Средства связи

Когда в 1887 г. своими экспериментами немецкий физик Г. Р. Герц (1857—1894) доказал  справедливость гипотезы Дж. К. Максвелла3 (1831 — 1879) о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью  света (называемых теперь радиоволнами), многие изобретатели в разных странах  занялись вопросом использования этих волн для беспроволочной передачи сигналов. Немалый вклад внесли в это  французский физик Э. Бранли (1844-—1940), а также английский ученый О. Дж. Лодж (1851 — 1940).

Первая в мире радиопередача  была осуществлена в России знаменитым изобретателем и ученым А. С. Поповым (1859—1906). Окончив Петербургский университет, Попов занялся теоретической  и практической электротехникой (в  частности, работал в петербургском товариществе «Электротехник»).

В 1883 г. он принял предложенную ему Морским министерством должность  преподавателя в Минной школе  и в Минном офицерском классе в  Кронштадте, получив таким образом возможность для систематической научной работы в кронштадтских лабораториях и кабинетах. Но вместе с тем А. С. Попов был ограничен минис-

1 Единственной возможностью  быстро передать весть, скажем  с судна, далеко отошедшего  от берега, была посылка почтового  голубя. В юмористическом тоне о такой посылке голубей писал Конан Дойл в рассказе «Квадратный ящичек» (Собр. соч.— Т. 6.— С. 279 и ел.). Такой способ связи случался в действительности и при более печальных обстоятельствах. Так, трагически погибшая экспедиция С. А. Андре, вылетевшая в Арктику со Шпицбергена в 1897 г., прислала последнюю весть о себе посредством почтового голубя.

- В известном немецком  издании «Промышленность и техника»  сообщалось: «Применение на практике открытия Герца подает самые блестящие надежды, в особенности для морских и военных целей» (1902.— Т. VII.— С. 625).

В 1888 г. ученый узнал об открытиях  Герца и немедленно приступил  к их воспроизведению. В 1889 г. в одной  из своих лекций, посвященных этому  вопросу, Попов впервые указал на возможность использования электромагнитных волн для передачи сигналов на расстояние без проводов.

Ознакомившись с работами Бранли и Лоджа, Попов продолжал совершенствовать детали передатчика и приемника, вводя такие важные новые элементы, как провод, присоединяемый к схеме, т. е. прообраз приемной антенны (1894). В это время с А. С. Поповым начал работать его друг и помощник П. Н. Рыбкин (1864—1948). 23 апреля (7 мая по новому стилю) 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества А. С. Попов демонстрировал свой аппарат, «явившийся родоначальником всех приемных приборов искровой «беспроволочной телеграфии». Статья ученого с описанием конструкции приемника была опубликована в журнале этого общества в январе 1896 г.

Обнаружив, что прибор реагирует  на грозовые разряды, Попов создал свой «грозоотметчик», практически использованный для приема сигналов о приближении  гроз в метеорологической обсерватории столичного Лесного института, на Нижегородской ярмарке и в других случаях.

В 1895—1896 гг. ученый совершенствовал  свое передающее устройство. 12(24) марта 1896 г. был организован прием первой в мире радиограммы в физическом кабинете Петербургского университета на Васильевском острове. Станция отправления  находилась на расстоянии 250 м, в Химическом институте. К приемному устройству был присоединен телеграфный  аппарат, передававший по алфавиту Морзе  одну букву за другой. Текст этой депеши гласил: «Генрих Герц».

Морское министерство не проявило особой щедрости к изобретателю. На устройство прибора, ознаменовавшего  начало новой эпохи в истории  техники связи, оно выделило всего  лишь 300 руб. Но потом, очевидно, придя  к выводу, что «беспроволочная  телеграфия может быть полезна в  военно-морском флоте», министерство запретило разглашение каких-либо технических подробностей нового изобретения. Даже в протоколе заседания 12 марта 1896 г. о демонстрации радиоприемника в действии говорилось в такой  завуалированной форме: «А. С. Попов  показывает приборы для лекционного  демонстрирования опытов Герца».

Сам изобретатель из-за своей  скромности и бескорыстия (академик А. Н. Крылов впоследствии назвал это  «идеализмом») не закрепил за собой  собственности на изобретение, не взяв никакого патента.

