Наука и техника: прошлое и настоящее

Из истории создания радио

Продолжение. См. № 5/2010

Работы А.С. Попова

25 апреля (7 мая) 1895 г. Попов сделал сообщение на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» [3, с. 277; 28]. В протоколе заседания отмечено: «Исходя из опытов Бранли <...> [и. – Ред.] пользуясь высокой чувствительностью металлических порошков к весьма слабым электрическим колебаниям, докладчик построил прибор, предназначенный для показывания быстрых колебаний в атмосферном электричестве. прибор состоит из стеклянной трубки, наполненной металлическим порошком и введённой в цепь чувствительного реле. Реле замыкает ток батареи, приводящей в действие электрический звонок, расположенный так, что молоточек его ударяет и по чашке звонка, и по стеклянной трубке. Когда прибор находится в поле электрических колебаний или соединён с проводником, находящимся в сфере их действия, то сопротивление порошка уменьшается, реле замыкает ток батареи и приводит в действие звонок; уже первые удары звонка по трубке восстанавливают прежнее большое сопротивление порошка и, следовательно, приводят прибор в прежнее, чувствительное к электрическим колебаниям состояние. Предварительные опыты, произведённые докладчиком с помощью небольшой телефонной линии в г. Кронштадте, показали, что воздух действительно иногда подвержен быстрым переменам его потенциала. Основные опыты изменения сопротивления порошков под влиянием электрических колебаний и описанный прибор были показаны докладчиком»¹. (См. табл. 3 ниже.)

В январе 1896 г. в статье «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний» была приведена схема прибора и описана его работа [3, с. 46, 278–281; 28]. По сравнению с докладом статья была дополнена описанием «другого применения прибора», а именно второго приёмника, снабжённого самописцем и «пригодного для регистрирования электрических пертурбаций, происходящих в атмосфере» [29] (позже этот прибор был назван грозоотметчиком). В статье А.С. Попов указывает, что публикация О. Лоджа побудила его начать непосредственные исследования. Однако он использовал иной тип когерера, а также придумал оригинальный способ автоматического декогерирования под воздействием приходящей радиоволны. Грозоотметчик принимал разряды на расстоянии в десятки километров. Эти приборы были надёжны: грозоотметчик работал в Лесном институте несколько лет. Гипотетическая идея телеграфирования без проводов обретала реальность.

Таким образом, А.С. Попов в 1895 г. первым: показал принципиальную возможность приёма сигналов на значительном расстоянии; создал приборы практического назначения с приёмом волн через заземлённую антенну (открытый колебательный контур) и с регистрацией сигнала и восстановлением чувствительности когерера с помощью энергии приходящей волны. (Как отмечал сам изобретатель в своей вышеупомянутой статье в январе 1896 г., «на одиночное колебание прибор отвечает коротким звонком; непрерывно действующие разряды спирали отзываются довольно частыми, через приблизительно равные промежутки следующими звонками». Таким образом, важно подчеркнуть, что первая система А.С. Попова, как и все последующие его системы, была пригодна для передачи и приёма на расстояние без проводов коротких (точек) и длинных (тире) сигналов, что позволяло их использовать для передачи и приёма сообщений кодом Морзе [3, с. 282]. – Ред.)

• Передатчик. В первичную обмотку катушки Румкорфа В₀ включался механический прерыватель I, приводимый в действие электрическим двигателем. В эту же цепь был включён ключ М – манипулятор оригинальной конструкции, который позволял замыкать цепь вручную: подпружиненная металлическая игла нажатием руки опускалась в чашку со ртутью. Поверх ртути наливалось парафиновое масло, что позволяло избежать искрения, а следовательно, и быстрого окисления контакта. При замыкании первичной цепи возбуждалась вторичная обмотка, и между полюсами разрядника возникал искровой пробой. затухающие высокочастотные колебания приводили к излучению цуга электромагнитных волн заземлённой антенной. Длина волны определялась длиной антенны.

