Для учащижся старших классов

Профессия - изобретатель

       

У истоков телеграфа

В истории электрического телеграфа рядом стоят великие имена изобретателей — русского инженера Павла Шиллинга, одного из крупнейших физиков-электротехников середины XIX в. Бориса Якоби и подававшего большие надежды художника-портретиста Сэмюэля Морзе. Каждый из них внес принципиальные усовершенствования либо в аппаратуру, либо в методы передачи информации и еще в XIX в. во многом определил современный вид телеграфа. Но перед тем как непосредственно познакомиться с их изобретениями, давайте посмотрим, что представляла собой связь или как осуществлялась передача информации до появления электрического телеграфа.

Необходимость обмена информацией между разделенными большим расстоянием группами людей существовала еще у наших далеких предков. Существует она и в настоящее время. Изменились лишь содержание, способы и скорость передачи информации.

Звук и свет издавно служили главными «носителями» информации. Всем известны экзотические тамтамы, с помощью которых обменивались сообщениями коренные жители Африки и Америки. В Китае для этой цели использовали похожие на большую тыкву гонги; некоторые виды звуковых сигналов используются и по сей день. Например, теплоход, застигнутый туманом на оживленной магистрали, дает гудки с определенными промежутками, сигнализируя другим кораблям о своем местонахождении. Еще не видя на городской улице приближающуюся машину «скорой помощи», водители уступают ей левый ряд, услышав характерный сигнал сирены. Однако использование звука для передачи сигналов на большие расстояния ограничивается его значительным затуханием.

Оптические, или визуальные, системы связи существовали довольно давно. В дневное время использовались различные системы, послужившие основой для создания семафорного телеграфа, который был изобретен почти одновременно в конце XVIII в. Клодом Шаппом во Франции и Иваном Кулибиным в России. Шапп опередил Кулибина на 2,5 года, но к моменту, когда сведения о его изобретении достигли России, действующий макет телеграфа Кулибина был уже передан в петербургскую «Кунсткамеру».

По сравнению с веками, отделявшими дату изобретения семафорного телеграфа от времени появления первых средств связи, два года между изобретениями Кулибина и Шаппа — срок мизерный. Да и сама личность великого изобретателя Ивана Кулибина, для которого изобретение семафорного телеграфа — лишь небольшой эпизод в его богатейшей творческой биографии, делает спор о приоритете бессмысленным. Интересней сравнить не даты приоритета, а саму судьбу двух одновременно сделанных изобретений. В России того времени, где традиционно уважали заграничные достижения и почти не замечали своих, телеграф Кулибина вместе с подвернувшимися для коллекции «частью кружевного дерева, растущего в Америке... и собранием разнородных искусственных Японских вещей» был похоронен в запасниках «Кунсткамеры». Изобретение же Клода Шаппа, ставшее главным событием его жизни, было уже в 1794 г. применено при строительстве телеграфной линии Париж — Лилль.

По принципу действия системы Шаппа и Кулибина были весьма схожи. В обоих случаях «рабочий элемент» телеграфа состоял из трех соединенных между собой брусков, взаимное расположение которых соответствовало отдельным знакам.

Первая линия семафорного телеграфа Париж — Лилль имела протяженность 225 км. Сигнал транслировали более 20 станций, расположенных на расстоянии прямой видимости друг от друга. Наблюдатель с башни станции в подзорную трубу следил за сменой кода на соседней со стороны прихода сигнала станции и устанавливал тот же код у себя. При хорошей тренировке «операторов» сигнал преодолевал за минуту более 10 станций, что позволило 15 августа 1794 г., например, жителям Парижа всего через час узнать об очередной победе революционных войск под Лиллем. В конце XVIII— начале XIX в. семафорные телеграфы строились уже во многих странах: первая коммерческая система семафорного телеграфа в Соединенных Штатах была построена в 1800 г. Джонатаном Гроутом и служила для передачи с одного из прибрежных островов в Бостон сведений о прибытии торговых кораблей. В России первая линия семафорного телеграфа была построена французом Шато. Она связала Петербург с Кронштадтом.

