“质子号”运载火箭

“质子号”运载火箭是苏联第一种非导弹衍生的、专为航天任务设计的大型运载器。该系列，共有3种型号：二级型(西方代号D型，SL—9)、三级型(D—1，SL—13)和四级型(D—1-e，SL—12)。西·方将这三种火箭称作D系列火箭。
    二级型“质子号”火箭在1965年7月至1966年7月发射了三颗“质子号”卫星，此后即停止使用。三级型“质子号”火箭于1968年11月16日首次发射，有效载荷为“质子—4号”卫星，此后主要用于发射“礼炮号”(CAJIIOT)、“和平号”(M14P)空间站及“晶体号”(KPPICTAJIJl)和“量子号”(KBAHT)空间站舱体和航天飞机模型等。四级型“质子号”火箭于1967年3月首次发射，有效载荷为“宇宙—146”。后来主要用于发射各类大型星际探测器，如“月球—15—24”、“金星—9～16”、“火星—2～7”、“探测器—4～8”、“韦加”(BEFA)和“火卫”(ooEoc)等，还用于发射地球同步轨道卫星，包括“虹”、“荧光屏”、“地平线”、“射线”和“宇宙号”系列中的军用对地静止卫星。此外，四级型“质子号”火箭还具有一箭三星能力，用来发射苏联的全球导航卫星。
    “质子号”是苏联的主要运载火箭之一。在“能源号”(9HeprH。)重型运载火箭1987年投入使用之前，“质子号”是苏联运载能力最大的运载火箭。“三级型质子号”火箭能把21t有效载荷送入近地轨道，“四级型质子号”能把2．2t有效载荷送入地球同步轨道。“质子号”运载火箭的发射场为拜科努尔发射场。
    从1965年至1994年底，“质子号”运载火箭共发射224次，其中失败25次，成功率为84％。自1970年1月至1989年4月1日，“质子号”火箭发射132次，失败10次，成功率为92．4％。相比之下，“质子号”运载火箭是苏联现有运载火箭中成功率最低的一种型号。
从1986年开始，苏联把“质子号”运载火箭投入世界商用发射市场。“质子号”火箭的出厂价约为800万卢布。1988年规定地球同步轨道任务发射费用为3500万美元，地球同步转移轨道任务发射费用为2800万美元。后来把地球同步轨道任务发射费用提高到4000～6500万美元(1989年币值)。1987年确定三级型“质子号”运载火箭的近地轨道任务的发射费用为2000万美元。


二级质子号  (ⅡByXCTynEHqATbi访nPOTOH)

“二级质子号”运载火箭于1961—1965年由切洛梅(B．H．·qeJloMefl)设计局研制。1965年7月  16日，从拜科努尔发射场首次发射，把质量为12．25t的“质子—1号”卫星送入190卢630km，i＝  63．5’的近地轨道。这是苏联首次发射如此重的卫星。1965年11月和1966年7月又分别发射了“质子—2号”和“质子—3号”卫星。1966年3月24日进行的一次发射遭到失败。1966年7月以后，它被停止使用。“二级质子号”共发射4次，1次失败，成功率为75％。

主要技术性能
            级数        2           起飞推力            8844kN
            全长        41m        推重比              1．42
            最大直径    7．4m       运载能力            190／630km、63．5‘轨道，
            起飞质量    633t        12。25t

一  子  级
            级长        20．7m      发动机          6台PД-253
            直径        7．4m       推进剂          四氧化二氮／偏二甲肼
            起飞质量    461t        地面总推力      6×1474＝8844kN
            结构质量    44t        地面比冲        2795N·s／kg
            推进剂质量    417t      工作时间        130s

二  子  级
            级长        14．4m      发动机          4台PД-0210液体火箭发动机
            直径        4．15m      推进剂          四氧化二氮／偏二甲肼
            子级质量    157t        真空推力       4×600c2400kN
            结构质量    12t        真空比冲        3180N·s／kg
            推进剂质量  145t        工作时间        208s

整  流  罩
            长度        5m          质量            ≈3t
            直径        4.15m


总  体  布  局
   
   
“二级质子号”运载火箭由一子级、桁架式级间段、二子级和整流罩组成。一子级的推进剂箱采用并联构型，由一个中央氧化剂箱和周围并联的6个燃料箱构成。在6个燃料箱下方偏向中央氧化剂箱处各装1台PⅡ—253液体火箭发动机。二子级推进剂箱采用串联共底构型，动力装置为4台液体火箭发动机。一、二子级各带一段桁架式级间段，级间分离面在级间段中间位置。

