"Фотофон", "радиофон" и деревенский детектив
В первые годы двадцатого века радиотелеграфная связь постепенно завоевывала позиции. Передовицы газет, еще недавно пестревшие сенсационными заголовками о достижениях беспроводного телеграфа, постепенно стали уступать место более важным событиям. Радио становилось обыденностью. Уже работали беспроводные телеграфные линии по всей Европе и Америке, организована постоянная связь между континентами. Телеграфные аппараты отстукивали морзянку с кораблей и самолетов. Но все-таки радио не могло заменить проводную связь по причине отсутствия живого общения. Человечество привыкло общаться голосом, а не бездушными точками и тире кода Морзе. Человечество ждало открытия.
Успехи Белла и его телефония не давали покоя десяткам, а то и сотням жаждущих славы и денег. Патентовались сотни изобретений. Поиски велись в различных направлениях. Были попытки использовать свет, проводимость земли и магнитную индукцию. Некоторые из исследователей, типа Александра Белла, были уже известными изобретателями. Другие, подобно Натану Стабблфилду (Nathan Stubblefield), считали, что если бы им не помешали неизвестные заговорщики или если бы они смогли найти еще одного спонсора и сделать еще одно маленькое усовершенствование, то их системой пользовался бы весь мир.
Но в противовес бесперспективным системам световой и индуктивной телефонии, беспроводной телеграф, развиваемый Маркони, стал фундаментом, на котором было начато создание новой системы посылки голоса.
Большинство ранних попыток беспроводной передачи голоса сводились к одной из двух технологий: модулированный световой луч или индукционная передача.
Принцип работы устройств по передаче голоса с помощью света был достаточно прост.
В передатчике яркий, направленный источник света модулировался голосом (мерцал) в соответствии с изменениями тока, вызванными колебаниями мембраны угольного микрофона подключенного последовательно с источником питания. В приемнике использовался светочувствительный элемент селен в комбинации с источником питания и наушником. Падающий на селен свет, создавал слабое напряжение, изменения которого могли быть прослушаны в наушнике. Дальность действия подобного "светотелефона" была ограничена несколькими километрами и зависела от погодных условий, времени суток, яркости источника света и т.п.
"Фотофон" Александра Белла, 1880.
В мартовском номере журнала "Kentucky Progress Magazine" за 1930 была помещена статья, в которой, в частности, говорилось:
"Марри, штат Кентукки – место рождения радио" – гласит мемориальная доска, помещенная 28 марта 1930 в городском преподавательском колледже. Так отмечены заслуги Стабблфилда как "первого человека, который передал и принял по радио человеческий голос без проводов. Хотя он, несомненно, дал миру самое большое изобретение – радио, он не получил должных почестей".
И все-таки радиоволны
К 1902 беспроволочный телеграф Маркони стал неопровержимым фактом. И хотя еще делались жалкие попытки совершить переворот (см. выше) в беспроводной связи, "волны Герца" неотвратимо наступали по всем фронтам. Световые и индукционные системы с их ограниченной дальностью уже никем не принималась всерьез. Знаменитый символ "S" перелетевший океан в одночасье сделал устаревшими все "негерцевские" системы связи. Именно в этом контексте новые отряды исследователей начали искать пути передачи речи по эфиру.
Технологическим ограничением, которое также на какое-то время задержало переход к голосовой связи, был приемник. Для приема точек и тире кода Морзе в системе Маркони использовался когерер, который начинал проводить ток, подобно выключателю, при приеме электромагнитных импульсов. Когерер идеальным образом подходил для импульсов, но, к сожалению, не обладал достаточным быстродействием для приема сигналов звуковой частоты. Когерер не позволял приемнику "слышать" голос, а это являлось серьезным техническим препятствием к развитию радиотелефона. Для голоса были необходимы новые изобретения. И они не замедлили появиться. "Жидкостный бареттер" ("Liquid barretter") Фессендена, галенитовый детектор Пикарда должны были "озвучить" человеческий голос.
Наиболее удачным из подобных систем был "фотофон" представленный в 1878 Александром Беллом. В дальнейшем эта система, названная Беллом "радиофон", была улучшена и в 1904 демонстрировалась на выставке в Сент-Луи (штат Луизиана). Хотя изобретение привлекло повышенное внимание, в дальнейшем не нашло практического применения.
Интересно отметить, что в названии устройства Белла использовалось слово "радио".
…Радиофон, представленный на промышленной выставке, является единственным реальным методом беспроводной передачи речи. Его (Белла) метод мерцающих лучей прожектора может применяться для передачи человеческой речи и других звуков. Лучи света будут нести на многие мили все нюансы, все интонации голоса, оркестровую музыку, строчки песен. С помощью радиофона появляется возможность преобразования электрических огней в речь или музыку.
Конечно, в этой газетной выдержке прослеживается определенный субъективизм по отношению к авторитету Белла, но, тем не менее, из нее видно, что нужно массам. Это ли не намек на скорое рождение радиовещания?
Впрочем Белл не был столь претенциозен и предлагал свое устройство как… беспроводное дополнение к проводному телефону – что-то наподобие современных домашних беспроводных телефонов.
Другие ученые также работали над разновидностями телефонной связи с помощью света, используя в качестве источника электрическую дугу.
Вплотную приблизившись к принципам дуги Поулсена, в 1897 профессор Саймон (Simon) обнаружил, что яркость свечения дуги изменяется при подаче в цепь ее питания напряжения с телефонного аппарата. Он высказал идею, что дуга, модулированная речью, может использоваться в качестве источника света в лучевом телефоне. Вполне вероятно, что именно эта идея навела Белла на мысль применить электрическую дугу в своих разработках.
Примерно в то же время немецкий изобретатель Эрнст Румер (Ernst Ruhmer) оборудовал несколько военно-морских судов своей версией светового телефона.
Ограниченные возможности (дальность, зависимость от погодных и световых условий) вскоре привели к прекращению развития световых устройств, и дали дополнительный импульс развитию радиотелефонии.
Джон Троубридж (John Trowbridge) из Гарвардского университета в 1880 с помощью телефона Белла исследовал телеграфию Морзе, используя электрическую проводимость реки или влажной земли. Он установил, что если достаточно часто прерывать подачу напряжения, то благодаря изменениям напряжения могли воспроизводиться музыкальные звуки. Телеграф Морзе открывал новые возможности при замене проводов естественной проводимой средой.
В 1882 Белл осуществил удачный эксперимент по посылке сообщения на расстояние около полутора миль на речное судно, с использованием телефонного аппарата, подсоединенного к пластинам, погруженным в речную воду.
Индукционный телефон Приса.
Примерно в то же самое время сэр Вильям Прис (William H. Preece) обнаружил перекрестное влияние между двумя близко расположенными проводными системами, по которым протекали телефонные или телеграфные сигналы (индукционная связь). Его первая функционирующая система обеспечивала связь между Гемпширом и островом Уайт (Англия), когда в 1882 подводная лодка порвала телефонный кабель, проложенный через пролив (около 1 мили в ширину).
В дальнейшем Прис провел серию экспериментов, в результате которых в 1885 ему удалось повысить дальность связи до шести миль.
В 1885 Томас Эдисон изобрел вид беспроволочного телеграфа, который был наиболее близок к радио.
Беспроводной телефон Эдисона.
Идея Эдисона состояла в том, что высоко над землей и на расстоянии друг от друга устанавливались металлические пластины. На передающей станции одна из них соединялась с землей через катушку, которая производила высокое напряжение, а другая на приемной станции подключалась к земле через телефонный аппарат Белла. При подаче высокого напряжения, в пространстве между пластинами возникала разность потенциалов и из-за высокого напряжения, как предполагалось, через приемную пластину должен был течь ток достаточной силы, чтобы передавать телефонные сообщения.
Модификация этой системы, в которой приемная пластина была установлена на крыше железнодорожного вагона, а в качестве передающей использовался телеграфный провод, протянутый вдоль полотна, работала на Лейской железной дороге (Lehigh Valley Railroad) в 1887. Система работала удовлетворительно и была первым образцом телеграфной связи с движущимся поездом.
Натан Стабблфилд (ретроспектива).
К курьезным фактам истории развития беспроводной голосовой связи относится случай, произошедший в начале XX века с американским изобретателем Натаном Стабблфилдом (Nathan B. Stubblefield).
Его "радиотелефонные" системы, одна основанная на проводимости земли, другая – на индукции, вызвали большой ажиотаж в его родном штате Кентукки. Он утверждал, что осуществил первую беспроводную телефонную связь по земле уже в 1892. В попытке избавить телефон от проводов, Стабблфилд в действительности использовал не беспроводные методы, а скорее "непроводные". Первая из его систем функционировала за счет проводящих свойств влажной земли и состояла из угольного телефонного "передатчика" и множества батарей соединенных последовательно. На каждом конце линии во влажную землю втыкались металлические штыри. В 1902 году это было большой сенсацией:
Натан Стабблфилд, фермер из штата Кентукки утверждает, что изобрел телефонную передачу без проводов. На выставке в Марри (Murray), штат Кентукки, 1 января он убедил тысячи людей в правдивости своего сообщения… Стабблфилд поместил свой передатчик в здании суда и подключил два провода к земле. Он установил пять "слушающих станций" в различных частях города, самая дальняя находилась в шести кварталах от передатчика. После чего сын мистера Стабблфилда говорил, шептал и свистел в передатчик. Одновременно в каждом приемнике эти звуки были слышны с хорошей разборчивостью.
Демонстрация была организована компанией "Wireless Telephone Company of America", которая перед этим приобрела права на 500 000 акций изобретения Стабблфилда. Одно время казалось, что Стабблфилд разбогатеет. Компания также организовала эксперимент в центральном парке Нью-Йорка в июне 1902. Однако в этом случае эксперимент с треском провалился, прежде всего из-за каменистой почвы в парке, которая не проводила ток. Компанией было высказано обвинение, что якобы для работы системы Стабблфилд тайно прокладывает под землей скрытую проводку и подключает к ней штыри. В свою очередь Натан начал подозревать компанию в честности ее намерений и, после дальнейших разбирательств обнаружил, что компания была мошеннической. Он возвратился домой и убедил всех вложивших средства в компанию, потребовать назад свои деньги. Компания была закрыта, а жулики, вовлеченные в аферу, попали в тюрьму.
Возможно под влиянием работ Приса, Стабблфилд построил свою вторую систему. Она была основана на магнитной индукции. Кстати, подобные системы в настоящее время иногда используются для беспроводной передачи звука на наушники, благодаря индукционной катушке в виде петли, проложенной по периметру комнаты.
В мае 1908 Стабблфилд запатентовал магнитоиндукционную систему, в которой, в отличие от системы Приса, использовались телефон и батарея. Напряжение батареи через телефон подавалось на большие катушки индуктивности, подобные первичной обмотке гигантского воздушного трансформатора. После печального опыта с земной проводимостью, Стабблфилд отказался демонстрировать свою индукционную систему потенциальным инвесторам, из боязни потерять права на изобретение. Некоторое время он пытался использовать эту систему, но позже оставил затею, безрезультатно потратив четыре года в попытках заработать деньги. Дальность его системы составляла менее половины мили.
