空の塊 | 3,500 kg (7,700 ポンド) |
| 推進剤質量 | 46,562 kg (102,652 ポンド) |
| 搭載 | 1 RD-0212 |
| 最大推力 | 613.8 kN (138,000 lb f ) |
| 比推力 | 325秒 |
| 燃焼時間 | 238秒 |
| 推進剤 | N2O4 /過酸化水素 |
| 第4段階（オプション） – Briz-M | |
| 身長 | 2.61 m (8 フィート 7 インチ) |
| 直径 | 4.0 メートル (13.1 フィート) |
| 空の塊 | 2,370 kg (5,220 ポンド) |
| 推進剤質量 | 19,800 kg (43,700 ポンド) |
| 搭載 | 1 S5.98M |
| 最大推力 | 19.62 kN (4,410 lb f ) [8] |
| 比推力 | 326秒 |
| 燃焼時間 | 3000秒 |
| 推進剤 | N2O4 /過酸化水素 |
| 第4段階（オプション） – Blok DM-2 | |
| 搭載 | RD-58M 1台 |
| 最大推力 | 85 kN (19,000 lb f ) |
| 比推力 | 352秒 |
| 推進剤 | RP-1 /液体酸素 |
| 第4ステージ（オプション） – Blok DM-03 | |
| 搭載 | RD-58M/RD-58MF 1台 |
| 推進剤 | RP-1 / 液体酸素 |
プロトンM（Протон-М）GRAU番号 8K82Mまたは8K82KMは、ソ連が開発したプロトンから派生したロシアの使い捨て大型ロケットである。クルニチェフ社によって製造され、カザフスタンのバイコヌール宇宙基地の81番および200番地点から打ち上げられる。商業打ち上げは国際発射サービス（ILS）によって販売されており、通常は200/39番地点を使用する。プロトンMの最初の打ち上げは2001年4月7日に行われた。[9]
プロトンの最新のミッションは2023年3月12日に実施された。2020年8月現在、ロスコスモスやその他のロシア政府のミッションがプロトンの打ち上げ予定表に多数残っている。
車両の説明
プロトンMロケットは3段式で、いずれも酸化剤として四酸化二窒素、燃料として非対称ジメチルヒドラジンのハイパーゴリック推進剤の組み合わせを使用する液体ロケットエンジンで駆動されます。
第 1 段は、他の 2 段と同じ直径の中央の円筒形酸化剤タンクで構成され、その周囲に 6 つの燃料タンクが取り付けられ、それぞれにエンジンが搭載されているという点で独特です。この段のエンジンは、中立位置から接線方向に最大 7.0° 回転できるため、完全な推力ベクトル制御が可能です。この設計の根拠はロジスティクスです。酸化剤タンクとそれに続く 2 段の直径は、バイコヌールに鉄道で輸送できる最大直径です。ただし、バイコヌール内では、十分なクリアランスがあるため、完全に組み立てられたスタックは再び鉄道で輸送されます。
第 2 ステージは、従来の円筒形設計を採用しています。3 基のRD-0210エンジンと 1 基のRD-0211エンジンによって駆動されます。RD-0211 は、推進剤タンクを加圧するために熱交換器を使用して改良された RD-0210 のバージョンです。第 2 ステージは、分離の数秒前に第 2 ステージが噴射を開始するため、排気ガスを逃がすことができるように、閉じた中間ステージではなくネットを介して第 1 ステージに接続されています。「ホット ステージング」と呼ばれるこの方法では、第 2 ステージにアレージスラスタが不要になります。推力ベクトル制御は、エンジンのジンバルによって行われます。
第 3 段も従来の円筒形設計です。これには、最初の 2 段を制御する航空電子機器システムが含まれています。RD -0210 の固定 (ジンバルなし) バージョンであるRD-0213が 1 つと、推力ベクトル制御に使用される4 ノズルバーニア エンジンであるRD-0214が 1 つ使用されています。RD-0214 のノズルは最大 45.0° 回転でき、RD-0213 のノズルの周囲 (ある程度の間隔を空けて) と、そのやや上方に配置されています。
プロトンMは下段に改良が加えられ、構造質量の低減、推力の増大、より多くの燃料の利用が可能となった。第一段には閉ループ誘導システムが使用され、燃料のより完全な消費が可能となった。これにより、以前の型に比べてロケットの性能がわずかに向上し、着弾時に段内に残る有毒化学物質の量が減少した。低地球軌道には最大21,000キログラム（46,000ポンド）を投入できる。上段を加えると、3,000キログラムのペイロードを静止軌道（GEO）に、5,500キログラムのペイロードを静止トランスファー軌道（GTO）に投入できる。外国の部品供給業者への依存を減らす努力もなされた。