Шато применил при строительстве этой линии свой вариант семафорного телеграфа, мало отличающийся от телеграфа Кулибина. Причем русское правительство уплатило Шато не за строительство, а именно за право использовать его телеграф и сигнальный код. И сделано было это уже на этапе явного заката семафорного телеграфа, уступающего пальму первенства телеграфу, использующему электричество.

Однако, наряДу с семафорным, в те годы существовали и другие конструкции оптического телеграфа, использовавшие для передачи световые сигналы. Ведь системы связи, работающие по принципу передачи света, не только применяются и в настоящее время, но и являются наиболее перспективными с точки зрения увеличения скорости передачи информации. В хорошую погоду в ночное время огонь даже небольшого фонаря виден за многие километры. С помощью нескольких фонарей, расположенных в определенной комбинации, чаще в виде геометрической фигуры, можно передавать буквы и цифры, приписав каждой из них сочетание горящих и затемненных фонарей. На этом несложном принципе и было основано устройство «ночного скорого дальнописца или телеграфа о семи фонарях», изобретенного в 1815 г. русским землемером Понюхаевым.

Шесть фонарей понюхаевского дальнописца располагались по кругу, в центре которого помещался седьмой фонарь. Вся система фонарей укреплялась на вышке, сделанной из шестов, высота которой во многом определяла дальность передачи сигналов. Перед каждым фонарем устанавливался подвижной щиток, позволяющий быстро закрывать и открывать фонарь со стороны наблюдателя. От каждого из семи щитков шли тросы на «пульт управления», где «оператор» с помощью рычагов задавал необходимую комбинацию открытых и закрытых (освещенных или затемненных) фонарей.

«Приемлющий известия смотря посредством телескопа на дальнописец, должен записывать карандашом на бумаге единственно вид освещенных или не закрытых фонарей, а как для каждой буквы закрытие фонарей требует времени не более полсекунды, то следует писать фигуры весьма скоро...». Вслед за стационарной конструкцией Понюхаев разрабатывает «возимую» конструкцию дальнописца, считая, что она будет незаменима в армейских походах: «дальнописец можно сделать железный, складной, возимый на дрогах». Создан был и вариант дальнописца, расчитанный на работу в дневное время.

Заметим, что по своим характеристикам дальнописец По-нюхаева значительно превосходил семафорный телеграф Шаппа. Ведь, по справедливому утверждению самого изобретателя, «дальнописцы этого рода могут быть расставлены на расстоянии 40 верст один от другого и более, при благоприятной местности». Однако талантливое изобретение ждала судьба, похожая на судьбу семафорного телеграфа Кулибина: описание изобретения было похоронено в архивах канцелярии военного министерства.

В то время как в ряде европейских стран и в США строилось множество семафорных телеграфов, там уже интенсивно велись опыты в области, на первый взгляд не связанной с телеграфией,— электротехнике. Появление первых надежных источников тока, заменивших лейденские банки и электростатические машины второй половины XVIII в. было обусловлено работами Гальвани и Вольта. Созданная в 1799—1800 гг. Алессандро Вольта батарея была использована в 1809 г. профессором из Мюнхена Земмерингом — изобретателем первого электрического телеграфа...

Посмотрите, каким все-таки толчком в развитии электротехники явилось изобретение вольтова столба. Надежного источника тока ждали давно, и его появление породило буквально взрыв научных и технических достижений. Первым в этом ряду стоит открытие В. Петровым электрической дуги. В хронологическом порядке непосредственно за ним и последовало изобретение электрического телеграфа.

