Изобретение радиотелеграфа
(Из воспоминаний П.Н. Рыбкина)
В 1831 г. Михаил Фарадей открыл электромагнитную индукцию между двумя совершенно отдельными электрическими цепями. Через 61 год – в 1892 г. – Эдуард Бранли открыл когерер – обнаруживатель слабых электромагнитных колебаний.
Спустя три года после открытия Бранли, преподаватель Минного класса в г. Кронштадте Александр Степанович Попов создал свою известную схему приемной радиостанции.
В апреле 1895 г. в заседании физического отделения Русского физико-химического общества А. С. Попов делает доклад «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям», и впервые знакомит ученый мир со своим изобретением, составившим новую эру в области прикладной электротехники.
Толчком к работе Попова явилась статья проф. Лоджа о новом способе обнаружения лучей Герца, напечатанная в «Electrician» в конце 1894 г.
Эта статья произвела сильное впечатление на А. С. Попова, и в первое свободное время (весной 1895 г.) он воспроизводит описанные проф. Лоджем опыты. Как известно, в этих опытах впервые было применено, открытое проф. Бранли свойство металлических опилок, менять сопротивление под влиянием электрической искры.
Точно скопированные трубки с металлическим порошком не отличались достаточным постоянством. Первые же опыты убедили А. С, что постоянство действия порошка зависит, главным образом, от правильности тех ударов, которые опилки должны получить после каждого электрического импульса. После настойчивых опытов удалось выяснить, что правильность ударов возможно получить только в том случае, если цепь сотрясателя будет выделена из цепи чувствительной трубки. Следовательно оказалось необходимым осложнить цепь, ввести реле.
Так была создана знаменитая схема, положившая начало работам по телеграфии без проводов.
При помощи своего прибора А. С. Попов обнаруживал атмосферное электричество. Тонкая медная проволока, поднятая при помощи игрушечного шара, была присоединена к прибору. Под влиянием ветра шар менял свою высоту и прибор ясно обнаруживал изменение потенциала на конце проволоки. Перед отъездом в Нижний-Новгород А. С. передал свой прибор в Лесной Институт, на метеорологическую станцию.
Результаты первых работ А. С. можно подытожить так: была создана схема, которая и была применена для обнаружения атмосферного электричества; чувствительная трубка, входящая в эту схему, заключала в себе железные опилки, насыпанные на платиновые электроды. Описание этого устройства в декабре 1895 г. А. С. Попов кончает своими знаменитыми словами: «В заключение я могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к передаче сигналов на расстоянии при помощи быстрых электрических колебаний, обладающих достаточною энергией».
В сезоне 1895 – 96 г. А. С. Попов усиленно изучает только что открытые рентгеновские лучи. Однако, среди усиленной работы А. С. находит время и конструирует прибор для воспроизведения опытов Герца, а весною 1896 г. демонстрирует эти опыты в заседании Русского физико-химического общества.
Этими опытами кончаются чисто лабораторные, подготовительные работы А. С, а в следующем году начинается практическое применение радиотелеграфа.
«В 1896 году, – пишет А. С. в одной из своих брошюр, – появилось первое известие об опытах Маркони в Англии. Сущность опытов держалась в строжайшей тайне и все сведения, которые могли получить в течение всей зимы и весны 1897 г. специальные журналы об этих опытах, ограничивались тем, что открыт новый способ для обнаружения и для возбуждения электромагнитных волн, и что можно послать с помощью их длинные и короткие сигналы на значительное расстояние». «По поводу газетных заметок об этом, – пишет дальше А. С., – я напечатал в октябре (1897 г.) статью в газете «Котлин», где указал на свой прибор, как решающий эту задачу и отмечающий приближение грозы за 20–30 верст».
Чтобы познакомить со своим изобретением морское общество, А. С. в марте 1897 г. прочел лекцию в Кронштадтском морском собрании «О возможности телеграфирования без проводов» и впервые демонстрировал передачу сигналов в пределах здания. Эта лекция и, в особенности, появившееся известие о новом успехе Маркони, установившем сообщение на расстоянии 12 км, убедило всех в необходимости продолжать опыты в более широких размерах. Было решено в этом году вести опыты на судах Минного отряда.
