два посадочных модуля с тремя членами экипажа. Трое других должны были дожидаться их возвращения на орбите. После завершения программы исследований корабль с космонавтами стартовал к Земле.
Проектанты, имеющие опыт создания пилотируемых кораблей, вскоре поняли, что уложиться в жесткие рамки стартовой массы вряд ли возможно. Стремясь получить резерв массы, они обратили внимание на электроракетные двигатели (ЭРД), отличающиеся высокой экономичностью и дающие реальную возможность либо снизить стартовую массу на орбите ИСЗ, либо увеличить полетную массу «ТМК».
Предварительные проработки кораблей с ЭРД, сделанные в «двигательном» отделе ОКБ-1 под руководством одного из заместителей Королева — Михаила Мельникова, подтвержденные результатами независимых исследовании НИИ-88, показали перспективность таких двигателей.
Благодаря применению электроракетных двигателей группе Феоктистова удалось разработать проект «ТМК-Э» со стартовой массой около 75 тонн, что позволяло надеяться на его выведение за один пуск тяжелой ракеты-носителя. При этом масса корабля на траектории полета к Марсу составляла 30 тонн.
К сожалению, крупным недостатком проекта было то, что из-за чрезвычайно малой тяги ЭРД (всего 7,5 килограмма) разгон корабля должен был производиться по раскручивающейся спирали в течение нескольких месяцев.
Еще одной серьезной проблемой, препятствующей широкому использованию ЭРД, является то, что для их функционирования необходимо наличие на борту космического аппарата очень мощного источника электроэнергии. Например, для «ТМК-Э» требовались огромные панели солнечных батарей площадью около 36 000 м2. Конечно же, о столь крупногабаритной конструкции тогда не могло быть и речи.
Для электропитания ЭРД марсианского корабля предполагалось использовать компактный ядерный реактор с безмашинным способом преобразования тепловой энергии (с помощью термоионных устройств или полупроводниковых термопар).
Этот вариант «ТМК-Э» включал: ядерный реактор мощностью 7 МВт; ЭРД со скоростью истечения 100 000 м/с; удлиненный конический бак с рабочим телом для двигательной установки, и огромный радиатор-испаритель в форме длинного цилиндра.
Для защиты экипажа и систем от рентгеновского излучения при работе ядерного реактора служил теневой радиационный экран, расположенный непосредственно за реактором, а для защиты жилых помещений «ТМК-Э» от инфракрасного излучения радиатора — тепловой экран. За ним помещалось радиационное убежище с биозащитой. Другие блоки «ТМК-Э» включали рабочий и жилой отсеки со спускаемым аппаратом.
Габариты «ТМК-Э»: полная длина — 175 метров, максимальный диаметр — 6 метров, полная масса — 150 тонн.
Корабль собирался на околоземной орбите из отдельных модулей, выводимых тяжелой ракетой- носителем, и затем стартовал в сторону Марса с экипажем из шести человек, трое из которых вместе с оборудованием совершали посадку на поверхность красной планеты.
Для осуществления высадки «ТМК-Э» нес целый исследовательский комплекс из пяти отделяемых аппаратов сегментально-конической формы. После посадки исследовательский комплекс формировался в «марсианский поезд» на крупногабаритных колесных шасси, подобный «лунному поезду», разработанному в бюро Владимира Бармина. «Марсианский поезд» состоял из пяти платформ: платформы с кабиной экипажа, манипулятором и буровой установкой, платформы с конвертопланом для разведочных полетов над красной планетой, двух платформ с ракетами (одна запасная) для возвращения экипажа с поверхности Марса на корабль, находящийся на околомарсианской орбите, и платформы с силовой ядерной энергоустановкой.
В течение одного года поезд должен был пройти по поверхности Марса от южного полюса до северного, провести исследования его поверхности и атмосферы и передать информацию на корабль, обращающийся по околомарсианской орбите, откуда она ретранслировалась на Землю.