箭  体  结  构

一子级中央氧化剂箱直径4．1m，周围6个燃料箱直径1．65m。它们之间通过上、中、下三个连接点用拉杆相连。下部连接点为铰链结构，是将发动机推力直接传给氧化剂箱的传力点。氧化剂箱内装有防晃板，纵向6块，横向3块(环形)。防晃板上开有减轻孔。氧化剂箱箱底由4块瓜瓣形钣金件焊接而成，箱底及箱体筒段全部用自动焊接方法制成。氧化剂箱箱底开有6个输送管口，用来向6台发动机输送氧化剂。管口上方装有防旋装置，其外形像一个大凹圆盘，上面焊有两种长度不同的辐射状肋。一子级燃料箱未安装防晃板。

推  进  系  统

    一子级推进系统
    发动机   
    一子级装有6台单燃烧室高压补燃液体火箭发动机(PД—253)。PД—253是苏联第一种闭路循环火箭发动机，由格鲁什柯领导的气体动力实验室于1961～1965年研制成功。采用双组元自燃液体推进剂，氧化剂为四氧化二氮，燃料为偏二甲肼，推进剂混合比为2．69。单台PД—253发动机的地面推力为1474kN，真空推力1635kN；地面比冲2795N·s/kg，真空比冲3100N·s／kg。PД—253火箭发动机的结构质量为1280kg，加注推进剂以后的发动机质量为1460kg。PД—253发动机的高度2．72m，燃烧室最大直径1．5m。工作时间为130s。
    PД—253液体火箭发动机包括燃烧室、涡轮泵装置、燃气发生器、自动控制装置、喷管及其他组件。在泵后氧化剂同少许燃料被输送到燃气发生器，其余燃料被输送到再生冷却推力室内、外壁间的冷却管路中。燃气发生器产生的富氧化剂燃气在驱动涡轮后沿气路进入燃烧室，与流经冷却管路后进入燃烧室的燃料相遇燃烧。
    PⅡ—253发动机的推力室除采用再生冷却外，还在其易烧蚀处补加耐热陶瓷涂层和利用气液薄膜进行冷却。燃烧室压力高达14．7MPa，喷管出口压力61kPa。流入燃烧室壁内的热流密度达120MW／m2。喷管面积比为26：1。
    输送系统
采用涡轮泵输送系统。PⅡ—253发动机的涡轮泵组包含2台带双侧入口的螺旋离心燃料泵和一台轴流反作用式涡轮。它们装在两根轴上，一根轴上装氧化剂泵和涡轮，另一根轴上装燃料泵。两轴间的扭转力矩通过中间的一根短挠性轴传递。燃料泵为两级：第一级供应燃烧室，第二级供应燃气发生器。在氧化剂输入管路内装有喷射器。涡轮泵装置功率为18．74MW，转速231r／s，燃气发生器呈球形，由氧化剂冷却。燃气发生器所产生的气体温度为780K，压力为24MPa。

    PД—253发动机主管路  内的压力达40MPa，为保证其结构可靠性，广泛采用焊接连接工艺方法，在主管路内只有u个接头。发动机起动时采用自燃点火，点火与关机都用结构简单的电爆阀门(共9个)来保障。为了按推力或按推进剂混合比调节此火箭发动机，在主管路内装有电动调节器和节流阀。
    PД—253发动机装有小型燃气发生器，它产生的气体用于推进剂贮箱增压。
一子级推进系统装有推进剂利用系统，以控制两组元同时耗尽。

    二子级推进系统
二子级装有4台柯兹贝格设计局研制的PⅡ—0210单燃烧室闭路循环可摆动液体火箭发动机。由涡轮泵供应推进剂，推进剂与一子级相同，为四氧化二氮／偏二甲肼。用氧化剂对推力室进行再生冷却。采用钟形喷管，喷管面积比64：1。推进剂容积混合比1．25：1，额定流量173kg／s。燃烧室压力14．87MPa，真空比冲3180N·s／kg，单台发动机真空推力600kN，工作时间208s。二子级发动机无再起动能力。

二子级装有推进剂利用系统，以控制燃料和氧化剂同时耗尽。通过节流阀来控制流入预燃室的流量，以调节发动机的推力。

分  离  系  统

一、二子级间采用热分离法。在一子级发动机关机过程中，二子级发动机即开始点火。当一子级发动机推力为零时，一子级上的固体反推火箭点火，并借助二子级发动机排出的尾焰使两级分开。

