Первые опыты радиосвязи на море
Показав публично возможность передачи и приема телеграфных сигналов на расстояние без проводов, А. С. Попов начал деятельно пропагандировать во флоте преимущества, обеспечиваемые радиосвязью. Он неоднократно выступал на офицерских собраниях в Кронштадте и Петербурге с докладами и лекциями о беспроволочной связи с помощью электромагнитных волн.
Когда наш флот ходил под парусами, русские моряки обессмертили себя в сражениях у Чесмы, Наварина и Синопа, — с гордостью говорил ученый. В наши дни, когда машины заменили силу ветра, русский флот должен быть вооружен по последнему слову техники. Александр Степанович решил добиться внедрения нового средства связи на кораблях русского флота. С этой целью он подал рапорт в Морской технический комитет, в котором предлагал в летнюю кампанию 1897 г. провести на судах Учебно-минного отряда Балтфлота опыты «в больших размерах, чем они производились до сего времени в кабинетах класса». Технический комитет это предложение одобрил, и А. С. Попову были даже отпущены небольшие средства — несколько сот рублей. Сам изобретатель не мог принять участия в организации и проведении опытов по беспроволочному телеграфированию на море. Попов должен был уехать в Нижний Новгород, где на протяжении девяти лет (с 1889 по 1898 г.) заведовал электростанцией, обслуживающей ярмарку. Проведение опытов по программе, разработанной им, А. С. Попов поручил П. Н. Рыбкину. Петр Николаевич отказался от летнего отдыха и взял на себя всю подготовку к летним испытаниям, задачу которых изобретатель определил следующим образом:
1. Увеличить расстояние, на которое можно посылать сигналы.
2. Найти комбинацию из заготовленных приборов, дающую наибольшие расстояния правильного действия сигнализации.
3. Определить степень постоянства чувствительности приборов…
4. Определить влияние атмосферных условий…
5. Испытать действие приборов в судовой обстановке…
6. Попробовать приспособить имеющиеся в распоряжении телеграфные приборы к установлению постоянной связи между судами…
7. Разработать вспомогательные приборы для телеграфирования.
8. Выработать приспособление для пользования током от судовых динамо-машин…»
Первые опыты по беспроволочному телеграфированию проводились в Выборгском заливе на Транзундском рейде. Сюда после окончания береговых занятий в Кронштадте уходил на летнее плавание Учебно-минный отряд. На кораблях этого отряда и разрешено было Попову и Рыбкину организовать опыты. «По плану Попова, — рассказывает Рыбкин,- я должен был установить на транспортном судне «Европа» отправительную станцию, а на крейсере «Африка», где находился штаб отряда, — приемную. Во время учебного рейса с транспорта «Европа» проводилась практическая стрельба. Минный офицер, ведущий эти занятия, должен был докладывать в штаб результаты каждой стрельбы. Он сообщал, какая мина благополучно всплыла после выстрела, какая потонула и за какой следует выслать шлюпки… Передавать семафором все эти известия было затруднительно. Поэтому связь решили организовать с помощью нового средства — беспроволочного телеграфа».
Перед оборудованием на кораблях станций беспроволочного телеграфа Рыбкин должен был приготовить для опытов несколько когереров и предварительно испытать их чувствительность. На берегу о. Тейкар-Саари, около так называемой Лазаретной пристани, Петр Николаевич установил в старом заброшенном домике передающую станцию с вибратором большой мощности. Приемная станция помещалась на специально выделенном для опытов паровом катере. Она состояла из подвешенного на мачте высотой 7 м голого медного провода диаметром 1 мм и длиной около 9 м, чувствительного когерера, введенного в цепь двух элементов, и вольтметра. По отклонению стрелки вольтметра и обнаруживались сигналы, посылаемые передающей станцией. В качестве заземления служил цинковый лист, опущенный за борт катера в воду.