Подготовительные работы начались с выработки вибраторов Герца. Вибратор малой мощности состоял из двух шаров диаметра 30 см, соединенных между собою и разрезанных посредине стержнем. Опыты, произведенные в Кронштадтской гавани, дали для такого вибратора дальность 300 сажен при искре около одного сантиметра. В этих опытах чувствительная трубка заключала в себе железный порошок.
Дальнейший успех дала несколько измененная конструкция трубки. Мелкий стальной бисер, насыпанный вместо железного порошка, значительно поднял чувствительность приемной системы и то же расстояние в 300 саж. было легко получено при искре в 4 – 5 мм.
Теперь для увеличения дальности осталось еще одно средство – увеличить мощность вибратора.
Второй вибратор большой мощности имел вместо шаров особой формы диски, диаметром немного меньше одного метра. Искровой промежуток в новом вибраторе был устроен между двумя шляпками диаметром 10 см, причем искра, как и в первом вибраторе, происходила в масле. На этом подготовительные работы в этот период должны были остановиться, так как, к сожалению, обязанности в Нижнем-Новгороде (заведование электростанцией ярмарки) отвлекли А. С. от непосредственного участия в дальнейших работах, и их пришлось вести в его отсутствие.
Опыты в минном отряде 1897–98 гг.
Для первых опытов вибратор большой мощности был установлен в особой будке около, так называемой, Лазаретной пристани на острове Тейкар-Сари. Приемная станция устанавливалась на специально назначенном для опытов паровом катере. Эта станция состояла из приемного провода длиною около 4 саж., чувствительной трубки, введенной в цепь двух элементов и вольтметра Карпантье. По отклонению этого вольтметра и обнаружилась работа передатчика.
Многочисленные испытания при этих условиях установили наибольшую дальность около 3 верст. Для дальнейших опытов приемная станция была перенесена на крейсер «Африка», где высоту приемного провода можно было довести до 9-ти саженей, благодаря чему дальность действия станции поднялась до 5 верст.
Опыты этого лета были закончены установкою телеграфного сообщения между учебным судном «Европа» и крейсером «Африка».
Реле, приготовленное собственными средствами из чувствительного вольтметра, дало возможность принимать сигналы при помощи телеграфного аппарата. Передающая станция была перенесена на учебное судно «Европа», где на одном из мостиков на юте был установлен вибратор большой мощности (искра около 11 мм). Этот вибратор дал возможность передавать телеграммы на расстояние в 3 мили.
К началу летних испытаний в 1898 г. стало ясным, что передающая станция должна иметь отправительный провод или отправительную сеть. В конструкцию приемных станций были введены реле и телеграфные аппараты системы Сименса, а чувствительная трубка по-прежнему заключала в себе мелкий стальной бисер. На береговой станции для опытов на двух мачтах была поднята сеть в виде большого четырехуголыника, которая во время передачи присоединялась к вышеописанному вибратору большой мощности. На учебном судне «Европа» и на крейсере «Африка» сети представляли собой две громадные петли, идущие через ноки рей и соединенные вместе проволокою через клотики мачт. Такая форма сети считалась необходимою, чтобы избежать загораживающего действия металлических частей судна.
Наибольшая искра, какую можно было получить при вышеописанных сетках в воздухе, была от 10 до 13 мм. Для испытания наилучшей формы вибратора были приготовлены, кроме вышеописанных, вибраторы из сплошных шаров разного диаметра и из сплошных цилиндров разной длины. Опыты обнаружили, что все эти вибраторы, присоединенные к сети, давали один и тот же результат. Таким образом, стало ясным, что сама сеть является вибратором и что для получения разряда достаточно воспользоваться двумя небольшими шариками искрометра.
Наибольшие расстояния, достигнутые в этот период, были: 3 мили между судами и 6 миль между береговой станцией и крейсером «Африка».
Опыты на Кронштадтском рейде в 1899 г.
Третий год работы по телеграфии без проводов был особенно плодотворен.
