Текст книги "Приключения радиолуча"
Автор книги: Валерий Родиков
сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 23 страниц)
Они идут почти параллельно: Попов в мае 1895 года демонстрирует первую передачу радиосигналов, Маркони – на родине своей матери в Великобритании не без протекции ее родственников летом 1896 года заинтересовывает идеей беспроволочного телеграфа Почтовое ведомство и Адмиралтейство, а после получения патента в 1897 году организовывает крупное акционерное общество «Маркони и К°» с основным капиталом 100 000 фунтов стерлингов (около одного миллиона золотых рублей). Размах, как видим, весьма солидный.
Попов не стал брать патент, не стал коммерсантом. С ним приключилось то же, что было до него со многими русскими первооткрывателями, например Яблочковым и Лодыгиным. Коммерческой эксплуатацией «Русского света», изобретенного Яблочковым, занимались английские, французские, американские фирмы. Лодыгин тоже оказался без достаточных средств, чтобы поставить «свое дело», и вынужден был продавать свой талант зарубежным фирмам, проведя за границей свои лучшие творческие годы. А вот у Эдисона средства были. Усовершенствовав лодыгинскую лампочку, он пустил ее по свету.
Так случилось и с радио. Российское изобретение и в русско-японскую войну, да и в первую мировую пришлось закупать за границей.
Эта печальная «традиция» жива до сих пор. Сколько еще случаев, когда отечественные изобретения, похороненные под бюрократическим спудом, возвращаются к нам в страну из-за рубежа за золото.
А в том, что приоритет в изобретении радио принадлежит Попову, сомнений нет. Это удостоверили и Бранли, и Лодж, которые были у порога открытия, но так и не сделали последнего, решающего шага. Сам же факт выдачи патента в Англии не означал признания за Маркони мирового приоритета. По английскому патентному законодательству экспертиза на новизну заявки производилась только внутри страны, и выдача патента Маркони свидетельствовала лишь о том, что до него в Англии подобной заявки никто не подавал. О признании лидерства Попова говорит и то, что в 1900 году на IV Всемирном электротехническом конгрессе в Париже, проводившемся в рамках Всемирной выставки, Попов за свои работы был удостоен золотой медали. И американцы вспомнили о его первенстве, когда Маркони во время первой мировой войны предъявил многомиллионные иски их промышленникам за использование его изобретения.
В 1897 году, в то время когда Маркони занимался организацией своей фирмы, Попов испытывал свои приборы на кораблях учебно-минного отряда Балтийского флота. Уже тогда его занимали и ныне актуальные заботы: как влияют многочисленные палубные надстройки и оснастка корабля на дальность связи. Эксперименты проводились на транспорте «Европа», где был передатчик, и крейсере «Африка», на котором находились 20-метровая антенна и приемник. Дальность связи между кораблями составила пять километров. Результат по тем временам совсем неплохой. Да вот только связь прекращалась, когда между кораблями проходил крейсер «Лейтенант Ильин», и восстанавливалась, когда корабли сходили с одной линии. Но нет худа без добра. Так был обнаружен радиолокационный эффект, но не привычный в нашем представлении, когда передатчик и приемник радара находятся в одном месте и имеют общую антенну, а относящийся к так называемым разнесенным радиолокаторам, когда передатчик и приемник находятся друг от друга на значительном расстоянии. Такие станции больше напоминают линии радиосвязи, Нежели обычный радар. Но и линии радиосвязи тоже, Называется, могут обнаруживать самолеты, о чем неоднократно сообщалось. Даже обыкновенный телевизор может обнаружить самолет при его пролете над телевизионной антенной. На экране телевизора появятся помехи в виде «лишних сигналов», вызванных переотражением от самолета радиоволн, передаваемых передатчиком телецентра. Если бы не было самолета, они бы не попали в приемник. Вот вам и простейший «разнесенный» радиолокатор.
