Le navire interplanétaire lourd, le TMK
carbone expiré par les cosmonautes en utilisant des algues de type chlorella, ces dernières étant également utilisées pour traiter les déchets humains. La nourriture pour le voyage de plusieurs années serait stockée sous forme lyophilisée choisie sur la base de la valeur calorifique et de la masse spécifique. Les légumes cultivés dans des serres hydroponiques spéciales augmenteraient les rations alimentaires primaires, permettant à l'équipage d'économiser en termes de masse alimentaire de 20 à 50 pour cent. De grands réflecteurs solaires externes, au lieu de la lumière générée en interne, fourniraient la lumière du soleil aux serres.
Compte tenu des ressources limitées et du financement disponible, la conception du survol de Mars de Maksimov était considérée comme une proposition plus réaliste que l'expédition de débarquement de Feoktistov. Les plans initiaux au début des années 1960 prévoyaient un vol autour de mars dès 1968-70. Le projet d'atterrissage, en revanche, était considéré comme beaucoup plus lointain, à horizon 1970. Korolev suivait de près les travaux de Maksimov et de Feoktistov. Les éléments déclassifiés ont montré tout l’intérêt que portait Korolev à ces projets avec les nombreuses pages annotées personnellement. Il y décrivait en détail divers facteurs dans le développement du TMK, y compris la gravité artificielle, les systèmes de survie, les enquêtes biologiques, etc. Il mentionnait également qu’une station orbitale lourde (TOS) aurait de nombreux points communs de conception avec le TMK. Ce concept a peut-être finalement évolué vers une énorme station spatiale de quatre étages nommée Zvezda ("Star"), qui aurait fait l'objet de certaines recherches militaires au milieu des années 60.
Jusqu'à ce qu'une grande partie du travail d'OKB-1 soit déclassifiée à la fin des années 1980 et au début des années 1990, le travail sur le TMK et le TOS, sont restés top secret dans l'histoire spatiale soviétique. Mais le programme était bien réel et il a consommé des ressources au sein de l’OKB-1. A bien des égards, au cours de cette période, les ambitions du programme spatial soviétique étaient beaucoup plus importantes et plus large que la route choisie par la NASA vers la Lune. Pour les Soviétiques, et en particulier Korolev, la Lune était certainement un objectif louable, mais ce n'était pas une fin : c'était simplement une étape importante dans le but ultime d'envoyer des cosmonautes sur la surface de Mars. Tandis que le discours du président Kennedy avait réveillé un géant endormi et l’avait mis en route vers la lune, les Soviétiques continuaient à persévérer lentement mais délibérément sur leur propre chemin vers Mars, d'abord avec des stations orbitales terrestres servant de bases et enfin avec des navires interplanétaires. C'était un plan fidèle aux idées vieilles d'un demi-siècle de Tsiolkovsky. Ces plans, bien sûr, ne se sont jamais concrétisés.
Parallèlement aux travaux sur Mars et Vénus, dans le décret de juin 1960, Korolev avait évoqué l’objet KMV pour envoyer des cosmonautes autour de Mars et revenir sur Terre. La déclaration du président Kennedy en 1961 sur le défi d'atteindre la Lune avant la fin de la décennie, n’avait pas affecté ses projets. Dès 1959, un groupe dirigé par Gleb Yu. Maksimov à l’OKB-1 avait commencé à travailler sur la conception d'un grand vaisseau spatial interplanétaire capable de voler vers les autres planètes. Ce travail a abouti à une proposition de Navire Interplanétaire Lourd (TMK), qui visait à « réaliser rapidement le programme avec les ressources disponibles ». Le plan de Maksimov prévoyait que le N1 lancerait une charge utile de soixante-quinze tonnes en orbite terrestre, composée d'un étage transplanétaire et d'un vaisseau spatial de quinze tonnes avec un équipage de trois personnes. Après vérification des systèmes en orbite terrestre, le TMK serait envoyé sur une trajectoire vers Mars en utilisant un étage d'accélération au kérosène LOX conventionnel, effectuerait un survol de la planète, puis, en utilisant la gravitation martienne, reviendrait dans l'espace proche de la Terre. A ce stade, un appareil de retour détachable avec l'équipage se séparerait et atterrirait sur le territoire soviétique au moyen d'un parachute. Sur le papier, le TMK cylindrique avait une longueur d'une vingtaine de mètres et un diamètre maximum de quatre mètres. Le vaisseau spatial avait trois compartiments principaux : un pour la recherche biologique, un pour l'instrumentation et une section pressurisée pour l'équipage.
Le groupe de concepteurs dirigé par Feoktistov, qui avait été l'architecte en chef du vaisseau spatial Vostok et avait craint d'être laissé pour compte par le groupe Maksimov, a pris sur lui de commencer à travailler sur ce sujet. Curieusement, les deux hommes ont fait un rapport à Tikhonravov, qui, en tant que chef du département n° 9, supervisait à la fois les groupes de Maksimov et de Feoktistov. Le 30 avril 1960, après une présentation de Maksimov sur ses projets TMK, Feoktistov a dévoilé les résultats de ses propres recherches. Son projet qui prévoyait le débarquement d’humains sur Mars était plus ambitieux que celui de Maksimov, et il a reçu le feu vert de Korolev. La variante Feoktistov, également appelée TMK, serait assemblée en orbite via deux lanceurs N1 avec des charges utiles de soixante-quinze tonnes, soit un total de 150 tonnes en orbite terrestre. Le projet prévoyait une mission d’une durée de trois ans avec un équipage de dix personnes, il reposait sur le développement de moteurs fusées électriques fonctionnant à l’énergie nucléaires. Le décret de juin 1960 a donné l’autorisation à l’OKB-1 de commencer les travaux à grande échelle sur les moteurs électriques et, en 1962-1963, de nombreux instituts et bureaux de conception ont été impliqués dans le projet.