Еще зимою 1898 г. было решено продолжать летние опыты, а как самые удобные пункты для них были намечены форты Кронштадтской крепости. Ближайшей зимою были устроены станции на форте «Константин» и на Мороком телеграфе на расстоянии 3 верст, и между ними было начато испытание приемной станции, в то время вырабатываемой мастерскою Колбасьева. Весною А. С. был командирован за границу, а подготовительные опыты были поручены мне и начальнику крепостного телеграфа Кронштадта Д. С. Троицкому.
В самом начале этих опытов была обнаружена возможность принимать сигналы на телефон вместо пишущего приема на ленту. Это открытие имело большое значение для дальнейших работ.
В это время на форте «Милютин» стоял наш приемник, а на форте «Константин» передатчик-вибратор.
28 мая 1899 г. наш приемник не отзывался на сигналы, не обнаруживал их. Потом мы выяснили, что причиной этого было недостаточное количество энергии, получаемой от приемного провода чувствительной трубкой приемного устройства.
Но в первый момент мы решили, что приемник неисправен; для того, чтобы проверить его, включили вместо реле телефонную трубку и… совершенно отчетливо услышали все посылаемые с форта «Милютин» сигналы.
Чувствительность нового способа приема вскоре еще раз была подтверждена на опыте. 11 июня были получены первые сигналы на расстоянии 25 верст между фортом «Константин» и селением Лебяжье. В этом опыте приемный провод был поднят при помощи воздушного змея.
14 июня вернулся из-за границы А. С. Попов, и испытания начались в большом масштабе. К этому времени уже был готов специально назначенный для опытов миноносец под командою б. лейтенанта Колбасьева. Главной береговой станцией попрежнему был форт «Константин».
Работы начались с испытания приемной станции типа 1899 г., тогда вырабатываемой мастерскою Колбасьева. Эта станция имела реле с подвижною обмоткою и чувствительную трубку образца 1898 г. Такая комбинация не оказалась особенно удачною и дала небольшую дальность—около 3-х верст. Более удачно было испытание отправительной станции, действующей от прерывателя Венельта.
Отправительный провод этой станции, поднятый при помощи змея, легко дал значительную для того времени дальность в 35 верст. При этом опыте обнаружилась одна из особенностей телефонного приемника. Оказалось, что в телефоне ясно слышно, с какою частотою работает прерыватель отправительной станции, что дает возможность узнать, которая из станций телеграфирует.
Эти опыты были прерваны довольно важным событием. 12 августа этого года пришли первые три станции, изготовленные французской фирмою Дюкрете; и 14 августа было получено предписание испытать эти станции на судах Черноморского флота.
Главными особенностями первого типа приемной станции Дюкрете были чувствительная трубка и реле. Когерер французского типа обладал для того времени очень большой чувствительностью. Он состоял из двух никелевых электродов, между которыми насыпались никелевые, предварительно окисленные, опилки.
Конструкция когерера позволяла пользоваться очень незначительным количеством опилок, что имело большое значение для увеличения чувствительности прибора. Эти приемные станции обыкновенно устанавливались на более свободной части судна – на юте, при чем на одну из ближайших мачт поднимался ординарный проводник. Первые опыты радиосвязи на Черном море происходили с 19 августа по 11 сентября 1899 г. на броненосцах «Георгий Победоносец». «Три святителя» и «12 апостолов». В этих опытах участвовали Колбасьев, Щиголев и Шрейбер.
Гогландская установка
Опытами в Черном море не закончились работы по телеграфии без проводов в 1899 г. В декабре неожиданно потребовалось на практике применить все наши знания, накопленные 3-летней работой.
Потерпевший аварию и затертый льдами броненосец «Адмирал Апраксин» был отрезан от обоих берегов Финского залива.
Единственным средством для восстановления сообщения оставался беспроволочный телеграф.
Наша экспедиция разделялась на две части.
Александр Степанович и б. лейтенант Реммерт взяли на себя работы со стороны Финляндского берега, а Залевский и я – со стороны Гогланда.