上段
プロトンMの打ち上げのほとんどは、宇宙船をより高い軌道に打ち上げるためにブリズM上段ロケットを使用している。また、ブロックDM上段ロケットを使用した打ち上げも行われており、ブロックDM-02上段ロケットでGLONASS宇宙船を搭載した打ち上げが6回行われ、さらにブロックDM-03上段ロケットを使用した打ち上げが7回行われている。[10] 2023年の時点で、上段ロケットなしで行われたプロトンMの打ち上げは、 2021年7月にナウカと欧州ロボットアーム（ERA）を国際宇宙ステーションに打ち上げるための1回のみである。
ペイロードフェアリング
ILSによる商業打ち上げでは2種類のフェアリングが使用される: [11] [12]
- PLF-BR-13305ショートフェアリング。
- PLF-BR-15255ロングフェアリング。
両方のフェアリングの直径は4.35メートルです。
プロトン-M強化（M+）
2007年7月7日、インターナショナル・ローンチ・サービス（ILS）は、ディレクTV-10衛星を軌道に乗せた最初のプロトンMエンハンスドロケット（M+とも呼ばれる）を打ち上げた。これはプロトンの326回目の打ち上げ、プロトン-M/ブリズ-Mの16回目の打ち上げ、ILSが実施したプロトンの打ち上げ41回目であった。[13]このロケットは、より効率的な第1段エンジン、更新された航空電子機器、より軽量な燃料タンク、ブリズ-M上段のより強力なバーニアエンジン、第1段の燃料タンク壁の薄肉化、その他すべての段での複合材料の使用など、ロケット全体の質量削減を特徴としている。この型の2回目の打ち上げは2008年8月18日に行われ、インマルサット4 F3を軌道に乗せるために使用された。ベースラインのプロトン-Mは、エンハンスド型に代わって2007年11月に退役した。
ILSのCEOであるフランク・マッケナは、2010年にはフェーズIIIのプロトン設計が標準のILS構成となり、6150kgをGTOまで持ち上げることができるようになると示唆した。[14]
2011年10月19日、重量6740kgのViaSat-1がProton-M/Briz-M Phase IIIによってGTOに打ち上げられた。 [15]
ライトとミディアムのバリエーション
プロトンライトとプロトンミディアムは、ペイロード容量を低くして価格を下げた2つの派生型として提案された。当初は2016年末に提案されたが、プロトンライトは2017年にキャンセルされ[要出典]、プロトンミディアムは2018年に「無期限保留」となった。[16]これらの派生型は、中型および小型の商用通信衛星を静止トランスファー軌道（GTO）に打ち上げるコストを削減するように設計された。[17]これらの派生型は、3段式のプロトン/ブリズMをベースにした2+1段式のアーキテクチャで計画されたが、第2段を省き、他の2段をわずかに長くした。プロトンライトの第1段は、プロトンミディアムとプロトンMで使用される6基に対して、4基のメインエンジンと外部タンクで計画された。コストはアリアンやスペースXと競合すると予想された。彼らはバイコヌール宇宙基地のサイト81/24を使用することが予想されており、新しい輸送・設置システムとその他の地上インフラの変更が必要だっただろう。
フルサイズのプロトンMは現在、6300kgを標準の静止トランスファー軌道（GTO）に打ち上げることができます。プロトンミディアムは同様のGTOに5000kgを打ち上げる予定でしたが、プロトンライトは3600kgの定格でした。3000～5000kgのペイロード範囲には、イオンスラスタを使用してゆっくりと静止軌道（GEO）に進む全電気式およびハイブリッド衛星が含まれます。[18]
起動プロファイル
典型的なミッションでは、プロトンMにはブリズM上段が伴う。プロトンMは、軌道ユニット（つまり、ペイロード、ペイロードアダプタ、ブリズM）をわずかに弾道に近い軌道に打ち上げる。第1段、第2段、およびペイロードフェアリングは指定された墜落地点に墜落し、第3段は海に墜落する。第3段が分離した後、軌道ユニットはしばらく惰性飛行し、次にブリズMは最初の点火を実行して、高度170kmから230kmの傾斜角51.5°の駐機軌道への軌道投入を達成する（ミッションプランナーズガイドには、駐機軌道の標準傾斜角として64.8°と72.6°も記載されている）。その後、ブリズMは軌道操作を実行して、ペイロードを最終軌道またはトランスファー軌道に配置する。トランスファー軌道が使用される場合、最終的な操作はペイロード自身の推進システムによって実行されます。
信頼性
