Радиоперехват

 ВЛАДИМИР ГАКОВ, писатель-фантаст, лектор. Окончил физфак МГУ. Работал в НИИ. С 1984 г. на творческой работе. В 1990-1991 гг. – Associate Professor, Central Michigan University. С 2003 г. преподает в Академии народного хозяйства. Автор 8 книг и более 1000 публикаций

Радиоперехват

120 лет назад, 7 мая 1895 года, на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге преподаватель физики военно-морского Технического училища Александр Попов сделал доклад на вроде бы отвлеченную тему: «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям»

После чего продемонстрировал собственный прибор для регистрации атмосферных электрических колебаний – «грозоотметчик», а по сути – первый в мире радиоприемник.

Выход в эфир

Точнее, один из первых. Потому что приоритет Попова, долгие годы у нас в стране считавшийся непререкаемым (как же, «наш отец радио»!), после преодоления известных заблуждений на тему «Россия – родина слонов» уже не кажется столь очевидным. Хотя вот уже 70 лет у нас в стране день 7 мая празднуют как День радио…

Вообще история с «отцовством» этого дитяти-вундеркинда технического прогресса драматична донельзя. И при ближайшем рассмотрении оказывается столь же запутанной, как радиосхема на взгляд неспециалиста.

Конкретно прибор, продемонстрированный Поповым специалистам, представлял собой усовершенствованный вариант аппарата для приема электромагнитных волн, созданного за год до того английским физиком Оливером Лоджем. И в отличие от английского коллеги российский изобретатель видел перед своим прибором задачи вполне конкретные и исключительно прикладные – с помощью «грозоотметчиков» на морских судах смогли бы отлеживать возможное движение грозовых фронтов. Лишь в статье, опубликованной в журнале Русского физико-химического общества чуть позже, изобретатель обмолвился о более отдаленных перспективах – возможности передачи и приема на дальние расстояния сигналов с помощью электрических колебаний. Иначе говоря, радиотелеграфии. В просторечии – радио.

Между тем к решению этой задачи – уже отнюдь не частной, не прикладной – фундаментальной! – примерно в то же время более или менее успешно продвигался целый «технический Интернационал» исследователей и изобретателей. Из коих в «первой тройке» по праву следовало бы выделить, кроме Попова, еще и работавшего в Великобритании итальянца Гульельмо Маркони, а также работавшего в США серба Николу Теслу.

Александр Попов

А кроме того, «отцом радио» немцы по справедливости считают Генриха Герца. Американцы же, кроме Теслы, обязательно назовут еще Дэвида Хьюза и Томаса Алву Эдисона (кто бы сомневался – «гений патентного дела», кажется, везде оставил свой след – то есть патент!), англичане (кроме Маркони) – Оливера Лоджа, французы – Эдуарда Бранли. Нашлись свои пионеры радио даже в таких далеких (и от технического прогресса тоже) странах, как Индия (Джагадиш Чандра Боше) и Бразилия (Ландель де Мура)! Да и в Российской империи у истоков радио стоял не один Попов – достиг впечатляющих успехов еще и белорусский ученый Яков Наркевич-Иодко… В общем, ситуация с приоритетом и не могла оказаться простой и незапутанной – при таком-то количестве соревновавшихся светил науки.

Но все же попробуем разобраться в хронологии этой впечатляющей научной «гонки», которая, может быть, и не выявила конкретного лидера, но, безусловно, завершилась «командной победой»: в мир пришло радио!

Все изобретатели первых приемно-передающих устройств, естественно, строили свои расчеты на базе созданных к тому времени теорий и предыдущих экспериментов с электричеством и магнетизмом. Напомню о них вкратце.