Между тем летом 1896 г. в  печати появились (без сообщения  каких-либо технических подробностей) сведения о том, что итальянец  Маркони открыл способ «беспроволочного телеграфирования». Г. Маркони (1874—1937) не имел специального образования, но обладал энергичной коммерческой и  технической предприимчивостью '. Тщательно  изучив все, что было опубликовано по вопросу о передаче излучений  без проводов, он сам сконструировал соответствующие приборы и отправился в Англию. Там он сумел заинтересовать руководство почтового ведомства  и других предпринимателей. 2 июня 1896 г. он получил английский патент на устройства для «беспроволочного телеграфирования»  и лишь после этого ознакомил  публику с конструкцией своего изобретения. Оказалось, что оно в основном воспроизводит аппаратуру Попова.

Русский изобретатель продолжал  совершенствовать свои радиоприборы и  находить им новые применения. Весной 1897 г. Попов стал проводить опыты  установления радиосвязи между кораблями  в Кронштадтской гавани. Ему удалось  установить связь вначале на расстоянии 640 м, а позднее — на 5 км. В ходе этих опытов он обнаружил явление  отражения радиоволн от корпуса  судна, пересекающего направление  связи. Эти наблюдения впоследствии (1902—1904) были развиты немецким инженером X. Хюльсмайером, назвавшим свой прибор «телемобилоскопом». Все это легло в основу будущей техники радиолокации (способ обнаружения объектов по отражению ими радиоволн).

В 1898—1899 гг. продолжались дальнейшие эксперименты на Балтийском и Черном морях. П. Н. Рыбкин обнаружил возможность  принимать радиосигналы не только на телеграфный аппарат, но и на слух.

«Беспроволочный телеграф»  был использован А. С. Поповым  для установления связи между  островами Гогланд и Кутсало (г. Кот-кой) в Финском заливе на расстоянии 45 км. В 1899 г. радиотелеграф был применен при оказании помощи потерпевшему аварию броненосцу «Генерал-адмирал Апраксин». Как уже отмечалось в главе 8, на борту ледокола «Ермак» был установлен аппарат А. С. Попова, который помог спасти унесенных на льдине в открытое море рыбаков.

Несмотря на очевидные  успехи Попов и его соратники не встречали необходимой поддержки в Морском министерстве. Лишь такие поборники новой техники, как вице-адмирал С. О. Макаров, оказывали ему содействие. Не принималось никаких мер и по налаживанию производства отечественной радиоаппаратуры. (Приборостроение в России вообще было слабо развито.)

Совершенно в иных условиях оказался Маркони. В Англии при поддержке  почтового ведомства Маркони  организовал частную фирму «Wireless Telegraph and Signal» («Компания беспроволочного телеграфа и сигналов»). Первая радиограмма была передана в июне 1898 г.

Общество Маркони, располагая большими денежными средствами, привлекло  к делу многочисленный отряд высококвалифицированных  сотрудников. Они занялись усовершенствованием, производством и применением  радиоаппаратуры. В  1899 г. Маркони  осуществил радиопередачу через  Ла-Манш, а в 1901 г. — через Атлантику. Попутно, отнюдь не отличаясь скромностью, Маркони всемерно старался доказать свой приоритет (хотя он начал успешные опыты в мае 1896 г., т. е. позже Попова).

Как видно из рассказа Г. Уэллса «Филмер» (1903), английская публика даже самые радиоволны называла не «лучами Герца», а «лучами Маркони» '.

Попытки Маркони запатентовать  свое изобретение в других странах, кроме Англии и Италии, не увенчались успехом, так как в большинстве  из них уже было известно открытие А. С. Попова.

Определяя роль А. С. Попова и  Г. Маркони в изобретении радио, академик А. Н. Крылов отмечал, что «...вопрос о приоритете в изобретении радио  совершенно бесспорен: радио, как техническое  устройство, изобретено Поповым, который  и сделал об этом изобретении первую научную публикацию...» .

Проблемой беспроволочной передачи сигналов много занимался американский ученый югославского происхождения  Н. Тесла (1856 —: 1943) 3. В 1890—1891 гг. он создал специальный высоковольтный высокочастотный резонансный трансформатор, сыгравший исключительную роль в дальнейшем развитии радиотехники.

В 1896 г. Тесла передал радиосигналы на расстояние 32 км на суда, двигавшиеся по Гудзону.

Электромагнитные волны  Тесла с успехом применил не только для передачи телеграмм, но и для  передачи сигналов управления различным  механизмам. Радиосигналы с пульта принимались антенной, установленной  на лодке, а затем передавались на механизмы управления, которые послушно выполняли все распоряжения Теслы. Специальные устройства, так называемые сервомоторы, превращали электрические сигналы в механическое движение. С 1900 г. Тесла стал работать над проектом радиоуправляемого летательного аппарата, снабженного реактивным двигателем. Таким образом, Тесла по справедливости может быть назван родоначальником радиотелемеханики. Следует отметить позицию милитаристских кругов США, которые вопреки желанию ученого попытались использовать его изобретения для создания радиоуправляемого оружия.