Обычно приемная и передающая антенны «разнесенного» радара неподвижны. Такая радиолокационная система применяется, чтобы обнаружить цель, проходящую через охраняемую зону. Кстати, «разнесенным» радарам сложнее поставить умышленные помехи. В этом их достоинство.
Конечно, чувствительности приемника Попова было недостаточно, чтобы принять на «Африке» переотраженную от крейсера «Лейтенант Ильин» радиоволну. В данном случае проходящий корабль просто затенял антенну приемника. Тем не менее такой электромагнитный «обнаружитель» можно отнести к «разнесенным» радарам. Факт прерывания связи навел Александра Степановича на мысль о всепогодных радиомаяках. Он предполагал определять направление на такой маяк: «Пользуясь свойствами мачт, снастей и т. д. задерживать электромагнитную волну, так сказать, затенять ее». То есть уже тогда Попов думал о радионавигации, без которой сегодня немыслимы морские и воздушные странствия.
Американские инженеры Тейлор и Янг – пионеры радиолокации в США – столкнулись с данным явлением значительно позже, в 1922 году. Они проводили опыты по связи на декаметровых волнах (радиоволнах с длиной волны от 10 до 100 метров) через реку Потомак. Во время эксперимента по реке прошел корабль, и связь прекратилась. Тейлор и Янг отметили этот факт. Их еще раньше занимал вопрос – как защитить в темноте и тумане военные корабли от проникновения в их строй вражеских судов. Инженеры предложили установить на эсминцах радиопередатчики и приемники декаметрового диапазона. Если радиоконтакт между ними нарушится – значит, прошел какой-то корабль. Американцы считают, что Тейлор и Янг были первыми, кто задумался над применением радиоволн для обнаружения движущихся объектов. Но, как мы видим, они лишь переоткрыли уже известное явление.
Лето 1899 года принесло новое открытие. Сотрудники Попова Рыбкин и Троицкий с помощью телефонных трубок проверяли исправность монтажа аппаратуры радиосвязи между фортами «Милютин» и «Константин». Что-то не срабатывал молоточек, встряхивающий когерер, видимо, мощности приходящих сигналов недоставало. А когда они подсоединили телефонные трубки непосредственно к выводам когерера, то услышали в них четкие сигналы, передаваемые с форта «Константин». Рыбкин и Троицкий сразу же послали телеграмму Попову, который в то время был в Швейцарии: «Открыто новое свойство когерера».
Теперь не надо будет встряхивать когерер. Оказалось, что он обладает чудесным свойством детектора – выпрямлять высокочастотную волну, то есть выделять переносимую ею звуковую составляющую. Значит, можно на слух принимать точки и тире. Возвратившись, Попов усовершенствовал когерер. Приемник стал проще и чувствительнее. На него Александр Степанович получил русскую привилегию – на принципиально новый тип «телефонного приемника депеш, посылаемых с помощью какого-либо источника электромагнитных волн по системе Морзе». Наученный горьким опытом, он подобные же патенты получил во Франции и Англии.
А вскоре новое средство связи прошло суровое испытание на деле. Надо было спасать броненосец «Генерал-адмирал Апраксин», который осенью 1899 года сел на мель у острова Гогланд в результате навигационной ошибки. Попов и его помощники соорудили радиотелеграфную линию между островами Гогланд и Кутсало. И первое же переданное по линии сообщение предназначалось командиру знаменитого ледокола «Ермак» – приказ оказать содействие в спасении 50 рыбаков, унесенных в море на льдине. Так радио открыло счет спасенным благодаря ему человеческим жизням. Неоценимую услугу оказало оно и спасателям броненосца. Известный флотоводец Степан Осипович Макаров прислал Попову телеграмму следующего содержания: «От имени всех кронштадтских моряков сердечно приветствую Вас с блестящим успехом Вашего изобретения. Открытие беспроволочного телеграфного сообщения от Кутсала до Гогланда на расстоянии 43 верст есть крупнейшая научная победа».
После гогландской эпопеи последовало официальное признание нового вида связи Морским министерством и введение его на русском военно-морском флоте.
