Текст книги "Американские ученые и изобретатели"

Автор книги: Митчел Уилсон

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 17 страниц)

На заре беспроволочного телеграфа

Появление беспроволочного телеграфа связано с именем Гульельмо Маркони[35]35
  Автор следует распространенной на Западе традиции ошибочно приписывать изобретение радио Маркони, а не русскому ученому А. С. Попову, еще в 1895 году демонстрировавшему первый радиоприемник.


[Закрыть],которому в 1894 году исполнилось двадцать лет.

Прошло всего восемь лет после открытия Герцем радиоволн, но за это короткое время появилось множество других научных достижений. Бранли во Франции и Попов в России, изучая атмосферное электричество, независимо друг от друга обнаружили, что отдаленная искра оказывает воздействие на груду металлических опилок. Частички металла, соприкасающиеся между собой, обладали большим сопротивлением для постоянного электрического тока, но одна искра была способна мгновенно уменьшить сопротивление. Исследователи атмосферного электричества составили электрическую цепь из батареи, колбы с металлическими стружками и телефонной трубки.

Инженер-электрик Оливер Лодж в 1894 году первый догадался, что такая колба, которую он назвал «когерер», потому что опилки в ней мгновенно «когерировали», то есть сцеплялись, может служить лабораторным детектором волн Герца. Лодж стремился к более полному познанию электромагнетизма и по старой традиции истых ученых не подал заявления о патенте.

Маркони решил употребить когерер Лоджа для посылки сигналов с помощью волн Герца. Он внес механические усовершенствования в приспособление Лоджа и пошел на шаг дальше: один конец когерера присоединил к проволоке, натянутой высоко в воздухе, а другой заземлил.

При помощи этого «воздушного провода» в 1896 году он смог передавать сигналы по системе Морзе на расстояние почти в 2 мили.

В том же году Маркони отправился в Англию, на родину своей матери, везя рекомендательные письма влиятельным лицам. Впрочем, сам Маркони имел достаточно денег, чтобы ни от кого не зависеть. Несколько удачных демонстраций, которые он устроил в Англии, в том числе передача сигналов на расстояние в 8 миль, позволили ему заручиться широкой поддержкой, и была создана Британская компания беспроволочного телеграфа Маркони. Акционерам, не забывшим о шуме, связанном с появлением телефона всего 20 лет назад, казалось, что их ждет быстрое обогащение.

С самого начала Маркони стал привлекать для работы талантливейших инженеров-электриков и изобретателей того времени. К 1900 году только в Англии на Маркони работали 17 профессиональных инженеров. Его главными консультантами были Оливер Лодж и Амброз Флеминг<sup>[36]36
  Лодж Оливер Джозеф (1851–1940) – известный английский физик и популяризатор науки. Флеминг Джон Амброз – виднейший английский специалист в области радио.


[Закрыть]</sup>. В декабре 1901 года Маркони предпринял попытку послать сигнал из Англии на станцию, расположенную в Ньюфаундленде. Антенной служила проволока, прикрепленная к воздушному змею.

12 декабря, после нескольких недель атмосферных помех, удалось передать три точки, означавшие «О», но до появления трансатлантической связи должны были пройти еще многие годы. Маркони после этого занялся аппаратами для связи кораблей с сушей.

Контракт с фирмой Ллойда, подписанный в 1901 году на 14 лет, предусматривал строительство радиостанций вдоль всего побережья Англии. Британское адмиралтейство подписало с Маркони контракт на установку радиоаппаратуры на тридцати двух судах. Операторы на судах продолжали оставаться на службе у Маркони.

Среди важных изобретений, использованных в аппарате Маркони, были система настройки, созданная Оливером Лоджем, шкала настройки Маркони, антенна, диодный детектор Флеминга, в котором было применено открытие Эдисона, сделанное двадцать лет назад, и магнитный детектор Маркони, заменивший когерер.

В Германии два аппарата конкурировали с системой Маркони – профессора Фердинанда Брауна и Рудольфа Слэби с графом фон Арко, которые по приказу кайзера создали объединенную корпорацию «Телефункен». «Телефункен» построила станции на Лонг Айленде и предложила флоту Соединенных Штатов приобрести приемники. Маркони же соглашался строить свои станции только на арендных началах. И компания Маркони, и «Телефункен» серьезно занялись радиотелеграфной связью. Передача в эфире человеческого голоса – радиотелефония – на заре радио интересовала только американских исследователей.

Когда в 1899 году Ли де Форест получил работу, связанную с радио, он в своих исследованиях был далеко позади своего соотечественника Реджинальда Фессендена, внесшего уже три серьезных усовершенствования в беспроволочный телеграф.