Все началось, видимо, в 1820 году, когда датский физик Ханс Кристиан Эрстед экспериментально обнаружил связь между электричеством и магнетизмом (проволока, по которой тек электрический ток, вызвала отклонение магнитной стрелки компаса). Не прошло и десятилетия, как американский физик Джозеф Генри также экспериментально установил, что электрические разряды конденсатора («лейденской банки») вызывали намагничивание находившихся в отдалении металлических иголок. И, наконец, еще двумя годами позже, в 1831-м, английский ученый Майкл Фарадей открыл явление магнитной индукции и дал его математическое описание (закон Фарадея), впоследствии ставший одним из четырех уравнений Максвелла – иначе говоря, теории электромагнитного поля, основные положения которой были сформулированы английским физиком и математиком Джеймсом Кларком Максвеллом в 1861-1865 годах.

Но еще до этого, в 1831 году, немецкий физик и астроном Карл фон Штайнхайль предположил, что в двухпроводном телеграфном аппарате можно «без потери качества» убрать один из проводов и продолжать передавать и получать сообщения. Или вообще обойтись без проводов, передавая телеграфные сообщения через землю! И уже в 1854-м шотландский изобретатель Джеймс Линдси получил первый, наверное, патент на систему беспроводной связи, правда, ограниченной, в которой роль «проводника» играла… вода.

Александр Попов

На звание первооткрывателя способа беспроволочной связи претендовал и американец Малон Лумис – по профессии дантист. Ему якобы удалось поднять в воздух с помощью воздушных змеев два провода, один из которых (с размыкателем) играл роль антенны радиопередатчика, а второй служил антенной радиоприемника: при размыкании цепи первого провода сигнал передавался на второй провод, о чем сигнализировала отклонившаяся стрелка прикрепленного гальванометра. Свой эксперимент Лумис, по его собственному утверждению, в 1868 году повторил перед конгрессменами, передав сигнал на расстояние в десяток с лишним миль. Но было ли это на самом деле, сегодня установить невозможно: ни подробных описаний эксперимента, ни чертежей аппарата Лумиса не сохранилось. В отличие от самого патента за номером 129971 от 30 июля 1872 года, в котором упомянуто некое «усовершенствование телеграфии», но отсутствует детальное описание устройства. Хотя очевидно, что речь шла об устройстве беспроводной связи.

Гонка началась!

В том же 1872 году, кстати, еще одному американцу, Уильяму Уорду, был выдан патент на некое «усовершенствованное устройство для концентрации электричества, которое можно использовать для телеграфирования сообщения». В данном случае в качестве телеграфного провода выступал «электрический слой в атмосфере».

А затем в гонку за приоритет вступил признанный фаворит – упомянутый выше Томас Алва Эдисон. В ноябре 1875 года он публично заявил, что в ходе экспериментов с телеграфией обнаружил явление, названное изобретателем «эфирными силами», с помощью которых предполагал осуществить беспроводную передачу телеграфных сообщений. Но затем «гений патентов» отступился от своей задачи, которая вызвала ехидный скепсис у американского научного сообщества. И лишь десятью годами позже подал патентную заявку на «способ передачи электрических сигналов», утвержденную еще по прошествии шести лет (патент номер 465971 от 29 декабря 1891 года). Эдисону действительно удалось изобрести нечто работающее: устройство, с помощью которого суда, застигнутые штормом (или поезда, попавшие в снежную бурю), могли подать сигнал SOS соответствующим спасательным или аварийным службам. Естественно, в отсутствии каких бы то ни было проводов. Любопытно, что весьма хваткий в деле коммерческого «освоения» собственных изобретений Эдисон по каким-то причинам не стал осваивать и это, предпочтя просто продать его… Угадаете с одного раза, кому? Правильно, Гульельмо Маркони!

