La fusée Proton (Прото́н) (initialement UR-500) est un lanceur lourd russe capable de placer une charge utile de 22 tonnes 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, 427 Proton 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 4,15 mètres (7,4 m au niveau du premier étage), est haute de 57 mètres et pèse environ 700 tonnes. 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 (3,5 à 5 tonnes sur orbite de transfert) est annoncé.
Vladimir Tchelomeï conçoit au début des années 1960 l'UR-500, un missile balistique intercontinental géant capable d'emporter une tête nucléaire de 100 mégatonnes sur une distance de plus de 12 000 km. 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 Ariane 5 sur le marché des satellites de télécommunication gérés par les opérateurs privés.
En juin 2018, on annonce la fin de la production en 2021.
Lanceur Proton et programme spatial lunaire
En avril 1962, 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, etc.). 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 100 mégatonnes sur une distance de plus de 12 000 km. 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 circumlunaire.
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 octobre 1967 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 vaisseau LK1 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 20 tonnes en orbite basse avec un vaisseau développé par ses bureaux d'études. Mais fin septembre 1967, 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 22 novembre, le lanceur est à nouveau défaillant. Le vol suivant, le 7 février 1968, place le vaisseau qui a été baptisé Zond 4 (en) sur une orbite très elliptique simulant la trajectoire lunaire.
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 12,2 tonnes en orbite basse ;
la Proton K qui lui succède est une fusée à trois étages qui est lancée pour la première fois le 16 novembre 1968. 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 4e étage évolue progressivement en gagnant en puissance et en fiabilité. Ce sont les Bloc D, D-1, D-2, DM, DM-2, DM-3 ;
la version en production en 2016, la Proton M, est lancée pour la première fois le 5 juillet 1999. Les trois premiers étages ont été modernisés : la structure des 2e et 3e étages 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 (3,5 à 5 tonnes 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.
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 4,15 mètres : 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.
Le premier étage est constitué d'un réservoir central contenant le peroxyde d'azote long de 21,8 mètres et d'un diamètre de 4,15 mètres. 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. Il est flanqué par six modules longs de 19,5 m et d'un diamètre de 1,6 m, 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 1 588 kN 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 450 tonnes (à vide 30,6 tonnes). 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.