«Вперёд — на Марс!»

54 года назад, 14 января 1966 года во время хирургической операции скончался главный конструктор ракетно-космической техники Сергей Павлович Королёв. После его ухода постепенно изменилось отношение советского правительства к перспективным программам, расширявшим возможности по освоению внеземного пространства. Среди прочего был остановлен проект пилотируемой экспедиции на Марс, который Королёв считал главным делом своей жизни.

Ниже история о том, как в Советском Союзе готовились к полету на красную планету, но так и не полетели.

Загадочная планета

В начале 50-х годов идея экспедиции на Марс стала предметом активного обсуждения советских популяризаторов науки. Среди них был и Борис Валерианович Ляпунов — выпускник Московского авиационного института, год проработавший в Научно-исследовательском реактивном институте №4 Академии артиллерийских наук (НИИ-4 ААН). Перейдя на «вольные хлеба» популяризатора, он продолжал поддерживать контакты с сослуживцами из группы Михаила Клавдиевича Тихонравова, которая в инициативном порядке занималась теоретическими исследованиями по вопросам создания межконтинентальных ракет, искусственных спутников и космических кораблей. Ляпунов хорошо знал, что даёт использование тяжёлых ракет на жидком топливе, поэтому уверенно писал о том, как они будут применены при изучении околоземного пространства и соседних планет. Одной из возможных целей будущих космических полётов он называл Марс. Например, в книге «Открытие мира» (1954) Ляпунов сообщал:

«Из всех планет солнечной системы вряд ли какая-нибудь другая привлекала столько внимания, сколько Марс. Про марсиан написано так много, что мы уже как-то привыкли к мысли о существовании жизни на Марсе. И, право, будет даже жалко, если будущие межпланетные путешественники не встретят там разумных существ! Но есть ли они на самом деле — вопрос, который предстоит решить, только совершив путешествие за пятьдесят пять миллионов километров. Так «близко» подходит Марс к Земле во время великих противостояний. <…>

Три четверти века назад сделано было интереснейшее открытие. На диске Марса впервые обнаружили сеть правильных линий, столь правильных, что, казалось, нельзя приписать их действию природы. Каналы, созданные разумными существами, беспримерные гидротехнические сооружения, орошающие бедную водой планету, — вот гипотеза, у которой оказались горячие сторонники и не менее горячие противники. <…>

Каков же исход спора? Есть каналы или нет их? Фотоснимки, в том числе сделанные за последние годы, подтвердили, что какие-то линии на Марсе, которые меняются в течение года, существуют. Однако что же такое они на самом деле, снимки сказать не могут. И хотя астрономы отказались от мысли о том, что каналы созданы марсианами, спор об их природе не решён до сих пор. Когда ракеты отправятся к Марсу, снимки с близких расстояний, а впоследствии посещение планеты людьми дадут, наконец, ответ, что же представляют собой таинственные линии, испещрившие поверхность планеты. Не так уж долго осталось ждать. Возможно, что к столетию открытия каналов, через четверть века, эта загадка перестанет уже существовать…»

 Пейзаж Марса. Иллюстрация Н. Гришина к научно-популярной книге Б. Ляпунова «Открытие мира» (1954)

Когда стали публиковаться новости о запусках высотных геофизических ракет, и заговорили о подготовке первых искусственных спутников Земли, тема экспедиции на Марс перестала быть абстрактной. Периодические издания с удовольствием печатали научно-фантастические очерки, в которых реконструировались межпланетные полёты. У советского читателя складывалось впечатление, будто бы они начнутся со дня на день. Например, вот что писал Борис Ляпунов в очерке «Мы — на Марсе!» (1956):

«1995 год… Давно прошло то время, когда человек был пленником Земли, когда лишь со дна воздушного океана открывался ему окружающий мир. В летописи межпланетных сообщений появились первые страницы: вслед за искусственным спутником нашей планеты начался штурм неба, совершён лунный перелёт, положивший начало пассажирским космическим рейсам. Постепенно стёрлись белые пятна на картах Луны. И люди стали задумываться над тем, чтобы продолжить небесные трассы. Родился новый, ещё более дерзкий проект.

Цель путешествия — Марс. Он едва ли не самая интересная загадка в планетной солнечной семье. Уже не сотнями тысяч, а десятками миллионов километров измеряется теперь маршрут. <…>

Корабль «Марс-один» — техническое чудо последней четверти нашего века. Двигатель, оборудование, условия жизни — всё приспособлено к длительному путешествию с высадкой на планете. Уже побывали в окрестностях Марса ракеты-автоматы — разведчики без людей — да радиоволны, посланные локаторами. Пора и людям своими глазами увидеть то, что оставалось во многом областью догадок. Предположения, гипотезы должны уступить место точному знанию.

