После того как было открыто электричество, его использовали в качестве «почтальона», передающего информацию с молниеносной быстротой. По проводам научились передавать электрические сигналы, переносившие телеграммы и живую человеческую речь. Это была победа над пространством! Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь за кораблем или самолетом, за поездом или автомобилем.

Перекинуть мост через пространство людям помогло радио (в переводе с латинского «радио» означает «излучать», оно имеет общий корень и с другим латинском словом —«радиус»—«луч»). Для передачи сообщений без проводов нужны лишь радиопередатчик и радиоприемник, которые связаны между собой электромагнитными волнами, иначе называемыми радиоволнами, излучаемыми передатчиком и принимаемыми приемником.

История радио начинается с первого в мире радиоприемника, созданного русским ученым А. С. Поповым в 1895 г. Попов сконструировал прибор, который, по его словам, «заменил недостающие человеку электромагнитные чувства» и реагировал на электромагнитные волны. Сначала приемник мог «чувствовать» только атмосферные электрические разряды — молнии. А затем научился принимать и записывать на ленту телеграммы, переданные по радио. Своим изобретением А. С. Попов подвел итог работы большого числа ученых ряда стран мира.

Первый кирпич в фундамент радиотехники заложил датский профессор Г. Эрстед, который показал, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Затем английский физик М. Фарадей доказал, что магнитное поле рождает электрический ток. Во второй половине XIX в. его соотечественник и последователь Д. Максвелл пришел к выводу, что переменное магнитное поле, возбуждаемое изменяющимся током, создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитное поле, и т. д. Изменяющиеся электрические и магнитные поля, взаимно порождая друг друга, образуют единое переменное электромагнитное поле — электромагнитную волну. Возникнув в том месте, где есть провод с током, электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света —300 000 км/с, занимая все больший и больший объем. Д. Максвелл утверждал, что волны света имеют ту же природу, что и волны, возникающие вокруг провода, в котором есть переменный электрический ток. Они отличаются друг от друга только длиной. Очень короткие волны и есть видимый свет.

Более длинные электромагнитные волны впервые сумел получить и исследовать немецкий физик Г. Герц в 1888 г. Однако он не видел путей практического использования своего открытия. Эти пути увидел А. С. Попов: опираясь на результаты опытов Герца, он создал прибор для обнаружения и регистрирования электрических «колебаний»— радиоприемник.

Первый радиоприемник А. С. Попова имел очень простое устройство: батарея, электрический звонок, электромагнитное реле и стеклянная трубка с металлическими опилками внутри — когерер (от латинского слова «когеренция»—«сцепление»). Передатчиком служил искровой разрядник, возбуждавший электромагнитные колебания в антенне, которую Попов впервые в мире использовал для" беспроводной связи. Под действием радиоволн, принятых антенной, металлические опилки в когерере сцеплялись, и он начинал пропускать электрический ток от батареи. Срабатывало реле, включался звонок, а когерер получал «легкую встряску», сцепление между металлическими опилками ослабевало, и они были готовы принять следующий сигнал.

Продолжая опыты и совершенствуя приборы, А. С. Попов медленно, но уверенно увеличивал дальность действия радиосвязи. Через 5 лет после постройки первого приемника начала действовать регулярная линия беспроволочной связи на расстояние 40 км. Благодаря радиограмме, переданной по этой линии зимой 1900 г., ледокол «Ермак» снял со льдины рыбаков, которых шторм унес в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX в.

Радиоволны — частичка общего «семейства» электромагнитных волн, «родные сестры» видимых световых лучей и невидимых — инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-излучений (см. Инфракрасная техника и Рентгеновская техника).

Главное различие электромагнитных волн — их частота, т. е. число колебаний в секунду. Единица частоты — герц (Гц) — одно колебание в секунду

Радиоволны длиной 100—10 км (частота 3— 30 кГц) и длиной 10—1 км (частота 30— 300 кГц), называемые сверхдлинными (СДВ) и длинными (ДВ) волнами, распространяются в свободном пространстве вдоль поверхности Земли днем и ночью и мало поглощаются водой. Поэтому их используют, например, для связи с подводными лодками. Однако они сильно ослабевают по мере удаления от передатчика, и поэтому передатчики должны быть очень мощными.

