La fusée Proton (Прото́н) (initialement UR-500) est un lanceur lourd russe capable de placer une charge utile de en orbite basse et plus de quatre tonnes en orbite géostationnaire. Développé au début des années 1960, le premier tir réussi a lieu en 1965. Depuis sa conception, ont été lancées et la fusée reste en 2026 le principal lanceur lourd russe.
La fusée Proton est tirée de manière exclusive depuis la base de lancement de Baïkonour. Plusieurs configurations sont disponibles : dans sa version la plus utilisée, la Proton-M/Briz-M comporte quatre étages d'un diamètre uniforme de ( au niveau du premier étage), est haute de et pèse environ . Les trois premiers étages utilisent pour leur propulsion un mélange de diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) et de peroxyde d'azote. Ces ergols peuvent être stockés, contrairement aux autres carburants, ce qui constituait un avantage décisif lorsqu'il était envisagé d'en faire un missile balistique intercontinental. Son constructeur moscovite GKNPZ Khrounitchev a lancé le développement d'une nouvelle famille de lanceurs Angara ; celle-ci doit remplacer dans les années 2010 les Proton qui présentent notamment l'inconvénient d'utiliser des ergols trop toxiques selon les normes désormais en vigueur. En 2016, le développement de deux variantes bi-étages moins puissantes ( sur orbite de transfert) est annoncé.
Historique
Vladimir Tchelomeï conçoit au début des années 1960 l'UR-500, un missile balistique intercontinental géant capable d'emporter une tête nucléaire de sur une distance de plus de . L'utilisation militaire de la fusée est rapidement abandonnée et celle-ci est reconvertie en lanceur spatial pour le programme lunaire habité soviétique. Après une longue série d'échecs dans les années 1967-1970, la Proton devient le lanceur attitré des sondes spatiales interplanétaires et des satellites soviétiques placés en orbite géostationnaire. La fusée Proton place également en orbite les modules des stations spatiales Saliout et Mir ainsi que les composants russes de la station spatiale internationale. Depuis 1995, le lanceur russe est commercialisé par la coentreprise russo-américaine ILS et est l'un des principaux concurrents du lanceur européen sur le marché des satellites de télécommunication gérés par les opérateurs privés.
En , on annonce la fin de la production en 2021.
Lanceur Proton et programme spatial lunaire
thumb|Les premières versions du lanceur : de gauche à droite version à deux étages de 1965, version destinée à une mission lunaire (1964), avec un véhicule Zond (1967) et la station Saliout (1971).
En , les constructeurs astronautiques ainsi que les principaux décideurs soviétiques se réunissent à Pitsounda dans la villégiature du dirigeant de l'Union soviétique, Nikita Khrouchtchev pour définir la stratégie spatiale soviétique. Jusqu'à présent l'URSS a maintenu son avance sur les États-Unis dans la course à l'espace grâce aux succès des projets de Sergueï Korolev (Spoutnik). Alors que celui-ci veut conserver son monopole dans le programme spatial, son principal rival Vladimir Tchelomeï obtient le feu vert pour développer un projet qui concurrence directement les réalisations de Korolev : Tchelomeï a su circonvenir Khrouchtchev et se concilier les militaires avec un projet de super-missile balistique intercontinental pouvant emporter une tête nucléaire de sur une distance de plus de . Le missile baptisé UR500 sera renommé par la suite Proton. Le nouveau lanceur est retenu, entre autres, pour le lancement d'un vaisseau spatial habité chargé d'une mission circumlunairePierre Baland .
Fin 1964, les dirigeants soviétiques qui n'avaient pas cru au succès du programme Apollo, décident devant les progrès des Américains de se lancer à leur tour dans la course vers la Lune et confient à Korolev la réalisation de ce programme. Le projet de mission circumlunaire de Tchelomeï est malgré tout maintenu car il s'agit d'une opération de prestige programmée pour mai ou qui sont deux dates symboliques en Union soviétique car associées cette année-là au cinquantenaire de la révolution d'Octobre. Ce programme doit permettre de marquer des points auprès de l'opinion internationale en attendant le véritable débarquement lunaire. Mais Tchelomeï, qui a perdu son principal soutien avec la chute de Khrouchtchev remplacé par Léonid Brejnev, est en difficulté car le ne pourra manifestement pas être prêt pour l'échéance fixée. Le lanceur UR-500 a par contre brillamment réussi son premier essai et Korolev propose aux autorités d'associer le nouveau lanceur qui peut placer en orbite basse avec un vaisseau développé par ses bureaux d'étudesPierre Baland . Mais fin , la fusée Proton échoue à lancer le premier vaisseau 7K-L1 finalisé mais sans équipage sonnant le glas de l'échéance fixée par les dirigeants soviétiques. Le , le lanceur est à nouveau défaillant. Le vol suivant, le , place le vaisseau qui a été baptisé sur une orbite très elliptique simulant la trajectoire lunairePierre Baland .