2024年6月22日現在[アップデート]、プロトンMの打ち上げは115回行われ、そのうち11回は失敗または部分的に失敗しており、成功率は90%となっている。これらの失敗のうち4回はプロトンM自体の問題によるものであり、6回はブリズM上段ロケットの故障により積荷が役に立たない軌道に残されたことによるもの（ただし、2回は衛星が自力で正しい軌道に移動できた）、1回はブロックDM-03上段ロケットに不適切に燃料が供給され、プロトンが重すぎて軌道に到達できなかったことによるものであった。
注目すべき打ち上げ失敗
2007年9月、日本の通信衛星JCSAT-11を搭載したプロトンM/ブリズMロケットが軌道に到達できず、カザフスタンのウリタウ地区に落下した。調査の結果、火工品ケーブルの損傷により、ロケットの第1段と第2段が分離できなかったことが判明した。[19]
2010年12月5日、上段ロケットに1500kgの液体酸素が過剰に積まれ、上段ロケットと搭載ロケットが軌道速度に到達できず、搭載していたGLONASS衛星3機が失われた。[20]
2013年7月、3基のGLONASS衛星を搭載したプロトンM/DM-03が打ち上げ直後に故障した。[21]ブースターは打ち上げから数秒以内に垂直軸に沿って左右にピッチングし始めた。搭載された誘導コンピュータによる飛行軌道修正の試みは失敗し、回復不能なピッチオーバーに陥った。打ち上げから24秒後に上段とペイロードは経験した力のために剥がれ落ち、続いて第1段が分解して炎上した。地面との衝突は打ち上げから30秒後に発生した。2013年7月の故障に関する調査の予備報告書によると、ヨー制御を担当する第1段の角速度センサーのうち3つが誤った向きで取り付けられていたことが示された。このエラーは主要なセンサーだけでなく冗長センサーにも影響したため、ロケットはヨー制御不能となり、故障につながった。[21]テレメトリデータでは、発射台のアンビリカルケーブルが予定より早く外れていたことも示されており、エンジンが最大推力に達する前にプロトンが数十分の1秒早く打ち上げられた可能性があることを示唆している。
2014 年 5 月、プロトン M の別の打ち上げが失敗に終わり、エクスプレス通信衛星が失われた。2013 年の墜落とは異なり、この事故は飛行開始から 9 分以上経過した後に発生し、第 3 段のバーニアの 1 つが停止し、姿勢制御が失われた。自動停止および破壊コマンドが発令され、上段とペイロードの残骸が中国北部に衝突した。調査委員会は、この失敗はターボポンプの 1 つがマウントから外れ、推進剤ラインが破裂してバーニアが推力を失ったためである可能性が高いと結論付けた。
2015年5月、メキシコの通信衛星MexSat-1を搭載したプロトンMが第3段の故障により失われた。ロシアの情報筋によると、問題は2014年の故障と同じだったという。[22]調査の結果、第3段バーニアエンジンRD-0214が過度の振動負荷により故障したことが判明し、これはターボポンプのローターの不均衡の増加によって引き起こされ、1988年の以前の事故と同じ原因であると結論付けられた。[23] [24]
2016 年 6 月の打ち上げでは、第 2 段の 4 つのエンジンのうち 1 つが予定より早く停止しました。Briz-M は、この段階で生じた性能不足を補い、Intelsat 31衛星を予定の軌道に乗せることができました。調査が完了するまで、ロケットは 2016 年の残り期間と 2017 年前半は飛行停止となりました。当時の Proton-M は、EchoStar-21衛星を軌道に乗せるために、2017 年 6 月頃に発射台に戻る予定でした。
2017年1月28日、ロシア政府はプログレスMS-04の故障に関する調査の結果、ヴォロネジ機械工場で製造されたプロトンM第2段および第3段エンジンのすべてをリコールし、完成したプロトンロケット3機を解体し、3か月半の飛行停止を行うと発表した。[25]調査の結果、貴重な鉱物を含むエンジン部品の代わりに、高温に耐えられない安価な代替品が使用されていたこと、製造および認証文書が偽造されていたことが判明した。[26]
プロトンは2016年6月6日の前回飛行から丸1年後の2017年6月8日に飛行を再開した。
上段の故障
プロトンMのさまざまな故障の中には、ロケットが積荷をより高い軌道に運ぶために使われる上段に原因があったものもあり、特に2014年5月と2015年5月の故障が目立った。
少なくともそれ以前の5回の打ち上げでも、ブリズM上段ロケットの問題で失敗している。2006年2月のアラブサット4A 、2008年3月のAMC-14、2011年8月のエクスプレスAM4 、 2012年8月のテルコム3とエクスプレスMD2 [27]、 2012年12月のヤマル402である。数年間の運用寿命を犠牲にして軌道を修正できたヤマル402と、 SESが当初のミッションを完了できないと判断した後、米国政府に売却されたAMC-14を除いて、すべてのペイロードは使用不可能であった。
