Už v roce 1959 skupina nadšenců začala pracovat na vývoji "těžkého meziplanetárního korábu", který byl určen pro lety mezi planetami sluneční soustavy. Postupně práce dospěly do formy projektu a podle parametrů korábu se začala stavět nosná raketa N-1.
Projekt ruské meziplanetární lodi z roku 1960
Těžký meziplanetární koráb (TMK) měl hmotnost 75 tun, byl dlouhý 121 metrů a průměr jeho hermetické části byl 6 metrů. Posádku měli tvořit tři kosmonauti a TMK měl zajistit dvou- až tříletý pobyt v kosmu.
V roce 1960 byl projekt upraven a začala se projektovat meziplanetární loď, která měla jako zdroj energie využívat jaderný reaktor o výkonu 7 MW. Posádku už mělo tvořit šest kosmonautů a hlavním cílem letu mělo být vysazení skupiny automatů pro výzkum Marsu. Součástí lodě byl i výsadkový modul, který měl dopravit tři členy posádky na povrch. Meziplanetární loď se měla sestavit na geocentrické dráze z několika modulů, jež by vynášela raketa N-1. Kosmonauti měli na marsovském povrchu sestavit "vlak" z několika kolových plošin, na nichž měla být výzkumná aparatura. Po odletu kosmonautů se vlak měl asi jeden pozemský rok pohybovat po Marsu a předpokládalo se, že během této doby by přejel po planetě od jižního po severní pól.
Později, v roce 1969, byl zpracován další marsovský projekt. Opět se předpokládalo sestavení korábu na oběžné dráze kolem Země - jednotlivé díly stavby by vynášela modifikovaná raketa N-1. Pro posádku, tentokrát čtyřčlennou, byl připraven přeletový modul, orbitální sekce a malý přistávací aparát. Pohon měly zajišťovat elektroreaktivní motory, které by získávaly energii z jaderného reaktoru s výkonem 15 MW.
Po delší době se ruští projektanti vrátili k misi k Marsu v roce 1987. Hlavní změnou byla nosná raketa: uvažovalo se o nové raketě Energija, raketa N-1 po několika neúspěšných startech byla "zavržena" a nikdy nevynesla žádný náklad. Jinak projekt z roku 1987 kopíroval technické řešení předchozích plánů z roku 1969. Po zlepšení bezpečnosti byla meziplanetární loď poháněna elektrickými motory získávající energie ze dvou nezávislých jaderných zdrojů.
Poslední ruský projekt marsovské lodi pochází z roku 1988. Nejvýraznější změnou je zrušení jaderných reaktorů jako zdrojů energie a nahradit je měly rozměrné panely slunečních baterií, jejichž buňky byly testovány na stanicích Saljut a Mir. Celková hmotnost lodi měla dosahovat 350 tun a let k Marsu a zpět měl trvat dva roky. Posádka byla čtyřčlenná a dva z kosmonautů měli ve výsadkovém modulu přistát na Marsu. Po sedmidenním pobytu na povrchu se měli vrátit k čekající meziplanetární lodi a ihned odletět směrem k Zemi. Před pilotovaným letem měly stejnou trasu nejprve prověřit automaty.
Let k marsu měl probíhat ve třech etapách: Nejprve nákladní lodi typu Progress dopraví na oběžnou dráhu jednotlivé segmenty meziplanetární lodi, které by kosmonauti z kosmické stanice sestavili do funkčního celku, a poté by zařízení odeslali na samostatnou oběžnou dráhu. V rámci druhé etapy, která by zřejmě probíhala souběžně s první, by k Marsu odletěly dvě lodi, jež by přistály na Marsu. Jeden přístroj by sloužil k ověření průběhu přistávacího manévru a odletu z Marsu, druhý by na povrch vysadil "marsochody", které měly získat detailní informace o povrchu. V třetí etapě by k Marsu odletěli kosmonauti.
K projektu letu na Mars se pracovníci RKK Energija vrátili ještě v roce 1999. Projekt kopíroval studie z roku 1988; rozdíly byly v konstrukci panelů slunečních baterií a přistávacího modulu. A konstruktéři se opět vrátili k variantě s šesti kosmonauty na palubě.
