Уже минул век, с тех пор как было изобретено радио. Свыше ста лет ведутся споры по установлению авторства этого изобретения. У нас бытует мнение, что радио изобрел известный российский ученый Попов, на Западе – что это был итальянец Маркони. Мы не будем пытаться установить историческую истину, тем более что так ли это теперь важно. Важно то, что мир получил уникальнейшее средство коммуникации.
Во многом именно благодаря изобретению и развитию радио произошел технический прорыв во многих областях науки и техники, связанных с обменом и обработкой информации. Радио послужило мощнейшим стимулом в исследовании и развитии электричества, стало основой электроники. Электроника, в свою очередь, позволила создать устройства неотъемлемо связанные с приемом и передачей информации, с управлением технологическими процессами, с измерениями и контролем. Именно в процессе развития радио были заложены основные принципы электронной обработки сигналов и вычислительной техники. Компьютеры и калькуляторы, локаторы и радиотелескопы, бытовые микроволновые печи и магнитофоны, роботы и космические станции, электронные часы и сердечные стимуляторы… и еще множество других электронных приборов и устройств могут считаться потомками первой системы «регистрации грозовых разрядов» Попова и радиоприемника Маркони.
Только перечисление всех областей, где используется радио, заняло бы, пожалуй, не одну сотню страниц. Сегодня уже ни кого не удивляет возможность обмена информацией с любой точкой нашей планеты посредством радиоволн, а радиоприемники, телевизоры и портативные радиостанции стали настолько же привычны, как кино, автомобили и самолеты.
Технический прогресс не перестает поражать темпами развития. Лишь вчера не сходившие с газетных передовиц и сенсационных обзоров изобретения и открытия сегодня уже перешли в разряд обыденных. Цифровые радиорелейные линии, беспроводные и сотовые телефоны, системы спутникового радио- и телевизионного вещания, дистанционное управление межпланетными космическими станциями, радиоастрономия, спутниковая навигация GPS…
…Промозглый декабрь 1821 года. Туманный Альбион. Лаборатория в мерцающем свете свечей. В своем дневнике пятидесятилетний Майкл записывает задачу: "превратить магнетизм в электричество". За 10 лет напряженного труда он осуществил "превращение". Скрипит перо, выводя строки очередной победы человеческого разума над тайнами Природы. 24 декабря 1831 была поставлена последняя точка в первой серии знаменитой книги "Экспериментальные исследования по электричеству".
Фарадей на лекции в Лондонском Королевском институте. Рождество 1855–1856.
Майкл Фарадей своим открытием явления электромагнитной индукции (порождение электрического поля переменным магнитным полем) заложил фундамент современной электротехники.
Шли годы. Были открыты законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов (закон Кулона) и токов (закон Ампера). Установлено, что магнитные влияния есть взаимодействия движущихся электрических зарядов. Уже прозвучал термин "мировой эфир" – гипотетическая среда, через которую протянуты невидимые "упругие линии" магнитного и электрического взаимодействия. И вот новое событие!
В 1864 профессор экспериментальной физики в Кембридже Джеймс Клерк Максвелл математически доказал, что любое электрическое волнение может производить эффект на значительном расстоянии от точки где оно произошло и предсказал, что электромагнитная энергия может передаваться в направлении от источника в виде волн, перемещающихся со скоростью света (300 000 км/сек). К 1869 все основные закономерности поведения электромагнитного поля были установлены и сформулированы в виде системы четырех уравнений, получивших название "уравнения Максвелла".
О роли Максвелла в развитии науки превосходно сказал американский физик Р.Фейнман: "В истории человечества (если посмотреть на нее, скажем, через десять тысяч лет) самым значительным событием XIX столетия, несомненно, будет открытие Максвеллом законов электродинамики. На фоне этого важного научного открытия гражданская война в Америке в том же десятилетии будет выглядеть провинциальным происшествием".
Увы, но во времена Максвелла, еще не существовало средств порождения или обнаружения электромагнитных волн. Предсказания Максвелла о существовании электромагнитного поля показались современникам бесполезными. И только после того, как Генрих Герц в 1886–89 экспериментально доказал существование электромагнитных волн, почти через десять лет после смерти Максвелла, человечество задумалось о возможности их применения
Для проведения опытов с радиоволнами немецкий физик Генрих Рудольф Герц использовал разрядник (два электрода, разделенные воздушным зазором), установленный в центре параболического металлического отражателя. Металлическое кольцо с намотанной на нем катушкой подключалось к другому разряднику, идентичному первому. Искра, возникающая в первом разряднике, вызывала возникновение меньшей искры в зазоре второго. Таким образом, Герц доказал, что предсказания Максвелла были верны, по крайней мере, на коротких расстояниях. Было установлено, что электромагнитные волны распространялись прямолинейно и могли отражаться от металлических листов так же, как световые волны отражаются зеркалом.
Были открыты и экспериментально доказаны основные принципы, лежащие в основе передачи электромагнитной энергии на расстоянии. Осталось совсем немного – создать устройство способное к этому.
Идея по созданию радиоприемника материализовалась 7 мая, 1895 на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербургском университете. Современники Александра Степановича Попова могли прочитать в "Кронштадтском вестнике" от 30 апреля (12 мая) 1895: "Прошло 10 минут полных напряженного ожидания. Все затихли. В течение одной минуты раздались четыре условленных сигнальных звонка. Аппарат был приведен в действие. И на бумажной ленте обычной телеграфной азбукой обозначилось: "Герц".
