Из всего обилия технических изобретений впервые создаваемой системы космической связи я выделю следующие: бортовой ретранслятор, систему управления, остронаправленные следящие за Землей антенны, наземные станции.
Бортовой ретранслятор фактически состоял из пяти приемопередающих блоков. Капланов рассудил правильно, что нарушение связи по вине ретранслятора грозит скомпрометировать всю идею. Он обосновал выбор только одной частоты по линии «земля» -»борт» — 800 мегагерц и по линии «борт» — «земля» — 1000 мегагерц (я округляю цифры). Передатчики трех ретрансляторов имели мощность излучения по 40 ватт каждый. Истинный ресурс передатчиков был еще неизвестен. Мы считали, что при работе каждого до первого отказа можно будет дотянуть до года. На случай нехватки электроэнергии ретранслятор имел еще два передатчика мощностью по 20 ватт каждый. Самым критическим элементом передатчика по надежности считалась лампа бегущей волны (ЛБВ). Именно в ней энергия бортовой электростанции преобразовывалась в энергию токов высокой частоты. ЛБВ имели очень низкий КПД такого преобразования. Основная часть энергии уходила в тепло. Поэтому наши инженеры-тепловики Олег Сургучев и Евгений Белявский предложили выделить все ЛБВ в отдельный агрегат и придумали для него жидкостное охлаждение. Температурный режим всего аппарата поддерживался с учетом постоянной ориентации продольной оси спутника на Солнце.
В плоскости солнечных батарей на герметичном отсеке корпуса был установлен радиатор-нагреватель, постоянно освещаемый Солнцем. Его поверхность оклеили фотоэлектрическими преобразователями, увеличив таким образом общую площадь солнечных батарей. За радиатором-нагревателем вокруг цилиндрической обечайки гермоотсека был установлен радиатор-холодильник. Автоматическое переключение потока циркулирующей в радиаторах жидкости позволяло охлаждать блок ЛБВ и поддерживать тепловой режим всего аппарата.
Режим ретрансляторов требовал особого внимания при их включении во время наземных испытаний. Они могли «сгореть» еще на Земле не только от перегрева, но и при отключении антенны. Энергия, не имея возможности превращаться в радиоволны, превращалась в тепло. Пока набирались опыта эксплуатации, все же умудрились в КИСе один ретранслятор сжечь. Капланов, узнав об этом, положил под язык таблетку. Я запретил включение ретранслятора в отсутствие представителей Капланова.
Наибольшего числа изобретений потребовало создание комплекса системы управления. Ни одна из многих систем, уже созданных к тому времени, не была принята даже «за основу».
Для «Молнии-1» небольшая команда из коллектива Раушенбаха придумала новую многорежимную систему управления, в основе своей сохранившуюся до настоящего времени. Совмещение многих функций, возложенных на систему при длительном сроке службы, оказалось возможным благодаря многоцелевому использованию гироскопического стабилизатора принципиального нового типа — трехстепенного силового гироскопа с управляемой скоростью вращения ротора.
Гироскопический стабилизатор играл ведущую роль практически во всех режимах работы системы ориентации. Его довольно сложная теория была разработана Евгением Токарем. Изготовить такой стабилизатор — это специальная электрическая машина — мы сами не могли. За эту работу — без принуждения и с завидным энтузиазмом — принялись специалисты в институте Андроника Иосифьяна. Работу возглавил Николай Шереметьевский. Гироскопический стабилизатор «Молнии-1» стимулировал во Всесоюзном научно-исследовательском институте электромеханики новое научно-техническое направление — силовую гироскопическую стабилизацию для космических аппаратов.
Система ориентации начинала работать с гашения угловых скоростей спутника после его отделения от носителя. Затем происходил поиск Солнца специальным солнечным датчиком и приведение продольной оси спутника, перпендикулярной плоскости солнечных батарей, к направлению на Солнце. Изменением угловой скорости вращения маховика-гироскопа осуществлялось вращение всего аппарата вокруг направления на Солнце до тех пор, пока одна из двух параболических антенн не занимала положение, позволяющее ей следить за Землей. Необходимый угол разворота контролировался специальным оптическим датчиком.