Со стороны Котки установка была готова 20 января. Гогландская партия была доставлена к месту своего назначения 14 января, а к 24-му на одном из утесов острова была поднята мачта в 165 футов высотою, и был устроен специальный домик для станции.
25 января при помощи телефонного приемника станции начали обмениваться телеграммами, легко перекрывая расстояние в 41 версту через покрытую снегом поверхность. За всю свою деятельность станции отправили 440 официальных телеграмм, из которых некоторые имели до 108 слов. Эта передача продолжалась до апреля, когда броненосец был снят с камней.
Единственною помехою передаче были атмосферные разряды. Нередко из-за этого приходилось прерывать сообщение на несколько часов. Более слабые разряды нередко путали телеграммы и заставляли повторять их. Действительно, простая приемная схема, по которой были собраны приемники того периода, мало предохраняла приборы от посторонних помех.
Вскоре после открытия действия станций обнаружилось, что самая благоприятная для передачи искра колеблется от 12 до 18 мм. Отправительная схема в этих опытах состояла из одного, по возможности высоко поднятого провода.
Установкою у Гогланда заканчивается первая половина работ по телеграфии без проводов; после этого эти работы вступают в новую фазу своего развития.
Трехлетний опыт показал, что по возможности длинная прокладка, присоединенная к одному шарику разрядника, другой шарик которого тщательно соединен с землею, представляет собою наилучшую в то время отправительную систему.
В то же время опыт показал и слабое место ее. Энергия этой системы ограничена, так как самая благоприятная для передачи длина искры колеблется от 12 до 18 мм.
Значительно больших успехов мы добились в приемных системах. Кроме выработки нового очень чувствительного телефонного приемника, первые попытки фирмы Дюкрете изготовить станцию, назначенную для пишущего приема на телеграфный аппарат, также оказались очень удачными.
Лучшею чувствительною трубкою для телефонного приемника попрежнему оставалась трубка, изобретенная А. С. три года назад. Чувствительная трубка французской станции типа 1899 г. требовала большего навыка для приготовления, но зато, если тщательно предохранять ее от постороннего влияния, она служила очень продолжительное время.
Приемный провод непосредственно присоединялся к одному из зажимов чувствительной трубки, а другой электрод отводился к земле.
За описанный период были достигнуты следующие дальности: 9 миль при приеме на телеграфный аппарат и 28 миль при приеме на слух.
Работы в 1900–1901 гг.
Удачно выполненная гогландская установка показала все значение беспроволочного телеграфа для моря, и беспроволочные телеграфные установки были признаны обязательными для каждого военного судна. Это немаловажное событие придало и особый отпечаток второй половине деятельности А. С. Теперь он уже не мог отдавать все время своим любимым экспериментальным работам, а вынужден был заниматься чисто организационной деятельностью: оборудовать радиотелеграфом морские суда, организовывать мастерские для выработки приборов, выписывать готовые станции от заграничных фирм и т. д. Но и в этих условиях работы А. С. все же урывал время для своих опытов, работ над усовершенствованием.
В 1900 г. А.С. обращает внимание на улучшение своей чувствительной трубки. Совместными работами с Е. Д. Коринфским, которого А. С. привлек к участию в своих работах в 1900 г., было выяснено, что известная степень окисления раздробленного бисера чрезвычайно улучшает постоянство работы и чувствительность трубки. Удалось затем выяснить, что для телефонного приемника лучшая чувствительная трубка должна представлять собой целый ряд контактов между угольными электродами и тремя – четырьмя положенными на них стальными иголками. Такая чувствительная трубка и была применена в телефонном приемнике системы Попова-Дюкрете.
В том же 1900 г. была сделана первая попытка применить беспроволочный телеграф для нужд сухопутной армии. Телефонный приемник дал возможность собрать мелкие переносные станции, очень удобные для восстановления сообщения между войсковыми соединениями для разведочной службы и в других случаях боевой обстановки. В этих опытах впервые отправительному проводу стали придавать форму буквы «Г». Горизонтальная часть этого провода, требующая лишней походной мачты, значительно увеличивала энергию отправительной системы.
Работы 1901 г. снова дали чрезвычайно важные результаты.
