Для учащижся старших классов

Профессия - изобретатель

Дуэль в эфире, или две «ошибки» Александра Попова

Время действия нашего рассказа — конец XIX в., точнее, 1895 г. К тому времени телеграф уже опоясал проводами весь земной шар, протянув свои кабели даже по дну океанов. Полтора миллиона телефонов настойчиво трезвонили к концу века только в США. Но основные затраты при строительстве новых линий связи определялись по-прежнему стоимостью кабелей — ведь единственным носителем информации являлся электрический ток. Проводные линии, на строительство которых уходили целые горы металла, все плотней покрывали просторы многих государств.

Идея осуществления связи без проводов — беспроволочного телеграфа — уже носилась в воздухе, в свободном пока от радиосигналов эфире. Кому же предстояло сказать решающее слово — создать принципиально новое средство связи? Это должно было решиться на рубеже двух веков. Историки называют два имени: Александр Попов и Гульельмо Маркони. Солидный тридцатишестилетний преподаватель кронштадтского Минного класса и двадцатилетний студент-итальянец — герои нашего рассказа. Трудно подобрать столь непохожих по характеру, темпераменту и уровню знаний людей. Но изобретателей судят прежде всего по конечному результату — давайте и мы, расставляя приоритеты в истории изобретения беспроволочного телеграфа, пользоваться только этим объективным критерием.

Историю изобретения радио можно сравнить с историей изобретения телеграфа. Принципы телеграфии без проводов к 1894 г. были уже сформулированы, а отдельные элементы будущего передатчика и приемника опробованы многими учеными. Эффективным источником электромагнитных колебаний зарекомендовал себя вибратор Герца, важнейшей деталью приемника обещал стать когерер Бранли, меняющий сопротивление под воздействием электромагнитных возбуждений. И решающее слово теперь оставалось только за тем исследователем, который бы обобщил уже имеющиеся достижения и сделал первый шаг в передаче сигналов без проводов.

Ближе всех к изобретению радио был английский ученый Оливер Лодж. Заметьте, ученый, а не изобретатель, не инженер. 1 июня 1894 г. Лодж выступил в королевском обществе с лекцией, посвященной памяти внезапно умершего в возрасте 35 лет Герца. В ней он наглядно обобщил главные результаты исследований Герца и его последователей, показал возможности приема электромагнитных сигналов, возбужденных вибратором Герца, с помощью когерера Бранли. Лодж увлекательно рассказывал маститым членам королевского общества о научной проблеме — распространении и регистрации электромагнитных волл. Но чтобы заинтересовать этой проблемой не ученых, а инженеров, надо было в доступной форме показать практические возможности этих явлений, обнаружить в них предпосылки создания связи без проводов.

Лекция Лоджа, вышедшая отдельной брошюрой, имела большой резонанс в научном мире. Опыты Лоджа без промедления воспроизводились многими учеными (помните опыты с только что созданной вольтовой батареей?), среди которых был и А. С. Попов. Ученый-экспериментатор, опытный педагог, Попов был к тому же знающим инженером, в течение многих лет в летние каникулы возглавлявшим электростанцию Нижегородской ярмарки. Это сложное по тем временам сооружение требовало прочных знаний в области электротехники и типично инженерной хватки, которой, судя по отзывам сослуживцев, Попову вполне хватало.

Но к работам по воспроизведению опытов Лоджа Попов подошел как ученый и преподаватель, а не как инженер-практик. Это легко объяснить: в Минном классе была наука, на электростанции — конкретная работа. Да и опыты Лоджа ставились только для демонстрации явлений, имевших в тот момент чисто научный интерес. «В начале текущего года я занялся воспроизведением некоторых опытов Лоджа над электрическими колебаниями с целью пользоваться ими на лекциях...»— так объясняет сам Попов цель своей работы. С тех же позиций и оценивает он свои первые результаты — именно в этом и лежит предпосылка первой ошибки Александра Попова. Но об этом позже.