• Приёмник. В цепь приёмной заземлённой антенны была введена катушка индуктивности с двумя щупами, которые позволяли настраивать приёмный контур на резонансную частоту. Высокочастотная цепь когерера состояла из катушки индуктивности, самого когерера и конденсатора – в виде двух лейденских банок. При прохождении высокочастотного сигнала когерер замыкал цепь реле, которое включало в цепь местной батареи электромагнит аппарата Морзе М и одновременно молоточковый встряхиватель. Якорь электромагнита аппарата Морзе замыкал реле R′, которое включало вторую местную батарею, запитывавшую электромагнит. Последний «отстопоривал» часовой механизм Морзе, что позволяло осуществлять автоматический приём телеграмм, о чём также возвещал звонок S, включённый в цепь реле R.

12/24 марта 1896 г. на заседании Русского физического общества Попов продемонстрировал приём телеграммы с помощью своего приёмника (антенной служил медный провод диаметром 1,5–2 мм, выпущенный через оконную раму наружу и подвешенный к крыше здания, от которой был изолирован фарфоровыми кольцами). По воспоминаниям участников заседания В.К. Лебединского, О.Д. Хвольсона и В.В. Скобельцына, слова «Генрих Герц» были переданы в немецкой транскрипции (Heinrich Hertz [3, с. 282]. – Ред.] и записаны аппаратом Морзе². Проф. Хвольсон писал: «Я на этом заседании присутствовал и ясно помню все детали. Станция отправления находилась в Химическом институте университета, приёмная станция – в аудитории старого физического кабинета. Расстояние – приблизительно 250 м. Передача происходила таким образом, что буквы передавались по алфавиту Морзе, и при этом знаки были явно слышны. У доски стоял председатель Физического общества проф. Ф.Ф. Петрушевский, имея в руках бумагу с ключом к алфавиту Морзе и кусок мела. После каждого передаваемого знака он смотрел на бумагу и затем записывал на доске соответствующую букву. Постепенно на доске получились слова «Heinrich Hertz» и притом латинскими буквами. Трудно описать восторг многочисленных присутствующих и овации А.С. Попову, когда эти два слова были написаны» [31]. Следует добавить, что за передающим аппаратом находился П.Н. Рыбкин. Заседание было публичным, но развёрнутого отчёта о них опубликовано не было³, т. к. работы были взяты под контроль военного ведомства [30].

Если 1895–1996 гг. можно с полным правом назвать годами рождения радиосвязи во всём мире: в России, Англии, Германии, Франции, то последующее пятилетие – годами практического освоения беспроволочной телеграфии.

Летом 1896 г. А.С. Попов провёл первые опыты на паровом катере «Рыбка» [32].

Летом 1896 г. на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде демонстрировался «Прибор для записи электрических колебаний в атмосфере» (грозоотметчик) А.С. Попова, за который ему был присуждён Диплом 2-го разряда.

В мае 1897 г. А.С. Попов проводит опыты по приёму-передаче радиосигналов на катере «Рыбка» в Кронштадтской гавани, дальность составила 640 м [32]. Летом он был вынужден уехать работать на электростанцию на Нижегородской ярмарке, оставив подробный план действий П.Н. Рыбкину. Среди поставленных задач были: «1. Увеличить расстояние, на которое можно посылать сигналы <…> 3. Определить степень постоянства чувствительности приборов <…> 4. Определить влияние атмосферных условий <…> 5. Испытать действие приборов в судовой обстановке <…>» [32]. Все опыты на Транзундском рейде в Выборгском заливе проводил П.Н. Рыбкин, находясь в переписке с А.С. Поповым. Передатчик был установлен на пристани острова Тейкар-Сари. Приёмная станция помещалась на паровом катере. Она состояла из подвешенного на мачте высотой 24 фута (≈ 7,3 м) приёмного провода длиной около 9 м, чувствительной трубки, введённой в цепь двух элементов, и вольтметра Карпантье. По отклонению стрелки вольтметра и обнаруживались сигналы, посылаемые отправительной станцией. Заземлением служил цинковый лист, опущенный в воду [32]. Позже приёмная станция была перенесена на крейсер «Африка». Опыты были закончены установкой телеграфного сообщения между учебным судном «Европа» и крейсером «Африка». Испытания при этих условиях установили наибольшую дальность около 3 км [32]. Проведённые работы позволили сделать важные выводы: «1. Грозовые тучи и даже облака, давая электрические разряды, служат источниками ЭМВ, которые могут вызвать действие приёмного прибора помимо отправления, и при частых разрядах во время грозы телеграфирование невозможно <...> 2. Влажность атмосферы оказывает неблагоприятное действие на изолировку вибратора и ослабляет разряд, но это влияние легко устранимо устройством закрытых приборов <...> 3. Очень было важно решить, влияет ли состояние атмосферы на распространение радиоволн, для этого делались опыты во время проливного дождя и очень мелкого дождя, – ослабляющего действия не было замечено. Тумана не было во время опытов <...>⁴ [32]).