Комментарии
Первые ласточки Реджинальд
Первые ласточки
Реджинальд Обри Фессенден (Reginald Aubrey Fessenden), 1866–1932
Реджинальд Фессенден родился в Квебеке (Канада). Как сын министра, он получил прекрасное образование в Канаде и Нью-Йорке, во время которого "проявлял повышенный интерес к математическим и научным предметам".
В 1876 десятилетний Реджинальд присутствовал на демонстрации Александром Беллом телефона в его лаборатории в Брантфорде (провинция Онтарио, Канада). Шестью днями позже, Белл передал по телефону сообщение на рекордное по тем временам расстояние – 113 км, из Парижа (Онтарио) в Торонто (Онтарио). С благоговейным трепетом наблюдал Реджинальд за "чудесами" Белла и в душе мальчишки зародилась мечта о голосовой связи без проводов.
К 1902 Фессенден имел 13 патентов в области беспроводной связи, в которых были затронуты: "усовершенствование строительства антенн", "средства усиления принимаемых сигналов", "беспроводной телефон".
С 1900 Фессенден начал эксперименты в области радиотелеграфной связи для Американского Бюро погоды. Целью работ было изучение возможности использования радиосвязи в передаче метеосводок и прогнозов.
В это же время он всерьез заинтересовался передачей голоса и разработал принцип "наложения вибрирующих волн звуковой частоты, на постоянную радиочастоту, чтобы модулировать амплитуду радиоволны в форму звуковой волны". В дальнейшем этот принцип был назван амплитудной модуляцией.
Мало кто из ученых разделял идеи Фессендена относительно голосовой связи. "Большой Томас" (Эдисон) так прокомментировал высказывания Фессендена:
…Что предлагает Феззи (Fezzie–Фессинжер)? Как вы считаете, может ли человек допрыгнуть до Луны? Я думаю, что это так же вероятно, как и то, что он предлагает…
Эдисон ошибался.
…Впервые передал речь без проводов летом 1900 методом, изложенным в патенте №706747. Для повышения разборчивости принятой речи и устранения большого количества посторонних шумов в телефоне были изобретены различные устройства…
– писал Фессенден относительно своих ранних экспериментов. Нельзя с уверенностью утверждать имел ли место этот исторический факт, в особенности с учетом исторического "портрета" ученого, но вполне вероятно, что Фессенден все-таки передал и принял голос по радио в 1900 году. Фессенден одним из первых задумался над передачей голоса и первым реализовал ее.
Одним из наиболее важных его изобретений (патент 1903 г.) был "жидкостный бареттер" ("Liquid Barretter"). Детектор, основанный на свойствах зоны соприкосновения электрода и электролита, который использовался для радиотелеграфной и радиотелефонной связи. Жидкостный бареттер стал наиболее важным изобретением со времен когерера – наконец-то появилась возможность прослушивать в наушниках голос с приемлемым качеством.
В 1902 Фессенден начал работу в компании NESCO ("National Electric Signalling Company") которая финансировала его разработки. Вместе с инженером "Дженерал Электрик" Эрнстом Александерсоном они осуществляли разработку генератора переменного тока для NESCO. Генератор частотой 50 000 Гц позволил в дальнейшем реализовать первую официальную радиопередачу голоса со станции Брант Рок (штат Массачусетс) 24 декабря 1906. Первые эксперименты показали:
…Во время испытаний были переданы не только речь, но и записанные на фонографе речевые сообщения и музыка. Все получаемые радиосообщения отличались четкостью и разборчивостью и в этом отношении заметно выигрывали по сравнению с обычными линиям проводной связи.
По свидетельству современников Фессенден был сложным человеком. Он был "эксцентричным гением":
Фессенден и Александерсон работали вместе очень тесно и великолепно ладили, хотя это не относилось к другим сотрудникам Фессендена. Его ассистенты, например, роптали относительно его своевольства по отношению к ним. "Не пытайтесь думать – вы не способны к этому!" – было одним из наиболее "мягких" обращений к коллегам.
Александерсон вспоминал:
Фессенден был властен и претенциозен с людьми, он считал всех ниже себя. Когда что-то шло не так, он иногда увольнял кого-либо, чтобы снова принять на следующий день.
Лаборатория Фессендена, Брант Рок.
Генератор (виден справа) созданный Александерсоном и Фессенденом обеспечивал мощность ок. 1 кВт при частоте 50 000 Гц.
Оборудование радиостанции в Брант Роке, 1906. Слева – направо: генератор, детектор, релейный переключатель, громкоговоритель (показан открытым).
Фессенден продолжал работать с Александерсоном над проектом супергенератора переменного тока для голосового радио. Он продолжал изводить сотрудников. Вместе с ростом мастерства, росла и его оригинальность. Он испытывал растущую паранойю, что кто-то может воспользоваться его изобретениями. Его лаборатория в Брант Роке стала сверхсекретным объектом, где информация и аппаратура всегда находилась под замком. Его опасения с точки зрения промышленного шпионажа были не такими уж и мнимыми. Случайное посещение Ли де Форестом одной из мастерских Фессендена в 1903 привело к ряду судебных процессов относительно кражи де Форестом проекта бареттерного приемника. После трех заседаний суд отклонил обвинения в нарушении патентных прав против Фореста, но это обошлось Фессендену в более чем $100 000 и усилило его паранойю.
Фессенден (в центре) с сотрудниками. Брант Рок, 1906.
Наиболее значимым событием в деятельности Фессендена была его первая радиопередача на сочельник (24 декабря) 1906 года из Брант Рока – маленькой деревушки на берегу Атлантики к северу от залива Кейп Код (Cape Cod). В 1932 году в письме вице-президенту компании "Westinghouse" Кинтнеру (S.M. Kintner) Фессенден так описал это событие:
Радиопередача была объявлена за три дня до Рождества. Судам американского флота и компании "United Fruit", которые были оборудованы нашими телеграфными аппаратами, было передано сообщение, что в канун Рождества, на сочельник, мы будем проводить экспериментальные радиопередачи речи, музыки и песен. Программа передачи была следующая: вначале моя краткая речь о том, что мы собираемся делать, затем немного музыки фонографа: "Ларго" Генделя. Далее моя сольная игра на скрипке: отрывок из "O, Святая Ночь", Гуно и окончилась передача песней "Почитание и смирение" ("Adore and be Still") из которой я спел один куплет под аккомпанемент скрипки, хотя пение, конечно, было не очень хорошим. Затем шел текст из библии: "Слава Богу на небесах и людям доброй воли на земле" ("Glory to God in the highest and on earth peace to men of good will") и на этом мы закончили передачу, желая всем счастливого Рождества. Мы предложили осуществить еще одну передачу в канун Нового Года.
Сегодня многие историки характеризуют программу 1906 года как первое "радиовещание", но заявленная цель Фессендена была в формировании голосовой телефонии для коммерческих целей. Кроме передач из Брант Рока он больше никогда не делал никаких претензий на радиовещание. Его наиболее значимый вклад в радиовещание как таковое были не в области искусства, а в технологии.
Антенная мачта в Брант Роке. Высота 450 футов (131 м)
Генератор переменного тока Александерсона используемый в радиопередачах 1906 успешно продемонстрировал, что и речь, и музыка могут передаваться по радио. А жидкостный бареттер навсегда увел приемники от "механических корней" и стал первым устройством, позволявшим принимать сигналы ушами.
Реджинальд Фессенден был оригинальным мыслителем, но вместе с тем весьма эксцентричным человеком, чем и была вызвана его ранняя отставка из компании NESCO в 1910 году. По свидетельству очевидцев:
…Фессенден нуждался в ванне особой формы, чтобы разместить свое огромное тело и имел такую, установленную в Брант Роке под кодовым названием "Копировальная стиральная машина".
Последней каплей, переполнившей чашу терпения руководства NESCO, стало возвращение Фессендена из вояжа по Европе с чрезмерной расходной ведомостью. Компания не согласилось оплачивать его расходы, и он был уволен.
Рабочие искали работодателей. Были отданы приказы о демонтаже оборудования. Прибыл фургон с большими упаковочными ящиками, в которые торопливо складывались документы. Но произошла заминка из-за противостояния между сторонниками и противниками Фессендена. Сторонники просидели на ящиках всю ночь и не дали упаковать оборудование. Вопрос был улажен мирным путем и аппаратура была оставлена.
Фессенден не перенес оскорбления. С поредевшим штатом и отсутствием денег на продолжение исследований он вышел из радио бизнеса. Пришли другие ученые, которые изучали его работы, учились на его успехах и неудачах. Они продолжили поиск новых способов создания голосового радио.
К моменту смерти Фессендена 22 июля 1932 на его счету было 500 патентов, включая генератор переменного тока высокой частоты, фазометр, звуковой глубиномер, радиокомпас, подводные устройства сигнализации, дымовая завеса (для танковых сражений) и многое другое.
Важной заслугой Фессендена была разработка принципа гетеродина (предшественник супергетеродина):
…Принятая радиочастота смешивается с другой частотой, отличной от несущей. В результате сложения получается постоянная промежуточная частота, которую проще усиливать и демодулировать.
От дуги к генератору или
От дуги к генератору или скромный американский швед
Эрнест Александерсон (Ernst Frederik Werner Alexanderson), 1878–1975
История жизни Ернеста Александерсона это отражение развития электротехники за более чем половину столетия. Урожденный Швеции он в 1901 году эмигрировал в США и в 1902, в возрасте 24 лет, начал работу в компании "Дженерал Электрик" ("GE") в Шенектеди. Электричество, кроме применения в освещении, должно было в большей степени заменить существующие источники энергии в горной промышленности, в производстве металла, в деревообработке и бумажном производстве. Маркони уже преуспел с беспроводной телеграфии и теперь работал над увеличением дальности. Радиотелеграфная связь уже родилась, и появились другие направления использования электричества.
В 1904 молодому иммигранту была поручена задача – расцененная всеми экспертами как невозможная – проектирование для пионера радио Реджинальда Фессендена высокочастотного генератора частотой 100 000 оборотов в секунду и с выходной мощностью, измеряемой киловаттами. Существующие в то время генераторы обеспечивали в лучшем случае 60 оборотов в секунду, поэтому идея Фессендена рассматривалась большинством инженеров как фантастическая. Александерсон принял вызов и 24 декабря 1906 Фессенден смог передать по радио первую радиопрограмму голоса и музыки благодаря высокочастотному генератору незатухающих колебаний – детищу Александерсона.
Конструкция Александерсона совершенствовалась и обрела законченный вид к концу Первой Мировой войны. В 1918, посредством генератора переменного тока Александерсона, президент США Вудроу Вильсон (Woodrow Wilson) с радиостанции Маркони в Нью-Брунсвике обратился к Кайзеру Вильгельму с требованием отречься от престола.