Вместо когерера Фессенден создал «электролитический детектор», состоявший из тонкой платиновой проволочки, покоящейся на поверхности кислоты. Постоянный ток, проходивший по платиновой проволочке, создавал газовый пузырек, который прерывал течение электротока. Когда же переменный ток радиосигнала проходил по проволочке, пузырек лопался. Мгновенный поток электричества мог быть в этот момент услышан в телефонной трубке. В течение десятилетия детектор Фессендена служил образцом чувствительности, до тех пор, пока его не вытеснило великое изобретение де Фореста.

Вторым вкладом Фессендена был разработанный им план использования высокочастотных волн, не воспринимаемых человеческим ухом, но способных проходить огромные расстояния. Его «гетеродин» работал следующим образом: сигнал с частотой в 200 тысяч циклов слишком высок для человеческого уха, но когда в приемном устройстве этот сигнал смешивался с другим сигналом, имевшим частоту в 201 тысячу циклов и выработанным в самом аппарате, получали сигнал с частотой, равной разности частот двух исходных сигналов, т. е. слышимую ухом ноту с частотой в 1000 циклов. Фессенден намеревался «посадить» слышимые сигналы на высокочастотного «извозчика», который в приемнике «ссаживал» бы низкие частоты. Однако дуговой генератор Фессендена создавал так много посторонних шумов, что план его нельзя было осуществить до тех пор, пока изобретение де Фореста не сделало «гетеродин» вещью вполне реальной.

Третьим вкладом Фессендена было использование высокочастотного альтернатора, оставшегося в употреблении в течение пятнадцати лет. Необходимость в этих громоздких приборах отпала лишь после изобретения де Фореста.

Фессенден вышел из некогда принадлежавшей ему компании, которая перешла к Вестингаузу. А в начале 20-х годов вновь созданная Ар-Си-Эй[37]37
  Начальные буквы названия крупнейшей радиокомпании США «Рэйдио Корпорейшн оф Америка».


[Закрыть] поглотила компанию, передав ее бывшим хозяевам 450 тысяч своих привилегированных и такое же количество обычных акций, но Фессендена к тому времени уже не было в живых.

Де Форест появился на арене беспроволочного телеграфа в 1900 году. К тому времени фирмы Маркони, «Телефункен» и «Фессенден» занимали прочное положение, заручившись многочисленными патентами. В течение пяти лет, до 1906 года, де Форест получил тридцать четыре патента на изобретения, представлявшие интерес, но не являвшиеся фундаментальными.

В 1900 году де Форест получил место в лаборатории пионера беспроволочного телеграфа Джонсона. Но меньше чем через год де Форест ушел от него с целью основать собственное дело. Он занял тысячу долларов на постройку беспроволочного телеграфа, чтобы передавать сообщения с международных состязаний яхтсменов по заказу ассоциации «Паблишере пресс». Он собирался привлечь внимание публики к сконструированному им электролитическому приемнику, названному «респондером». Попытка окончилась провалом. Аппарат был так нежен, что чаще ломался, чем работал.

В 1902 году де Форест познакомился с биржевым дельцом Авраамом Уайтом. Уайт организовал Американскую компанию беспроволочного телеграфа де Фореста, получившую разрешение выпустить акции на сумму 3 миллиона долларов. Военное министерство передало де Форесту заказ на экспериментальные работы для корпуса связи. Получил он такой же заказ и от Военно-морского флота США, желавшего покончить с зависимостью от иностранных радиокомпаний. «Юнайтед Фрут компани» поручила ему строительство цепочки радиостанций между Коста-Рикой и Панамой.

Тем временем президент компании Уайт издавал пышные рекламные проспекты и построил девяносто станций в разных концах страны. Большинство из них никогда не работало. В 1907 году де Форест обнаружил, что его директора ограбили кассу, продав фонды подставной компании. Де Форест ушел в отставку, сохранив за собой лишь те патенты, которые ему еще не успело выдать патентное бюро, и организовал новую корпорацию под названием «Де Форест Радиотелефон компани» с капиталом в 2 миллиона долларов. Командование флота США тут же передало де Форесту заказ на двадцать семь радио-установок для флотилии, которая отправлялась в кругосветное плавание.

В 1910 году де Форест провел первую в истории музыкальную радиопередачу из театра «Метрополитен Хауз», где давалась опера с участием Карузо. Тогда же он начал ежедневные музыкальные передачи, которые слушало все возрастающее число радиолюбителей.

