Как заговорило радио?

С древности у людей возникла необходимость поддерживать связь между собой. Первые охотники начали пользоваться рогами животных и морскими раковинами для передачи сигналов. На смену им пришли звуковые устройства типа барабанов. А в дальнейшем человечество стало использовать факелы и костры. Огни, зажигаемые на возвышенных участках местности, или же дым от костров должен был оповестить о приближении врагов либо о грядущем стихийном бедствии. Этот способ до сих пор используется заблудившимися в тайге или туристами, испытывающими стихийное бедствие.

Начиная с античных времён люди стали пользоваться почтовыми сообщениями. И лишь примерно в XVII веке эволюция ворвалась в мир связи. Именно тогда общество задумалось о способах ускорения подачи сообщений и изобретении средств связи.

Но задумку о новом виде связи смогли воплотить в жизнь лишь в 1780 году французы братья Шапп. Им удалось изобрести вполне практичный прибор и добиться его действительного применения в широких масштабах. Прибор этот получил название семафор (носитель знаков).

Оптическая система братьев Шапп получила широкое распространение. Благодаря ей депеша от Парижа до Бреста передавалась за 7, от Берлина до Кёльна — за 10 минут.

Именно благодаря трудам Клода Шаппа мы обязаны появлению в обиходе терминов, определяющих средства связи, и нового понятия «телеграф».

Сейчас под телеграфом мы понимаем техническое средство для передачи информации на большие расстояния с помощью визуальных сигналов или каналов электросвязи.

Телеграф Шаппа имел, конечно, много недостатков: станции приходилось строить слишком близко друг к другу, при передаче на большие расстояния текст искажался. Но главным недостатком оптического телеграфа была его зависимость от погоды: телеграф работал только в ясные дни.

Этих недостатков был лишён электрический телеграф, изобретённый российским учёным Павлов Львовичем Шиллингом в 1832 году. Шиллинг также разработал оригинальный код, в котором каждой букве алфавита соответствовала определённая комбинация символов, которая могла проявляться чёрными и белыми кружками на телеграфном аппарате.

Впоследствии электромагнитный телеграф был построен в Германии, в Великобритании. А в США электромагнитный телеграф запатентовал Сэмюэл Морзе в 1840 году. Большой заслугой Морзе является изобретение телеграфного кода, где буквы алфавита были представлены комбинацией коротких и длинных сигналов — «точек» и «тире».

В России работы Шиллинга продолжил Борис Семёнович Якоби, построивший в 1839 году пишущий телеграфный аппарат, а позднее — и буквопечатающий.

Электрический телеграф получил очень широкое распространение и признание. Уже в 1858 году по дну Атлантического океана был проложен телеграфный кабель, соединивший Старый и Новый Свет.

Услуги обычного телеграфа оставались вполне востребованными вплоть до конца XX века, когда их популярность начала падать сначала в связи с появлением факсов, а затем в связи с развитием Интернета. Во многих странах от телеграфа отказались как от морально устаревшей и нерентабельной технологии. Однако в России услуги телеграфной связи продолжают оказываться и по сей день. Ежегодно россияне отправляют около 5 млн телеграмм.

Несмотря на свои преимущества, электрический телеграф имел и свои недостатки. Главным из которых была необходимость прокладывать огромное количество кабелей и проводов.

В 1887 году немецкий учёный Генрих Рудольф Герц провёл один очень интересный опыт. А интересен он тем, что ещё в 1864 году великий английский физик Джеймс Максвелл выдвинул предположение о том, что в природе существует электромагнитное поле — особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. А распространяется это в поле в пространстве посредством электромагнитных волн. Но вот увидеть эти волны долгое время не могли.

Так вот, первое устройство для получения электромагнитных волн — вибратор Герца — и было изобретено Генрихом Герцем. Вибратор представлял собой тонкий стержень, разрезанный посередине так, чтобы между разрезанными концами оставался небольшой воздушный промежуток, называемый искровым.

На концы стержня одевались небольшие шарики. Шарам сообщались большие разноимённые заряды. Когда разность потенциалов между шарами превышала некоторое предельное значение, между ними происходил электрический разряд. А в самих стержнях возникали электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве в виде электромагнитных волн. Причём излучение волн происходило только в направлении, перпендикулярном оси вибратора.

Приёмное устройство также было достаточно простое. Оно состояло из проволочного витка с двумя шарами на концах — резонатора. Под действием переменного электрического поля электромагнитной волны в приёмном вибраторе возбуждаются колебания тока. И если собственная частота приёмного вибратора совпадает с частотой электромагнитной волны, то наблюдается резонанс в виде маленькой искры, которая проскакивала между шарами.

Учёному удалось не только получить электромагнитные волны, но и показать, что они ведут себя точно также, как и волны механические.

Эксперименты Герца показали, что с помощью электромагнитных волн можно не только подавать, но и принимать сигналы. Но сам Герц не видел практического применения открытых им электромагнитных волн, так как все удачные эксперименты проводились в очень малой области пространства — в пределах лабораторного стола. Однако его опыты послужили толчком для исследования новых возможностей приёма и передачи электромагнитных волн.

В 1890 году французский физик Эдуард Бранли для регистрации электромагнитных волн изобрёл прибор, позже названный когерером. Он представлял собой стеклянную трубку, в которой находились металлические опилки с выведенными наружу контактами.

При нормальных условиях сопротивление опилок очень большое. Но под действием электромагнитных колебаний между ними проскакивают искорки, опилки слипаются и сопротивление когерера резко уменьшается в несколько сот раз. Чтобы вернуть прибор в исходное состояние его нужно было встряхнуть.