Для успешного и быстрого проведения предварительных опытов Рыбкину необходимо было всякий раз знать расстояние между передающей и приемной станциями. С этой целью была установлена линия разноцветных вышек, и Петр Николаевич мог всегда точно отметить в рабочем журнале, что и на каком расстоянии происходило во время опытов. «Как ни просты были опыты с определением чувствительности когереров, — пишет Рыбкин, — но в то время они произвели на окружающих большое впечатление. Вся плавающая эскадра следила за ними, и вахтенный начальник часто посылал в кают-компанию сообщить, на сколько метров от берега сегодня удалось мне принимать сигналы. Дело доходило до того, что высшее командование флота предлагало морским офицерам, приезжавшим по делам в Петербург из других морей, непременно заехать в Учебно-минный отряд на Транзундский рейд и лично убедиться в возможности передавать сигналы с берега на корабль. И надо отдать справедливость — эта пропаганда имела большой успех…»
Испытание чувствительности когереров заняло две недели. Многочисленные опыты дали наибольшую дальность — около 3 верст. После этого приемная станция была перенесена с катера на крейсер «Африка», который оказался очень удобным для опытов с беспроволочным телеграфом. Его громадный грот и фок-мачты были без парусного такелажа. Паруса для обучения поднимались только на корме корабля на небольшой бизань-мачте. Это позволило значительно увеличить высоту антенны и добиться дальности передачи до 5 верст. Опыты были закончены установкой телеграфного сообщения между учебным судном «Европа» и крейсером «Африка».
О ходе всех опытов Петр Николаевич регулярно информировал Попова и получал от него в каждом случае исчерпывающие указания и советы. Так, в письме от 21 июня 1897 г. Попов писал Рыбкину из Нижнего Новгорода на крейсер «Африка»: «…При употреблении нашего прерывателя я боюсь немного за спираль; чтобы не остался как-нибудь замкнутым ток надолго, хорошо бы ввести предохранитель, который нагреванием известил бы об оплошности. Я думаю, если в цепи ставить возможно тонкие провода, то по запаху можно будет вовремя обратить внимание на спираль. Шары в вибраторе должны быть сплошные, из латуни… Что касается самого когерера, то пока не знаю, что сказать. Попробовать никелевые опилки не мешает. Что же касается пустоты, то вряд ли нужно с нею спешить…»
А почти через месяц в другом письме, от 11 июля 1897 г., Александр Степанович дает Рыбкину новые ценные указания: «…Интересуют меня также результаты опытов с нашим вибратором, но со шляпками большого диаметра. Чтобы из них извлечь полезное заключение, необходимо сравнить действие вибратора при одинаковой с малыми шляпками длине искры. Если обстановка ваших опытов позволяет пустить в дело большую спираль, например для опыта между «Африкой» и «Европой», то это было бы желательно…»
Летние опыты 1897 г., проведенные Петром Николаевичем под заочным руководством А. С. Попова, дали изобретателю богатейший материал для последующих исследований, которые он собирался проводить по возвращении в Кронштадт.
» …Очень обрадован я был Вашим последним письмом, — сообщал Александр Степанович своему помощнику 24 июля 1897 г. — Если бы ничего больше не было получено в нынешнем году, то для интереса зимних опытов достаточно… В дальнейшем важны только сравнительные результаты разных форм вибраторов и влияния резонатора…» Такая оценка изобретателем летних опытов явилась наградой и для Рыбкина. Ведь немало положил он трудов, ревностно выполняя все указания Попова. Не случайно в одном из своих писем Александр Степанович спрашивал: «Как Вы себя чувствуете, не слишком ли работаете, не следует ли Вам вспомнить о «законе сохранения энергии», т. е. отдохнуть…»
Тщательно изучив результаты летних опытов, изобретатель пришел к выводу, что:
1. Легко достигнутое увеличение расстояния — с десятков саженей до 2 тысяч — дает надежду на дальнейшее увеличение расстояний.
2. При достигнутых уже расстояниях можно употреблять сигнализацию на эскадрах.