Заметим, правда, что конструкция телеграфа Земмеринга была первым звеном в огромной цепи причудливых конструкций электрического телеграфа, ни одна из которых не получила широкого распространения. Но именно с точки зрения причудливости телеграф Земмеринга имел неоспоримое преимущество: индикатором наличия сигнала в нем служило выделение пузырьков газа в сосуде со слабым раствором серной кислоты, в который были опущены концы какой-либо из пар проводов, соединяющих пункты передачи и приема. Передающая станция этого телеграфа мало отличалась от последующих моделей электрического телеграфа: 35 пар проводов, идущих к приемной станции, поочередно подключались к источнику энергии. Каждая пара проводов соответствовала определенному знаку — букве или цифре. Приемная станция походила на химическую лабораторию. Оператор внимательно следил, в какой из 35 банок появятся пузырьки — результат электролиза, и записывал соответствующий знак кода.

Естественно, что изобретение Земмеринга не нашло практического применения. Однако и многие годы после него возникали подобные варианты электрического телеграфа, отличающиеся друг от друга лишь видом индикации сигнала. Сама же передача каждого кодового знака по-прежнему проводилась в них отдельной парой проводов, т. е. в зависимости от языка (числа букв алфавита) пучок проводов лишь несколько увеличивался или уменьшался по толщине. Но не это было главным в телеграфе Земмеринга и последующих конструкциях. Было найдено принципиально новое решение — информация стала передаваться по проводам электрическим током. До первого пригодного к практическому использованию электрического телеграфа оставалось сделать всего несколько шагов. И последний из них довелось сделать русскому изобретателю Павлу Шиллингу.

Ученый широчайшего диапазона интересов, Шиллинг не был профессиональным электротехником. Однако известность к нему пришла именно с увлечением электротехникой. Павел Львович Шиллинг стал создателем первой в мире практической системы электрического телеграфа. В 1832 г. он публично продемонстрировал свое изобретение в Петербурге.

Будущий изобретатель родился в 1786 г. в Ревеле (ныне г. Таллин) в семье профессионального военного. По семейной традиции и он получил военное образование — в 1-м Петербургском кадетском корпусе. Заметим, что в те же годы неподалеку от здания Кадетского корпуса в своем физическом кабинете экспериментировал великий русский электротехник Василий Петров.

Недолго прослужив в военном ведомстве (не приживались изобретатели в царской армии), Шиллинг переходит на службу в коллегию иностранных дел. В 1813—1814 гг. он сражается в рядах действующей армии и после окончания войны с французами снова возвращается в министерство иностранных -дел. Блестящий ученый-востоковед Шиллинг организует в 1830— 1831 гг. экспедицию к границам Китая, из которой возвращается с уникальными находками. Именно за труды в области востоковедения Павел Львович Шиллинг в 1827 г. избирается членом-корреспондентом Петербургской Академии наук.

В те годы многие образованные люди России и Европы с интересом следили за бурным развитием электротехники, а некоторые из них пытались воспроизвести электрические опыты с помощью довольно простой в изготовлении вольтовой батареи. Тема эта увлекла и молодого Шиллинга, однако, в отличие от большинства любителей, его сразу заинтересовала практическая сторона применения электричества. Уже в 1812 г. он предложил способ дистанционного взрывания мин с помощью электрических запалов. Заметим также, что эта работа Шиллинга опровергает распространенное мнение многих историков науки и техники о полном забвении сделанного Петровым в 1802—1803 гг. открытия электрической дуги. Ведь электрический запал Шиллинга и развивал результаты опытов Петрова, которые, очевидно, были хорошо известны его земляку. В ходе опытов со /взрывателями Шиллинг столкнулся с трудностями подземной прокладки токоведущих проводов, обеспечения их надежной изоляции. В начале он предложил покрывать медный проводник двумя слоями изоляции: первый слой состоял из шелковой нити, пропитанной смолистым составом, второй — из пеньковой пряжи, также им пропитанной. Провода сплетались в двупроводный шнур, который и соединял батарею с запалом. Позже Шиллинг впервые использовал для изоляции проводов каучук. Этот опыт очень пригодился впоследствии Шиллингу при прокладке первых в России линий электрического телеграфа.