В 1911 году правительство предприняло крестовый поход против распространителей акций радиокомпаний, и де Форест, лишившись новых источников средств, обанкротился. Чтобы компенсировать потери, де Форест вернулся к работе над изобретением, запатентованным им еще в 1906 году. Именно об этом изобретении много лет спустя лауреат Нобелевской премии И. И. Раби писал, что «оно стоит в одном ряду с величайшими открытиями всех времен».

Аудион

С тех самых пор, когда де Форест начал работы в области беспроволочного телеграфа, он непрерывно искал способ улучшить прием радиоволн. Он непрестанно пытался усовершенствовать различные виды детекторов, бывших тогда в употреблении: когереры, электрические детекторы и т. п., поэтому он лучше других знал их ненадежность и недостатки.

Устройство, которое в конце концов создал де Форест, не родилось в единичной вспышке вдохновения, а было результатом последовательного поиска, продолжавшегося в течение ряда лет. Несмотря на глубокое образование, полученное в Йельском университете, де Форест не был знаком с эффектом Эдисона. В дни, предшествовавшие всеобщему признанию факта существования электронов, эффект Эдисона был почти никому не известен, за исключением его ближайших сотрудников.

Первый опыт де Фореста в этой области относится к сентябрьскому вечеру 1900 года, когда он изучал воздействие волн Герца на пламя обычной вельсбахской горелки. Де Форест знал, что газовое пламя проводит электричество. Хотя его опыт с вельсбахской горелкой дал неопределенный результат, де Форест тем не менее был убежден, что среди светящихся газов он рано или поздно найдет хороший детектор для волн Герца. Но так как у него не было денег для таких опытов, он занялся электролитическим респондером. Его он усовершенствовал до такой степени, что респондер успешно конкурировал с соответствующими устройствами других систем.

Среди треволнений, связанных с коммерческими взлетами и падениями в том самом Нью-Йорке, чье описание оставили нам О. Генри и Джеймс Гонекер, де Форест все же находил время вновь и вновь возвращаться к опытам с газами. В 1903 году он сам изготовил горелку Бунзена, пламя которой лизало два платиновых электрода; один из них был соединен с антенной, другой с телефонной трубкой, второй полюс которой был заземлен. На этом приборе де Форест принимал радиосигналы с судна, стоявшего в нью-йоркской бухте.

«Было совершенно очевидно, что для судовой радиостанции приспособление с газовым пламенем совершенно неприемлемо. Поэтому теперь я стал искать способ нагревать газ непосредственно электрическим током».

Он поставил опыт, применив лампу с угольной нитью накаливания, но не добился положительных результатов. В 1903 году была сконструирована лампа с угольной нитью и платиновой пластинкой, расположенной неподалеку от нее. Де Форест думал соединить пластинку с источником высокого напряжения. Радиоволны, по его замыслу, ионизировали бы газ в баллоне лампы, и внутреннее сопротивление лампы колебалось бы в соответствии с изменениями радиосигнала. Чтобы увеличить воздействие радиоволн на газ, де Форест обернул баллон лампы в кусок фольги. Третий электрод был соединен с антенной, и на него попадал радиосигнал.

«В этот момент я сообразил, что эффективность лампы может быть еще увеличена, если этот третий электрод поместить внутри… [лампы]…» Новая лампа была точь-в-точь такой же, как и предшествующая, но имела дополнительную платиновую пластинку вместо внешней оболочки из фольги.

Вот как де Форест представлял себе происходящее в лампе. Он предположил, что петелька угольной нити выпускала электроны. (Де Форест, кстати, был одним из первых ученых, уверовавших в электронную теорию материи.) Эти электроны бомбардировали газ в лампе и создавали заряженные электричеством атомы – ионы. Поток этих ионов устремлялся к платиновой пластинке, соединенной с батареей высокого напряжения. Радиоволны от антенны, переданные на второй платиновый электрод, влияли на ионный поток, заставляя его повторять сигнал.

Де Форест догадался, что этот управляющий электрод может стать еще эффективнее, если его поместить между нитью накаливания и собирающей электроны пластинкой.

«Очевидно, что этот третий электрод не должен быть сплошной пластиной. В соответствии с этим, я снабдил Мак-Кэндлесса небольшим куском платины, перфорированным множеством маленьких отверстий. Эта лампа работала во много раз лучше предшествующих, но, чтобы упростить конструкцию, я решил изготовить третий электрод в форме решетки из простого куска проволоки, изогнутого в различных направлениях, и поместить его как можно ближе к нити накаливания».

Это устройство, даже в самом сыром виде, превзошло все ранее известные детекторы. Нить накаливания питалась от шестивольтовой батареи, а в качестве высоковольтного источника тока применялась 22-вольтовая батарея. Эта трехэлектродная лампа – триод стала прототипом для миллиардов радиоламп, изготовленных с тех пор.

