Пионеры радиотехнологий
Генрих Герц не был особо заинтересован в техническом применении своего открытия, его научный ум был полностью сосредоточен на физических открытиях. Вряд ли Герц отрицал применимость электромагнитных волн для телекоммуникационных целей, но когда его спрашивали о возможностях беспроводной передачи энергии, он не видел для этого никаких шансов.
Герц действительно построил первый передатчик и первый приемник, но для того, чтобы иметь возможность посылать сигналы на большие расстояния, т.е. сделать шаг к беспроводной телеграфии, необходимо было значительно усовершенствовать оборудование. Искровой индикатор волн Герца был гениален в своей простоте, но искры можно было наблюдать только с помощью лупы. Эффективная демонстрация его сенсационных экспериментов перед большой аудиторией, например, была в те дни практически невозможна.
Молодой радиотехнике насущно требовались 3 вещи:
- более мощные искровые генераторы;
- более эффективные передающие и принимающие устройства в виде антенн;
- более чувствительный прибор для приема электромагнитных волн.
В то время никто не мог предвидеть поразительных достижений в области коммуникационных технологий за всего несколько ближайших десятилетий. Но, как это часто бывает в истории изобретений, то, в чем возникает насущная необходимость, изобретается за относительно короткий промежуток времени разными людьми в совершенно разных местах.
Эдуард Бранли: изобретатель когерера
В Высшей нормальной школе в Париже Эдуард Эжен Дезире Бранли (1844-1940) считался блестящим учеником. Его учителя в лицее Сен-Кантена, где преподавал его отец, были столь же восторженны. Бранли родился в Амьене 23 октября. Он изучал физику и медицину и получил докторскую степень по обоим предметам. Докторская степень по физике была им получена после всего лишь 3 лет обучения в Сорбонне. В конце 1860-х годов он стал профессором в лицее дю Бурже. Но затем его снова потянуло в Париж, вначале в Сорбонну, а с 1886 года он работал в качестве профессора физики в Парижском Католическом институте.
В попытках изучить явление электропроводности, Бранли обнаружил, что электромагнитные волны могут влиять на проводимость некоторых порошкообразных веществ. В 1885 году, во время своих медицинских исследований, он уже заметил, что нервы человека и животных не являются непрерывными волокнами, а состоят из нейронов, расположенных близко друг к другу, но не всегда находящимися в непосредственном контакте. Из этого он пришел к выводу, что нейроны иногда были проводящими, а иногда нет по причине неизвестных воздействий. Эти наблюдения и соображения легли в основу созданного Бранли устройства для обнаружения электромагнитных волн, которое позже было названо когерером или фриттером, и принесло ему Нобелевскую премию по физике в 1921 году.
Когерер состоял из стеклянной трубки размером с карандаш, заполненной железным порошком. Когда трубка облучалась электромагнитными волнами, частицы железа слипались, и первоначально высокое электрическое сопротивление когерера падало. В прежнее состояние когерер возвращался легкой вибрацией.
Лежащий в основе действия когерера принцип был замечен еще до Бранли. В 1850 году француз Пьер Гитар заметил, что под воздействием электричества в пыльном воздухе образуются сгустки. В 1866 году английский инженер-электрик Сэмуэл Альфред Варли (1832-1921) пришел к аналогичным результатам. В 1875 году лорд Рэлей обнаружил, что снежинки могут собираться в формации под воздействием атмосферного электричества. И, наконец, итальянский физик и изобретатель Темистокле Кальцекки Онести обнаружил, что медные опилки между двумя латунными пластинами в нормальном состоянии не проводят электричество, но при воздействии высоковольтного разряда сопротивление такой схемы падает с нескольких миллионов до нескольких сотен Ом. В 1884 году он опубликовал сообщение в итальянском журнале "Il Nuovo Cimento", но вряд ли кто-то обратил на него внимание. Все изменилось лишь тогда, когда Бранли опубликовал в мае 1891 года свои результаты во французском журнале "La Lumiere Electrique".
