Отчет Комиссии об опытах электрической сигнализации без проводников, произведенных на Минном отряде в кампанию 1897 г.
(В.Ф. Васильев, А.С. Попов, П.Н. Рыбкин) [36]
2 декабря 1897 г.
В течение зимы 1896/97 г. были получены известия об опытах, производимых в Англии Маркони и Присом над телеграфированием без проводников, причем сущность этих опытов тщательно скрывалась, Между тем еще в 1895 г. в Минном офицерском классе преподавателем А. С. Поповым был сконструирован прибор, дающий возможность делать сигналы электрическим звонком на расстоянии. Опытов в большом масштабе с ним не было произведено, но теоретически можно было ожидать, что некоторые изменения в приборах дадут возможность достигнуть сигнализации на расстояния, достаточные для практических приложений этого способа, при переговорах между судами, хотя бы стоящими на рейде или идущими в эскадренном строю.
Весной 1897 г. в Кронштадтской гавани были произведены опыты с приборами, для этого специально построенными, давшие в результате возможность установить сигнализацию на расстоянии около 300 саженой между крейсером «Россия» и «Африка», а также некоторые данные для решения задачи об увеличении расстояния сигнализации. Пользуясь результатами этого опыта отчасти на основании лабораторных испытаний, отчасти на основании теоретических работ, относящихся к этому вопросу, были заказаны приборы для летних опытов на минном отряде на средства, ассигнованные Морским техническим комитетом. Для испытаний этих приборов была назначена комиссия [37].
Самый способ телеграфирования без проводников по существу содержит два рода приборов: источник электрических волн, так называемый вибратор, в котором происходят разряды весьма сильной Румкорфовой спирали, и прибор, обнаруживающий электрическую волну на расстоянии, если таковая достигнет вертикального приемного проводника, ведущего к прибору. Всякий отдельный разряд в вибраторе вызывает замыкание тока местной батареи в приемном аппарате; таким образом можно передавать точки азбуки Морзе.
Для возможности телеграфирования обычной азбукой Морзе (точки, тире) нужны еще вспомогательные приборы: на станции отправления — особый прерыватель для действия Румкорфовой спирали, дающий ряд разрядов, следующих ритмически, чтобы составить на приемной станции из пунктирной линии длинные и короткие черты, а для станции получения — нужен телеграфный аппарат, более чувствительный, чем существующий в практике, с лентой, медленно идущей, так как самый способ возбуждения электромагнитной волны требует, чтобы отдельные импульсы следовали друг за другом не слишком часто.
Для разработки вопроса на первом плане были поставлены следующие задачи:
1. Увеличить расстояние, на которое можно посылать сигналы,— этого можно достигнуть двумя средствами: увеличением мощности источника волн и увеличением чувствительности приемника. Лабораторные опыты минувшей зимы дали возможность увеличить чувствительность приемника в 5—6 раз, и так как дальнейшее увеличение чувствительности может иметь некоторые неудобные стороны, то внимание было направлено на усиление энергии электромагнитной волны; для этого были заказаны различные формы вибраторов.
2. Опытом надо было найти из заготовленных приборов комбинацию, дающую наибольшие расстояния правильного действия сигнализации.
3. Определить степень постоянства чувствительности приборов, а также изучить причины, обусловливающие изменение чувствительности, если она будет непостоянна.
4. Определить влияние атмосферных условий на дальность и исправность действия сигнализации.
5. Испытать действие приборов в судовой обстановке с целью определить влияние на сигнализацию металлических частей судна, найти наивыгоднейшее помещение приборов на судне и вообще определить те особенности, которые потребуются для приборов, назначенных к употреблению на судах.
Так как, не имея приборов, действующих достоверно на значительных расстояниях, было бы преждевременно разрабатывать детали системы, то на втором месте были поставлены следующие задачи:
а) Попробовать приспособить имеющиеся в распоряжении телеграфные приборы к установлению постоянной связи между судами.
б) Разработать вспомогательные приборы для телеграфирования,
в) Выработать приспособление для пользования током от судовых динамомашин источниками электромагнитных волн.