制导和控制系统

“二级质子号”火箭采用计算机—捷联惯性制导系统。两个子级的姿态控制均通过摆动主发动机来实现。

三级质子号(ΤΡЁΧСТУ ПЕНЧАТЫЙ ПРОТОН)

    “三级质子号”火箭是世界上第一种发射空间站用的运载火箭。它由“二级质子号”的一、二子级加三子级构成。三个子级的推进剂都是N20,和偏二甲肼。“三级质子号”火箭的西方代号为D—1和SL—13。它主要用于发射苏联空间站‘礼炮号”、“和平号”、空间站舱“量子号”、“晶体号”(KPl4CTA~A)及“宇宙号”。同“二级质子号”火箭一样，“三级质子号”也只从拜科努尔发射场发射，51．6’倾角、170／300kin轨道运载能力为21t。
    1968年11月16日，苏联进行“三级质子号”运载火箭的首次发射，把“质子—4号”卫星送入近地轨道。卫星质量为17t，其中各种科学仪器重约12．5t。1971～1986年，苏联用“三级质子号”火箭发射了“礼炮—1～5”，“礼炮—6～7”与“和平号”三代空间站。它们的初始轨道高度约为220／270km，倾角51．6°，周期约90min。苏联航天员在“礼炮号”、“和平号”空间站上连续创造了96天、139天、174天、185天、211天、237天、326天、366天和447天空间持续飞行的世界记录，在长时间载人空间飞行方面远远领先。这些空间站不仅具有巨大的民用科学价值，而且也具有重要的军事价值。
    至1991年底，“三级质子号”共发射27次，其中失败4次，成功率为85．2％。
    自1986年后“三级质子号”火箭投入商用发射市场，1987年的发射费用为2000万美元。
   
主要技术性能
            级数        3           起飞推力            8844kN
            全长        57m        推重比              1．31
            最大直径    7．4m       运载能力            170／300km、51．6°轨道  21t
            起飞质量    686t        入轨精度            轨道高度偏差  ±17km
                                                            周期偏差  土12s
一、二子级性能同“二级质子号”运载火箭。“质子号”运载火箭是苏联第一种非导弹衍生的、专为航天任务设计的大型运载器。该系列，共有3种型号：二级型(西方代号D型，SL—9)、三级型(D—1，SL—13)和四级型(D—1-e，SL—12)。西·方将这三种火箭称作D系列火箭。
    二级型“质子号”火箭在1965年7月至1966年7月发射了三颗“质子号”卫星，此后即停止使用。三级型“质子号”火箭于1968年11月16日首次发射，有效载荷为“质子—4号”卫星，此后主要用于发射“礼炮号”(CAJIIOT)、“和平号”(M14P)空间站及“晶体号”(KPPICTAJIJl)和“量子号”(KBAHT)空间站舱体和航天飞机模型等。四级型“质子号”火箭于1967年3月首次发射，有效载荷为“宇宙—146”。后来主要用于发射各类大型星际探测器，如“月球—15—24”、“金星—9～16”、“火星—2～7”、“探测器—4～8”、“韦加”(BEFA)和“火卫”(ooEoc)等，还用于发射地球同步轨道卫星，包括“虹”、“荧光屏”、“地平线”、“射线”和“宇宙号”系列中的军用对地静止卫星。此外，四级型“质子号”火箭还具有一箭三星能力，用来发射苏联的全球导航卫星。
    “质子号”是苏联的主要运载火箭之一。在“能源号”(9HeprH。)重型运载火箭1987年投入使用之前，“质子号”是苏联运载能力最大的运载火箭。“三级型质子号”火箭能把21t有效载荷送入近地轨道，“四级型质子号”能把2．2t有效载荷送入地球同步轨道。“质子号”运载火箭的发射场为拜科努尔发射场。
    从1965年至1994年底，“质子号”运载火箭共发射224次，其中失败25次，成功率为84％。自1970年1月至1989年4月1日，“质子号”火箭发射132次，失败10次，成功率为92．4％。相比之下，“质子号”运载火箭是苏联现有运载火箭中成功率最低的一种型号。
从1986年开始，苏联把“质子号”运载火箭投入世界商用发射市场。“质子号”火箭的出厂价约为800万卢布。1988年规定地球同步轨道任务发射费用为3500万美元，地球同步转移轨道任务发射费用为2800万美元。后来把地球同步轨道任务发射费用提高到4000～6500万美元(1989年币值)。1987年确定三级型“质子号”运载火箭的近地轨道任务的发射费用为2000万美元。


