Основой процесса круговорота веществ в ЗБТК являлся фотосинтез, поэтому была спроектирована оранжерея, где предполагалось выращивать картофель, сахарную свеклу, рис, бобовые, капусту, морковь, салат и другие культуры. Растения планировалось размещать на компактных стеллажах, разумеется, не в земле, а на гидропонике, корни же помещать в специальные капсулы, к которым подводится питательный раствор. Проводились многочисленные расчеты по определению оптимальной площади оранжереи. Она выбиралась из условия получения наилучших весовых характеристик самой оранжереи и элементов корабля, вес которых зависел от ее площади. На каком-то этапе проектирования она достигала 60 м². В состав ЗБТК также входили хлорельный реактор, ферма с животными — кроликами или курами, от которых впоследствии отказались, и система утилизации отходов с запасами реактивов. По вопросам растениеводства проводились консультации с ведущими сельскохозяйственными специалистами страны, в частности, с ленинградским профессором Мошковым, который выращивал до 400 кг помидоров в год на одном м² огорода. Сергей Павлович придавал большое значение разработке оранжерее, видя в ней главную возможность для снижения веса корабля и увеличения за счет этого числа членов экипажа. Наши сельскохозяйственные академики охотно обсуждали возникающие проблемы с Николаем Протасовым.

Для освещения растений использовали естественное солнечное излучение. От искусственного отказались из-за низких весовых характеристик элементов солнечных батарей. В условиях пониженной освещенности у Марса необходимая для освещения растений площадь солнечного потока достигала сотен метров. Ввести такой поток внутрь корабля через прозрачные стенки его корпуса, как в обычной огородной теплице, не представлялось возможным, прежде всего, по тем же весовым соображениям. Поэтому была придумана весьма сложная система питания оптическим излучением Солнца (ПОИС), основными элементами которой являлись концентраторы цилиндрической формы, расположенные вдоль корпуса корабля с двух сторон под определенным углом. При ориентации их на Солнце отраженный и сжатый ими солнечный поток в концентрированном виде вводился через щелевые иллюминаторы, расположенные вдоль корпуса, внутрь корабля, где распределялся между потребителями.

Совместить вращение корабля с его постоянной солнечной ориентацией во время полета также оказалось непросто. Конкретные решения по этим двум проблемам порождали третью — весовую. Вращение корабля, необходимое для создания искусственной тяжести, нужно было организовать в плоскости расположения концентраторов солнечной энергии, которые должны были сохранить постоянную ориентацию на Солнце. При полете ось вращения корабля будет сохранять свое положение в пространстве и постепенно отклоняться от направления на Солнце. Для соблюдения нужной ориентации плоскость вращения корабля должна постоянно поворачиваться на Солнце. Для выполнения таких поворотов вес топлива для двигателей мог достигать 15 тонн, что потребовало бы дополнительного использования нескольких ракет Н1.

Интуитивно мы надеялись, что в длительных полетах можно будет обойтись без искусственной тяжести. Это позволило бы существенно упростить компоновку. Но ведь речь идет о 1962 годе, когда экспериментальных подтверждений благополучной реакции человека на невесомость не имелось, в отличие от фактов плохой ее переносимости. Мы обязаны были решить этот клубок противоречий и придумать другие варианты.

Решение было вскоре найдено, когда плоскость вращения корабля совместили с плоскостью траектории полета по принципу вращения бумеранга. Но концентраторы-то по-прежнему должны были смотреть на Солнце. В результате появились новые немыслимые компоновочные схемы (рис. 3.3.2), на которые сегодня нельзя смотреть без улыбки. Но такова история — именно так рождался марсианский проект.