Caractéristiques techniques Versions Depuis son apparition, plusieurs versions du lanceur se sont succédé : la première version ne comportait que deux étages. Cette configuration sans doute dès le début provisoire, a volé à quatre reprises entre 1965 et 1966. Elle était capable de placer en orbite basse ;
la Proton K qui lui succède est une fusée à trois étages qui est lancée pour la première fois le . Elle est souvent surmontée d'un quatrième étage notamment pour le lancement des sondes interplanétaires et des satellites en orbite géostationnaire. La version à trois étages est utilisée pour placer les modules des stations spatiales Saliout et Mir ainsi que les composants russes de la Station spatiale internationale. Alors que le reste du lanceur reste inchangé au cours des décennies, le évolue progressivement en gagnant en puissance et en fiabilité. Ce sont les , D-1, D-2, DM, DM-2, DM-3 ; la version en production en 2016, la , est lancée pour la première fois le . Les trois premiers étages ont été modernisés : la structure des et a été allégée, la séquence de séparation des étages est revue pour consommer moins d'ergols, un nouveau système de pilotage permet au lanceur d'optimiser son profil de vol. Elle se décline en deux versions à quatre étages (DM-2 et Briz-M) pour desservir l'orbite géostationnaire ou pour les lancements de sondes interplanétaires ; en 2016, le développement de deux versions moins puissantes (Proton medium et Proton light) est entamé pour une mise en production programmée en 2018 et 2019. L'objectif est d'étendre l'activité du lanceur au segment bas des satellites géostationnaires ( sur orbite de transfert) et ainsi couvrir le créneau occupé jusque-là par la fusée Zenit. Il s'agit également de concurrencer l'offre d'Arianespace et de SpaceX. Le coût de la version medium devrait être inférieur de 20 % à la version standard. Les deux variantes sont développées en supprimant le deuxième étage et en modifiant les deux étages restant.
Caractéristiques générales Les trois premiers étages du lanceur dans la version standard de 2014 partagent des caractéristiques communes : le diamètre du corps central est de bout en bout de : cette dimension correspond à l'encombrement maximum accepté par les chemins de fer soviétiques. Toutefois, pour pouvoir respecter cette contrainte de gabarit, les moteurs et les réservoirs de carburant du premier étage sont rejetés dans six modules cylindriques qui viennent flanquer le réservoir central contenant le comburant ; les trois premiers étages utilisent pour leur propulsion un mélange de diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) et de peroxyde d'azote. Ces ergols peuvent être stockés, contrairement aux autres carburants, ce qui présentait un avantage décisif lorsqu'il était envisagé de faire du Proton un missile balistique intercontinental.
Premier étage vignette|Gros plan sur les tuyères du premier étage d'une fusée Proton-M (2011). vignette|La tour de service mobile entoure le lanceur Proton-M peu avant son lancement (2005). vignette|La fusée Proton-M immédiatement avant son lancement (2005).|alt= La fusée Proton-M immédiatement avant son lancement (2005).|299x299px Le premier étage est constitué d'un réservoir central contenant le peroxyde d'azote long de et d'un diamètre de . Il est construit en alliage d'aluminium. Il est surmonté d'un treillis de poutres en aluminium qui assure la liaison avec le deuxième étage et permet de laisser passer les gaz de combustion lorsque les moteurs du deuxième étage sont allumés ; en effet, sur les fusées russes, les moteurs de l'étage supérieur sont allumés avant la séparation avec l'étage du dessous pour éviter toute phase de vol inertiel. Sur la majorité des lanceurs, l'étage supérieur n'est mis à feu que lorsque la séparation entre les deux étages a été effectuée. Durant la phase de séparation, la fusée n'est plus accélérée (elle est en chute libre) et les ergols ne sont alors plus plaqués par les forces d'accélération contre les parois. Avant d'allumer les moteurs de l'étage supérieur, de petits moteurs-fusées (fusées de tassement) sont mis à feu pour remettre l'étage en accélération ce qui permet au carburant d'affluer dans les canalisations et évite un défaut d'alimentation des propulseurs principaux.. Il est flanqué par six modules longs de et d'un diamètre de , qui sont assemblés avec le réservoir central sur la base de lancement et qui contiennent chacun un réservoir d'UDMH et un moteur-fusée de type RD-276. Le RD-276 est un moteur performant, d'une poussée de au sol (version 114D3 de 1986), utilisant la combustion étagée : les gaz produits par le générateur de gaz qui entrainent la turbopompe sont réinjectés dans la chambre de combustion. L'ensemble a une masse de (à vide ). La poussée des six moteurs est orientable avec un degré de liberté dans une fourchette de 7,5° grâce à un vérin hydraulique. Les moteurs pivotent dans un plan tangent à la circonférence du moteur. Par ailleurs le système de contrôle d'attitude, pour faire pivoter la fusée, peut également modifier le rapport de mélange carburant/oxydant d'un moteur donné en diminuant la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion ce qui diminue la poussée du moteur. Visuellement cela se traduit par la libération d'un nuage de gaz brun/orange.
Deuxième étage Le deuxième étage, long de pour un diamètre de , pèse pour une masse à vide de . Il est constitué de deux réservoirs situés l'un au-dessus de l'autre et est propulsé par trois moteurs RD-0210 et un RD-0211. Ce dernier est un RD-0210 équipé d'un générateur de gaz qui entraine les quatre turbines et maintient sous pression les réservoirs. Le temps de combustion est de 210-. Comme le premier étage, le second étage est surmonté d'un treillis destiné à laisser passer les gaz du moteur du lorsque celui-ci est allumé.
Troisième étage Le troisième étage, long de pour un diamètre de , pèse pour une masse à vide de . Il est constitué de deux réservoirs situés l'un au-dessus de l'autre et est propulsé par un moteur RD-0213 qui fournit de poussée. Un moteur de type RD-0212 de de poussée permet le contrôle de l'orientation.
Quatrième étage Le lanceur Proton dans sa dernière version utilise pour son un des deux modèles suivants : le bloc D a été développé dans les années 1960 en tant que cinquième étage du lanceur lunaire soviétique N1. Il a par la suite évolué et donné naissance à plusieurs versions dont la dernière, le , remonte à 1974. Il est propulsé par un moteur RD-58M qui consomme un mélange de kérosène et d'oxygène. Il a une longueur de pour un diamètre de et une masse de ( à vide). La Proton-M utilise les versions Bloc DM-2 et Bloc DM-2M pour lancer les satellites de télécommunication Ekspress et de navigation GLONASS ;