РАДИО ОБРЕТАЕТ ИМЯ
Маркони всеми силами стремился к монопольному лидерству в области беспроволочной передачи. В свою фирму он сумел привлечь талантливых инженеров и ученых. Их деяния работали на имя Маркони, принося ему известность, славу, деньги. Своим трудом они многое сделали для развития радиотехники и радиосвязи. Среди них были и уже известный нам Оливер Лодж и Джон Флеминг, изобретший впоследствии вакуумный диод.
Гульельмо Маркони думал: что же совершить такое, чтобы привлечь всеобщее внимание к продукции своей фирмы, а следовательно, и к себе самому. Конечно же, установить беспроводную связь между Старым и Новым Светом. В декабре 1901 года он предпринял попытку послать сигнал через Атлантический океан. В Англии в Корнуолле была сооружена огромная по тем временам антенна, состоящая из 50 вертикальных медных проводов, укрепленных вверху на горизонтальном поддерживающем проводе, растянутом между двумя мачтами высотой по 48 метров, расстояние между которыми составило около 60 метров. Провода антенны, расходящиеся веером, сходились внизу и соединялись с передатчиком мощностью 15 киловатт. Длина радиоволны была 366 метров.
В Америке, в Ньюфаундленде, находилось приемное устройство с типом когерера, предложенным швейцарцем М. Томассином. Он поместил между двумя электродами из угля или латуни каплю ртути. При приходе электромагнитной волны на концах электродов в тонком слое окиси ртути сопротивление резко падало. При отсутствии сигнала пленка окиси восстанавливалась, и сопротивление возрастало. Приемной антенной служила проволока, прикрепленная к воздушному змею.
12 декабря после нескольких недель атмосферных помех удалось передать букву S. Она была выбрана потому, что в азбуке Морзе ей соответствует простейшая комбинация из трех точек.
Сенсация состоялась. Дальность передачи составила 3500 километров. Но пока это был только символ, подающий надежды на будущее. Пройдут еще многие годы, прежде чем трансатлантическая связь станет реальностью.
Первые удачные шаги радио внушали надежду. В разных странах, как грибы после дождя, стали возникать компании беспроволочного телеграфа. Их акционерам, не забывшим о двадцатилетней давности телефонном буме, мерещилось быстрое обогащение.
В 1903 году в Германии по приказу кайзера была создана объединенная фирма «Телефункен», ставшая главным конкурентом Маркони.
В России пионером отечественной радиотехнической промышленности послужила Кронштадтская мастерская, организованная в 1900 году А. С. Поповым по заданию Морского комитета. Хотя ее производственные возможности были скромными (поначалу в ней работали лишь пять человек), она многое сделала для оснащения российского флота радиостанциями. В 1910 году мастерская была переведена в Петербург, а год спустя стала именоваться «Телеграфным депо Морского ведомства». В 1915 году депо было преобразовано в Радиотелеграфный завод Морского ведомства. К 1917 году на нем работали более 300 человек. Это было уже настоящее радиотехническое предприятие, выпускавшее радиостанции мощностью 10 и 25 киловатт и прочую радиоаппаратуру. Многие видные деятели советской радиотехники и радиопромышленности прошли школу депо. После революции завод стал именоваться Радиотелеграфным заводом имени Коминтерна.
Проникли в Россию и филиалы иностранных фирм. Под вывеской предприятия «Сименс и Гальске» действовала компания «Телефункен», а под вывеской «Русского общества беспроволочных телеграфов и телефонов» (РОБТиТ) – «Маркони и К°». При Советской власти после национализации завод «Сименс и Гальске» стал Радиотелеграфным заводом имени Козицкого, а на основе РОБТиТа был открыт электровакуумный завод и некоторые отделы Центральной радиолаборатории (ЦРЛ).