3. Применение источника электромагнитных волн на маяках в добавление к световому или звуковому сигналам может сделать маяки видимыми в тумане и в бурную погоду: прибор, обнаруживающий электромагнитную волну звонком, может предупредить о близости маяка, а промежутки между звонками дадут возможность различать маяки…»
Кроме того, Попов, составляя подробный отчет об опытах, специально указал в нем, что «…все металлические предметы — мачты, трубы, снасти должны мешать действию приборов как на станции отправления, так и на станции получения, потому что, попадая на пути электромагнитной волны, они нарушают ее правильность, отчасти подобно тому, как действует на обыкновенную волну, распространяющуюся по поверхности воды, брекватер (волнолом — Г. Г.); отчасти вследствие интерференции волн, в них возбужденных, с волнами источника… Наблюдалось также влияние промежуточного судна; так, во время опытов между «Европой» и «Африкой» попадал крейсер «Лейтенант Ильин», и если это случалось при больших расстояниях, то взаимодействие приборов прекращалось, пока суда не сходили с одной прямой линии».
Вместе с тем проведенные Рыбкиным опыты обнаружили также ряд недостатков при практическом использовании приборов беспроволочного телеграфа в судовой обстановке. «Оказалось, — писал Петр Николаевич, — что металлические снасти поглощают значительную часть энергии, излучаемой отправительной станцией, и, таким образом, как бы закрывают приемный провод от электромагнитных волн. Кроме того, опыты 1897 года выдвинули на первый план вопрос о наивыгоднейшей форме вибратора для судовой отправительной станции». Все эти вопросы были успешно разрешены Поповым в следующем, 1898 г. Были сделаны новые вибраторы, разработаны несколько форм антенн для передающей станции, изменена схема приемника, которая стала гораздо чувствительнее и надежнее в работе.
Когерер был усовершенствован и выделен в особую цепь с питанием от отдельного гальванического элемента. Приемная станция была снабжена более чувствительными реле и телеграфным аппаратом, для питания которого в цепь станции включалась гальваническая батарея. Таким образом, к началу новых летних опытов 1898 г. были уже разрешены многие вопросы, имеющие важное практическое значение при организации предстоящих испытаний. Попов, как и в прошлое лето, вынужден был уехать в Нижний Новгород. Рыбкин остался в Кронштадте.
26 июня Петр Николаевич приехал на Транзундский рейд и приступил к оборудованию передающей станции на о. Тейкар-Саари. Приемные аппараты решено было установить на крейсере «Африка». Через две недели вся подготовительная работа была закончена, и начались первые опыты. Вот что записал о них Петр Николаевич в специальном журнале:
«13 июля. Первое испытание береговой отправительной станции… Сигналы принимались на крейсере «Африка» во все время хода. При крайнем расстоянии сигналы выходили не вполне отчетливо. Погода ясная.
14 июля. Второе испытание… Сигналы принимались отчетливо во все время хода. При проходе крейсера близко около берега замечалось ослабление действия. Погода ясная.
17 июля. Крейсер ушел с Транзундского рейда. Испытание на большее расстояние. Лес задерживает сигналы. Наибольшее расстояние 7-8 верст, на котором работал приемный аппарат».
С 18 июля опыты временно прекратились. Они возобновились только через 10 дней, когда на транспортном судне «Европа» была установлена дополнительная станция. Теперь уже можно было осуществлять и двустороннюю связь между кораблями.
Результаты опытов превзошли все ожидания Попова. Оказалось, что можно учесть роль металлических снастей, мачт и труб корабля при распространении электромагнитных волн. Найдена была и наилучшая форма антенны. Вместо одного вертикального провода стали впервые подвешивать горизонтальную двулучевую антенну. В конце лета Петр Николаевич осуществил постоянное телеграфное сообщение между крейсером «Африка» и транспортом «Европа». Беспроволочный телеграф действовал безотказно во всякую погоду, и командование Учебного отряда охотно им стало пользоваться.
Только с 21 августа по 3 сентября было передано 136 служебных телеграмм, не считая ежедневного обмена депешами исключительно для практики команды. Особенно большие услуги беспроволочный телеграф оказал команде крейсера «Африка» во время шторма 3 сентября, когда радио явилось единственным средством связи между кораблями. «Это было лучшей наградой, — писал Рыбкин, — за наши труды».
Для Попова же теперь настолько была ясна необходимость быстрейшего введения радиотелеграфа на флоте, что, докладывая Морскому техническому комитету о проведенных опытах, он уверенно заявил: «В настоящее время вопрос о телеграфировании между судами эскадры может считаться решенным. В ближайшем будущем желательно снабдить несколько судов Практической эскадры приборами и людьми, обученными телеграфному делу, чтобы сделать оценку полезности и применимости новых приборов в ежедневном обиходе и в различных случаях морской службы…» Изобретатель просил Технический комитет вынести специальное постановление об использовании новых приборов на кораблях нашего флота.
