프로톤-M

3. 구조 및 특징

프로톤-M은 3단으로 구성된 액체 로켓 엔진 발사체로, 산화제로는 사산화이질소, 연료로는 비대칭디메틸히드라진을 사용한다.

프로톤-M은 구조 질량을 줄이고, 추력을 증가시키며, 더 많은 추진제를 사용하기 위해 하단 단에 수정 사항을 적용했다. 그 결과, 이전 모델에 비해 성능이 향상되었고, 발사 후 잔류하는 유해 화학 물질의 양도 줄었다. 프로톤-M은 저궤도에 최대 21000kg의 페이로드를 배치할 수 있으며, 상단을 사용하면 정지 궤도(GEO)에 3,000 kg, 정지 천이 궤도(GTO)에 5,500 kg의 페이로드를 배치할 수 있다. 또한, 외국 부품 공급업체에 대한 의존도를 줄이기 위한 노력이 이루어졌다.

2007년 7월 7일, 국제 발사 서비스(International Launch Services)는 최초의 '''프로톤-M 강화형''' 로켓을 발사하여 DirecTV-10 위성을 궤도에 진입시켰다. 이 로켓은 더 효율적인 1단 엔진, 업데이트된 항공 전자 장치, 더 가벼운 연료 탱크 및 브리즈-M 상단 로켓에 더 강력한 버니어 엔진을 탑재하고, 1단 연료 탱크 벽을 얇게 하고 다른 모든 단에 복합 재료를 사용하는 등 로켓 전체의 질량을 줄였다.

3. 1. 1단

3. 2. 2단

3. 3. 3단

3. 4. 상단 (Upper Stage)

3. 5. 페이로드 페어링 (Payload Fairing)

• '''PLF-BR-13305''' 단축형 페어링.
• '''PLF-BR-15255''' 장축형 페어링.

4. 성능

프로톤-M은 3단으로 구성되어 있으며, 모두 사산화이질소와 비대칭 디메틸히드라진을 이용하는 액체 연료 엔진이다.

제1단은 중앙 산화제 탱크 주위에 각각 엔진을 가진 6개의 연료 탱크가 부착된 특징적인 구조를 가지고 있다. 제1단의 엔진은 최대의 추력 편향 제어를 위해 원래 위치에서 접선 방향으로 7도 회전할 수 있다. 프로톤-M의 이러한 설계는 물류 문제 때문인데, 산화제 탱크와 상단의 직경은 철도로 바이코누르로 운반할 수 있는 최대 크기이다.

제2단은 전통적인 원통형 설계로, 3기의 RD-0210과 1기의 RD-0211 엔진이 추진력을 발휘한다. RD-0211은 RD-0210의 파생형이며, 연료 탱크를 가압하는 역할도 한다. 2단은 1단과의 분리 수초 전에 점화하므로, 배기를 배출할 수 있도록 1단과 2단은 망상 구조로 연결되어 있다. 추력 편향 제어는 엔진의 짐벌 기구를 통해 이루어진다.

제3단 역시 기존의 원통형 설계이며, 처음 3단의 모든 아비오닉스 장치와 RD-0212 엔진 모듈로 구성된다. RD-0212 엔진 모듈은 RD-0210 엔진의 고정(비 짐벌) 버전인 RD-0213 엔진 1기와 추력 편향 제어에 이용되는 4노즐형 버니어 엔진인 RD-0214 엔진 1기를 조합한 것이다. RD-0214의 노즐은 45도 회전이 가능하며, RD-0213 주변에 배치되어 있다.

프로톤-M에서는 하단에 구조 중량 감소, 추력 향상, 연료의 완전한 소모 등의 수정이 이루어졌다. 제1단에서는 폐회로식 유도 시스템이 이용되어, 완전한 연료 소모가 가능하게 되었다. 이로 인해 로켓의 능력은 이전 파생형에 비해 증대되었으며, 낙하 시 하단에 남아있는 유독 화학 물질의 양을 줄이게 되었다. 프로톤-M은 저궤도에 21t, 정지 천이 궤도에 3톤, 정지 궤도에 5.5톤을 투입할 수 있다.

