У истоков цифровой революции

«Во времена Белла и Голубицкого, – пишет М. С. Самарин, – телефон создавался по принципу: чем чувствительнее прибор, чем более естественно воспроизводится голос человека, тем лучше. О каких-либо других критериях тогда просто не думали». И лишь потом стало известно «более десятка параметров», от которых зависит телефонная связь[394].

По мере развития телефонизации на этом пути возникли те же самые проблемы, как и в телеграфии. Прежде всего, это касалось использования телефонных кабелей. Многое из того, что к этому времени было накоплено в телеграфии, затем использовалось в телефонной связи.

Однако очень быстро обнаружилось, что телефонная и телеграфная связь имеют не только много общего, но и существенные различия. Чтобы понять это, зададимся вопросом: почему первая телеграфная линия соединила Европу и Америку примерно через 34 года после изобретения электромагнитного телеграфа, а первая трансатлантическая телефонная линия появилась через 80 лет после создания телефона? И это несмотря на то, что в первом случае все приходилось начинать с чистого листа, во втором – можно было использовать опыт, накопленный в телеграфии.

В связи с этим следует обратить внимание, что, преодолевая сопро-тивление, электрические сигналы постепенно теряют первоначальную энергию и, если можно так сказать, угасают. Как совершенно верно отмечал Аннабел Додд, передачу электрических сигналов «можно сравнить с пропусканием воды через трубу. По мере того как водный поток несется по трубе все дальше, он все больше теряет свою силу»[395].

Это касается и телеграфа, и телефона.

Столкнувшийся с этой проблемой при прокладке первого трансатлан-тического телеграфного кабеля, В. Томсон (Кельвин) вывел формулу, кото-рая гласит: «Скорость телеграфирования по кабелю обратно пропорцио-нальна квадрату его длины. Другими словами, если увеличить длину кабеля, например, в 10 раз, то скорость передачи уменьшится в 100 раз»[396].

В прохождении телеграфных и телефонных сигналов по кабелю существует принципиальное различие. Если телеграф может работать на частоте в 100–200 Гц[397], то для передачи речи требуется от 300 до 3400 Гц[398], т. е. почти в 20 раз больше.

Между тем «высочастотные сигналы затухают быстрее низкочастот-ных». Неслучайно, «когда мы слышим духовой оркестр на большом рас-стоянии, то до нас доносятся, прежде всего, звуки барабана, а не флейты»[399]. Следовательно, затухание телефонных сигналов во много раз выше телеграфных. А значит, для телефонной связи требуется в несколько раз больше электрической энергии, чем для телеграфной, и осуществление телефонной связи на дальнее расстояние связано с большими трудностями.

В книге уже упоминавшегося Артура Кларка приводится следующий пример: «Если бы для передачи по первому трансатлантическому телефонному кабелю использовали энергию всех существовавших на земле электростанций, то все равно уже через 370 км по длине кабеля, т. е. на расстоянии всего лишь одной десятой пути через Атлантику, передаваемую энергию трудно было бы обнаружить даже с помощью самых чувствитель-ных приборов»[400].

И хотя в данном случае мы, по всей видимости, имеем дело с преувеличением, главное заключается в том, что особенности телефонной связи первоначально делали невозможной прокладку телефонных линий на дальние расстояния.

Выход из этого положения открылся только после того, как в начале XX века американский физик – серб по национальности Михаил Пупин и датчанин Э. Краруп предложили использовать для увеличения дальности передачи повышение индуктивности телефонного кабеля и этой целью устанавливать на телефонных линиях специальные индуктивные катушки, способные усиливать проходящие по проводам электрические сигналы. Это позволило увеличить дальность передачи в несколько раз[401].

Однако, как установил английский физик Оливер Хэвисайд, индуктив-ность кабеля и его емкость (т. е. пропускная способность) находятся в обратной пропорциональной зависимости. Иначе говоря, повышение индуктивности сопровождается сокращением пропускной способности телефонного кабеля и наоборот[402].

В связи с этим начались поиски замены индуктивных катушек другими видами усилительных устройств.

Так в поле зрения специалистов по телефонии оказались электронные лампы, на основании которых в 1912–1913 гг. был создан так называемый регенератор (подробнее гл. 5). Возможности регенераторных усилителей удалось продемонстрировать в 1915 г., когда с их помощью была установ-лена трансконтинентальная телефонная связь между Нью-Йорком и Сан-Франциско[403].