А пока посетим знаменитое заседание Физического отделения Русского физико-химического общества, проходившее 25 апреля (7 мая) 1895 г. То самое заседание, где впервые был продемонстрирован грозоотметчик Попова — первый в мире радиоприемник.

Это событие многократно пересказывалось как сторонниками, так и противниками приоритета Попова в изобретении радио. Так что нам будут очень важны все детали доклада и опытов Александра Степановича, сделанных в этот день. И вот на небольшом столе рядом с президиумом Попов установил свой прибор, который был назван автором грозоотметчиком. В протоколе заседания четко перечислены все детали прибора и описан принцип его работы.

В основу прибора Попов положил эффект, открытый незадолго до этого Бранли. Представим себе, что на изолированной подставке лежат две несоприкасающиеся металлические пластинки, поверх которых насыпана горка железных опилок, покрывающих концы обеих пластинок. Между пластинками последовательно включены источник тока и электрический звонок. Несмотря на то что цепь звонка и замкнута через опилки, он не звонит, так как сопротивление опилок весьма велико. Но при воздействии электромагнитных волн, например от возникшей неподалеку искры, сопротивление опилок резко падает. Они, по наблюдениям Лоджа, спекаются или электризуются. Тот же эффект (уменьшение сопротивления) можно получить и механическим уплотнением опилок, но нам важнее их реакция на электромагнитные волны. При уменьшении сопротивления электрический ток в звонке достигнет величины, при которой его якорь притягивается >и раздается непрерывный звонок.

Итак, опилки спеклись, сила тока большая, звонок трезвонит, а прибор никак не реагирует на новые сигналы. Нет, так не годится! Но к тому времени Лодж уже предложил, как нарушить связь опилок,— простым механическим встряхиванием. Потрясти подставку, и сопротивление опять возрастет: сила тока в цепи электромагнита звонка уменьшится, якорь отойдет в сторону — прибор опять в ждущем режиме, т. е. способен реагировать звонком на очередное электромагнитное возбуждение.

И Попов предлагает собственную конструкцию этого элемента, названного ранее Лоджем когерером, и, главное, создает новую схему прибора. В приборе, предъявленном Поповым на заседании Физико-химического общества, когерер был выполнен в виде стеклянной трубки, вдоль ее внутренних стенок на расстоянии 2 мм друг от друга приклеивались две полоски платины, поверх которых насыпался металлический порошок или опилки. Трубка затыкалась с двух сторон пробками, через которые на разные ее стороны выводились концы полосок. Такова была конструкция чувствительного элемента — когерера. Но для поддержания чувствительности, как мы уже говорили, его надо было встряхивать после хотя бы однократного прохождения сигнала (электромагнитного возбуждения). Лодж рекомендовал для этой цели часовой механизм, регулярно постукивающий по трубке молоточком. Но Попов предложил свой вариант: он создал автоматический когерер, который был готов к работе сразу же после реакции на электромагнитный сигнал, точнее, сразу же после звонка, этот сигнал регистрирующего.

Рис. 6. Ставшее классическим изображение схемы первого в мире радиоприемника А. Попова.

Чтобы понять смысл и оценить значение этого решения, обратимся, наконец, к схеме прибора (рис. 6). Трубка когерера 1 горизонтально подвешена на упругой пружине, а через ее контакты замыкается электрическая цепь, содержащая источник тока 2 и электрическое реле 3. Предположим, что трубку перед опытом хорошенько встряхнули и сопротивление опилок между контактами когерера велико. И тут неподалеку от когерера произошел разряд — грозовой или в вибраторе Герца, неважно. Главное, что возникли электромагнитные колебания, вызвавшие электризацию порошка. Сила тока в цепи реле сразу возрастет, и его якорь притянется, замкнув своими контактами цепь электрического звонка 4. Тот зазвонит, застучав при этом молоточком по защитному кольцу 6, опоясывающему когерер. За один или несколько ударов порошок придет в исходное состояние, и якорь реле сразу отойдет, отключив звонок. Приемник (давайте теперь называть его именно так) снова в ждущем режиме, причем без всякого вмешательства человека, т. е. автоматически.