二级质子号  (ⅡByXCTynEHqATbi访nPOTOH)

“二级质子号”运载火箭于1961—1965年由切洛梅(B．H．·qeJloMefl)设计局研制。1965年7月  16日，从拜科努尔发射场首次发射，把质量为12．25t的“质子—1号”卫星送入190卢630km，i＝  63．5’的近地轨道。这是苏联首次发射如此重的卫星。1965年11月和1966年7月又分别发射了“质子—2号”和“质子—3号”卫星。1966年3月24日进行的一次发射遭到失败。1966年7月以后，它被停止使用。“二级质子号”共发射4次，1次失败，成功率为75％。

主要技术性能
            级数        2           起飞推力            8844kN
            全长        41m        推重比              1．42
            最大直径    7．4m       运载能力            190／630km、63．5‘轨道，
            起飞质量    633t        12。25t

一  子  级
            级长        20．7m      发动机          6台PД-253
            直径        7．4m       推进剂          四氧化二氮／偏二甲肼
            起飞质量    461t        地面总推力      6×1474＝8844kN
            结构质量    44t        地面比冲        2795N·s／kg
            推进剂质量    417t      工作时间        130s

二  子  级
            级长        14．4m      发动机          4台PД-0210液体火箭发动机
            直径        4．15m      推进剂          四氧化二氮／偏二甲肼
            子级质量    157t        真空推力       4×600c2400kN
            结构质量    12t        真空比冲        3180N·s／kg
            推进剂质量  145t        工作时间        208s

整  流  罩
            长度        5m          质量            ≈3t
            直径        4.15m


总  体  布  局
   
   
“二级质子号”运载火箭由一子级、桁架式级间段、二子级和整流罩组成。一子级的推进剂箱采用并联构型，由一个中央氧化剂箱和周围并联的6个燃料箱构成。在6个燃料箱下方偏向中央氧化剂箱处各装1台PⅡ—253液体火箭发动机。二子级推进剂箱采用串联共底构型，动力装置为4台液体火箭发动机。一、二子级各带一段桁架式级间段，级间分离面在级间段中间位置。

箭  体  结  构

一子级中央氧化剂箱直径4．1m，周围6个燃料箱直径1．65m。它们之间通过上、中、下三个连接点用拉杆相连。下部连接点为铰链结构，是将发动机推力直接传给氧化剂箱的传力点。氧化剂箱内装有防晃板，纵向6块，横向3块(环形)。防晃板上开有减轻孔。氧化剂箱箱底由4块瓜瓣形钣金件焊接而成，箱底及箱体筒段全部用自动焊接方法制成。氧化剂箱箱底开有6个输送管口，用来向6台发动机输送氧化剂。管口上方装有防旋装置，其外形像一个大凹圆盘，上面焊有两种长度不同的辐射状肋。一子级燃料箱未安装防晃板。

推  进  系  统

    一子级推进系统
    发动机   
    一子级装有6台单燃烧室高压补燃液体火箭发动机(PД—253)。PД—253是苏联第一种闭路循环火箭发动机，由格鲁什柯领导的气体动力实验室于1961～1965年研制成功。采用双组元自燃液体推进剂，氧化剂为四氧化二氮，燃料为偏二甲肼，推进剂混合比为2．69。单台PД—253发动机的地面推力为1474kN，真空推力1635kN；地面比冲2795N·s/kg，真空比冲3100N·s／kg。PД—253火箭发动机的结构质量为1280kg，加注推进剂以后的发动机质量为1460kg。PД—253发动机的高度2．72m，燃烧室最大直径1．5m。工作时间为130s。
    PД—253液体火箭发动机包括燃烧室、涡轮泵装置、燃气发生器、自动控制装置、喷管及其他组件。在泵后氧化剂同少许燃料被输送到燃气发生器，其余燃料被输送到再生冷却推力室内、外壁间的冷却管路中。燃气发生器产生的富氧化剂燃气在驱动涡轮后沿气路进入燃烧室，与流经冷却管路后进入燃烧室的燃料相遇燃烧。
    PⅡ—253发动机的推力室除采用再生冷却外，还在其易烧蚀处补加耐热陶瓷涂层和利用气液薄膜进行冷却。燃烧室压力高达14．7MPa，喷管出口压力61kPa。流入燃烧室壁内的热流密度达120MW／m2。喷管面积比为26：1。
    输送系统
采用涡轮泵输送系统。PⅡ—253发动机的涡轮泵组包含2台带双侧入口的螺旋离心燃料泵和一台轴流反作用式涡轮。它们装在两根轴上，一根轴上装氧化剂泵和涡轮，另一根轴上装燃料泵。两轴间的扭转力矩通过中间的一根短挠性轴传递。燃料泵为两级：第一级供应燃烧室，第二级供应燃气发生器。在氧化剂输入管路内装有喷射器。涡轮泵装置功率为18．74MW，转速231r／s，燃气发生器呈球形，由氧化剂冷却。燃气发生器所产生的气体温度为780K，压力为24MPa。

