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プロトン（ロシア語: Протон、正式名称: UR-500）は、ロシアの宇宙開発機関ロスコスモスが商業用および国家用ペイロード向けに運用する、自己着火性燃料を使用する使い捨て型ロケットシステムである。ソ連の宇宙開発計画によって開発され、最初の打ち上げは1965年に行われた。これはプロトンK型である。近代化されたプロトンM型は2026年現在も使用されている。これにより、宇宙飛行史上最も成功した大型ロケットの一つとなった。
部品はモスクワのフルニチェフ国立研究生産宇宙センターとヴォロネジの化学自動設計局で製造され、[ 3 ]バイコヌール宇宙基地に輸送され、そこでサイト91で組み立てられてロケットが形成される。[ 4 ]ペイロードの統合後、ロケットはレールで水平に発射台に運ばれ、発射のために垂直に持ち上げられる。[ 5 ] [ 6 ]多くのソ連のロケットと同様に、繰り返し使用されるペイロードの名前は、ロケット自体に関連付けられるようになった。「プロトン」という愛称は、ロケットの最初のペイロードの1つであった、同様の名前の科学衛星のシリーズに由来する。冷戦中、西側の諜報機関によってD-1 / D-1eまたはSL-12 / SL-13と指定されていた。
低地球軌道への打ち上げ能力は約22.8トン(50,000ポンド)である。[ 7 ]静止軌道への遷移能力は約6.3 トン (14,000ポンド)である。[ 8 ]商業打ち上げは、インターナショナル・ローンチ・サービス(ILS)によって販売されている。[ 9 ] 1970 年代と 1980 年代には、プロトン Kは、ブロック D第 4 段を使用して、ソ連宇宙計画のベネラと火星ミッションのすべての惑星間探査機を打ち上げた。3 段構成では、ゾンド計画の月周回飛行とサリュート計画の7 つの宇宙ステーションすべてを打ち上げた。ソ連計画では、 TKS有人宇宙船とLKS宇宙飛行機の打ち上げにもプロトンを検討した。
1986年以降、プロトンロケットは、初のモジュール式宇宙ステーションであるミールの7つのモジュールのうち6つを打ち上げ、1998年からは、国際宇宙ステーションのロシア軌道セグメントのザーリャ、ズヴェズダ、ナウカの各モジュールを打ち上げました。プロトンロケットは、 GLONASS衛星の最初の2世代と様々な商用衛星を打ち上げました。プロトンMアップグレード版は2001年に初飛行し、第4段にはブリズシリーズを使用しています。
2013年、このロケットは2030年までに退役する予定だった。[ 10 ] 2018年以降、プロトンは退役に近づいており、大型ロケットの役割を担うロシアのアンガラA5は、2014年から2025年の間に4回の試験飛行と1回の運用飛行を実施した。プロトンの新たな打ち上げサービス契約は締結されない見込みである。 [ 11 ]最新の打ち上げ予定は、2029年の国際宇宙ステーションへのサイエンスパワーモジュール1とエクスプレス衛星である。
プロトン[ 12 ]は「超大型ICBM 」として誕生しました。100メガトン（またはそれ以上）の熱核兵器を13,000kmの距離に発射するように設計されていました 。ICBMとしては非常に大型で、そのような用途で配備されることはありませんでした。最終的には宇宙ロケットとして使用されました。これは、2人乗りのゾンド宇宙船を月周回軌道に乗せることを目的としたセルゲイ・コロリョフのN1ロケットに対抗するために、ウラジーミル・チェロメイ設計局が考案したものです。コロリョフは、プロトンとチェロメイの他の設計が有毒な推進剤を使用していることを公然と反対していました。
第１段の独特な外観は、部品を鉄道で輸送する必要性から生じたものである。中央の酸化剤タンクは、線路の車両限界の最大幅である。それを囲む６つのタンクは燃料を運び、エンジンの取り付けポイントとして機能する。ストラップオンブースターに似ているが、中央の酸化剤タンクから分離するようには設計されていない。第１段と第２段は格子構造で接続されている。第２段エンジンは第１段の分離直前に点火し、格子によって排気が排出される。[ 13 ]これは「ホットステージング」と呼ばれ、第２段のウレッジモーターの必要性をなくす。
開発計画が急ピッチで進められたため、1965年から1972年の間に数十件の失敗が発生した。プロトンは1977年まで国家試験を完了できず、その時点で90%以上の信頼性があると評価された。
プロトンの設計は1986年まで秘密にされ、一般には映像や写真で上段部分のみが公開されていた。機体全体が初めて外部に公開されたのは、ミールの打ち上げがテレビ中継された時だった。