Приемник Попова реагировал на любые электромагнитные колебания достаточной интенсивности, будь то колебания вибратора Герца, разряд между проводниками, шумы в телефонной линии. Чувствительность приемника Попов повысил путем присоединения к одному из контактов когерера «вертикальной проволоки длиною 2,5 м» — антенны 5.

Правда, тут могло не обойтись и без «подсказки» Теслы, еще в 1893 г. предложившего антенну для передатчика. Но антенна антенной, а идея самовосстанавливающегося (автоматического) когерера с инженерной точки зрения гораздо элегантнее.

Теперь вопрос к читателю, перед которым уже прошло не одно блестящее изобретение, в том числе в области средств связи: «Есть ли в описанной конструкции изобретение?» Надеюсь на единогласный ответ: «Да!»

Нужен ли кому-нибудь грозоотметчик, реагирующий только на один, первый разряд? Или снабженный когерером, встряхиваемым по случайному закону и именно в момент очередного встряхивания или до него способный пропустить сигнал? Разве что для демонстрации принципа регистрации электромагнитных колебаний. Но такие приборы уже показывал Лодж; автоматический же когерер позволил создать первую практическую конструкцию приемника электромагнитных колебаний, и разница между приемником Попова и лабораторными макетами его предшественников была такой же, как между «бутылочным» (электрическим) телеграфом Земмеринга и аппаратом Шиллинга. Александр Попов замкнул блестящую плеяду исследователей, встав за Фарадеем и Максвеллом, Герцем, Бранли и Лоджем, своими опытами достойно завершив их научный поиск. Попов был первым среди инженеров, взявшихся за практическое применение радио. Но, открывая эру радиотехники, великий изобретатель оставался на позициях типичного ученого.

Первая ошибка Попова заключалась в том, что он и не думал патентовать свое изобретение. Как и многие ученые того времени, он считал вполне достаточным опубликование результатов: «Вопросы о приоритете на новые изобретения... могут решаться только чисто формальным образом, по времени печатного опубликования работ».

Попов был бы вполне прав, если бы речь шла об открытии. Например, явление изменения сопротивления металлического порошка под действием электромагнитных волн (явление, которое и положено в основу работы когерера) задолго до Бран-ли обнаружил Юз, но не опубликовал результатов; впоследствии знаменитый ученый очень жалел о своей промашке, но никогда не претендовал на приоритет Бранли, опубликовавшего результаты своих опытов первым. Но ведь Попов сделал не открытие: автоматический когерер и приемник на его основе созданы были на уже известных принципах. А само применение звонка и антенны было именно изобретением и, как любое изобретение, нуждалось в защите. Действующее в России того времени законодательство позволяло защитить изобретение, «испросив» на него охранный документ — «привилегию». Кстати, всего через шесть лет Попов оперативно проделал такую процедуру со следующим своим изобретением — устройством для приема сигналов с помощью телефона — и получил в 1901 г. соответствующий охранный документ. Хотя сделал он это только наученный горьким опытом отстаивания приоритета главного изобретения своей жизни — первого в мире радиоприемника.

Однако первопричина ошибки Попова была не только, а может быть, и не столько в его заблуждении насчет необходимости патентования, а в отсутствии к моменту доклада полного понимания практического значения проделанной им работы. Можно предположить, что на момент выступления на заседании Физико-химического общества он просто не задумывался о практическом применении своего приемника. Ведь только в последующей, декабрьской своей статье Попов довольно робко намекнул на перспективы его использования для радиосвязи. Для большинства же исследователей именно этот его намек оказался достаточен для заключения о полной очевидности перспектив радиосвязи уже на период доклада, т. е. на 25 апреля 1895 г. Да и вообще очень уж часто путают доклад на обществе и собственно статью, а ведь между ними не только полгода времени, но и весьма принципиальная разница. Доклад — о «поведении металлических порошков», статья — о «приборе для обнаружения электрических сигналов».