    PД—253发动机主管路  内的压力达40MPa，为保证其结构可靠性，广泛采用焊接连接工艺方法，在主管路内只有u个接头。发动机起动时采用自燃点火，点火与关机都用结构简单的电爆阀门(共9个)来保障。为了按推力或按推进剂混合比调节此火箭发动机，在主管路内装有电动调节器和节流阀。
    PД—253发动机装有小型燃气发生器，它产生的气体用于推进剂贮箱增压。
一子级推进系统装有推进剂利用系统，以控制两组元同时耗尽。

    二子级推进系统
二子级装有4台柯兹贝格设计局研制的PⅡ—0210单燃烧室闭路循环可摆动液体火箭发动机。由涡轮泵供应推进剂，推进剂与一子级相同，为四氧化二氮／偏二甲肼。用氧化剂对推力室进行再生冷却。采用钟形喷管，喷管面积比64：1。推进剂容积混合比1．25：1，额定流量173kg／s。燃烧室压力14．87MPa，真空比冲3180N·s／kg，单台发动机真空推力600kN，工作时间208s。二子级发动机无再起动能力。

二子级装有推进剂利用系统，以控制燃料和氧化剂同时耗尽。通过节流阀来控制流入预燃室的流量，以调节发动机的推力。

分  离  系  统

一、二子级间采用热分离法。在一子级发动机关机过程中，二子级发动机即开始点火。当一子级发动机推力为零时，一子级上的固体反推火箭点火，并借助二子级发动机排出的尾焰使两级分开。

制导和控制系统

“二级质子号”火箭采用计算机—捷联惯性制导系统。两个子级的姿态控制均通过摆动主发动机来实现。

三级质子号(ΤΡЁΧСТУ ПЕНЧАТЫЙ ПРОТОН)

    “三级质子号”火箭是世界上第一种发射空间站用的运载火箭。它由“二级质子号”的一、二子级加三子级构成。三个子级的推进剂都是N20,和偏二甲肼。“三级质子号”火箭的西方代号为D—1和SL—13。它主要用于发射苏联空间站‘礼炮号”、“和平号”、空间站舱“量子号”、“晶体号”(KPl4CTA~A)及“宇宙号”。同“二级质子号”火箭一样，“三级质子号”也只从拜科努尔发射场发射，51．6’倾角、170／300kin轨道运载能力为21t。
    1968年11月16日，苏联进行“三级质子号”运载火箭的首次发射，把“质子—4号”卫星送入近地轨道。卫星质量为17t，其中各种科学仪器重约12．5t。1971～1986年，苏联用“三级质子号”火箭发射了“礼炮—1～5”，“礼炮—6～7”与“和平号”三代空间站。它们的初始轨道高度约为220／270km，倾角51．6°，周期约90min。苏联航天员在“礼炮号”、“和平号”空间站上连续创造了96天、139天、174天、185天、211天、237天、326天、366天和447天空间持续飞行的世界记录，在长时间载人空间飞行方面远远领先。这些空间站不仅具有巨大的民用科学价值，而且也具有重要的军事价值。
    至1991年底，“三级质子号”共发射27次，其中失败4次，成功率为85．2％。
    自1986年后“三级质子号”火箭投入商用发射市场，1987年的发射费用为2000万美元。
   
主要技术性能
            级数        3           起飞推力            8844kN
            全长        57m        推重比              1．31
            最大直径    7．4m       运载能力            170／300km、51．6°轨道  21t
            起飞质量    686t        入轨精度            轨道高度偏差  ±17km
                                                            周期偏差  土12s
一、二子级性能同“二级质子号”运载火箭。