А.С. Попов – изобретатель радио
Акад. Б. А. Введенский, канд. техн. наук А. Д. Фортушенко
Изобретению радио, как средства беспроводной связи, русским учёным А. С. Поповым предшествовал длинный ряд открытий в области электричества и магнетизма, уже приведших, в частности, к изобретению и внедрению проводной электросвязи.
Здесь особенно уместно вспомнить слова великого мыслителя К. Маркса: «Всеобщим трудом является всякий научный труд, всякое открытие, всякое изобретение. Он обусловливается частью кооперацией современников, частью использованием труда предшественников». (К. Маркс, Ф. Энгельс «Сочинения», т. XIX, ч. I, стр. 109, 1939 г.).
После открытия в конце XVIII века законов взаимодействия электрических зарядов Кулоном и гальванизма – Гальвани и Вольта, после установления Эрстедом в 1820 г. связи между электрическими и магнитными явлениями, в 1837 г. появился электромагнитный телеграф американского исследователя Морзе. С 1843 г. телеграфирование по проводам начинает быстро развиваться. В период с 1857r.no 1865 г. проводились опыты по прокладке телеграфного кабеля через Атлантический океан и с 1865 года подводные кабели связали между собой материки земного шара. К началу XX века уже насчитывалось около 9 миллионов километров телеграфных проводов.
Англичанин Фарадей своими исследованиями электрических и магнитных полей в 1831 г. открыл закон электромагнитной индукции, фактически заложив начало учения о беспроводном распространении электромагнитного поля в форме электромагнитных волн.
Американский учёный Генри в 1840 г. показал, что электрический искровой разряд лейденской банки имеет колебательный характер, а английский физик Томсон в 1855 г. разработал колебательную теорию электрических разрядов.
Идей Фарадея, эксперименты его и других учёных, в творческой теоретической переработке английского учёного Максвелла предстали в форме стройной математической теории о волновом распространении электромагнитных процессов, к которым Максвелл гениально относил и световые волны. Это открытие Максвелл сделал в 1864 г., а его знаменитый «Трактат об электричестве и магнетизме» был опубликован в 1873 г. По Максвеллу металлический проводник, по которому течёт переменный ток, «излучает» в пространство- электромагнитные волны, несущие с собой электромагнитную энергию. Эти волны распространяются со скоростью света, подчиняясь основным законам света, т. е. поглощаются и отражаются металлами – телами непрозрачными для них и хорошо пропускаются непроводниками.
В 1886 – 1888 гг. Герц сознательно получил электромагнитные волны и обнаружил их, доказав экспериментально правильность теоретических выводов Максвелла.
В опытах Герца (рис. 1) источник переменного тока высокого напряжения (катушка Румкорфа), соединённый с шарами разрядника, вызывал колебательный искровой разряд. К искровому разряднику присоединялся вибратор из двух металлических прутков, размеры которых определяли период колебаний. Частота колебаний в опытах Герца была порядка 500 миллионов периодов в секунду (длина волны порядка 60 см). Столь высокие частоты для своих опытов Герц выбирал сознательно, стремясь возможно приблизиться к частотам световых колебаний. Это, кроме того, облегчало эксперимент, уменьшая размеры аппаратуры.
Для обнаружения электромагнитных волн, излучаемых вибратором, первоначально применялся простейший прибор «резонатор Герца», состоявший из одного витка проволоки с небольшим искровым промежутком, в котором при работе вибратора проскакивали искорки. Таким способом Герцу удавалось обнаруживать электромагнитные волны («электрические лучи») на расстоянии до 3 м от вибратора.
Наиболее слабым местом в схеме опытов Герца был весьма нечувствительный приёмник.
В 1890 г. французский учёный Бранли установил, что электрические разряды резко увеличивают проводимость рыхло насыпанных металлических порошков. Стеклянную трубочку, наполненную металлическими опилками с выведенными по концам контактами, Бранли назвал «радиокондуктором». Справедливость требует отметить, что ещё с 1866 г. то же наблюдение сделал Ворлей, но это прошло незамеченным.
Английский физик Лодж усовершенствовал «радиоконструктор» и к 1894 г. сконструировал так называемый «кохерер».
Так обстояло дело к моменту изобретения радиосвязи А. С. Поповым.
Александр Степанович Попов родился 4(16) марта 1859 г. в семье священника рабочего посёлка Туринский рудник, Пермской губернии, на Урале.
Своё образование Попов начал в Далматовской духовной школе, затем учился в Пермской духовной семинарии. Проявив исключительный интерес к физике и математике, он в 1877 г. уехал в Петербург, сдал вступительные: экзамены и был принят на физико-математический факультет университета.
В 1883 г. Попов блестяще окончил университет и начал работать преподавателем Минной школы в Кронштадте. В этой школе наряду с учебной работой проводилась большая исследовательская деятельность в области электротехники и магнетизма, и её физический кабинет был лучшим в России.