Но вот что интересно: был ведь в Петербурге человек, который уже в апреле 1895 г. прекрасно понимал значение сделанного Поповым. Его имя — Евгений Тверитинов. Потомственный морской офицер слыл человеком весьма разносторонним. В тридцатилетием возрасте Е. П. Тверитинов вместе с В. Н. Чиколевым создает первые системы электрического освещения, в 1894 г. становится редактором «Кронштадтского вестника». И именно в этой газете появляется 30 апреля 1895 г. корреспонденция о докладе Попова на заседании Физико-химического общества, членом которого, кстати, Тверитинов являлся с 1878 г. Корреспонденция, в которой о перспективах изобретения Попова было сказано куда больше, чем в докладе. И главное: «...Поводом ко всем этим опытам служит теоретическая возможность сигнализации на расстояние без проводников, наподобие оптического телеграфа, но при помощи электрических лучей».

Не в протоколе заседания, не в самом докладе, а в газетном его комментарии прозвучала мысль, которая только через полгода была повторена Поповым. Конечно, Тверитинов, много лет работавший вместе с Поповым преподавателем Минного класса, почетный инженер-электрик и автор солидных монографий по электротехнике, соратник Чиколева, понимал огромное значение работ Попова. Но настолько глубоко, чтобы раньше их автора осознать смысл сделанного,— в это трудно поверить. Трудно, но, очевидно, необходимо. Просто рядом с Поповым оказался еще один крупный русский инженер, и, вполне возможно, именно поэтому и появился тот последний абзац знаменитой декабрьской статьи. Кстати, именно Тверитинов в своей газете первым обнародовал факт проведения весенних 1895 г. (до доклада 25 апреля) опытов Попова с передачей сигнала на расстояние 30 сажен (более 60 м).

От демонстрации грозоотметчика в Физико-химическом обществе до подачи первой заявки Гульельмо Маркони на новую систему связи прошло всего 13 месяцев. Чему посвятил их Попов, эти месяцы после его бесспорного научного и инженерного триумфа? И тут мы должны рассказать еще об одной ошибке великого изобретателя.

Вспомним, что каждое лето, сразу после окончания занятий в Минном классе, Александр Степанович срочно отбывал в Нижний Новгород. Так было и в 1895 г. 25 апреля был прочитан исторический доклад, продемонстрирован грозоотметчик, а в июне он уже приступил к работе на электростанции Нижегородской ярмарки. Вернувшись домой глубокой осенью, Попов узнает о ярком событии в физике того времени — открытии Рентгена. Первые известия о лучах Рентгена появились в русской печати в конце 1895 г. А уже в январе 1896 г. в Минном классе А. С. Поповым и его помощником С. С. Колото-вым была изготовлена первая в России рентгеновская трубка. Думаю, что истоки этого увлечения сформировались не без участия жены ученого. Именно Раиса Попова, врач Кронштадтского госпиталя, получила с помощью этого прибора один из первых рентгеновских снимков в отечественной медицинской практике.

В череде этих занятий и увлечений Попов только к концу 1895 г. сумел подготовить и отправить в «Журнал Русского физикохимического общества» статью «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний», опубликованную в январе 1896 г. Статья в основном была посвящена изложению его доклада от 25 апреля 1895 г. и лишь немного дополнялась последующими результатами. Это была первая публикация, раскрывающая суть изобретения Попова. Но в этой работе, в отличие от доклада, уже чувствовалась практическая направленность. Чисто научное и не раскрывающее сути работы название доклада «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» было заменено на четкое и ясное — «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний». Не грозоотметчик, а прибор для регистрации колебаний — приемник, точнее, радиоприемник.

