Наука и техника: прошлое и настоящее

Из истории создания радио

Продолжение. См. № 5, 6/2010

Работы Маркони

Основные этапы ранней деятельности Г. Маркони отражены в табл. 4. Как утверждают биографы, свои эксперименты он начал в поместье отца летом 1895 г. [2]. Более того, в [35] представлена раскрашенная фотография, иллюстрирующая эти ранние опыты, однако подлинность этого фото остаётся под вопросом. Более взвешенным представляется описание, данное Фессенденом: «Маркони 2 июля 1896¹ г. представил предварительное описание, дающее две формы приборов, – одну, похожую на прибор Лоджа 1894 г., с применением незаземлённых воздушных проводов и для отправления, и для приёма, другую – для применения “при передаче через посредство земли и воды”, по существу, тождественную с приборами Лоджа 1894 и Попова 1895 гг., с ударником и т. д. и заземлением одного только приёмного провода» [25].

«В мае 1896 г. Маркони уехал в Лондон, и здесь первые опыты над своей системой сигнализаций сделал в Westbourne Park. Вскоре он познакомился со знаменитым английским инж.-электриком Присом — консультантом почтового ведомства и по просьбе последнего произвёл несколько опытов между зданием лондонского почтамта и набережной Темзы; результаты опытов оказались чрезвычайно удачными. Маркони получил предложение повторить опыты на равнине Солсбери (в 83 милях от Лондона) в присутствии представителей почт и телеграфов, армии и флота», – писал в словаре Брокгауза и Ефрона проф. Н.Г. Егоров [36]. На равнине Солсбери эксперименты проводились в июле с использованием незаземлённых воздушных проводов и параболических рефлекторов, дальность приёма составляла около 2 миль (~3 км) [8]. В сентябре 1896 г. он демонстрирует в Англии свой прибор² (работу представляет В. Прис на ежегодном съезде Британской ассоциации содействия развитию науки [26]). «В дек. 1896 г. Прис прочёл в Лондоне, в Toynbee Hall, лекцию “о телеграфии без проволок”; все лекционные опыты и система Маркони были демонстрированы самим Маркони (вибратор был устроен по системе Риги, а приёмник в главных частях своих был тождествен с грозоотметчиком покойного проф. А.С. Попова [ум. 31 дек. 1905 г.], описанным “Журн. Рус. Физ.-Хим. Общества»”. – Н.Г. Егоров, там же. Летом 1897 г. была впервые опубликована схема приёмника [25].

А.С. Попов анализировал работы Маркони в нескольких докладах (см., например, [22]). Схема первого приёмника Маркони (см. таблицу 4) отличается от схемы Попова наличием второй батареи, молоточка и индуктивностей L и L₁, включённых для подавления, как тогда говорили, экстратоков, возникающих при размыкании реле (что позволяло увеличить дальность приёма вдвое). Помимо этого, Маркони, как писал А.С. Попов, «пользовался явлением резонанса», открытого и исследованного для электромагнитных волн Г. Герцем. Как и в опытах Герца (а форма антенн с очевидностью восходит к ним), частота колебаний регулировалась взаимным изменением положения пластин. Более чувствительным был и когерер, вакуумированный до 4 мм рт. ст. При малой мощности вибратора дальность приёма и чувствительность была больше, чем у Попова [22]. Главное отличие приёмников Маркони от приёмников Попова – в использовании явления резонанса при приёме и передаче радиосигналов.

Проводя дальнейший анализ схем, необходимо иметь в виду слова А.С. Попова, сказанные им в 1900 г.: «Вопросы о приоритете на новые изобретения в настоящее время часто весьма трудно разрешимы вследствие того, что многие лица занимаются одним и тем же предметом, и могут решаться только чисто формальным образом, по времени печатного опубликования работ. Имея одинаковые приборы для телеграфирования без проводников с прибором Маркони трудно и в дальнейшем разойтись с ним существенно» [9].

В 1899 г. Попов также использовал катушки индуктивности для предотвращения действия экстратоков на когерер. Очевидно, что использование для этих целей индуктивностей или параллельных шунтов не есть собственно идея Маркони или Попова.

Улучшая свои приборы, Попов и Маркони проделали множество более или менее значимых технических усовершенствований. Но было несколько принципиальных направлений исследований развития радио (независимо от того, кто их проводил: Попов в России, Маркони в Англии, Слаби и Браун в Германии, Дюкрете во Франции) – это создание генератора незатухающих колебаний и увеличение дальности приёма, а затем передачи речи и музыки.

Решение первой задачи – создание источника незатухающих колебаний – стало возможным отчасти после изобретения дугового (1902, В. Паульсен) и машинного (1906, Р. Фессенден) генераторов [37]. При этом сразу же возникли новые задачи, решение которых предвосхитило «ламповую» эру, – это амплитудная модуляция и детектирование, – тем не менее они нашли своё место в самых первых схемах «звуковой» радиосвязи. Однако заметное развитие техники незатухающих колебаний началось с изобретения электронных ламп. Но это уже было следующее десятилетие.

