Королев строил проект не на пустом месте. Многие из вышеперечисленных работ открыли целые направления в ракетной и космической технике. Все они, задуманные и организованные одним человеком, представляют собой тот мощный фундамент, который позволил Королеву без сомнений в успехе взяться за решение дерзновенной задачи полета человека на другую планету.

Облик марсианского пилотируемого ракетно-космического комплекса (МПРКК) окончательно сформировался к 1964 году — лишь на четвертый год проектирования. Он состоял из двух основных частей: марсианского пилотируемого космического комплекса (МПКК) — для полета экипажа к красной планете, высадки на ее поверхность и возвращения на Землю (иногда тяжелый межпланетный комплекс называли ТМК) — и межпланетного ракетного комплекса (МРК), где в качестве основного элемента использовалась трехступенчатая ракета-носитель Н1, а также имелись технический, стартовый комплексы и другие наземные сооружения. МРК должен был обеспечивать подготовку, старт и выведение на околоземную монтажную орбиту семидесятипятитонных блоков, из которых предполагалось собрать марсианский комплекс.

Компоновка МПКК к тому времени уже приобрела определенный вид (рис. 3.1.1). Для его сборки на орбите был предусмотрен монтажный отсек сферической формы с шестью или восемью стыковочными узлами. К нему с одной стороны стыковались марсианский орбитальный комплекс (МОК) и марсианский посадочный комплекс (МПК), с другой — разгонный ракетный комплекс в виде центрального и 4–6 боковых модулей, который обеспечивал старт МПКК с монтажной орбиты и выведение его на траекторию полета к Марсу.

В состав МОК входили тяжелый межпланетный корабль (ТМК) и разгонный ракетный блок (РРБ) для разгона ТМК с орбиты спутника Марса на траекторию полета к Земле, а посадочный комплекс состоял из тормозных и посадочных устройств, посадочной ракеты и марсианского корабля с двухступенчатой взлетной ракетой и капсулой возвращения.

Сборка на орбите комплекса массой в 400–500 тонн должна была обеспечиваться запусками 4–6 ракет-носителей Н1 и могла продолжаться в течение года. Все его составные части должны были проходить полный цикл проверок и испытаний, аналогичных заводским, выполняемых специальными бригадами космонавтов из числа опытных специалистов ОКБ-1, головного завода и космодрома. Бригады планировалось доставлять на орбиту на корабле типа «Союз» и размещать в специальном жилом блоке. После завершения предстартовой подготовки сборочные бригады возвращались на Землю.

Экипаж прибывал на ТМК заранее и лично проводил подготовку и запуск замкнутого биолого-технического комплекса, а также проверку всех систем корабля, а экипаж перед стартом занимал место в спускаемом аппарате, откуда мог управлять всеми динамическими операциями.

Экспедиция должна была проходить по следующей схеме (рис. 3.1.2). Марсианский комплекс, после выведения с околоземной орбиты на траекторию полета к Марсу и отделения отработавшего разгонного блока, осуществлял автономный полет, постоянно поддерживая ориентацию на Солнце и связь с Землей. Блок, в котором размещался экипаж при полете к Марсу и обратно, представлял собой единую конструкцию и понимался как собственно ТМК. В его состав входили орбитальный модуль, корректирующая двигательная установка и возвращаемый на Землю спускаемый аппарат (СА) весом 2,1 тонны, т. е. около 0,5 % от начального веса комплекса на орбите искусственного спутника Земли. Для всех расчетов было принято, что экипаж экспедиции состоит из трех человек, двое из которых высаживаются на поверхность Марса.

При возникновении аварийной ситуации на любом этапе разгона с ОИСЗ к Марсу экипаж, находясь в спускаемом аппарате, имел возможность отделиться от комплекса вместе с корректирующей двигательной установкой и разгонным блоком и вернуться на Землю.

Переход с траектории полета к Марсу на орбиту его спутника в этом варианте проекта выполнялся за счет аэродинамического торможения комплекса в марсианской атмосфере, которое происходило при многократном погружении в нее на определенную высоту и время. На орбите, после необходимых проверок и подготовки, два члена экипажа перемещались в капсулу возвращения марсианского корабля. Посадочный комплекс отделялся от орбитального, осуществлял сход с орбиты, спуск в атмосфере, торможение и посадку.

Проведя необходимые работы на поверхности планеты, экипаж стартовал, выводился на исходную орбиту, капсула возвращения стыковалась с орбитальным комплексом, и космонавты возвращались на ТМК. При старте к Земле они занимали места в спускаемом аппарате, который при подлете к ней отделялся от ТМК и, осуществляя управляемый спуск в атмосфере, приземлялся.

Описанный облик и компоновка межпланетного комплекса были приняты за основу к середине 1962 года. В дальнейшем эти работы продолжались до середины 1964 года.

Данный марсианский комплекс представляет собой второе направление в проекте С. П. Королева. Его главными отличиями, как отмечалось выше, были разгон комплекса с околоземной орбиты к Марсу и возвращение на Землю с использованием жидкостных ракетных блоков, а торможение для перехода на орбиту спутника Марса — без использования тормозного ракетного блока, за счет многократных погружений в марсианскую атмосферу. Эта схема стала формироваться летом 1962 года.

Предварительный вариант, представленный Королеву, выглядел иначе. Для его разгона к Марсу с околоземной орбиты и последующих маневров планировалось использовать электрореактивную двигательную установку с ядерным реактором (ЯЭРДУ). В ней в результате ядерной реакции горючее (окислитель при этом не требуется) превращается в высокотемпературный газ, истечение которого из сопла с очень высокой скоростью создает тягу. ЭРДУ создает значительно меньшую по сравнению с ЖРД тягу, но за счет длительного включения, постепенно наращивая скорость и раскручивая комплекс в течение нескольких месяцев на околоземных орбитах, может обеспечить его разгон к Марсу. Таким же образом предполагалось выполнять операции при переходе на орбиту спутника Марса и при старте с нее.

Привлекательность ЭРДУ заключалась в том, что она обладает более высокими энергетическими характеристиками, чем ЖРД. Так, по удельному импульсу (параметр, определяющий количество топлива, необходимого для разгона объекта до определенной скорости) ЭРДУ превосходит ЖРД в 200–300 раз и потому не требует гигантских запасов топлива.

Королев на начальных этапах работы не сдерживал инженерной фантазии и творческих поисков, в результате чего у наших разработчиков, не обремененных нудными весовыми расчетами, на поверхности красной планеты появлялись эскадры стотонных сооружений с шестиметровыми колесами. Они разъезжали по планете на тысячи километров и перевозили ракеты возвращения. Ответ на вопрос, как они попадают на Марс, был прост — с помощью ЭРДУ. Возможность не придерживаться жестких весовых ограничений и в дальнейшем соблазняла многих специалистов, поэтому вариант с ЭРДУ служил мифической палочкой-выручалочкой всех марсианских проектов прошлого века.

Однако инъекции фантастики принесли свои плоды. Они побудили энтузиазм и понимание, что прежде чем говорить о многотонных марсианских внедорожниках, нужно спроектировать средства доставки к Марсу их экипажей.