Сложные схемы, введенные А. С. в этом году в отправительные и приемные системы, сразу увеличили дальность действия станций. Новые схемы были впервые испытаны между судами Черноморского флота, и эти опыты, по полученным результатам, невольно обращают на себя особое внимание.
А. С. Попову хорошо был известен резонатор Удена, давно употреблявшийся в медицинской практике, и мысль применить схему этого резонатора для возбуждения отправительного провода оказалась чрезвычайно удачною. Новая отправительная система оказалась гораздо сложнее, но зато она давала возможность использовать большую энергию.
В этих первых опытах в нашем распоряжении еще не было чувствительного теплового амперметра, и момент резонанса системы приходилось наблюдать по наибольшему свечению отправительного провода.
Мысль о сложной приемной схеме появилась у А. С. незадолго до производства самих опытов; ее он сообщил нам за несколько часов до выхода эскадры из Севастополя в Новороссийск.
Опыты, главным образом, были сосредоточены на броненосцах «Георгий Победоносец» и «Синоп». На обоих судах провод длиною около 120 фут имел форму буквы «Г».
В пять часов дня 19 августа «Георгий Победоносец» стал удаляться от эскадры.
При первой попытке станций разойтись, обмен телеграмм на телеграфную ленту прекратился в 9 часов вечера на расстоянии 18 миль. Через 2 часа связь восстановилась при помощи телефонного приемника, и в час ночи броненосец «Георгий Победоносец» получил приказание снова удаляться.
При этой вторичной попытке дальность приема на телеграфную ленту удалось довести до 25 миль, а на расстоянии 39 миль прекратился обмен телеграмм при помощи телефонного приемника, и в 6 1/2 час. утра 20 августа «Георгий Победоносец» стал приближаться к эскадре. С поворотом броненосца, вследствие влияния рангоута, значительно ухудшились условия передачи, и обмен телеграмм восстановился только в 9 час. утра на расстоянии 12 миль.
При этой вторичной попытке дальность приема на телеграфную ленту удалось довести до 25 миль, а на расстоянии 39 миль прекратился обмен телеграмм при помощи телефонного приемника, и в 6 1/2 час. утра 20 августа «Георгий Победоносец» стал приближаться к эскадре. С поворотом броненосца, вследствие влияния рангоута, значительно ухудшились условия передачи, и обмен телеграмм восстановился только в 9 час. утра на расстоянии 12 миль.
Первые две попытки не выяснили дальности действия в направлении «Синоп» – «Георгий Победоносец», и потому в 11 час. утра было решено произвести последнее испытание. «Георгий Победоносец» получил приказание удаляться до полного прекращения приема на телефонный приемник.
Последний обмен телеграмм при помощи этого приемника произошел на расстоянии 28 миль, далее передача шла только в одну сторону.
В 4 часа дня, когда эскадра входила на Новороссийский рейд, на станции «Георгий Победоносец» на расстоянии 50 миль обнаружилось ухудшение приема. Прием вскоре восстановился и начал ослабевать только в 6 час. вечера на расстоянии 70 миль. На расстоянии 80 миль передача окончательно прекратилась, и броненосец «Георгий Победоносец», выполнив свою задачу, пошел на присоединение к эскадре. В этом опыте еще резче обнаружилось ухудшение передачи при приближении судов. Прием телеграмм возобновился на расстоянии 38 миль.
Итак, сложные схемы, введенные А. С. в этом году, сразу подняли дальность передачи для приемника на телеграфный аппарат до 25 миль, а для телефонного приемника до 60 миль.
Из Новороссийска А. С. должен был уехать в Ростов-на-Дону для установки двух станций, по приглашению комитета Донских гирл.
Последние работы А. С. Попова по телеграфии без проводов.
Начиная с 1902 г., новая педагогическая деятельность и заботы по изготовлению новых станций и по вооружению ими судов почти совсем отвлекли А. С. от опытных исследований.