Открытие возможности приема радиосигналов на слух
После удачных опытов по радиосвязи на море беспроволочный телеграф постепенно стал получать на флоте свое признание. Морской технический комитет издал особый приказ, подчеркивающий большое значение работ Попова для флота. Александру Степановичу начальство предложило весной 1899 г. поехать за границу для передачи заказов на изготовление радиостанций его конструкции. Тем временем Рыбкин, по указанию Попова, должен был продолжать опыты по беспроволочному телеграфированию.
Для организации и проведения этих опытов морское министерство разрешило использовать миноносец № 115 и Кронштадтские форты «Константин» и «Милютин». Кроме того, была выделена специальная команда телеграфистов Кронштадтского крепостного военного телеграфа во главе с капитаном Д. С. Троицким, который сам весьма интересовался радиотелеграфным делом. Перед отъездом за границу Александр Степанович составил для Рыбкина программу опытов. Он поручил ему выяснить, какова зависимость между дальностью радиосвязи и высотой мачт, как работает сконструированное им новое электромагнитное реле и т. д. Большое значение придавал Попов подготовке радиотелеграфистов. Поэтому на занятия с матросами он) обратил особо серьезное внимание своего помощника.
Энергично принялся Петр Николаевич за выполнение ответственных поручений. На форте «Константин» установили передающую станцию. Медленно выстукивает телеграфист для настройки приборов слово «мина». А в другом месте — на «Милютине» — Рыбкин и Троицкий регулируют приемник. Последовательно на телеграфной ленте появляются точки и тире… Но что это? Из аппарата вдруг стала выходить чистая лента. Может быть, испортился приемник, нарушился где-либо контакт. Почему нет больше приема?
Взволнованный Рыбкин, приложив к уху телефонную трубку, начинает проверять отдельные цепи приемной схемы. Каково же было его удивление, когда неожиданно вместо ожидавшихся отрывистых потрескиваний в телефоне ясно слышались короткие и длинные сигналы — знаки телеграфной азбуки.
— Дмитрий Семенович, возьмите, послушайте. — Рыбкин передает телефон Троицкому. Внимательно вслушиваясь в передачу, капитан из точек и тире сложил слово «мина».
— Действительно, в чем дело? Почему это? — недоумевает и Троицкий.
Оба они решили немедленно отправиться на форт «Константин». А там все и выяснилось. Оказывается, во время работы передатчика неожиданно истощился аккумулятор и между шариками разрядника перестала появляться искра. «Ну, а связь-то нужно обеспечить подумал солдат из телеграфной команды и свел ближе друг к другу разрядники, чтобы работать на маленькой искре, а следовательно, с пониженной мощностью. Этой мощности не хватало, чтобы привести в действие телеграфный аппарат. Но ее было вполне достаточно для такого чувствительного прибора, каким является телефонная трубка. При этом трубка когерера и слабый контакт между зернышками металлического порошка играли роль детектора. Это подтвердили и дальнейшие исследования открытого явления.
Прием удавалось вести только при сравнительно слабых электромагнитных сигналах. Когда же прием сигналов пытались производить вблизи от передатчика, происходило такое сильное спекание металлического порошка, что прием становился невозможным, так как пропадало детектирующее действие. Несомненно, это был первый в мире детектор, в подлинном смысле слова. В предшествующих опытах когерер выполнял роль своеобразного реле, сопротивление которого уменьшалось под действием проходящих колебаний высокой частоты, а потому замыкалась цепь местной батареи, электромагнитного реле и телеграфного аппарата.
Возможность приема радиосигналов на слух Петр Николаевич Рыбкин обнаружил 9 июня 1899 г. Попов к этому времени уже заканчивал свою командировку. Рыбкин и Троицкий решили немедленно поделиться с Александром Степановичем своей радостью по поводу неожиданного открытия. Об этом они отправили ему специальную телеграмму, говорившую об открытии нового свойства приемной трубки, обеспечивающего замечательную чувствительность. Изобретатель сразу понял, что за скупыми словами телеграммы скрывается нечто очень важное и ускорил свое возвращение в Россию.