プロトンの誘導、航法、制御システムの量産は、 1964年に「コミュニナード」工業協会（ウクライナ、ハリコフ）によって開始された。[ 14 ]
プロトンロケットは、ソ連の無人月周回飛行を打ち上げ、米国がアポロ8号ミッションを実施する前に、ソ連初の有人月周回宇宙飛行を打ち上げる予定だった。プロトンは、サリュート宇宙ステーション、ミール宇宙ステーションのコアモジュールと拡張モジュール、そして国際宇宙ステーション（ISS）のザーリャモジュールとズヴェズダモジュールの両方を打ち上げた。
プロトンは商用衛星も打ち上げており、そのほとんどはインターナショナル・ローンチ・サービス（ILS）によって管理されている。ILSプロトンの最初の打ち上げは1996年4月9日で、 SESアストラ1F通信衛星の打ち上げだった。[ 15 ]
1994年から2010年半ばまでのプロトンの収益は43 億ドルで、 2011年までに60億ドルに成長すると予測されていた。 [ 16 ]
2017年1月、プロトンは製造元のヴォロネジ機械工場がエンジンの耐熱合金をより安価な金属に置き換えたため、一時的に運航停止となった。[ 17 ] [ 18 ]
2018年6月、国営企業ロスコスモスは、新型ロケット「アンガラ」が稼働開始するのに伴い、プロトンロケットの生産を終了すると発表した。プロトンロケットの新たな打ち上げサービス契約は締結されない見込みである。[ 11 ]
プロトンは2019年10月9日に最後の予定されていた商業ミッションを遂行し、ユーテルサット5ウエストBとミッション拡張機-1を静止軌道に投入した。[ 19 ]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リストに残っている。
プロトンKは、非常に毒性の強い非対称ジメチルヒドラジンと四酸化二窒素を燃料としています。[ 20 ]これらは接触するとすぐに着火する自己着火性燃料であり、点火システムは不要で、常温で保管できます。これにより、低温に耐える部品が不要になり、ロケットを発射台に無期限に留めておくことができます（このような機能を備えた他のロケットには、米国のタイタンII GLV、タイタンIII、タイタンIV、中国の長征2号、長征4号、ソ連/ウクライナのツィクロンロケット、ソ連/ロシアのコスモス3号、コスモス3Mロケット、欧州のアリアン1号からアリアン4号などがあります）。対照的に、極低温燃料は蒸発するため、定期的に補充する必要があります。
第4段は、ミッションに応じて複数のバリエーションが存在する。最もシンプルなBlok Dは、惑星間ミッションに使用された。Blok Dには誘導モジュールがなく、プローブが飛行を制御する仕組みだった。Blok DMには3つの異なるバージョン（DM、DM2、DM-2M）があり、これらは高軌道ミッションに使用された。Blok D/DMの特徴は、燃料がエンジンの周囲、酸化剤タンクの後ろにある環状タンクに格納されていたことである。
1965年から1966年にかけて行われたプロトンロケットの初期試験では、ブースターの最初の2段のみが使用され、完全な4段式ロケットが初めて飛行したのは1967年のことだった。1971年にソ連の宇宙ステーション計画が始まると、プロトンロケットは低軌道への大型打ち上げロケットとして使用されるようになり、ブロックDが取り外された状態で飛行するようになった。
プロトンKのペイロードには、ソ連のサリュート宇宙ステーション全機、ミール宇宙ステーションのほぼ全モジュール（ドッキングモジュールはアメリカのスペースシャトルで打ち上げられたため除く）、国際宇宙ステーションのザーリャモジュールとズヴェズダモジュールが含まれていた。TKS宇宙船の有人打ち上げも計画されていたが、計画中止により実現しなかった。ただし、無人宇宙船の打ち上げは数回行われた。さらに、1970年代に開発され実現しなかったLKS宇宙往還機の打ち上げも計画されていた。 [ 21 ]
プロトンKの最後の打ち上げは2012年3月30日に行われた。
プロトンMの初期バージョンは、静止軌道に3～3.2トン（6,600～ 7,100ポンド）、または静止遷移軌道に5.5トン（12,000ポンド）のペイロードを打ち上げることができた。また、国際宇宙ステーション（ISS）の軌道である、軌道傾斜角51.6度の低地球軌道に最大22トン（49,000ポンド）のペイロードを投入することができた。