В 1902 г. в приемной станции А. С. было введено последнее усовершенствование, значительно поднявшее ее чувствительность. В декабре этого года А. С. получил от Дюкрете новую чувствительную трубку с серебряным порошком и стальными электродами. Этой трубке для лучшей работы требовалось напряжение в несколько десятых вольта и поэтому в схему станции пришлось ввести потенциометр. Таковы главные особенности приемной станции последнего типа, значительно поднявшие ее постоянство и чувствительность.
К этому времени задачи опытных исследований значительно осложнились. Необходимо было выяснить лучшую форму судовой сети и хотя бы приблизительно определить период и характер излучаемых ею колебаний: далее необходимо было изучать условия окружающей местности, препятствующие передаче и все это уже требовало целой системы станций и большого, вполне подготовленного личного состава.
С 1903 г. опыты по телеграфии без проводов почти исключительно были сосредоточены в учебно-минном отряде Балтийского флота. Восемь станций этого отряда, параллельно с обучением личного состава, с этого года начинают исследование целого ряда вопросов практического телеграфирования.
В кампанию 1903 г. суда минного отряда были вооружены только что сконструированными станциями последнего типа. Подготовительные работы к испытанию этих станций были закончены 4 июля, а на следующий день был назначен первый дальний рейс. К этому рейсу приехал А. С. и лично взял на себя руководство опытами. Одна из испытуемых станций была установлена на острове Тупорансари, а другая на минном крейсере «Посадник», Погода 5 июля благоприятствовала опытам.
«Посадник» около 9 час. остановился около береговой станции и подстроил свою приемную станцию. В 10 час. были выверены часы и начался опыт. «Посадник» стал уходить от берега. Длина искры на обеих станциях была 2 см. В час дня, когда между станциями было расстояние около 20 миль, длина искры была увеличена до 3 1/2 см, и обмен телеграмм происходил без всяких затруднений. «Посадник» сообщал о всех встречных судах и о своем курсе, а береговая станция репетировала полученные телеграммы. В 2 час. 30 мин. с расстояния 30 миль с «Посадника» сообщили, что виден Гогланд. Через час на «Посаднике» переменили чувствительную трубку, и опыт продолжался с тем же успехом. Около 6 час. «Посадник» обогнул северную сторону Готланда и через полчаса, на расстоянии 53 миль, на береговой станции была получена последняя телеграмма. Прием же телеграмм на «Посаднике» продолжался еще дольше. «Посадник» получил последнюю телеграмму в 7 час. с расстояния 68 миль. Лучшего результата для приемной станции трудно было ожидать. Ее чувствительность теперь сравнялась с чувствительностью телефонного приемника.
Описанный рейс был последним, в котором принимал личное участие А. С. в последние годы он мог только зимою уделять нам несколько дней, чтобы прочесть свой краткий курс.
С 1904 г. в области телеграфии без проводов начинает появляться целый ряд измерительных приборов, давших возможность из этой области выделить новую чрезвычайно важную «измерительную часть». Эта часть сразу поставила испытания на твердую почву, и дальнейшие успехи телеграфии без проводов стали вполне обеспеченными.
Среди вновь появившихся измерительных приборов особенно выделяется прибор А. С. назначенный для измерения емкости судовых сетей. Этот прибор, измеряющий малые емкости с большой точностью, был дан нам А. С. для испытания летом 1905 г., когда он сам был весь поглощен новыми исследованиями над затуханиями колебаний.
Но смерть неожиданно прервала в самом разгаре почти десятилетнюю деятельность в новой, им самим созданной области.
Обозначения на чертежах к статье П. Н. Рыбкина
А — антенна
Р — когерер
с — сотрясатель или ударник
Д — удлинительная катушка
У — автотрансформатор (трансформ. Удена)
Кл — передающий ключ
К — конденсатор
Л — лейденская банка
з — заземление
И — индукционный аппарат (при нем указывается наибольшая длина его искры).
и — искровой промежуток (при нем указывается его длина)
п — прерыватель
к — конденсатор к прерывателю
Б — батарея элементов
Сб — безиндукционное сопротивление
Р — реле
Т — телефон
М — аппарат Морзе
Автор: П.Н. Рыбкин
Статья в журнале «Говорит СССР» № 9, 1935 г.