Le premier étage du lanceur Proton est constitué d'un corps central de 4,10m de diamètre (fixé par la largeur des voies ferrées en Union soviétique) et de six modules latéraux de 1,6m de diamètre chacun.

Le tout a un diamètre maximal de 7,4m, pour une longueur de 21,18m et une masse de 417,3t (32,5t à vide). La propulsion est assurée par six moteurs fonctionnant avec du tétraoxyde d'azote (N₂O₄) comme oxydant et de l'UDMH comme carburant.

Structure du corps central

Le corps central est constitué d'un compartiment de transition, d'un réservoir d'oxydant et d'un compartiment inférieur.

• Le réservoir est construit avec un alliage d'aluminium (AMg 6) et se présente comme une structure cylindrique soudée munie de plusieurs anneaux de renforcement et de deux dômes aux extrémités. Celui du dessus étant exposé à l'extérieur, il est recouvert d'une protection thermique. Le réservoir est équipé de plusieurs capteurs de niveau.

• Le compartiment inférieur a la forme d'un cône et est construit avec un alliage d'aluminium V95, renforcé par des longerons.
  

• Le compartiment de transition fait la liaison avec le deuxième étage. Il est constitué de deux anneaux reliés par une structure en treillis qui permet aux gaz des moteurs du deuxième étage de s'échapper (le deuxième étage est en effet allumé avant le largage du premier étage). Le treillis est réalisé par extrusion dans un alliage V95.

Les six modules latéraux ont une longueur de 19,86m et sont constitués d'un compartiment supérieur, d'un réservoir de carburant, et d'un compartiment inférieur.

• Le compartiment supérieur est une structure conique rivetée et sert à dévier l'écoulement d'air. Il est isolé thermiquement et est muni de plusieurs accès pour que les équipes au sol puissent effectuer des manipulations.
  

• Le réservoir contenant l'UDMH est un cylindre réalisé par soudure dans un alliage AMg 6 et comporte des anneaux de renforcement et deux dômes aux extrémités. Il est également équipé de capteurs de niveau.
  

• Le compartiment inférieur fait l'interface avec le moteur. C'est une structure rivetée renforcée par des longerons et des anneaux métalliques qui est thermiquement isolée afin d'empêcher les moteurs de brûler les équipements. A la base sont installées deux plaques faites d'un alliage AK4 qui sont destinées à supporter le moteur.

Chaque module latéral est rattaché au corps central par cinq liaisons. Les deux du bas ne laissent aucun degré de liberté et transmettent la force des moteurs au compartiment inférieur du corps central. Les trois autres liaisons sont des glissières qui autorisent le déplacement du module latéral selon l'axe longitudinal.

Trois baguettes empêchent le module de se déplacer radialement : deux relient le réservoir d'oxydant au réservoir d'UDMH, tandis que la troisième rattache le compartiment supérieur du module latéral à un anneau de renforcement du réservoir d'oxydant.

Au début du programme UR-500, les six moteurs du premier étage étaient des RD-253 de la NPO Energomach (OKB-456 à l'époque). Celui-ci utilise la technologie "cycle fermé", appelé "cycle à combustion étagée" en Occident.

Le principe est simple : les turbines qui entraînent les turbopompes sont mises en rotation par la combustion d'une partie des ergols. Ceux-ci sont ensuite envoyés dans la chambre de combustion où ils créeront la poussée. La technique permet d'économiser l'énergie habituellement utilisée pour faire tourner les turbines, et ainsi d'augmenter la pression dans les chambres de combustion sans diminuer l'impulsion spécifique.

Chaque moteur est orientable selon les trois axes dans une fourchette de 7,5° grâce à un vérin hydraulique.

A partir de 1995, les RD-253 sont remplacés par des RD-275. La poussée est augmentée de 7,7% pour atteindre 178t, ce qui autorise une augmentation de la masse de la charge utile de 600kg.

En 2007 une version améliorée, appelée RD-275M, ou RD-276, a vu le jour. La poussée est augmentée de 5,2% et atteint 186,8t, ce qui permet d'augmenter la masse de la charge utile en orbite de transfert géostationnaire de 150kg.

De plus, avec l'apparition du RD-275M, la masse du premier étage diminue légèrement en réduisant l'épaisseur des réservoirs de tétraoxyde d'azote et d'UDMH (qui, cela dit, sont toujours fait du même alliage).

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