Нет полной уверенности в исторической достоверности этого и некоторых других фактов из истории изобретения радио и о роли в этом Попова. В энциклопедии "Британика" ("Britannica.com Inc.") сказано: "…Александр Степанович Попов, физик и инженер-электрик, считающийся в России изобретателем радио. Очевидно, что он создал первый примитивный радиоприемник – датчик молний (1895), независимо и без знания о современных работах итальянского изобретателя Гульельмо Маркони. Подлинность и значение успешных экспериментов Попова не подвергаются сомнению, но обычно признается приоритет Маркони".
…Телеграфия без проводов? Кому это нужно? Итальянское Министерство Почты и Телеграфа отклонило патент на изобретение, представленный в 1886, ввиду его непрактичности. Воистину нет пророков в своем отечестве – раздосадованный Гульельмо отправился в Великобританию, где к изобретениям относились более заинтересовано.
Сэр Вильям Прис, тогдашний директор Почтового ведомства, стал восторженным сторонником нового изобретения, что в большой степени предопределило дальнейшую судьбу Маркони.
В своих экспериментах Маркони подсоединял один из электродов разрядника к вертикально подвешенному проводу (играющему роль антенны), а другой электрод к земле (заземление). На приемной стороне системы использовалось аналогичное устройство. Расстояние между передатчиком и приемником постепенно увеличивалось: сначала до 300 ярдов (275 м), затем до 2-х миль (3 км), далее через Английский Канал (пролив Ла-Манш). Наконец в 1901 году Маркони "перебросил мост" через Атлантику, "связав" континенты. Знак "S" переданный азбукой Морзе пролетел сквозь пространство между местечком Полду на полуострове Корнуолл (Великобритания) и городом Сент-Джонс на полуострове Ньюфаундленд (Канада) преодолев со скоростью света расстояние почти 2 100 миль (3 500 км).
Но обо всем по порядку…
(продолжение следует)
Комментарии
Как все начиналось "Очень
Как все начиналось
"Очень быстрые электрические колебания"
Генрих Рудольф Герц (Heinrich Rudolf Hertz), 1857–1894
В период с 1986 по 1988 года Герц в углу своего физического кабинета в Политехнической школе Карлсруэ (Берлин) исследовал излучение и прием электромагнитных волн. Для этих целей он придумал и сконструировал свой знаменитый излучатель электромагнитных волн, названный впоследствии "вибратором Герца". Вибратор представлял собой два медных прутка с насаженными на концах латунными шариками и по одной большой цинковой сфере или квадратной пластине, играющей роль конденсатора. Между шариками оставался зазор – искровой промежуток. К медным стержням были прикреплены концы вторичной обмотки катушки Румкорфа – преобразователя постоянного тока низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения. При импульсах переменного тока между шариками проскакивали искры и в окружающее пространство излучались электромагнитные волны. Перемещением сфер или пластин вдоль стержней регулировались индуктивность и емкость цепи, определяющие длину волны. Чтобы улавливать излучаемые волны, Герц придумал простейший резонатор – проволочное незамкнутое кольцо или прямоугольную незамкнутую рамку с такими же, как у "передатчика" латунными шариками на концах и регулируемым искровым промежутком.
Посредством вибратора, резонатора и отражательных металлических экранов Герц доказал существование предсказанных Максвеллом электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. Он доказал их тождественность световым волнам (сходство явлений отражения, преломления, интерференции и поляризации) и сумел измерить их длину.
Принципиальная схема передатчика (слева) и приемника Герца
Благодаря своим опытам Герц пришел к следующим выводам: 1 – волны Максвелла "синхронны" (справедливость теории Максвелла, что скорость распространения радиоволн равна скорости света); 2 – можно передавать энергию электрического и магнитного поля без проводов.
В 1887 по завершении опытов вышла первая статья Герца "«Об очень быстрых электрических колебаниях", а в 1888 – еще более фундаментальная работа "Об электродинамических волнах в воздухе и их отражении".
Передающий и приемный отражатели
Герц считал, что его открытия были не практичнее максвелловских: "Это абсолютно бесполезно. Это только эксперимент, который доказывает, что маэстро Максвелл был прав. Мы всего-навсего имеем таинственные электромагнитные волны, которые не можем видеть глазом, но они есть". "И что же дальше?" – спросил его один из студентов. Герц пожал плечами, он был скромный человек, без претензий и амбиции: "Я предполагаю – ничего".
Но даже на теоретическом уровне достижения Герца были сразу отмечены учеными как начало новой "электрической эры".
В 1891 английский математик и физик сэр Оливер Хевисайд (Oliver Heaviside) выскажет замечание по этому поводу: "Три года назад электромагнитных волн не было нигде, теперь они есть везде".
Летом 1888, четырнадцатилетнему юноше во время отдыха в Альпах попалась на глаза статья Герца. Неизвестно что он понял из серьезного научного журнала, но возникла идея: почему бы ни попытаться использовать волны образованные вибратором Герца для передачи сигналов? По дороге мальчишке не терпелось смастерить что-то необычное.
Через 13 лет детская увлеченность свяжет Америку и Европу невидимой линией беспроводного телеграфа. А имя Гульельмо Маркони станет нарицательным в разговорах о радио…
Генрих Герц умер в возрасте 37 лет в Бонне от заражения крови. После смерти Герца в 1894, сэр Оливер Лодж заметил: "Герц сделал то, что не смогли сделать именитые английские физики. Кроме того, что он подтвердил истинность теорем Максвелла, он сделал это с обескураживающей скромностью".
(продолжение следует)
Стеклянная трубка,
Стеклянная трубка, металлические опилки и модель нерва
Эдуард Юджин Десаир Брэнли (Edouard Eugene Desire Branly), 1844–1940
Имя Эдуарда Брэнли не особенно известно в мире, но во Франции он считается одним из важнейших вкладчиков в изобретение радиотелеграфной связи.
