Проработка тяжелого межпланетного корабля велась в отделе, руководимом М.Тихонравовым. Учитывая большую (более года) продолжительность полета, авторы проектов особое внимание уделяли системе обеспечения жизнедеятельности экипажа. Созданные к тому времени системы, основанные на запасе кислорода, воды и продуктов питания без их возобновления, не позволяли реализовать программу из-за огромной массы запасов. Поэтому нужны были системы с так называемым замкнутым циклом. Однако полный кругооборот веществ в небольшом объеме корабля организовать трудно, а вот «замкнуть» систему по таким жизненно важным составляющим, как вода и кислород, представлялось возможным. Для регенерации кислорода из выдыхаемого космонавтами углекислого газа должны были применяться контейнеры с водорослями типа хлореллы. Запасы пищи предполагалось хранить в сублимированном виде и тщательно отбирать перед полетом с точки зрения пищевой ценности и удельной массы.
Для пополнения рациона в бортовой гидропонной оранжерее корабля предполагалось выращивать овощи, что позволило бы снизить массу запасов продуктов на 20 – 50%. Так как оранжерея составляла неотъемлемую часть всех проектов корабля, серьезной проблемой стал подвод света к растениям. Эта задача была блестяще решена с применением крупногабаритных наружных солнечных концентратов.
Для отработки прототипа замкнутой системы на Земле ОКБ-1 в содружестве с Институтом медико-биологических проблем и заводом «Звезда», разрабатывающим катапультные системы для самолетов, скафандры и системы жизнеобеспечения, построило аналог жилого отсека – наземный экспериментальный комплекс, в котором испытатели Г.Мановцев, В.Улыбышев и А.Божко провели целый год.
Сам марсианский корабль конструкции группы Г.Максимова представлял собой трехместный корабль, запускаемый на орбиту при одном пуске Н-1 с выводом на траекторию полета к Марсу с помощью штатного кислородно-керосинового разгонного блока. Он включал жилой, рабочий (со шлюзом для выхода в открытый космос), биологический, агрегатный отсеки, спускаемый аппарат и корректирующую двигательную установку. После выведения на траекторию полета на корабле развертывались солнечные концентраторы и батареи электропитания, а также антенны связи с Землей и начинался многомесячный безостановочный полет.
Однако в начале 60-х годов говорить о высадке на Марс было еще рановато. Группе К.Феоктистова удалось разработать проект корабля со стартовой массой около 75 тонн, что позволяло надеяться на его выведение за один пуск Н-1. При этом масса корабля на траектории полета к Марсу составляла 30 тонн. Крупным недостатком проекта было то, что из-за чрезвычайно малой тяги двигателя (всего 7,5 кг) разгон корабля должен был производиться по раскручивающейся спирали в течение нескольких месяцев!
Для электропитания двигателя марсианского корабля предполагалось использовать компактный ядерный реактор с безмашинным способом преобразования тепловой энергии (с помощью термоионных устройств или полупроводниковых термопар). Для защиты экипажа и систем от рентгеновского излучения служил теневой радиационный экран, расположенный непосредственно за реактором, а для защиты жилых помещений от инфракрасного излучения радиатора – тепловой экран. За ним помещалось радиационное убежище с биозащитой. Другие блоки включали рабочий и жилой отсеки со спускаемым аппаратом. Большие по сравнению с проектом группы Г.Максимова запасы по массе позволяли разместить на корабле требуемое количество приборов и систем. Полная продолжительность экспедиции составляла три года, из которых общее время работы двигателя – около года. К середине 60-х годов почти все силы ОКБ-1 были брошены на реализацию приоритетной широкомасштабной программы высадки на Луну, что стало тормозить разработку марсианского корабля.