质子号运载火箭

质子号运载火箭（俄语：Протон^[1] 英文：Proton rocket^[2]）是苏联研制的大型运载火箭。^[1]

1965年7月16日，代号为UR-500火箭首飞，该运载火箭被命名为质子号运载火箭。此后一直是苏联和俄罗斯发射能力最强的运载火箭。^[3]1996年4月，质子号将欧洲的阿斯特拉-1F卫星发射入轨，完成了第一次商业发射。^[5]2010年至2015年间，“质子”号运载火箭的事故率不断上升，动摇俄罗斯在国际航天发射市场的地位。^[3]2014年12月15日，俄航天部门用“质子－Ｍ”运载火箭成功将“亚马尔－401”通信卫星送入预定轨道。^[6]质子号运载火箭曾将“和平”号空间站、“曙光”国际空间站模块送入太空。^[4]

质子号运载火箭分为二级型、三级型和四级型3种型号。后来，又推出改进版的新型“质子-K”号运载火箭，成为苏联时期发射地球同步卫星和几乎所有航天器的主要运载工具。^[4]无论是三级火箭还是四级火箭，其运载能力均可互补执行多种轨道发射任务 。此外，该火箭可利用多种整流罩来满足各种发射要求。^[7]

2019年10月，俄罗斯赫鲁尼切夫机器制造公司将制造最后11枚“质子”号运载火箭，完成这批生产后，俄罗斯将开始使用新型“安加拉”运载火箭。^[3]

20世纪60年代初，美国、苏联在航天领域展开激烈竞争。当时，苏联急需一款大运载力火箭，能够将更重的载荷送入空间轨道，同时，军方也需要一种新型弹道导弹，以发射大当量核弹头。于是苏联多个火箭设计局纷纷展开研制。^[3]

最初的“质子”号运载火箭是由弗拉基米尔·切洛缅领导的设计局设计的。该设计局提出的方案是由4款不同运载能力的火箭组成，其中，UR-100和UR-200火箭作为弹道导弹，UR-500火箭用于发射大型航天器，UR-700火箭用于实施登月任务，这种火箭起飞推力达到6000吨，运载能力是美国土星5号火箭的1.5倍，堪称火箭中的“巨无霸”。然而苏联政府最终否定了这个方案，使它永远停留在图纸上。^[8]

质子号运载火箭的研制工作开始于1961年。它是前苏联第一种不是从弹道导弹发展而来、而是新设计的运载火箭，设计和研制工作以切洛梅设计局为主进行一制造工作由赫鲁尼切夫工厂负责。科罗摩夫设计局、格鲁什科设计局、科斯伯格设计局和伊萨耶夫设计局等也参加了研制工作。质子号在前苏联的运载火箭家族中自成一个系列，属谢尔顿代号体系中的D系列火箭。^[9]

最初的质子号运载火箭是由弗拉基米尔·切洛缅领导的设计局设计的。该设计局提出的方案是由4款不同运载能力的火箭组成，其中，UR-100和UR-200火箭作为弹道导弹，UR-500火箭用于发射大型航天器，UR-700火箭用于实施登月任务。^[3]

不过，由谢尔盖·科罗廖夫设计局提出的方案当时被选中。该方案以R-9火箭作为弹道导弹，将N-1火箭作为月球运载工具，方案很快投入实施。遗憾的是，直到总设计师科罗廖夫去世，N-1火箭也没有起飞，4次发射试验均以失败告终。就在N-1火箭研发失败之际，美国率先实现登月。苏联对登月失去兴趣，N-1火箭项目被迫下马。此后，由弗拉基米尔·切洛缅主持设计的方案投入研制。^[3]

1964年，苏联开始在哈萨克斯坦拜科努尔建设地面发射场。1965年，UR-500火箭的研发工作结束。次年7月16日，UR-500火箭首飞，该运载火箭被命名为“质子”号运载火箭。^[3]

1967年，质子-K火箭首飞，高50米，三级火箭共约618吨（不含载荷）。低地球轨道（LEO）运载能力为19.76吨，最高纪录为22.776吨。^[10]