Но это произойдет позже. Пока же на сцену выступил – или, продолжая спортивную аналогию, включился в гонку – английский коллега Эдисона (впоследствии перебравшийся в Америку) Дэвид Хьюз. В 1878 году он случайно обнаружил, что индуктивный маятник вызывает необъяснимый шум в приемнике его телефона. А позже установил, что аналогичные шумы вызывает вообще любая электрическая искра. После чего Хьюз вообще убрал индукционную катушку из передающей схемы и разнес приемник и передатчик в разные комнаты, а к приемнику присоединил провод – первую антенну! (На самом деле первой была та, что использовал еще Луиджи Гальвани в конце XVIII века в своих впечатляющих опытах с мертвыми лягушками.)

Гульельмо Маркони

С помощью этой незамысловатой конструкции Хьюз смог передать сигнал без проводов и на значительное (для первых опытов) расстояние. Что и продемонстрировал в 1880 году авторитетному научному бомонду – членам британского Королевского общества (читай: нынешним академикам). Но коллеги убедили изобретателя, что никакой передачи сигнала «по воздуху» не было и быть не могло. А имел место феномен известный и к тому времени хорошо изученный – всего лишь индукция.

Вообще последние два десятилетия буквально пестрят сообщениями о теоретических схемах и работавших приборах, в которых можно разглядеть очертания нынешних радиопередатчиков и приемников.

В марте 1882 года американец Эймос Долбер (на сей раз не какой-то изобретатель-самоучка – профессор физики престижного Университета Тафта!) получил еще один патент на беспроводной телеграф. В частности, автор патента утверждал, что в качестве проводника радиосигнала вполне сойдет земля и что разрыв провода между передатчиком и приемником не помешает передаче сигнала – разве что качество звука будет ниже. Долбер также заявил, что ему удалось передать сигнал на расстояние 13 миль (более 20 км), но опять-таки документальные подтверждения такого эксперимента до нас не дошли.

Годом позже другой авторитетный ученый – профессор из Ирландии Джордж Фицджеральд – предложил в качестве источника электромагнитных волн использовать «колебания эфира». Но, как зарегистрировать эти волны, не указал. За него это сделал французский физик и инженер Эдуард Бранли – автор изобретенного в 1884-1886 годах (по другим данным – в 1890-м) радиоиндуктора (позднее названного когерером). Прибор был, по сути, первой практичной антенной для приема радиосигналов. Справедливости ради, нужно отметить, что аналогичный когерер – на сей раз в виде трубки, наполненной железными опилками, – в том же 1884 году изобрел итальянец Фемистокл Кальчецци-Онести.

Но если кто и достоин по праву титула «отца радио», так это человек, в 1886 году экспериментально доказавший существование электромагнитных волн, теоретически предсказанных Максвеллом. Выдающийся немецкий физик Генрих Герц, в честь которого они и были первоначально названы («волны Герца»). Он не только подтвердил их наличие в природе, но и построил спустя два года одно из первых приемно-передающих устройств для передачи сигналов без проводов – «вибратор».

И, наконец, в 1890 году другой физик, на сей раз из России, Яков Наркевич-Иодко, в Минске построил свое «радио» – прибор с антенной, заземлением и телефонной трубкой, позволявший регистрировать грозовые разряды в атмосфере (то есть на расстоянии до 100 км). Так что и белорусам История оставила «своего» «отца радио».

С Теслой стало тесно

Имеется в виду – в группе лидеров. Потому что в Соединенных Штатах у знаменитого «дитяти» технического прогресса – радио – оказалось сразу несколько «отцов». Как уже говорилось, этот почетный титул там делят как минимум трое: Томас Алва Эдисон, Дэвид Хьюз и Никола Тесла. И первыми приборами для надежной генерации радиосигналов и их приема Штаты и мир обязаны последнему из названных. Кроме того, Тесла одним из первых публично продемонстрировал – и в значительной мере распропагандировал среди «широких масс» специалистов – принципы радиосвязи. И первым же передал радиосигналы на большие расстояния.

