На посадочном устройстве должны располагаться лабораторный и жилой отсек, оборудование, необходимое во время спуска и работы планетной части экспедиции на поверхности Марса, но ненужное при возвращении с поверхности на орбитальный корабль: это лобовой аэродинамический щит, используемый на основном участке торможения в атмосфере Марса, сбрасываемый после введения парашютной системы; парашютная система; лабораторный отсек для внутрикорабельных работ на поверхности; генераторы электроэнергии (скорее всего, изотопные); системы управления, связи, терморегулирования, включая подогреватели (скорее всего, опять же изотопные), необходимые во время марсианских ночей (да и марсианских дней тоже); оборудование и запасы систем жизнедеятельности (пища, кислород и вода); шлюз и скафандры для выходов из корабля; марсоход, позволяющий совершать достаточно далекие и длительные экспедиции по поверхности Марса, со своими системами электропитания, жизнедеятельности, связи, управления, трансмиссией, системой терморегулирования; исследовательское оборудование (атмосферные зонды, буровые установки, анализаторы, термостаты).
Тут возникает проблема объема лабораторного и жилого отсеков: ведь экспедиции придется работать на поверхности Марса от нескольких месяцев до полутора лет. Это означает, что нужно будет иметь десятки кубометров объема и отдельные каюты.
Сколько человек должно высаживаться на поверхность Марса? Естественно было бы в районе посадки и на марсоходе вести работы параллельно. Тогда экипаж экспедиционного корабля должен состоять из четырех человек (в каждой команде по два человека - для дублирования друг друга). Если стремиться к минимуму, то можно ограничиться двумя космонавтами, которые могли бы и работать на месте посадки, и совершать поездки на марсоходе. Последний вариант кажется не очень убедительным: лететь за тридевять земель и ограничиться минимальной деятельностью!? Да и безопасность такого варианта вызывает сомнения. Но возможен компромисс: иметь не один, а два марсианских экспедиционных корабля один с большим лабораторным отсеком для работ в районе посадки и другой с марсоходом.
Допустим, экспедиционный корабль стартует с поверхности Марса без посадочного устройства. При этом в его состав, помимо взлетной ракетной системы, должны входить кабина, аппаратура управления, навигации и сближения, аппаратура связи, телеметрических измерений, системы терморегулирования, электропитания (скорее всего, на химических источниках тока: время автономного полета без посадочного устройства мало), средства обеспечения жизнедеятельности экипажа (на запасах - по той же причине), стыковочное устройство.
Проблема связи планетного корабля с орбитальным может оказаться сложной из-за вращения Марса относительно плоскости орбиты орбитального корабля, так как они будут находится в прямой видимости друг друга не чаще одного-двух раз в сутки (если только плоскость базовой орбиты не близка к плоскости экватора). Связь между орбитальным и планетным кораблями, в лучшем случае только раз в сутки, едва ли можно будет признать удовлетворительной. Дело представляется еще более сложным, если вспомнить о необходимости связи между планетным кораблем и марсоходом после того, как марсоход уедет за горизонт от планетного корабля. Проблема могла бы быть решена, если оставить орбитальный корабль на марсостационарной орбите. Такая орбита должна быть в плоскости марсианского экватора на высоте порядка 17 тысяч километров над поверхностью Марса. При этом орбитальный корабль висел бы неподвижно над поверхностью Марса, и его положение на такой марсостационарной орбите можно было бы выбрать над точкой высадки планетной экспедиции. Тогда естественным образом обеспечивалась бы непрерывная связь орбитального корабля с планетным кораблем и с марсоходом.
Объем кабины экспедиционного корабля может быть для двух человек достаточно малым - порядка 3-4 кубических метров.
Проработки конструктивной схемы, характеристик оборудования, двигательных установок позволяют оценить массу планетного корабля (включая топливо) с экипажем из двух человек в пределах 50 тонн.
Для орбитального корабля и связанных с ним проблем коррекций траектории полета к Марсу и выведения с орбиты спутника Марса на траекторию полета к Земле такой определенности, как для планетного, нет.
