Lanzamiento de los satélites Ekspress-AT1 y AT2 (Protón-M/Briz-M)

AT_3392286003 — Lanzamiento de los Ekspress AT1 y AT2 (Khrúnichev).

Ekspress-AT

Los satélites Ekspress-AT1 y AT2 son dos satélites geoestacionarios de comunicaciones muy parecidos construidos por la empresa ISS Reshetniov para la compañía Russian Satellite Communications usando la plataforma Ekspress-1000. La carga útil -sistemas de comunicaciones- ha sido construida por Thales Alenia Space de Francia. Ekspress-AT1 es el más grande de los dos y tiene una masa de 1672 kg, mientras que el AT2 pesa 1326 kg. Ekspress-AT1 usa la plataforma Ekspress-1000NTV y posee 32 transpondedores en banda Ku (más otros 8 de reserva). Estará situado en la posición 56º este, donde sustituirá a los satélites DirecTV 1R y Bonum 1. Lleva 30 kg de hidracina para la inserción en la órbita definitiva y 110 kg de xenón para los motores iónicos que le ayudarán a llevar a cabo las maniobras orbitales.

Por su parte, Ekpress-AT2 está basado en la plataforma Ekpress-1000K y tiene 16 transpondedores en banda Ku (más cuatro de reserva) que servirán para transmitir datos y señales de televisión a Siberia y otras regiones del extremo oriente ruso. La vida útil de ambos satélites se estima en 15 años.

El cohete Protón no dispone de un sistema para lanzar dos satélites de forma independiente como es el caso del SYLDA del Ariane 5 europeo, por lo que para llevar a cabo lanzamientos dobles como éste los dos satélites deben haber sido diseñados para estar unidos el uno al otro. En este caso, el Ekspress-AT2 es el satélite que está situado entre la etapa Briz-M y el AT1, por lo que emplea una modificación de la plataforma Ekspress-1000 denominada Ekspress-1000K. Esta plataforma de ISS Reshetniov va a ser ofertada en el mercado internacional para realizar lanzamientos dobles con el Protón-M, sustituyendo así a la plataforma Yajta de Khrúnichev usada en el pasado con este cometido.

Cohete Protón-M

El cohete Protón-M Phase III (8K82KM) es un lanzador de tres etapas con una masa en seco de 53,65 toneladas y 712,8 toneladas de masa máxima una vez cargado de propergoles. Sus dimensiones sin la carga útil son de 42,3 x 7,4 metros. Con la cofia la longitud alcanza 58,2 metros. Tiene capacidad para poner 21,6 toneladas en una órbita baja de 200 km y una inclinación de 51,6º. También es capaz de situar 6920 kg en una órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) o bien 3250 kg directamente en la órbita geoestacionaria (GEO), lo que lo convierten en el lanzador ruso más potente en servicio.

IM 2012-05-18 a las 23.26.54 — Cohete Protón-M (Khrunichev).

La empresa estatal rusa GKNPTs Khrúnichev es la encargada de fabricar el Protón-M. Este lanzador se oferta en el mercado internacional por la compañía ILS (International Launch Services), de la cual Khrúnichev es el principal accionista. El Protón-M incorpora además la etapa superior Briz-M (14S43) de combustibles hipergólicos, también construida por Khrúnichev. En algunos lanzamientos para el gobierno federal ruso se sigue empleando la etapa Blok DM-2/DM-03 (11S861) que emplea queroseno y oxígeno líquido. La empresa ILS todavía opera algunas unidades del Protón-M más antiguas de la serie Phase I y Phase II.

Img 2010-12-27 a las 00.04.18 — Características del Protón-M (Khrunichev).

proton_m — Dimensiones del Protón-M (Khrúnichev).

La primera etapa (Protón KM-1 ó 8S810M) está formada por un tanque central de tetróxido de nitrógeno rodeado de seis pequeños tanques de UDMH (dimetilhidrazina asimétrica). Sus dimensiones son de 21,18 x 7,4 m y su masa en seco es de 30,6 toneladas (428,3 t con combustible). Está construido usando las aleaciones de aluminio soviéticas AMg-6 y V95. Hasta la década de los 80 los analistas occidentales pensaban que los tanques exteriores eran aceleradores independientes -siguiendo el modelo de distribución del cohete Soyuz-, pero en realidad esta curiosa distribución se debe a la necesidad de transportar hasta Baikonur los componentes del cohete por separado en el ferrocarril (los túneles imponen el radio máximo).