Для решения задач, поставленных в пунктах 1,2, 3 и 4, на берегу острова Тейкар-саари была установлена станция отправления, а на катере, постепенно удаляющимся от источника волн,— приемная станция, причем расстояние между приборами можно было знать по заранее расставленным вехам, с точностью до 10—20 саженей. На станции отправления производилось по знаку флагом с приемной станции всякий раз три отдельных разряда, следующих с равными промежутками, а на приемной станции наблюдалось число замыканий тока на гальванометр.
Таким образом можно было решить: на каком расстоянии (максимальном) все посланные волны дают полный эффект на приемном приборе, от каких причин зависит это расстояние и насколько можно считать постоянным максимальное расстояние при повторении опыта в разное время как при тождественных атмосферных условиях, так и при различных.
Эти опыты дали следующие результаты.
Наибольшие расстояния достигаются увеличением энергии волны, величина же этой энергии определяется размерами вибратора и действующей разностью потенциалов, в свою очередь обуславливающей мощностью индукционной спирали и длиной разрядной искры в вибраторе. При данном вибраторе и при данной длине искры всегда получались одни и те же максимальные расстояния, если состояние погоды было одинаково, что доказывало очень ценное свойство приборов: постоянство чувствительности приемника и постоянство мощности источника волн. Дальность сигнализации из сравнительных опытов оказалась, кроме того, чувствительно зависящей, как и следовало ожидать, от высоты вертикального проводника, принимающего волну на станции получения сигнала. Наибольшая дальность, достигнутая с береговой станции, помещенной на высоте одной сажени над уровнем воды, при передаче на катер с приемной мачтой четыре сажени, была три версты. Когда, впрочем, станция отправления была помещена на верхнем мостике транспорта «Европа», стоявшем на якоре, а приемный аппарат на крейсере «Африка», причем длина приемной проволоки достигла восьми саженей, то расстояние, определяемое по положению «Африки», бывшей на ходу, достигло пяти верст (трех миль).
Состояние погоды может сказываться на действии приборов по следующим причинам:
1. Грозовые тучи и даже облака, давая электрические разряды, служат источниками электромагнитных волн, которые могут вызвать действие приемного прибора помимо станции отправления, и при частых разрядах во время грозы телеграфирование невозможно. Помимо же грозовых разрядов, электрические колебания хотя и возникают иногда, но сравнительно редко, как показывают двухлетние наблюдения на Метеорологической обсерватории Лесного института, производимые над прибором, подобным приемнику, а потому не могут мешать сигнализации.
2. Влажность атмосферы оказывает неблагоприятное действие на изолировку вибратора и ослабляет разряд, но это влияние вполне устранимо устройством закрытых приборов, что легко осуществимо. С приборами, заготовленными для опытов нынешнего лета, нельзя было во время дождя делать опытов на открытом воздухе, но, помещая вибратор внутрь рубки (на «Европе»), можно было испытывать действие приборов и во время дождя.
3. Очень важно было решить, влияет ли состояние атмосферы (дождь, туман и т. п.) на распространение волн; для этого делались опыты во время проливного дождя и очень частого мелкого дождя. Ослабляющего действия не было замечено. Тумана не было во время опытов (по английским данным туман не препятствует действию приборов).
Влияние судовой обстановки сказывается в следующем: 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 на поверхности воды, брекватер, отчасти вследствие интерференции волн, в них возбужденных, с волнами источника, т. е. влияют неблагоприятно.
Для изучения этих условий станция отправления была помещена на транспорте «Европа», а приемная станция— на «Африке». Оказалось, что для успешного действия между станциями достаточно, чтобы непосредственно между вибратором и приемной проволокой не попадались вертикальные проводники; проводники же, расположенные по соседству, не препятствуют.
Взаимное расположение приборов можно определить так: нужно, чтобы от вибратора была видна приемная проволока. Ослабляющее действие промежуточных проводников неоднократно проявлялось во время опытов. Так, например, когда суда, стоящие на якоре, располагались на створе мачт, то приходилось приемную проволоку переносить на бак или на ют, смотря по положению судна.
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 [38].
При низком положении вибратора и приемника мешает взаимодействие приборов и борт судна, в чем можно было убедиться опытом, помещая приемный прибор на катере, а вибратор на палубе.
Эти опыты приводят к заключению, что приборы надо помещать по возможности высоко.