Уже с самого начала стало ясно, что в области беспроводной связи необходимо установить определенные Международные правила. К этому побуждали и агрессивные действия Маркони. Первая радиокомпания оказалась и первым нарушителем общепризнанных этических норм. «Маркони и К°», стремясь к мировому господству, не допускала обмена радиотелеграммами с радиостанциями, изготовленными другими фирмами. Таким образом Маркони пытался вынудить судовладельцев закупать станции только своей фирмы. Даже тогда, Когда запрашивались навигационные данные, запрет оставался в силе. Вот один из примеров, которыми пестрели газеты тех лет. Американское судно «Лебанон» встретив в море немецкое судно «Фатерланд», запросило его по радио, не встречало ли оно льдин, могущих угрожать безопасности плавания, и «Фатерланд», имевший оборудование фирмы «Маркони и К°», не ответил. В 1903 году в Берлине была созвана Международная конференция по беспроводному телеграфированию. Россию представляли три делегата. Среди них был и
A. С. Попов. Несмотря на противодействие сторонников Маркони, конференция все-таки пришла к следующему решению: «Береговые станции обязаны в отношении с судами, находящимися в море, принимать и передавать все телеграммы без различия системы беспроводного телеграфа. Для возможного облегчения судам сношения со станциями будут опубликованы все необходимые технические сведения. Преимущество в очереди передачи будет отдаваемо телеграммам о несчастиях на море и с требованием помощи с судов…»
На конференции был рекомендован термин «радиотелеграфия». С той поры стало употребляться и слово «радио» как обобщенное понятие, связанное с техникой беспроводной связи. Итак, радио обрело свое имя…
А его изобретатель прожил после этого события менее трех лет. Гении сгорают быстро. 13 января 1906 года (31 декабря 1905 года по старому стилю) в возрасте 46 лет Попов скончался. Диагноз врачей – кровоизлияние в мозг. В последние годы жизни он был профессором физики электротехнического института в Петербурге, а за несколько месяцев до смерти стал первым выборным его директором. Много сил отдал Александр Степанович подготовке инженеров, которым предстояло работать в области радиотехники.
Не бросал он и научной работы. В частности, думал о радиотелефоне. В 1903 году под его руководством была осуществлена радиотелефонная передача на расстояние двух километров. Живая человеческая речь впервые в мире была передана по радио.
За два дня до кончины Попов имел резкий разговор с министром внутренних дел П. Н. Дурново. Министр требовал допустить в институт агентов охранки. Она неспроста интересовалась этим учебным заведением. «В этом институте скрывался от царского самодержавия
B. И. Ульянов (Ленин) в 1905—1907 годах. Здесь же читал лекции по историческому материализму кружку студентов РСДРП» – такова надпись на небольшой мраморной доске, установленной у входа в электротехнический институт.
Попов категорически воспротивился требованию министра. Такого рода «встряски» у начальства были для него не редкостью в том мятежном 1905 году. Видимо, 0ни внесли свою лепту в скорую кончину ученого.
Маркони пережил Попова на 31 год. Приумножил свое богатство. Шумная известность, безудержная реклама, достижения фирмы, в названии которой красовалось его имя, сделали свое дело. В 1909 году, когда Попова уже не было в живых, он вместе с немецким физиком Карлом Фердинандом Брауном был удостоен Нобелевской премии за заслуги в развитии радиотехники. Правила Нобелевского фонда не позволяют присуждать премий посмертно.
Есть, видимо, какая-то историческая логика и в том, что владелец английской фирмы Маркони оказывал финансовую помощь партии итальянских фашистов и даже входил в ее руководящие органы.
Другой Нобелевский лауреат, Браун (1850—1918 гг.) – профессор Страсбургского университета, один из научных руководителей фирмы «Телефункен». В 1897 году он сконструировал катодную трубку с магнитным управлением – предшественницу современных кинескопов. Много экспериментировал с разными схемами приемников и передатчиков, придумал несколько типов антенны, а в 1906 году обнаружил одностороннюю проводимость некоторых кристаллов и создал в результате этого открытия кристаллический детектор. В общем, на заре радиотехники делал необходимую и полезную для нее работу.