В том же году русский ученый В.И. Коваленков (1884–1960) продемонстрировал возможность использования в качестве усилителей специального устройства – реле[404].

«Реле (от франц. relais) – аппарат, приводимый в действие мало-мощным импульсом (телеграфный сигнал, параметр контролируемого процесса) и приводящий в действие, за счет энергии местного источника, более мощное устройство (приемник телеграфного аппарата, сигнальное устройство, орган управления, регулятор)»[405].

Несмотря на то, что подобные усилители появились в 1915 г., практическое их использование началось только в 20-е гг. после окончания Первой мировой войны[406]. И тогда же появилась идея сооружения телефонной линии между Европой и Америкой. Однако начавшийся в 1929 г. экономический кризис[407], а затем вспыхнувшая в 1939 г. Вторая мировая война отвлекли внимание от решения этой проблемы.

Между тем в это время произошло еще одно важное событие.

Если до 1930-х гг. использовали низкочастотные симметричные кабели, то в 1930-е гг. началось внедрение высокочастотных коаксиальных кабелей[408]. «Коаксиальный кабель (от лат. «сo» – совместно и «axil» – ось) – кабель, состоящий из двух изолированных между собой концентрических проводников, из которых внешний имеет вид трубки»[409].

По некоторым данным, его еще в 1912 г. придумал профессор Электротехнического института П. Д. Войнаровский[410], а впервые решил использовать в 1934 г. русский ученый С. А. Щелкунов, эмигрировавший после гражданской войны в США[411].

Первой страной, которая воспользовалась возможностями, открывши-мися в области дальней телефонной связи, стал Советский Союз. В 1939 г. здесь вступила в строй на тот момент самая протяженная телефонная линия Москва–Хабаровск длиной 8500 км[412].

Только после этого был возрожден проект создании трансатлантичес-кой телефонной линии. В 1952 г. приступили к ее проектированию, в 1954 – к изготовлению кабеля. Основная работа по прокладке двух кабельных линий, получивших название ТАТ-1, была выполнена за время навигаций 1955 и 1956 гг. Длина ТАТ-1 превысила 3500 км. Официально трансатлантическая телефонная линия вступила в действие 25 сентября 1956 г.[413].

Вслед за этим был разработан проект создания глобальной телефонной линии, которая должна была иметь протяженность не менее 50 тыс. км. Цель названного проекта заключалась в том, чтобы объединить телефонные линии отдельных стран и компаний в общую глобальную систему. Его реализация началась в 1961 г. К середине 60-х гг. на планете было уже более 80 тыс. км телефонных линий[414].

Использование усилителей, хотя и открыло широкие перспективы для развития телефонной связи, в то же время породило новые проблемы. Дело в том, что усиление затухающих электрических сигналов сопровождалось одновременным усилением возникавших на телефонной линии помех.

Подобные помехи существуют и в телеграфных линиях, но они не влияют на содержание передаваемой информации, т. е. на сам набор электрических импульсов, с помощью которых кодируется телеграмма.

В связи с этим возникла идея после преобразования звуковых сигналов в электрические колебания передавать по телефонным линиям не сами эти колебания, а закодированную определенным образом информацию о них, с тем, чтобы на приемном пункте ее можно было раскодировать и преобразовать в первоначальные электрические колебания, а их – в звуковые сигналы[415]. Первым эту идею сформулировал сотрудник ИТТ Алек Ривс (A. H. Reeves) (1902–1971). В 1938 г. он взял патент на преобразование аналоговых телефонных сигналов в набор цифр, которое получило название импульсно-кодовой модуляции (ИКМ)[416].

В конце 1940-х – начале 1950-х гг. независимо друг от друга во Франции, СССР и США был изобретен другой способ преобразования аналоговых сигналов в цифровые, получивший название дельта-модуляции (ДМ)[417].

Несмотря на то, что идея ИКМ была запатентована в 1938 г., до ее практического осуществления прошло не одно десятилетие. Причина этого в том, что процесс преобразования аналоговых сигналов в цифровые, а затем цифровых в аналоговые требует особой точности, которой удалось добиться только благодаря математике.

Основу для математического решения данной проблемы заложил американский ученый Гарри Найквист (1889–1976), который в 1924 г. опубликовал статью, посвященную определению ширины частотного диапазона, требуемого для передачи информации, а в 1928 г. статью «Определенные проблемы теории телеграфной передачи», в которых математически доказал, что «число независимых импульсов, переданных в единицу времени без искажений, ограничено двойной шириной частотного диапазона канала связи»[418].