Это решение сняло прежние противоречия, но породило новую проблему — создание постоянно работающего в вакууме узла вращения между корпусом корабля и концентраторами. Да и сами концентраторы, теперь уже двойной кривизны — для сжатия солнечного потока в двух плоскостях, значительно усложнились. На их проектирование были выданы технические задания Ленинградскому государственному оптическому институту, а нашим материаловедам — задание на разработку высокопрочных тереленовых пленок и их покрытий с высокими и устойчивыми оптическими характеристиками. Еще одной головоломкой стали иллюминаторы, которые при значительных габаритах имели крайне напряженный температурный режим. В частности, рассматривалась конструкция иллюминаторов со сферическими высокопрочными и жаропрочными стеклами на основе ситалов диаметром до 1 м. Узел вращения также представлял особую проблему, поскольку трение в вакууме грозило свариванием металлов. Впоследствии для ее решения была создана специальная смазка на основе дисульфита молибдена.

После решения вышеописанных задач компоновка ТМК упростилась. В начале весны 1962 года корабль представлял собой пятиэтажный цилиндр переменного диаметра в форме бутылки (рис. 3.3.3). Каждый этаж имел определенное функциональное назначение. Первый — жилой, с расположенными в нем тремя индивидуальными каютами для экипажа, туалетами, пленочными душевыми, комнатой отдыха с библиотекой микрофильмов, кухней и столовой. Второй — рабочий, с рубкой для ежедневного контроля и управления всеми системами ТМК, мастерской, медицинским кабинетом с тренажерами, лабораторией для проведения научно-исследовательских работ и надувным внешним шлюзом. Третий — биологический отсек, с размещенными в нем стеллажами с высшими растениями, светораспределительными устройствами, арматурой для подачи питательных растворов, клетками животных, хлорельным реактором, емкостями для хранения урожая, частью арматуры и оборудования ЗБТК. Четвертый — приборно-агрегатный отсек, в котором была сосредоточена основная масса приборов, аппаратуры и арматуры всех систем ТМК. Он же являлся радиационным убежищем.

Пятый этаж располагался снаружи. Это был спускаемый аппарат, который стыковался своим верхним люком к люку в корпусе ТМК, расположенному в специальной сферической нише. На днище СА устанавливалась корректирующая двигательная установка с запасом топлива и частью аппаратуры. Закрывая сферическую нишу, вместе с размещенным в ней оборудованием, они увеличивали радиационную защиту экипажа. На ОИСЗ спускаемый аппарат имел возможность с помощью КДУ автономно маневрировать и приземляться при возникновении нештатных ситуаций.

Снаружи на корпусе ТМК размещались элементы бортовых систем: параболические концентраторы и иллюминаторы системы ПОИС; солнечные батареи в двух вариантах установки — по периферии солнечных концентраторов или на панелях вокруг иллюминатов; радиаторы и жалюзи системы терморегулирования, открытием и закрытием которых регулировался тепловой режим; антенны дальней радиосвязи, в качестве которых предполагалось использовать солнечные концентраторы; люк с надувным шлюзом для выхода и элементы для передвижения по наружной поверхности.

О напряженности нашей работы говорит хотя бы тот факт, что вовремя домой уходили лишь молодые кормящие мамы, а основные «забойщики» освобождались в 20–21, а то и в 22 часа. Нужно сказать, что такой режим распространялся на весь отдел Тихонравова, где проектировались автоматические аппараты к Луне, Марсу, Венере и пилотируемые корабли. Сверхурочные не фиксировались и не оплачивались.

Однажды был такой эпизод. Наша табельная для укрепления трудовой дисциплины (иногда москвичи опаздывали на пару минут из-за задержки электрички) установила на входе аппарат, где каждый сотрудник пробивал на своей карте точное время прихода на службу, а вечером — время ухода. В конце месяца, поскольку факт массовой сверхурочной работы был официально зафиксирован, экономисты обнаружили, что всем сотрудникам отдела нужно выдать зарплату в полтора раза больше обычной. Денег на это, конечно, не было предусмотрено. В дело включились юристы, и запахло грубым нарушением трудового законодательства. В итоге все закончилось тем, что злополучный агрегат убрали.