По мысли ученых, космический корабль должен состоять из трех основных частей. Первая — двигательная установка. Межпланетному кораблю необходимо пройти сложный путь до красной планеты, совершить маневры около нее, а затем вернуть исследователей обратно на Землю.
Поэтому двигательная установка должна многократно включаться, разгоняя или тормозя многотонное космическое сооружение. Выбор двигательной установки является одним из главных вопросов всего проекта.
Если использовать достаточно отработанные в настоящее время жидкостные реактивные двигатели, то даже при применении самого эффективного ракетного топлива, состоящего из водорода и кислорода, для сложной экспедиции необходимы огромные запасы горючего.
Ученые подсчитали, что начальная масса корабля в этом случае составит более 2500 тонн.
Поскольку старт марсианского экспресса будет осуществляться с околоземной орбиты, потребуется большое число транспортных рейсов для доставки с Земли на орбиту указанного количества грузов.
Более целесообразно применить для полетов по межпланетным траекториям ядерные ракетные двигатели. Запасов топлива на весь период путешествия в этом случае потребуется в два-три раза меньше. И тогда начальная масса космического корабля, собранного на околоземной орбите, составит лишь 800 тонн. Это тоже немалая величина, но и выигрыш в числе транспортных рейсов, по сравнению с первым вариантом, немалый.
Ученые предлагают и другую идею: использовать ядерную электрореактивную установку. В ней энергия ядерного реактора преобразуется в электрическую, с помощью которой мощное электрическое поле разгоняет реактивную струю до высоких скоростей. В этом случае запасов топлива потребуется уже в 15–20 раз меньше, чем для жидкостных ракетных двигателей. Начальная масса корабля с такой эффективной двигательной установкой может быть уже только примерно 450 тонн.
Всего лишь пять рейсов на околоземную орбиту такой современной ракеты, как «Энергия», обеспечат доставку всего необходимого для сборки и снаряжения марсианского межпланетного корабля.
Другой составной частью экспресса «Земля — Марс — Земля» является жилой блок, где экипаж работает в течение всего полета. В этом модуле корабля размещены средства жизнеобеспечения экипажа, основная аппаратура управления полетом. Жилой блок — центральная часть всего корабля. Здесь необходимо разместить герметичный отсек или даже несколько таких отсеков, где будут находиться каюты экипажа и рабочее помещение с приборами.
Системы обеспечения космонавтов кислородом для дыхания, водой, пищей, средствами личной гигиены хорошо отработаны на советских долговременных орбитальных станциях и вполне могут найти свое применение в жилом блоке марсианского корабля. Система терморегулирования создает внутри помещений космических станций нормальный климат. Электрическая энергия вырабатывается с помощью солнечных электрических батарей, которые солнечное излучение преобразуют в электрический ток.
Но, по сравнению с большими космическими станциями, находящимися сегодня годами на околоземной орбите, марсианский корабль необходимо снабдить дополнительной защитой экипажа от вредных воздействий открытого космоса.
Для надежной радиационной безопасности в составе жилого блока нужна специальная зона повышенной защиты. Здесь экипаж может укрыться в период, например, вспышек на Солнце.
При полетах на орбитальных станциях в этом нет необходимости, поскольку вблизи Земли космонавты защищены от воздействия облучения при солнечных вспышках мощным магнитным полем нашей планеты. В межпланетном полете и вблизи Марса, не имеющего магнитного поля, такой защиты от радиации уже нет. Поэтому конструкторы и предлагают оборудовать отдельный отсек с повышенной защитой. При этом членам экипажа нет необходимости в период повышенной солнечной активности постоянно находиться в убежище. Общая радиационная защита космического дома тоже вполне надежна. Важно, чтобы космонавты проводили в защитном отсеке свое нерабочее время (сон, отдых), тогда суммарная доза радиации будет неопасной для здоровья.
Важной проблемой является защита от метеоритных частиц. В длительном космическом путешествии встреча с метеоритными частицами может оказаться вполне вероятным событием. Защитное устройство в этом случае представляет собой дополнительную оболочку — экран вокруг герметической оболочки жилого блока. При попадании в корабль метеоритной частицы вся ее энергия уходит на то, чтобы пробить защитный экран. В корпус жилого блока ударяет только струйка газа, в который превращается метеоритная частица после пробоя внешней оболочки.