Независимо от Г. Найквиста к подобным же выводам пришел советский физик Владимир Александрович Котельников (1908–2005), доказавший, что «любой сигнал может быть восстановлен на приемной стороне, если частота тактовых импульсов вдвое и больше превышает высшую частоту передаваемого сигнала»[419]. Первая его публикация на эту тему появилась в 1933 г.[420].

Следующий шаг на этом пути сделал американский ученый Клод Эльвуд Шеннон (1916–2001). В 1945 г. он опубликовал работу «Теория связи в секретных системах», а в 1948 г. статью «Математическая теория связи». В этих и последующих своих работах К. Э. Шеннон заложил основу для создания технологии хранения, обработки и передачи информации. Окончательно свою теорему кодирования информации К. Э. Шеннон сформулировал в работах 1957–1961 гг. Согласно этой теореме, любой канал имеет свою предельную скорость передачи информации, получившую название «предел Шеннона»[421].

Однако, как отмечают специалисты, «в работах К. Шеннона не было предложено конкретных инженерных решений»[422]. Поэтому своими работами он заложил лишь основание для дальнейших поисков, которые велись одновременно в разных странах.

Раньше всего практические результаты в решении данной проблемы удалось получить во Франции, где, по одним данным, в 1970 г.[423], по другим – в 1974 г. была открыта первая опытная цифровая АТС[424].

Так был дан старт «цифровой революции», которая сначала захватила телефонную, а затем другие средства связи.

Оптико-волоконная связь

Тогда же, в 70-е гг., новые возможности в развитии средств связи открыло изобретение лазера.

Лазер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, LASER) – это усилитель света посредством индуцированного излучения, «устройство, в котором энергия, например, тепловая, химическая, электри-ческая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерного луча»[425].

Возможность создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн А. Эйнштейн предсказал еще в 1916 г. в статье «Квантовая теория излучения»[426].

Опираясь на работы своих предшественников, советские ученые Николай Геннадиевич Басов (1922–2001)[427] и Александр Михайлович Прохоров (1916–2002)[428], а также американский ученый Чарльз Хард Таунс (1915–1995)[429] заложили основы для практической реализации этой идеи.

В 1957 г. выпускник Колумбийского университета Гордон Голд сформулировал принципы работы интенсивного источника света[430], а в 1960 г. американский физик Теодор Мейман (1927–2007) создал первый подобный прибор, получивший название лазер[431].

Почти сразу же обнаружилось, что лазер может быть использован в самых разных сферах человеческой жизни, в том числе как носитель информации. Но хотя «возможности лазерного излучения для передачи информации в 10 тыс. раз превышают возможности радиочастотного излучения», обнаружилось, пишет Д. Д. Стерлинг, что он «не вполне пригоден» «для передачи сигнала на открытом воздухе. На работу такого рода линии существенно влияют туман, смог и дождь, равно как и состояние атмосферы. Лазерному лучу гораздо проще преодолеть расстояние между Землей и Луной, чем между противоположными границами Манхеттена»[432].

В связи с этим особое значение имело сделанное в 1966 г. пред-ложение двух исследователей Чарльза Као и Чарльза Хокхэма из английской лаборатории телекоммуникационных стандартов использовать для защиты лазерного луча стеклянные волокна, которые к тому времени уже нашли применение в эндоскопии[433].

Чтобы понять смысл этого предложения, необходимо учесть сле-дующее обстоятельство. Обычно свет распространяется по прямой линии. Однако если мы проследим путь солнечного луча, уходящего в воду, то заметим, что при переходе из одной среды в другую, он отклоняется от первоначального направления. А если поместить источник света в воде, обнаружится, что на границе воды и воздуха луч света раздвоится, один выйдет наружу, другой, отразившись от верхнего слоя воды, вернется опять вглубь.

Используя это явление, французские физики Жак Бабине (Jacques Babinet) (1794–1872) и Даниэль Коллодон (Daniel Collodon) проде-монстрировали в 1840 г. фонтан, в котором лучи света, направленные внутрь фонтанных струй, изгибались вместе с ними, придавая им светящийся характер[434].

Используя этот эффект, английский физик Джон Тиндалл (1820–1893) в 1854 г. продемонстрировал возможность управления светом[435], а в 1870 г. доложил о результатах своих опытов на собрании Королевского обще-ства[436].