Генератор переменного тока Александерсона времен первой Мировой войны.
Маркони, посетивший Шенектеди в 1915, осмотрел генератор переменного тока Александерсона и отметил его превосходство над собственным оборудованием, установленным на недавно построенной радиостанции. В результате оборудование Маркони было демонтировано и установлен новый генератор переменного тока Александерсона.
С первых дней работы в "Дженерал Электрик", параллельно с основной деятельностью в проектно-испытательном отделе, Александерсон занимался и другими разработками, прежде всего в области двигателей и генераторов. В 1905 он уже имел первые 6 патентов. В течение длительного периода работы в "GE" и после ухода на пенсию Александерсон получил 344 патента. Из которых 11 персональных, 34 совместных с коллегами, а остальные переданы во владение компании "GE". Каждый новый патент сопровождался "скрытым патентом" (изобретение в процессе усовершенствования) за которым, когда основной патент был одобрен, следовал следующий с новыми скрытыми возможностями и т. д.
Ученый не оставил без внимания ни одной области электротехники. Его интересы распространялись и на смежные науки. По итогам деятельности Александерсона можно проследить развитие электротехники от энергетики до электроники.
В 1910 Александерсон становится членом Консультативного Инженерного отдела известного математика и инженера-электротехника Чарльза Протеуса Штейнмеца (Charles Proteus Steinmetz), который предоставил ему широкие возможности углубленной работы над генератором переменного тока. В 1918 становится руководителем недавно созданного радиотехнического отдела.
При посещении Штатов в 1915 Маркони выразил желание купить исключительное право продажи генераторов переменного тока на мировом рынке и, в последствии, сделал еще одно предложение компании "GE" в 1919. В свою очередь президент Вильсон обратился к руководству "GE" с просьбой не продавать права, из опасений доминирования Англии в области беспроводных коммуникаций. Для противодействия иностранному монополизму в США была создана новая корпорация "Radio Corporation of America" ("RCA"). Ее задачей, в частности, был и маркетинг генераторов переменного тока. Главным инженером новой корпорации был назначен Александерсон.
Александерсон осматривает свое детище – генератор переменного тока.
дной из первых задач на новом посту было оборудование Центральной радиостанции, которая создавалась для международной связи в Лонг-Айленде. Эта станция имела 12 настраиваемых антенн – еще одно, в ряду многочисленных изобретений Александерсона. Антенны были направлены в разные стороны света, охватывая всю планету. Одна из антенн была предназначена для связи со Швецией, которая купила генераторы переменного тока для станции в Гриметоне (Grimeton) на Западном побережье Швеции. Подготовка оборудования для Швеции осуществлялась под руководством Эрнста Александерсона.
Гриметонская радиостанция была торжественно открыта королем Швеции Густавом V в 1925. В день открытия король направил телеграмму президенту США Кэлвину Кулиджу (Calvin Coolidge). В послании, в частности, говорилось об углублении культурных и коммерческих отношений между Швецией и Соединенными Штатами с ее "демократическими принципами, которые помогли миллионам шведов обрести новый дом".
На торжественном открытии присутствовал вице-президент "RCA" Дэвид Сарнов и главный инженер Ернст Александерсон.
Станция имела важное значение для прямой связи с США, особенно в течение Второй Мировой войны, когда кабельные линии через Атлантику были перерезаны. В настоящее время эта радиостанция – единственная в мире действующая станция с генераторами переменного тока.
Радиостанция Grimeton (Швеция).
Слева: машинный зал (видны два генератора переменного тока). Справа: здание радиостанции и вид на антенное поле.
Как уже говорилось, Александерсон не обошел стороной ни одного направления электротехники. В течение Второй Мировой войны он разработал электромеханический усилитель, использующийся для наводки пушек, который в мирное время нашел применение в сталелитейных процессах, разработал тиратронный двигатель. В 1955 получил патент на систему цветного телевизионного приема и т.д.
Александерсон преданно служил своей новой родине, но в то же время поддерживал связь с далекой Швецией. Многие шведы, ощутили на себе его гостеприимство при посещении США, получили помощь и поддержку.
Ученый был удостоен многочисленных почестей и наград. В 1983, посмертно, имя Эрнеста Александерсона за изобретение высокочастотного генератора переменного тока было занесено в список величайших изобретателей США в Национальном Зале Славы.
Возникает вопрос, почему один из величайших изобретателей Америки едва известен в ненаучных кругах? Почему его заслуги никогда не сравнялись со славой Эдисона или Маркони? Ответ довольно прост. Александерсон был обычным служащим, который потратил большую часть жизни, работая на компанию "Дженерал Электрик". Он не был героическим изобретателем, который бы один в полутемной лаборатории исследовал тайны природы. Он не организовал компании, носящей его имя. Он не имел тяги и таланта к продвижению по службе. Его наиболее известные изобретения, такие как высокочастотный генератор переменного тока или система сканирования для механического телевидения были вскоре заменены другими технологиями, которые и определили дальнейшее развитие связи.
Предпосылки Еще до того как в
Предпосылки
Еще до того как в эфире прозвучали первые голосовые сообщения в семейных беседах, научных диспутах и в периодических изданиях обсуждалась возможность радиовещания. Кто-то пророчил беспроводному вещанию большое будущее, кто-то – быструю кончину. Основная когорта ученых и изобретателей, по всей видимости, не задумывалась о таком пустом деле как развлечение масс. Например, Маркони не особо интересовался применением радио в других областях, кроме надежной двухсторонней коммерческой связи и безопасности судов на море. Вопреки высказываемым идеям радиовещания, Маркони полагал, что радио должно остаться частным (служебным).
Но история доказала, что Маркони и другие изобретатели ошибались. Радио со своей многомиллионной аудиторией буквально через пару десятков лет станет ведущей развлекательной и информационной культурой. Миллиарды долларов, фунтов, франков, марок будут составлять оборот этого бизнеса.
Уже в конце девятнадцатого века осуществлялись попытки "доставки" в дома музыки или справочной информации. В периодике тех лет встречаются упоминания о системах, которые сегодня можно классифицировать как проводное вещание. Вероятно, под влиянием телефонии Белла и других подобных систем для распределения информации использовались провода. Историческое значение ранних "негерцевских" систем в том, что они впервые предоставили общественности возможность информационного и развлекательного обслуживания так сказать "не выходя из дома".
В системе, запатентованной в 1881 французским изобретателем Клементом-Агнесом Адером (Clemen-Agnes Ader), микрофоны были установлены на краю театральной сцены и связаны со слушателями проводами. Согласно патенту Адера "телефон позволяет передавать песни, музыку и речь в удаленные места (дома)". Очевидно, что среди существующих проводных систем основная масса базировалась на обычном телефоне.
…Многие европейские столицы предлагали услуги передачи по телефонным линиям. Такая система имелась в Париже. Лондонские абоненты телефонной сети за 5–10 фунтов в год могли пользоваться двумя услугами: непосредственно телефонией и вещанием по телефону из концертных залов, мюзик-холлов, театров или церквей. Лондонская система работала с 1899 по 1925, до распространения радиовещания, "убившего" проводные службы.
В Будапеште с 1893 по телефону передавались новости, прогнозы погоды, биржевые сводки, лекции и музыка с 8 до 23 ежедневно.
Реализации
В 1906 телеграфные операторы были очень удивлены, услышав среди атмосферных помех и "морзянки" звуки человеческого голоса. Первые удачные опыты вдохновили исследователей. Создание беспроводного телефона стало идеей фикс для множества ученых и изобретателей. Дальнейшее развитие радио разделилось на два направления. Радио – как средство коммуникаций и радио – как средство массовой информации и развлечения. И если с целесообразностью беспроводной телефонии все обстояло более-менее очевидно, то в области радиовещания вспыхнули ожесточенные споры. Некоторые аналитики того времени пророчили крах культуры, а вместе с тем и общества в связи с развитием радиовещания. По их мнению, изоляция людей в домах у радиоприемников сделает ненужными концерты в залах, театральные спектакли, спортивные мероприятия. Человечество лишится одного из важнейших средств коммуникации – живого общения. Другие рисовали мрачные картины идеологического давления на всех и на каждого (как показала история – небезосновательно). Но, тем не менее, уже ничто не могло остановить неумолимую поступь прогресса.
Кристаллический приемник производства "Westinghouse Electric", 1924.
Сейчас редко кто вспоминает имя человека, который своим энтузиазмом открыл новую страницу в истории радио. Американский радиолюбитель Чарлз Дэвид Хэролд (Charles David Herrold) с 1912 по 1917 в городе Сан-Хосе (Калифорния) с помощью любительского передатчика вел в эфире регулярные программы музыки и речи, предназначенные для небольшой аудитории энтузиастов радио. Это было за 8 лет до рождения официального радиовещания.
Станция замолчала в 1917. В соответствии с правительственным постановлением, все любительские радиостанции были закрыты из-за вступления США в Первую Мировую войну.
Началом официального регулярного радиовещания считается 1920 год, когда инженер "Westinghouse Electric Corporation" Фрэнк Конрад закончил постройку вещательной станции. Окончание строительства совпало с очередными президентскими выборами. 2 ноября радиостанция "KDKA" в Питсбурге (штат Пенсильвания) объявила, что очередным президентом Соединенных Штатов избран Уоррен Г. Хардинг (Warren G. Harding). Около 1000 слушателей могли принимать первую радиопередачу новостей.
Хотя по мнению некоторых историков первой в мире регулярной передачей был концерт Дороти Луттон (Dorothy Lutton), транслирующийся радиостанцией "CFCF" (Монреаль, Канада) 20 мая. Но, как и в случае Попов–Маркони, первенство почему-то отдается Питсбургской радиостанции.
Радио позволяло получать новости намного быстрее, чем это делали газеты. Имеющиеся в продаже кристаллические наборы были просты в сборке и недороги, что позволило радио получить широкое распространение в последующие годы.
Для стимулирования продажи оборудования, изготовители старались обеспечить привлекательность передач. Певцы, политические обозреватели, юмористы, оркестры приглашались для популяризации новых технических средств. Уже через год после первой регулярной радиопередачи по радио впервые освещаются спортивные события: теннис, бокс и бейсбол. Эти репортажи, наряду с музыкальными программами, увеличивают развлекательную популярность радиовещания.
Студия американской радиостанции, 1923.
Событие, происшедшее в истории радиовещания в 1922, у многих читателей вызовет гримасу отвращения. 28 августа, в 17:00 по нью-йоркскому времени в эфире прозвучало первое… рекламное объявление. В передаче расписывались достоинства и низкая стоимость квартир в "высотках Джексона" ("Jackson Heights") в Лонг-Айленде (Long Island). Компания "Queensboro" "купила" у нью-йоркской радиостанции "WBAY" 10 минут эфира за $50.
В 1926 число проданных радиоприемников в США достигло порядка 5 миллионов. К середине 20-х годов радио было признано новой массовой культурой и активно развивающейся индустрией.
У радиоприемника, конец 1920-х.