К тому времени, когда Генрих Герц опубликовал результаты своих экспериментальных исследований по проверке теории Максвелла, Александр Степанович был вполне квалифицированным преподавателем и научным работником.
Уже в начале 1889 г. А. С. Попов повторил опыты Герца и на одной из публичных лекций высказал предположение, что электромагнитные волны в дальнейшем можно будет применять для передачи сигналов на расстояние.
Продолжая исследования электромагнитных колебаний, Попов усовершенствовал кохерер Бранли, Лоджа и др. Для автоматического встряхивания кохерера после воздействия электромагнитных волн он применил молоточек электрического звонка. Электрический звонок приводился в действие с помощью электромагнитного реле, срабатывающего под влиянием приходящих сигналов. Вскоре Попов обнаружил, что дальность действия приёмной схемы значительно увеличивается в случае присоединения к кохереру специального провода. Так появилась первая антенна – существеннейшая часть радиостанции.
Работая с такой схемой, Попов и Рыбкин (Пётр Николаевич Рыбкин с 1894 г. стал ближайшим сотрудником Попова) обнаружили, что схема реагирует на грозовые разряды. Присоединив к своей схеме аппарат Морзе, Попов начал записывать на ленту атмосферные разряды. Таким образом, был создан первый радиоприёмник (рис. 2) из осторожности первоначально названный А. С. Поповым «грозоотметчиком».
Этот прибор Попов продемонстрировал на заседании физического отделения Русского физико-химического общества 7 мая 1895 года. Источником электромагнитных колебаний при демонстрации служил расположенный поблизости вибратор типа Герца. Демонстрацию Александр Степанович закончил словами: «…В заключение могу выразить надежду, что мой прибор при дальнейшем усовершенствовании его сможет быть применён к передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электрических колебаний».
Описание «грозоотметчика» Попова было помещено в январском номере журнала Физико-химического общества в 1896 г.
24 марта 1896 г. на заседании Русского физико-химического общества А. С. Попов совместно с П. Н. Рыбкиным продемонстрировал передачу по радио сигналов азбукой Морзе на расстоянии 250 м. Первая радиограмма, переданная Рыбкиным, состояла из слов «Генрихъ Герцъ».
Поскольку при, этой демонстрации была использована та же самая схема, которую в качестве «грозоотметчика» А. С. Попов демонстрировал ранее. Датой изобретения радио считается 7 мая 1895 года.
В мае 1897 г. Попов проводил опыты по радиосвязи на Кронштадтском рейде, сразу же достигнув дальности надёжной передачи – 640 м. Антенна делается при этом всё больше и, так как она органически входила в колебательный контур, соответственно растёт длина волны.
Летом того же года устанавливается связь между кораблями «Африка» и «Европа» на расстоянии до 5 км.
Такой исключительный успех реально поставил вопрос об оборудовании радиотелеграфными приборами военных кораблей. Ввиду отсутствия в России собственной электротехнической производственной базы, Морское ведомство приняло решение о заказе приборов Попова мастерской Дюкретэ, и в 1899 г. Попов был командирован с этой целью во Францию.
Летом 1899 г. Попов и Рыбкин открыли возможность приёма радиосигналов на слух посредством телефона,что в значительной мере повысило дальность радиосвязи при той же мощности передатчика. На такой способ радиоприёма Попов в 1900 г. получил патенты в Англии и Франции.
В августе – сентябре 1899 г. проводились опыты по связи между кораблями Черноморского флота, при этом дальность связи достигала 25 км, а скорость передачи 15 букв в минуту.
В ноябре 1899 г. броненосец «Генерал-адмирал Апраксин» на пути из Кронштадта в Либаву сел на камни у острова Гогланд. На помощь вышел ледокол «Ермак». Чтобы облегчить работы по спасению броненосца, Попову и Рыбкину предложили организовать радиосвязь между островом Гогланд и портом Котка (43 версты). Такая связь была установлена в феврале 1900 года. Вскоре около Лавенсари оторвало льдину с рыбаками и из Петербурга в Котку для командира «Ермака» прибыло телеграфное распоряжение оказать рыбакам помощь. Эту телеграмму из Котки Попов передал через радиостанцию на Гогланд, у которого находился ледокол «Ермак». Выполнив приказ, «Ермак» спас рыбаков.
Таким образом, открытие первой практической линии радиосвязи в России послужило с самого начала спасению человеческих жизней.
Командир Кронштадтского порта адмирал Макаров по этому поводу прислал А. С. Попову специальную телеграмму: «От имени всех кронштадтских моряков сердечно приветствую Вас с блестящим успехом Вашего изобретения. Открытие беспроволочного телеграфного сообщения от Кутсала до Гогланда на расстоянии 43 вёрст есть крупнейшая научная победа».
После этого случая был издан приказ Морского министерства «о введении беспроволочного телеграфа на боевых судах как основного средства связи».