Первый период развития радиотехники (вплоть до конца первой мировой  войны) характеризуется применением  в основном искровой аппаратуры 4.

С 1901 г. радиопередатчиками стали  оборудоваться морские суда. Увеличилось  расстояние радиосвязи. В 1905 г. американский изобретатель Форест установил радиосвязь между железнодорожным составом в пути со станциями на дальность 50 км. В 1910 г. пароход «Теннесси» получил сообщение о прогнозе погоды из Калифорнии на расстоянии 7,5 тыс.км, а в 1911 г. была достигнута радиосвязь на 10 тыс.км.

В 1907 г. была установлена надежная радиосвязь между Европой и Америкой.

В конце 1910 г. английская подводная  лодка установила радиосвязь с крейсером через воздушную антенну.

В 1911 г. Бэкер в Англии изобрел портативный радиопередатчик весом около 7 кг и разместил его на самолете. Дальность радиосвязи составляла 1,5 км.

Зарождение электроники '. Огромное значение для развития радиотехники имело появление на рубеже XIX и XX вв. электронных ламп. В перспективе  это изобретение знаменовало  также возникновение новой отрасли  науки и техники — электроники. В 1883 г. Эдисон обнаружил, что стеклянная колба вакуумной лампочки накаливания  темнеет из-за распыления материала  нити. Впоследствии было установлено, что причиной этого «эффекта Эдисона» является испускание электронов раскаленной  нитью лампочки (явление термоэлектронной эмиссии). Вначале Эдисон не предвидел  возможности практического использования  этого явления и не подвергал  его детальному исследованию. Изобретатель ограничился публикацией в конце 1884 г. небольшой заметки «Явление в лампочке Эдисона».

Подлинное значение этого явления обнаружилось позже.

В 1904 г. английский ученый Дж. Э. Флеминг (1849—1945) изобрел вакуумный  диод (двухэлектродную лампу) и применил его в качестве детектора (преобразователя  частот электромагнитных колебаний) в радиотелеграфных приемниках. В 1906 г. американский конструктор Ли де Форест (1873—1961) создал- трехэлектродную вакуумную лампу — триод (аудион Фо-реста), которую можно было использовать не только в качестве детектора, но и усилителя слабых электрических колебаний.

Спустя 4 года инженеры Либен, Рейке и Штраус в Германии сконструировали триод с сеткой в виде перфорированного листа алюминия, помещенной в центре баллона.

В 1911 г. американский физик  Ч. Д. Кулидж изобрел оксидный катод, предложив применять в ламповой промышленности вольфрамовую проволоку, покрытую окисью тория.

Однако первые приборы  Фореста и других изобретателей имели слабый коэффициент усиления. Необходимы были дополнительные изыскания, чтобы превратить триод в настоящий усилитель.

Этим новым устройством  была регенеративная схема (1912) американского  радиотехника Э. X. Армстронга (1890—1954). Это был чувствительный приемник и первый немеханический генератор чистых непрерывных синусоидальных сигналов. Регенеративная схема Армстронга была быстро принята промышленностью. В 1915 г. между Нью-Йорком и Сан-Франциско была установлена трансконтинентальная телефонная связь с применением регенеративных ретрансляторов. В том же году с их помощью был успешно осуществлен эксперимент по передаче сигналов из США во Францию.

Способность триода усиливать  и генерировать электромагнитные колебания, открытая немецким радиотехником А. Мейснером (1883—1958) в 1913 г., позволила применить ламповые генераторы для получения мощных незатухающих электромагнитных колебаний и построить первый ламповый радиопередатчик. Передатчик Мейс-нера передавал как телефонные, так и телеграфные сигналы.

В разработке приемно-усилительных и генераторных ламп значительная роль принадлежит русскому физику Н. Д. Папалекси (1880—1947). В 1911 г. он заложил основы теории преобразовательных схем в электронике.

В 1915 г. американский физик  И. Лангмюр сконструировал двухэлектродную лампу — кенотрон, применяемую в качестве выпрямителя в источниках питания. В том же году И. Лангмюр и Г. Арнольд, повысив вакуум в триоде, значительно увеличили его коэффициент усиления.

С этого времени радиоэлектроника стала стремительно развиваться.

В 1914—1916 гг. Папалекси руководил разработкой первых образцов отечественных радиоламп. В 1916 г. при активном участии ученого-радиотехника М. А. Бонч-Бруевича (1888—1940) в России было налажено собственное производство электронных ламп.