Чтобы приток электроэнергии за счет освещения батарей Солнцем был максимальным, непрерывную ориентацию на Солнце надо было удерживать на всем «длинном» участке орбиты, пока спутник не входил в тень Земли над южным полушарием. Во время полета по «солнечному» участку одна из двух остронаправленных антенн ретранслятора должна непрерывно ориентироваться, отслеживая направление на центр Земли. Для проведения коррекции орбиты был придуман хитрый маневр, при котором перед достижением перигея спутник ориентировался так, чтобы в точке перигея корректирующий импульс двигательной установки был направлен по касательной к орбите. В тех случаях, когда не хватало управляющих моментов силового гироскопического стабилизатора или требовалась его «разгрузка», работали реактивные микродвигатели в простейшем «релейном» режиме.
Динамика ИСЗ, управляемого одним электродвигателем-маховиком, и все режимы «релейного» управления были разработаны Владимиром Бранцем, Владимиром Семячкиным и Юрием Захаровым.
Средний возраст динамиков-теоретиков и разработчиков аппаратуры системы управления составлял 30 лет. Они на «целых» четыре года были старше и опытнее проектантов. Этих четырех лет оказалось достаточно, чтобы сделать реальной казалось бы задуманную «понарошку» систему.
Инженеры, проектировавшие «Молнию-1» в начале шестидесятых, стали уважаемыми учеными, имеющими многочисленных учеников. Но ни они сами, ни их ученики теперь не решили бы подобной задачи без десятков персональных компьютеров и парка мощных машин вычислительного центра, без отработки системы на аналого-цифровых моделях! В то время никто не помышлял о таких возможностях.
Впрочем, изобретатель центробежного регулятора для паровой машины Уатт владел математикой в пределах четырех действий, а первые паровозы Стефенсона, развивавшие скорость до 50 км/ч, создавались в начале XIX века даже без использования логарифмической линейки. В XX веке теория центробежных регуляторов и паровозостроения обросла таким математическим аппаратом, в котором, будь живы сами изобретатели, они бы не скоро разобрались.
Для управления современными спутниками просто невозможно создать систему без использования бортового компьютера, который берет на себя заботу о выборе динамических режимов работы в соответствии с программой полета, включении в нужное время бортовой аппаратуры, проводит диагностику, контролирует расход «рабочего тела», выполняет еще много расчетов, которые в то далекое время возлагались на бортовое программно-временное устройство (ПВУ) и наземные службы.
Исаак Сосновик и Нина Квятковская изобрели транзисторное ПВУ, управлявшее бортовыми системами в соответствии с программой, которую можно было заложить с Земли по командной радиолинии. Саму командную радиолинию, объединенную с аппаратурой контроля орбиты и передачи телеметрии в виде единого комплекса, заказали СКБ-567. Ходарев, Малахов и вся набравшаяся горького опыта на автоматических аппаратах «Марс» — «Венера» (MB) радиокомпания создали для «Молнии-1» служебную радиосистему.
Труден был выбор головного разработчика бортового комплекса управления. Эту работу обычно возглавлял Юрий Карпов. В его активе были комплексные разработки идеологии и электрических схем всех первых спутников, «Востоков» и венеро-марсианских аппаратов. Очередной задачей для него был новый пилотируемый корабль 7К-ОК или изделие 11Ф615.
Для «Молнии-1» не без конфликтов и колебаний мы приняли решение: бортовой комплекс создавать одновременно с наземным испытательным оборудованием (НИО), так чтобы можно было сразу испытать весь космический аппарат и при этом вместо десятка операторов у пультов по каждой системе иметь одного-двух только у центрального пульта, дополнив его устройством для автоматической регистрации их действий, правильных или ошибочных. За такую комплексную разработку взялся радиоотдел Анатолия Шустова. Отдел значительно вырос за счет специалистов, влившихся в него после нашего объединения с коллективом Грабина.