Статье этой, как первой публикации, отражающей суть изобретения Попова, предстояло впоследствии стать и важным юридическим документом, зафиксировавшим содержание и дату создания изобретения. Наряду с подробным описанием устройства приемника в статье приведены рекомендации по повышению его чувствительности. Описана и работа приемника в совокупности с вибратором Герца (искровым передатчиком): «В соединении с вертикальной проволокой длиною в 2,5 м прибор отвечал на открытом воздухе колебаниям, произведенным большим герцевым вибратором... с искрой в масле, на расстоянии 30 сажен».

Итак, сделаем главный вывод: весной 1895 г. Попов испытал созданный им приемник электромагнитных сигналов и осуществил практический прием сигналов от искрового передатчика (вибратора Герца), используя антенну, присоединенную к одному из контактов когерера. Данный факт бесспорно доказан подробной публикацией в «Журнале Русского физико-химического общества» и корреспонденцией Тверитинова в «Кронштадтском вестнике». К чему такая скрупулезность? А помните высказывание Попова, что «вопросы о приоритете... могут решаться... по времени печатного опубликования работ»? Издав в солидном журнале подробную и обстоятельную статью, он посчитал вопрос о приоритете исчерпанным, успокоился, решив, что приоритет его изобретения надежно защищен... Однако и эта форма защиты приоритета была реализована с полугодовым опозданием;- вторая ошибка великого изобретателя явилась практически результатом увлечения Попова-ученого.

Попробуем четко определить, что же изобрел А. С. Попов. Грозоотметчик? Приемник? Радио? «Как же,— скажете вы,— всем известно, что Попов — изобретатель радио. Значит, радио он и изобрел». А что же такое радио? Радиоприемник, стоящий у вас на столе, или сложнейший комплекс, включающий студию радиовещания, усилительно-передающую аппаратуру, антенну радиостанции и, наконец, абонентный приемник, составляющий малую часть от этой системы связи? Правда, это сегодняшнее лицо системы радиовещания, с развитыми передающими станциями и минимизированными объемами современных транзисторных приемников. Но и в системах связи начала XIX в. по одну сторону был передатчик, а по другую — приемник. А осуществление беспроводной связи между ними и было позже названо радиосвязью. В еще не сложившейся терминологии того времени радио порой называли принятую из эфира радиограмму. Передатчик именовали «передающим аппаратом», а приемник — «приемным».

В первые годы беспроволочного телеграфа — именно так назвали сначала систему радиосвязи — в качестве передающего аппарата использовали искровые передатчики, выполненные по типу вибратора Герца. Предметом поисков Попова явилась оптимальная конструкция приемного аппарата. Поэтому правильнее было бы считать, что Попов изобрел не радио, а радиоприемник. И с этим радиоприемником впервые осуществил передачу искусственно созданных радиосигналов на расстояние.

Попробуем представить себе, что Александр Степанович в декабре 1895 г., вместо того чтобы отправлять статью, решил «испросить привилегию» в комитете по техническим делам при департаменте торговли и мануфактур, практически — авторское свидетельство. (Кстати, в 1900 г. он все-таки подал единственное свое прошение о выдаче привилегии на усовершенствование своего приемника, заключающееся в использовании в нем телефона для приема «морзянки» на слух.)

В рамках нашего предположения попробуем сформировать предмет изобретения: «прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний». Именно так (как и в статье) можно было назвать изобретенное устройство в прошении на привилегию: ведь термин «приемник» для этих целей еще не использовался. Пофантазируем дальше: представим себе, как бы звучал отзыв «эксперта по электрическим телеграфам и телефонам» (была уже такая должность при департаменте торговли).

«А. С. Попов испрашивает привилегию на прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний.

Источником электрических колебаний может служить какой-нибудь общеизвестный вибратор или атмосферные разряды: для регистрации колебаний применяется электрический звонок в комбинации с чувствительной трубкой и вертикальной проволокой, соединенной с таковой.

Предлагаемое А. С. Поповым применение электрического звонка и соединенной с чувствительною трубкой проволоки для вышеуказанной цели представляет новизну и может быть при-вилегировано.

