Lanzamiento de un Protón

Ayer despegó desde Baikonur un cohete Protón-M con el último trío de satélites Uragán-M del sistema de posicionamiento GLONASS. Se trata del segundo lanzamiento de GLONASS de este año y el tercer lanzamiento de la combinación Protón-M, fabricado por la empresa Khrunichev, con la etapa superior Blok DM-2 de RKK Energía (los anteriores Blok DM-2 habían volado con el Protón-K).

El Protón está fabricado por la empresa estatal GKNPTs Khrunichev (Государственный космический научно-производственный центр имени М. В. Хруничева, ГКНПЦ им. М.В.Хруничева). Esta compañía nació el 7 de junio de 1993 tras la orden presidencial que aglutinaba la fábrica M.V. Khrunichev (antigua OKB-52 de Vladímir Cheloméi) con la oficina de diseño OKB Salyut. En abril de ese año se constituyó la firma mixta Lockheed-Khrunichev-Energía para ofrecer en el mercado internacional los servicios del cohete Protón, compañía que sería conocida a partir de 1995 como International Launch Services (ILS). Durante la durísima crisis económica de los años 90, y gracias al dinero de los inversores extranjeros, Khrunichev logró introducir una versión modernizada del Protón (Protón-M, 8K82KM) y desarrollar su propia etapa superior (Briz-M, 14S43), lo que permitió aumentar hasta las 6 toneladas la carga útil de satélites geoestacionarios. La combinación Protón-M/Briz-M despegó por primera vez el 7 de abril de 2001. Khrunichev participa además en los lanzadores Rockot, Baikal, Angará, Kosmos 3M, GSLV (India) y KSLV (Corea del Sur).

Con capacidad para poner 21,6 toneladas en una órbita baja de 200 km y una inclinación de 51,6º, el cohete Protón es hoy en día el lanzador ruso más potente en servicio. Cheloméi lo concibió originalmente como el supermisil intercontinental definitivo (UR-500), pero pronto se convirtió en la espina dorsal del programa lunar tripulado Zond/L1 y las estaciones espaciales Salyut/Almaz, Mir e ISS. Debido a estos orígenes militares, el Protón emplea propergoles hipergólicos (altamente tóxicos): tetróxido de nitrógeno y dimetilhidrazina asimétrica (UDMH).

Sin incluir la etapa superior, el Protón-M es un lanzador de tres etapas:

  • Primera etapa (Protón K-1): está formada por un tanque central de tetróxido de nitrógeno rodeado de seis pequeños tanques de UDMH. Hasta la década de los 80 los analistas occidentales pensaban que los tanques exteriores eran etapas independientes, siguiendo el modelo de distribución del cohete Soyuz, pero en realidad esta curiosa disposición se debe a la necesidad de transportar hasta Baikonur los componentes del cohete por separado mediante ferrocarril. En la base de cada tanque de hidrazina hay seis motores RD-275 (14D14) diseñados por NPO Energomash, con un empuje a nivel del mar de 1590 kN cada uno. El RD-275 debutó en octubre de 1995 y es el motor cohete hipergólico en servicio más potente del mundo. Se trata de una mejora del RD-253 (11D43), de 1474 kN de empuje.


RD-275 (NPO Energomash).


Motores RD-275 en la primera etapa del Protón (NPO Energomash).

  • Segunda etapa (Protón K-2): incorpora tres motores RD-0210 y un RD-0211 (582,1 kN de empuje), diseñados por DB Khimavtomatika (KBKhA, antigua OKB-154 de Semyon Kosberg, sita en Voronezh). La diferencia entre el RD-0211 y el RD-0210 es que el RD-0211 incorpora partes del sistema de presurización del RD-253/275. La segunda etapa del Protón está basada en el malogrado misil UR-200 de Cheloméi.


Motor RD-0120 (Roskosmos).

  • Tercera etapa (Protón K-3): lleva un motor RD-0212 fabricado por KBKhA, formado a su vez por un motor de una cámara RD-0213 (582,1 kN) y otro con cuatro cámaras RD-0214 (30,98 kN) que funciona como vernier. En esta etapa se encuentra el sistema de control del cohete diseñado por la compañía NIIP (antigua NII-885 de Pilyugin).


Motores RD-0212 y RD-0213 (Roskosmos).


Distintas versiones del Protón (Roskosmos).

Cohete Protón-M con Briz-M (izquierda) y Blok DM-2 (centro y derecha) (Roskosmos).

El Protón-M fue diseñado para incorporar la etapa superiorBriz-M (14S43) de combustibles hipergólicos, de tal modo que todos los elementos del cohete fuesen de Khrunichev. Sin embargo, en algunos lanzamientos, especialmente los gubernamentales, se sigue empleando la etapa Blok DM-2 (11S861), como es el caso de los satélites GLONASS. La Blok DM-2 es una modernización de la etapa Blok-D desarrollada para el programa tripulado lunar. Actualmente la fabrica la empresa RKK Energía. Emplea queroseno y oxígeno líquido con un motor 11D58M.


El Blok DM. En azul se ve el tanque esférico del oxígeno líquido y en amarillo el toroidal correspondiente al queroseno (RKK Energía).

El cohete Protón tiene una masa en seco de 53,65 t y de unas 700 t cargado de propergoles. Su carga se integra en el edificio MIK 92A-50 de Baikonur. Este edificio está dividido en cinco salas principales. En la Sala 111 se montan las tres primeras etapas del lanzador a partir de sus componentes llegados por ferrocarril. En la Sala 103 se procesan los satélites y se les carga de combustible, para luego ser acoplados con la etapa superior (en el caso de los GLONASS, el Blok DM-2) en la Sala 101.


Edificio 92A-50 (ILS).

Actualmente existen en Baikonur dos zonas de lanzamiento del Protón con dos rampas cada una: el Área 81 (rampas 23 y 24) y el Área 200 (rampas 39 y 40). La rampa 40 no se encuentra activa desde 1991, aunque se ha propuesto para lanzar el futuro Angará. Los lanzamientos comerciales usan las rampas 24 y 39. En este lanzamiento se usó la rampa 24. Cada rampa consta de depósitos de propergoles subterráneos, un búnker de lanzamiento (250/251 en el caso de la rampa 24, a 1,3 km de distancia) y una torre de servicio móvil.


Vista del Área 81 con sus dos rampas (Google Earth).


Esquema de una rampa de lanzamiento del Protón.



Vista de la torre de servicio móvil (Roskosmos).


Transportador del cohete Protón (ILS).


Sistema para colocar el lanzador en posición vertical sobre la rampa (Roskosmos).


Detalle del foso de la rampa (Roskosmos).

Desde Baikonur (46º latitud norte), el Protón-M puede alcanzar tres órbitas bajas de forma directa, con inclinaciones de 51,6º (ISS), 64,9º (GLONASS) y 72,5º (órbitas polares). Otras órbitas están prohibidas porque durante el lanzamiento las primeras etapas del cohete podrían caer sobre áreas habitadas. Para minimizar el impacto ecológico del combustible hipergólico, el Protón-M incorpora un sistema de purga en las dos primeras etapas para eliminar el combustible sobrante antes de que impacten contra el suelo. El lanzamiento se puede producir en el rango de temperaturas de -40º C a 45º C y con una velocidad del viento de 16,5 m/s. Durante el lanzamiento la telemetría del lanzador es recibida por las estaciones de Dzusaly (Kazajistán), Kolpasevo (Rusia) y Ussuriysk (Rusia).


Posibles inyecciones orbitales para el Protón (ILS).

Podemos resumir las fases del lanzamiento de un Protón:

  • T-13 horas 30 minutos: activación de la etapa de ascenso (Briz-M o Blok DM-2).
  • T-7 horas: carga de combustible.
  • T-5 horas: empiezan las actividades del lanzamiento.
  • T-3,1 segundos: comienzo de la secuencia de ignición.
  • T-1,75 s: ignición de los seis motores RD-275 de la primera etapa a 40% del empuje.
  • T-0,15 s: los motores a 107% de empuje.
  • T-0 s: lanzamiento.
  • T+0,5 s: confirmación del lanzamiento.
  • T+10 s: maniobra de giro para que el cohete cambie su azimut y alcance la órbita con la inclinación prevista.
  • T+65,5 s: máxima presión dinámica (Max Q). Velocidad: 465 m/s. Altura: 11 km.
  • T+119 s: ignición de la segunda etapa.
  • T+123,4 s: separación de la primera etapa. Velocidad: 1724 m/s. Altura: 40 km.
  • T+332,1 s: ignición de los cohetes vernier de la tercera etapa.
  • T+334,5 s: apagado de la segunda etapa.
  • T+335,2 s: separación de la segunda etapa mediante seis pequeños retrocohetes de combustible sólido. Velocidad: 4453 m/s. Altura: 120 km.
  • T+337,6 s: ignición del motor principal de la tercera etapa.
  • T+348,2 s: separación de la cofia protectora. Velocidad: 4497 m/s. Altura: 123 km.
  • T+576,4 s: apagado del motor principal de la tercera etapa.
  • T+588,3 s: apagado de los motores vernier de la tercera etapa.
  • T+588,4 s: separación de la carga con la etapa superior. Velocidad: 7182 m/s. Altura: 151 km.

Como podemos ver, el Protón emplea un sistema «caliente» durante la separación de etapas (hot staging), es decir, la segunda etapa se enciende mientras la primera todavía está en funcionamiento. Esta práctica, aunque poco eficiente energéticamente hablando, es muy común en los ICBM de combustible líquido, ya que permite simplificar el diseño de las etapas superiores. Esto es debido a que no se requieren motores especiales (ullage engines) para suministrar aceleración durante la separación de etapas y garantizar que los propergoles estén en el fondo de los tanques.


Fases del lanzamiento (Roskosmos).

En el caso de este lanzamiento, primero llegan los satélites GLONASS al edificio 92A-50 donde son preparados para su misión. Después llega por tren (27 de noviembre) el cohete y luego la etapa DM-2:


Los satélites Uragán-M siendo preparados para el lanzamiento en el edificio 92A-50 (Roskosmos).


Instalación del combustible dentro de los Uragán (Roskosmos).



5-12-2008: ensamblaje del Protón-M en la Sala 111 del edificio 92A-50 (Roskosmos).


9-12-2008: instalación de los Uragán-M en la etapa de separación (Roskosmos).



11-12-2008: la etapa Blok DM-2 es enviada al Área 31 (Soyuz), a más de 50 km de distancia, para la carga de combustible (Roskosmos).








15-12-2008: los Uragán se unen a la etapa DM-2 y se instala la cofia en la Sala 101 del edificio 92A-50 (Roskosmos).



18-12-2008: montaje del DM-2 con el Protón en la Sala 111 (Roskosmos).






22-12-2008: traslado del Protón a la rampa de lanzamiento (Roskosmos).




25-12-2008: Pusk! (Roskosmos).

Referencias:



4 Comentarios

  1. Un vernier es un motor cohete de pequeño empuje que sirve para controlar la actitud del vehículo (cabeceo, giro, etc.). Hoy en día no se suelen emplear motores vernier y se prefiere girar todo el motor principal y/o su tobera. Un saludo.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 26 diciembre, 2008
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Cohetes • Lanzamientos • Rusia