В 1890 году профессор физики парижского Католического университета Эдуард Брэнли стал серьезно интересоваться возможностью применения электричества в терапии. По утрам он направлялся в парижские больницы, где проводил лечебные процедуры электрическим и индукционным токами, а днем исследовал поведение металлических проводников и гальванометров при воздействии электрических зарядов в своей физической лаборатории.
Устройство, которое принесло Брэнли известность, была «стеклянная трубка, свободно заполненная металлическими опилками» или «датчик Брэнли». При включении датчика в электрическую схему, содержащую батарею и гальванометр он работал как изолятор. Однако если на некотором расстоянии от схемы возникала электрическая искра, то датчик начинал проводить ток. Когда же трубку слегка встряхивали, то датчик вновь становился изолятором. Реакция датчика Брэнли на искру наблюдалась в пределах помещения лаборатории (до 20 м). Явление было описано Брэнли в 1890 году.
Кстати, подобный метод изменения сопротивления опилок, только угольных, при прохождении электрического тока, еще до недавнего времени повсеместно использовался (а в некоторых домах используется и поныне) в микрофонах телефонных аппаратов (так называемые «угольные» микрофоны).
По мнению историков Брэнли никогда не задумывался о возможности передачи сигналов. Он интересовался главным образом параллелями между медициной и физикой и стремился предложить медицинскому миру интерпретацию проводимости нерва, смоделированную с помощью заполненных металлическими опилками трубок.
Впервые публично продемонстрировал связь между проводимостью датчика Брэнли и электромагнитными волнами британский физик Оливер Лодж.
Когерер, «syntonic» и спиритизм
Оливер Джозеф Лодж (Oliver Joseph Lodge), 1851–1940
Среди основных заслуг Лоджа в контексте радио следует отметить его усовершенствование датчика радиоволн Брэнли.
К датчику Брэнли Лодж добавил прерыватель (trembler), устройство, которое встряхивало опилки, после прохождения разряда. Лодж назвал свое изобретение «когерер».
Когерер Лоджа, впервые продемонстрированный перед аудиторией Королевского Института в 1894, позволял принимать сигналы кода Морзе переданные радиоволнами и давал возможность их записи регистрирующим аппаратом. Это позволило изобретению вскоре стать стандартным устройством беспроводных телеграфных аппаратов. (Датчик вышел из употребления только через десять лет, когда будут разработаны магнитные, электролитические и кристаллические датчики).
Не менее важны другие работы Лоджа в области электромагнитных волн. В 1894 Лодж на страницах «London Electrician» рассуждая о значении открытий Герца, описал свои эксперименты с электромагнитными волнами. Он прокомментировал обнаруженное им явление резонанса или настройки:
…некоторые схемы по своей природе «вибрирующие… Они способны поддерживать возникшие в них колебания в течение длительного периода, в то время как в других схемах колебания быстро затухают. Приемник затухающего типа отреагирует на волны любой частоты, в противоположность приемнику, основанному на постоянной частоте, который реагирует только на волны с частотой его собственных колебаний.
Лодж обнаружил, что вибратор Герца «излучает очень мощно», но «из-за излучения энергии (в пространство), его колебания быстро затухают, поэтому для передачи искры он должен быть настроен в соответствии с приемником».
16 августа 1898 Лодж получил патент №609154, в котором предлагалось «использовать настраиваемую индукционную катушку или антенный контур в беспроводных передатчиках или приемниках, или в обоих устройствах». Этот «настраивающийся» («syntonic») патент имел большое значение в истории радио, поскольку в нем были изложены принципы настройки на нужную станцию. 19 марта 1912 этот патент был приобретен компанией Маркони.
Впоследствии Маркони так сказал про Лоджа:
Он (Лодж) – один из самых больших наших физиков и мыслителей, но особенно значительны его работы в области радио. С самых первых дней, после экспериментального подтверждения теории Максвелла относительно существования электромагнитного излучения и его распространения через пространство, очень немногие люди обладали ясным пониманием в отношении разгадки этой одной из наиболее скрытых тайн природы. Сэр Оливер Лодж обладал этим пониманием в гораздо большей степени, чем любой другой из его современников.
Почему Лодж не изобрел радио? Сам он так объяснил этот факт:
Я был слишком занят работой, чтобы браться за развитие телеграфа или любого другого направления техники. У меня не было достаточного понимания того, чтобы почувствовать насколько это окажется экстраординарно важным для флота, торговли, гражданской и военной связи.
За вклад в развитие науки в 1902 году король Эдуард VII посвятил Лоджа в рыцари.
Интересна и загадочна дальнейшая судьба сэра Оливера.
После 1910 он увлекся спиритизмом и стал яростным сторонником идеи общения с мертвыми. Его занимали вопросы связи науки и религии, телепатия, проявления таинственного и неизвестного. По его мнению, самым простым способом связи с Марсом будет перемещение по пустыне Сахара гигантских геометрических фигур. В возрасте восьмидесяти лет Лодж объявил, что попытается связаться с миром живых после своей смерти. Он передал запечатанный документ на хранение в Английское общество психических исследований, в котором, по его словам, содержался текст сообщения, которое он передаст с того света.
К сожалению, автор не располагает достоверными фактами проведения этого сеанса связи
К середине 90-х годов XIX века уже существовали основные элементы, требующиеся для практической реализации системы передачи сигналов посредством электромагнитных волн: катушка Румкорфа, вибратор Герца, когерер Лоджа. Над реализацией системы передачи работало множество исследователей. Однако только Попов и Маркони осуществили первые попытки увеличить расстояние между передатчиком и приемником, постепенно усовершенствуя разрядник и когерер и повышая эффективность системы с помощью антенны и заземления.