在冷战期间，苏联为充分发挥其过剩的运载火箭生产能力，于1983年开始将质子号火箭推向商业发射市场。但由于冷战的影响，以美国为首的西方国家担心苏联通过发射西方卫星获取先进的卫星技术，因此苏联进入商业发射服务市场的设想未能实现。^[11]

20世纪80年代中期，“质子号”第一级发动机经过改进，推力达到178吨，最大起飞推力提高到1246吨。^[12]

1986年，质子号运载火箭发射了建设“和平”号空间站的模块，1998年至2000年，它将“曙光”国际空间站模块送上太空。^[4]

冷战结束后，俄罗斯国家航天预算大幅度下降，为了维持航天强国的地位，决定凭借其在航天领域的技术优势开展国际合作。从1995年开始，俄罗斯先后与几家西方公司达成协议。共同销售运载火前，从而进入国际商业发射市场。^[11]

1996年4月，质子号将欧洲的阿斯特拉-1F卫星发射入轨，完成了第一次商业发射。到2007年为止，质子号已经执行了40多次商业发射任务。^[5]

2001年4月7日，质子-M火箭首飞。这款火箭在质子K的基础上，降低了结构重量，改进了发动机，提高了运载效率。其起飞质量约705吨，高度约58.2米，近地轨道运载能力也提高到了23吨。^[10]

2006年，计划对质子号运载火箭进行改进。加长或增大有效载荷整流罩直径的方案已经在考虑之 中，并开始研究多星串联的运载火箭方案。另外 ，还在研制一种新型的液氧/液氢高性能的上面级。^[7]

2010年至2015年间，“质子”号运载火箭的事故率不断上升，动摇俄罗斯在国际航天发射市场的地位。^[3]2013年7月2日，俄罗斯航天署在拜科努尔航天发射场坠毁的质子-M号运载火箭，其发动机在第17秒钟时按“事故模式”关闭。之后火箭坠毁在航天发射场内距离发射台约2.5公里处。地面没有伤亡和被破坏的报告。据初步资料显示，运载火箭发生故障的原因是第一级发动机出现故障。该火箭原先预定将三颗“格洛纳斯”系统导航卫星送入轨道。^[13]

2013年12月4日，一名哈萨克斯坦国家航天局的官员称，哈萨克斯坦将逐步减少质子运载火箭从拜科努尔航天发射场的发射，并将于2025年彻底结束使用。^[13]

2014年12月15日，俄航天部门用“质子－Ｍ”运载火箭成功将“亚马尔－401”通信卫星送入预定轨道。此次发射是“质子”系列运载火箭自1965年投入使用以来的第400次发射，同时也是“质子－Ｍ”型火箭2014年第七次发射。^[6]

2015年5月16日，俄罗斯联邦航天署证实，搭载一枚墨西哥通讯卫星的俄罗斯“质子－M”运载火箭当天上午发射失败。媒体报道，这枚火箭可能坠毁在西伯利亚。^[14]同年9月15日，俄“质子-M”号运载火箭携带“快车-AM8”通讯卫星成功发射，此次发射已是“质子”号火箭在5月事故后的第二次发射。^[15]

2019年10月，俄罗斯赫鲁尼切夫机器制造公司将制造最后11枚“质子”号运载火箭，完成这批生产后，俄罗斯将开始使用新型“安加拉”运载火箭。^[3]

在世界航天史上，质子号总计进行过400多次发射，对苏联和俄罗斯以及世界航天事业作出巨大贡献。^[3]

由于第一次发射携带的航天器为“质子1号”科学卫星，该运载火箭被命名为“质子”号运载火箭。^[3]

“质子”号系列运载火箭是苏联研制的第一种非导弹衍生的、专为航天任务设计的大型运载器。包括以下火箭： 二级质子号 ，三级质子号 ，四级质子号。 ^[16]

该系列共有3种型号：二级型（西方代号D型，SL-9）、三级型9D-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。^[16]

二级型“质子号”火箭在1965年至1966年7月发射了三颗“质子号”卫星，此后即停止使用。^[16]

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”（САЛЮТ）、“和平号”（МИР）空间站及“晶体号”（КРИСТАЛЛ）和“量子号”（КВАНТ）空间站舱体和航天飞机模型等。^[16]