Никола Тесла

Все началось с серии лекций, которые Никола Тесла – в те годы стремительно восходившая научная «медиазвезда» – прочитал в Сент-Луисе для сотрудников филадельфийского Института Франклина и членов Национальной электроэнергетической ассоциации. Значительная часть прочитанного материала была посвящена принципам передачи радиосигнала на большие расстояния. И двумя годами позже там же, в Сент-Луисе, Тесла продемонстрировал беспроводную радиосвязь с помощью изобретенной им радиоаппаратуры. Она содержала полный набор элементов, которые позже использовались во всех радиосистемах – вплоть до появления электронных ламп. В 1893-м Тесла изобрел мачтовую антенну и запатентовал собственный радиопередатчик, а спустя два года – электромагнитный радиоприемник, значительно превосходивший по чувствительности ранее упомянутые когереры. Передача сигнала осуществлялась с помощью колебательного контура, промодулированного акустическим сигналом, а приемник, в свою очередь, преобразовывал сигнал в звук. В том же 1895 году таким образом сигнал был послан и успешно принят в тридцати милях (то есть без малого в полусотне километров) от передатчика.

После лекций и практических демонстраций Теслы о радиосвязи действительно заговорили широкие научные массы. Как, впрочем, и обо всем, к чему приложил руку и ум выдающийся сербский ученый – и не менее выдающийся «промоутер» и мистификатор. По сей день многие из его изобретений и открытий окружены ореолом тайны – нельзя на сто процентов быть уверенным в том, что Тесла действительно изобрел или открыл то, что ему приписывали при жизни.

Но как раз с радио-то все более или менее ясно. Вклад Николы Теслы в развитие радио очевиден, и этот вклад невозможно переоценить.

Однако от явных лидеров и фаворитов не отставали и другие участники этого впечатляющего «радиомарафона».

Так, в 1892 году в редакцию журнала «Электричество», издаваемого Русским техническим обществом, поступила статья студента Киевского политехнического института В.П. Добровольского, озаглавленная «Опыты Герца в электрической сигнализации». Автор не только высказывал еще не ставшую достоянием широких масс мысль о возможности передачи радиотелеграфных и радиотелефонных сообщений с помощью электромагнитных колебаний, но и привел убедительное математическое обоснование своей идеи. В частности, в схеме Добровольского можно разглядеть прототип появившихся позже искровых радиотелеграфных аппаратов. К сожалению, статья не увидела свет – была «завернута» редакцией с формулировкой: «не находим возможности поместить статью, так как практическое испытание всего проекта привело бы к отрицательным результатам».

В том же 1892 году английский научный журнал оказался прозорливее, поместив обстоятельную статью Джозефа Крукса, в которой тот системно описал принципы радиосвязи.

В последующие три года кто только и где только не «изобретал радио»! В далекой Бразилии успешно передал радиосигнал священник и естествоиспытатель Роберто Ландель де Мура (но огласил результат своих экспериментов только в 1900 году, после чего получил национальный патент). Нашелся свой пионер радио и в столь же не близкой Индии. В ноябре 1894-го в городской ратуше Калькутты физик Джагадиш Чандра Боше (или Бозе) продемонстрировал беспроводную передачу сигнала в миллиметровом диапазоне – с помощью радиоволн «заставил» порох загореться, а колокол – зазвонить. (Впоследствии Боше, возведенный королевой в рыцари, изобрел ртутный когерер).

В том же году в Германии возможности радиосвязи успешно продемонстрировал профессор Эрих Ратенау. И 14 августа аналогичная демонстрация была проведена в Англии. Во время лекции в Музее естественной истории Оксфордского университета физик Оливер Лодж с помощью собственного прибора, состоявшего из «трубки Бранли» с когерером, источника тока, реле и гальванометра, принял радиосигнал, отправленный помощником из лаборатории, находившейся в сорока метрах от аудитории – в соседнем учебном корпусе. Пятью днями позже Лоджу удалось принять уже сигнал, записанный азбукой Морзе. А еще спустя три года Оливер Лодж сделал последний шаг к появлению современной радиосвязи – изобрел принцип настройки на резонансную частоту.

