Одним из самых многообещающих, эффективных и не слишком дорогих в исполнении космических проектов, разрабатываемых в СССР, можно было бы назвать проект тяжелого межпланетного корабля (ТМК).
Прежде чем рассказывать о ТМК, необходимо вернуться к предыстории проекта, который с самого начала шел рука об руку с разработкой ракеты-носителя H1.
Основной задачей ракеты (о создании которой подробно рассказано в брошюре академика В.П.Мишина «Почему мы не попали на Луну?»*) должно было стать выведение на околоземную орбиту тяжелых спутников. В задания на проектирование РН было оговорено, что стартовая масса носителя не должна превышать 2200 т при массе полезного груза, выводимого на низкую околоземную орбиту, 75 т. Исходя из условий проекта, ракета H1 была оптимизирована именно на такие исходные характеристики. Под такую ракету разрабатывались наземные сооружения и вся инфраструктура. И хотя разрабатываемая ракета поражала своими размерами, особых вопросов, на которые при проектировании можно было дать строго отрицательный ответ, как и ярого скептицизма со стороны оппонентов проект поначалу не вызывал.
*См. №12 за 1990 г.
Ракету H1 с полной уверенностью можно назвать главным детищем и мечтой С.П.Королева. О ее создании Сергей Павлович задумывался очень давно, еще до начала космической эры. На представленном в июле 1962 г. эскизном проекте H1 рукой Сергея Павловича сделана пометка: «Мы об этом думали в 1956-57 годах». Он понимал, что со вводом в строй столь мощной РН перед советской космонавтикой откроются очень широкие горизонты. Одной из актуальных задач нового носителя могли стать запуски тяжелых автоматических станций и пилотируемых кораблей к планетам Солнечной системы.
В ОКБ-1, в проектном отделе, которым руководил М.К.Тихонравов, рассматривались различные варианты кораблей для полета к Марсу. Исследования велись сначала в свободное от основной работы время в инициативном порядке двумя группами проектантов под руководством Г.Ю.Максимова и К.П.Феоктистова.
Проект группы Г.Ю.Максимова был нацелен на быструю реализацию программы доступными средствами. Для этого предполагалось создать сравнительно простой по конструкции и небольшой по массе космический корабль с экипажем из трех человек. Проект предусматривал облет Марса с исследованием на пролетной траектории и без посадки на его поверхность или без выхода на околомарсианскую орбиту с последующим возвращением корабля в район Земли. Корректируя траекторию полета, можно было очень точно вывести корабль к Земле, где от него должен был отделиться спускаемый аппарат, входящий в атмосферу со скоростью, превышающей вторую космическую, и выполняющий управляемый спуск и парашютную посадку.
Конструктивно этот вариант ТМК представлял собой цилиндрическую кабину экипажа с приборно-агрегатным отсеком, ДУ для коррекции траектории и панелями солнечных батарей на внешней стороне корабля. Не имея соответствующих исходных данных о надежности огромной ракеты-носителя H1, проектанты предусматривали выведение межпланетного корабля на околоземную орбиту в двух вариантах: с космонавтами на борту или с последующей «подсадкой» экипажа на ТМК. В последнем случае беспилотный межпланетный корабль с разгонным блоком выводился на орбиту с помощью H1, а экипаж доставлялся к нему в одном из кораблей, разрабатываемых в тот период в ОКБ-1. После пересадки космонавтов производился старт ТМК с разгонным блоком с орбиты в направлении к Марсу.
Проект группы К.П.Феоктистова базировался на более сложной многопусковой схеме со сборкой ТМК на околоземной орбите и последующим его разгоном к Марсу. В качестве ДУ комплекса предполагалось применить высокоэкономичные электрореактивные двигатели (ЭРД), получающие энергию от ядерной энергетической установки (ЯЭУ). Из-за малой тяги ЭРД разгон корабля по раскручивающейся спирали должен был продолжаться несколько месяцев. В общем виде этот ТМК напоминал цветок ромашки, в центре которого находилась ЯЭУ, а лепестками служили радиаторы-излучатели. В дальнем конце стебля «цветка» помещалась кабина экипажа. Большое внимание авторы проекта уделяли технической стороне проекта, главным образом разработке ЯЭУ и ЭРД.
Говоря о проекте ТМК, нельзя забывать, что закладывался он в самом начале 1960-х годов. У проекта не было и не могло быть аналогов. В связи с этим перед проектантами во множестве встали сложнейшие проблемы, разрешение которых даже на современном уровне науки и техники требует серьезных усилий. Однако величайший энтузиазм, ничем не скованная фантазия и вера в свои силы, а также в возможности отечественной науки и техники помогали преодолевать трудности, стоящие на пути разработчиков.
Исходя из известной траектории полета корабля с возвращением в район Земли, продолжительность полета по которой превышает год, большое внимание авторов первого проекта было приковано к системе жизнеобеспечения (СЖО) экипажа корабля. Имеющиеся СЖО, основанные на использовании запасов кислорода, воды и продуктов питания без их возобновления, не позволяли реализовать программу полета из-за своей огромной массы. С этой точки зрения можно было использовать СЖО с так называемым замкнутым циклом. Понимая сложность реализации замкнутого цикла жизнеобеспечения с помощью физико-химических процессов, проектанты уповали прежде всего на биологическне системы, упрощенно повторяющие замкнутую экологическую систему Земли, Естественно, полный кругооборот веществ в небольшом объеме КК организовать трудно, но «замкнуть» систему по таким жизненно важным составляющим, как вода и кислород, представлялось возможным.
Воду для питья предполагалось получать главным образом путем выпотевания из выдыхаемой космонавтами в атмосферу кабины влаги с последующей очисткой ее ионообменными смолами. Часть питьевой воды и вода для технических нужд могла быть восстановлена из жидких отходов жизнедеятельности с помощью различных физико-химических и биологических процессов.
Для регенерации кислорода из выделяемого космонавтами углекислого газа должны были применяться контейнеры с водорослями типа хлореллы. Кроме того, эти водоросли могли частично перерабатывать и другие отходы жизнедеятельности экипажа.
Запасы пищи предполагалось хранить в сублимированном виде и очень тщательно отбирать перед полетом с точки зрения пищевой ценности и удельной массы, Для пополнения рациона питания на корабле должны были использоваться овощи, вызревающие в бортовой гидропонной оранжерее, что позволяло экономить от 20 до 50% массы запасов продуктов. Так как оранжерея составляла неотъемлемую часть ТМК, серьезной проблемой являлся подвод солнечных лучей к растениям. Задача была блестяще решена применением наружных солнечных концентраторов с большими габаритами.
Для отработки элементов и блоков замкнутой СЖО на Земле, а также выяснения психологических вопросов длительного пребывания экипажа в замкнутом объеме корабля при уменьшенном объеме информации, получаемой извне, был построен аналог жилого отсека ТМК - наземный экспериментальный комплекс, в котором испытатели Г.Мановцев, В.Улыбышев и А.Божко провели год.
(Советский одногодичный эксперимент по эксплуатационным испытаниям замкнутой СЖО начался 5 ноября 1967 г. Аналогичные испытания продолжительностью 90 суток с экипажем из четырех человек были проведены в СЩА значительно позже в июле - сентябре 1970 г. - прим. И.А.)
Еще одной проблемой в длительном космическом полете была защита экипажа от солнечных вспышек и галактического фонового излучения. Расчеты и эксперименты со спутниками позволяли вычислить общую кумулятивную дозу облучения за год, которая была признана врачами допустимой. От излучения в период солнечных вспышек предполагалось спасаться в радиационном убежище, которое было устроено в виде канала в приборно-агрегатном отсеке. В убежище, окруженные со всех сторон приборами, космонавты могли переждать солнечную вспышку, ведя при этом управление кораблем с упрощенного пульта.
Предполагалось максимально облегчить труд космонавтов по управлению кораблем, передав его автоматическим устройствам с выводом на пульт управления информации о работе систем корабля, представляемой в виде трех значений: «Норма», «Отклонение от нормы» и «Отказ». Космонавты могли производить в полете ремонт радиоэлектронной аппаратуры корабля, которая была устроена в виде легкодоступных консолей и разъемных плат.
Одним из вопросов, который до конца оставался неясным участникам проекта, было практически полное отсутствие знаний о воздействии длительной невесомости на организм человека в космическом полете. Сначала было предложено организовать на корабле искусственную тяжесть путем вращения отдельных частей ТМК вокруг оси, однако сравнительно небольшие размеры центрифуги приводили к возникновению кориолисовых ускорений, искажающих восприятие человеком тяжести и вредно воздействующих на организм.
Работы групп энтузиастов весьма интересовали С.П.Королева. По его инициативе был организован специальный проектный отдел по ТМК.
Разработка первого варианта проекта ТМК показала целесообразность создания наземного экспериментального комплекса, что и было реализовано. Работы по второму варианту проекта продвинулись несколько дальше и закончились выпуском в 1969 г. аванпроекта.
В начале 70-х годов было решено создать орбитальные станции, чтобы понять, можно ли длительно летать в космосе без создания искусственной тяжести. Приоритет, отданный сначала лунной программе, а затем орбитальным станциям, тормозил разработку ТМК. Конечно, не обязательно было спешить с лунной программой, а постепенно отработать Н1, что позволило бы создать тяжелую орбитальную станцию, а впоследствии и ТМК и совершить одну из самых грандиозных и впечатляющих экспедиций XX века, вполне сравнимую, а в некоторых случаях и превосходящую высадку на Луну. Самое главное, что в этом случае наша космонавтика шла бы своим путем и не было бы «лунной» гонки с США. Кроме того, накопив опыт при создании ТМК, ничто не мешало бы в будущем приступить к полномасштабной разработке лунной или марсианской программы. С нынешней точки зрения представляется, что задача облета Марса была не менее престижна и реализовать ее можно было проще, однако заменить лунную программу на марсианскую в то время психологически было очень трудно, так как многим казалось, что Луна вот-вот будет «завоевана», учитывая наши предыдущие «блистательные победы в космосе». Закрытие работ по одному из ключевых элементов ТМК - ракете H1 привело к быстрому свертыванию программы.