«…Алло, Земля! Говорит «Марс-один», «Марс-один»… Цель близка. Мы хорошо видим поверхность Марса, сравниваем с картами и снимками, намечаем место посадки. Сейчас лето, сильно уменьшилась снеговая шапка полюса, а сеть каналов (тех самых каналов, которые давно служили яблоком раздора среди астрономов) набухла, словно вены на перетянутой руке. Подробности, однако, всё ещё трудно рассмотреть. <…>. Продолжаем наблюдать. Пилот и штурман готовятся к спуску. Начинаем торможение. Предполагаем сесть в северном полушарии, в местности, по-видимому, представляющей ровную площадку… Алло, Земля! Только что закончили расчёт на посадку. Наносим на карту вновь замеченные голубоватые пятна. Вблизи экватора они особенно отчётливо видны. Непрерывно ведем фото- и киносъёмку. Всё благополучно. Кончаю, подтвердите радиограмму, перехожу на приём…»

Для жителей Марса, если бы они существовали, открылась поразительная картина: вдруг на небе появляется новое, необычное небесное тело. Быстро движется среди звезд что-то похожее на комету, с таким же длинным шлейфом-хвостом… и исчезает за горизонтом. Звуки плохо разносятся в разрежённой атмосфере. Но столь мощный гул слышен и здесь. На песчаную площадку, поднимая вихри пыли, опускается крылатый снаряд, борется с притяжением планеты, постепенно теряя скорость. Последние секунды полёта… Остроносая сигара стоит на выдвинутых из корпуса стальных ногах.

Успокаивается песчаная буря, вызванная прибытием корабля. Снова Солнце сияет в безоблачном небе. Тот же однообразный пейзаж — уходящие вдаль красноватые пески. Но появилось новое, невиданное раньше. Издалека виден гигантский корабль, отливающий металлическим блеском. Он кажется безжизненным: закрыты иллюминаторы, задраены люки, ничто не выдает присутствия живого. Идёт время. Уже высоко в небе поднялось Солнце. Наконец корабль прозревает, открывает иллюминаторы-глаза. Открывается и дверца. Существо, похожее на водолаза с прозрачным шлемом на голове, спускается вниз и ступает на почву Марса…»

Советская экспедиция на Марсе. Иллюстрация Ю. Реброва к научно-фантастическому очерку Б. Ляпунова «Мы — на Марсе» (1956)

Читатели, заворожённые описаниями красной планеты, посылали в редакции периодических изданий письма с просьбой немедленной отправки на Марс. «Огонёк» сообщал в июне 1957 года (то есть ещё до запуска «Спутника-1»):

«Конверты. Много конвертов — белые и синие, голубые и зелёные, узкие и ромбовидные, квадратные и треугольные. Вскроем любой из них. «Хочу быть первым человеком, командированным на Марс», — читаем письмо. «Говорят, нужны для полёта на Луну люди, — написано в другом, — я хотел бы совершить этот полёт в научных целях». «Я молод, физически подготовлен и не сробею, — уговаривает учёных П. Горин. — Командируйте меня на Марс».

Знаменательно появление таких писем в редакциях газет и журналов, в Академии наук СССР, в планетариях и аэроклубах — полёт на Луну или Марс энтузиасты воспринимают как живую действительность наших дней.

Любой ценой, даже ценой своей жизни, люди готовы помочь науке проникнуть в космос».

Специалисты как могли осаживали энтузиастов. Кандидат технических наук Юрий Сергеевич Хлебцевич, получивший известность благодаря концепции телеуправляемой танкетки, предназначенной для изучения небесных тел, писал в заметке «В ракете — на Марс» (1957):

«В нашей стране самым драгоценным является жизнь человека, поэтому советская наука, несомненно, сделает всё для того, чтобы первые полёты в космос и на планеты совершались без гибели людей, пожелавших отдать свои силы и знания для раскрытия тайн природы.

На современном уровне развития ракетной техники, а также знаний о космосе и планетах полёты космических ракет с людьми на Луну, Марс и Венеру пока не могут быть ещё осуществлены. Но в наше время происходит бурное развитие таких новых и мощных отраслей техники, как автоматика и телемеханика, радиолокация, электроника, телевидение, техника полупроводников и техника радиотелеуправления. Новые научные и технические достижения открывают и новые пути для освоения межпланетного пространства и исследования планет. В 1957-1958 годах впервые будут запущены искусственные спутники Земли. В них, как известно, не будет людей, но они будут снабжены приборами для передачи по радио интересующих науку сведений о космическом пространстве.

Потом последуют полёты ракет на Луну, Марс и Венеру тоже без людей, радиотелеуправляемых с Земли. Посредством этих ракет можно будет доставить сначала на поверхность Луны прежде всего подвижные лаборатории-танкетки, оснащенные телевизионной и другой аппаратурой и управляемые по радио с Земли. Эти лаборатории помогут нам решить очень важную задачу: не отправляя в межпланетный полёт смельчаков-одиночек, предоставить тысячам учёных вполне реальную возможность наблюдать у экранов специальных телевизоров и другой радиотелеаппаратуры всё то, что происходит вдали от Земли, и таким образом изучить всё необходимое для первых межпланетных путешествий людей».