В 1898 г. дальность уверенного приёма увеличилась до 5,5 км между судами и 11 км между береговой станцией и крейсером «Африка».

В 1899 г. была обнаружена возможность приёма сигналов беспроволочного телеграфа на слух – в наушники. Это упростило схему приёма и увеличило дальность связи. 11 июня были приняты сигналы на расстоянии 36 км между фортом Константин и селением Лебяжье.

Слева – крейсер «Генерал-адмирал Апраксин» на камнях у о. Гогланд, 1899–1900 гг.
Справа – памятная стела в честь установления 24 января 1900 г. первой линии радиосвязи между о. Гогланд и о. Кутсало
(URL: http://www.qrz.ru)

Событием стала авария броненосца «Генерал-адмирал Апраксин», севшего на мель у о. Гогланд в ноябре 1899 г. Для проведения спасательных работ была необходима надёжная и быстрая связь. Однако остров находился посреди Финского залива, и прокладка телеграфного провода в зимнее время не представлялась возможной. Именно эти сложные условия продемонстрировали достоинства радио. С начала февраля по апрель 1900 г. между Гогландом и Коткой действовала первая в мире линия радиосвязи, имевшая не экспериментальное, как у Маркони (он летом 1899 г. добился устойчивой передачи через Ла-Манш [8]), а практическое значение. Она сыграла важную роль не только в успешном завершении спасательных работ. 6 февраля (н. ст.) А.С. Попов передал радиограмму начальника главного морского штаба вице-адмирала Ф.К. Авелана командиру ледокола «Ермак», которую принял П.Н. Рыбкин. Запись аппаратного журнала Гогландской станции гласит: «24/I 9 ч у. Гогланд из С.-Петербурга командиру Ледокола Ермак Около Лавенсари оторвало льдину с пятьюдесятью рыбаками Окажите немедленно содействие спасению этих людей Сто восемьдесят шесть Авелан» [31]. Фотокопия этой страницы представлена в табл. 3. Ледокол «Ермак», находившийся в то время у о. Гогланд, вышел на поиски в море и снял рыбаков. Попов известил коменданта Кронштадта С.О. Макарова, тот в свою очередь оповестил министра финансов С.Ю.  Витте: «Изобретатель телеграфирования без проволок Попов телеграфировал мне с острова Кутсало, что им принята телеграмма без проволок следующего содержания: “Камень передний удалён. Ермак ушёл четыре часа утра за рыбаками, унесёнными на льдине от острова Лавенсари”». В тот же день С.О. Макаров поздравил А.С. Попова по телеграфу: «Котка. Попову. От имени кронштадтских моряков сердечно приветствую вас с блестящим успехом вашего изобретения. Открытие беспроволочного телеграфного сообщения от Кутсало до Гогланда на расстоянии 43 вёрст есть крупнейшая научная победа» [31]. Начался новый этап развития радио в России. Вице-адмирал И.М. Диков доносил в рапорте управляющему Морским министерством адмиралу П.П. Тыртову: «С установлением сообщения по беспроволочному телеграфу между Гогландом и Кутсало <...> можно считать опыты с этим способом сигнализации законченными, и Морской технический комитет полагает, что наступило время вводить беспроволочный телеграф на судах нашего флота <...>» [31].