Летом 1900 г. Попов снова уехал во Францию для продвижения заказов на радиостанции. Оттуда он докладывал Морскому техническому комитету: «… До сих пор господин Дюкретэ, исполняющий для нас, по моим указаниям, приборы телеграфирования, работал также и для французского флота, где его приборы испытывались лейтенантом Тиссо, внёсшим свои изменения и добавления. Так что наши приборы до сих пор были тождественны с приборами французского флота и на Парижской выставке фигурируют также приборы с надписью «Попов –Дюкретэ – Тиссо».
18 августа 1900 г. жюри Международной электротехнической выставки в Париже наградило А. С. Попова за его радиостанцию большой золотой медалью с дипломом.
К этому времени наряду с успешными работами А. С. Попова стали известны работы другого конструктора радиостанций – итальянца Маркони.
Начав работать по экспериментальному изучению «лучей Герца» и получив первые обнадёживающие результаты, Маркони в начале 1896 г. уехал в Лондон и обратился за содействием к руководителю английского Почтового ведомства Прису. В июле 1896 г. в английском журнале «Электришен» было помещено краткое сообщение о том, что Маркони 2 июня 1896 г. подал патентную заявку на способ передачи электрических импульсов и сигналов и аппарат для этого.
В марте 1897 г. Маркони достиг дальности связи 6 км, а летом того же года увеличил её до 10 км. При этом схемы приборов Маркони хранились в строгой тайне до июня 1897 г. После опубликования их в журнале «Электришен» выяснилось, что Маркони использовал в качестве передатчика вибратор Герца, улучшенный профессором Риги, и приёмную схему, тождественную со схемой Попова (рис. 3).
Этим неоспоримо подтверждается приоритет А С Попова, как изобретателя радиосвязи.
В 1897 г. Маркони всё же пытался получить патент в России Морской технический комитет запросил по этому поводу Попова, который в своём ответе указал: «Передача сигналов помощью электрических импульсов, возбуждённых при посредстве различных вибраторов и приёмников с чувствительными трубками или слабыми контактами, не представляет новости для Морского ведомства, где работы в этом направлении проводятся с 1895 года. Все источники электрических колебаний, перечисленные в спецификации Маркони, по существу известны и вошли в курсы специальных учебных заведений Морского ведомства…».
В Германии также отказали в патенте Маркони, ссылаясь на работы Попова. Вместе с тем, в Германии профессор Слаби с 1897 г. начал разрабатывать свои собственные конструкции радиостанций.
Не являясь изобретателем радиотелеграфной связи, Маркони сыграл, однако, весьма значительную роль в её дальнейшем развитии.
В марте 1899 г. Маркони осуществил радиосвязь между берегами Англии и Франции, достигнув дальности 45 км, а в декабре 1901 г. буква «S» была передана по радио через Атлантический океан на расстоянии около 3700 км. Для этих целей был использован передатчик со звучащей искрой мощностью около 10 кет и весьма сложная антенна.
Своих успехов Маркони достиг, прежде всего, благодаря тому, что сумел быстро привлечь к делу большие средства, так что уже в 1898 г. акционерный капитал, предоставленный в распоряжение Маркони, был доведён почти до 2 000 000 золотых рублей.
Между тем А. С. Попов в условиях отсталой промышленности дореволюционной России к 1902 г. смог лишь добиться организации в Кронштадте небольшой кустарной мастерской по изготовлению радиоаппаратуры.
Работая по усовершенствованию своего изобретения, Попов в 1900 г. вместо кохерера применил детектор с парой уголь-сталь, а в 1901 г. разработал сложные схемы приёмной и передающей радиостанции. В этом же году Александр Степанович был назначен профессором физики Электротехнического института в Петербурге.
8 августе 1903 г. А. С. Попов участвовал в работах первой международной радиотелеграфной конференции в Берлине, делегаты которой приветствовали Александра Степановича, как изобретателя радио.
9 октября 1905 г. А. С. Попов был избран директором Электротехнического института, а 11 января 1906 г. председателем физического отделения Русского физико-химического общества.
Умер А. С. Попов 13 января 1906 г. от кровоизлияния в мозг, всего 46 лет от роду.
Вскоре после смерти Попова поднялась было дискуссия о приоритете в изобретении радио. Русское физико-химическое общество в связи с этим в 1908 г. избрало комиссию в составе профессоров Егорова, Хвольсона и др. Комиссия запросила мнение ряда крупнейших иностранных учёных и рассмотрела все ранее сделанные высказывания по вопросу об изобретении радио.
В частности, изобретатель кохерера Бранли ещё в 1898 г. писал: «Хотя опыт, о котором я всегда говорил, как о важнейшем опыте, проведённом мной при изучении радиокондукторов, и является принципом беспроволочной телеграфии, однако, я не приписываю себе этого открытия, так как я никогда не предполагал передавать сигнала… Телеграфия без проводов в действительности является результатом опытов Попова…»
На основании тщательного изучения всех материалов комиссия окончательно установила приоритет А. С. Попова в деле изобретения радиосвязи.
«50 лет радио»
Научно-технический сборник под редакцией А.Д. Фортушенко
1945 г.