Попытки приспособить имевшиеся в Минном офицерском классе телеграфные аппараты показали несоответствие частей с другими необходимыми приборами, но эта часть задачи не представляет затруднений и решается лабораторными опытами. Задача, поставленная в пункте 8, также требует кабинетных работ.
В конце июня в специальных журналах были опубликованы некоторые данные об опытах Маркони и Приса, произведенных в Англии [39]. Оказалось, что устроенные ими приборы были по существу тождественны с нашими, но в некоторых деталях английские приборы имеют отличие. По словам Приса, ими были испытаны также многие видоизменения, сходные с нашими. Так, в некоторых случаях они достигали более значительных расстояний. Поэтому мы сочли важным заказать приборы, следуя указаниям, появившимся в литературе, но эти приборы, заказанные нами в Петербурге, не были своевременно готовы (главный из них был закончен в октябре), так что сравнительные опыты с ними — дело будущего.
Выводы из опытов минувшего лета можно резюмировать в следующих пунктах:
1. Легко достигнутое увеличение расстояния — с десятков саженей до 2 тысяч — дает надежду на дальнейшие увеличение расстояний (по литературным данным, впрочем, противоречивым, на опытах в Италии достигнуты расстояния до 18 километров).
2. При достигнутых уже расстояниях употреблять сигнализацию на эскадрах.
3. Применение источника электромагнитных волн на маяках в добавление к световому или звуковому сигналам может сделать видимыми маяки в тумане и в бурную погоду: прибор, обнаруживающий электромагнитную волну звонком, может предупредить о близости маяка, а промежутки между звонками дадут возможность различать маяки. Направление маяка может быть приблизительно определено, пользуясь свойством мачт, снастей задерживать электромагнитную волну, так сказать, затенять ее.
4. Способ сигнализации может допускать употребление как обыкновенной азбуки Морзе, так и употребление цифровой системы и сигнальной книги.
5. Все до сих пор сделанное может рассматриваться как первый шаг в этом направлении. Продолжение опытов очень желательно, так как детали приборов могут быть усовершенствованы только при постоянных контрольных испытаниях.
6. Для дальнейшей разработки дела необходимо устройство двух постоянных пунктов, между которыми могла бы быть установлена постоянная связь. Чтобы к началу кампании будущего года иметь для испытания практические приборы, необходимо теперь же продолжать работы, на что нужны новые затраты. По литературным данным, такие опыты производятся в настоящее время в Англии, Италии, Германии и Австрии; на первоначальные опыты в Англии было израсходовано 600 фунтов стерлингов.
7. Помимо применений телеграфирования без проводников, в морской жизни этот способ может и теперь иметь значение для сообщения между отдельными фортами в укрепленных районах, где часто расстояния не превосходят 5—8 верст.
8. Расходы, произведенные на предварительные опыты, немного превосходят ассигнованную сумму (900 рублей) [40] и, конечно, опыты стоили бы гораздо дороже, если бы не пользовались готовыми приборами Минного офицерского класса.
Определить точно цифру, необходимую для дальнейших работ, не представляется возможным, но если задаться устройством двух станций, снабженных всем, необходимо, помимо средств Минного класса, иметь еще в виду разработку приборов, причем первые экземпляры всегда будут сравнительно дороги. Поэтому необходимые средства можно определить от 3 до 4 тысяч рублей.
Расходы по испытанию сигнализации между судами без проводников:
На готовые приборы и их части 379 р. 27 к
Нa готовые материалы для изготовления приборов под личным наблюдением 110 р. 41 к
На разъезды, доставку и пересылку материалов, приборов и их частей 170 р. 83 к
За работу по изготовлению приборов механику, двум столярам и жестянщику и мелкие расходы 282 р. 20 к
На вознаграждение сторожей и прислуги, бывшей при опытах 70 р. — к
Итого 1012 р. 68 к.
Подписали:
преподаватель А. Попов, ассистент П. Рыбкин,
капитан 2-го ранга Васильев. Письмоводитель Бологовский.
36) (к стр. 106). ЦГАВМФ, фонд МОК, А. 108, 1897 г. Впервые опубликовано в книге «А. С. Попов. Сборник документов. К 50-летию изобретения радио». Ленинградское газетно-журнальное и книжное издательство, 1945 г., стр. 94—100.
