Astronautika: misije

Skoro godinu dana, jedna od dve trenutno najjače ruske rakete – druga je 'Ангара’ – nije letela zbog raznoraznih problema koji svi imaju koren u lošoj kontroli kvaliteta. Govorimo, naravno, o mitskom 'Протону' kompaniје 'Хруничев'. no čini se da je prokletstvo rešilo da malo predahne kada je u pitanju ova raketa. Osmog juna 2017. u 02:45 po našem, kompanija ’ILS’ (International Launch Services[1]) uspešno je lansirala ’Протон-M’/’Бриз.M’ (Фаза IV) sa američkim satelitom ’Echostar 21’ sa rampe ПУ-24 zone 81 kosmodroma Bajkonur. Bilo je to 34. orbitno lansiranje u 2017. (32. uspešno) i 94. lansiranje kompanije ’ILS’. Početna transferna orbita je imala dimenzije 2.300×35.786 km i nagib 30,5°.

Lansiranje „Echostara 21“.

'Echostar 21'

„EchoStar 21“ – ili „EchoStar XXI“ (originalni naziv „EchoStar T2“ i „TerreStar 2“) – je geostacionarni komunikacioni satelit težak 6.900 kg koga je za kompaniju „EchoStar Corp.“ napravila kalifornijska kompanija „SSL“ ('Space System Loral') koristeći platformu its SSL 1300. Biće lociran na poziciji 10,25° istočno, odakle će omogućavatai S-band komunikaciju – posebno servise mobilne telefonije – za čitav evropski kontinent. Predviđeno je da radni vek uređaja bude oko 15 godina. „Echostar 21“ je šesti „Echostarov“ satelit lansiran „Protonom“, i najteži teret ikada postavljen u geostacionarnu transfernu orbitu ovom raketom.

Satelit tokom akustičnih ispitivanja.

„Echostar 21“.

Poster misije.

Projekcija na Zemlji putanje „Echostara 21“.

Raketa 'Proton-M'

„Proton-M Faza IV“ (8M82KM) je trostepeni lanser „suve“ težine (bez goriva) 53,65 tona i maksimalne težine od 705 tona kada je napunjen do vrha. Dimenzije rakete bez tereta su 42,3×7,4 metra. Sa vrhom, dostiže 58,2 metra. Nosivost joj je 21,6 tona na orbitu visine 200 km sa nagibom 51,6°. Takođe može da ponese 6.920 kg na geostacionarnu orbitu (GTO), ili 3.250 kg direktno na geostacionarnu orbitu (GEO), što je čini najsnažnijom ruskom raketom u upotrebi danas, zajedno sa „Angarom“ (takođe „Hruničevljevom“). „Proton-M“ je poslednja verzija „Protona“ („UR-500“), rakete koji je konstruisao slavni biro još slavnijeg Vladimira Nikolajeviča Čelomeja. Prvo lansiranje „Protona“ bilo je još 16. jula 1965. godine.

Raketa „Proton-M“/“Briz-M“.

Za proizvodnju „Protona-M“ zadužena je ruska državna kompanija GKNPC „Hruničev“ iz Moskve. Raketu na međunarodnom tržištu nudi kompanija „ILS“, čiji je „Hruničev“ glavni akcionar. Deo rakete je i dodatni stepen „Briz-M“ (14S43) na hipergolično gorivo, koga takođe proizvodi „Hruničev“. Prilikom pojedinih lansiranja za rusku federalnu vladu, koristi se stepen „Blok DM-2/DM-3“ (11S861), koji sagoreva kerozin i tečni kiseonik.

U septembru prošle godine, konstruktivni biro „Saljut“ kompanije „Hruničev“ je najavila proširenje proizvodne linije „Protona“ sa dodatnim stepenom „Briz-M“ – praviće se dvostepena modifikacija „Proton Srednji“ (nosivost 2,2 t) i „Proton Laki“ (nosivost do 1,45 t). Nažalost, pre par meseci je javljeno da se proizvodnja lake rakete odlaže.

Raketa „Proton-M“.

Karakteristike rakete.

Različite performanse različitih faza „Protona“. Zelena linija prikazuje skokove u nosivosti.

Dimenzije rakete i presek. Na samom početku razvoja, to je trebalo da bude super-teška nuklearna interkontinentalna balistička raketa.

Još jedan „Proton“ čeka lansiranje!

