В области космических исследований комплекс должен был решать первоочередные задачи подготовительного этапа освоения Луны и ближайших планет Солнечной системы, для чего необходимо было осуществлять систематические пуски ракет с целью:
— пилотируемого облета Луны и крупномасштабного фотографирования ее поверхности;
— организации автоматических станций "службы Луны";
— доставки для экспедиций необходимых грузов;
— запуска автоматических межпланетных станций.
Исходя из решения этих задач, ракета должна была обеспечить запуск на круговую полярную орбиту высотой 200 км объектов весом до 50 тонн, на орбиту вокруг Луны — 12 тонн и в район планет Марса и Венеры — 6–8 тонн.
В процессе анализа и выбора конструктивно-компоновочной схемы носителя рассматривались три принципиально отличные схемы:
— четырехблочная — с диаметром корпуса блока 3800 мм. В этом случае диаметр определялся условиями максимально допустимых габаритов при транспортировке по железной дороге без всяких ограничений;
— семиблочная — с диаметром корпуса каждого блока 3000 мм. Этот габарит соответствовал максимально освоенному диаметру в производстве;
— моноблочная — с диаметром корпуса 6500 мм. В этом случае предполагалась транспортировка полностью собранного в заводских условиях носителя водным путем.
Детальные исследования показали, что наиболее полно основным требованиям отвечает вариант двухступенчатой ракеты, выполненной по моноблочной схеме. Этот вариант являлся и наиболее перспективным с точки зрения развития производственной базы для создания более мощных носителей, в том числе с применением других источников энергии, обеспечивающих межпланетные полеты человека.
Несмотря на необходимость реконструкции основного завода-изготовителя носителя в Днепропетровске, проведенные комплексные исследования показали, что стоимость разработки моноблочного варианта получалась минимальной. Она обеспечивалась:
— меньшей трудоемкостью изготовления и сборки;
— использованием состоявшихся принципиальных схемных и конструктивных решений, отработанных на ракетах Р-16 и Р-36;
— применением динамической схемы, теоретически разработанной и апробированной на названных ракетах;
— существенно меньшим объемом экспериментальных и исследовательских работ;
— меньшей стоимостью стартового комплекса.
В соответствии с принятой схемой ракета представляла трехступенчатый моноблок диаметром 6,5 метра тандемной схемы с поперечным делением ступеней. Хвостовой отсек первой ступени имел коническую форму с большим диаметром у основания, равным 8,2 метра. В качестве третьей ступени предусматривалась установка двух блоков: орбитального — с однократным и космического — с многократным запуском двигателей.
На всех ступенях предполагалось использовать двигатели на высококипящих компонентах топлива. Топливные баки первой и второй ступеней располагались в традиционной последовательности: впереди — бак окислителя, а затем — бак горючего. На второй ступени с целью снижения веса конструкции и уменьшения габаритов носителя топливные баки были объединены в единый топливный отсек.
Топливные баки и двигатели орбитальной и космической ступеней защищались экранно-вакуумной изоляцией, обеспечивающей заданный температурный диапазон компонентов топлива в условиях космического пространства.
Космические аппараты устанавливались на переходной раме и защищались обтекателем от воздействия набегающего потока при полете на активном участке траектории и при аварийном спуске на Землю.
Один из непростых вопросов, возникших при проектировании, был связан с большим количеством камер двигателя первой ступени. Проектанты опасались: а что будет, если из строя выйдет одна из 12 камер?
Автономная система управления, разрабатывавшаяся Главным конструктором Харьковского ОКБ В.Г. Сергеевым, предусматривала выполнение задачи при отключении одной камеры двигателя первой ступени.
В самостоятельную проблему, вызванную циклопическими размерами ракеты, а общая длина ракеты с дополнительной ступенью составляла 67,8 метра, вылилась задача транспортировки носителя с завода-изготовителя в Днепропетровске на полигон.
Ввиду того, что предполагавшиеся габариты ракеты не вписывались ни в какие железнодорожные стандарты, а об использовании авиации в то время не могло быть и речи, оставался только один и самый древний способ доставки грузов — водный. Транспортировка ракеты должна была осуществляться по ступеням, причем независимо от выбора полигона. Рассматривалась возможность старта из Капустина Яра, Байконура и Плесецка. Во всех случаях носитель должен был быть доставлен с завода в устье реки Суры при впадении ее в Днепр ниже Днепропетровска. Именно отсюда начиналось "путешествие" ракеты водным путем. Для этого предполагалось соорудить специальный причал. Доставка же ракеты от завода до причала и от конца водного пути до старта должна была осуществляться с помощью грунтовых транспортных средств. В качестве тягача должен был быть использован гигант МАЗ-537.
Водный путь на полигон Капустин Яр пролегал по реке Днепр, Черному и Азовскому морям, Волго-Донскому каналу, по реке Волге до Волгограда. Откуда до места старта — на грунтовых транспортных средствах. Общая протяженность пути — 2030 километров, из них 30 — грунтовых.
Транспортировка в район полигона Байконур возможна была тем же путем по реке Волге, затем Каспийскому морю, реке Урал до города Индерборский. Далее — на транспортных грунтовых средствах. Общая протяженность пути — 4270 километров, в том числе 1200 — на грунтовых средствах.
И наконец, на полигон Плесецк с реки Волги носитель доставлялся в Рыбинское водохранилище. Затем по рекам Сухона и Северная Двина до станции Сия и далее 100 километров по грунту. Общая протяженность транспортного пути в этом случае была самой протяженной — 6200 километров.
Проведенные всесторонние оценки показали, что с учетом транспортировки наиболее предпочтительным оказался полигон Капустин Яр.
Но на этом транспортные хлопоты не кончились. Оказалось, что не только нельзя вывезти ракету через существующие ворота, а потому их нужно разломать и построить новые; неожиданно также выяснилось, что не везде ее можно транспортировать по территории завода. В частности, при вывозе из цеха "не на месте" оказался угол соседнего здания. Поэтому пришлось предусмотреть ворота в другой части цеха.
Старт предполагался открытый, наземный. Полная подготовка носителя к пуску на стартовой позиции должна была производиться при помощи башни обслуживания, которая бы не только предохраняла от внешних воздействий окружающей среды, но и позволяла поддерживать необходимый температурный режим.