Попов лично проверил в физическом кабинете Минного класса результаты летних опытов Рыбкина и, используя возможность приема на слух, сконструировал первый в мире приемник с телефонными трубками. Приоритет А. С. Попова на этот приемник был признан не только в России, но также в Англии, Франции и других странах. Новому открытию изобретатель придавал очень большое значение, — Возможность приема сигналов на слух, — заявил Попов своему помощнику, — дает беспроволочному телеграфу колоссальные преимущества.
Действительно, опыты по радиосвязи пошли теперь гораздо успешнее. Значительно упростилась схема приемника, возросла его чувствительность. Попов мог осуществлять связь на значительно большие расстояния, чем раньше. «Скоро было отмечено, — пишет Петр Николаевич,- что дальность передачи на телефон превзошла все наши ожидания, и при последующих опытах с миноносцем она получилась на расстоянии около 25 миль». Радио выходило теперь на широкую дорогу практического применения.
С передатчиком на воздушном шаре
Впервые действие приемника с телефонными трубками Попову и Рыбкину удалось практически испытать на воздушном шаре. Произошло это при таких обстоятельствах. Полковник Кованько, известный в Петербурге человек, увлекался проблемой воздухоплавания. Вблизи от города, в специально отведенном парке, он проводил первые опыты в этом направлении. Кованько слышал о работах кронштадтского физика с беспроволочным телеграфом и внимательно следил за развитием этого средства связи.
От друзей-моряков ему однажды стало известно, что Попов добился новых, очень ценных результатов: он принимает сигналы с помощью телефона прямо на слух. — Но ведь беспроволочный телеграф нужен не одним морякам, — говорил полковник. — Разве нельзя использовать его во время полета? Не только корабль, ушедший далеко в море, может поддерживать с помощью беспроволочного телеграфа связь с берегом. Какое удобство будет для пилота и его спутников, находясь высоко в небе, иметь также надежную связь с землей. Тут уже никакая проволока помочь не сможет. Кованько был все же консервативным человеком. Он часто с недоверием относился к новшествам и изобретателям. Известно, как много лет спустя после описываемых событий, будучи начальником воздухоплавательной школы, он отклонил «за ненадобностью» парашют, впервые изобретенный в 1911 г. русским актером Г. Е. Котельниковым. Однако беспроволочный телеграф действительно заинтересовал Кованько и он, встретившись в Кронштадте с Поповым, предложил ученому испытать его изобретение на воздушном шаре.
В одно из воскресений Попов, Рыбкин и Троицкий приехали с аппаратурой на поле воздухоплавательного парка. Там все уже было готово, и Кованько со своими помощниками ждал их. Стояла тихая, безветренная погода. Огромный воздушный шар плавно качался на привязных канатах. Подняться на нем вызвался Рыбкин. Он установил в гондоле воздушного шара передатчик и аккумуляторы, прочно закрепив их на случай толчков. В качестве заземления был использован железный лист, уложенный на дне корзины. Рыбкин разместился в гондоле с одним из гвардейских офицеров, которому было поручено руководить полетом. Попов с Троицким остались на земле у радиоприемника. Кованько подал сигнал, и воздушный шар стал постепенно набирать высоту.
С гондолы Петр Николаевич любовался неподвижным морем цветущей зелени, крохотными домиками и еле заметными фигурками стоящих внизу людей. Он включил передатчик. Сверкнул голубоватый огонек искры, и Рыбкин стал выстукивать точками и тире впечатления от первого в своей жизни воздушного путешествия.
— Как слышите меня? — запросил он Попова.
С земли сигнализировали о хорошем приеме и просили продолжать радиопередачу. Рыбкин сообщал направление ветра, высоту подъема. Среди очень коротких радиограмм он передал одну с именем полковника.
» Кованько»… сложил на слух из точек и тире Александр Степанович. Это пионеры радио приветствовали энтузиастов зарождающейся русской авиации.
1) Это явление отражения электромагнитных волн от больших металлических объектов, впервые открытое А. С. Поповым в нашей стране, лежит в основе современной радиолокационной техники.