То, что лауреатов было двое, говорит о том, что Маркони и его фирме не удалось стать единоличным лидером.
ОТ ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ ЛАМПОЧКИ ДО МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ
СЛУЧАЙНОЕ ОТКРЫТИЕ ЭДИСОНА
Где-то в середине 40-х годов на страницах газет, журналов, книг появилось слово «радиоэлектроника». Новый термин, можно сказать, формально утвердил уже давно существовавший союз радио с электроникой. Всем знакомое слово «электроника» имеет двоякий смысл. Это и наука об электронных процессах в вакууме, газах, жидких и твердых телах, плазме, и область техники, занимающаяся разработкой, производством и применением электронных приборов.
Электроника и радио почти ровесники. Правда, поначалу радио обходилось без помощи своей сверстницы, но позднее электронные приборы стали материальной основой радио, или, как говорят, его элементной базой.
Пожалуй, начало электроники можно отнести к 1883 году, когда знаменитый Томас Альва Эдисон, пытаясь продлить срок службы осветительной лампы с угольной нитью накаливания, ввел в баллон лампы, из которой откачан воздух, металлический электрод.
Скольким открытиям суждено было состояться благодаря такому, казалось, обыденному свойству человеческого ума, как наблюдательность. Конечно, в науке удачу приносит не просто наблюдательность, а наблюдтельность, вооруженная знанием. Именно она привела Эдисона к его единственному фундаментальному научному открытию, которое легло в основу всех электронных ламп и всей электроники дотранзисторного периода. Открытое им явление впоследствии получило название термоэлектронной эмиссии.
Внешне опыт Эдисона выглядел довольно просто. К выводу электрода и одному из выводов раскаленной электрическим током нити он подсоединил батарею и гальванометр.
Стрелка гальванометра отклонялась всякий раз, когда к электроду подсоединялся плюс батареи, а к нити – минус. Если полярность менялась, то ток в цепи прекращался.
Эдисон обнародовал этот эффект и получил патент на открытие. Правда, работу свою он, как говорится, до ума не довел и физическую картину явления не объяснил. В то время электрон еще не был открыт, а понятие «термоэлектронная эмиссия», естественно, могло появиться лишь после открытия электрона.
Теперь-то каждый школьник знает, в чем ее суть. В раскаленной металлической нити скорость движения и энергия электронов повышаются настолько, что они отрываются от поверхности нити и свободным потоком устремляются в окружающее ее пространство. Вырывающиеся из нити электроны можно уподобить ракетам, преодолевшим силу земного притяжения. Если к электроду будет подсоединен плюс батареи, то электрическое поле внутри баллона между нитью накаливания и электродом устремит к нему электроны. То есть внутри лампы потечет электрический ток.
То ли Эдисон не догадался, как использовать явление, то ли занят был более волновавшими его в то время финансовыми и другими проблемами – историки так и не пришли к единому мнению, – но в течение более чем 20 последующих лет ни автору открытия, ни кому другому и в голову не пришло использовать электронный поток для нужд практики. Первый шаг был сделан Джоном Флемингом в 1904 году. Он изобрел вакуумный диод – первую двухэлектродную электронную лампу, получившую практическое применение. Лампа представляла собой стеклянный баллон с впаянной внутри его, как и в осветительных лампах, нитью накаливания. Только в отличие от них она была окружена Металлическим цилиндром, провод от которого выводился через стекло наружу. Металлический цилиндр, к которому подсоединялся положительный полюс батареи, назвали анодом, а нить накала – катодом. Как мы видим, катод был заимствован у обычной осветительной лампы, так что в какой-то мере ее можно считать далекой прабабушкой современных радиоламп.
Но диод не мог усиливать возбуждаемых радиоволнами в антенне приемника высокочастотных электрических токов. Он мог их лишь выпрямлять: пропускать ток только в одном направлении, когда на аноде напряжение станет «положительнее», чем на катоде. Если мы представим себе высокочастотные колебания электрического тока в виде синусоиды, то диод пропустит только верхнюю ее часть и отсечет нижнюю.