Листая страницы истории радио нельзя не вспомнить о печальных моментах в развитии радиовещания.
30 января 1933 началась "коричневая" полоса в истории немецкого радио. Устное слово должно было помочь национал-социалистам завоевать не только Германию, но и весь мир.
Девиз национал-социалистов гласил: "Радио в каждый дом!". Летом 1933 г. 28 ведущих радиофирм Германии в принудительном порядке должны были начать работы по созданию простого, дешевого и добротного радиоприемника. "Volksempfaenger" – "массовый приемник" был рассчитан на прием лишь местных радиостанций. Ну, а чтобы подстраховаться, власти издали закон, по которому просто-напросто запрещалось прослушивание зарубежных голосов. Нарушителям предъявлялось обвинение в измене Родине и следовало наказание: концлагерь, тюрьма, исправительные работы.
Возможно, у некоторых читателей приведенные факты вызовут воспоминания не о далеких 30-х годах Германии, а о гораздо более позднем периоде и в своем Отечестве.
Не все еще забыли как по вечерам, одев наушники или прижав приемник к уху (чтобы не узнали соседи), сквозь треск помех и рев "глушилок" мы пытались услышать от различных "Голосов" и "Свобод" не то чтобы правду, но хотя бы альтернативу советской пропаганде.
Но вернемся в Германию. Народ подчинился, и число радиослушателей с 1933 по 1943 возросло с 4 до 16 миллионов. Захватническая политика Вермахта позволяла расширять сеть вещания за счет радиостанций на оккупированных территориях. К концу 1939 у Германии было уже более 35 радиоцентров, мощностью до 150 кВт. Большая часть Европы была вынуждена слушать идеологические воззрения национал-социализма.
Радиовещания – великая сила и при умелом использовании может стать грозным оружием.
Дуговой телефон, аудион и
Дуговой телефон, аудион и опера
Ли де Форест (Lee De Forest), 1873–1961
Одной из наиболее важных личностей в первом двадцатилетии развития радио как коммерческой связи, и радио как развлекательного вещания был Ли де Форест.
Трудно найти другого изобретателя в области радио, в деятельности которого было больше противоречий, чем у Фореста. Он десятилетиями боролся, чтобы убедить техническое сообщество в том, что именно он заслужил титул "отца радио". Он потратил миллионы долларов в судебных процессах проверяющих и перепроверяющих сохранность его патентов. Однако Форест больше других приблизил день рождения радиовещания.
Во всех изданиях, во всем историческом анализе имя Фореста чаще всего связывают с первой передачей музыки и новостей по радио, хотя с начала карьеры он трудился над радиотелефонией. Форест не сумел организовать постоянную радиостанцию, не сумел осуществить регулярное вещание и, следовательно, не имел постоянной аудитории, но его вклад в искусство и науку радио беспрецедентен. Можно с уверенностью сказать, что Форест действительно был тем, за что боролся всю жизнь – "отцом радио".
Де Форест родился на Среднем Западе США, вырос на Юге. Получил высшее образование и удостоился степени доктора философии. Его диссертация "Отражение волн Герца в конце двухпроводной линии" была защищена в 1898. Как дипломированный специалист Форест работал на несколько компаний в Чикаго, в том числе на "Western Electric".
Аудион, 1906.
Наибольшую известность де Форест получил за изобретение 3-х электродной электронной вакуумной лампы.
В 1906 Форест добавил в диод Флеминга управляющий электрод – сетку. Новая лампа получила название "аудион" (в последующем известна как триод) и нашла важное применение в качестве усилителя сигналов. В то время как Форест годами боролся в суде против Армстронга за право на принцип регенерации (обратную связь) аудиона, его изобретение осуществило подлинную революцию в ранних системах передачи голоса.
Рзвитие голосового радио не ставило целей радиовещания музыки и информации. Если вы нуждались в спонсорах, если вы хотели заработать деньги, то это должна была быть радиотелефония для серьезной и выгодной двусторонней связи, подобно телефонии Белла.
Форест использовал в своем варианте радиотелефона дугу Поулсена. Его первое важное изобретение заключалось во включении микрофона в цепь заземления. Это простое новшество с тех пор использовалось фактически во всех дуговых голосовых передатчиках.
Форест был большим ценителем и любителем музыки, что, вероятно, стало предпосылкой к исследованиям в двух направлениях: совершенствование связи для флота и радиовещание.
Первым заказчиком радиотелефона был флот. В связи с этим Форест писал:
В 1909 я производил радиотелефоны для флота США. Каждый набор был проверен с помощью записей фонографа. К моему удивлению многие радиолюбители и профессиональные операторы наслаждались этими контрольными передачами. И естественно, что мне пришла идея относительно радиовещания: привлекательная музыка и интересные программы могли передаваться в эфир, создавая спрос на беспроводное оборудование.
В 1907–08 Форест оборудовал головной корабль флота США "Огайо" и некоторые другие корабли дуговыми передатчиками и фонографами для трансляции во время плавания по всему миру. Получило широкий резонанс событие, когда в июне 1908, находясь на Западном побережье США, Форест, с борта корабля транслировал музыку фонографа и осуществлял радиосвязь с Мэри-Айленд (Mare Island), Сан-Франциско. Радиооператор Герберт Менератти (Herbert J. Meneratti) с корабля "Огайо" так описывал эти события в 1948:
…Мы регулярно транслировали музыку на радиостанцию Мэри-Айленд. В наших отчетах записано, что с 1 июня по 5 июля (1908) мы не пропустили ни один день без трансляции…
Менератти объявил, что 12 января 1908 "Огайо" будет транслировать музыку на другие суда флота.
…Эту дату можно считать началом радиовещания, хотя мы и не называли это так.
Другая ранняя попытка "радиовещания" была связана с любовью Фореста к опере. Он всегда восхищался этой формой музыкального искусства, но считал, что опера предназначена для людей с достатком, то есть для тех, кто мог себе позволить потратить время и деньги, чтобы посещать "живые" представления. Форест высказывал мнение, что в будущем любой человек сможет приобщиться к опере, используя радио:
…Скоро будет возможным транслировать оперу от передатчиков, установленных на крыше "Metropolitan Opera House" на радиоприемники в практически любом доме Нью-Йорка и окрестностей... Церковная музыка, лекции и т.д., могут передаваться за границу посредством радио…
Между 1907–12 Форест провел не менее 6 экспериментов по радиовещанию оперы с использованием дугового передатчика.
В 20–30-е годы, когда радиовещание стало свершившимся фактом, многие изобретатели, включая Герольда и Фореста, вспоминали о своих работах над радиотелефонией с целью радиовещания. Но в то время их главной целью было заработать деньги на беспроводном телефоне, как замене проводного, или на радиотелефонной системе связи для флота. Имеется ряд свидетельств, что Форест раньше других высказывал идеи относительно использования голосового радио для вещательных целей. Во время "морских" экспериментов Форест писал в статье о радиотелефонии:
…Есть другая особенность изобретения… Передача музыки и других форм развлечения пассажирам, путешествующим на кораблях. Услуги этого вида можно организовать с помощью большого приемника так, чтобы все пассажиры собирались в большом салоне и могли слышать музыку или оперные выступления.
1900–20 были периодом разработки конкурирующих технологий для радиотелефонной связи. В это время искровые передатчики были отклонены как слишком шумные, генераторы переменного тока – как слишком дорогостоящие. Это было время дуги Поулсена, которая доминировала в разработках. В этот период изобретатели потратили массу сил и средств на совершенствование дуги, как несущей голоса и музыки. Не мало средств было потрачено на адвокатов, в попытках так или иначе обойти патенты Поулсена. По иронии судьбы, человек, ответственный за поддержку систем Поулсена в Америке Кирилл Элвил (Cyril Elwell) и созданная на патентах Поулсена компания "Federal Telegraph", долго отказывалась от использования дуги как непрактичной для передачи голоса и, вместо этого, сосредоточила усилия на повышении дальности телеграфной связи.
Из-за жестких требований к микрофонам в дуговых схемах (большой проходящий ток), голосовые передатчики не позволяли выдавать большую мощность и, следовательно, имели малую дальность связи, что и ограничивало дальнейшее развитие "дуговой" телефонии.
НОВАЯ АППАРАТУРА НА АУДИОНЕ ДЕ ФОРЕСТА
“НЕСРАВНИМО ПРЕВОСХОДЯЩАЯ ЛЮБЫЕ ИЗВЕСТНЫЕ ДАТЧИКИ”
Мы улучшили аудион в отношении эффективности и адаптивности.
Он “на 50% более чувствителен, чем любой другой вид датчика из известных”
Приемник "Тип RJ8" – цена $25.00
К началу 1916 Форест наконец усовершенствовал аудион для основной задачи – генератор для радиотелефона. Незадолго до этого Форест начал первые продажи телефонной компании в Пало Альто (Palo Alto) своих электронных ламп в качестве усилителей для систем трансконтинентальной проводной телефонной связи. В конце 1916 в Нью-Йорке Форест провел ряд экспериментальных радиопередач из "Columbia Phonograph Laboratories" отказавшись, наконец, от дуги и впервые используя в радиопередатчике аудион:
…Радиотелефонное оборудование состоит из двух больших колебательных электронных ламп, используемых в качестве генераторов тока высокой частоты …Фонографические записи "Колумбийской лаборатории" с 38 Западной улицы отчетливо принимались в гостинице "Астория", за исключением нескольких прерываний мощной военно-морской радиоаппаратурой с Бруклинского рейда – периодически с музыкой прослушивалось штормовое предупреждение.
Несколькими месяцами позже Форест установил ламповый передатчик на нью-йоркский "High Bridge" откуда, как и четырьмя годами позже радиостанция "KDKA", осуществил попытку радиовещания. Это были президентские выборы ноября 1916. Газеты писали:
…Американец из Нью-Йорка установил частную радиолинию и заполненные бюллетени посылались каждый час… Семь тысяч "радиотелефонных операторов" в радиусе 200 миль от Нью-Йорка принимали выборные сводки от "Нью-Йоркского американца". Они слушали не только итоги выборов, но также и музыку, транслируемую в перерывах между сводками.
Ли де Форест, 1948.
Это событие стало наиболее важным в развитии голосового радио до Первой Мировой войны. Через несколько лет Форест писал Чарльзу Герольду относительно того, как он видел искусство и науку радиовещания в 1916. Он высказывал суждения о своих опытах и ранних экспериментах Герольда в контексте использования электронной вакуумной лампы:
…До тех пор пока электронная лампа с 3-мя электродами не была достаточно усовершенствована, чтобы работать в качестве надежного генератора для голосовой связи, а усилитель на аудионе не мог использоваться в приемнике, попытки в области радиовещании были обречены на провал. В 1916, после того как мы научились изготавливать колебательные электронные лампы мощностью от 50 до 100 Вт я начал регулярные ночные радиовещательные передачи с моей станции в "High Bridge" (Нью-Йорк). Эти передачи велись регулярно, пока федеральное правительство не приостановило работу всех гражданских радиостанций после вступления США в (первую) Мировую войну.
