Особенные трудности вызывал расчет траектории полета. Непосвященному человеку это может показаться странным: ведь стоит провести прямую линию от Земли до Марса - и маршрут готов. На самом деле все обстоит значительно сложнее.
Марс и Земля с огромной скоростью движутся по своим орбитам вокруг Солнца. Если ракета полетит по прямой между двумя планетами, то она, во-первых, достигнув орбиты Марса, может не найти там планеты. Во-вторых, такой маршрут потребует огромного количества топлива. Расчет показывает, что затрата энергии на перелет увеличивается при этом в 2,5 раза. А запасы топлива всегда строго ограничены.
Конечно, специалисты Института астронавтики уже имели значительный опыт расчета траекторий автоматических ракет, посылавшихся ими к ближайшим планетам солнечной системы, в том числе и к Марсу. Однако теперь задача была неизмеримо сложнее. Дело в том, что для расчета траектории автоматической ракеты, которая должна только пройти в районе Марса и вернуться на Землю, не нужна столь высокая точность, как для населенного людьми огромного космического корабля, идущего на посадку, несущего на борту большие запасы топлива, кислорода, продовольствия и оснащенного несравненно большим количеством аппаратуры, приборов и т. д. Поэтому работники института потратили много труда, прежде чем нашли наивыгоднейший маршрут полета при минимальном расходе топлива.
Правда, давно было установлено, что наиболее экономичной траекторией является эллипс, касательный к орбитам обеих планет. В этом случае начальные и конечные точки пути космического корабля лежат по разные стороны Солнца, на большой оси такого эллипса. Длина пути должна при атом составить приблизительно 600 миллионов километров, а время, необходимое на полет, - 258 дней. 454 дня астронавтам придется ждать на Марсе, после чего затратить на возвращение еще 258 дней. Таким образом, вся экспедиция должна будет занять два года восемь месяцев, из них пребывание на самом Марсе составит один год, два месяца и 26 дней.
Задачу значительно облегчало то обстоятельство, что в распоряжении астронавтов была внеземная станция, а у Марса имелись два небольших спутника - Фобос и Деймос - с очень слабым полем тяготения. Это значило, что на земной спутник можно заранее забросить все необходимые запасы топлива, продовольствия, снаряжения и там перегрузить на космический корабль.
Если бы ракете, стартующей в далекий путь к Марсу, пришлось отправляться с поверхности Земли, то на тонну веса корабля понадобилось бы около 75 тысяч тонн топлива. А если отправляться в путь со спутника, то понадобится не более 100 тонн топлива на тонну полезного веса.