После окончания работ на поверхности Марса экипаж с образцами грунта и другими результатами исследований возвращался на корабль, находящийся на околомарсианской орбите, а затем стартовал к Земле.
Учитывая большую продолжительность экспедиции (три года), конструкторы уделили особое внимание системе жизнеобеспечения экипажа. Созданные к тому времени системы, основанные на запасе кислорода, воды и продуктов без их возобновления, не позволяли реализовать программу из-за недопустимо большой массы этих запасов. Поэтому нужны были новые СЖО с так называемым замкнутым циклом. Проектанты уповали прежде всего на биологические системы, повторяющие замкнутую экологическую систему Земли в упрощенном виде. Для регенерации кислорода из выдыхаемого космонавтами углекислого газа должны были применяться контейнеры с водорослями хлорелла. Для пополнения рациона в бортовой гидропонной оранжерее корабля предполагалось выращивать овощи, что позволило бы снизить массу продуктов на величину от 20 до 50 %. Так как оранжерея составляла неотъемлемую часть всех проектов тяжелых межпланетных кораблей, серьезной проблемой стал подвод света к растениям. Эта задача была решена применением крупногабаритных наружных солнечных концентратов.
Для отработки прототипа замкнутой СЖО ОКБ-1 в содружестве с Институтом медико-биологических проблем и заводом «Звезда», разрабатывавшим катапультные системы для самолетов, скафандры и системы жизнеобеспечения, построило аналог жилого отсека «ТМК» — наземный экспериментальный комплекс, в котором три испытателя провели целый год.
Однако в середине 60-х почти все силы ОКБ-1 были брошены на реализацию приоритетной программы высадки на Луну «Н1-ЛЗ», что стало сильно тормозить разработку «ТМК-Э».
Проект «Аэлита»
О полете к Марсу вновь заговорили в 1968–1969 годах. Лунная «гонка» была проиграна, и для восстановления потерянного престижа в Советском Союзе серьезно рассматривали возможность затеять марсианскую «гонку».
Инициатива исходила от академика Мстислава Келдыша, который на Совете главных конструкторов 27 января 1969 года заявил следующее (цитирую по книге Бориса Чертока «Ракеты и люди. Лунная гонка»):
«…Меня беспокоит, что у нас нет [..] ясной цели. Сегодня есть две задачи: высадка на Луну и полет к Марсу. Кроме этих двух задач ради науки и приоритета, никто ничего не называет. Первую задачу американцы в этом или следующем году решат. Это ясно. Что дальше? Я за Марс. Нельзя делать такую сложную машину, как H1, ради самой машины и потом подыскивать для нее цель. 1973 год — хороший год для беспилотного полета тяжелого корабля к Марсу. Мы верим в носитель H1. Я не уверен в 95 тоннах, но 90 будем иметь с гарантией. Последние полеты «Союзов» доказали, что стыковка у нас в руках. Мы можем в 1975 году осуществить запуск пилотируемого спутника Марса двумя носителями H1 со стыковкой на орбите. Если бы мы первыми узнали, есть ли жизнь на Марсе, это было бы величайшей научной сенсацией. С научной точки зрения Марс важнее Луны».
Итак, задача была сформулирована. В качестве носителя должна использоваться ракета «Н-1» (или «Н-1М»). На нее и ориентировались проектанты группы Константина Феоктистова, которому был поручен новый проект.
Основные параметры проекта экспедиции, известного впоследствии под романтическим названием «Аэлита», предполагались следующими: продолжительность полета — 630 дней; пребывание на околомарсианской орбите — 30 дней; пребывание на Марсе посадочного модуля с космонавтами — 5 дней.
Сам корабль, получивший рабочее название «Марсианский экспедиционный комплекс» («МЭК»), предполагалось создать на околоземной орбите путем автоматической стыковки двух беспилотных блоков массой примерно по 75 тонн, выводимых в космос модифицированным вариантом ракеты «Н-1М».