В 1898 г. был налажен выпуск приборов А.С. Попова сначала фирмой Дюкрете в Париже, а затем Кронштадтской радиомастерской. Значительным достижением явилась разработка телефонного приёмника на основе детекторного эффекта когерера, позволившего увеличить дальность связи до 40 км. Впоследствии Попов получил на него патент в России, Англии и Франции. Уже в 1900 г. эти приборы нашли практическое применение, а с 1904 г. изготавливались Петербургским отделением фирмы «Сименс и Гальске» и немецкой фирмой «Телефункен» [33].

В конструкциях передатчиков и приёмников 1897–1901 гг. продолжают развиваться технические идеи, реализованные в первом приёмнике, появляется настройка на резонанс, усложняются антенны. Сбываются прогнозы А.С. Попова: «Могу выразить надежду, что мой прибор при дальнейшем усовершенствовании его может быть применён к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией». В 1899 г. Кронштадтская мастерская изготавливает индукционную катушку с длиной искры 80 см! Ещё большее увеличение излучаемой мощности дало повышение частоты прерывания тока, питающего индукционную катушку (увеличилось число разрядов в секунду), см. табл. 3.

А.С. Попов (1859 – 1905/1906)	Радиоприёмник, 1895 г. [33]	Разрядник, 1895 г. [33]	Радиоприёмник с аппаратом Морзе, 1896 г. [33]	Грозоотметчик, 1896 г. [33]
Медаль Всемирной парижской выставки, 1900 г.	Приёмная станция 1899 г., мастерская Колбасьева [33]	Телефонный радиоприёмник, 1902 г. [33]	Страница аппаратного журнала Гогландской станции [31]
Чертёж грозоотметчика, выполненный А.С. Поповым, 1898 г. [33]	Приёмник Попова–Дюкрете, 1901 г. [11] LCa – вход антенны; TCa – вход земли; RR – выход к телеграфному аппарату; Br – когерер Дюкрете; F – ключ цепи сотрясателя (молоточка); Fa – ключ цепи когерера; Р – батарея цепи когерера; P′ – батарея цепи замыкания; R – реле, замыкающее цепь сотрясателя и телеграфный аппарат; Re, Re′ – шунты для уничтожения индукционных токов при размыкании (экстратоков)
Приёмник, 1895 г. [27]	Приёмник, 1899 г.	Схемы приёма-передачи Вблизи о. Гогланд, 1900 г. (слева)               На Чёрном море, 1901 г. (справа)
Приёмник, 1897 г. [27]	А – антенна; Б – батарея; Бзв – батарея клопфера; В – прерыватель Венельта; З – земля; Зв – звонковое реле клопфера; И – индуктор; К – когерер; Л – лейденские банки переменной ёмкости; L – индуктивные сопротивления; М – аппарат Морзе; R – шунтирующие безындукционные сопротивления; Р – разрядник; С – конденсатор; Т – телеграфный ключ; Тр – трансформатор; Тл – телефон; У – резонатор Удена [30, 31]
Технические данные [9, 22] • Схемы 1895 и 1897 гг. различаются наличием в последних сопротивлений, может быть, индуктивных. • 1895 г. При длине антенны 2,5 м приём сигнала на расстоянии 60 м от вибратора Герца (с металлическими квадратными листами 40 см). При заземлённой антенне дальность приёма грозовых разрядов – до 30 км. • 1897 г. При высоте мачты 8 м максимальная дальность приёма сигнала 5 верст (3 мили). Описание приёмников 1895–1897 гг. • Когерер подвешен на лёгкой часовой пружине между точками M, N; 100 кОм (при приходе электромагнитной волны, 1 кОм); • АВ – платиновые контакты; • PQ – батарея 4–5 В; • Реле 250 Ом, ток срабатывания 5–10 мА.	Юбилейный рубль, 1983 г.	Радиостанция на о. Кутсало, 1900 г. [30]	Результаты опытов А.С. Попова по дальности радиоприёма, 1897–1903 гг.
Таблица 3. Приборы и станции приёма-передачи А.С. Попова 1895–1903 гг.