政府と産業への影響
2013年7月のプロトンM打ち上げ失敗の結果、ロシアの宇宙産業の大規模な再編が行われた。ロシアの宇宙部門を統合するため、2013年8月に政府によって合資会社として統一ロケット宇宙会社が設立された。ドミトリー・ロゴジン副首相は「失敗しやすい宇宙部門は非常に問題を抱えており、その問題を克服するには国家の監督が必要だ」と述べた。[28]失敗の3日後、ロシア政府は「極めて厳しい措置」を講じ、「我々が知っている[ロシア]宇宙産業の終焉を意味する」と発表した。[29]
環境への影響
批評家は、ロシアの宇宙計画によって生成されたプロトンロケット燃料（非対称ジメチルヒドラジン（UDMH））と破片がロシアとカザフスタンの地域を汚染していると主張している。住民は、いくつかの打ち上げ後に酸性雨が降ると主張している。しかし、フルニチェフ国立研究生産宇宙センターのアナトリー・クジン副所長は、これらの主張を否定し、「この問題について特別な調査を行った。大気中の酸性度はロケット打ち上げの影響を受けず、アルタイ市の病気とロケット燃料成分またはあらゆる種類の宇宙活動の影響との関連を証明するデータはない」と述べた。[30]
参照
注記
参考文献
- ^ 余剰ミサイルモーター（PDF）（報告書）。米国政府監査院。2017年8月。GAO-17-609 。 2018年11月27日閲覧。
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- ^ 「Commercial Launch Vehicle | ILS Proton Breeze M」。International Launch Services 。 2016年4月7日閲覧。
- ^ abc 「プロトン・ローンチ・システム・ミッション・プランナーズ・ガイド – セクション2. LVパフォーマンス」(PDF)。International Launch Services 。2009年7月。 2013年8月5日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2017年6月11日閲覧。
- ^ Clark, Stephen (2016年6月9日). 「アップグレードされたプロトンブースターがインテルサットの衛星群に追加」Spaceflightnow.com。
- ^ マクドウェル、ジョナサン。「プロトン」。軌道および弾道発射データベース。ジョナサンの宇宙ページ。2004年9月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年3月5日閲覧。
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- ^ クレブス、グンター。「陽子」。グンターの宇宙ページ。
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- ^ 「プロトン・ローンチ・システム・ミッション・プランナーズ・ガイド セクション4 宇宙船インターフェース」(PDF)。国際打ち上げサービス。 2016年4月7日閲覧。
- ^ 「DIRECTV 10」. ILS .
- ^ 「ILS、クルニチェフ買収の恩恵を受ける」。Satellite Finance。2009年12月。
- ^ クレブス、グンター。「ViaSat 1」。グンターの宇宙ページ。
- ^ Henry, Caleb (2018年8月30日). 「Proton Medium、International Launch ServicesのFalcon 9への回答、無期限保留」. SpaceNews . 2018年8月31日閲覧。
- ^ 「ILS、小型衛星向けの2つのプロトン型を発表」Space News、2016年9月13日。
- ^ 「ILS、変化する打ち上げ市場に対応してプロトンロケットファミリーを拡大」SpaceFlight101.com、2016年9月13日。
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- ^ “Названа предварительная причина аварии "Протона" с мексиканским спутником".スロン.ru。 2015 年 5 月 16 日。2015 年5 月 16 日に取得。
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