Если бы не война, из-за которой были прекращены все исследования по мирному применению радио, то вероятнее всего Форест, возбужденный интересом слушателей к радиовещанию, мог бы преуспеть в этом направлении и на 4 года опередить "KDKA".
После войны Форест вернулся в эфир. После успешного 1916 года, он был готов к возобновлению радиовещания. Форест позднее сообщит Герольду:
…Я возобновил работу (радиостанции) в декабре 1919, как только было снято правительственное запрещение. Федеральная инспекция Нью-Йорка ужесточила меры в отношении меня в феврале 1920 и аннулировала мою лицензию из-за того, что я переместил радиостанцию в центр города без разрешения. После чего я быстро перевез передатчик в Сан-Франциско и установил его во флигеле Калифорнийского театра, протянув антенну до крыши соседнего банка. Эта станция вела ежедневные передачи, передавая музыку театрального оркестра Вебера. Осенью того же года станция была перенесена в Беркли, где еще проработала около года.
Батарейный радиоприемник "Pericaud", Франция, 1922.
Из инструкции:
Содержит 2 электронные лампы типа ТМ (Telegraphie Militaire – военная телеграфия). Лампы специально разработаны для радиотелефонной связи, приемник имеет превосходные параметры для работы в Париже с комнатной петлевой антенной. Обеспечивает дальность 500 км с внешней антенной. Работает от батарей: 4 В для нитей накала, 80 В для анодов. Может работать на мощный рупор (громкоговоритель)!
Начиная с экспериментов с дуговым телефоном для флота и передач оперной музыки, и кончая радиостанциями в "High Bridge" (1916) и в Сан-Франциско (1920), работы Фореста больше чем чьи-либо указывают на то, что один из создателей голосового радио, видел возможность применения изобретения не только для беспроводной телефонной связи, но и в качестве средства массового вещания.
Первый диск-жокей Чарльз
Первый диск-жокей
Чарльз Дэвид Герольд (Charles David Herrold), 1875–1948
"Современное радиовещание понимается как сообщение сведений по радио, передаваемые по предопределенному графику или программе" – так описал термин "радиовещание" пионер публикаций на тему радио Хью Гернсбэк (Hugo Gernsback) в журнале "Радио для всех". Позднее, историк Джордж Кларк предлагал квалифицировать передачу как радиовещательную, если ее выход в эфир и содержание заранее публично объявлено и, кроме того, она должна приниматься "гражданской аудиторией", которую он охарактеризовал как "людей, не являющихся экспериментаторами или радиолюбителями".
В 1912 году Чарльз Герольд в Сан-Хосе (Калифорния) объявлял о своих регулярных программах в местных газетах. И, что особенно важно, эти программы на несколько лет опередили самые ранние официальные сообщения о радиовещании. Важным документом, подтверждающим факт заранее объявленного радиовещания в 1910, является нотариально заверенный отчет Герольда: "Мы провели беспроводные концерты фонографической музыки для любителей (радио) в Санта Кларе".
Ни Фессенден, ни Форест и не кто-либо еще участвующий в развитии голосового радио не делал того, что сделал Герольд. И если слушателей Герольда в 1910 году с большой натяжкой можно было рассматривать как "гражданскую аудиторию", то его ежедневные радиопрограммы в 1915 для посетителей Всемирной ярмарки в Сан-Франциско уже позволяли с уверенностью говорить о радиовещании.
Развитие технологии голосового радио как искусства было главной целью исследований Чарльза Герольда. Свою систему передачи он назвал "дугофон". Он потратил годы в попытках дифференцировать свою систему от подобной системы Поулсена. Он получил 6 патентов на свои изобретения. Патентов, которые были оспорены представителями Поулсена. Еще в 1912 Герольд построил первую радиостанцию. Он составлял информационные и музыкальные программы для развлечения и часто заранее объявлял о содержании передач в газетах.
С 1909 Герольд больше всего интересовался изобретением системы голосовой передачи, которая бы сделала его богатым и знаменитым. Сообщения в периодике тех лет и интервью с бывшими студентами указывают, что, начиная с 1909, передачи речи и музыки велись ежедневно. Но официально признается факт, что беспроводные концерты Герольда для относительно большой аудитории любителей радио начались в 1912.
…Для профессора Герольда была неизменным ритуалом подготовка его оборудования к каждой среде к 9 часам вечера. Он имел готовые программы с текстом речей. Для слушателей они стали привычными и многие с нетерпением ожидали начала вещания.
Заслуга Герольда состоит в том, что он прежде чем кто-либо другой начал регулярные передачи развлекательных и информационных программ для аудитории. Он создал вещательную радиостанцию.
Но ни Герольд, никто другой не сказал, проснувшись утром в один из дней 1912: "Давайте начнем радиовещание". Это произошло медленно, настолько медленно, что даже главная газета Сан-Хосе не сумела оценить значение программ Герольда. В прессе того времени обсуждались возможности использования голосовой связи в качестве замены проводной телефонии. 8 июля 1912 в местном иллюстрированном издании "San Jose Mercury Herald" в передовой статье обсуждался вопрос потенциального коммерческого использования радиотелефона для двусторонней связи:
…Было бы возможно с помощью пяти радиотелефонных станций стоимостью не более $10 000 каждая, расположенных по Атлантическому побережью, иметь телефонную связь с каждым судном в пределах 1000 миль от берега. Если сообщение об этом поразительном открытии истинно, то никогда снова не случиться такое бедствие, как трагедия в прошлом апреле (имеется ввиду гибель Титаника).
Но в другой статье в том же ежедневном издании двумя неделями позже, можно было прочитать, что Герольд видел голосовое радио в другом свете. Он участвовал в демонстрации для репортеров:
В течение более двух часов они (Герольд и его ассистент Портал) вели передачу концерта из офиса мистера Герольда в здании городского банка. Передачу слушали на расстоянии многих миль. Музыку проигрывали на фонографе. Немедленно после проигрывания первой записи многочисленные любители из различных мест уведомили мистера Портала, что они слышали музыку с хорошим качеством. Мистер Портал прочитал список имеющихся пластинок и спросил слушателей, чтобы они сделали выбор. Один из них заказал "Мой старый дом в Кентукки" ("My Old Kentucky Home") и пластинка была проиграна.
"Водяной" микрофон (слева), конические катушки и схема передатчика Герольда.
Несмотря на это, основной целью Герольда, как он сам писал в ранней газетной статье, было: "изобрести пригодную систему двухсторонней радиотелефонии и получить прибыль от ее изготовления". Поскольку экспериментирование было работой Герольда, то регулярные радиопередачи музыки и речи позволяли ему проверять свои изобретения. Спустя годы Герольд сказал о тех ежедневных радиопередачах, предназначенных скорее для развлечения, чем для исследований:
Гарольд ведет передачу на своей радиостанции "KQW" (1920–1924).
Вещание было нашей навязчивой идеей, и все Тихоокеанское побережье рассматривало радиопередачи из Сан-Хосе как организованное мероприятие.
Герольд получил 6 патентов на свой дуговой передатчик. Подобно большинству изобретателей радиотелефонии между 1910 и 1916, он и его адвокаты пытались обойти патенты дуговой системы Поулсена. Герольд сделал несколько изменений в системе, достаточных, чтобы они были признаны изобретениями. Но если бы дуга стала основной технологией голосовой передачи, то Герольд, как и другие экспериментаторы, неизбежно столкнулись бы с юридическими правами Поулсена. И, скорее всего, потеряли бы свои патенты.
По мнению специалистов даже если бы Герольд и попытался производить и продавать свою систему, то он столкнулся бы с патентами либо Поулсена, либо Маркони. "Конические катушки" Герольда, были запатентованы еще в 1898 Маркони. Тем более что коническая форма катушки в действительности не имела никакого отношения к физике устройства. Предложенный Герольдом микрофон с водяным охлаждением и включение его в "земляную" цепь – все это уже было изобретено. Значение Герольда не в устройствах, а в их применении. Его небольшие шаги в направлении голосового радио сыграли важную роль в дальнейшем формировании нового вида культуры, или искусства, или развлечения – индустрии радиовещания.
"Радио-музыкальная шкатулка",
"Радио-музыкальная шкатулка", "KDKA" и гостиничные шторы
Франк Конрад (Frank Conrad), 1874–1941
Дэвид Сарнов (David Sarnoff), 1891–1971
Франк Конрад получил мировую известность благодаря первой коммерческой радиостанции "KDKA" в Питсбурге (США) в 1920.
В 1890 тяга к технике привела его на работу в компанию "Westinghouse", а способности в механике позволили ему попасть в испытательный отдел. Его первой важной разработкой был счетчик для измерения расхода электроэнергии в Вт/часах, который используется в домах до настоящего времени. Заинтригованный возможностью синхронизации часов по сигналам точного времени с радиостанции "NAA" военно-морской обсерватории в Арлингтоне (штат Виржиния) он собрал свой первый радиоприемник.
Сарнов (слева) и Маркони, 1933.
Идея публичного радиовещания витала в воздухе. Эфир был заполнен многочисленными любительскими передатчиками. Уже отработана система голосовой передачи и приема.
В 1916 Дэвид Сарнов, американец русского происхождения, в то время менеджер американского филиала компании Маркони, излагал широчайшие возможности и перспективы использования радио для приема концертов, лекций, событий национальной важности и освещения спортивных состязаний. Он просчитал, что если этот план осуществиться, то можно будет ожидать продажи миллиона "радио-музыкальных шкатулок" ("Radio Music Boxes") в течение трех лет на сумму $75 000 000*.
*Историками высказываются сомнения в принадлежности авторства идеи "радио-музыкальной шкатулки". Нет подтверждений, что это было действительно сказано Сарновым. Некоторые полагают, что это было написано несколькими годами позже и затем сфальсифицировано задним числом.
Идея публичного вещания настолько заинтересовала руководство "Westinghouse" (в особенности вице-президента Дэвиса), что компания подала заявку на коммерческую лицензию.
Лицензия была выдана на радиостанцию "KDKA". 2 ноября 1920 впервые в истории радио, "KDKA" передала в эфире итоги президентских выборов, став "законодателем моды", которой в самые ближайшие годы будет следовать США, а затем и весь мир – моды на радиовещание.
Вещательный передатчик радиостанции "KDKA", 1922. Помещение радиостанции "KDKA"
Как результат первых трансляций появился огромный спрос на радиоприемники. Сборка кристаллических наборов с намоткой катушек на коробках из-под завтрака и изготовлением конденсаторов из упаковочной фольги цветочных магазинов стало национальным времяпрепровождением. Производители оборудования не поспевали за спросом. Расширялось производство. Пророчества Сарнова, относительно "радио-музыкальной шкатулки", которая бы стала необходимым домашним предметом сбылись. За три года (1922–24) объем продаж "RCA" бытовых радиоприемников составил $83 500 000. В 1930 Сарнов стал президентом "RCA".