У финишной черты

Вот в какой обстановке наступил тот самый 1895 год, с которого началась эта статья. В этот год в группе лидеров «радиомарафона» появился еще один бесспорный фаворит – Эрнест Резерфорд. Выдающийся английский физик и будущий Нобелевский лауреат среди прочих научных увлечений «отметился» и в интересующей нас сфере, а именно опубликовал результаты своих экспериментов по детектированию радиоволн на расстоянии от их источника. Прибор Резерфорда представлял собой резонатор Герца, дополненный катушкой из проволоки с намагниченной стальной иглой внутри. Оказалось, что радиоимпульсы, посланные с расстояния в три четверти мили (1,2 км) способны размагнитить иглу, что и показал магнитометр.

Но на том усилия в данной гонке за приоритетом для английского физика закончились – Резерфорда увлекли другие области физики, в которых, как мы знаем, он достиг успехов куда больших. А главный триумф выдался на долю русского Попова и итальянца Маркони.

Маркони начал свои эксперименты по радиотелеграфии годом раньше – под влиянием прочитанного некролога по Герцу, написанного соотечественником Маркони и его университетским преподавателем профессором Аугусто Риги. Начинал будущий «отец радио» вроде бы с помощью уже известных читателю вибратора Герца и когерера Бранли, но это только домыслы, основанные на косвенных свидетельствах: никаких документов на сей счет не сохранилось.

А в сентябре того же 1895 года Попов якобы догадался присоединить к своему «грозоотметчику» телеграфный аппарат и получить телеграфную запись принимаемых радиосигналов. Переданной по «радио» записью были имя и фамилия: «Генрих Герц». Снова «якобы» – потому что и этому прорыву свидетельств не найдено. Если не считать голословных измышлений некоторых отечественных авторов вроде сотрудника палаты мер и весов В.С. Габеля. С его легкой руки и пошла начиная с 1925 года гулять легенда о том, что радиосеанс Попова состоялся до получения патента Маркони, то есть до декабря 1897-го. Почему эта легенда была активно поддержана в СССР – вместе с почти тотальным замалчиванием роли Маркони, – догадаться не сложно. Все те же попытки искоренить «низкопоклонство перед Западом» и приписывание всех и всяческих приоритетов исключительно российским и советским ученым и изобретателям…

Томас Алва Эдисон

Зато точно известно, что Гульельмо Маркони в начале 1896 года перебрался в Лондон, где уже весной продемонстрировал собственный аппарат, в котором в качестве передатчика был использован все тот же вибратор Герца (но с усовершенствованиями, сделанными Риги), а в качестве приемника – «грозоотметчик» с «апгрейдом» самого Маркони: изобретенным им вакуумным когерером, повысившим стабильность работы и чувствительность приемника, а также дроссельными катушками. Мощность передатчика была повышена за счет того, что его антенна была той же длины, что и антенна приемника. С помощью этого оборудования Маркони передал сигнал с крыши лондонского почтамта в здание, находившееся на расстоянии в полтора километра от передатчика.

Изобретением итальянца заинтересовался известный физик Уильям Прис (сам отдавший дань всеобщему поветрию – тоже экспериментировал с радиосвязью) и по совместительству техническим директором британской почты и телеграфа. Прис помог Маркони с финансированием дальнейших опытов, кроме того, итальянец получил моральную поддержку от упомянутого выше индийца Боше, в то время читавшего лекции в британской столице. Вот ведь как все сплелось…

2 июня 1896 года итальянский исследователь подал патентную заявку на «усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этих целей». И ровно через три месяца, 2 сентября, провел первую публичную демонстрацию своего изобретения на равнине близ города Солсбери, передав сигнал уже на трехкилометровую дистанцию.

А 2 июля 1897 года Гульельмо Маркони получил долгожданный патент (пока еще только британский) за номером 12039. Этим днем начался отсчет Эры Радио.

(Продолжение следует)

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи