В пилотируемом варианте корабля "7К-Л1" должны были устанавливаться дополнительные системы и устройства: два кресла с амортизаторами системы "Казбек" для размещения космонавтов, индикатор курса, астроориентатор, фотоаппарат "Салют-1М" с дополнительным длиннофокусным объективом "Таир-ЗЗС", кинокамера "16ЛK-K1" Красногорского завода, автоматический фотоаппарат "АФА-БАМ", фотоаппарат "СКД", индивидуальные дозиметры. В систему жизнеобеспечения вводился блок личной гигиены космонавтов. Бортовой вычислитель укомплектовывался долговременным запоминающим устройством "ДЗУ-4". Космонавты на корабле "7К-Л1 " должны были совершать полет в костюмах без спасательных скафандров.
Примечательно, что Сергей Королев, не слишком доверявший продукции ОКБ-52 Владимира Челомея, в 1965 году распорядился проработать еще один вариант пилотируемого облета Луны. В его варианте космический корабль "7К-Л1" выводился бы на орбиту в беспилотном режиме. Экипажу предстояло стартовать на орбиту на корабле "7К-ОК" с помощью ракеты "Союз", являвшейся очередной модификацией проверенной "Р-7". После стыковки кораблей космонавты должны были перейти в скафандрах "Ястреб" из бытового отсека "7К-ОК" в спускаемый аппарат "7К-Л1" через открытый космос и изогнутый тоннель в опорном конусе системы аварийного спасения. После этого корабль "7К-ОК" должен был автоматически отстыковаться, а корабль "7К-Л1", сбросив стыковочный узел с опорным конусом, стартовать к Луне.
Позднее на специальном самолете "Ту-104" проводились эксперименты по исследованию возможности перехода двух космонавтов в скафандрах из корабля "7К-ОК" в корабль "7К-Л1". В результате этих исследований вариант с подсадкой экипажа на орбите Земли был отвергнут.
То, что Советский Союз проиграл лунную гонку, ныне принято связывать с провалом программы создания сверхтяжелой ракеты-носителя "Н-1". В этом есть свой резон, ведь, если бы такая ракета сумела взлететь в установленные сроки, советский план экспедиции на Луну мог быть реализован раньше американского. Однако взлететь ей было не суждено.
По свидетельству соратников Королева, замысел сверхтяжелой трехступенчатой ракеты "Н-1" возник у Сергея Павловича еще в 1956 году. В различных источниках название ракеты расшифровывается как "Носитель-1" или как "Наука-1". Впервые свои предложения по такой ракете Королев представил 15 июля 1957 года. Начало же работ над проектом "Н-1" датируется 30 июля 1958 года.
В то время прорабатывалось множество возможных вариантов таких ракет, хотя к дальнейшему рассмотрению были приняты три.
Первый вариант был логическим продолжением ракеты "Р-7". Это была двухступенчатая ракета, у которой на основной корпус (вторая ступень) крепились шесть боковушек (первая ступень). То есть повторялась та же компоновка, которая успешно зарекомендовала себя на "Р-7". Длина такого пакета составляла 48 м. Каждая из боковушек снабжалась шестью кислородно-керосиновыми двигателями конструкции Николая Дмитриевича Кузнецова (1911–1995). На второй ступени предполагалось установить ядерный двигатель, который включался бы после отделения первой ступени. Стартовая масса такой ракеты составляла от 850 до 880 т, а выводимый на орбиту полезный груз — от 35 до 40 т.
Второй вариант представлял собой межконтинентальную баллистическую ракету с дальностью полета до 14 000 км. Для этой ракеты рассматривалась возможность использования двигателей конструкции Михаила Макаровича Бондарюка (1908–1969) и Валентина Петровича Глушко (1908–1989). При использовании двигателя Бондарюка ракета имела бы стартовую массу 87 т, включая боеголовку весом 2,6 т. С двигателями Глушко, соответственно, 100 т стартовой массы и боеголовка весом 4 т.
И наконец, третий вариант представлял собой носитель сверхтяжелого класса со стартовой массой 2000 т и массой полезного груза 150 т. В принципе это и был прообраз той ракеты, которая впоследствии стала известна под обозначением "Н-1". Первую и вторую ступени предполагалось выполнить в виде конуса. На первой ступени размещались 24 двигателя "НК-9" конструкции Кузнецова, вторая ступень имела четыре ядерных двигателя.
Ни один из этих вариантов не был реализован в том виде, как задумывался. Работы над ракетами с ядерны-ми двигателями были прекращены в конце 1959 года, когда стало ясно, что и обычный химический двигатель дает почти тот же эффект, но при этом ему не нужна сложная система защиты от радиации.