Работу над созданием электрического телеграфа Павел Шиллинг начал уже в 1828 г. Будучи близко знаком с Земме-рингом, он, естественно, хорошо знал устройство первого электрического, точнее, электролитического, телеграфа и внимательно следил за его последующей модернизацией. В основу своего телеграфа Шиллинг вслед за Ампером и Фехнером положил «стрелочную» индикацию передаваемых символов.

К 1832 г. принципы стрелочной индикации магнитного поля были уже разработаны весьма тщательно. Еще в 1821 г. Андре Ампер предложил удивительно элегантную астатическую стрелку, состоящую из двух соосно закрепленных магнитных стрелок, ориентированных в противоположных направлениях. Такая стрелка полностью нечувствительна к магнитному полю Земли. Если разместить одну из стрелок астатической пары внутри витков катушки, а другую — над ними, то стрелки отклонятся только под действием магнитного поля катушки (направленного в зонах их размещения в противоположные стороны).

Немецким ученым И. Швейгером был изобретен прибор, усиливающий отклонение стрелки и получивший название мультипликатора (умножителя). Итальянец Нобили на основе мультипликатора и астатической стрелки создал прибор, в котором угол отклонения стрелки был пропорционален значению электрического тока. Все эти технические решения в какой-то мере повлияли на конструкцию телеграфа Шиллинга, не лишив его тем не менее оригинальности.

Прежде всего Шиллинг изобрел собственно электрический телеграф — законченную приемно-передающую систему, а не просто набор индикаторов. От передающего аппарата к приемному шло всего восемь проводов: шесть сигнальных, общий и «вызывной». В роли индикаторов использовались астатические стрелки, снабженные жидкостными успокоителями. И еще одна маленькая деталь индикатора: над стрелками в одной плоскости с их горизонтальными осями закреплялся круглый диск диаметром 15 мм, одна сторона которого была окрашена в черный, а другая — в белый цвет. Подвеска осуществлялась таким образом, что в отсутствие тока в катушке диск был повернут к наблюдателю ребром. При прохождении тока в зависимости от его направления стрелки поворачивались вдоль силового поля, т. е. диск обращался к наблюдателю белой или черной стороной.

Однако Шиллинг не просто привесил черно-белый диск к стрелкам для облегчения визуальной индикации — он впервые в мире применил для передачи информации бинарный код.

Каждый из шести индикаторов мог принимать одно из двух рабочих положений; сочетание этих положений позволяло передать 26 кодовых единиц, т. е. 64 единицы, что с избытком хватало для обозначения всех букв алфавита, цифр и специальных знаков. Заметим, что Шиллинг «забыл» о промежуточном («обесточенном») положении дисков: вместе с ними в шести индикаторах было «заложено» уже З6 сочетаний, или кодовых единиц (т. е. для практической телеграфии хватило бы и четырех индикаторов), однако и по сей день существуют только одно- и двухполюсная системы телеграфирования. Пауза используется только в первой из них, в двухполюсной системе меняется полярность (фаза) сигнала, который по-прежнему остается двоично-кодированным.

Итак, Шиллинг создал для нужд телеграфии бинарный код, но вслед за своими предшественниками упорно пытался передавать символ «единовременно», придерживаясь пространственного, а не временного сочетания кодовых посылок. В этом варианте он, бесспорно, достиг идеала: далее уменьшить число проводов можно было только за счет общего провода, что и сделал через несколько лет Якоби, заменив его Землей.

Первая публичная демонстрация электромагнитного телеграфа Шиллинга была проведена в 1832 г. (Художник Сэмюэль Морзе в это время еще копировал «Тайную вечерю» и «Мону Лизу» в Лувре.)