В 1894 году произошла первая в мире публичная демонстрация опытов по беспроводной телеграфии британским физиком Оливером Лоджем в Оксфордском университете. При демонстрации сигнал был отправлен из лаборатории в соседнем корпусе и принят прибором в театре на расстоянии 40 метров.

Радиоприёмник Лоджа представлял собой антенну, гальванометр, электрический звонок и радио-кондуктор Бранли, который Лодж и назвал когерером.

Однако при регистрации радиоволн цепь приёмника оставалось замкнутой и по прекращении действия волн. Для разрыва контакта и приведения приёмника в состояние готовности к приёму следующего сигнала требовалось вмешательство человека.

В том же году преподаватель Минного офицерского класса в Кронштадте, выпускник петербургского университета Александр Степанович Попов собрал радиоприёмник, регистрирующий электромагнитные волны, возникающие при грозовых разрядах.

7 мая 1895 года Попов доложил Русскому физико-химическому обществу об изобретённом им приборе, как указано в протоколе заседания, «прибор, предназначенный для показывания быстрых колебаний в атмосферном электричестве».

Свой доклад он закончил следующими словами:

«В заключение могу выразить надежду, что мой прибор при дальнейшем усовершенствовании его может быть применён к передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией».

Примерно тогда же Попов заинтересовался опытами Лоджа и попытался воспроизвести их, построив собственную модификацию приёмника, схема которого представлена на экране. Главное отличие приёмника Попова от прибора Лоджа состояла в следующем. Для приёма нового радиосигнала когерер нужно встряхнуть, чтобы нарушить контакт между опилками.

Попов ввёл в схему автоматическую обратную связь. Как только появляется электромагнитная волна, в опилках проскакиваю искорки и сопротивление когерера падает. Это влечёт увеличение силы тока в цепи и якорь реле замыкает цепь электромагнита, включённого параллельно цепи когерера. А молоточек звонка сигнализирует о приходе волны. При этом цепь размыкается и молоточек ударяет по когереру, встряхивая опилки и, тем самым, увеличивая их сопротивление — реле размыкает цепь звонка.

Летом 1895 года Попов усовершенствовал свой прибор, добавив к нему приёмную антенну. А в марте 1896 года — телеграфный аппарат для приёма текста. 24 марта 1896 года были переданы первые в мире слова с помощью азбуки Морзе — «Генрих Герц».

Гениальность Александра Степановича проявилась и в том, что он понял какое практическое значение имеет его изобретение и предложил использовать беспроводную связь для оперативной связи с кораблями в Балтийском море и Финском заливе. Правоту Попова подтвердили события, произошедшие несколько лет спустя. Так в ноябре 1899 года сел на мель броненосец «Генерал-Адмирал Апраксин». Команда крейсера «Адмирал Нахимов» заметила терпящий бедствие корабль и по радио сообщило о происшествии в Санкт-Петербург. В итоге корабль был спасён.

Но вернёмся в 1895 год. Летом сообщение о работах Попова дошло до Италии в университет города Болонья (эти документы до сих пор хранятся там в библиотеке) и с ними познакомился профессор Аугусто Риге.

В конце 1895 года он знакомит с ними молодого студента Гульельмо Маркони, который используя чертежи Попова создаёт свой радиоприёмник и в июне 1896 года подаёт предварительную заявку на патент. Несмотря на то, что предлагаемая итальянцем схема повторяла приёмник Попова, заявку утвердили и 2 июля следующего года выдали патент.

12 декабря 1901 года Маркони потряс мировую общественность, осуществив первый сеанс трансатлантической радиосвязи между Англией и Ньюфаундлендом. Он передал букву S азбуки Морзе на расстояние в 3200 километров, что до этого считалось принципиально невозможным.

В 1906 году американцами Реджинальдом Фессендом и Ли де Форестом было обнаружено возможность амплитудной модуляции радиосигнала низкочастотным сигналом, что позволило передавать в эфире человеческую речь.

А уже 24 декабря 1906 года профессор Реджинальд Обри Фессенден устроил для морских судов первую в истории радиопередачу голоса и живой музыки из своего собственного дома в Бренд-рок штат Массачусетс.

С усовершенствованием приборов приём и передача радиосигналов осуществлялась на всё большее расстояние. Один из первопроходцев радиолюбительства и радиовещания американец Чарльз Херолд с помощью самостоятельно изготовленного передатчика в 1912 году начал вести регулярные музыкальные и художественно словесные передачи, рассчитанные на слушателей города Сан-Хосе и прилегающих окрестностей.

К началу 20-х гг. XX века во многих странах были созданы необходимые технические предпосылки для регулярного радиовещания. Так самые первые регулярные передачи вышли в радиоэфир 20 мая 1920 года в Монреале (Канада). В том же году 22 ноября вышла в эфир самая мощная радиостанция Европы, находящаяся в Германии.

В России первые концерты по радио транслировались из знаменитой нижегородской радиолаборатории 27 и 29 мая 1922 года. Слышимость их простиралась на расстоянии до трёх тысяч километров.

В Москве семнадцатого (17) сентября того же года московская радиотелефонная станция передала музыкальный концерт по радио.

А первый живой оперативный радиорепортаж с Красной Площади был осуществлён в октябре двадцать пятого года во время похорон председатель революционного военного совета Михаила Васильевича Фрунзе.

Сейчас в мире работают сотни тысяч радиостанций, которых могло бы и не быть без открытий Максвелла, Герца, Лоджа, Бранли и, конечно же, Александра Степановича Попова.