Maquette du vaisseau interplanétaire lourd (TMK) proposé au début des années 1960 pour transporter des humains autour de Mars au cours d'un voyage de plusieurs années. Les « étages » sont visibles sur la moitié inférieure du modèle. (droit d'auteur Mark Wade)
Parallèlement aux travaux sur Mars et Vénus, dans le décret de juin 1960, Korolev avait évoqué l’objet KMV pour envoyer des cosmonautes autour de Mars et revenir sur Terre. La déclaration du président Kennedy en 1961 sur le défi d'atteindre la Lune avant la fin de la décennie, n’avait pas affecté ses projets. Dès 1959, un groupe dirigé par Gleb Yu. Maksimov à l’OKB-1 avait commencé à travailler sur la conception d'un grand vaisseau spatial interplanétaire capable de voler vers les autres planètes. Ce travail a abouti à une proposition de Navire Interplanétaire Lourd (TMK), qui visait à « réaliser rapidement le programme avec les ressources disponibles ». Le plan de Maksimov prévoyait que le N1 lancerait une charge utile de soixante-quinze tonnes en orbite terrestre, composée d'un étage transplanétaire et d'un vaisseau spatial de quinze tonnes avec un équipage de trois personnes. Après vérification des systèmes en orbite terrestre, le TMK serait envoyé sur une trajectoire vers Mars en utilisant un étage d'accélération au kérosène LOX conventionnel, effectuerait un survol de la planète, puis, en utilisant la gravitation martienne, reviendrait dans l'espace proche de la Terre. A ce stade, un appareil de retour détachable avec l'équipage se séparerait et atterrirait sur le territoire soviétique au moyen d'un parachute. Sur le papier, le TMK cylindrique avait une longueur d'une vingtaine de mètres et un diamètre maximum de quatre mètres. Le vaisseau spatial avait trois compartiments principaux : un pour la recherche biologique, un pour l'instrumentation et une section pressurisée pour l'équipage.
Le groupe de concepteurs dirigé par Feoktistov, qui avait été l'architecte en chef du vaisseau spatial Vostok et avait craint d'être laissé pour compte par le groupe Maksimov, a pris sur lui de commencer à travailler sur ce sujet. Curieusement, les deux hommes ont fait un rapport à Tikhonravov, qui, en tant que chef du département n° 9, supervisait à la fois les groupes de Maksimov et de Feoktistov. Le 30 avril 1960, après une présentation de Maksimov sur ses projets TMK, Feoktistov a dévoilé les résultats de ses propres recherches. Son projet qui prévoyait le débarquement d’humains sur Mars était plus ambitieux que celui de Maksimov, et il a reçu le feu vert de Korolev. La variante Feoktistov, également appelée TMK, serait assemblée en orbite via deux lanceurs N1 avec des charges utiles de soixante-quinze tonnes, soit un total de 150 tonnes en orbite terrestre. Le projet prévoyait une mission d’une durée de trois ans avec un équipage de dix personnes, il reposait sur le développement de moteurs fusées électriques fonctionnant à l’énergie nucléaires. Le décret de juin 1960 a donné l’autorisation à l’OKB-1 de commencer les travaux à grande échelle sur les moteurs électriques et, en 1962-1963, de nombreux instituts et bureaux de conception ont été impliqués dans le projet.
Konstantin Feoktistov
Le 1er avril 1963, le concepteur en chef adjoint de l'OKB-1, Bushuyev était prêt à présenter un rapport au Conseil des concepteurs en chef intitulé « Sur le TMK pour le N1 », qui résumait toutes les options possibles pour le vaisseau spatial interplanétaire. Les deux options les plus sérieuses envisagées à ce stade impliquaient un énorme vaisseau spatial de 680 tonnes utilisant des moteurs à propergol chimique assemblés en orbite terrestre à partir de dix lancements N1 et un vaisseau spatial de soixante-quinze tonnes lancé sur un seul lancement N1 équipé de moteurs de fusée électriques.
La question du développement de systèmes de survie pouvant fonctionner de manière autonome pendant deux à trois ans faisait l'objet d'une attention particulière. En 1962, Korolev a créé un département spécial à OKB-1 sous la responsabilité de llya V. Lavrov pour concevoir et développer spécifiquement un système de maintien de la vie à cycle fermé appelé Complexe Scientifique Expérimental (NEK). Lavrov a choisi de ne pas utiliser de sources chimiques pour régénérer les ressources, se tournant plutôt vers les systèmes biologiques, qui pourraient reproduire le système écologique fermé de la Terre à un niveau micro. Pour simplifier le processus des premières recherches, seuls l'eau et l'oxygène ont été considérés comme essentiels pour le recyclage. Une partie de l'eau requise serait produite à partir de l'humidité respirée dans l'atmosphère interne du vaisseau et purifiée par des résines échangeuses d'ions. Les déchets corporels fourniraient la partie restante en utilisant des procédés physico-chimiques et biologiques. L'oxygène serait régénéré à partir du dioxyde de