Несколько позже была создана линия телеграфа между Зимним дворцом и министерством путей сообщения. В письме к министру А. С. Меньшикову Шиллинг дал подробное описание конструкции своего телеграфа и перспективы его применения: «Описав мой телеграф, остается мне поставить на вид некоторые преимущества оного перед ныне употребляемыми:

  1. Что быстрота его несравненно больше.
  2. Что он действует в дождливые и туманные погоды...
  3. Что он во время действия не возбуждает внимания публики.
  4. Что он не требует постройки особых высоких башен и содержится весьма малым числом людей и наконец.
  5. Что первоначальное заведение оного стоит меньше, чем в обыкновенных телеграфах».

Прекрасное технико-экономическое обоснование, говоря современным языком!

В последующих модификациях аппарата Шиллинг осуществил индикацию всех букв и цифр с помощью одного мультипликатора, в котором стрелка имела 36 возможных углов поворота, показывая на определенную букву или цифру на круговой шкале. Конструкции этого типа были несколько позднее усовершенствованы и доведены до практического использования продолжателем дела Шиллинга — Б. С. Якоби.

Понимая все значение созданного изобретения, Шиллинг в мае 1835 г. едет в Западную Европу, где с большим успехом демонстрирует свой телеграф, в том числе 23 сентября 1835 г. — на съезде естествоиспытателей в Бонне (а до рождения Эдисона оставалось еще целых 12 лет).

Нужно сказать, что в те годы, кроме России, в надежной связи на большие расстояния больше всех остальных стран были заинтересованы США. Правительство назначило высокую награду (в 30 тыс. долларов) за практически пригодный проект системы связи, действовавший не менее чем на тысячу миль. Телеграфная система, удовлетворяющая требованиям конкурса, появилась только к концу 30-х г. XIX в. Ее автором был известный к тому времени художник Сэмюэль Морзе.

История Сэмюэля Финли Морзе, типичного американского изобретателя — самоучки, необычна даже на ярком фоне его соотечественников. Сын проповедника в 20 лет отправляется в Англию изучать живопись и, вернувшись в 1815 г. в США, зарабатывает на портретах почти 250 долларов в неделю. Будучи уже признанным художником, Морзе снова отправляется в Европу для продолжения академических занятий. В 1832 г. с огромным багажом картин он поднимается на борт пакетбота «Сэлли» в прекрасном настроении от предвкушения предстоящего триумфа его полотен на родине. В то время морской путь из Франции в США занимал более месяца. Биографы Морзе считают, что этого срока как раз хватило для превращения известного художника в великого изобретателя. Так, Митчел Уилсон пишет, что в беседах с попутчиками по поводу опытов Фарадея с «извлечением искр из магнита» Морзе высказал ключевое предположение, что сочетание искр может быть использовано как код для передачи сообщений по проводам.

А дальше сюжет развивался традиционно: «Эта идея захватила его, несмотря на то что ему были почти неизвестны даже самые основные правила электричества». Сойдя на американский берег, Морзе уже держал в руках предварительные наброски телеграфного аппарата. Эти наивные рисунки сохранились до наших дней и наглядно иллюстрируют уровень электротехнической подготовки Морзе в то время. Будущий автор телеграфа, вытеснившего всех своих предшественников, не знал, как соединяются провода и каково в точности назначение изображенных им элементов. Но зато он четко осознал свою главную находку: в основу системы передачи телеграфных символов должны быть положены различные комбинации последовательно передаваемых сигналов. Шиллинг оптимизировал параллельный код — Морзе ввел последовательный. Шиллингу нужно было восемь проводов, Морзе — всего один.

Первая публичная демонстрация телеграфа Морзе состоялась в сентябре 1837 г. в Нью-Йоркском университете. Основой приемного аппарата Морзе служил электромагнит, на якоре которого устанавливался пишущий штифт; при приеме (поступлении тока в обмотку) штифт прижимался к движущейся бумажной ленте, на которой, в зависимости от продолжительности сигнала, оставались короткие или длинные штрихи — точки и тире.