В 1920 г. два английских ученых Джон Бэйрд (John Baird) и Кларенс Ханселл (Clarence Hansell) предложили использовать прозрачные стержни для передачи изображений[437]. Такую возможность через несколько лет продемонстрировал студент-медик из Мюнхена Генрих Ламм (Lamm)[438]. А в 1934 г. инженер АТТ Норман Френч запатентовал проект передачи по стеклянному волокну сигналов связи[439].

Однако эта проблема привлекла к себе внимание только после того, как в 1954 г. преподаватель Технического университета голладского города Дельфт Абрахам ван Хеел (Abraham van Heel) и два сотрудника Лондон-ского Королевского научно-технического колледжа Гарольд Хопкинс (Harold Hopkins) и Нариндер Капани (Narinder Kapany) независимо друг от друга поделились на страницах английского журнала «Nature» своим опытом передачи изображений с помощью оптического волокна[440]. Именно Н. Капани в 1956 г. ввел в употребление термин «волоконная оптика»[441].

Через некоторое время А. ван Хеел усовершенствовал это изобре-тение. Он покрыл стеклянные волокна прозрачной оболочкой с более низким коэффициентом преломления и тем самым сделал почти невозможным рассеивание света за пределами световода[442]. Но создаваемое таким образом оптическое волокно имело очень высокий коэффициент затухания[443].

Ситуация стала меняться после того, как в 1966 г. два уже упоминав-шихся ученых Чарльз Као и Чарльз Хокхэм установили, что коэффициент затухания зависит от степени прозрачности стекла и что для использования оптического волокна в средствах связи необходимо, чтобы коэффициент затухания передаваемых сигналов был ниже 20 дБ/км[444].

Одновременно, как уже отмечалось, именно Чарльз Као и Чарльз Хокхэм предложили использовать оптическое волокно для передачи информации с помощью лазера.

Первоначально коэффициент затухания достигал 1000 дБ/км[445].

Но уже «в 1970 г., – пишет Д. Стерлинг, – Роберт Маурер со своими коллегами из Corning Glass Works получил первое волокно с затуханием менее 20 дБ/км. К 1972 г. в лабораторных условиях был достигнут уровень в 4 дБ/км», «в настоящее время лучшие волокна имеют уровень потерь в 0,2 дБ/км»[446].

Таким образом, в 70-е гг. открылась возможность использования оптического волокна для передачи информации на большие расстояния. Первыми обратили на это внимание военные. Уже в 1973 г. Пентагон стал использовать оптико-волоконную связь на борту корабля Little Rock., а в 1976 г. – в авиации[447].

Тогда же, в 1976–1977 гг., в США и Великобритании были построены первые опытные линии оптико-волокнной связи[448]. Как отмечает Д. Стер-линг, они сразу же «превзошли по своим характеристикам считавшиеся ранее незыблемыми стандарты производительности, что привело к их бурному распространению в конце 70-х и начале 80-х гг. В 1980 г. AT&T объявила об амбициозном проекте волоконно-оптической системы, связы-вающей между собой Бостон и Ричмонд», который вскоре был реализован и продемонстрировал преимущества нового вида связи[449].

«К 1980 г., – пишет Д. Л. Шарле, – в области проводниковой связи произошла подлинная техническая революция. Классический проводнико-вый материал – медь – начал уступать место столь же классическому изоля-ционному материалу – стеклу»[450]. На самом деле правильнее будет сказать, что с 1980 г. революция в этой сфере средств связи только началась.

В 1985 г. были проложены две первые морские коммерческие линии из оптического кабеля длиной 120 и 420 км[451]. 14 декабря 1988 г. начал действовать первый трансатлантический телефонный кабель с использова-нием волоконной оптики. «Этот кабель позволил вести телефонные перего-воры 40 тыс. абонентов одновременно, что в 3 раза превышает объем трех существующих медных кабелей. В апреле 1989 г. начал функционировать волоконно-оптический кабель, проложенный через Тихий океан, связавший США с Японией»[452].

К 1990 г. протяженность каналов волоконно-оптической связи только в США достигла 5 млн миль[453].

«В настоящее время, – констатировали на рубеже XX–XXI вв. Д. Нэсбитт и П. Эбурдин, – с помощью волоконной оптики установлена связь между Северной Америкой, Европой, Азией и Австралией. Общая протяженность волоконно-оптических кабелей составляет более 16 млн миль»[454].