Хлебцевич знал, о чём говорил: в распоряжении советских конструкторов на тот момент была только одна тяжёлая ракета, позволявшая совершать космические рейсы — Р-7 (8К71). С её помощью на орбиту позднее были выведены первый спутник, подопытные собаки и корабль «Восток» с Юрием Гагариным. Однако она не позволяла запустить пилотируемый космический корабль к Марсу: Р-7 в четырёхступенчатой модификации хватало лишь на то, чтобы отправить в межпланетное пространство небольшую автоматическую станцию. Требовалась совсем другая ракета — сверхтяжёлого класса. И Сергей Павлович Королёв взялся её построить.

Тяжёлый межпланетный

Когда в 1931 году молодой амбициозный авиаконструктор Сергей Королёв занялся ракетной тематикой, он имел довольно смутное представление о целях практической космонавтики. Но в самом начале карьеры ему повезло встретить ярого энтузиаста — рижского инженера Фридриха Артуровича Цандера, который всецело верил в обитаемость красной планеты и осуществимость полёта туда. Любимым лозунгом нового знакомца было восклицание «Вперёд — на Марс!», и советские ракетчики, объединившиеся в Группу изучения реактивного движения (ГИРД), приняли его в качестве идеологической установки.

Хотя Королёв был одним из самых прагматичных специалистов своего времени, романтика полётов на другие планеты захватила его, и послевоенную программу создания межконтинентальных ракет главный конструктор с самого начала связывал с космонавтикой. В ноябре 1956 года из НИИ-4 в Особое конструкторское бюро №1 (ОКБ-1), возглавляемое Королёвым, перешли специалисты, занимавшиеся космической проблематикой под руководством Михаила Тихонравова. В апреле следующего года в составе бюро появился отдел №9, сотрудникам которого поручили разработку космических кораблей. Конечно, главной их задачей в тот период было создание корабля для орбитальных полётов, который позднее получил название «Восток», но в секторе Глеба Юрьевича Максимова, занимавшегося автоматическими исследовательскими станциями, «подпольно» началось проектирование тяжёлого межпланетного корабля (ТМК) для полёта на Марс.

С учётом специфики сектора первоначально авторы проекта представляли себе ТМК в виде большого космического зонда, то есть исследовательской станции с обитаемым модулем. При этом они должны были определить два принципиальных момента: оптимальную схему межпланетной экспедиции и оптимальную двигательную установку для неё. По первому вопросу быстро стало понятно, что корабль придётся собирать на околоземной орбите; по второму — проектанты долго колебались между химическими двигателями на освоенном кислородно-керосиновом топливе и электрореактивными двигателями с ядерным реактором в качестве источника энергии. Поскольку систем орбитальной стыковки и компактных реакторов ещё не существовало, то для начального этапа была предложена простейшая схема экспедиции без высадки на поверхность, с облётом Марса по траектории «бумеранга». Её можно было осуществить на корабле массой 15-16 т, который выводился бы на межпланетную трассу одним пуском ракеты-носителя.

При разработке ТМК проектанты столкнулись с серьёзнейшей проблемой жизнеобеспечения экипажа. Системы, которые создавались для одноместных орбитальных кораблей на основе использования заранее рассчитанных запасов кислорода, воды и провианта, не годились для межпланетного рейса, ведь продолжительность полёта к Марсу и обратно даже по оптимальным траекториям составляла полтора-три года против двух недель «Востока».

Опираясь на труды основоположника теоретической космонавтики Константина Эдуардовича Циолковского, который полагал, что будет достаточно воспроизвести земную экосистему в условиях космического полёта, группа Максимова предложила использовать замкнутый биолого-технический комплекс (ЗБТК), который должен обеспечить круговорот веществ, потребляемых и выделяемых экипажем. Воду для питья они собирались получать главным образом путём «выпотевания» из выдыхаемой космонавтами влаги с последующей очисткой её ионообменными смолами. Техническую воду можно было восстанавливать из мочи экипажа с помощью различных физико-химических и биологических процессов. Для регенерации кислорода из выделяемого космонавтами углекислого газа должны были применяться контейнеры с хлореллой.

Запасы пищи планировали хранить в сублимированном виде, тщательно отбирая перед полётом по калорийности и удельному весу. Для пополнения рациона экипаж мог выращивать овощи в бортовой гидропонной оранжерее, что, как считалось, позволило бы сэкономить от 20 до 50% по массе продуктовых запасов.

Расчёты показывали, что ТМК в простейшем облётном варианте должен стартовать к Марсу с околоземной орбиты, используя разгонный блок, оснащённый кислородно-керосиновыми двигателями. Для реализации экспедиции по однопусковой схеме требовался носитель, способный вывести на орбиту груз массой 70-75 т. Им должна была стать ракета Н-1 (11А52) — по факту марсианский корабль простейшего варианта на годы вперёд определил её размерность и основные параметры.