В том же году Морзе пытается получить на свое изобретение английский патент, но узнает, что электромагнитный телеграф уже защищен в Англии патентами Уитстона (ловкого и довольно беззастенчивого «последователя» Шиллинга). Морзе возвратился на родину и, перебиваясь случайными заработками, упорно продолжал заниматься своим изобретением. И вот в 1843 г. он получает правительственную субсидию в 30 тыс. долларов и приступает к строительству 40-мильной телеграфной линии. Неудачное решение при прокладке проводов едва не погубило все предприятие. Толстый свинцовый кабель укладывался в глубокую траншею; первые несколько миль такой линии обошлись в половину всей отпущенной на строительство суммы. Наконец было принято решение о замене подземного кабеля воздушной линией, на котором не без колебаний остановился и сам Морзе. В результате линия Балтимор — Вашингтон (63 км) была проложена в срок и подтвердила не только работоспособность телеграфа Морзе, но и надежность воздушной линии передач. Ну а вместо изоляторов на столбах сверкали бутылочные горлышки...

А ведь первое в мире предложение «воздушной» прокладки телеграфной линии вызывало только насмешки современников. Вернемся в 1837 год, т. е. на семь лет ранее даты успешного испытания первой линии телеграфа Морзе. Именно в этом году П. Л. Шиллинг добился высочайшей милости на постройку телеграфной линии между Петербургом и Петергофом. При рассмотрении вариантов прокладки линии Шиллинг заявил, что «...если устройство подводного телеграфа составляет некоторое затруднение в отношении хорошей изоляции проводников и дороговизны их изготовления, то для устройства телеграфных линий на больших расстояниях по сухому пути он не видит никаких препятствий, так как полагает для этой цели установить деревянные шесты и на них подвесить совсем неизолированную проволоку, изолируя ее только в точках привеса к столбам...» Заявление это показалось до того нелепым, что члены комитета отозвались на него единодушным гомерическим хохотом. К сожалению, судьба не отпустила выдающемуся изобретателю времени на доказательство его правоты: в июле 1837 г., всего через два месяца после начала работ на линии телеграфа Петербург — Петергоф, Павел Шиллинг скоропостижно скончался. Его правоту доказало время, покрывшее поверхность планеты сотнями тысяч воздушных телеграфных линий.

Но где же неутомимый Томас Эдисон, неужели он упустит момент внести свой вклад в развитие телеграфа? К телеграфным делам Эдисон подключился только в 1869 г., предложив конструкцию аппарата для деловых контор и собственноручно организовав производство биржевых телеграфных аппаратов. Задача, которую пытался решить великий изобретатель, состояла в том, чтобы по одному проводу передать одновременно несколько сообщений. Аналогичную задачу в это же время упорно старался решить еще один молодой американский изобретатель — Александр Белл. (В этой борьбе Эдисон победил Белла, но у того оставалась возможность отыграться, ведь еще не был изобретен телефон!)

Итак, мы рассмотрели основные этапы зарождения и развития электрического телеграфа. Перед нами предстала достойная когорта изобретателей и целый букет великолепных изобретений. Воздушная прокладка проводов, параллельный бинарный код Шиллинга и последовательный код Морзе — как все это пригодилось для развития техники связи и насколько предопределило ее сегодняшнее лицо! Но телеграфом далеко не исчерпываются возможности общения между людьми, разделенными большими расстояниями. Буквально по пятам за телеграфом уже шел его серьезнейший конкурент — телефон. И совсем недалеко было то время, когда известная всем морзянка зазвучит в эфире, сделав ненужной паутину телеграфных проводов. Телефон был блестящим итогом «электрического» XIX века, радио — удачным стартом двадцатого. Рассказом об этих этапах в истории человечества мы и завершим наш «Парад изобретений». Итак — телефон.

 

 

 

Top.Mail.Ru
Top.Mail.Ru