37) (к стр. 107). А. С. Попов не имел возможности сам проводить опыты на море: летние месяцы он проводил в Нижнем-Новгороде, где заведовал электрической станцией, обслуживавшей ярмарку. Опыты, о которых идет речь, проводил П. Н. Рыбкин; в его воспоминаниях содержатся ценные подробности о летней кампании 1897 г.:
«Было решено,— рассказывает помощник А. С. Попова, — в летнюю кампанию 1897 г. вести опыты на судах Минного отряда Балт-флота.
Подготовительные работы начались с разработки новой конструкции вибратора Герца. Опыты, произведенные в Кронштадтской гавани, дали для такого вибратора дальность 300 сажень, при искре около 1 см. 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 сажень было легко получено при искре в 4—5 мм. Теперь для увеличения дальности осталось еще одно средство— увеличить мощность вибратора. Вибратор большой мощности, сделанный А. С. Поповым, имел вместо шаров диски особой формы, 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 были, к сожалению, закончены, и Александр Степанович уехал в Нижний-Новгород. Поэтому сами опыты в летнюю кампанию 1897 г. мне пришлось проводить уже одному, в его отсутствии.
…О ходе всех опытов я регулярно информировал Александра Степановича и получал от него в каждом случае исчерпывающие указания и советы о том, как провести те или иные практргчеекпе испытания. Так, например, в письме от 21 июня 1897 г. он писал мне из Нижнего-Новгорода:
«…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… Шары в вибраторе должны быть сплошные — из латуни…»
«Что касается самого когерера, то уже пока не знаю, что сказать. Попробовать никелевые опилки не мешает, что же касается пустоты, то вряд ли нужно с пей спешить…»
А почти через месяц в другом письме, от 11 июля 1897 г., Александр Степанович дал мне вполне конкретные указания:
«…Интересует меня также результат 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 самую большую спираль, например, для опыта между «Африкой» и «Европой», то это было бы желательно…» Опыты были закончены установкой телеграфного сообщения между учебным судном «Европа» и крейсером «Африка».
«…Очень обрадован я был вашим последним письмом,— писал мне Александр Степанович 24 июня 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 влияние резонатора…»
Летние опыты, проведенные мною под непосредственным, хотя и заочным руководством А. С. Попова, дали изобретателю богатейший материал для дальнейших экспериментов. Они обнаружили и ряд
недостатков при использовании приборов беспроволочного телеграфирования в судовой обстановке. Оказалось, 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 г. выдвинули на первый план вопрос о наивыгоднейшей форме вибратора для судовой отправительной станции.
Все эти вопросы были успешно разрешены в следующем, 1898 г. (П. II. Рыбкин, Десять лет с изобретателем радио. Страницы воспоминаний. Под редакцией А. И. Берга. Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио. М., 1945, стр. 31—34.)
38) (к стр. 111). Это наблюдение было сделано за четверть века до того, как в мировой литературе появились сведения о рассеянии и отражении электромагнитных воли предметами, лежащими в основе современной радиолокации.
39) (к стр. 112). См. примеч. 18.
40) (к стр. 113). Эту сумму А. С. Попов испрашивал в апреле месяце, обратившись за соответствующим ходатайством к заведующему Минным офицерским классом В. Ф. Васильеву. Последний 21 апреля в рапорте Главному инспектору минного дела контр-адмиралу Н. И. Скрыдлову писал:
«Преподаватель Минного офицерского класса А. Попов предложил свой труд для производства предварительных опытов по телеграфированию без проводов в больших размерах, чем он производил до сего в кабинетах класса.
При этом же г. Попов заявил мне, что производство этих опытов в принципе одобрено Вашим превосходительством, и потому просит моего ходатайства перед Вашим превосходительством об отпуске ему, г. Попову, на расходы по тем опытам авансом из сумм Технического комитета до трехсот (300) рублей под его расписку и отчет» («Изобретение радио А. С. Поповым», стр. 67). В начале мая месяца Скрыдлов сообщил Васильеву, что управляющий Морским министерством (им был тогда П. П. Тыртов) разрешил ассигновать эту сумму.