Отец-основатель Александр
Отец-основатель
Александр Степанович Попов, 1859–1905 (1906 по нов. стилю)
Первая публичная демонстрация приемника Попова состоялась во время его доклада "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям" 7 мая (25 апреля по старому стилю) 1895 г. на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Санкт-Петербургском университете.
Попов был не только одним из первых в России, как выразился Столетов, "пропагатором герцологии", но и тем, кто впервые оценил практическое значение открытий Герца и начал искать пути их технического использования.
Детектором электрических колебаний в приемнике Попова был когерер Брэнли–Лоджа. В свое время Брэнли писал: "Устройство можно вернуть в состояние плохой проводимости слабыми отрывистыми ударами по дощечке, которая поддерживает трубку". Лодж говорил: "Этот прибор, который я называю когерером, удивительно чувствителен как детектор герцевских волн". В опытах Лоджа когерер "чувствовал" влияние искры на расстоянии 40 ярдов (37 м). Лодж применял различные способы приведения когерера в рабочее состояние, в том числе и с помощью звонка смонтированного на одной доске с когерером. Однако Лодж не додумался до использования звонка в качестве регистратора поступившего сигнала и одновременно автомата для приведения когерера в рабочее состояние. Это сделал Попов.
Можно сказать, что это был первый случай использования в радиотехническом устройстве электромеханической обратной связи. Кроме того Попов впервые применил антенну для улавливания электромагнитных волн.
Приемник Попова. Внешний вид (слева) и условная электрическая схема (справа).
Используя в своем устройстве уже существующие изобретения и частично их усовершенствовав, Попов построил прибор, который позднее получил название "грозоотметчик", имея в виду его применение для регистрации грозовых разрядов.
В своей статье "Прибор для обнаружения и регистрации электрических колебаний", опубликованной в 1896 в журнале Русского физико-химического общества, Попов писал:
В соединении с вертикальной проволокой длиною 2.5 метра прибор отвечал на открытом воздухе колебаниям, произведенным большим герцевым вибратором (квадратные листы 40 сантиметров в стороне) с искрой в масле, на расстоянии 30 сажен (64 м).
…При дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний.
В 1899 П. Н. Рыбкин и Д. С. Троицкий – помощники Попова – обнаружили детекторный эффект когерера. На основе этого эффекта Попов построил "телефонный приёмник депеш" для слухового приёма радиосигналов (на головные телефоны) и запатентовал его (Русская привилегия № 6066 от 1901). Приёмники этого типа выпускались в 1899–1904 в России и во Франции (фирма "Дюкрете") и широко использовались для радиосвязи. В начале 1900 приборы Попова были применены для связи во время работ по ликвидации аварии броненосца "Генерал-адмирал Апраксин" у острова Гогланд и при спасении рыбаков, унесенных на льдине в море. При этом дальность связи достигла 45 км. В 1901 Попов в реальных корабельных условиях получил дальность связи 148–150 км.
К сожалению, оказалось весьма непростым делом описать историю деятельности А.С.Попова. Хронология его изобретений и их достоверность существенно расходятся как в русскоязычных источниках, так и в публикациях на английском языке. Казалось бы, что может быть проще составить обзор деятельности соотечественника. Но, увы, наша история меняется с годами, в отличие от "их" истории, которая практически неизменна. Как нельзя дважды войти в одну и ту же реку, так нельзя изменить прошлое. События XX века в наших республиках опровергли эту народную мудрость.
Исторический факт открытия радио Поповым не подвергается сомнению. Это признается в большинстве авторитетных изданий, например, в энциклопедии Британика (Britannica.com, http://www.britannica.com), в хронологических исследованиях "Adventures in CyberSound" доктора Рассела Наутона (www.cinemedia.net/SFCV-RMIT-Annex/rnaughton) и во многих других публикациях доступных автору. Но в отношении других изобретений ученого существует множество противоречий.
Чтобы не вызывать полемики, автор не считает возможным приводить хронологию деятельности Александра Степановича Попова.
Человек системы или
Человек системы или систематичный человек
Гульельмо Маркони (Guglielmo Marconi), 1874–1937
Вызывало недоумение, что в первый год нового века прилично одетый молодой человек двадцати семи лет пребывал в лачуге выстроенной на крутом и ветреном утесе канадского Ньюфаундленда, напрягая слух в попытках расслышать сквозь помехи и шумы заветные сигналы. И было ему абсолютно неважно, что будет содержаться в послании. Был важен сам факт, который должен был стать точкой отсчета новой эры. И он услышал сообщение. Сигналы, перелетевшие через Атлантику с радиостанции на полуострове Корнуолл в Англии, стали первой ласточкой в грядущей радиофикации человечества…
Маркони всегда означало бизнес. На 50 000 фунтов, взятых в кредит в банках Великобритании он доказал всему миру, что радио это современное чудо, которое в свою очередь сделало его богатым и знаменитым.
В Лондоне основана «Беспроводная Телеграфная Компания Маркони». Подписан ряд контрактов с судовыми компаниями. Беспроводной телеграф используется на кораблях английского, французского, немецкого и итальянского флотов. Подписан контракт на обеспечения флота США. Теперь ему не страшны неудачи, которых, впрочем, и не было.
…Сильный ветер сорвал полотна огромных антенн, которые он построил в Англии. Сильный ветер сломал его мачты на другой стороне Атлантики в Ньюфаундленде, задержав эксперименты. Тогда было решено устанавливать антенны не на опорах, а поднимать на воздушных шарах и гигантских воздушных змеях. Но штормовой ветер разгадал и эту хитрость Маркони: его воздушные шары и три из четырех змеев были унесены. Но, несмотря на капризы погоды, в относительно безветренный день 12 декабря 1901 года Маркони все-таки услышал слабые сигналы с другой стороны Атлантики: точка, еще точка и опять точка… – символ "S" кода Морзе. Вряд ли в хронологии радио был более важный день или более важное свершение.
В то время беспроволочный
В то время беспроволочный телеграф был еще совсем ребенком – всего шесть лет от роду. Ученые и инженеры были единодушны в своей вере: радиосвязь невозможна за пределы горизонта. Посылаемые сигналы бесследно исчезали в атмосфере. Это знал каждый или думал, что знает.
В тот день Маркони и его команда принимали сигнал еще около 25 раз, но толпе любопытствующих не было сделано никаких объявлений. В течение еще трех дней продолжалась бессменная вахта. Наконец, когда всем стало ясно, что более сильного сигнала не будет, Маркони пригласил фотографа, чтобы составить отчет о происшедшем.
BY
CANADIAN MARCONI COMPANY
TO THE GOVERNMENT AND PEOPLE OF
NEWFOUNDLAND TO COMMEMORATE AN
OUTSTANDING EVENT IN THE HISTORY
OF NEWFOUNDLAND AND NEW ERA
IN WORLD COMMUNICATIONS.
THE FIRST TRANSATLANTIC WIRELESS
SIGNAL WAS RECEIVED BY
GUGLIELMO MARCONI
ON DECEMBER 12, 1901 ON THIS SPOT.
Этот мемориал посвящен канадской компании Маркони от правительства и граждан Ньюфаундленда, в память выдающегося события в истории Ньюфаундленда и начала новой эры в развитии коммуникаций.
На этом месте 12 декабря 1901 года Гульельмо Маркони принял первый трансатлантический радиосигнал.
16 декабря 1901 года весь мир узнал из газетных заголовков о величайшей научной сенсации года: Маркони опроверг физические взгляды своего времени. Он доказал, что сообщения, переданные электромагнитными волнами из Корнуолла, смогли достичь Канады «изгибаясь» вместе с шарообразностью Земли.
Сначала не все поверили сообщению Маркони. Александр Белл, человек, который преобразовал человеческий голос в электричество и поместил его в провода, сказал: «Я сомневаюсь, что Маркони сделал это. Это невозможно». Вероятнее всего Белл скептически отнесся к сообщению еще и потому, что если радио Маркони заработает, то отпадет надобность в дорогих трансатлантических кабелях проложенных по дну океана компаньонами Белла из «AT&T».
10 дюймовый искровой передатчик Маркони, 1901.
С помощью такого передатчика был послан сигнал «SOS» с Титаника.
Томас Эдисон, чей авторитет имел не меньший вес в научном мире, был более щедр в оценках: Я поражен! Я хотел бы встретиться с этим молодым человеком, у которого хватило дерзости на пересечение Атлантики электрической волной.
Эдисон много читал о молодом итальянском гении и был в курсе экспериментов Маркони. В ответ на вопрос репортера, верит ли он сообщениям, Эдисон ответил: «Что!? Вы сомневаетесь! Если это говорит Маркони, то это правда!»
В 1896 Маркони было всего 22 года, но он уже догонял Попова и в скором времени в значительной степени превзошел Александра Степановича, потому что имел больше поддержки и свободы. Маркони был скорее предпринимателем, нежели ученым. Общество жаждало вещей, а не теорий. И насколько аморфная Россия не заинтересовалась исследованиями Попова, настолько Запад заинтересовался исследованиями Маркони.
Еще в ранней юности изумительная интуиция позволила итальянскому пареньку всерьез задуматься о возможности использования волн Герца для беспроводной связи. В двадцатилетнем возрасте на семейной вилле вблизи Болоньи (Италия) Маркони переоборудовал зернохранилище в лабораторию, где он, с несвойственным его возрасту упорством, день и ночь среди мотков провода, медных сфер, катушек Румкорфа, телеграфных ключей Морзе и электрических звонков проводил первые эксперименты с радиосвязью. Первые слабые сигналы можно было принимать на расстоянии сотен метров: от окна зернохранилища, где был помещен передатчик, до холма в конце сада, где размещался приемник. Три точки символа «S», посылаемые кодом Морзе, достигали приемника, и рабочий фермы махал носовым платком, чтобы подтвердить успешный прием. Но замыслы Маркони простирались за пределы сада, он хотел большего. Установив приемник на другой стороне холма (вне зоны прямой видимости) и поручив помощнику Мигнани следить за устройством, в апреле 1895 Гульельмо отстучал свое тестовое сообщение. Каково же было ликование молодого человека, когда он услышал грохот выстрела, подтверждающий прием. Отцовский дробовик возвестил, что радиосвязь возможна – электромагнитные волны преодолели препятствие!
Слишком мала мощность вибратора Герца для дальней передачи, а что если… Как привычны сегодня антенна и заземление родившиеся в старом зернохранилище в далеком 1895 году.
Передатчик и приемник Маркони 1895 г.
Но энергичная ирландка не унималась. Она упаковала провода и батарейки Гульельмо и отправила сына в Англию, благо у нее там осталось множество друзей. Каким-то внутренним чутьем она знала, что кто-нибудь в Лондоне оценит то, что не оценили в Риме. В конце концов, разве не англичанин Вильям Гилберт, придворный врач королевы Елизаветы, издал первую книгу по электрическим явлениям еще в 1600 году?
Британские таможенники – люди осторожные. Какой еще передатчик для беспроводного телеграфа? А вдруг это бомба? Анна, мать Гульельмо, сострила: «Да, это бомба! Только она не разрушит мир, она разрушит его стены». Когда же, наконец, было выяснено, что это просто новое «хитроумное изобретение» проход был открыт.
А затем был запрос Уильяму Прису, главному инженеру Британского Почтового ведомства, сыгравшему важную роль в продвижении изобретения. Был первый британский патент, а затем сотни других патентов в последующие годы.
В 1897 согласно законам Англии Маркони было выдано разрешение на регистрацию его знаменитой «Wireless Telegraph and Signal Company Limited». Он быстро организовал производство и продажу передатчиков транспортным компаниям, обеспечив этим рост фирмы.
В октябре 1899 он отправился в США для обеспечения радиосвязью регаты на Кубок Америки, благодаря чему был удостоен долгожданного внимания прессы.
Командование американского флота пригласило его на демонстрацию радиотелеграфной связи между крейсером «Нью-Йорк» и линкором «Массачусетс» на расстояние около 35 миль (65 км). Все прошло удачно. Флот был поражен и увлечен. Сразу же было выражено желание установить беспроводные системы на все суда, теплоходы, патрульные катера и лодки. Но имелась одна маленькая проблема…
Один из офицеров сетовал: «Когда работает один передатчик, то все принимают. Но когда работают два передатчика одновременно, то в приемнике одновременно слышны оба сообщения. Мы не можем разобрать ни одно из них. Как вы предлагаете решить это, мистер Маркони?» Маркони не задумываясь, ответил, что оставил необходимое оборудование в Англии и обещал показать его в следующий приезд. Он блефовал. У него не было оборудования, чтобы «распутать» электромагнитный беспорядок. Но он был уверен, что создаст его. Если бы он мог заставить передающую станцию излучать только определенную волну и настроить на нее приемник…
По возвращению в Англию Маркони приглашает на работу наиболее известного мастера электроники Джона Флеминга. И уже в 1900 Маркони получает патент №7777 на «Oscillating Sintonic Circuit» – систему настройки. «Чтобы обеспечить установление четкой связи с одной или более передающих станций одному или нескольким приемникам».
Яхта «Элеттра» – плавучая лаборатория Маркони
Набор цифр в номере патента было простым совпадением, но оно оказалось знаменательным. Маркони создал настройку на частоту.
К этому времени Маркони приглашал на работу ученых самого высокого ранга. Маркони без высокомерия признавался: Я нуждаюсь в любой помощи, которую могу получить. Я читаю все, абсолютно все, что могу найти по телеграфной связи. Я никого не пропускаю и ничего не игнорирую, никакую идею, какой бы абсурдной она не была. Я пробую все, по крайней мере один раз.
Дента Маркони, его дочь от первого брака, вспоминала:
…Все ассистенты отца назвали его почтительно Господин Маркони. Они рассказывали, что он был всегда готов выполнить любую работу, которая требовалась в данный момент. У него были золотые руки…
По мнению современников, Маркони не был хвастуном. Он слушал похвалу и наслаждался ею, потому что был итальянцем. Он быстро забывал похвалу, потому что был еще и ирландцем. Он был очень настойчив и упорен. Он был очень наблюдательным. Он имел прекрасное умение концентрироваться. И он был феноменально работоспособен.
Заслуга Маркони прежде всего в том, что он был «человеком системы», первым, кто успешно объединил чужие практические и теоретические изыскания в области беспроводной связи в бизнес.
Очень верно заметил историк Хью Айткен (Hugh Aitken):
Маркони отличали от современников не его научные знания, не первоначальное превосходство его технологии. Это было требование рынка, которому была необходима эта новая технология.
"Эффект Эдисона" или тайна
"Эффект Эдисона" или тайна лампы накаливания
Джон Амброуз Флеминг (John Ambrose Fleming), 1849–1945
Английский инженер Джон Флеминг внес значительный вклад в развитие электроники, фотометрии, электрические измерения и радиотелеграфную связь. Наиболее известно его изобретение радио детектора (выпрямителя) с двумя электродами, которое он назвал термоэлектронной лампой, также известной как вакуумный диод, кенотрон, электронная лампа и лампа или диод Флеминга.
Это устройство, запатентованное в 1904, стало первым электронным детектором радиоволн, преобразующим радиосигналы переменного тока в постоянный ток. Открытие Флеминга было первым шагом в эпоху ламповой электронной техники. Эпохи, которая продлилась без малого до конца XX века.
Был весьма популярным преподавателем в Университетском колледже и первым, кто удостоился титула профессора электротехники. Был автором более сотни научных статей и книг, включая такие популярные: "Принципы электрической волновой телеграфной связи" (1906) и "Распространение электрических токов в телефонных и телеграфных проводах" (1911), которые много лет были ведущими книгами по данной теме. В 1881, когда электричество стало привлекать всеобщее внимание, Флеминг поступил на службу в компанию Эдисона в Лондоне на должность инженера-электрика, которую занимал почти десять лет.
Знания в области электротехники и большой практический опыт обеспечили ему высокий авторитет в научной среде. К его услугам прибегали многие компании в решении проблем электроосвещения и электричества.
Сорокалетняя трудовая деятельность Флеминга на должности профессора электротехники в Университетском Колледже, благодаря великолепным лекторским способностям, обеспечила ему большую популярность как преподавателя, и множество приглашений от различных учебных заведений.
Было естественным, что работы Флеминга по электричеству и телефонии должны были рано или поздно привести его в зарождающуюся радиотехнику. В течение более двадцати пяти лет он занимал должность научного советника в компании Маркони и даже принимал участие в создании первой трансатлантической станции в Полду.
Долгое время не стихали споры по поводу длины волны, на которой велась первая трансатлантическая передача. В 1935 году, в своих воспоминаниях, Флеминг так прокомментировал этот факт:
В 1901 длина волны электромагнитного излучения не измерялась, потому что я к тому времени еще не изобрел волномер (изобретен в октябре 1904). Высота подвеса антенны в первом варианте составляла 200 футов (61 м). Последовательно с антенной мы подключали трансформаторную катушку или ("jiggeroo") (трансформатор затухающих колебаний). По моим оценкам первоначальная длина волны должна была быть не менее 3 000 футов (915 м), но позднее она была гораздо выше.
В то время я знал, что дифракция, изгиб волн вокруг земли, будет увеличиваться с увеличением длины волны и после первого успеха постоянно убеждал Маркони увеличить длину волны, что и было сделано, когда начались коммерческие передачи. Я помню, что разработал специальные волномеры, чтобы измерять волны длиной около 20 000 футов (6096 м).
Триумф Полду принадлежал Маркони, а известность Флемингу принесла "маленькая электрическая лампа накаливания" – диод Флеминга. Сам он так описывал это изобретение:
В 1882 в качестве советника компании Эдисона («Edison Electric Light Company of London») по электричеству, я решал многочисленные проблемы с лампами накаливания и начал изучать физические явления, происходящие в них всеми техническими средствами, имеющимися в моем распоряжении. Подобно многим другим я заметил, что нити накаливания легко ломались при небольших ударах и после перегорания ламп их стеклянные колбы меняли цвет. Это изменение стекла было настолько привычным, что принималось всеми как данность. Казалось пустяком обращать на это внимание. Но в науке должны приниматься во внимание все мелочи. Мелочи сегодня, завтра могут иметь огромное значение.
Задаваясь вопросом, почему колба лампы накаливания темнела, я начал исследовать этот факт и обнаружил, что во многих перегоревших лампах имелась полоска стекла, которая не изменила цвет. Было похоже, что кто-то брал закопченную колбу и стирал налет, оставляя чистой узкую полоску. Я установил, что лампы с этими странными, резко очерченными чистыми участками были в других местах покрыты осажденным углеродом или металлом. А чистая полоска была непременно U-образной формы, повторяющая форму угольной нити, и как раз на противоположной от перегоревшей нити стороне колбы.
Для меня стало очевидным, что ненарушенная часть нити действовала как экран, оставляющий ту самую характерную полоску чистого стекла, и что заряды из разогретой нити накаливания бомбардировали стенки лампы молекулами углерода или выпаренного металла. Мои эксперименты в конце 1882 и начале 1883 доказали, что я был прав.
Эдисон также заметил это явление, кстати, называемое "эффектом Эдисона", но не смог объяснять его природу.
В октябре 1884 исследованиями "эффекта Эдисона" занимался Вильям Прис. Он решил, что это было связано с испусканием угольных молекул от нити накаливания в прямолинейных направлениях, подтверждая, таким образом, мое первоначальное открытие. Но Прис, как и Эдисон, также не стал доискиваться до истины. Он не объяснил явление и не стремился его применить. "Эффект Эдисона" остался тайной лампы накаливания.
В 1888 Флеминг получил несколько специальных углеродных ламп накаливания, сделанных в Англии Эдисоном и Джозефом Сваном и продолжил эксперименты. Он приложил к угольной нити накаливания отрицательное напряжение и заметил, что бомбардировка заряженных частиц прекратилась.
При изменении положения металлической пластины, изменялась интенсивность бомбардировки. Когда же вместо пластины в колбу был помещен металлический цилиндр, расположенный вокруг отрицательного контакта нити без соприкосновения с ней, то гальванометр зафиксировал наибольший ток.
Флемингу стало очевидным, что металлический цилиндр «захватывал» заряженные частицы, которые испускала нить. Основательно изучив свойства эффекта, он обнаружил, что комбинация нити и пластины, названной анодом, могла использоваться как выпрямитель переменных токов не только промышленной, но и высокой частоты используемой в радио.
Работа Флеминга в компании Маркони, позволила ему тщательно ознакомиться с капризным когерером, использовавшимся в качестве датчика волн. В поисках лучшего датчика, он пытался разрабатывать химические детекторы, но в какое то время ему пришла мысль: "А почему бы ни попробовать лампу?".
Сначала он собрал колебательный контур, с двумя лейденскими банками в деревянном корпусе и с индукционной катушкой. Затем другую схему, которая включала электронную лампу и гальванометр. Обе схемы были настроены на одинаковую частоту.
Флеминг так описал свой эксперимент:
Было приблизительно 5 часов вечера, когда аппарат был закончен. Мне, конечно, очень хотелось проверить его в действии. В лаборатории мы установили две эти схемы на некотором расстоянии друг от друга, и я запустил колебания в основной цепи. К моему восхищению я увидел, что стрелка гальванометра показала стабильный постоянный ток. Я понял, что мы получили в этом специфическом виде электрической лампы, решение проблемы выпрямления высокочастотных токов. "Недостающая деталь" в радио была найдена и это была электрическая лампа!
Сначала он собрал колебательный контур, с двумя лейденскими банками в деревянном корпусе и с индукционной катушкой. Затем другую схему, которая включала электронную лампу и гальванометр. Обе схемы были настроены на одинаковую частоту.
Я сразу понял, что металлическая пластина должна быть заменена металлическим цилиндром, закрывающим всю нить, чтобы "собрать" все испускаемые электроны.
У меня в наличии имелось множество угольных ламп накаливания с металлическими цилиндрами, и я начал использовать их в качестве высокочастотных выпрямителей для радиотелеграфной связи.
Этот прибор я назвал колебательной лампой. Ей было сразу же найдено применение. Гальванометр заменили обычным телефоном. Замена, которая могла быть сделана в то время с учетом развития технологии, когда повсеместно использовались искровые системы связи. В таком виде моя лампа широко использовалась компанией Маркони в качестве датчика волн. 16 ноября 1904 я подал заявку на патент в Великобритании.
За изобретение вакуумного диода Флеминг был удостоен множества почестей и наград. В марте 1929 он был посвящен в рыцари за "неоценимый вклад в науку и промышленность".