Такое преобразование сигнала называется нелинейным. Вообще любая нелинейность так или иначе изменяет форму сигнала. А это не проходит бесследно для его частотного спектра: он «обогащается», в нем появляются новые частотные составляющие. Не всегда такое обогащение благо. Иногда новые частоты рассматривают как помехи, которые вызывают так называемые нелинейные искажения. Кстати, их наличие, а это сличается в некачественных усилителях низкой, звуковой частоты, чутко улавливает наше ухо. А в других случаях новые частотные составляющие и есть полезный эффект. В частности, благодаря нелинейным свойствам диода в спектре принятого сигнала появляются звуковые частоты, которые в телефонных наушниках превращаются в телеграфные точки и тире, речь, музыку… Диод в данном случае выполняет роль знакомого нам со школьных лет детектора.
За несколько лет, прошедших со дня открытия радио, оно многого достигло. Но его возможности, особенно в части приемных устройств, были практически исчерпаны. Специалистам стало ясно: без электронных усилителей электрических сигналов не обойтись. Почему именно электронных? Да потому, что ток в проводнике есть движение электронов, а в большинстве случаев лучше иметь дело с самим первоисточником.
Если первый шаг на пути к электронному усилителю, можно сказать, сделал Эдисон, второй – Флеминг, то решающий, третий шаг был за американским инженером Ли де Форестом. 25 октября 1906 года он подал заявку на выдачу патента. Предметом изобретения была трехэлектродная лампа, названная Форестом аудионом от латинского слова «аудире» (что значит в переводе на русский «слушать»). Такое звучное имя она получила потому, что стала главной деталью усилителя электрических сигналов звуковой частоты. Единой терминологии в то время не было. Наряду с аудионом, электронные лампы называли «вакуумными трубками», а в России – «катодными реле». Но потом для трехэлектродной лампы прижилось короткое слово «триод», которым мы и поныне пользуемся. Правда, вакуумные триоды теперь уже в подавляющем большинстве уступили свои места полупроводниковым.
Новую лампу называли в печати «чудесным маленьким гигантом» и даже «величайшим изобретением со времен огня, рычага и колеса».
Что же такое особенное сделал Ли де Форест, что привело к революции в области радио? Изобретатель всего лишь поместил в ламповый диод еще один электрод, названный им сеткой. (Недаром говорят: до гениального просто.) Изменяя напряжение на вновь введенном электроде, можно было изменять текущий через лампу ток, замыкать или прерывать его. Инженер заметил, что очень малые изменения напряжения на сетке приводят к заметным изменениям тока лампы, а это и есть эффект столь долгожданного электронного усилителя…
Правда, революция в радио совершилась не сразу. Первые аудионы Фореста имели настолько низкое усиление, что были не намного лучше диодов. Потребовались еще годы усилий многих ученых, чтобы из аудиона выпестовалась усилительная лампа, которую уже имело смысл широко применять на практике. С 1913—1916 годов и началась по-настоящему эпоха радио. Открытия следовали одно за другим. Ламповая радиотехника набирала силу.
Наиболее заметные перемены произошли в технике радиоприема. Что содержал приемник доламповой поры? Резонансный контур, кристаллический детектор да наушники. Даже вакуумный диод Флеминга мало что изменил. Лампа-детектор нуждалась в источнике питания для разогревания нити накала, а срок ее службы был существенно меньше долговечности кристаллических детекторов.
И триоды тоже прибавили забот: для их работы нужна была не только батарея для подогрева нити накала, но еще и анодная батарея. Помню, в 50-х годах на витринах магазинов лежали анодные батареи для батарейных радиоприемников напряжением вольт под сто. Обычная батарейка для карманного фонаря казалась на их фоне миниатюрной. Но все эти неудобства с лихвой компенсировались возможностью многократного усиления сигналов.