대부분의 프로톤-M 발사에는 브리즈-M이 상단으로 사용된다. 또한, 블록-DM도 상단으로 사용되고 있으며, 블록 DM-2를 상단으로 이용한 글로나스 위성 발사가 6회, Blok DM-03^영어을 이용한 글로나스 위성 발사가 2회 이루어졌다^[31]。

2007년 7월 7일, 국제 발사 서비스(ILS)는 프로톤-M 증강형의 첫 발사를 실시하여, DirecTV-10^영어을 궤도에 투입했다. 이 형식은, 보다 효율적인 제1단 엔진, 아비오닉스 갱신, 보다 가벼운 연료 탱크와 보다 강화된 브리즈-M의 버니어 로켓, 제1단의 더욱 얇은 연료 탱크 벽과 다른 모든 단에서의 복합 재료 사용 등 로켓 전체의 질량 감소 등이 특징이다. 프로톤-M의 기본형은 증강형의 우위성으로 2007년 11월에 퇴역했다.

ILS의 CEO인 Frank McKenna^영어는 2010년에는 정지 천이 궤도에 6.15ton의 발사 능력을 가진 프로톤 설계의 페이즈 III가 ILS의 표준 구성이 될 것이라고 밝혔다^[33]。2011년 10월 19일, 프로톤-M/브리즈-M 페이즈 III에 의해 6.74ton의 비아샛-1이 정지 천이 궤도에 투입되었다^[34]。

5. 발사 절차 (Launch Profile)

일반적인 임무에서 프로톤-M은 브리즈-M 상단 로켓과 함께 발사된다. 프로톤-M은 궤도 유닛(탑재체, 탑재체 어댑터, 브리즈-M)을 약간의 준궤도 궤도로 발사한다. 1단, 2단 및 페어링은 지정된 추락 지점에 추락하고, 3단은 바다에 추락한다. 3단 분리 후, 궤도 유닛은 짧은 기간 동안 관성 비행을 하고, 브리즈-M은 첫 번째 점화를 수행하여 170 km에서 230 km 고도, 51.5° 경사각의 주차 궤도에 진입한다. 이후 브리즈-M은 탑재체를 최종 궤도 또는 전이 궤도에 배치하기 위해 궤도 기동을 수행한다. 전이 궤도가 사용되는 경우, 최종 기동은 탑재체 자체 추진 시스템을 사용하여 수행된다.^[31]

프로톤-M은 3단으로 구성되어 있으며, 모두 사산화이질소와 비대칭 디메틸히드라진을 이용하는 액체 연료 엔진을 사용한다.

• 1단: 중앙 산화제 탱크 주위에 각각 엔진을 가진 6개의 연료 탱크가 부착된 특징적인 구조를 가지고 있다. 1단의 엔진은 최대의 추력 편향 제어를 제공하기 위해 원래 위치에서 접선 방향으로 7도 회전할 수 있다.
• 2단: 전통적인 원통형 설계로, 3기의 RD-0210 엔진과 1기의 RD-0211 엔진이 추진력을 발휘한다. 2단은 1단과의 분리 수초 전에 점화하며, 배기를 배출할 수 있도록 1단과 2단은 망상 구조로 연결되어 있다.
• 3단: 기존의 원통형 설계이며, 3단의 모든 아비오닉스 장치와 RD-0212 엔진 모듈로 구성된다. RD-0212 엔진 모듈은 RD-0210 엔진의 고정 버전인 RD-0213 엔진 1기와 추력 편향 제어에 이용되는 4노즐형 버니어 엔진인 RD-0214 엔진 1기를 조합한 것이다.