Можно предложить два варианта решения задач выведения экспедиции на траекторию полета к Марсу и возвращения к Земле: использование электрореактивных и жидкостных реактивных двигателей.
Главное преимущество использования электрореактивных двигателей состоит в том, что оно позволяет на основных участках полета сократить в несколько раз расход топлива. Именно поэтому, когда вечерами, еще в период разработки "Востоков", мы размышляли над конструкцией и схемой кораблей марсианской экспедиции, то выбрали электрореактивные двигатели как основные. Кому первому пришла в голову мысль об использовании этих двигателей, вспомнить, наверное, сейчас уже и невозможно. Точно помню, что не мне. Возможно, кому-то из нашей группы, а может быть, из группы Максимова (они рассматривали корабль для пролета мимо Марса с использованием электрореактивных двигателей, правда, зачем пролетать мимо Марса - загадка еще более сложная, чем загадка необходимости экспедиции на Марс) попалась на глаза статья из какого-то журнала о целесообразности использования электрореактивных двигателей для межпланетных полетов. А дальше, скорее всего, идея распространилась и нашла своих сторонников и у нас.
С этих любительских проработок и оценок в нашем КБ начались работы над электрореактивными двигателями (ЭРД), которые продолжались едва ли не три десятка лет. Но наша тогдашняя проработка была совершенно несерьезной, и ориентация на электрореактивные двигатели для марсианской экспедиции была необоснованной. Но и в более позднем проекте марсианской экспедиции, который разрабатывался у нас в конце шестидесятых годов, было принято решение о выборе ЭРД для орбитального корабля. Надо сказать, что и это решение не было по-настоящему обоснованно. При использовании ЭРД придется на борту корабля сооружать электростанцию, масса которой даже при почти идеально легкой конструкции составила бы примерно половину массы орбитального корабля. Чтобы масса бортовой электростанции была не больше половины массы корабля, пришлось бы уменьшать тягу двигателя, что повлекло бы за собой увеличение времени полета экспедиции и времени воздействия галактического космиче-ского излучения, для защиты от которого на корабле пришлось бы устанавливать радиационное убежище с большой паразитной массой и с весьма ограниченным пространством для экипажа. Кроме того, отсюда вытекает проблема ресурса двигателей и затрат времени на его создание и отработку.
При использовании электрореактивных двигателей отдельная разгонная ракета не понадобится, ее функция перейдет к орбитальному кораблю, который в этом случае будет представлять собой единое целое с двигательной установкой.
Самое важное преимущество использования электрореактивных двигателей: увеличение конечной массы корабля или массы марсианского планетного корабля слабо влияет на увеличение стартовой массы и, следовательно, на общее усложнение предприятия в процессе его разработки и создания.
Корабли с электрореактивными двигателями имеют и принципиальные недостатки: отсутствует опыт многолетней эксплуатации этих двигателей, нужна мощная энергоустановка на борту корабля, ресурс работы самих электрореактивных двигателей должен исчисляться тысячами часов.
Для стартовой массы комплекса порядка 300-400 тонн на борту корабля потребуется установить электростанцию мощностью 30-40 тысяч киловатт с массой около 150-200 тонн.
Использование ядерной электростанции на борту ко всем осложнениям прибавляет проблему радиационной защиты экипажа и оборудования корабля. Причем задача усложняется тем, что ее нужно решать не только во время полета комплекса в целом (когда отсеки экипажа и ядерный реактор неподвижны относительно друг друга и, следовательно, можно ограничиться теневой защитой), но и на участках, когда планетный корабль уходит от орбитального или приближается к нему.
Корабль с ядерной электростанцией и с электрореактивными двигателями можно представить в виде составных частей, последовательно располагающихся вдоль его продольной оси: ядерная энергоустановка (ЯЭУ), электрореактивные двигатели, ферма, соединяющая ЯЭУ с отсеками корабля, радиатор системы терморегулирования ЯЭУ, для отвода тепла, не использованного в преобразователях, которые преобразуют тепло, выделяемое в реакторе в электроэнергию (по размерам это самая большая часть корабля), рабочие и жилые отсеки орбитального корабля, спускаемый аппарат, используемый при возвращении на Землю, планетный корабль.