Волны длиной 1000—100 м (частота 0,3— 3 МГц), так называемые средние волны (СВ), днем сильно поглощаются ионосферой (верхним слоем атмосферы, имеющим большую концентрацию ионов — заряженных атомов, образующих ионосферу) и быстро ослабевают, а ночью ионосфера их отражает. Средние волны используют для радиовещания, причем днем можно слышать только близкорасположенные станции, а ночью — и очень удаленные.

Волны длиной 100—10 м (частота 3— 30 МГц), называемые короткими (KB) приходят к антенне приемника, отражаясь от ионосферы, причем днем лучше отражаются более короткие, а ночью — более длинные из них. Для таких радиоволн можно создавать антенны передатчиков, которые излучают электромагнитную энергию направленно, фокусируют ее в узкий луч, и таким образом увеличивать мощность сигнала, идущего к антенне приемника. На коротких волнах работает большинство станций радиосвязи — корабельных, самолетных и т. д., а также многие радиовещательные станции.

Радиоволны длиной 10 м —0,3 мм (частота 30 МГц—1 ТГц), называемые ультракороткими (УКВ), не отражаются и не поглощаются ионосферой, а, подобно световым лучам, пронизывают ее и уходят в космос. Поэтому связь на УКВ возможна только на таких расстояниях, когда антенна приемника «видит» антенну передатчика, т. е. когда ничто между антеннами (гора, дом, выпуклость Земли и т. д.) не преграждает путь этим волнам. Поэтому УКВ используют в основном для радиорелейной связи, телевидения, спутниковой связи, а также в радиолокации.

Сегодня средствами радиосвязи оснащены все виды самолетов, морских и речных судов, научные экспедиции. Все более широкое развитие находит диспетчерская радиосвязь на железных дорогах, на стройках, в шахтах (см. Диспетчерское управление). Космическая радиосвязь позволяет преодолеть огромные расстояния в сотни и тысячи миллионов километров, с ее помощью мы получаем ценную научную информацию.

Но радио — это не только радиотелефонная и радиотелеграфная связь, радиовещание и телевидение, но и радиолокация и радиоастрономия, радиоуправление и многие другие области техники, которые возникли и успешно развиваются благодаря выдающемуся изобретению нашего соотечественника А. С. Попова.

 

Такое привычное слово — радио... Мы все знаем, что для беспроводной передачи информации используются радиоволны. Но всего лишь 100 лет назад такое и представить не могли — провода и только провода, вот в чем были уверены наши предки. А историки до сих пор спорят о том, кто же «изобрел радио» и сделал связь мобильной — русский инженер Попов или итальянец Маркони.

 

 

Мечта о связи



Связь во все времена была двигателем прогресса. А уж о том, чтобы она была мгновенной, мечтали практически все. Правда, долгое время это все оставалось в области сказок, преданий и волшебных легенд. Блюдечки с наливными яблочками, говорящие зеркала, камни и талисманы — сказки о таких чародейских предметах, позволявших увидеть что угодно, есть у всех народов.

К концу XIX века сказка начала становиться явью. Мир оплела сеть телеграфных проводов (об этом мы рассказывали в сентябрьском номере Mobi), сообщения из Петербурга в Нью-Йорк доходили за считанные минуты. Чуть позже был изобретен телефон — и не только буквы, но и живую речь стало возможно передавать на расстоянии. Но вот в чем загвоздка — чтобы воспользоваться этой связью, обязательно нужен был провод.

К тому времени практически весь земной шар был исследован, эпоха великих географических открытий подошла к концу. Огромные лайнеры с паровыми котлами и железной обшивкой бороздили океан, перевозя людей по всему миру. Белых пятен на карте практически не осталось, однако водная стихия — место опасное, и связь с сушей была для кораблей острой насущной необходимостью. Но не могли же они брать с собой огромные бобины с проводом! Конечно, были прецеденты, крупные армейские подразделения нередко так и поступали, в походах разматывая за собой телеграфный кабель. Но ни морским кораблям, ни научным экспедициям такая роскошь не была доступна.