Тяжёлый межпланетный корабль с ЯЭРДУ проекта 1960 года на ареоцентрической орбите в представлении современного художника
energia.ru

В то же время Королёв искал пути к увеличению возможностей будущей межпланетной экспедиции. Облёт Марса по траектории «бумеранга» казался значительным достижением с точки зрения пропаганды, но не имел большой научной и технической ценности — куда весомее выглядела бы экспедиция с выходом на ареоцентрическую орбиту и сбросом посадочного модуля на поверхность соседней планеты. Королёв поручил Борису Андреевичу Адамовичу изучить вариант применения электрореактивной двигательной установки с ядерным реактором (ЭРДУ с ЯЭУ или ЯЭРДУ). В ней рабочее тело (в данном случае — литий) превращается в горячий газ, истечение которого из сопла с очень высокой скоростью создаёт тягу. Привлекательность ЭРДУ состоит в том, что она обладает более высокими энергетическими характеристиками, чем двигатели на химическом топливе: например, по удельному импульсу превосходит их в 200-300 раз, поэтому не требует огромных запасов топлива.

К разработке подключилась инициативная группа, которую возглавлял будущий лётчик-космонавт Константин Петрович Феоктистов. Её участники рассматривали схему сборки ТМК из модулей, доставляемых на низкую околоземную орбиту пусками нескольких ракет типа Н-1. Максимов вспоминал, что вопрос о выборе схемы экспедиции стал в тот период очень острым:

«Тогда у нас всё время шли споры с Феоктистовым, который начинал проектировать [корабль] «Союз». И мы с ним спорили до хрипоты, хотя были старые знакомые и вместе пришли в ОКБ-1 из НИИ-4. Он говорил, что [корабль] надо делать только на базе стыковки. А я утверждал, что сначала надо попытаться слетать без стыковки, потому что с этой стыковкой мы ещё промучаемся, ведь неизвестно, что получится, и неизвестно когда».

Конечно, в конце 50-х годов стыковка отдельных элементов корабля на орбите воспринималась специалистами как дело неблизкого будущего. В то же время учёные понимали, что она откроет реальную возможность для полётов в дальний космос.

Несмотря на свои предпочтения, группа Феоктистова провела расчёты и для однопускового варианта ТМК с ЯЭРДУ. Массу корабля на околоземной орбите приняли такую же — 75 т; при этом на межпланетную траекторию можно было вывести 30 т, то есть вдвое больше, чем получилось у «конкурентов» из группы Максимова.

Хотя ни тогда, ни сегодня космические технологии не доросли до создания крупномасштабных электрореактивных двигателей, сама идея их использования породила совершенно невероятный проект экспедиции с высадкой на поверхность Марса самодвижущегося колёсного поезда, который под управлением трёх космонавтов должен был за год пройти всю планету от южного полюса до северного!

Самодвижущийся колёсный поезд проекта 1960 года на поверхности Марса в представлении современного художника
energia.ru

Ведущий конструктор Владимир Евграфович Бугров рассказывал:

«Королёв на начальных этапах работы не сдерживал инженерной фантазии и творческих поисков, в результате чего у наших разработчиков, не обременённых нудными весовыми расчетами, на поверхности красной планеты появлялись эскадры стотонных сооружений с шестиметровыми колёсами. 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 жёстких 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».

Облётный вариант

К концу 1959 года уровень проработки технических решений по проекту ТМК позволил Королёву обратиться в правительственные органы с конкретными предложениями. 23 июня 1960 года было принято постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР №715-296 «О создании мощных ракет-носителей, спутников, космических кораблей и освоении космического пространства в 1960-1967 гг.», в первом пункте которого говорилось:

«Принять предложение <…> о проведении в 1960-1962 годах проектно-конструкторской проработки и необходимого объёма исследований с целью создания в ближайшие годы:

— новой комплексной ракетной системы со стартовым весом ракеты-носителя порядка 1000-2000 тонн, обеспечивающей вывод на орбиту вокруг Земли тяжёлого межпланетного корабля весом до 60-80 тонн;

— мощных жидкостных ракетных двигателей с высокими характеристиками, в том числе ядерных ракетных двигателей, двигателей на жидком водороде, электрореактивных двигателей малой тяги (ионных, плазменных) с мощными энергетическими установками и двигательных установок для коррекции и торможения при спуске».

 Тяжёлый межпланетный корабль с ЯЭРДУ в варианте 1961 года. Реконструкция Игоря Безяева
energia.ru

Детали уточнялись в приложении №3 («План проектных и экспериментальных работ по созданию тяжёлых межпланетных кораблей»), которым предписывалось разработать эскизные проекты кораблей для облёта Луны (КЛ), Марса и Венеры (КМВ) ко второму кварталу 1961 года. Кроме того, к четвёртому кварталу поручалось согласовать технические задания на осуществление будущих экспедиций с высадками на поверхность указанных небесных тел. Обращает на себя внимание, что в рамках этого постановления облёт Луны рассматривается как промежуточный этап перед аналогичными, хотя и более длительными, экспедициями к соседним планетам.