В 1907 году Ли де Форест взял патент на «аудион» – одно из важнейших изобретений двадцатого века.

Де Форест порвал с Уайтом еще до того, как получил патент, поэтому он был вправе оставить патент за собой и создать свою собственную новую компанию. Он проводил все опыты в глубокой тайне, по ночам. Триод де Форест постоянно держал в запертом деревянном ящичке, из которого были выпущены наружу лишь провода. Когда он убедился, что триод работает нормально, то передал наушники помощнику, который, услышав, как силен сигнал, пришел в изумление и воскликнул:

– О боже, доктор! Да вы послушайте эти сигналы! Что за чудо запрятано у вас в ящичке?

Де Форест назвал свое изобретение аудионом[38]38
  Аудион – приемная (детекторная) трехэлектродная катодная лампа. Термин применяется главным образом в американской и немецкой радиотехнической литературе.


[Закрыть]. Он стал продавать эти приборы в запечатанных ящичках Бюро снабжения флота в Вашингтоне. Но флотские радисты, стремясь увеличить и без того удивительную громкость, разогревали нить накаливания выше допустимой температуры, и аудионы перегорали. Шеф Бюро решил, что лампы никуда не годятся, и распорядился «не приобретать аудионы, а пользоваться старыми детекторами».

Аудион де Фореста по более поздним стандартам был слишком слабым и хрупким устройством, но в то время он казался вершиной того, чего можно было достигнуть в этой области. Аудион де Фореста, как и лампочка накаливания Эдисона, создание которой было бы невозможно без вакуумного насоса, целиком зависел от состояния аппаратов, создающих воздушное разрежение. На качестве аудиона, безусловно, сказалось то, что насос Гёде был изобретен лишь три года спустя, а диффузионный насос Лангмюра появился на целых десять лет позже. Следующему поколению, не знакомому с условиями, существовавшими во время первых шагов радио, первые «вакуумные» аудионы де Фореста показались бы наполненными газом.

Аудион, установленный на панели, был изобретен де Форестом, когда он только приступил к работе над проблемой радиотелефонной связи.

Де Форесту потребовалось несколько лет, чтобы досконально исследовать все возможности вакуумной лампы.

Когда в 1911 году его компания «Норт Америкэн Вайрлес» обанкротилась, де Форест переехал на тихоокеанское побережье и устроился инженером в компанию «Федерал телеграф» с жалованьем в 300 долларов в месяц. Как раз накануне банкротства де Форест неудачно женился. Так судьба нанесла ему сразу два удара. Теперь от места его недавних злоключений де Фореста отделял целый континент, и уязвленному в самое сердце человеку это казалось желанным исходом.

В Сан-Франциско де Форест занялся усовершенствованием аудиона, стремясь добиться максимального усиления сигнала. Работая, он обычно устанавливал громкоговоритель на подоконнике лаборатории и удалялся от нее до тех пор, пока не достигал границы слышимости. Когда он создал цепь, при которой слышимость увеличилась до «двух кварталов», то написал своему другу Джону Стоуну, жившему на Востоке, который сумел заинтересовать работами де Фореста компанию «А. Т. энд Т.».

Осенью 1913 года «Телефон компани» заплатила 50 тысяч долларов за право пользоваться аудионными усилителями для телефонной связи. Работая как «усилитель», то есть устройство, принимающее слабый сигнал и посылающее его дальше в многократно усиленном виде, аудион обещал вытеснить специальные цепи Майкла Пьюпина. Через год, в октябре 1914 года, «Вестерн Электрик» уплатила 90 тысяч долларов за право пользования аудионом для радиосвязи, а затем откупила у де Фореста все остальные права на аудион. Окончательная цена, уплаченная компанией «Вестерн Электрик», достигла четверти миллиона долларов.

Вездесущая вакуумная лампа

В годы первой мировой войны исследования в области радио во всех странах были засекречены. Аудион постоянно усовершенствовался, и ему находили все новые применения. Появилась и быстро развивалась совершенно новая отрасль промышленности.

Вскоре после окончания войны три большие электрические компании выкупили все акции фирмы «Америкэн Маркони», соединили имевшиеся у них патенты на радиоизобретения и создали новую компанию – Радиокорпорацию Америки («Ар-Си-Эй»), занявшуюся исключительно беспроволочным телефоном и телеграфом. Еще не высохли чернила на метриках новорожденного гиганта, как широкая публика наконец открыла факт существования радио, и все пошло ходуном.