Предметом привилегии полагал бы считать прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний, характеризующийся комбинациею электрического звонка с чувствительною трубкой (когерером), наполненной металлическими зернами, вертикальной проволокой, соединенной с контактом чувствительной трубки и отведенным к земле общим проводом, соединенным с другим ее контактом...»

Как же не хватает в летописи отечественной техники такой привилегии! Но все существенные признаки изобретения, которые могли бы составить предмет этой гипотетической привилегии, в статье налицо. И любые усовершенствования радиоприемника и системы радиосвязи в целом должны были с декабря 1895 г. рассматриваться в сравнении с опубликованными результатами Попова. Он не счел нужным защитить свое изобретение привилегией или патентом за рубежом, но, опубликовав его сущность, исключил возможность сделать это кому бы то ни было из своих последователей. Таков патентный закон, по крайней мере теоретически. Однако при экспертизе заявок на изобретения патентные ведомства таких стран, как Англия, мало обращали внимания на российские технические достижения. Так произошло и с заявкой Маркони, поданной в июне 1896 г. в английское патентное ведомство. Но давайте-ка по порядку.

В 1894 г. двадцатилетний Гульельмо Маркони с увлечением знакомится с работами Герца, Бранли и участвует в опытах болонского профессора Риги по возбуждению и приему электрических сигналов. А уже летом 1895 г. в усадьбе родителей он осуществляет передачу сигнала от вибратора Герца в пределах «приусадебного» участка и в конце года доводит расстояние до одной мили. Приемником ему служит та же, что и у Попова, комбинация когерера и встряхивающего его электрического реле. В июне 1896 г. Маркони приезжает в Англию, подает заявку на систему передачи радиосигналов и вскоре получает соответствующий патент.

Предметом изобретения Маркони являлась приемо-передающая система. Передатчиком служил вибратор системы профессора Риги — разрядник, в котором под действием индукционной катушки между двумя металлическими шарами, подключенными параллельно к ее вторичной обмотке, проскакивала искра...

Заметим, что именно к передатчику Попов относился совершенно равнодушно. Понимая возможность осуществления с помощью своего приемника передачи сигналов без проводов, он писал в своей декабрьской статье: «В заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией». По утверждению многих авторитетов, Попов несколько недооценил возможности искрового передатчика на вибраторе Герца. Из подобной же конструкции сначала Маркони, а затем и сам вернувшийся к опытам Попов смогли получить весьма приличную мощность, позволившую значительно увеличить дальность приема.

Но именно в передатчике и заключалось наиболее существенное отличие конструкции Маркони: он использовал в нем антенну, точно такую же, как и в приемнике Попова. Так что антеннами в системе Маркони обладали и приемник, и передатчик. Анализируя конструкцию приемного аппарата Маркони, сам Попов указывал на ее полную идентичность своему изобретению. Маркони же всегда считал, что «изюминкой» приемника был когерер с откачанным из него воздухом. Именно этому решению он отдавал главную роль в повышении чувствительности. Но, даже если с этим и согласиться, в изобретении Маркони мы имеем дело с усовершенствованием известного искрового передатчика (введением антенны) и известного же приемника Попова (герметизацией когерера). Именно с усовершенствованием, а не оригинальным изобретением!

Дальше события развивались стремительно: получив сильную финансовую поддержку, Маркони в короткий срок совершенствует свою конструкцию и начинает ее практическое внедрение. Дальность передачи растет: Маркони первым реализует передачу радиосообщения через океан.

Не вызывают сомнения заслуги молодого итальянца в деле практического использования радиосвязи. Да и созданные ему в промышленно развитой и хваткой к техническим нозинкам Англии условия не идут ни в какое сравнение с атмосферой настороженности ко всему передовому в тяжелой на подъем России тех лет. Оставаясь бесспорным лидером в создании первого радиоприемника и проведении первого сеанса радиосвязи, Попов поневоле уступил лидерство в практическом внедрении своего изобретения молодому Маркони.