Когерер Бранли явился долгожданным инструментом для пионеров радио. Когда Бранли было 93 года и умер Маркони, он произнес: "Маркони был единственным человеком, способным принять и развить мое собственное изобретение во славу науки". А когда Бранли в 1939 году праздновал свой 95-й день рождения, он осудил употребление радио в пропагандистских целях: "Меня возмущает мысль, что я приложил руку к этому изобретению". В марте 1940 года Бранли простудился в своей скромной лаборатории, от чего так и не смог оправиться. Он умер в Париже 24 марта 1940 года, одинокий, непонятый и, как утверждалось, разочарованный.
Оливер Лодж: Беседы с потусторонним миром
Благодаря открытию Генриха Герца электромагнитные волны были признаны и в Англии. Там, среди прочих, физик Оливер Джозеф Лодж (1851-1940) занимался трубкой Бранли и, вероятно, он же назвал ее когерером. Однако именно его исследование явления, которое он назвал "синтонией", - перестройки частоты или настройки в резонанс передатчика и приемника - обеспечило ему место среди пионеров радиотехники.
Оливер Джозеф Лодж принадлежал к семье с необычным обилием детей. Он родился старшим из девяти детей 12 июня в небольшом городке Пенкхулл, Стаффордшир. Его дед, священнослужитель и школьный учитель, произвел на свет 25 детей. Сам Лодж был отцом 12-ти отпрысков. До четырнадцати лет Оливер обучался в частной школе, а затем работал в магазине своего отца.
Его первое знакомство с наукой состоялось в Ньюпортской гимназии. Во время своих регулярных экскурсий в Лондон Лодж слушал лекции в Королевском институте, которые разожгли его жажду знаний, и он продолжил образование на вечерних курсах. В возрасте 22 лет он был готов к поступлению в Королевский колледж и Университетский колледж в Лондоне. В 1877 году он окончил университет по специальности "физика", а 4 года спустя, в 1881 году, стал первым профессором физики в новом университетском колледже в Ливерпуле, где оставался в течение 19 лет.
В 1890-е годы Лодж в основном занимался электромагнитным излучением и проводил эксперименты, аналогичные экспериментам Герца. 1 июня 1894 года он выступил в Королевском институте с докладом "Работы Герца" на церемонии в честь умершего 5 месяцами ранее Герца. В этой лекции Лодж привел результаты своих экспериментов и подчеркнул, насколько важно точное соответствие характеристик передатчика и приемника для получения наилучших результатов.
На рисунке выше длина волны передатчика перестраивается изменением конфигурации и размера металлической рамки, колебания в которой возбуждаются искровым разрядом. Источником высокого напряжения служит не индукционная катушка, а электростатический генератор Ван де Граафа, в котором напряжение создается при помощи механического переноса электрических зарядов механическим транспортером.
Волны Герца были сильно затухающими, поэтому приемник должен был реагировать на волны практически всех частот. С другой стороны, при незатухающих колебаниях можно создать приемник, который будет реагировать только на определенную длину волны. Работа Лоджа была опубликована и впоследствии вошла в книгу, и оказала влияние на целый ряд пионеров радио во всем мире.
16 августа 1898 года Лодж получил британский патент № 609154 на устройство с регулируемым искровым индуктором для настройки частоты передатчика и приемника. Это позволило понять, что для выбора конкретной передающей станции необходима настройка.
Однако впоследствии патент Лоджа был признан бесполезным благодаря патенту компании Маркони. После передачи и приема Маркони первой радиотелеграммы через океан Лодж с завистью признал: "Работа Маркони, подобно работе поэта, который складывает слова других в совершенную поэму, была, тем не менее, блестящей и уникальной".
Еще в 1883 году Лодж заинтересовался телепатией, телекинезом и контактами с умершими, он посещал спиритические сеансы и верил в общение с духами. В 1916 году он опубликовал довольно загадочную книгу "Реймонд: или жизнь и смерть", о спиритических контактах со своим младшим сыном Реймондом Лоджем, погибшим в 1915 году в 26-летнем возрасте на фронте.