Глава 5. Радио

Изобретение радио

В 1995 г. мировая научная общественность отметила 100-летие радио,[455] создателем которого считается русский ученый Александр Степанович Попов[456].

Между тем в зарубежной литературе распространено мнение, будто радио изобрел итальянский инженер Гульельмо Маркони (1874–1937)[457]. Это мнение можно встретить и на страницах нашей печати[458].

Кто же прав?

Прежде всего, следует отметить, что появление радио было подготов-лено усилиями многих ученых XIX в.

Особое значение в этом отношении имело открытие электрического поля и электромагнитной индукции. Исходя из этого, М. Фарадей (1791–1867) высказал гипотезу о существовании электромагнитных волн[459], а Джеймс Максвелл (1831–1879), экспериментально доказал, что постоянный электрический ток создает постоянное электрическое поле, а переменный ток – переменное[460] и теоретически обосновал гипотезу М. Фарадея о существовании электромагнитных волн или же электромагнитного излучения[461].

Согласно его теории, электромагнитные волны – это «распространяю-щееся во все стороны возмущение электромагнитного поля», происходящее под влиянием переменного тока[462]: «переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое в свою очередь создает переменное магнитное поле и т. д.». В результате этого возникает «цепочка переменных полей», которая и «представляет собою электромагнитную волну»[463].

Для экспериментальной проверки этой теории немецкий физик Генрих Герц (1857–1894) создал устройство, состоявшее из двух элементов: вибратора и резонатора. Вибратор, игравший роль «возмутителя» электрического поля, состоял из двух проводников, расположенных друг против друга почти встык таким образом, что между ними оставался лишь небольшой зазор. На ближних концах проводников находились небольшие шарики, на дальних – большие металлические шары или же распо-ложенные перпендикулярно к проводникам металлические пластины. К вибратору был подключен трансформатор, в качестве которого исполь-зовалась индукционная «катушка Румкорфа»[464].

Трансформатор – это аппарат, позволяющий преобразовывать пере-менный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения[465]. Созданная в 1851 г. «катушка» немецкого физика Генриха Даниэля Румкорфа (1803–1877)[466] – это «повышающий трансформатор с большим коэффициентом трансформации и прерывателем в первичной цепи, позво-ляющий, питая первичную обмотку постоянным током низкого напря-жения, получать во вторичной обмотке очень высокое напряжение»[467].

Когда замыкалась электрическая цепь, напряжение в ней начинало расти и в зазоре между проводниками возникал разряд. А поскольку электрический разряд имел прерывистый характер, то вокруг вибратора возникало переменное электрическое поле. Задача, которую поставил перед собою Г. Герц, заключалась в том, чтобы установить, как колебания этого поля распространяются в пространстве и действительно ли они имеют волновой характер.

Чтобы уловить эти изменения Г. Герц установил рядом с вибратором резонатор – небольшую металлическую петлю с просветом. Как только вибратор начинал искрить, искрение возникало и в резонаторе: и в том случае, если резонатор был связан электрической цепью с вибратором, и в том случае, если он никак не был связан с ним.

Перемещая резонатор в пространстве в разные стороны, Г. Герц уста-новил, что а) изменения магнитного поля распространяются от вибратора по всем направлениям, б) если в одном и том же режиме использовать несколько вибраторов, резонатор начинает искрить сильнее, в) если между вибратором и резонатором поставить металлическую преграду, исходящие от вибратора электромагнитные импульсы будут отражаться от нее. На основании этого и некоторых других наблюдений был сделан вывод, что от вибратора исходят электромагнитные импульсы, имеющие волновой харак-тер, и что скорость их распространения равна скорости света[468].

Получив такой результат, Г. Герц начал отодвигать резонатор от вибратора. Когда резонатор переставал действовать, исследователь пред-принимал меры, чтобы усилить действие вибратора или повысить чув-ствительность резонатора.

В результате, если до этого влияние магнитного поля устанавливалось опытами на расстоянии нескольких сантиметров от проводника, Г. Герцу удалось добиться, чтобы его резонатор мог работать на удалении в несколько метров от вибратора[469].

И хотя максимальное расстояние, на котором ему удалось зафик-сировать распространение электромагнитных волн не превышало 20 м[470], уже в конце 80-х – начале 90-х гг. XIX в. была высказана мысль о возможности использования электромагнитных волн для передачи информации на расстояние[471].

В связи с этим начались эксперименты, цель которых заключалась в том, чтобы увеличить дальность регистрации электромагнитных волн.