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”（ВЕАГ）和“火卫”（ФОБОС）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。 ^[16]

质子号运载火箭由第1级、第2级、第3级和上面级构成。^[7]

第1级由一个装有氧化剂的中央贮箱和围绕它外侧的 6个燃料贮箱组成。每个燃料贮箱底部装有一台单燃烧室高压补燃液体火箭发动机，6 台发动机能够提供推力约为9.5MN、真空推力10.5MN。RD-0253发动机是苏联第1种闭环火箭发动机，采用双组元液体推进。^[7]第2级外形采用传统的圆柱形设计，由4台RD-0210单燃烧室闭环可摆动液体火箭发动机提供推力。4台发动机提供的真空推力为 2.3MN。第2级发动机无重新启动能力，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。^[7]第3级 由 1台主发动机RD-0210、4 台游动发动机、燃气发生器和涡轮泵组成 。主发动机与2级所用的是同一种发动机，采用涡轮泵输送推进剂，在飞行中能够提供 583kN的推力。^[7]

此外，质子号运载火箭可利用 BlockDM 和微风 M两种上面级来执行商业发射任务。^[7]

BlockDM 上面级

BlockDM 上面级拥有独特的功能，能够执行特殊要求的任务。质子号三级运载火箭与该上面级的高性能相结合，能够将航天器直接送入最终轨道，减少了航天器推进系统 的尺寸与复杂性。BlockDM 上面级的 1lD58M 主发动机提供的真空推力为 83.5kN。

微风 M 上面级

微风 M 上面级是从隆声号 (Rokot)火箭上的微风 K 上面级改进而来，可提高有效载荷的运载能力及其自身的操作性能。微风 M 的主发动机在飞行中可多次启动为8次，它能将航天器更精确地送入轨道。主发动机一次任务中可以进行8次的重复启动，且装备有重启系统，在主点燃程序失效的情况下仍可启动发动机。^[7]

质 子号运载火 箭的综合发射场位于 哈萨克斯坦共和 国的拜科努尔 ，距莫斯科 东南 部约2000千米，该综合发射场设有航天器与运载火箭的总装厂房和 4个发射台。场地全年的温度变化为一40～45℃。在拜科努尔发射场 ，质子号运载火箭能够在严酷的环境条件下进行发射操作。该火箭可 以全年发射 ，并且在同一个发射台上进行两次连续发射的间隔时间最短为 25天 。在不同发射台上 ，该火箭的发射频率能够达到 4次／月，并且长期保持着 12次／年的发射频率。^[7]

在质子号 K运载火箭的第1级、第 2级与第 3级工作期间，主要由火箭第3级 内的三冗余闭环模拟电子系统 (利用分布式惯性基准平台装置采集数据 )执行制导、导航 与控制 (GNC)。如果运载火箭在上升段出现重大故障，这套系统将发出飞行终止指令 。^[7]

质子号 M 火箭行控制系统采用了基于现代航空电子技术的数字飞行控制系统。该数字飞行控制系统取代了质子号 K火箭上的模拟飞行控制硬件 。另外，在运载火箭的倾斜剖面和其他参数方面，能够大幅度地提高上升段设计的灵活性。自主惯性控制系统采用了一个精密 的三轴陀螺稳定器和一个三通道表决箭载数字计算机 。数字控制计算机安装在质子号M运载火箭的第 3级并且对第 1级 、第 2级、第 3级的飞行进行控制。^[7]

质子号运载火箭参数三级型9D-1（SL-13）长度58.9米直径7.4米起飞重量700吨起飞推力1170吨运载能力5.4吨（近地轨道）三级型9D-1（SL-13）长度59.8米起飞重量697吨运载能力19.8吨（低轨道）三级型9D-1（SL-13）参考资料：^[12]