Мгновенная связь без проводов по-прежнему оставалась мечтой. Но техника шла вперед семимильными шагами, решая одну древнюю проблему за другой, — подошло время и для такой связи.

 

Волна без моря



Существование электромагнитных волн еще в 1864 году теоретически предсказал великий английский физик Джеймс-Клерк Максвелл. Эти волны должны были преодолевать значительное расстояние без каких-либо специальных проводников.

 

Генрих Рудольф Герц       

 

 

 

Менее чем через четверть века этими «невидимыми волнами» занялся талантливый ученый-экспериментатор Генрих Герц. Родившись в Гамбурге, он вначале поступил в техническое училище, но ограниченный взгляд техника его не устраивал. Вскоре он перешел в Берлинский университет, где при первой возможности приступил к опытам с электричеством. В возрасте 22 лет, еще не окончив университета, Герц получает звание доктора — исключительный по тем временам случай! А в 28 лет, в 1885 году, Герц становится профессором.

Первоначально немецкий ученый был убежденным противником электромагнитной теории Максвелла. Чтобы опровергнуть ее опытным путем, в 1887—1888 годах Герц поставил ряд экспериментов, однако результаты полностью подтвердили теорию. Герц был честным ученым и в результате не только признал, но и продолжил работу, начатую Максвеллом.
В процессе этих экспериментов Герц сумел создать устройство, способное передавать и принимать электромагнитные волны. Между двумя расходящимися штырями, на которые подавали высокочастотный ток, проскакивала искра. Такая же искра сама собой появлялась на другой паре штырей.

Такой приемник был очень малочувствительным и работал лишь на расстоянии нескольких метров. Если для экспериментов этого было вполне достаточно, то для реальной связи нужен был другой, более совершенный передатчик. К сожалению, создать его Герц не успел, поскольку в 1894 году скончался от заражения крови.
Если бы Генрих Герц успел сделать немного больше, то никаких споров о том, кто изобрел радио, вероятно, не появилось бы...

 

Попов и Маркони

 

Мировая ученая общественность заинтересовалась опытами Герца. И вскоре путь к созданию чувствительного приемника был открыт. Французский исследователь Э. Бранли и англичанин О. Лодж обнаружили, что трубка, наполненная металлическим порошком, реагирует на электромагнитные волны. Как только на передатчике проскакивала искра, трубка, которую назвали когерером, принимала сигнал и начинала проводить ток. Но чтобы принять следующий сигнал, когерер нужно было слегка встряхнуть, возвращая его в исходное состояние.

 

Об опытах Бранли и Лоджа узнал русский инженер Александр Степанович Попов. Он работал в Морском ведомстве (в частности, преподавал в минном классе в Кронштадте) и хорошо понимал необходимость беспроводной связи. Он начал поиски практического применения «волн Герца». Нужно было настроить аппарат так, чтобы когерер «дергался» сразу после каждого сигнала, чтобы иметь возможность тут же принять и следующий сигнал.

Решение, найденное Поповым, поражает своей простотой. К когереру был подключен электрический звонок. Как только появлялся сигнал, молоточек звонка ударял по когереру, возвращая его в исходное состояние. По «звяканью» можно было принимать сигналы азбукой Морзе. А также к аппарату можно было подключить перо, чтобы регистрировать сигналы на движущейся ленте.

7 мая 1895 года Попов впервые публично продемонстрировал прием и передачу радиосигналов на расстоянии около 60 м. Летом того же года он решил использовать свой приемник для другой цели — регистрации на ленте грозовых разрядов. Первый прибор Попова, приносящий практическую пользу, стал известен как «грозоотметчик» — это был все тот же приемник с подключенным пером.

 

24 марта 1896 года на лекции в Русском физико-химическом обществе Попов передал радиограмму со словами «Генрих Герц» азбукой Морзе. Теперь связь работала уже на 250 м. Успех был налицо, но чтобы достичь требуемых на флоте дальностей связи, требовалась долгая работа. Однако Попов не торопился — он работал вдумчиво и качественно, как и подобает военному инженеру.