6. 신뢰성 (Reliability)

기준, 프로톤-M은 총 115회 발사되었으며, 그중 11회가 실패하거나 부분적인 실패를 기록하여 의 성공률을 보였다. 실패 원인 중 4번은 프로톤-M 자체의 문제였고, 6번은 브리즈-M 상단 로켓의 오작동으로 인해 탑재체가 궤도에 진입하지 못한 경우였다. 이 중 두 번은 위성 자체 추진력으로 궤도를 수정할 수 있었다. 나머지 1번은 블록 DM-03 상단 로켓에 연료가 과다 주입되어 프로톤이 궤도에 진입하기 위한 무게를 초과한 결과였다.^[39]

프로톤-M의 주요 발사 실패 사례와 상단 오작동 사례는 하위 섹션에 자세히 설명되어 있다.

6. 1. 주요 발사 실패 사례

6. 2. 상단 오작동

• 2006년 2월 아랍샛-4A
• 2008년 3월 AMC-14
• 2011년 8월 익스프레스 AM4
• 2012년 8월 텔콤-3 및 익스프레스 MD2^[27]
• 2012년 12월 야말-402

7. 환경 문제 (Environmental Impact)

비판론자들은 프로톤 로켓 연료(비대칭 디메틸히드라진(UDMH))와 러시아 우주 프로그램이 생성한 잔해가 러시아와 카자흐스탄 지역을 오염시키고 있다고 주장한다. 일부 주민들은 발사 후 산성비가 내린다고 주장한다. 그러나 흐루니체프 국립 연구 생산 우주 센터의 아나톨리 쿠진 부국장은 이러한 주장을 부인하며 "우리는 이 문제에 대한 특별한 연구를 수행했습니다. 대기 중의 산성도 수준은 로켓 발사의 영향을 받지 않으며, 알타이 타운에서 발생하는 질병과 로켓 연료 성분 또는 모든 종류의 우주 활동 사이의 연관성을 증명하는 데이터는 없습니다."라고 말했다.^[30]