Со слов Лоджа, с планетой Марс можно было общаться через гигантские геометрические фигуры, которые должны были быть нарисованы в песках Сахары. Когда ему было 80 лет, он пообещал связаться с миром после своей смерти, передал запечатанный документ в Английское общество психических исследований и заявил, что его послание из загробного мира будет соответствовать этому документу. Лодж умер на озере близ Солсбери 22 августа 1940 года в возрасте 89 лет. О каких-либо контактах с ним из загробного мира до сих пор неизвестно.
Прогресс в Италии и США
Аугусто Риги
Аугусто Риги (1850-1920), итальянский физик, был преподавателем университетов в Палермо и Болонье, а также учителем Маркони. Риги исследовал свойства диэлектриков, изобрел микрофон с проводящим порошком и провел бесчисленные эксперименты с электромагнитными волнами. Но прежде всего, в 1892 году он изобрел сферический осциллятор для электромагнитных волн сантиметрового диапазона, который в его честь был назван "осциллятором Риги". С помощью осциллятора впервые были сгенерированы электромагнитные волны длиной 20 и 7,5 см.
По сути, это было усовершенствование схемы Генриха Герца. Устройство Риги состояло из четырех сфер, лежащих на оси. Две внешние сферы образуют так называемый предварительный искровой промежуток, а две внутренние большие сферы - основной искровой промежуток. Частоту и, естественно, длину волны колебаний, генерируемых индуктором, можно было изменять, перемещая два конденсатора, установленных на двух проволочных держателях внешних сфер.
Электромагнитные волны были обнаружены с помощью резонатора Риги - полоски фольги, наклеенной на стеклянный прямоугольник и процарапанной посередине. Неудивительно, что Маркони впоследствии начал свои эксперименты с осциллятора своего учителя Риги. Однако устройство оказалось совершенно непригодным для преодоления больших расстояний.
Риги переписывался с российским военным инженером А.С. Поповым. Схема приемника Попова стала ему известна еще до ее опубликования в январе 1896 г.
Никола Тесла
Кроме Эдисона, в США был еще один "волшебник от электричества". Серб по национальности, Никола Тесла (1856-1943) родился 10 июля в хорватской деревне Смилян (тогда Австро-Венгрия), иммигрировал в США в 1884 году после учебы в Граце и Праге и работы в телеграфных компаниях в Будапеште и Париже, а умер 7 января 1943 года в Нью-Йорке.
Некоторое время он работал с Эдисоном, но "когда Эдисон не заплатил обещанную сумму за одно из изобретений Теслы, крайне невротичный Тесла тут же уволился и занялся собственным бизнесом" (Айзек Азимов). Тесла был пионером технологии переменного тока, а в 1889 году обратил свое внимание на высокочастотные токи высокого напряжения. Для этого он сконструировал специальное устройство в виде индукционного трансформатора подходящего размера и аппаратов, характеристики которых поразили экспертов. У менее технически образованной публики он вызывал изумление, заставляя свое устройство высекать полуметровые искры из своих рук. В 1891 году устройство было представлено как "трансформатор Тесла".
Впоследствии Тесла занимался разработкой других высокочастотных аппаратов и построил несколько радиостанций. Еще до Маркони он достиг дальности связи свыше 30 км.
Однако он не собирался заниматься радиотелеграфией, а был намерен передавать электрическую энергию на большие расстояния без воздушных линий. Поняв безнадежность этой затеи, он отказался от дальнейшей работы. В 1912 году Нобелевская премия по физике должна была быть присуждена совместно Эдисону и Тесле, но Тесла был довольно обидчив и отказался от этой чести, только чтобы досадить своему бывшему партнеру, и Нобелевская премия была присуждена шведскому изобретателю Нильсу Густаву Далену, за решение проблемы освещения маяков и буев.
Эксперименты в России: Попов
В России попытки переступить порог радиотелеграфии предпринимались еще до Маркони. Эти усилия принесли конкретные результаты, но прорыв все еще не был совершен. Александр Степанович Попов (1859-1906), русский физик и пионер радиотехники, первоначально хотел стать священнослужителем, следуя примеру своего отца. Но затем он выбрал более прикладную отрасль и изучал математику в Санкт-Петербургском университете. Затем он стал преподавателем физики и электротехники в Минном офицерском классе в Кронштадте, а 1890 году принял приглашение на должность штатного преподавателя физики в Техническое училище Морского ведомства в Кронштадте.