质子号火箭一直是从地处哈萨克斯坦境内拜科努尔航天中心发射。今后随着商业发射业务的扩展，还拟从西北部的普列谢茨克发射场发射，但那里目前尚无用于质子号的发射设施。为了克服拜科努尔发射场地理位置上的缺陷，有人提出到巴布亚新几内亚建设质子号的发射场，但建设资金难以落实。赫鲁尼切夫公司还提出到发射阿里安火箭的法属圭亚那库鲁去建发射场，但未得到欧空局的积极回应。此外，虽然俄罗斯、哈萨克斯坦两国已就该发射场的租用问题达成协议。但地理和主权问题还是给发射场管理带来不少困难。^[9]

质子号运载火箭是稍显落后的“毒箭”，以偏二甲肼（C2H8N2）作为燃料，四氧化二氮作为氧化剂的传统运载火箭。其燃烧产物为氮气（N2）和水蒸汽（H2O）、二氧化碳（CO2），并不会产生任何大气污染，但如果因为操作失误或是突发情况造成燃料发生泄漏，就会上升为非常严重的污染事故。^[10]每当质子号运载火箭发射失败，哈萨克斯坦就会禁止俄罗斯在拜科努尔发射这款火箭，直到问题解决为止，这让俄罗斯处境非常被动。^[4]

次数日期火箭型号代号发射台结果酬载卫星轨道备注11965年7月16日 11:16质子号运载火箭8K82107207-01拜科努尔航天中心81/23成功质子-1卫星(N-4卫星#2)低地轨道粒子研究，质子号运载火箭8K82首次发射。21965年11月2日 12:28质子号运载火箭8K82UR500-209拜科努尔航天中心 81/23成功质子-2卫星(N-4卫星#2)低地轨道粒子研究。31966年3月24日 21:00质子号运载火箭8K82UR500-211拜科努尔航天中心 81/23失败质子-3卫星(N-4卫星#3)低地轨道粒子研究，第二节并未点燃，未到达预定轨道。41966年7月6日 12:57质子号运载火箭8K82UR500-212拜科努尔航天中心 81/23成功质子-4卫星(N-4卫星#4)低地轨道粒子研究，最后一次质子号运载火箭8K82发射。51967年3月10日 11:30质子-K运载火箭8K82K/11S824UR500-212拜科努尔航天中心 81/23成功宇宙146卫星(联合号7K-L1卫星#2P)高椭圆轨道太空船测试，质子号运载火箭8K82K首次发射。首次使用上面节。61967年4月8日 09:00质子-K/D组级运载火箭8K82K/11S824228-01拜科努尔航天中心 81/23失败宇宙斯菊154卫星(联合号7K-L1卫星#2P)高椭圆轨道、低地轨道(最后到达)太空船测试，因为电机组件损毁，导致第四节未能分离。71967年9月27日 22:11质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824229-01拜科努尔航天中心81/23失败联合号7K-L1卫星#4L)高椭圆轨道太空船测试，第一节发动机失败，未能到达轨道。81967年11月22日 19:07质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824230-01拜科努尔航天中心 81/24失败联合号7K-L1卫星#5L)高椭圆轨道太空船测试，第一次从拜科努尔航天中心 81/24发射台发射；第二节发动机失败，未能到达轨道。91968年3月2日 22:11质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824231-01拜科努尔航天中心 81/23成功联合号7K-L1卫星#6L)高椭圆轨道太空船测试，太空船最后失败。101968年4月22日 23:01质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824232-01拜科努尔航天中心 81/24失败联合号7K-L1卫星#7L)高椭圆轨道太空船测试，第二节发动机提早停止。111968年9月14日 21:42质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824234-01拜科努尔航天中心 81/23成功联合号7K-L1卫星#9L)高椭圆轨道-121968年11月10日 19:11质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824235-01拜科努尔航天中心 81/23成功联合号7K-L1卫星#12L)高椭圆轨道太空船测试，太空船最后失败。131968年11月16日 11:40质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824236-01拜科努尔航天中心 81/24成功质子-4卫星((N-6卫星#1))低地轨道宇宙射线研究，首次质子-K运载火箭无上面节。141969年1月20日 04:14质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824237-01拜科努尔航天中心 81/23失败联合号7K-L1卫星#13L)高椭圆轨道太空船测试，第二节发动机失效，首次使用逃脱系统。151969年2月19日 06:48质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824239-01拜科努尔航天中心 81/24失败Luna E-8 #201 (月球步行者)高椭圆轨道月球登陆，第一节发动机失效。161969年3月27日 10:40质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824240-01拜科努尔航天中心 81/23失败Mars 1969A (Mars-2M #521)高椭圆轨道火星轨道环绕，第三节发动机失效。171969年4月2日 10:33质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824233-01拜科努尔航天中心 81/24失败Mars 1969B (Mars-2M #522)高椭圆轨道火星轨道环绕，第一节发动机失效。181969年6月14日 04:00质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824238-01拜科努尔航天中心 81/24失败Luna E-8-5 #402 (月球步行者)高椭圆轨道月球样本采集，上面节发动机未点燃。191969年7月13日 02:54质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824242-01拜科努尔航天中心 81/24成功Luna E-8-5 #401 (月球步行者)高椭圆轨道月球样本采集，太空船发射后不久失效。201969年8月7日 23:48质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824243-01拜科努尔航天中心 81/23成功联合号7K-L1卫星#11)高椭圆轨道太空船测试。211969年9月23日 14:07质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824244-01拜科努尔航天中心 81/24失败宇宙300号卫星Luna E-8-5 #403 (月球步行者)高椭圆轨道、低地轨道(最后到达)月球样本采集，上面节的氧化剂外漏。221969年10月22日 14:09质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824241-01拜科努尔航天中心 81/24失败宇宙305号卫星Luna E-8-5 #404 (月球步行者)高椭圆轨道、低地轨道(最后到达)月球样本采集，上面节控设施无作用。231969年11月28日 09:00质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824245-01拜科努尔航天中心 81/23失败联合号7K-L1E卫星#1中地球轨道测试Block D上面节飞行，第一节发动机即失败。241970年2月6日 04:16质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824247-01拜科努尔航天中心 81/23失败Luna E-8-5 #405 (月球步行者)高椭圆轨道月球样本采集，未到达轨道。251970年8月18日 03:45质子-K运载火箭 8K82K/11S824246-01拜科努尔航天中心 81/23成功82-EV亚轨道飞行测试发射，测试高失败的质子号运载火箭。261970年9月12日 13:35质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824248-01拜科努尔航天中心 81/23成功月球16号Luna E-8-5 #406 (月球步行者)高椭圆轨道月球样本采集。271970年10月20日 19:55质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824250-01拜科努尔航天中心 81/23成功ZOND-8联合号7K-L1E卫星#14高椭圆轨道太空船测试。281970年11月10日 14:44质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824251-01拜科努尔航天中心 81/23成功月球17号Luna E-8 #203 (月球步行者)高椭圆轨道测试月球车1号。291970年12月2日 17:00质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824252-01拜科努尔航天中心 81/23成功宇宙382号卫星联合号7K-L1E卫星#2K中地球轨道测试发射，测试Block D上面节。301971年4月19日 01:40质子-K运载火箭 8K82K/11S824254-01拜科努尔航天中心 81/24成功礼炮1号低地球轨道太空站311971年5月10日 16:58质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824253-01拜科努尔航天中心 81/23失败宇宙419号卫星 (火星-3MS #170)高椭圆轨道　　低地球轨道(最后到达)火星轨道，上面节未点燃，时间计算设计失当。321971年5月19日 16:22质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824255-01拜科努尔航天中心 81/24成功火星2号(火星-4M #171)高椭圆轨道火星轨道。331971年5月28日 15:26质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824249-01拜科努尔航天中心 81/23成功火星3号(火星-4M #172)高椭圆轨道)火星轨道。341971年9月2日 13:40质子-K/D组级运载火箭 8K82K/11S824256-01拜科努尔航天中心 81/24成功月球18号Luna E-8-5 #207 (月球步行者)高椭圆轨道月球样本采集，发射不久后酬载物失败。352023年2月5日质子号运载火箭-拜科努尔航天发射中心成功“Elektro–L”气象卫星^[17]--

质子号系列运载火箭继承苏联传统的航天技术，引入了新的经营运作模式，大力开拓了市场 ，显示出生机勃勃的生命力。其技术及运作经营模式都值得研究和借鉴。^[7]（《导弹与航天运载技术》评）