Получив одобрение правительства, сотрудники отдела №9 ОКБ-1 с энтузиазмом взялись за дело. Владимир Бугров вспоминал:

«Занимаясь проектом практически круглые сутки и уходя домой в 10-11 часов вечера (полтора часа дороги в один конец из Подлипок до дома в Москве), я просыпался утром и хватал карандаш, чтобы успеть записать свежую мысль, пока она не исчезла безвозвратно. <…>

О напряжённости 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 всё закончилось тем, что злополучный агрегат убрали».

1/2

 Эскиз варианта ТМК из рабочей тетради Владимира Бугрова. Иллюстрация из книги «Марсианский проект С.П. Королёва» (2007)

 Эскиз варианта ТМК из рабочей тетради Владимира Бугрова. Иллюстрация из книги «Марсианский проект С.П. Королёва» (2007)

12 октября 1961 года был завершён технический отчёт с исходными данными по трёхместному кораблю первого этапа, который получил обозначение ТМК-1 (Тяжёлый межпланетный корабль №1) и предназначался для экспедиций к Луне, Венере и Марсу с целью изучения планет и космического пространства. Предполагалось, что на околоземную орбиту он будет выводиться с помощью ракеты Н-1, а её последняя ступень (разгонный блок) отправит корабль на траекторию полёта к заданной планете, после чего отделится.

Поскольку в то время не было надёжных данных по длительному воздействию невесомости, то было решено создать на ТМК-1 искусственную силу тяжести закручиванием его вокруг поперечной оси. В одном из вариантов было предложено вынести центр масс за пределы аппарата с экипажем путём раздвижения отсеков.

Получившийся «складной» корабль состоял из двух последовательно соединённых блоков. Первый включал приборно-агрегатный отсек (объём — 25 м³), солнечные батареи и спускаемый аппарат для возвращения на Землю; второй — жилой (25 м³) и оранжерейный (70 м³) отсеки. Между блоками размещались двигательная установка и шарнирное сочленение, по которому корабль «ломался» во время коррекций траектории, освобождая сопло двигателя, находившегося в центре масс всей «связки».

Тяжёлый межпланетный корабль в «складном» варианте 1961 года. Реконструкция Игоря Безяева
energia.ru

При установке на ракету все выступающие части ТМК-1 складывались. Длина корабля в транспортном состоянии составляла около 20 м, диаметр — 4 м, масса после выведения на межпланетную траекторию — 15 т.

По мере проработки проекта на первый план вышли вопросы жизнеобеспечения экипажа. Так, 14 сентября 1962 года Королёв писал в «Заметках по тяжёлому межпланетному кораблю и тяжёлой орбитальной станции»:

«Надо бы начать разработку «Оранжереи по Циолковскому» (ОР), с наращиваемыми постепенно звеньями или блоками, и надо начинать работать над «космическими урожаями» (?):

каков состав этих посевов, какие культуры?

их эффективность, полезность?

обратимость (повторяемость) посевов из своих же семян из расчёта длительного существования ОР?

какие организации будут вести эти работы?

по линии растениеводства (и вопросов почвы, влаги и т. д.),

по линии механизации и пр. ОР,

по линии «свето-тепло-солнечной» техники и систем её регулирования и т. д. для ОР.

Видимо, к ОР надо одновременно начать разработку и «космической фермы» (КФ) для животных и птицы. Надо бы эту задачу уточнить — имеет ли она практический смысл для экологического цикла (институты Академии наук и Академии медицинских наук).

Что можно иметь на борту ТМК или ТОС (либо в ОР) из декоративных растений, требующих минимума затрат и ухода?»

Оранжерея ТМК также вызвала споры среди специалистов. В ней собирались выращивать картофель, сахарную свёклу, рис, бобовые, капусту, морковь и другие огородные культуры. Но все они нуждаются в постоянном источнике света, поэтому в состав корабля ввели систему ПОИС — питания оптическим излучением Солнца. В начальном варианте концентраторы системы располагались вдоль ТМК, собирая свет и направляя его внутрь корпуса через щелевые иллюминаторы. Возникала проблема: концентраторы должны быть постоянно ориентированы на Солнце, поэтому вращающийся вокруг оси корабль необходимо доворачивать при движении по траектории полёта. Расчёты показали: масса дополнительного топлива для двигателей, обеспечивающих такой доворот, будет составлять 15 т, что неприемлемо.

1/2

 Тяжёлый межпланетный корабль в варианте 1962 года на околоземной орбите. Реконструкция Игоря Безяева
energia.ru

 Тяжёлый межпланетный корабль в варианте 1962 года на ареоцентрической орбите. Реконструкция Игоря Безяева
energia.ru

Было решено вращать корабль в плоскости траектории полёта (как бумеранг), а концентраторы направлять непосредственно на Солнце. Их конструкция усложнилась, ведь солнечный поток должен был сжиматься в двух плоскостях: они стали параболическими двойной кривизны, а иллюминаторы — круглыми. И вновь возникла проблема — наличие сложного узла вращения между концентраторами и корпусом корабля, что заставило начать исследования по трению материалов в вакууме, разрабатывать специальную смазку на основе дисульфида молибдена и т.п. Оптическому институту в Ленинграде было выдано задание на проектирование концентраторов большой площади, материаловедам — на создание высокопрочных териленовых плёнок и покрытий для них с устойчивыми оптическими характеристиками. Проводились работы со смежниками по подбору высокопрочного и жаропрочного стекла для иллюминаторов на основе ситаллов, изготавливались опытные образцы.

После решения основных проблем началась оптимизация компоновки ТМК-1. В 1962 году корабль представлял собой пятиэтажный цилиндр переменного диаметра в форме бутылки. Первый этаж был жилым; там располагались три индивидуальные каюты для экипажа, туалеты, плёночные душевые, комната отдыха с библиотекой микрофильмов, кухней и столовой. Второй этаж — рабочий, с рубкой ежедневного контроля и управления системами корабля, мастерской, медицинским кабинетом с тренажёрами, лабораторией для проведения исследований и надувным внешним шлюзом. Третий этаж — биологический отсек, в котором располагались стеллажи с высшими растениями, светораспределительные устройства и арматура для подачи питательных растворов, клетки животных, хлорельный реактор и ёмкости для хранения урожая. Четвертый этаж — приборно-агрегатный отсек, где сосредоточена основная масса аппаратуры; он же служил радиационным убежищем. Особый этаж — отсек спускаемого аппарата, который был пристыкован верхней частью к люку в корпусе корабля. На днище аппарата устанавливалась двигательная установка с запасом топлива. Снаружи на корпусе корабля размещались элементы бортовых систем: параболические концентраторы и иллюминаторы системы ПОИС, солнечные батареи, радиаторы и жалюзи системы терморегулирования, антенны дальней радиосвязи (ими могли служить и концентраторы), люк с надувным шлюзом, поручни для передвижения в открытом космосе.

 Тяжёлый межпланетный корабль в варианте 1963 года, предусматривавшем сборку на околоземной орбите. Рисунок М. Шмитова по эскизам В. Бугрова. Иллюстрация из книги «Марсианский проект С.П. Королёва» (2007)

В июле 1962 года Королёв поручил сотрудникам ОКБ-1 подготовить проспект по планам освоения Марса и Венеры. Их предполагалось реализовать в четыре этапа: исследование планет автоматическими станциями из космоса, мягкие посадки космических аппаратов на поверхности планет, облёты планет на тяжёлых кораблях, экспедиции с высадками на планеты. При этом первая экспедиция к Марсу должна была стартовать не позднее 1974 года.

В ходе обсуждения проспекта было принято принципиальное решение — временно отказаться от варианта ТМК с электрореактивной установкой из-за большого количества связанных с ней проблем, сосредоточившись на корабле с двигателями на жидком топливе. Проведённые расчёты показали, что в таком случае масса корабля на околоземной орбите перед стартом составит от 1200 до 2000 т. Для его сборки потребовалось бы запустить не менее пятнадцати сверхтяжёлых ракет Н-1, а сама сборка заняла бы больше трёх лет. Чтобы снизить массу ТМК, было предложено оригинальное решение — аэродинамические торможение в верхних слоях атмосферы Марса. Владимир Бугров рассказывал:

«Однажды, обсуждая с Виктором Миненко (<…> в ОКБ-1 он проектировал спускаемые аппараты) параметры входа аппарата в атмосферу Земли при возвращении из марсианского полёта, мы обратили внимание, что незначительное отклонение траектории аппарата от заданного коридора входа в атмосферу повлечёт либо недопустимые нагрев и перегрузки, либо аппарат, коснувшись верхних слоёв атмосферы и потеряв скорость на неопределенную величину, уйдёт в полёт по нерасчётной траектории. На следующее утро я проснулся с вопросом: а можно ли сместить коридор так, чтобы после «чирканья» траектория стала расчётной? Предварительный анализ показал, что можно. Идея Тихонравову понравилась, и он рассказал о ней Королёву. Были выданы задания нашим аэродинамикам и в ЦАГИ. Процесс пошёл.