В начале девяностых годов он обратился к повторению и продолжению экспериментов Герца и за год до Маркони начал разрабатывать методы дальнего приема. Попов исходил из очевидной идеи, что молнии в небе во время грозы тоже являются искрами, и поэтому должны излучать электромагнитные волны с большой длиной волны. Он приобрел когерер Бранли и подключил его к "воздушному проводу" и проводу заземления. Подключив к своему грозоотметчику "воздушный провод", который позже назовут "антенной", Попов действительно смог регистрировать грозы на большем расстоянии.
В мае 1895 года он продемонстрировал свой первый радиоприемник, а в 1896 году Попов передал первую в истории человечества радиотелеграмму на расстояние 250 метров содержанием "Генрих Герц". Он опубликовал свои результаты в том же году, заключив: "В заключение я хотел бы выразить надежду, что мой аппарат после дальнейшего совершенствования может быть использован для передачи сигналов на большие расстояния с помощью быстрых электрических колебаний, если только удастся найти источник таких колебаний достаточно высокой энергии".
В марте 1897 года Попов построил передатчик в Кронштадтской крепости и оснастил крейсер "Африка" приемником. Тем не менее, в 1904 году Россия закупила радиооборудование для своего флота на Западе.
Статьи в тему:
238. Пассажир-радиолюбитель с позывным DL9IN передал сигнал SOS катушкой зажигания самолетного двигателя
239. Винтажный искровой передатчик, выполненный энтузиастом из любви к искусству
310. Александр Попов – изобретатель полупроводникового диода, работавшего от батарейки
Забытый изобретатель: Фердинанд Шнайдер
В 1884 году он сконструировал электрические часы, осветил витрину магазина в Веделе под Гамбургом лампами накаливания в предрождественский период того же года, что стало огромной сенсацией, изобрел дальномер, предохранительный кран для водомерных стекол и измельчитель. Университет Йены хотел присвоить ему звание почетного доктора за вертолет. Ему пришлось бы заплатить за нее 3 000 марок, но он не мог собрать такую сумму: нет денег - нет чести. Ему удалось получить почти 200 патентов, но экономический успех так и не был реализован.
Звали этого неоцененного по заслугам изобретателя Фердинанд Шнайдер (1866-1955), он родился 10 октября в Фульде. Шнайдер посещал среднюю школу, а затем поступил в ученики к часовщику. С начала 1895 года Шнейдер работал с электромагнитными волнами, чтобы сделать их полезными для передачи сообщений. Чтобы было легче отслеживать волны, он скопировал устройство Герца в измененной форме.
23 марта 1895 года Шнайдер продемонстрировал беспроводную телеграфию в Фульде ранее Гульельмо Маркони. "Он подключил ключ Морзе к первичной цепи передатчика, вывел диполь вверх в форме буквы V и пустил его в две тарелки (он использовал тарелки для тортов!). Таким образом, он увеличил длину излучаемой волны и уменьшил направленность антенны. Приемник состоял из двух металлических полос, разделенных щелью шириной около 0,5 миллиметра. Они были подключены к линиям телефона, плюс две боковые антенны. С помощью этих примитивных устройств он передавал азбуку Морзе, то есть сообщения, на расстояние от пяти до десяти метров".
Шнайдер усовершенствовал когерер и, наконец, соединил его с кристаллическим детектором, изобретенным Брауном. В результате был создан необычайно чувствительный приемник, который мог напрямую управлять радиотелетайпом. Впоследствии устройство использовалось японским флотом и французской армией, при этом изобретатель не получил ни гроша денег.
Статьи из цикла "История радио"
519. История радио-01. Секрет невидимых лучей
521. История радио-02. Первооткрыватель электромагнитных колебаний: Генрих Герц
522. История радио-03. Эпоха когерера: Бранли, Лодж, Риги, Тесла, Попов, Шнайдер