Задача увеличения дальности приёма решалась, в частности, путём замены открытых передающего и принимающего контуров колебательными контурами, индуктивно связанными с настроенными в резонанс антеннами. Эта идея была впервые реализована К.Ф. Брауном и использовалась в схемах и Маркони, и Попова. Впоследствии она стала неотъемлемой частью «настоящего» радио, способного передавать речь и музыку. В «доламповой» радиотелефонии применялись схемы амплитудной модуляции и детектирования, которые позже перешли и в ламповые приёмники. Уже в первых схемах использовалась разная способность ёмкостей и индуктивностей «пропускать» переменный высокочастотный сигнал (так электротехника превращалась в радиотехнику).

Параллельно техническому совершенствованию приборов шло и расширение сферы их применения. В феврале 1900 г. Попов показал возможность гуманитарного использования радиосвязи: вовремя принятая радиограмма позволила спасти рыбаков, дрейфовавших на оторвавшейся льдине. Дальность действия радиостанций Попова составляла в 1903 г. 70 миль (112 км).

Маркони же в конце 1901 г. продемонстрировал возможность передачи сигнала через Атлантический океан, а уже весной 1903 г. между Америкой и Европой в течение месяца работал беспроволочный телеграф для газеты «Times» [2]. В начале ХХ в. приборы Маркони стали выпускаться серийно. В 1902 г. Маркони, находясь на борту итальянского крейсера «Карло Альберто», показал возможность приёма читаемых сообщений на расстоянии 1551 миль, а приём-передачу контрольных букв – на расстоянии до 2099 миль. 12 июля итальянский корабль прибыл в Кронштадт. Комендант Кронштадта, флотоводец и учёный, вице-адмирал С.О. Макаров, посетивший крейсер с официальным визитом, писал: «Первые опыты Маркони велись с инструментами, чрезвычайно несовершенными. Несмотря на это, Маркони ушёл теперь далеко вперёд. Он образовал компанию, которая взяла дело в свои руки и предоставила ему широкий простор для усовершенствований, тогда как Попов мог заниматься делом в весьма скромной обстановке». В 1902 г. практически весь английский флот, по словам С.О. Макарова, был «снабжён беспроволочным телеграфом» [32]. «В истории прикладных наук всегда наступает момент, когда условием дальнейших успехов является возможность точного измерения рассматриваемых действий. Только благодаря этому мы начинаем быть в состоянии проверять наши теории и относиться критически к поспешным выводам о будущем какого-нибудь изобретения», – писал Флеминг [37]. «Весьма скромная обстановка», в которой работал А.С. Попов и его ученики, стала сначала тормозом к возможности дальнейшего совершенствования сначала в практике, а потом и в теории.

Передав сигнал через Атлантический океан, Маркони, по сути, поставил в повестку дня задачу: исследовать распространение радиоволн вокруг земного шара. В первых «трансатлантических» опытах он нашёл, что сигнал лучше принимается ночью, что можно передавать сообщения на значительные расстояния не только с помощью длинных волн (около 8 км [2]), которые дифрагируют вокруг Земли, но и волн длиной волны не более 300 м³ (заметим, что понятие радиосвязи на определённой длине волны возможно только при использовании явления резонанса). В течение последующих двадцати лет радиосвязь велась именно в этих диапазонах: 200–600 м на суше и 5–22 км – через океан [38]. В схемах Маркони 1900–1903 гг. предусмотрены приём и передача сигнала одной антенной, но на нескольких различающихся длинах волн. В 20–30-х гг. Г. Маркони делал много для развития связи на коротких и ультракоротких волнах (дециметрового и сантиметрового диапазонов). Преждевременная смерть А.С. Попова лишила Россию пионера в области радиотехники, но его работы инициировали развитие радиодела в России. он много работал в Нижнем Новгороде, руководя работой Нижегородской электростанции, и именно в Нижнем была создана крупнейшая радиолаборатория.

Г. Маркони (1874–1937) Нобелевская медаль 1909 г.	Приём-передача, 1896 г.	Схема приёма до 1898 г. [31]	Приём-передача 1898–1899 г. [2]	Приём-передача после 1900 г. [2]
		А – антенна; Б – батарея; Бзв – батарея клопфера; З – земля; Ззв – звонковое реле; И – индуктор; К – когерер; L – индуктивность; Lсв – катушка связи, М – аппарат Морзе; Т – телеграфный ключ, Р – разрядник, Рэ – реле; R – безындуктивное сопротивление; С – конденсатор; У – «трансформатор колебаний» Маркони [2, 32]
Передатчик 1895 г. [7]		Карта-схема опытов Маркони и Приса 1895–1896 гг. [8]	Пост телеграфа в Бельгии [11]
Ранний приёмо-передатчик [5]		Радиорубка корабля «Олимпик» 1912 г. [7]		Приём-передача 1896 г. [2]
Таблица 4. Работы Г. Маркони