En la base de cada tanque de hidrazina, de 19,86 m de largo, hay seis motores RD-276 (RD-275M ó 14D14M). El RD-276 es una versión ligeramente mejorada del RD-275 (14D14), diseñado por NPO Energomash. Cada uno tiene un empuje de 1590 kN a nivel del mar y 1750 kN en el vacío, así como un impulso específico de 289-316 segundos, generando unos 11 MN de empuje en total. El RD-275 debutó en octubre de 1995 y es el motor cohete hipergólico en servicio más potente del mundo. El RD-275 deriva a su vez del RD-253 (11D43), de 1474 kN de empuje. Cada uno de los RD-275 pueden moverse un rango de 7,5º gracias a actuadores hidráulicos, lo que permite el giro del cohete para orientarse en azimut después del lanzamiento. En 2007 se introdujo el RD-275M -también denominado RD-276- un 5,2% más potente, lo que ha permitido aumentar la masa útil lanzada a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO) en unos 150 kg. Los motores de la primera etapa funcionan durante 127 segundos.

La segunda etapa (Protón KM-2 ó 8S811K) incorpora tres motores RD-0210 y un RD-0211 (de 588 kN de empuje y 321 s de Isp cada uno, con un empuje de 2,4 MN en total), diseñados por KB Khimavtomatika (KBKhA, antigua OKB-154 de Semyon Kosberg, localizada 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. Cada motor puede moverse 3,25º alrededor de su eje central para maniobrar el vehículo. Esta segunda etapa del Protón está basada en el malogrado misil UR-200 de Cheloméi. Sus dimensiones son de 17,05 x 4,1 m y su masa es de 11,715 kg (157,3 kg con combustible).

La tercera etapa (Protón KM-3 ó 8S812M) lleva un motor RD-0212 fabricado por KBKhA, formado a su vez por un motor de una cámara RD-0213 (582,1 kN y 320 s de Isp) y otro con cuatro cámaras RD-0214 (30,98 kN y 287 s de Isp) que funciona como vernier. En esta etapa se encuentra el sistema de control y guiado del cohete diseñado por la compañía NIIP (antigua NII-885 de Pilyugin). Sus dimensiones son de 4,11 x 4,1 m y su masa de 3500 kg (46,562 toneladas con combustible). La tercera etapa funciona durante 241 segundos.

El Protón-M incorpora además la etapa superior Briz-M (14S43) de combustibles hipergólicos y también construida por Khrúnichev. La Briz-M suele realizar cuatro o cinco encendidos para transportar la carga hasta la órbita geoestacionaria. Tiene unas dimensiones de 2,61 x 4,0 m, una masa de 2370 kg (19 800 kg con combustible) e incorpora un motor RD-2000 (S5.98 M/14D30) de 19,62 kN de empuje, así como cuatro motores 11D458M (RDMT-400, de 40 kgf de empuje) de orientación y doce pequeños propulsores de actitud RDMT-12 (17D58E, de 1,36 kgf de empuje). Tiene un de un diseño muy original con un cuerpo central (TsTB, Tsentralni Toplivni Bak/Центральный Топливный Бак, ЦТБ, “tanque de combustible central”), donde se instala el motor principal, y un tanque exterior desechable de forma toroidal (DTB, Dopolnitelni Toplivni Bak/Дополнительный Топливный Бак, ДТБ, “tanque de combustible adicional”). La Briz-M actualmente en servicio es la versión Phase III, que introduce dos tanques de gases para la presurización con 80 litros de capacidad en vez del diseño anterior con seis tanques.

briz2b — Etapa superior Briz-M (Khrunichev).

Actualmente existen en Baikonur dos zonas de lanzamiento del Protón con dos rampas (PU, Puskavaia Ustanovka) 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. 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.

Img 2010-12-26 a las 23.57.23 — Instalaciones del Protón en Baikonur (Khrunichev).

El cohete Protón-M 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.

Imagen 46 — Plano del edificio 92A-50 de Baikonur (Khrunichev).

Fases del lanzamiento de un Protón:

T-13 horas 30 minutos: activación de la etapa de ascenso (Briz-M o Blok DM-2/DM-03).
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-276 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.