 

Литература (ссылки 1–26 см. в № 5/2010)

28. Протокол 151 (201) заседания Физического отделения Русского физико-химического общества 25 апреля 1895 г. // Изобретение радио А.С. Поповым. С. 53.
29. Попов А.С. Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний // Изобретение радио А.С. Поповым. С. 55–64.
30. Кьяндская-Попова Е.Г., Морозов И.Д. К вопросу о первой в мире радиограмме // Физика-ПС. 2001. № 12. (Издат. дом «1 сентября».)
31. Кудрявцев-Скайф С. А.С. Попов, изобретатель радио. Военмориздат, 1945. 259 с.
32. Головин Г.И. Изобретатель радио – А.С. Попов. Молотов: Молотовгиз, 1948. 312 с.
33. Урвалов В.А. А.С. Попов – изобретатель радио. // Физика-ПС. 2006. № 7. Электронная версия газ. «Физика». URL: http://fiz.1september.ru
34. Памятники науки и техники в музеях России / Ред. Г.Г. Григорян, В.А. Цирюльников. М: Государственный политехнич. музей. М.: Знание, 1992. 149 с.

Редакция также рекомендует ознакомиться (в том числе, начиная с 2005 г., на сайте газеты http://fiz.1september.ru) со статьями:

1. Морозов И.Д. А.С. Попов с Г. Маркони не встречался и подарков ему не дарил // Физика-ПС. 2003. № 16, 17. Что изобрёл А.С. Попов и на что получил патент Г. Маркони // Физика-ПС. 2002. № 16, 20.
2. Радиоэлектроника и связь. 1995. № 1 (9). (Юбилейный вып. «100-летию изобретения радио А.С. Поповым посвящается».)
3. Северинова В.П., Урвалов В.А. Первые лауреаты премии им. проф. А.С. Попова // Физика-ПС. 2008. № 8.
4. Урвалов В.А. А.С. Попов – изобретатель радио // Физика-ПС. 2006. № 8. Покорение эфира // Физика-ПС. 2001. № 17.
5. Федотов Е.А. Внедрение радиосвязи на Черноморском флоте и в Севастополе // Физика-ПС. 2007. № 7. Сравнивая схемы О. Лоджа, А.С. Попова, Г. Маркони // Физика-ПС. 2001. № 4.
6. Шмырёв А.А. Изобретение радио А.С. Поповым // Физика-ПС. 2008. № 7.

Продолжение следует

---

¹ Аппаратура для беспроволочной передачи электрических сигналов различной длительности (т. е. радиосвязи. – Ред.) состояла из передатчика (в составе катушки Румкорфа с ключом в цепи питания, искрового разрядника и вибратора в виде двух металлических листов 40 × 40 см) и приёмника с антенной (вертикальным проводом высотой 2,5 м), схема которого включала когерер и телеграфное реле, с помощью которого подключался электрический звонок, обеспечивающий звуковую индикацию принятых сигналов и восстановление чувствительности когерера механическим воздействием на него после каждого сигнала [3, с. 43, 44]. – Правка автора.

² Телеграфная лента сохранялась у В.К. Лебединского, но погибла при взятии немцами Риги в 1918 г. [31].

³ В протоколе была записана лишь одна фраза:

«А.С. Попов показывает приборы для лекционного демонстрирования опытов Герца». Поэтому приоритет А.С. Попова пришлось доказывать для всего остального мира постфактум; но именно к этой дате относит О.Д. Хвольсон рождение радиосвязи [13].

⁴ К аналогичным выводам пришёл и Маркони в результате опытов близ Ла-Манша и побережья США летом-осенью 1899 г. «Было надёжно установлена (возможность. – М.Б.) применения для передачи сигналов (аппаратами Маркони беспроводной телеграфии. – М.Б.) между кораблями эскадры в условиях дождя, тумана и темноты. Ветер, дождь, туман и другие погодные условия не влияют на передачу; однако влажность может уменьшить радиус действия, быстроту и точность передачи вследствие ухудшения изоляции воздушного провода и приборов. Темнота не влияет» [8]. При высоте антенны 45 м дальность приёма достигала 30–40 км.