Исходя из давно установленного факта, что воздействие магнита находится в обратной пропорциональной зависимости от размера находя-щегося в магнитном поле предмета, французский медик Эдуард Бранли (1846–1940), занимавшийся электротерапией, решил использовать для обнаружения электромагнитных волн металлические опилки[472].

При этом он опирался на опыты, уже проведенные к тому времени итальянским ученым Ф. Кальцески-Онести[473].

Сконструированный Э. Бранли в 1890 г. резонатор представлял собою стеклянную трубку, в которую были впаяны два металлических стержня, внешние концы, которых были соединены между собой, а внутренние – разъединены. Воспринимая электромагнитные волны с внешней стороны, оба стержня накапливали электрические заряды до тех пор, пока внутри трубки не возникал электрический разряд. Для обнаружения его использовались находившиеся между двумя стержнями металлические опилки, которые при прохождении через них электрического заряда начинали искрить[474].

Однако «трубка Бранли» имела два важных недостатка.

Хотя с помощью железных опилок изобретатель смог улавливать более слабые электромагнитные волны, чем резонатор Г. Герца, однако добиться сколько-нибудь значительного увеличения расстояния ему не удалось.

Другой недостаток заключался в том, что после возникновения электрического разряда опилки намагничивались, между двумя электро-дами устанавливалась постоянная связь, и прибор переставал искрить, т. е. выходил из строя как индикатор электромагнитного излучения. Чтобы он продолжал действовать в таком качестве, его необходимо было периодически встряхивать.

В начале 90-х гг. подобными опытами занимались и другие исследователи, из которых наибольших успехов добился английский физик Оливер Джозеф Лодж (1851–1940), усовершенствовавший в 1894 г. «трубку Бранли» и назвавший ее когерером [475].

Во-первых, О. Лодж подключил к когереру звонок, в результате чего о приеме электромагнитной волны можно было судить не только по искрению опилок, но по звуковому сигналу[476].

Во-вторых, О. Лодж создал устройство, которое через определенный интервал времени, регулируемый часовым механизмом, приводило в движение молоточек, периодически ударявший по когереру и встряхивав-ший его. Но поскольку действие часового механизма не зависело от про-хождения тока, это хотя и давало возможность восстанавливать работу ко-герера, но не позволяло сделать процесс улавливания электромагнитных волн непрерывным или постоянным[477].

Впервые эту проблему решил русский ученый А. С. Попов.

Александр Степанович Попов (1859–1905) родился 4/16 марта 1859 г. на Урале в семье священника в Верхотурском уезде Пермской губернии[478].

Закончив Екатеринбургское духовное училище и Пермскую духовную семинарию, он в 1877 г. сдал экзамены за курс гимназии и поступил на физико-математический факультет Петербургского университета. Здесь его внимание привлекла совершенно новая отрасль – электротехника. Закончив в 1883 г. университет, он защитил диссертацию на тему «О принципах магнито- и динамоэлектрических машин» и стал преподавателем первого в России электротехнического учебного заведения – Кронштадтского минного офицерского класса[479].

25 апреля/7 мая 1895 г. на заседании Русского Физико-химического общества А. С. Попов сделал доклад и продемонстрировал устройство, по-хожее на устройство О. Лоджа, но имеющее одно очень важное допол-нение[480]. А. С. Попов не просто подключил к когереру звонок, но и «при-вязал» его к общей электрической цепи таким образом, что, приходя в действие во время намагничивания опилок, молоточек звонка встряхивал когерер. Это позволило сделать процесс улавливания электромагнитных волн непрерывным или постоянным. В результате открылась возможность практического использования электромагнитных волн для передачи информации на расстояние[481].

Летом того же 1895 г. А. С. Попов использовал для приема электромаг-нитных волн специальное устройство – антенну[482].

«Антенна – …часть радиоустановки, излучающая (передающая) или извлекающая энергию из поля радиоволн (приемная…)… В приемной антенне под действием радиоволн возникает электрический ток, подводи-мый к радиоприемнику»[483].

Итак, антенна – это проводник, который излучает или воспринимает электромагнитные волны.

Вопрос о том, кто изобрел антенну, является открытым.

Если исходить из приведенного определения, то вибратор Г. Герца представлял собой передающую антенну, а резонатор – принимающую. Но и Г. Герц в этом отношении не был первым. Еще в 1700 г. английский исследователь Уолл высказал догадку об электрическом характере грозы [484], а в 1750 г. американский физик Б. Франклин создал для улавливания грозовых разрядов молниеотвод[485], по существу представлявший принимающую антенну.