プロトンMの改良点には、構造質量を減らし、推力を増やし、推進剤をフル活用するための下段の変更が含まれていました。一般的に、Blok DまたはBlok DMステージの代わりにBriz-M（ロシア語: Бриз、そよ風の意味）貯蔵推進剤上段が使用され、沸騰による複数の燃料供給と酸素補充の必要性がなくなりました。プロトンMはBlok-DM上段でも飛行しました。外国（通常はウクライナ）の部品供給業者への依存を減らす努力も行われました。Briz-M上段の場合、ペイロードフェアリングの直径は4.1 m（13.45 ft）です。[ 22 ]
プロトンロケットとブリズM上段は、モスクワにある国際打ち上げサービス（ILS）の過半数株主であるクルニチェフ国立研究生産宇宙センター（クルニチェフ）によって設計および製造されています。同センターは、プロトン製造のすべてのエンジニアリング、組み立て、およびテスト機能の本拠地です。最近のロシア宇宙企業の統合により、クルニチェフはサプライヤーから製造業者まで、プロトン製造全体の最大70%を直接監督および管理しています。この統合は、クルニチェフが現在進めているプロトン製造の垂直統合の取り組みを直接支援しています。[ 23 ]
改良型であるフェーズIIIプロトンM/ブリズMロケットは、2009年2月にロシア連邦のエクスプレスAM-44とエクスプレスMD-1の二重ミッションで飛行実証され、2010年3月にはエコースターXIV衛星を搭載して初の商業打ち上げを成功させた。フェーズIIIのプロトンM/ブリズM構成は、基本設計構成を維持しながら、6150kgのGTO性能を実現しており、これはオリジナルのプロトンMブリズMに比べて1150kg の増加となる。
2012年8月6日、ロシア連邦宇宙局は、プロトンMロケットでロシアとインドネシアの通信衛星を軌道に乗せようとしたが、最終段の技術的な問題により衛星を失った。[ 24 ]
2013年7月2日、3基のGLONASS航法衛星を打ち上げたプロトンMロケットは、打ち上げ直後にブースターがバイコヌールのLC-39付近に墜落し、1960年代の惨事を彷彿とさせる失敗に見舞われ、第1段の失敗が30年間途切れることなく続いていた記録が途絶えた。調査のため、今後のプロトンロケットの飛行はすべて中止された。[ 25 ]事故の原因は、レートジャイロパッケージが上下逆に取り付けられていたことだと最終的に判明した。パッケージを誤って取り付けるのは難しいため、クルニチェフ工場の不満を抱えた、あるいは酔った作業員が故意にやったのではないかと広く疑われた。
2014年5月15日、エクスプレス衛星を搭載したプロトンM/ブリズMロケットが、ターボポンプベアリングの不具合により第3段で故障を起こした。破片は満州に落下した。同年10月21日には、ブリズ段が予定より24秒早く停止したため、別のエクスプレス衛星が無駄な軌道に取り残された。
2015年5月16日、MEXSAT通信衛星が、第3段ロケットの不具合により軌道投入に失敗した。これは2010年以降、プロトンロケットの8回目の故障となる。
クルニチェフは、市場の需要と商用衛星の質量増加傾向に対応するため、フェーズ IV の一連の改良の開発に着手した。フェーズ IV プロトン Briz-M の改良の実装は 2016 年に完了した。フェーズ IV のペイロード質量性能は、 基準 GTO 軌道に 6320 kgまで増加し、GSO への 残留デルタ Vは 1500 m/s となった。[ 26 ]
1992年に新型アンガラロケットが発表された後、大幅な改良は一時的に保留された。最大の改良はKVRB段であった。この極低温段は容量を大幅に増加させるはずだった。エンジンは開発に成功し、段全体としてはハードウェア化まで進んでいた。しかし、KVRBはブロックDよりも明らかに大きいため、機体の空力特性、飛行制御、ソフトウェア、そしておそらく電子機器も再評価する必要があった。さらに、発射台は既存のプロトンロケットに単一の供給源から共通の自己着火性燃料を供給できる。特に上段は、ロケットに沿って走る共通の充填パイプから燃料が供給される。異なる燃料を使用する段に切り替えるには、追加のサポート部品が必要であり、極低温燃料に切り替えるには、そのようなサポート部品が定期的に段に燃料を補充する必要がある。
アンガラロケットの大型型は、プロトンロケットよりも構造がシンプルで安価になる（アトラスVロケットと同様に、自己着火性燃料は使用せず、ソユーズロケットと同様のケロロックスロケットとなる）。また、最初からKVTKステージを搭載できるように設計されており、発射台には既に液体酸素供給設備が備わっている。水素供給は必要に応じてのみ行われる。
...近年、失敗が相次いでいる。これらの問題に加え、SpaceXのファルコン9ロケットのような低コストの代替手段が急速に台頭したことにより、プロトンロケットの年間打ち上げ回数は8回程度から1回か2回にまで減少した。