Такой оборот дела коренным образом менял весь облик и, в первую очередь, конструктивную конфигурацию комплекса. Вспомнили про крылатую ракету «Буря», на которой можно было начать эксперименты в околоземном пространстве <…>. Пересмотрели все принятые ранее положения на соответствие их новым требованиям. А они оказались весьма существенными. Экспедиционный комплекс при погружении в марсианскую атмосферу будет испытывать нагрузки от скоростного напора и нагрев, допустимые пределы которых весьма ограничены из-за большого количества внешних элементов. Поэтому размеры, форма и прочность элементов должны быть рассчитаны на эти новые условия или защищены от их воздействия».

1/2

 Вариант экспедиции на Марс на тяжёлом межпланетном корабле с жидкостными ракетными двигателями. Плакат из материалов доклада «Предложения о разработке космических объектов на базе носителя Н-1», обсуждённого 22 апреля 1963 года на Учёном Совете ОКБ-1
gagarin.energia.ru

 Вариант экспедиции на Марс на тяжёлом межпланетном корабле с жидкостными ракетными двигателями. Плакат из материалов доклада «Предложения о разработке космических объектов на базе носителя Н-1», обсуждённого 22 апреля 1963 года на Учёном Совете ОКБ-1
gagarin.energia.ru

На очередном этапе развития проекта конструкторам вновь пришлось увязывать множество противоречивых требований. Прежде всего, требовалось выбрать вариант жёсткого экрана, который мог служить защитой внешних элементов ТМК от воздействия скоростного напора и одновременно обеспечить ему необходимое торможение в марсианской атмосфере. В результате остановились на зонтике большого диаметра, расположенного на «лобовом» торце корабля и обращённого выпуклой стороной к набегающему потоку. Для большей аэродинамической устойчивости корабля посадочный модуль вынесли вперёд — за экран, чтобы он мог беспрепятственно отделиться ещё при прохождении атмосферы. Солнечные концентраторы для нового варианта ТМК тоже проектировали в форме зонтика диаметром 15-20 м, расположенного вокруг отсека оранжереи. Они, в первую очередь, требовали защиты от скоростного напора, поэтому были конструктивно объединены с тормозным экраном.

Модификация проекта в пользу замены тормозного ракетного блока на тормозной экран позволила снизить массу космического комплекса до 83,1 т, в том числе: сам ТМК — 16,8 т, посадочный модуль — 30 т, разгонный блок возвращения — 36,3 т. При этом масса комплекса с блоком выведения на межпланетную траекторию составила 378 т.

Если бы удалось модернизировать ракету Н-1, подняв её грузоподъёмность до 95 т, и оптимизировать весовые характеристики тормозных устройств за счёт их дальнейшего объединения с системами корабля, то теоретически массу комплекса можно было ещё снизить — до 350 т на околоземной орбите. В таком случае понадобилось бы всего четыре запуска Н-1, чтобы собрать межпланетный комплекс в полной конфигурации и отправить его к Марсу.

Тяжёлый межпланетный корабль в варианте 1964 года стартует с околоземной орбиты. Реконструкция Игоря Безяева
energia.ru

Наземный «марсолёт»

Королёв отлично понимал, что объём проекта ТМК выходит за рамки возможностей его бюро. Решение многих вопросов требовало проведения многолетних наземных испытаний — прежде всего, по изучению аспектов межпланетного полёта. 28 октября 1963 года был основан Институт космической биологии и медицины (позднее — Институт медико-биологических проблем, ИМБП). Конструкторы ОКБ-1 под руководством Ильи Владимировича Лаврова приступили к проектированию наземного экспериментального комплекса (НЭК), а в институт был направлен опытный сотрудник бюро Борис Адамович.

Чтобы максимально приблизить имитацию к реальному полёту, для НЭК был создан полноразмерный макет ТМК, получивший официальное название «Экспериментальная установка №37» (ЭУ-37) и неофициальное — «Марсолёт». Изготовление его блоков началось в 1965 году. Кандидат медицинских наук Владимир Иванович Макаров вспоминал:

«Институт был обязан рождением Сергею Королёву, который в 1963 году сам приехал на Ходынку, где только что были построены четырёхэтажные корпуса, предназначенные для какой-то кинофабрики, и добился передачи этих, тогда ещё пустовавших, зданий и сооружений на баланс Минздрава СССР. На реконструкцию и оборудование корпусов, в которых уже в декабре 1963-го заработал ИМБП (пока ещё без НЭКа), из госбюджета было выделено 5 млн. золотых инвалютных рублей. А выполненные позднее корпус НЭКа и его первичная оснастка обошлись, по некоторым данным, в 27 млн., если не считать расходов на экспериментальную установку ЭУ-37, то есть макетный образец самого корабля.

Монтаж осуществлялся в 1967-1969 годах. Когда «бочку» ТМК сгрузили с баржи и повезли ночью по Москве, по пути следования автопоезда пришлось снимать троллейбусные провода».

НЭК размещался в тщательно охраняемом ангаре, при этом макет корабля занимал площадь вполовину футбольного поля. Над ним вдоль стен размещались застеклённые балконы в три яруса. В первой половине 70-х годов макет был буквально окутан шлангами и кабелями, к нему примыкали многочисленные трапы и подмостки.

