Ракета-носитель «Протон», относящаяся к тяжелому классу, разработана под руководством генерального конструктора академика В. Челомея. Начиная с 1965 года до наших дней она используется для запуска орбитальных пилотируемых и автоматических межпланетных станций, геостационарных спутников связи, других космических аппаратов.
С помощью ракеты-носителя «Протон» были запущены все орбитальные станции «Салют», «Мир», аппараты науки и межпланетные станции «Протон», «Зонд-4, -8», «Луна-15… -24», «Венера-9… -16», «Вега-1, -2», «Марс-2… -7», связные спутники серии «Радуга», «Экран», «Горизонт», астрофизическая станция «Астрон». Сегодня при ее помощи доставляются грузы на МКС. Ракета конструктивно выполнена по тандемной схеме с несущими топливными баками. В зависимости от назначения она может быть двух-, трех-, четырехступенчатой. Длина трехступенчатого «Протона» без полезного груза 44,3 метра, а максимальный поперечный размер 7,4 метра. На всех ступенях ракеты-носителя установлены мощные малогабаритные однокамерные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). В ней применяются высококипящие компоненты топлива: окислитель — четырехокись азота, горючее — несимметричный диметилгидразин.
Первая ступень ракеты-носителя «Протон» конструктивно выполнена в виде «пакета». Он состоит из центрального и присоединенных к нему шести боковых блоков. Боковые блоки оснащены однокамерными качающимися жидкостными ракетными двигателями РД-253. Они спроектированы в ГДЛ-ОКБ в 1961–1965 годах. Масса конструкции сухого ЖРД 1280 килограммов, залитого — 1460 килограммов. Удельная масса сухого двигателя составляет 6 килограммов на тонну тяги, высота — 2,72 метра, максимальный диаметр камеры сгорания — 1,5 метра. Другие характеристики двигателя: удельный импульс двигателя на земле равен 287 с, тяга — 150 тс, в пустоте — 316 с при тяге 167 тс (с начала 1980-х годов форсирована до 178 тс) и давлении в камере сгорания 160 кгс/см.
«В конструкции двигателя широко применяется сварка, — пишет в журнале «Авиация и космонавтика» Г. Максимов. — В частности, в его основных магистралях насчитывается всего 11 разъемов. Отсутствуют какие-либо системы вспомогательных рабочих тел. Запуск происходит на самотеке топлива. Операции включения и выключения обеспечивают девять пироклапанов простой конструкции. Агрегаты ЖРД от воздействия реактивной струи защищены теплозащитными экранами. Управление вектором тяги осуществляется поворотом двигателя в вертикальной плоскости.
На второй ступени установлены четыре ЖРД тягой по 60 тс каждый, на третьей — один. Эти двигатели разработаны в ОКБ С. Косберга. Третья ступень снабжена также рулевым ЖРД тягой около 3 тс для управления направлением ее полета.
До 1976 года для выведения космических аппаратов на геостационарную орбиту и межпланетные траектории использовался разгонный блок "Д", приспособленный для длительного пребывания в условиях космического пространства. Его длина — 5,5 метра, диаметр по стыку с ракетой-носителем — 4 метра, масса — 17,3 тонны. Разгонный блок оснащен ЖРД многократного запуска, работающим на кислороде и керосине. Тяга ЖРД — 8,5 тс, удельный импульс более 350 с, суммарное время работы — 600 с. Для управления на пассивных участках используются автономные двигательные установки, работающие на азотном тетраксиде и несимметричном диметилгидразине. Разгонный блок стыкуется с ракетой-носителем с помощью конического и цилиндрического переходников. Первый сбрасывается вместе с последней ступенью, а второй отделяется от разгонного блока через некоторое время. С 1976 года вместо блока "Д" используется более совершенный — "ДМ"».
Суммарная полезная мощность двигательных установок ракеты «Протон» в три раза больше мощности двигательных установок ракеты «Восток» и составляет 44100000 кВт (60 миллионов лошадиных сил). В этих двигателях обеспечена высокая полнота сгорания, значительное давление в системе, равномерное и равновесное истечение продуктов сгорания из сопел.
От аэродинамических нагрузок и тепловых потоков «Протон» при выведении на орбиту защищен головным обтекателем. Обтекатель устанавливается на последнюю ступень ракеты-носителя и крепится к верхней части цилиндрического переходника. Для обслуживания «Протона» и проведения необходимых технологических операций при подготовке к старту в конструкции обтекателя предусмотрены люки. Надо отметить, что головной обтекатель для орбитальных станций на активном участке выведения защищает только внешние элементы переходного и части рабочего отсеков.
В середине 1960-х годов на Байконуре для подготовки и пусков ракеты-носителя «Протон» были созданы технический и стартовый комплексы.
Стартовый комплекс «Протона» мало похож на стартовый комплекс «Союза». Он состоит из двух стартовых позиций, разнесенных на 600 метров друг от друга. Стационарное подъемное устройство, смонтированное в стартовом сооружении, переводит ракету-носитель с космическим аппаратом в вертикальное положение. Ракета-носитель перед стартом не подвешена на опорных фермах, а стоит непосредственно на опорах стартового стола. Для предстартового обслуживания используются не отклоняемые перед стартом фермы, как у «Союза», а огромная башня, передвигающаяся по рельсам. Перед стартом она откатывается на значительное расстояние.
Процесс заправки ракеты-носителя компонентами топлива и сжатыми газами полностью автоматизирован, включая подвод и отвод наполнительных соединений.
Нет здесь и кабельных и кабель-заправочных мачт. Вместо этого под ракетой в центре пускового стола есть специальное стыковочное устройство, которое перед стартом надежно соединяет с ракетой более 5000 коммуникаций и электрических цепей.
Через доли секунды после начала движения ракеты устройство пневмоускорителями сбрасывается вниз и мгновенно прочно и плотно закрывается броневыми крышками. Эти крышки образуют рассекатель, который направляет мощный поток газов работающих двигателей в два отводящих газохода. Командный пункт управления находится в 1,5 километрах от стартового комплекса.
Разворот ракеты-носителя по азимуту осуществляется автономно на начальном участке полета в соответствии с заложенной на борту программой. Ракета-носитель «Протон» способна вывести на околоземную орбиту высотой 200 километров с наклонением 51,6 градусов полезный груз массой свыше двадцати тонн. С дополнительной четвертой ступенью ее возможности возрастают. Она может доставить на геостационарную орбиту 2 тонны полезного груза, к Луне — 5,7 тонны, Венере — 5,3 тонны, Марсу — 4,6 тонны.
В апреле 2001 года в первый полет отправилась новая ракета — «Протон-М», являющаяся принципиальной модификацией заслуженного «Протона». Теперь на околоземную орбиту можно вывести 22 тонны, а на геостационарную орбиту 3–3,2 тонны.
Новая ракета оснащена разгонным блоком «Бриз-М», который заменит блок «ДМ», по вине которого не раз случались аварии на последней стадии. ГКНПЦ им. Хруничева решил для «Протона» изготовить свой блок. Ведущая роль в создании новой ракетной конфигурации принадлежит конструкторам Александру Медведеву и Олегу Давыдову.
Новая ракета отличается улучшенной экологией. Район падения ступеней сокращен в десятки раз. Кроме того, за счет выжигания остатков топлива баки падают на землю практически сухими.
«Протон», который стартовал 280 раз, считался самой надежной ракетой в мире. За последние пять лет по его вине было только две аварии. Теперь эту репутацию предстоит подтвердить его преемнику.