Молодой итальянец Гульельмо Маркони подошел к делу совсем иначе. В 1895 году он также добился некоторого успеха в телеграфировании без проводов, причем схема его приемника практически не отличалась от варианта Попова. Дело в том, что Маркони учился у известного итальянского физика Аугусто Риги, и некоторые исследователи считают, что Риги знал о работах Попова и рассказал о них Маркони. Однако эта версия не доказана.

Как и у Попова, система Маркони пока что работала лишь на небольшие расстояния, тем не менее он тут же загорелся желанием найти ей самое широкое применение.

Сначала Маркони обратился в итальянское почтовое министерство, но получил отказ. В начале 1896 года он отправился в Британию, где тут же обратился за патентом на свое изобретение.

В 1897 году Маркони получил британский патент и основал коммерческую компанию. Правда, во Франции и Германии, а позже и в России, ему в патенте отказали, ссылаясь на работы Попова.

Шумиха, поднятая Маркони вокруг еще вполне «сырого» аппарата, дошла до России. А.С. Попов изложил свой взгляд на деятельность Маркони следующим образом: «Заслуга открытия явлений, послуживших Маркони, принадлежит Герцу и Бранли, затем идет целый ряд приложений, начатых Минчиным, Лоджем и многими после них, в том числе и мною, а Маркони первый имел смелость стать на практическую почву и достиг в своих опытах больших расстояний усовершенствованием действующих приборов». (Из письма в редакцию петербургской газеты «Новое время»).

В том же письме Попов изложил и свое отношение к патентованию и коммерческим привилегиям. «Если мы охотно пользуемся преимуществами от чужих изобретений, то мы должны быть рады судьбе послужить и другим своим изобретением, и сделать это должны великодушно и бескорыстно». Труды русского изобретателя должны были в свое время обогатить не только Россию, но и все человечество, тогда как Маркони стремился прежде всего к коммерческому успеху.

 

Маркони и его приборы. 1896 г.

 

Реальная радиосвязь


Следует признать, что действия Маркони на поприще коммерциализации своего изобретения были вполне успешны. Уже в 1898 году он обеспечил первое применение радиосвязи на практике. Принц Уэльский, будущий король Британии Эдуард VII, повредил ногу на балу и решил восстановить здоровье на королевской яхте «Осборн», а заодно посетить регату. Его мать, знаменитая королева Виктория, находилась на берегу и беспокоилась о здоровье сына. Маркони обеспечил достаточно надежную связь между яхтой и прибрежной королевской резиденцией.

 

ваииПрактический дебют системы Попова состоялся позже. В ноябре 1899 года российский броненосец «Генерал-адмирал Апраксин» напоролся на подводную скалу возле острова Гогланд (недалеко от берегов Финляндии, входившей тогда в состав Российской империи). Чтобы освободить броненосец, требовалось разрушить скалу взрывами. На эту операцию требовалось значительное время. Между тем море вскоре оказалось покрыто льдом, и работы нужно было закончить до весеннего ледохода.

Для ускорения спасательной операции требовалась бесперебойная связь с командованием в Петербурге. От Петербурга до ближайшего к месту событий финского города Котка шла телеграфная линия, но до острова Гогланд она не доходила. Было решено использовать беспроводной телеграф системы Попова.

 

Необходимое оборудование на Гогланд завез ледокол «Ермак». Система заработала не сразу, но к 6 февраля 1900 года удалось установить надежную связь. И в этот же день около другого финского острова — Лавансари — оторвало и унесло в море льдину с 50 рыбаками. Спасти их мог только ледокол.

Сообщение об этой трагедии пришло из Петербурга в Котку по телеграфу. Нарочный не смог дойти по льду до Гогланда, где находился «Ермак». И тогда Попов передал приказ «Ермаку» по радио. Ледокол немедленно вышел в море и успешно спас рыбаков. Этот приказ стал первой официальной русской радиограммой.

К апрелю 1900 г. броненосец «Апраксин» был успешно снят со скалы. Беспроволочный телеграф доказал свою надежность и был принят на вооружение флота России.