Стало очевидным, что голосовое радио, в то время фактически единственное средство мгновенного информирования, открывает широкие возможности для рекламы. Радиовещание оказалось самым универсальным и быстрым средством массовой информации, из изобретенных до того времени.
Конрад за своей любительской радиостанцией
В то время бытовало устойчивое мнение, что радиоволны с частотой более 1.5 МГц не могут использоваться, из-за сильного поглощения землей. Конрад доказал, что эти частоты могут применяться, если направить излучение вверх. Он доказал, что часть энергии отражается от ионизированного слоя атмосферы обратно к земле и может приниматься на определенном расстоянии. Его эксперименты также показали, что до попадания энергии передатчика в приемник может происходить несколько отражений между землей и ионосферой.
На Лондонской конференции в 1924 по вопросу организации радиолинии между Европой и Южной Америкой, Конрад провел успешную демонстрацию достоинств коротких волн, принимая сигналы непосредственно из Питсбурга. Отмечая это событие как важную веху в развитии международной радиосвязи, Конрад вспоминал:
…Я вел прием на небольшой коротковолновый приемник и установил, что используя прут от шторы в моем гостиничном номере в качестве антенны, я смог принимать Питсбург на КВ диапазоне…
Др. Ф.Конрад, фото из газеты "The New York Times", 1930
Мы заранее условились, что питсбургская радиостанция пошлет выдержки из газет кодом (Морзе). Мистер Сарнов в качестве оператора около часа в моей спальне принимал информацию, объем которой был фактически идентичен объему сообщений переданных за один день британской компанией Маркони. На следующий день, на очередном заседании, представленные выдержки из газет произвели эффект разорвавшейся бомбы…
…В то же время успех нашей демонстрации вызвал некоторое беспокойство мистера Сарнова относительно миллионных проектов длинноволновых передатчиков, которые строились "RCA" в Лонг-Айленде. По всей видимости, проблема была решена, и строительство было свернуто. Коротковолновые передатчики заменили проектируемую длинноволновую систему.
Через неделю после смерти Конрада, по радио, которое он сделал массовой культурой, на весь мир транслировался запрос президента Рузвельта Конгрессу США, с требованием объявить войну Японской Империи. Тремя днями позже, в прямом эфире Конгресс США обсуждал второй президентский запрос, об объявлении войны Германии и Италии. Радио, благодаря усилиям Конрада, стало средством массовой информации, которая позволяет слышать события прежде, чем о них напишут.
Мне отдать деньги вам или
Мне отдать деньги вам или вашей вдове?..
Эдвин Говард Армстронг (Edwin Howard Armstrong), 1890–1954
Эдвин Говард Армстронг, американский изобретатель и инженер-электрик, внес фундаментальный вклад в развитие радио. Изобрел регенеративную схему (обратную связь), супергетеродинный приемник, частотную модуляцию (ЧМ). Армстронг был отцом ЧМ радио, дедушкой радара и прадедушкой космической связи, но никогда не пожинал плодов своего гения.
В юные годы Армстронг был заряжен энергией и полностью погружен в радио. Он любил девушек, но всегда был слишком занят для свиданий. Он забивал голову знаниями в Колумбийском Университете. Он управлял красным мотоциклом. Он любил взбираться на столбы и зависать там на ступнях. Он всегда был готов подвергнуть сомнению (и часто неправильно) высказывания преподавателей.
Армстронг не изобрел радио. Это заслуга принадлежит Попову и Маркони. Но в 1912, в возрасте 22 лет, Армстронг выяснил, как работает электронная лампа де Фореста и использовал ее в необычном виде. Он взял электрический сигнал, полученный с выхода усилительной лампы, и подал его обратно на вход. И так снова и снова, каждый раз увеличивая мощность.
Он назвал это явление "регенерацией". Это был очень важный вклад в развитие радио, потому что, когда обратная связь была увеличена выше критического уровня, то электронная лампа продолжала колебания, которые создавали собственные радиоволны. Это было не только усиление радиосигналов, но и их генерация. Армстронг установил аудион Фореста и в приемник, и в передатчик. Это небольшое с виду новшество позволило избавиться от 20-тонных генераторов.
Армстронг запатентовал свое открытие в 1913 и лицензировал его компании Маркони в 1914.
Затем он направился во Францию, чтобы сражаться на полях Первой Мировой войны. На фронте в Западной Европе капитан Армстронг с удивлением обнаружил, что Американский Экспедиционный корпус очень слабо оснащен радиосредствами. Практически в одиночку он постарался исправить ситуацию. Он лично снабжал радиооборудованием союзнические воздушные силы, зачастую самостоятельно усовершенствуя и испытывая аппаратуру непосредственно перед использованием.
"Эдвин Г. Армстронг объясняет принципы своего последнего изобретения – ‘суперрегенерации’, на встрече в Радио Клубе Америки, проведенной в Колумбийском Университете, Нью-Йорк".
Находясь в Париже, Армстронг изобрел устройство, названное странным словом "супергетеродинный приемник". Сложный продукт электронного колдовства, которое и сейчас является основным принципом практически всех радиоприемников, телевизоров и радаров.
Он продал права на изобретения главным корпорациям США, включая "RCA". Внезапно на радио буме 20-х он стал миллионером.
В 1920 компания "Westinghouse", благодаря купленному у Армстронга патенту супергетеродинного приемника, запустила первую вещательную радиостанцию "KDKA" в Питсбурге. Другой пионер радио – Ли де Форест – возразил. Он сообщил, что регенерация была его идеей, и подал иск о нарушении патентных прав. Он проиграл дело, но все равно продолжал преследовать Армстронга в судах 14 лет. Форест все время проигрывал, но затем, по недоразумению, выиграл заключительное дело в Верховном суде. К великому сожалению сторонников Армстронга, ученых и инженеров, судья Верховного суда неправильно истолковал обращение и закончил разбирательство в пользу де Фореста.
"Портативный" радиоприемник – свадебный подарок Эдвина невесте Мэрион Мак-Иннис (Marion MacInnis), секретарше Д. Сарнова. Развлекал молодоженов во время свадебного путешествия. Эрвин всегда был в работе – он использовал поездку, чтобы проверить свой супергетеродин.
1 декабря 1923.
Компания "RCA" не поддержала Армстронга и это притом, что он помог ей создать радиопромышленность, которая в 1934, год Великой депрессии, стоила почти $2 млрд. Каждый член "RCA": "Zenith", "Philco", "Magnavox", "Motorola" и "Crosley" получали фантастические прибыли, используя изобретения Армстронга.
Армстронг продолжал изобретать. Он начал работы над уменьшением статических помех, экспериментируя с тем, что позже станет известным как частотная модуляция. Эксперт из "Bell Laboratories" Джон Карсон (John Carson) безапелляционно заявил:
Я математически доказал, что этот тип модуляции дает неприемлемые искажения без каких-либо преимуществ. Статические помехи, как и бедность, будут всегда с нами.
Армстронг парировал:
Я никогда не мог принять результаты, основанные почти исключительно на математике. Это невежество, которое вызывает все неприятности в этом мире.
Но Карсон оказал Армстронгу неожиданную услугу – он убедил других исследователей отказаться от работ над частотной модуляцией, оставив Армстронгу чистое поле.
Армстронг работал. Он развивал новые теории и опровергал существующие. В своей лаборатории в Колумбии он строил принципиально новые передатчики и радикально новые приемники.
Армстронг с прототипом супергетеродинного приемника, (Radio Broadcast 7/24)
Первые испытания были завершены 9 июня 1934 года. В Нью-Йорке с мачты "RCA" на крыше "Empire State Building" до дома своего надежного старого друга в Лонг-Айленде передавалась органная музыка методом АМ и ЧМ. Звучание частотно-модулированного органа было громким и чистым. АМ версия была в "сотни тысяч раз более зашумленной". В течение сезона "летней статики" (летние атмосферные помехи, связанные с солнечной активностью) он провел другие испытания, на более дальних расстояниях. Эксперименты показали великолепные результаты. Армстронг доказал что сигнал не пропадал во всей зоне охвата, как это было с AM.
Частотная модуляция не только устраняла статический шум, но и обеспечивала лучший звук – в три раза лучше, чем АМ. Слушатели могли различать даже интонации диктора. Кроме того, ЧМ обеспечивала передачу полного диапазона слышимости человеческого уха, от глубокого рокота барабана до тонких трелей флейты, охватывая диапазон от 50 Гц до 15 000 кГц. Амплитудная модуляция обеспечивала в лучшем случае 5 000 Гц. Армстронг обнаружил высококачественное воспроизведение. Он также определил, что на одной несущей ЧМ можно передавать сразу две радиопрограммы: телеграфное сообщение и факсимиле титульного листа "Нью-Йорк Таймс" – он обнаружил мультиплексирование.
Для доказательства преимущества ЧМ в 1939 Армстронг был вынужден построить действующую радиостанцию ценой более $300 000.
В течение Второй Мировой войны, Армстронг вел важные исследования радара для военного ведомства и бесплатно передал военным свои патенты на частотную модуляцию. Важный подарок американским вооруженным силам, особенно после того как командование поняло, что переговоры германской армии, работающей на АМ, они могли легко глушить, а ЧМ в то время была неподавляема.
Предающее ЧМ оборудование Армстронга, "Empire State Building", 1934.
К концу войны Армстронг разработал ЧМ радар на незатухающих колебаниях, который позволил послать и принять сигнал на расстояние 238 000 миль – до Луны и обратно. Он доказал, что волны ЧМ, в отличие от АМ могли проникать через ионосферу. Это проложило путь к радиосвязи в космосе и дало астрономам новый измерительный инструмент.
К концу Второй Мировой войны частотная модуляция полностью доказала свои преимущества. С нескрываемым презрением Дэвид Сарнов, директор "RCA", сказал:
Я считал, что Армстронг изобретет некий фильтр, чтобы удалить статический шум из нашего АМ радио. Я не думал, что он произведет революцию и создаст новое направление, конкурирующее с "RCA"… Новый вид радио – подобно новому виду ловушки для мышей. Мир не нуждается в другой мышеловке…
Сарнов тормозил работы Армстронга, поручая инженерам "RCA" дополнительные испытания и лоббируя Федеральную комиссию по связи в выдаче экспериментальной лицензии Армстронгу для проверки частотной модуляции. Он даже осуществил неудавшуюся попытку захватить ЧМ патенты Армстронга. Армстронг достойно отражал атаки по всем фронтам. Он полностью окунулся в свои планы относительно ЧМ, продав часть разработок "RCA" и сооружая собственную ЧМ радиостанцию в "New Jersey Palisades" вблизи Нью-Йорка.
Армстронг начал работу с "Дженерал Электрик". "GE" сделала его открытия своей собственностью.
Сигналы ЧМ не смешивались друг с другом, ЧМ радио просто принимало более сильный сигнал. Это подразумевало, что множество маломощных станций могло работать вблизи друг друга и использовать малую часть электромагнитного спектра.
ЧМ станции начали свое распространение. В 1939 их насчитывалось уже 40. В мае 1940 FCC выделила диапазон 42–50 МГц для ЧМ радио. Через два месяца можно было принимать более 500 ЧМ радиостанций, и они продолжали строиться. Национальный комитет телевизионных стандартов (National Television Standards Committee) решил, что ЧМ должна стать стандартом для звуковой части телевизионного радиовещательного сигнала. Армстронг был счастлив. Он предсказывал: "Через 3–4 года количество слушателей ЧМ будет превышать число слушателей АМ в настоящее время". Он оказался прав. Но Армстронг не получил никакой личной выгоды за свои работы и свою гениальность. Он понял, что "RCA" и другие гиганты связи были одной командой. Они душили развитие частотной модуляции. Армстронг ждал. Он ждал авторских отчислений на изготовление приемников с ЧМ. Он ждал заключения контрактов с журналистами ЧМ. Он ждал авторских отчислений за каждый проданный телевизор.
Но ничего этого не случилось. "RCA" попыталась обойти патенты Армстронга и начала производить телевидение со своей собственной звуковой системой и не платить Армстронгу, а затем наконец-то предложила ему $1 млн. за неэксклюзивную лицензию. Это было подобно сцене из вестерна, когда богатый владелец ранчо, заявляет своему соседу конкуренту-выскочке: "Я плачу $1 млн. за вашу землю. Вы хотите, чтобы я отдал деньги вам или вашей вдове?"
Сенатор Чарльз Тоби направил в Конгресс запрос:
"RCA" сделала все, чтобы убрать Армстронга с дороги. Они применяли самые изощренные меры, чтобы задавить частотную модуляцию… В то же время они бесплатно снабжали телевизорами уполномоченных FCC…
Портрет и статья об Армстронге в журнале "American Magazine", в рубрике "Interesting People in the American Scene" ("Интересные люди в американской жизни"), 1940.
Запрос не прошел. В 1948 Армстронг подал судебный иск об открытом воровстве и нарушении пяти из его основных патентов ЧМ. "RCA" ответила армией адвокатов. Армстронг увяз в судебных разбирательствах на шесть лет. У "RCA" было время, у Армстронга оно кончалось. "RCA" могла позволить себе юридические затраты. Армстронг был вынужден продать многое из своего имущества, включая свои разработки в "Zenith", "RCA" и "Standard Oil" за $200 000. Со всеми другими расходами, вместе с содержанием экспериментальной установки в Колумбийском университете, Армстронг мог позволить себе платить адвокатам только $22 000.
К 1954 он был готов уладить дело. Он просил у "RCA" $2.4 млн. "RCA" предлагало $200 000 – меньше, чем его юридические затраты. Армстронг обратился к своей жене Мэрион, чтобы она авансировала часть денег из тех, что он давал ей в прежние годы. Она возразила, что это деньги на старость.
Истощенный надеждами, разбитый судебной тяжбой Армстронг пребывал в гневе. Играя в покер с Мэрион, он ударил ее по руке. Мэрион уехала к сестре в Коннектикут. Армстронг разрушил счастливое единение, продлившееся почти 30 лет. Он провел Рождество и Новый год один в своей нью-йоркской квартире. 31 января 1954 он написал последнее письмо Мэрион:
Я убитый горем, потому что я не могу увидеть тебя еще раз.
Я глубоко сожалею том, что случилось между нами.
Я не могу понять, как мог сделать больно самому дорогому мне человеку в мире.
Я отдал бы жизнь, чтобы повернуть время вспять, в то время когда мы были так счастливы и беззаботны.
Да хранит тебя Бог и может Бог пощадит мою душу.
На следующее утро Эдвин Говард Армстронг надел шляпу и пальто, обернул вокруг шеи шарф… и выбросился из окна своей квартиры на 13-ом этаже.
Мистер Сарнов заявил журналистам: "Я не убивал Армстронга".
Месяцем позже Сарнов объявил на ежегодном отчетном собрании "RCA", что компания достигла непревзойденно высоких доходов – более $850 млн. В конце этой встречи один человек выкрикнул из зала: "Верьте и доверяйте Дядюшке Сэму и Папе Дэвиду!".
Адвокаты Армстронга вместе с его вдовой продолжили борьбу с "RCA" пока не выиграли дело. Мэрион получила немногим более миллиона долларов – ту самую сумму, что Сарнов предложил Армстронгу в 1940. Наконец-то Сарнов получил ответ на вопрос: "Вы хотите, чтобы я заплатил вам или вашей вдове?"
С годами человечество оценило заслуги Армстронга в науке и изобретениях. Частотная модуляция теперь основная система в радиовещании, в канале звукового сопровождения телевидения, в подвижной и спутниковой радиосвязи, в радиорелейных станциях. 98% всех радиоприемных устройств работают на принципах изобретенных Армстронгом.
При жизни за открытие цепи обратной связи Армстронг был награжден Золотой медалью Института Радиоинженеров и Медалью Франклина (самая высокая из научных наград США). Посмертно был избран в пантеон Международного Телекоммуникационного союза (ITU) наряду с такими учеными как Ампер, Белл, Фарадей и Маркони.
Транзистор, "дрессированные"
Транзистор, "дрессированные" муравьи и показатель интеллекта
Вильям Брэдфорд Шокли (William Bradford Shockley), 1910–1989
Джон Бадин (John Bardeen), 1908–1991
Уолтер Хаузер Брэттен (Walter Houser Brattain), 1902–1987
В 1956 американские физики Вильям Брэдфорд Шокли, Джон Бадин и Уолтер Брэттен были совместно удостоены Нобелевской премии в области физики за изобретение транзистора.
Слово "транзистор" возникло из сокращения двух английских слов: "transfer" – перемещать, переносить и "resistor" – резистор, сопротивление.
Транзистор произвел революцию в технологии радио. Он дал начало новому направлению – микроэлектронике и, в конечном итоге, привел к созданию микросхем, микропроцессоров, компьютеров и многих других устройств без которых мы в настоящее время не мыслим свою жизнь. Это был выход из "первобытного" века в век электронный, космический и компьютерный.
Первый точечный транзистор Брэттена и Бадина, 1947.
"Пластмассовая пластинка треугольной формы, обернутая золотой фольгой и охватывающая небольшой кусочек германия, который имеет электрический контакт в основании".
Это было примитивное устройство, но оно оказалось намного более эффективным по сравнению с электронной лампой. Оно позволяло пропускать и не пропускать ток и, кроме того, усиливать его.
Еще в 1939 Шокли предложил прообраз полевого транзистора, в котором использовались проводники, вставленные в оксид меди. Его устройство не было практически реализовано (изобретено в начале 60-х другими учеными), но полевой эффект стал основой будущих интегральных схем. Тогда же Шокли высказал предположение, что приборы, работающие на "полевом" принципе, смогут заменить механические и ламповые коммутаторы в телефонных станциях.
После окончания войны (1945) в "Bell Labs" была сформирована исследовательская группа по изучению физических свойств полупроводниковых материалов. Группу возглавили Шокли и химик Стэнли Морган (Stanley Morgan). Шокли занялся подбором кадров. Своим энтузиазмом ему удалось собрать весьма компетентных исследователей: Джона Бадина, Уолтера Брэттена, Джеральда Пирсона (Gerald Pearson), Моргана Спаркса (Morgan Sparks) и других специалистов.
Казалось, что где-то очень близко скрыта реальная возможность использования полупроводников в электронике. Теоретические открытия в области квантовой физики в 1930-х годах позволили существенно расширить понимание полупроводниковых свойств веществ. Опыт успешного использования германиевых и кремниевых точечных диодов в радиолокационных системах, приостановка экспериментов в военное время, щедрое финансирование – все было готово для решения задачи.
Хотя некоторые члены группы были приглашены только на исследовательские работы, целью Шокли с самого начала было создание усилителя на полупроводниковых приборах как замену электронной лампы.
Шокли, Бадин и Брэттен в лаборатории, 1948.
Это произошло в канун Рождества 1947 года. Уолтер Брэттен и Джон Бадин продемонстрировали руководству "Bell Labs" точечный транзистор. Изобретение стало только началом. Исследования полупроводников продолжались.
Открытие Брэттена и Бадина без участия Шокли подстегнуло его к лихорадочной деятельности. Результаты не замедлили сказаться. Через несколько месяцев упорных экспериментов Шокли изобрел плоскостной транзистор, устройство, которое положило начало транзисторной электронике. 30 июня в нью-йоркском офисе "Bell Labs" изобретение было впервые продемонстрировано руководству компании.
Шокли провел всесторонний анализ поведения полупроводников и изложил это в своей книге, опубликованной в 1950. Монография "Электроны и дырки в полупроводниках" ("Electrons and Holes in Semiconductors") стала настольной книгой для поколений исследователей и ученых.
Но оказалось, что создать практически пригодный плоскостной транзистор гораздо труднее, чем точечный. Впервые это удалось только в 1951.
Работы по изучению проводимости и выпрямительных свойств полупроводников велись в Англии, Германии и СССР, но в этих странах оставался ряд нерешенных проблем на пути к созданию действующих экземпляров транзисторов.
Решения Шокли физических и
Решения Шокли физических и математических проблем были одновременно нетрадиционны, быстры и, как правило, корректны. Он легко воплощал идеи, которые занимали других исследователей многие годы. Он организовывал еженедельные собрания для подведения итогов, которых всегда было так много, что не хватало времени. Это был период волнений и достижений и Шокли был центром процесса. Он вдохновлял своим примером. Он был дерзок и как специалист, и как личность. Он сообщал об успехах без ожидания результатов экспериментального подтверждения – и обычно оказывался прав.
Он увлекался альпинизмом. Кафетерий возле лаборатории имел каменный фасад. В обеденный перерыв он демонстрировал способности к скалолазанию, покоряя стену на кончиках пальцев. Его любовь к быстрой езде приводила в трепет пассажиров.
Шокли играл. Он играл в игру, выигрышем в которой было понимание фундаментальных основ полупроводников. Его главным козырем в этой игре было умение разбивать сложную проблему на составляющие и находить изящное решение для каждой.
Однажды он бросил вызов протоколу собрания Американского Физического Общества. В щегольском образе фокусника-любителя он закончил речь "магическим" появлением букета роз.
К сожалению, его достоинства как ученого были уравновешены его недостатками в понимании человеческих отношений. Это вело к разладу в группе. И, в конечном итоге, Шокли выбрал тот путь, которого должен был избежать. Он перестал принимать тех, чей интеллект, по его мнению, был ниже.
Вильям Брэдфорд Шокли
Шокли покинул "Bell Labs" и в 1955 организовал компанию "Shockley Semiconductor Laboratories" в Стэнфордской промышленной зоне. Это была первая "полупроводниковая" компания в том месте, что теперь зовется "Кремниевой Долиной" ("Silicon Valley"). Он намеревался вести исследования, разработку и производство полупроводниковых кремниевых коммутаторов. Шокли был хорошим ученым, но никудышным бизнесменом и менеджером. Шокли не хватило деловой хватки и рыночной смекалки, которыми обладали некоторые из его служащих. Боб Нойс (Bob Noyce), Гордон Мур (Gordon Moore) и группа из шести других служащих покинули Шокли, чтобы основать компанию "Fairchild Semiconductor" в 1957. Компания "Clevite Transistor" скупила бизнес Шокли в 1960. Он стал консультантом в новой фирме. В конечном итоге компания закрылась в 1969.
Интересные штрихи к портрету ученого приведены в биографии Шокли, составленной Джоном Молом (John L. Moll):
…Он (Шокли) имел довольно странное хобби… Он любил помещать колонии муравьев в большие стеклянные контейнеры. Частью опытов, которые он проводил, было "обучение" муравьев выбирать пути поиска провизии и их возвращение в домик.
Для реализации "муравьиных" задач Шокли сооружал изящные конструкции в виде соломенных качелей, которые наклонялись под весом муравья. Для выхода из домика, муравей должен был подняться по опущенному концу соломинки. При пересечении точки равновесия соломинка под тяжестью муравья наклонялась в другую сторону так, чтобы муравей мог попасть к пище. Как только муравей сползал с соломинки "перекидной мостик" возвращался в первоначальное положение. Для того чтобы попасть обратно муравей должен был искать обходной путь. При возвращении ему предлагалось еще несколько таких препятствий. Шокли мог часами наблюдать поведение муравьев.
В 1973 с Шокли произошли разительные перемены. Он занялся евгеникой в части выявления зависимости между расой и уровнем интеллекта. Он заявлял, что люди с черной кожей проигрывают белым не менее 10–20 пунктов при тестах на показатель интеллекта (IQ). Критики начали яростную атаку на Шокли. Вначале они высказали мнение, что IQ тесты "интеллектуально перегружены". Затем, что даже в "неинтеллектуальных" тестах более низкие результаты чернокожих объясняются средой их проживания. И, наконец, что распространение подобных выводов дает повод фанатикам.
Шокли пошел дальше научных результатов. Он предложил практические шаги. В частности он высказал мнение, что необходимо стерилизовать категорию людей с низким интеллектом.
Его подход к этой теме был более серьезным, чем предыдущие исследования, но при детальном изучении в них также был заметен недостаток научного подхода. Его методы и выводы были очень спорны. Тема имела политическую и расовую подоплеку. Часть данных была подтасована или получена субъективным путем, чтобы подтвердить предвзятое мнение.
В Стэнфорде портреты Шокли были сожжены, его "Линкольн" вымазан краской, его классы разгромлены демонстрантами, укутанными в простыни. В течение семи лет Национальная Академия наук отказывалась представить на рассмотрение его заявления о слушаниях, оказывая тем самым медвежью услугу – они "поощряли" его издавать результаты исследований в научных журналах. Никто не смог опровергнуть его "науку".
(продолжение следует)
В конце 1980-х декан
В конце 1980-х декан инженерного факультета одного из Южноафриканских университетов пригласил Шокли посетить ЮАР, чтобы сделать доклад в честь юбилея изобретения транзистора. Памятуя о довольно спорном увлечении Шокли евгеникой, декан подчеркнул, что любые обсуждения таких вопросов будут не уместными, потому что правительство ЮАР пытается найти выход из "болота апартеида". Увы, когда Шокли прибыл на лекцию, он сосредоточился не столько на транзисторе, сколько на своих личных взглядах относительно достоинств и недостатков различных этнических групп, поставив в неловкую ситуацию декана и аудиторию. Большую часть времени, проведенную в ЮАР, Шокли потратил на изучение повадок тамошних муравьев и их "обучению"…
Шокли умер в 1989 в возрасте семидесяти девяти лет. Он разделил жизнь между наукой и расовым "крестовым походом". Он посвятил последние пятнадцать лет жизни почти исключительно евгенике. Этот этап жизни ученого только усилил окружающие его противоречия. Тема этнической сортировки осталась спорной. Шокли не приложил никаких усилий, чтобы "успокоить воду".
Развитие человеческой цивилизации уже давно сделало свои выводы – показатель интеллекта далеко не полная характеристика индивидуума. Есть и другие мерки: культура, творческий потенциал, мастерство, гуманизм. У всех людей кровь красная. А электроны бесцветны…
Пройдет десяток лет. Ученые научатся размещать на одном кристалле как транзисторы, так и другие элементы. Они назовут это микросхемой.
А еще через 40 лет на пластинке, размером с первый транзистор, будут помещаться миллионы элементов и, что удивительно, изготавливаться они будут из кремния – обычного материала в избытке встречающегося в земной коре.
Июльская жара, "тирания соединений" и интегральная схема
Джэк Ст.Клэир Килби (Jack St.Clair Kilby), род. 1923
Даллас, штат Техас, 10 октября 2000.
Компания "Texas Instruments" комментирует награждение Нобелевской премией в области физики Джека Килби, бывшего директора отдела технологических разработок "TI". Так отмечен его "вклад в изобретение интегральной схемы" (микросхемы), устройства, обычно называемого "чипом"…
Премия была разделена между Килби (1/2), российским физиком Жоресом Алферовым (1/4) и немецким ученым Гербертом Кроемом (Herbert Kroeme) (1/4). К сожалению, в российской периодике, не упоминалось имени человека, положившего начало современной микроэлектроники.
Это примитивное устройство – один транзистор и несколько пассивных компонентов на кусочке германия – Килби продемонстрировал горстке сотрудников, собравшихся в лаборатории полупроводниковой техники компании "Texas Instruments" почти пол века назад. Никто из присутствующих не предполагал, что "гадкий утенок" размером 11.1х1.6 мм, названный интегральной схемой (ИС) полностью преобразует электронную промышленность.
Жарким летом 1958, в пустующей лаборатории полупроводников компании "TI" Джек Килби пребывал в размышлениях над давней и навязчивой идеей. Стоял июль. Все разъехались на традиционные двухнедельные каникулы. Килби был один.
Половину века в электронной промышленности безраздельно господствовали лампы. Они были хрупкими, большими, ненадежными, потребляли много энергии и выделяли массу тепла. Но они были, а ничего другого не было.
В 1947 в "Bell Labs" родился транзистор. Проблема была частично решена. Транзисторы выглядели лилипутами по сравнению с ламповыми монстрами. Транзисторы были надежны, долговечны, выделяли меньше тепла, потребляли меньше энергии.
Транзисторы создали предпосылки к разработке сложных электронных схем, содержащих сотни и тысячи дискретных компонентов: транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов. Но усложнение схемотехники породило Проблему.
Для создания законченных изделий электронные компоненты должны соединятся между собой. Ручная пайка тысяч компонентов и отрезков провода обходилась чрезвычайно дорого и отнимало массу времени. Кроме того, повышение количества соединений снижало надежность устройства. Каждое паяное соединение таило в себе повод для дальнейших неприятностей. Был необходим другой, более рентабельный и надежный путь создания электронных компонентов и их соединения.
Одним из решений стало создание микромодульной технологии поддерживаемой военным ведомством США. Идея состояла в том, что все компоненты должны иметь одинаковые размеры и форму и содержать выводные контакты для межэлементных соединений. При создании схем модули объединялись в сложные объемные структуры с меньшим количеством проводных соединений.
Д.Килби, 1958.
"Texas Instruments" активно разрабатывала микромодульную программу до прихода Килби в 1958. Килби был знаком с проблемой "тирании соединений". Он считал, что микромодуль не сможет решить проблему в сложных схемах. Он стал искать альтернативу и пришел к выводу, что основу должен составлять полупроводниковый материал. В 1976 в статье "Изобретение ИС" Килби писал:
Дальнейшие размышления привели меня к заключению, что полупроводники могли быть тем, что требовалось. Резисторы и конденсаторы (пассивные элементы) могли быть сделаны из того же материала, что и активные (транзисторы).
Я понял, что если все компоненты сделаны из одного материала, то они могут сразу же и соединяться между собой, чтобы формировать законченную схему.
Он начал записывать и зарисовывать свои идеи в июле 1958. В сентябре он продемонстрировал рабочую интегральную схему, сформированную в кусочке полупроводникового материала.
12 сентября 1958 представители руководства компании, включая тогдашнего директора "Texas Instruments" Марка Шеферда (Mark Shepherd) увидели наклеенный на стеклянную пластинку кусочек германия с торчащими проводками. Это было грубое изделие. Килби нажал выключатель…
Бесконечная синусоида начала свой волнообразный бег по экрану осциллографа. ОНО работало! Килби решил проблему.
Только военное ведомство США, в частности воздушные силы, проявили определенный интерес к интегральной схемотехнике. Промышленность отреагировала скептически.
Обсуждения достоинств и недостатков интегральных схем, по словам Килби, "стали главным развлечением на технических совещаниях в течение следующих нескольких лет".
Интегральная схема сначала отвоевала место на рынке военных изделий, благодаря программе создания первого компьютера на полупроводниковых кристаллах для Воздушных сил в 1961 и производству ракет "Минитмен" в 1962. Почин был сделан.
Первый электронный карманный калькулятор. Размеры 108x156x27 мм. Основа – полупроводниковая БИС, выполняющая основные математические действия (сложение, вычитание, умножение и деление). Создатели Д. Килби, Джерри Мерриман (Jerry Merryman) и Джеймс Ван Тассел (James Van Tassel), 1967.
Для демонстрации достоинств ИС и ускорения их внедрения, Патрик Хаггерти (Patrick E. Haggerty), тогдашний президент "TI", бросил вызов Килби. Требовался калькулятор по мощности не уступающий настольным моделям, но помещающийся в кармане пальто. Килби построил калькулятор. Началась коммерциализация интегральных схем.
Внутреннее устройство первого калькулятора
Значение крошечного кристалла Килби имело далеко идущие последствия. Микросхемы фактически создали современную компьютерную индустрию, "уменьшив" вчерашние машины размером с большую комнату до настольных персональных компьютеров. Микросхемы изменили мир коммуникаций, создав предпосылки для внедрения новых, доселе невероятных, методов. Миниатюризация, расширение функциональных возможностей, создание новых классов устройств и т.д.
Во многом благодаря интегральной технологии оборот электронного рынка вырос с $29 млрд. в 1961, до почти $957 млрд. в 2000.
Д.Килби со "своим" калькулятором
Микросхемотехника продолжает развиваться. Ожидается появление новых удивительных разработок. Представьте миниатюрный сотовый телефон, на экранчике которого во время разговора вы видите улыбающееся лицо любимого человека. Вообразите, что вы переключили автомобиль на "автопилот" и составляете план мероприятий на следующий день. Придя домой вы хотите посмотреть интересный кинофильм и заказываете его с помощью Интернета. Через несколько секунд, удобно расположившись в кресле возле телевизора, вы погружаетесь в мир искусства. Это только некоторые примеры разработок, ведущихся в исследовательских лабораториях мира.
И везде, во всех без исключения отраслях электроники, незримо присутствует уродливый кристаллик германия, наклеенный на стеклянную пластинку.