Заключение

В школьном курсе приёмник Попова выглядит некоторым ретро-артефактом, однако он неразрывно связан с историей радио. приёмник Маркони тоже вполне законнорождённый ребенок, один из предшественников современного радио. Эра собственно «беспроводной телеграфии» была недолгой, однако, и это видно, в частности, из представленных схем и А.С. Попова, и Г. Маркони, именно в этот период рождались принципы и приёмы радиосвязи: применение антенн, использование индуктивно связанных открытых и закрытых колебательных контуров, настройка передающей и принимающей станций в резонанс; использование несущего высокочастотного сигнала, а также приёмов модуляции и детектирования для передачи голоса и музыки; усиление принимаемого сигнала за счёт энергии местного источника. Многие закономерности распространения радиоволн, например, дифракция длинных волн вокруг Земли, роль ионосферы и т. п., отражение волн от проводников (корпусов кораблей), – всё это изуча­лось учёными разных стран (и среди них Поповым и Маркони) в первые же годы развития радио.

Учёный-географ, философ и революционер, князь П.А. Кропоткин в своей книге «Взаимная помощь среди животных и людей как двигатель прогресса» писал: «…приписывать промышленный прогресс XIX в. войне каждого против всех – значит рассуждать подобно тому, кто, не зная истинных причин дождя, приписывает его жертве, принесённой глиняному идолу. Для промышленного прогресса… взаимная помощь и тесные сношения несомненно всегда были более выгодными, чем взаимная борьба» [39]. История создания радио – это прежде всего история взаимного проникновения и взаимного влияния идей. Открытия в области физики, хотя и совершаются конкретными людьми, носят интернациональный характер, а широкое внедрение и усовершенствование изобретения не может быть сделано без соответствующей организации.

 

 

Послесловие

Хочу особо оговорить выбор приведённой литературы. Преимущество было отдано, во-первых, сборнику документов и материалов, подготовленных к 50-летию изобретения радио, изданного Академией наук СССР, по той причине, что в этом сборнике a priori исключено искажение документов: они могли быть приведены не все, или, как письмо О. Лоджа, остаться без перевода, но тому, что приведено, можно всецело доверять. Во-вторых, изданиям, вышедшим в России при жизни А.С. Попова, и переводам работ классиков физики – Герца, Лоджа, Флеминга, – выполненных под редакцией ближайших соратников и коллег А.С. Попова: проф. В.К. Лебединского, проф. В.В. Скобельцына, почётного академика проф. О.Д. Хвольсона. В третьих, учебникам физики современников А.С. Попова – упомянутого О.Д. Хвольсона, А.А. Эйхенвальда,

Н.В. Кашина (последний был учеником и соратником Н.А. Умова). В-четвёртых, изданиям, вышедшим в России до эпохи борьбы с «космополитизмом». Однако включены и заслуживающие безусловного доверия современные публикации, с которыми значительно легче ознакомиться.

 

Литература (ссылки [1]–[34] см. в № 5, 6/2010)

35. Guglielmo Marconi Conducting an Early Experiment in Wireless Telegraphy in His Father’s Garden [сайт] URL: http://www.art.com.
36. Н.Г. Егоров. Маркони // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона, 1906. Т. 3/д. С. 143.
37. Флеминг Д.А. Новые шаги в развитии телеграфирования с помощью электрических волн // Электрические колебания и волны. Вып. I, 1910. С. 8–64.
38. Баженов В. Радиотехника // Энцикл. слов. Русского библиографич. ин-та «Гранат». 7-е изд. Т. 35.
39. Кропоткин П. Взаимная помощь среди животных и людей как двигатель прогресса. М., П: Голос труда, 1922. С. 289.

---

¹ Этот же год указан как год начала работы в Энцикл. слов. Брокгауз и Ефрон (Т. 3/д, С. 143. 1906 г.); Энциклопед. сл. Бр. Гранат (Изд-е 7, Т. 28, стб. 219; ) БСЭ I-издание (Т. 38, стб. 155, 1938 г.).

² Во многих опытах Маркони также употребляет простую катушку Румкорфа [2]. Так, при телеграфировании в 1899 г. из Дувра в Кале отмечается длина искры 15 см, однако идея резонанса, взятая на вооружение в самом начале, присутствует во всех его радиотехнических решениях.

³ В своей Нобелевской лекции Маркони приводит слова Рэлея: «Замечательный успех Маркони при передаче сигнала через Атлантический океан говорит о явном изгибании или дифракции вокруг Земли, нежели можно было ожидать, что придаёт огромный интерес теоретической проблеме» [2].