Prvi stepen ('Proton MK-1' ili 8S810M) formiran je od centralnog rezervoara azotnog tetroksida (oksidator) okruženog sa šest malih fiksnih tankova UDMH (nesimetrični dimetil-hidrazin, kao gorivo). Njegove dimenzije su 21,18×7,4 metra a suva težina 30,6 tona (428,3 t sa gorivom). Napravljen je od sovjetskih aluminijumskih legura AMg-6 i V95. Do osamdesetih godina, zapadni analitičari su verovali da su spoljnji tankovi zapravo nezavisni busteri – prateći logiku raketa „Sojuz“ – ali u stvarnosti to je sve jedan stepen čije su dimenzije ograničene – tunelima! Naime, delovi rakete se iz Moskve transoportuju do Kazahstana, do Bajkonura, vozom, te su dimenzije tereta ograničene standardima dimenzija usputnih tunela – najveći prečnik rakete je 4,10 metara.

Prvi stepeni „Protona-M“ u fabrici. U prvom planu je rešetka na koju se nastavlja drugi stepen, a služi da izduvni gasovi motora II stepena imaju gde da izlaze u trenutku pre nego što se odvoji I stepen.

Raketa se transportuje ka rampi. Svaki od 6 tankova goriva ima sopstveni motor RD-276, dok se u sredini nalazi zajednički tank sa oksidatorom.

U bazi svakog hidrazinskog rezervoara, dugačkog 19,86 m, nalazi se po jedan marševski motor RD-276 (RD-275M ili 14D14M) sa dodatnim sagorevanjem. RD-276 je nešto unapređena verzija motora RD-275 (14D14), konstruisanog u NPO „Energomašu“. Svaki od njih ima potisak od 1590 kN na nivou mora, odn. 1750 kN u vakuumu, kao i specifični impuls od 289-316 sec., stvarajući ukupni potisak od oko 11 MN (preko 1100 tona). Motor RD-275 se prvi put pojavio u oktobru 1995. i to je najjači hipergolični motor na svetu u upotrebi. RD-275 je, opet, nastao od starije verzije RD-253[2] (11D43), potiska 1474 kN. Zahvaljujući hidrauličnim aktuatorima, svaki RD-275 može da se pomera po dve ose za ugao od 7,5°, što omogućava raketi roataciju po azimutu nakon lansiranja. Posle 2007 predstavljen je RD-275M (tzv. RD-276), snažniji za 5,2%, što je omogućilo povećanje korisne težine poslate u geostacionarnu transfernu orbitu (GTO) za oko 150 kg. Motori prvog stepena rade 127 sekundi.

RD-253 – Gluškovljev motor od koga su nastali motori I stepena „Protona-M“. Radi lansiranja masivnog centralnog jezgra stanice „Mir“, motor je 1986. osnažen za 7% modifikovanjem toka goriva kroz ventile.

Drugi stepen ('Proton KM-2' ili 8S811K) poseduje tri motora RD-0210 i jedan RD-0211[3] (potriska 588 kN i I_sp 321 sec. svaki, ukupnog potiska 2,4 MN), konstruisanih u birou KB „Himavtomatika“ (KBHA, ranije OKB-154 Semjona Kozberga, stacioniranog u Voronježu). Razlika između RD-0210 i RD-0211 što ovaj drugi ima inkorporirane delove sistema za presurizaciju RD-253/275. Svaki motor može da se pomera oko uzdužne ose za ugao od 3,25° radi manevrisanja raketom. Ovaj II stepen „Protona“ je zapravo baziran na sovjetskom Čelomejevljevom balističkom projektilu iz doba Hladnog rata UR-200[4] (8K81). Dimenzije stepena su 17,05×4,1 m a težina 11,715 tona (157,3 tone s gorivom).

Motori II stepena pale se malo pre prestanka rada marševskih motora I stepena, što omogućava „vreli“ princip odvajanja stepeni. Čim potisak motora II stepena dostigne potisak I stepena, otvaraju se piro-bravice koje spajaju rešetke između stepeni, stepeni se odvajaju, a produkti sagorevanja iz komora motora II stepena, dejstvujući na toplotni ekran, koče i guraju prvi stepen.

Drugi stepen „Protona“. Pali se malo preko dva minuta od lansiranja, dok je još uvek zakačen za I stepen. Odvajanje od I stepena se događa 4 sekunde kasnije uz pomoć 20 piro-bravica. Odmah potom pali se 6 malih motora na čvrsto gorivo 8D84 koji rade nasuprot pravca leta i služe za sigurno i bezbedno odvajanje od ostatka rakete.

Nakon odvajanja na stratosferskoj visini od preko 120 km, „Protonovi“ drugi stepeni balistički padaju na poligon №310 na granici između istočnog Kazahstana i Altajske republike, oko 1.620 km od mesta lansiranja.

Ostaci II stepena u tajgi.

Treći stepen ('Proton-KM-3' ili 8S812M) poseduje jednokomorni motor RD-0213 (potiska 582,1 kN), proizveden u KBHA, i četvorokomorni motor za upravljanje („vernier“ motor) RD-0214 (potiska 30,98 kN) Zajedno, formiraju pogonski sistem poznat kao RD-0212. Svaka komora RD-0214 može da rotira do 45° radi upravljanja raketom tokom leta. Na ovom stepenu nalazi se složeni digitalni sistem za kontrolu i navođenje sva tri stepena rakete koji je konstruisala kompanija NIIP (ranije Piljuginov institut NII-885). Njegove dimenzije su 4,11×4,1 metar a težina 3.500 kg (46,56 tona sa gorivom). Treći stepen radi 241 sekundu.

Nakon rada III stepena, prvo se isključuje glavni motor a onda se isključuje i motor za upravljanje, čiji mali potisak služi za fino podešavanje krajnje brzine tereta baziranog na poslednjim podacima prikupljenim u realnom vremenu tokom leta.

Spoljni izgled III stepena „Protona-M“.

Zadnji deo III stepena. Stepen prestaje s radom na visiini od oko 150 km, nakon čega pada u okean.

Pogonska jedinica drugog stepena RD-0212 sovjetskog konstruktora Jankela Gerškoviča. Vide se karakteristične mlaznice motora RD-0214 za upravljanje.

Motor RD-0212 (u pozadini) i motori za upravljanje RD-0214 tokom proizvodnje u mehaničarskom zavodu u Voronježu 2016.

Iznad III stepena „Protona-M“ nalazi se dodatni stepen „Briz-M“ (14S43) na hipergolično gorivo, takođe „Hruničevljev“ proizvod. Da bi postavio teret na geostacionarnu orbitu „Briz-M“ obično mora da uključi motor četiri ili pet puta (maksimalno 8 puta). Ima dimenzije 2,61[5]×4,0 m i masu 2370 kg (19.800 kg sa gorivom). Pokreće ga glavni motor RD-2000 (S5.98M/14D30) potiska 19,62 kN, četiri motora 11D458M[6] (RDMT-400, potiska 40 kg), kao i 12 malih motora za kontrolu položaja RDMT-12 (17D58E, potiska 1,36 kg). Ima vrlo originalni dizajn sa centralnim rezervoarom (CTB) i dopunskim toroidnim spoljnjim rezervoarom. Trenutno, „Briz-M“ koji koriste rakete verzije „Faze III“, poseduju dva tanka za gas pod pritiskom kapaciteta 80 litara umesto prethodnog dizajna sa 6 tankova.

Spajanje velikog rezervoara koji prima skoro 20 tona goriva i stepena „Briz-M“. Desno: punjenje dodatnog stepena gorivom.

Pogled od pozadi stepena „Briz-M“ već integrisan sa spoljnjim tankom. Crvene zaštitne kutije, koje se uklanjaju pred lansiranje, pokrivaju trastere 11D458M,

„Protonov“ vrh se naziva PLF-BR-15255. Ima prečnik od 4,1 metar i visinu od 15,255 metara.

Na Bajkonuru trenutno postoje dve lansirne zone sa po dve rampe (PU, puskavaja ustanovka): Zona 81 (rampe 23 i 24) i Zona 200 (rampe 39 i 40). Rampa 40 nije aktivna još od 1991. Za ovo lansiranje o kome pišem korišćena je rampa 24. Svaka rampa ima sopstvene podzemne cisterne za gorivo, lansirne bunkere (250/251 na rampi 24, udaljeni 1300 m) i pokretni servisni toranj.

„Proton-M“ se sastavlja u montažnoj hali MIK 92A-50 na samom kosmodromu. Zgrada je podljena u pet velikih hala. Prva tri stepena rakete se sastavljaju u Hali 111 od komponenti koje stižu vozom u Kazahstan iz različitih krajeva Rusije. U Hali 103 vrši se kontrola satelita i punjenje gasovima i gorivom, a onda u Hali 101 spajanje sa dodatnim stepenom (u sličaju satelita „GLONASS“, sa „Blokom DM-2“).

Faze lansiranja „Protona“:

• T-13 sati 30 minuta: aktiviranje dodatnog stepena (“Briz-M” ili “Blok DM-2/DM-03”).
• T-7 sati: punjenje gorivom.
• T-5 sati: početak lansirnih aktivnosti.
• T-3,1 sekundi: start sekvence paljenja.
• T-1,75 s: paljenje svih 6 motora RD-276 prvog stepena sa 40% snage.
• T-0,15 s: motori na 107% potiska.
• T-0 s: LANSIRANJE!.
• T+0,5 s: potvrda lansiranja.
• T+10 s: rotacioni manevar da bi raketa promenila azimut i ušla u orbitu sa planiranim nagibom.
• T+65,5 s: maksimalni dinamički pritisak (Max Q). Brzina: 465 m/s. Visina: ~11 km.
• T+119 s: uključivanje drugog stepena.
• T+123,4 s: odbacivanje prvog stepena. Brzina: 1724 m/s. Visina: ~40 km.
• T+332,1 s: paljenje “vernier” motora trećeg stepena.
• T+334,5 s: prestanak rada II stepena.
• T+335,2 s: odbacivanje II stepena sa 6 malih retromotora na čvrsto gorivo. Brzina: 4453 m/s. Visina: 120 km.
• T+337,6 s: uključivanje glavnog motora trećeg stepena.
• T+348,2 s: odbacivanje vrha rakete. Brzina: 4497 m/s. Visina: 123 km.
• T+576,4 s: gašenje glavnog motora III stepena.
• T+588,3 s: gašenje “vernier” motora III stepena.
• T+588,4 s: odvajanje tereta sa dodatnim stepenom. Brzina: 7182 m/s. Visina: 151 km.

Faze lansiranja.

Kratki pregled misije – od satelita do lansiranja!

https://youtu.be/NP45hO3TmRc

https://youtu.be/JV2F8QCdS50

[1] Marketing lansirnih usluga ovih raketa na međunarodnom tržištu od 1993. odvija se preko kompanije „ILS“ (od 1993. do 1995. „Lockheed-Hruničev-Energija“). Kompanija ima ekskluzivna prava na marketing i komercijalnu eksploataciju „Protona“ i „Angare“ (jedno vreme i američkog „Atlasa“). Iako je kompanija registrovana u SAD, sva kontrola i akcije su u rukama GKNPC „Hruničeva“. Većina „Protonovih“ tereta je preteška za slabijeg „Falcona 9“, a na lageru nema slobodnih „Ariana 5“, tako da „Protonovim“ korisnicima nije lako da se prebace na druge rakete. (U januaru 2014. naručeno je 14 lansiranja vrednih ukupno preko $1 milijarde.)

[2] Prvi „Proton“ sa ovim motorima je poleteo 1965. Jedan od najpouzdanijih motora uopšte. Uz njihovu pomoć uspešno su lansirani aparati „Luna“, „Venera“, „Mars“ i drugi, teški orbitni sateliti, kao i orbitne stanice „Saljut“ i „Mir“.

[3] Jedna od velikih zagonetki za mene: zašto 3 motora jednog tipa a 1 drugog? Jedva sam pronašao na ruskim forumima šturi razlog. Kažu da 0211 služi za obezbeđivanje pritiska u rezervoarima goriva.

[4] Dvostepeni univerzalni projektil od preko 135 tona, koji je mogao da na daljinu od 12.000 km odnese teret od 3.175 kg. Mogao je da nosi presretače satelita, pomorske izviđačke satelite i orbitne manevrišuće bojeve nuklearne glave. Brzina – 20 mahova (25.000 km/h).

[5] Prethodni dodatni stepen koji su koristili „Protoni“, „Blok-D“, imao je visinu od 6,5 metara!

[6] Ti motori služe za početno ubrzavanja, čime se gorivo u tankovima tera ka dnu da bi glavni motor imao nesmetan dotok goriva u trenutku paljenja. 

Author: Draško Dragović

Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:

• 2011-06-12 - Pluton, poslednja oaza za život
• 2010-03-10 - CIVILIZACIJE
• 2024-08-15 - Koliko ima čestica u kosmosu?
• 2018-01-24 - Bor na ispitu
• 2021-08-15 - Može li da se čita uz zvezde?