Первыми, кто осознанно поставили вопрос об использовании антенны как специального устройства для трансляции и приема электромагнитных волн, были Э. Бранли (1891)[486] и Н. Тесла (1893)[487].

Таким образом, используя антенну, А. С. Попов шел по пути, намеченному его предшественниками.

Летом 1895 г. он дополнил свое устройство приемным механизмом телеграфного аппарата С. Морзе, позволившим фиксировать момент прохождения электрического разряда через когерер (а значит, момент замыкания электрической цепи) на телеграфной ленте в виде «штрихов»[488].

Так был сделан первый шаг на пути радиотелеграфирования.

Для того чтобы сделать второй шаг, необходимо было включить в передающее устройство телеграфный ключ, с помощью которого можно было бы управлять излучаемыми в пространство электромагнитными вол-нами. Одним из первых такую идею высказал О. Лодж[489]. Однако найти техническое решение этой проблемы ему не удалось.

Первую радиотелеграмму сумел передать А.С. Попов. По одним дан-ным, это произошло 12/24 марта 1896 г.[490], по другим – в 1897 г.[491]

Так завершилось создание радиотелеграфа.

Г. Маркони узнал об открытии электромагнитных волн в 1894 г., когда еще был студентом. Оно настолько увлекло его, что, получив консультацию итальянского ученого А. Риги, он, воспользовавшись вибратором Г. Герца и «трубкой Бранли», начал конструировать собственный аппарат, с помощью которого смог передать на расстояние сигнал, позволивший ему, как и А. С. Попову, включить электрический звонок[492].

«Удивительно, – пишет М. П. Бронштейн, – до чего были похожи эти первые опыты Маркони на те опыты, которые одновременно с ним делал профессор Попов. Попов не знал ничего о Маркони, Маркони ничего не знал о Попове, но оба они – русский профессор, и итальянский студент – в одно и то же время одним и тем же способом решали одну и ту же задачу. Попов заставил электромагнитные волны звонить, – то же самое сделал и Маркони. У Попова молоточек звонка встряхивал стеклянную трубку с опилками – и той же работой был занят молоточек звонка в приборе Маркони. Попов соединил свой приемник с вертикальным проводом – антенной, и Маркони тоже додумался до антенны. Все, что в лаборатории Кронштадтского Минного класса изобрел профессор Попов – все это независимо от Попова в далекой Италии, в деревне Понтеккио, в усадьбе Вилла Граффона, изобрел и молодой итальянский студент»[493].

Однако, что представлял собою аппарат Г. Марконипервоначально, мы не знаем. Отсутствуют документальные данные и о том, когда он начал свои опыты, и каковы были их результаты. Все, что нам известно на этот счет, исходит из уст самого изобретателя, его помощника и слуги. Причем их свидетельства на этот счет были сделаны по прошествии многих лет после описываемых событий[494].

Но даже, согласно этим свидетельствам, к своим опытам Г. Маркони приступил лишь весной 1895 г.[495]. К лету того же года, по свидетельству изобретателя, он дополнил свой аппарат антенной и смог передать сигнал на расстояние в 1,5 мили[496].

Между тем подобный аппарат А. С. Попова существовал уже к весне 1895 г., когда он публично поделился первыми результатами его испытания. Позднее профессор А. Риги сообщил, что его ученику в 1895 г. были известны опыты А.С. Попова.

Признал данный факт и сам Г. Маркони, который лишь 2 июня 1896 г. в Англии подал заявку на изобретение под названием «Улучшения в передаче электрических импульсов и сигналов, а также в устройстве для этого предназначенном», 2 марта 1897 г. он внес в нее уточнения и 2 июля 1897 г. получил английский патент[497]. Уже одно название заявки Г. Маркони говорит о том, что его изобретение заключалось не в создании, а в усовершенствовании радиопередающего и радиоприемного устройств[498]. Что же касается первой радиотелеграммы, то ее Г. Маркони сумел передать не ранее 1901 г.[499]

Поэтому предпринимавшиеся и предпринимающиеся попытки объявить его изобретателем радио не имеют под собою оснований[500].

Неслучайно поэтому 100-летие радио мировая научная общест-венность отмечала в 1995 г. и чествовала в качестве его создателя не Г. Маркони, а А. С. Попова.

Освоение радиоэфира

После того как появилось радио, началось освоение эфира.