Первоначально эскизное проектирование сверхтяжелой ракеты проводилось ОКБ-1 в инициативном порядке. Однако уже 23 июня 1960 года вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров № 715–296 "О создании мощных ракет-носителей, спутников, космических кораблей и освоении космического пространства в 1960–1967 годах". Это была первая попытка утвердить на самом высоком уровне программу развития космонавтики в виде семилетнего плана.
В постановлении предусматривалось создание мощной ракеты-носителя "Н-1" на жидкостных ракетных двигателях в период с 1961 по 1963 год. Ракета "Н-1" должна была выводить на околоземную орбиту полезный груз массой 40–50 т и разгонять до второй космической скорости полезный груз массой 10–20 т. Вторым этапом на базе этой ракеты предполагалось создать носитель "Н-2", выводящий на орбиту 60–80 т и разгоняющий до второй космической скорости 20–40 т.
Эскизный проект ракетно-космических систем на базе "Н-1" Сергей Павлович Королев утвердил 16 мая 1962 года. Уже в нем стартовая масса носителя возросла по сравнению с первоначальными набросками до 2200 т, а грузоподъемность — до 75 т. Ракета проектировалась трехступенчатой, и все три ступени выполнялись в виде конуса, в который вписывались шесть сферических топливных баков последовательно уменьшающегося диаметра. Вся ракета проектировалась на двигателях Николая Кузнецова с компонентами топлива — жидкий кислород и керосин. На первой ступени (блок "А") устанавливались 24 тяговых двигателя. На второй (блок "Б") и третьей (блок "В") соответственно по 8 и 4 двигателя. Блоки "А" и "Б" комплектовались практически однотипными двигателями "НК-15". Блок "В" планировалось снабдить двигателями "НК-19". Предусматривалась возможность размещения на ракете четвертой ступени (блок "Г").
До конца 1963 года структурная схема лунной экспедиции с использованием сверхтяжелой ракеты "Н-1" еще не была выбрана. Но в докладной записке от 23 сентября 1963 года, посвященной программе развития космонавтики на период с 1965 по 1975 год, Сергей Королев излагает свой план покорения естественного спутника Земли.
Первый этап — облет Луны на пилотируемом корабле "Л-1" ("7К-9К-11К"), собираемом на околоземной орбите. Его мы обсуждали выше. К сказанному надо только добавить, что экипаж облетного корабля должен был произвести подробное картографирование поверхности Луны и определить возможные районы высадки будущей экспедиции.
Второй этап — отправка на Луну самодвижущегося вездехода "Л-2"с дистанционным управлением. Главной задачей было изучение поверхности Луны с целью выбора оптимального места посадки для основного и резервного лунного корабля. Кроме того, вездеход должен был собрать данные о свойствах лунного грунта, о магнитных полях Луны и интенсивности космического и солнечного излучения. Сам "Л-2" представлял собой гусеничный транспортер с ядерной силовой установкой, снабженный мощной радиостанцией и блоком научной аппаратуры. Он мог развивать скорость до 4 км/ч и пройти не менее 2500 км. На поверхность Луны вездеход должен был доставить посадочный аппарат "13К".
Третий этап — запуск пилотируемого космического корабля "Л-3" весом 200 т. Корабль планировалось собирать на околоземной орбите из трех блоков, доставляемых при помощи ракет "Н-1". Первая ракета выводила на орбиту собственно комплекс "Л-3", состоявший из лунного орбитального корабля "ЛОК", посадочного лунного корабля "ЛК" и разгонного блока. Две другие ракеты "Н-1" служили танкерами с грузом топлива. Масса системы при полете к Луне достигала 62 т, что почти на 20 т превышало соответствующую массу "Apollo". Масса системы, совершающей посадку на поверхность Луны, составила бы 21 т (против 15 т у "Apollo"). Но зато пусков в схеме ОКБ-1 было даже не три, а четыре! Выводить в космос экипаж из двух-трех человек предполагалось на проверенной ракете "Р-7А", выпускавшейся заводом "Прогресс" для пилотируемых запусков. После достижения окололунной орбиты "ЛК" с одним космонавтом на борту отделился бы от "ЛОК" и по сигналу радиомаяка, установленного на вездеходе "Л-2", совершил бы мягкую посадку. После выполнения задания на Луне космонавт должен был взлететь с ее поверхности на стартовом модуле "ЛК" и состыковаться с "ЛОК". Возвращаемый корабль, обеспечивающий обратный полет к Земле, был модификацией корабля "7К-Л-1" и состоял из приборно-агрегатного отсека (2,5 т) и спускаемого аппарата (2,5 т). Весь рейс занял бы от 10 до 17 дней.