Программы, передаваемые де Форестом для радиолюбителей до 1910 года, дублировались Фрэнком Конрадом из научно-исследовательских лабораторий компании Вестингауза. Конрад получил любительскую лицензию. И вот разразилась буря. Казалось, что в течение суток миллионов десять американцев, ринувшись в магазины, приобрели радиоприемники с галеновыми кристаллами, устаревшими еще за десять лет до этого. Инструкции радиолюбителям, собиравшим самодельные приемники, печатались раньше только в журнале «Мир радио», издававшемся Маркони. Теперь во всех газетах появились постоянные радиоразделы наряду со статьями о хороших манерах или советами жертвам неразделенной любви.

Еще через несколько месяцев публика обнаружила, что существует некая вещь под названием «радиолампа», которая может работать лучше кристалла. Фабриканты запрудили магазины серийными радиоприемниками, на передней крышке которых помещались три шкалы настройки, запатентованные Маркони еще в конце прошлого века. В улучшенной модели середины двадцатых годов осталась одна шкала настройки.

Когда начались развлекательные радиопередачи, Вестингауз понял, что принадлежащее ему право на производство любительских радиоприемников сулит золотые горы. Хотя Вестингауз был одним из основателей «Ар-Си-Эй», он не передал свой патент в общий котел. Теперь в целях самозащиты «Ар-Си-Эй» создала вспомогательную корпорацию – «Нэшнэл Бродкастинг Систем», которой вменялось в обязанность готовить только развлекательные передачи. Уже через десять лет эта вспомогательная компания стала приносить «Ар-Си-Эй» значительно больше доходов, чем эксплуатация беспроволочного телефона и телеграфа. Фессенден, Маркони и почти все остальные пионеры радио видели назначение радио только в передаче последних известий и другой информации. Публика сама открыла, что радио может также и развлекать ее.

Так вновь получил драматическое подтверждение закон, гласящий, что проходит 15–20 лет, прежде чем широкая публика соблаговолит признать то или иное изобретение.

Де Форест и сотрудник компании «Америкэн Маркони» Давид Сарнов утверждали, что всегда мечтали о таком приемнике, который сможет принести в дома американцев лучшую музыку всех времен. Однако ни один из них и не помышлял о рекламных радиоплакатах, густо вкрапленных в нескончаемые водевили. Герберт Гувер ясно видел все пагубные стороны коммерческого радио и предпринял против него мужественную, но безуспешную борьбу.

В 1920 году в разгар финансовых битв и слияний компаний де Форест отошел от радио. Гигантским компаниям он был уже не нужен, а чувство личной независимости было развито в нем слишком сильно, чтобы довольствоваться положением рядового инженера на месячном жалованье. Вторая женитьба кончилась несчастливо, и он снова был выбит из колеи. Стремясь найти применение своим силам, де Форест занялся созданием звукового кино, которое он называл «фонофильм».

В течение трех лет, с 1923 по 1926 год, он предлагал свою систему одной киностудии за другой, и повсюду ему отвечали, что публика не проявит интереса к звуковому фильму.

Вклад де Фореста в звуковое кино заключается в том, что он первый нашел практический метод фотографирования звуковой волны на одной пленке с изображением. Более ранняя система звукового кино, предложенная Эдисоном, заключалась в синхронном проигрывании записи на фонографе и демонстрации фильма.

В 1926 году братья Уорнер, очутившиеся на грани банкротства, решили попытать счастье и «поставить все» на звуковое кино. Они применили архаичный метод с фонографом, но публика тем не менее пришла в восторг от этой новинки. Началась кинолихорадка. Компании ожесточенно сражались за патенты на системы звукозаписи. В этой борьбе де Форесту противостояли слишком могущественные компании, и он не смог оказать им сопротивление. «Вестерн Электрик» и «Телефон Компани» успешно обвели его вокруг пальца и воспользовались его изобретением безвозмездно.

К 1930 году Ли де Форесту было уже далеко за пятьдесят. Человек этот все еще сохранял свою независимость как память о давно ушедших днях. Он работал в своей собственной маленькой лаборатории в Калифорнии над новыми изобретениями, до поры не попавшими в поле зрения гигантских компаний – компаний, в большой степени обязанных своим появлением на свет де Форесту и его триоду.

Де Форест женился снова, и на этот раз счастливо.

В течение следующих двадцати лет он не знал недостатка в патентах. Всего де Форест сделал в этот период более трехсот изобретений. Многие из них имели коммерческий успех, но ни одно даже не приблизилось по важности к чудесному триоду. Но нельзя винить Ли де Фореста в этом, ибо изобретения, равные по значению созданию триода, случаются от силы два или три раза в столетие.