"Поющая дуга" Вильям Ду
"Поющая дуга"
Вильям Ду Боис Дуддель (William Du Bois Duddell), 1869–1942
В 1900 уличные фонари в Лондоне, как и повсюду в Европе, были уже электрическими, но источниками света в них были далеко не лампы накаливания, так хорошо известные и привычные в наши дни. Хотя знаменитое изобретение Эдисона было уже сделано, но его лампы пока еще не обеспечивали достаточно количества света и, кроме того, были довольно дороги и недолговечны. Это было время электродуговых угольных ламп (непрерывной электрической искры), но у них имелся неприятный недостаток – раздражающий, свистящий звук, издаваемый при горении. (Оказывается проблеме шума осветительных приборов уже более 100 лет. В частности, "свист" ламп дневного света в наше время также не доставляет радости.)
Дуговая лампа 1886.
Английский физик Вильям Дуддель, в поисках пути устранения звука, нашел способ… управлять его тоном (частотой). Продемонстрированный им в 1899 в Лондоне прибор управлялся клавиатурой, благодаря которой можно было изменять подаваемое на лампы напряжение и, таким образом, менять тон "пения" дуги. Это позволяло воспроизводить музыкальные композиции. Устройство оказалось довольно забавным развлечением. Дуддель не особо верил в перспективность изобретения, из-за чего даже не пытался запатентовать устройство.
Трудно сказать в какой области оказало большее значение изобретение Дудделя – в радио или в музыке, но остается бесспорным фактом, что оно добавило еще один, пускай небольшой вклад в развитие науки.
"датский Эдисон" Вальдемар
"датский Эдисон"
Вальдемар Поулсен (Valdemar Poulsen), 1869–1942
Вероятней всего изобретение Дудделя так и осталось бы занятной вещицей, если бы в 1903 году датский ученый Поулсен не развил идею "поющей дуги" Дудделя в своем генераторе – дуге Поулсена.
Поулсен обнаружил, что если "поющую дугу" поместить в атмосферу водорода, то частота колебаний увеличивается почти до 500 000 Гц, кроме того, водород позволял более эффективно отводить тепло. Следующей особенностью дуги Поулсена было поперечное магнитное поле, прикладываемое в месте ее горения. Это позволяло использовать более высокие напряжения и, таким образом, повысить мощность излучения.
За свой вклад в развитие радиотехники репортеры окрестили Вальдемара Поулсена "датским Эдисоном". В течение первых десятилетий XX века его дуговая система передачи была основой большинства устройств радиосвязи. Кроме дуги, Поулсен первым разработал (1899) принципы магнитной записи, используемые и в настоящее время (телеграфон Поулсена).
Трудно выделить из изобретений Поулсена более значимое: магнитная запись или дуговой передатчик. По-видимому, в контексте истории радио большую роль сыграла именно дуга. Кроме обеспечения более мощной и чистой передачи телеграфных сигналов она впервые в истории радио позволила всерьез задуматься о возможности передачи голоса.
Телеграфон Поулсена, 1915
В 1903 Поулсен запатентовал "улучшенный дуговой генератор колебаний, использующий углеводородную атмосферу и магнитное поле" и первым предложил последовательное соединение дуговых ламп. В частности, улучшенная модификация генератора использовалась компанией "Telefunken". Построенная ею система в 1906 охватила 25 миль: "дуговые передатчики подключались последовательно по 6 генераторов при питании 220 В постоянного тока, по 12 при 440 В или по 24 при 880 В".
Когда дуговой передатчик был представлен в Америке, то сразу получил там широкое распространение и составил серьезную конкуренцию передатчикам Фессендена. Дуговые передатчики мощностью до 500 кВт были испытаны американским флотом и получили очень высокую оценку. Хотя у них тоже было немало недостатков: большое количество побочных гармоник и шумов. Кроме того, они выделяли так много тепла, что требовалась водяная система охлаждения. Несмотря на это, в течение Первой Мировой войны на многих военных кораблях были установлены именно передатчики Поулсена.
Первые телеграфные радиосистемы обходились искровыми передатчиками, для передачи же голоса требовались незатухающие колебания. Дуга Поулсена обеспечивала именно незатухающие колебания.
Схема дугового передатчика Поулсена, 1915.
1000 кВт дуговой конвертер Поулсена (Lafayette Radio Station).
При работе телеграфом дуга полностью удовлетворяла поставленным целям, но при экспериментах с передачей голоса разработчики сталкивались с проблемой выбора микрофона. Для передачи голоса в дуговых системах Поулсена требовался микрофон, способный пропускать большой ток. Наиболее подходящим из имеющихся в то время, был угольный микрофон с водяным охлаждением.
В 1906 итальянец Каунт Мажорана предложил свой вариант передатчика на дуге Поулсена с использованием собственного изобретения - "гидравлического микрофона". Решение Мажораны было основано на гидродинамическом принципе: "вода становилась проводником при добавлении кислоты или соли и обеспечивала изменение тока и, кроме того, отводила тепло".
Большой заслугой Поулсена стало то, что он представил первую беспроводную систему, которая кроме телеграфии позволяла передавать еще и голос, обеспечивая достаточно высокое его качество.
Первый комплект (дуговой передатчик и приемник) созданный компанией "Poulsen Wireless", 1910, Пало-Альто (Palo Alto).
До изобретения генераторной электронной лампы оставалось еще более десяти лет, так что дуга Поулсена была действительно единственно реальным устройством для экспериментов с радиотелефонией и радиовещанием в период 20–30-х годов XX века. Затем появится более эффективный генератор переменного тока Александерсона и дуговые передатчики, также как когда-то искровые, станут историей. А еще через несколько лет настанет эпоха ламповой техники.