В 1896 г. Г. Маркони передал радиосигнал на расстояние более 3 км[501]. В 1897 г. А. С. Попову удалось увеличить этот показатель до 5 км[502], а Г. Маркони до 27 км[503]. В 1899 г. А.С. Попов осуществил радиосвязь на расстоянии 28 км, в 1900 г. – 47 км.[504]

Если А.С. Попов использовал для своих опытов поддержку государства, то Г. Маркони – частного капитала. Уже в 1897 г. возникла английская фирма «Маркони и К»[505].

Сумев привлечь к своему делу большие средства, Г. Маркони 27 марта 1899 г. осуществил радиопередачу через Ла-Манш (около 50 км)[506], а в 1900 г. увеличил дальность передачи до 250 км[507].

Одна из причин успеха Г. Маркони была связана с использованием им антенных устройств. Достаточно сказать, что Ла-Манш он штурмовал с помощью целой группы антенн высотой почти в 50 м[508].

Но дело заключалось не только в их количестве и высоте.

Г. Маркони обратил внимание на изобретения немецкого физика, будущего лауреата Нобелевской премии Фердинанда Брауна и сразу же взял их на вооружение[509].

Если до этого антенна непосредственно включалась в электрическую цепь, Ф. Браун поставил между антенной и генератором электромагнитных волн трансформатор, позволивший увеличивать напряжение. Именно он включил в цепь еще одно важное устройство – конденсатор, который с тех пор стал обязательным элементом всех радиопередающих устройств [510].

Кроме того, Ф. Браун предложил использовать «направленный пере-датчик» и «направленный приемник», чтобы период колебаний передаю-щего устройства совпадал с периодом колебаний приемного устройства: когда передающая станция и приемное устройство настроены на одну частоту, резонанс колебания передающей станции способен вызывать в приемном устройстве максимальный эффект[511].

Наконец, Ф. Браун едва ли не впервые вместо когерера использовал кристаллический детектор (предшественник транзистора)[512].

Таким образом, пока А. С. Попов еще делал первые опыты, радиотехника быстрыми шагами шла дальше.

В 1903 г. состоялась Первая международная конференция по «беспро-водной телеграфии». На этой конференции было принято решение называть этот вид электросвязи «радиотелеграфом»[513]. В том же году Международный союз электросвязи принял первый «Регламент радиосвязи (РР)»[514].

Для понимания того, как происходило освоение радиоэфира, необхо-димо учитывать, что существует довольно большой спектр радиоволн, характеризующихся такими понятиями, как длина и частота. Что такое частота, уже говорилось ранее. Длина волны – это «расстояние, на которое распространяется энергия за время одного колебания»[515] или «расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах»[516]. Из этого вытекает, что длина волны находится в обратной пропорциональной зависимости от частоты. Иначе говоря, чем ниже частота, тем длиннее волна. И наоборот: чем выше частота, тем короче волна (табл. 1).

Таблица 1

Спектр радиочастот

Частота	Наименование	Длина волны	Наименование
3–30 кГц	Очень низкая	10–100 км	Очень длинные
30–300 кГц	Низкая	1–10 км	Длинные
300–3000 кГц	Средняя	100–1000 м	Средние
3–30 МГц	Высокая	10–100 м	Короткие
30–300 МГц	Очень высокая	1–10 м	Очень короткие
300–3000 МГц	Ультравысокая	10–100 см	Ультракороткие
3000–30000 МГц	Сверхвысокая	1–10 см	Сверхкороткие
Более 30000 МГц	Крайне высокая	Менее 1 см	Крайне короткие

Источник. Косиков К. М. Развитие знаний в области распространения и применения радиоволн // Очерки истории радиотехники. С. 303.

Освоение радиоэфира происходило следующим образом: «…Если Герц проводил свои опыты на метровых волнах, то первая транс-атлантическая связь была установлена (Маркони, 1901) на волне 366 м. В 1902 г. для устойчивой радиотелеграфной связи использовалась длина волны 1100 м, в первой коммерческой линии связи Ирландия–Нью-Фаунленд, открывшейся в 1907 г., длина волны равнялась 3560 м. К концу Первой мировой войны длина волновой разности возросла до 20–25 км»[517].

Первоначально считалось, что дальность распространения радиоволн находится в прямой зависимости от их длины. В связи с этим, как конста-тируют авторы «Очерков истории радиотехники», получило «применение более длинных волн и тем самым более высок