참조

_[1] 간행물 Surplus Missile Motors https://www.gao.gov/[...] United States Government Accountability Office 2017-08
_[2] 웹사이트 Commercial Launch Vehicle {{!}} ILS Proton Breeze M http://www.ilslaunch[...] International Launch Services 2016-04-07
_[3] 웹사이트 Proton Launch System Mission Planner's Guide – Section 2. LV Performance http://www.ilslaunch[...] International Launch Services 2017-06-11
_[4] 웹사이트 Upgraded Proton booster adds satellite to Intelsat's fleet http://spaceflightno[...] Spaceflightnow.com 2016-06-09
_[5] 웹사이트 Proton http://planet4589.or[...] Jonathan's Space Page 2009-03-05
_[6] 웹사이트 1st and 2nd Stage {{!}} ILS Proton {{!}} Launch Vehicle http://www.ilslaunch[...] International Launch Services 2016-04-07
_[7] 웹사이트 3rd Stage {{!}} ILS Proton {{!}} Launch Vehicle http://www.ilslaunch[...] International Launch Services 2016-04-07
_[8] 웹사이트 Breeze M {{!}} ILS Proton {{!}} Launch Vehicle http://www.ilslaunch[...] International Launch Services 2016-04-07
_[9] 웹사이트 Commercial Launch Heritage {{!}} Proton Rocket http://www.ilslaunch[...] International Launch Services 2016-04-10
_[10] 웹사이트 Proton http://space.skyrock[...] Gunter's Space Page
_[11] 웹사이트 Payload Fairing {{!}} ILS Proton {{!}} Launch Vehicle http://www.ilslaunch[...] International Launch Services 2016-04-07
_[12] 웹사이트 Proton Launch System Mission Planner's Guide Section 4 Spacecraft Interfaces http://www.ilslaunch[...] International Launch Services 2016-04-07
_[13] 웹사이트 DIRECTV 10 http://www.ilslaunch[...] International Launch Services
_[14] 웹사이트 ILS Reaps Reward of Khrunichev Takeover http://www.ilslaunch[...] Satellite Finance 2009-12
_[15] 웹사이트 ViaSat 1 http://space.skyrock[...] Gunter's Space Page
_[16] 뉴스 Proton Medium, International Launch Services' answer to Falcon 9, put on "indefinite hold" https://spacenews.co[...] 2018-08-30
_[17] 웹사이트 ILS unveils two Proton variants sized for smaller satellites http://spacenews.com[...] Space News 2016-09-13
_[18] 웹사이트 ILS to expand Proton Rocket Family in Response to Changing Launch Market http://spaceflight10[...] SpaceFlight101.com 2016-09-13
_[19] 웹사이트 Proton/JCSAT-11 launch failure http://www.russiansp[...] 2007-09-06
_[20] 웹사이트 Russia clears Proton to resume flying in December http://www.spaceflig[...] Spaceflight Now 2010-12-10
_[21] 웹사이트 Russia's Proton crashes with a trio of navigation satellites http://www.russiansp[...] RussianSpaceWeb 2013-07-09
_[22] 웹사이트 Названа предварительная причина аварии "Протона" с мексиканским спутником https://slon.ru/post[...] slon.ru 2015-05-16
_[23] 웹사이트 Third stage engine blamed for Russian Proton-M rocket crash - SpaceFlight Insider http://www.spaceflig[...] 2015-06
_[24] 웹사이트 Proton mission with MexSat-1 satellite http://www.russiansp[...] 2017-06-01
_[25] 웹사이트 Russia to check space flight engines over faulty parts http://www.spacedail[...]
_[26] 웹사이트 Russia grounds Proton-M rockets over crash {{!}} DW {{!}} 28.01.2017 https://www.dw.com/e[...] 2022-01-13
_[27] 뉴스 Russian rocket fails to reach target orbit http://www.thehindu.[...] 2012-08-07
_[28] 뉴스 Rogozin: Russia to Consolidate Space Sector into Open Joint Stock Company http://www.parabolic[...] 2013-08-30
_[29] 뉴스 Rocket failure to lead to space industry reform http://rbth.ru/scien[...] 2013-07-03
_[30] 뉴스 Russians say space rocket debris is health hazard https://www.bbc.co.u[...] BBC 2012-08-07
_[31] 웹사이트 Proton http://space.skyrock[...] Gunter's Space Page 2015-10-18
_[32] 웹사이트 DIRECTV 10 http://www.ilslaunch[...] 인터ナショナル・ローンチ・サービシーズ 2015-10-18
_[33] 웹사이트 ILS Reaps Reward of Khrunichev Takeover http://www.ilslaunch[...] Satellite Finance 2015-10-18
_[34] 웹사이트 ViaSat 1 http://space.skyrock[...] Gunter's Space Page 2015-10-18
_[35] 웹사이트 Proton/JCSAT-11 launch failure http://www.russiansp[...] 2013-07-29
_[36] 웹사이트 Russian Proton-M rocket crashes on takeoff http://rt.com/news/p[...] 2013-07-02
_[37] 웹사이트 Russia's Proton crashes with a trio of navigation satellites http://www.russiansp[...] RussianSpaceWeb 2013-07-10
_[38] 웹사이트 Названа предварительная причина аварии «Протона» с мексиканским спутником https://slon.ru/post[...] slon.ru 2015-05-16
_[39] 웹사이트 Russia clears Proton to resume flying in December http://www.spaceflig[...] Spaceflight Now 2015-10-18
_[40] 웹사이트 Russian rocket fails to reach target orbit http://www.thehindu.[...] 2015-10-18
_[41] 뉴스 Rocket failure to lead to space industry reform http://rbth.ru/scien[...] 2013-07-03
_[42] 뉴스 Rogozin: Russia to Consolidate Space Sector into Open Joint Stock Company http://www.parabolic[...] 2013-08-30
_[43] 웹사이트 Russians say space rocket debris is health hazard http://www.bbc.co.uk[...] BBC 2012-08-07