 Завершение 90-суточного эксперимента в НЭКе: командир испытателей В.А. Корсаков рапортует Госкомиссии; слева — бортинженер Б.М. Абушкин и врач В.И. Макаров. Фото из личного архива В. Макарова

В «Марсолёт» разрешалось входить только в бахилах. Через люк посетители попадали в салон корабля — своеобразную кают-компанию с двумя большими диванами, обтянутыми натуральной кожей, тремя глубокими мягкими креслами в сафьяновой обивке и выдвижным столом. На полу — ковёр, на стенах салона — полки из ценных пород дерева и полуметровый экран для просмотра кинофильмов. Свет давали матовые плафоны.

Через люк-лаз из кают-компании можно было попасть в оранжерею — цилиндрический корпус трёхметрового диаметра, перпендикулярный основной конструкции, с длинным рядом реакторов для культивирования хлореллы. Оранжерея освещалась через окна на внешней оболочке корпуса, куда солнечные лучи попадали от параболических зеркальных концентраторов. Воздух из обитаемых отсеков прогонялся компрессором через реакторы с хлореллой, а после очистки и обогащения кислородом возвращался обратно.

С противоположной стороны салона располагался компактный санузел с тремя писсуарами, снабжёнными вакуумными отсосами, душевая кабинка, умывальник и стиральная машина. Далее находился камбуз с электроплитой и скороварками, затем — снова коридор, в котором могли разойтись два человека. По левую сторону коридора — каюты членов экипажа со спальными местами, стенными шкафами и вмонтированными столиками. Диван в каюте бортового врача одновременно служил универсальным хирургическим креслом. В каюте командира экипажа располагался миниатюрный пульт управления ТМК.

За каютами следовал рабочий отсек, соизмеримый по объёму с салоном. Вплотную к левому борту вдоль отсека было размещено радиационное убежище объёмом 3,5 м³, но зато с толщиной стен в четверть метра! Стены, пол и потолок убежища были выполнены из специального лёгкого полимерного материала, защищавшего от радиации. Весь пол занимал трёхместный диван-кровать. Каждая из частей дивана трансформировалась из лежачего в полусидячее положение. Под одной из них размещался компактный санузел, под двумя другими — ёмкости для продуктов, питьевой воды и гигиенических пакетов.

В убежище разместили компактную приборную доску, на которой отображались основные параметры систем корабля. Упрощённый пульт управления позволял выдавать набор самых важных команд. Кроме того, убежище было снабжено средствами связи с Землёй, телекамерой, телеэкраном и динамиками, а также читальным аппаратом с тремя сотнями микрофильмированных книг.

Помимо перечисленных помещений, в состав ЭУ-37 входили мастерская для мелкого ремонта и приборно-агрегатный отсек, где монтировались воздухоочистительная установка «Гном» и электролизёр «Электрон». В торце отсека было организовано штатное место пилота с видеоконтрольным устройством и органами управления, необходимыми при моделировании ручной стыковки. Общий обитаемый объём ЭУ-37 составлял не менее 200 м³.

После монтажа макета ТМК было проведено несколько «пристрелочных отсидок» небольшой длительности, а 10 августа 1971 года начался 50-суточный эксперимент, моделировавший фрагмент межпланетного перелёта. Его участниками стали Владимир Александрович Корсаков (командир экипажа), Юрий Фёдорович Климентов (бортинженер) и Геннадий Николаевич Пожарский (бортврач). Второй эксперимент продолжительностью 60 суток состоялся в мае-июле 1974 года, третий занял 90 суток в марте-июне 1975 года.

 Картина А. Леонова и А. Соколова «Посадка на Марс» (1971)

Увы, но к тому времени идея полёта к Марсу потеряла актуальность. В августе 1964 года силы ОКБ-1 были брошены на осуществление скорейшего достижения Луны, а после внезапной смерти Королёва (в январе 1966 года) стратегическое видение космической экспансии, нацеленное на Марс, оказалось утрачено.

Официальные отчёты П-558, П-559 и П-583 с описаниями вариантов ТМК, а также большое количество связанных с ними рабочих материалов были полностью уничтожены в 1974 году — именно в те дни, когда, как планировал Королёв, должна была начаться первая марсианская экспедиция.

В дальнейшем советские конструкторы ракетно-космической техники предлагали ещё несколько проектов межпланетных комплексов для полёта к Марсу, но говорить о преемственности в данном случае не приходится.

Источник

Что касается автоматических станций, то первыми советскими исследователями Марса стали межпланетные станции Марс-2 и Марс-3. Марс-2 стал еще и первой в СССР и мире из успешно запущенных к Марсу многотонных АМС. Посадка состоялась 27 ноября 1971 года. Спускаемый аппарат Марс-2 стал первым искусственным предметом на планете.