Голоc через океан - Артур Кларк

Если по первому трансатлантическому телеграфному кабелю 1858 года передавалось не более 3-4 знаков в минуту, то передача по современным телеграфным кабелям происходит со скоростью до 1500-2500 знаков в минуту.

"Линия без искажений" – это такая линия, для которой соблюдается условие RC = LG или R/L = G/C, названное условием Хевисайда. При этом условии скорости распространения и затухания сигналов различных частот будут одинаковы и сигналы на приёмный конец линии будут приходить одинаково ослабленными и в той же последовательности, в какой они были переданы; затухание (ослабление) сигналов, передаваемых по линии, будет наименьшим.

Д. Шарле

XVII. НЕБЕСНЫЙ РЕФЛЕКТОР

Великий физик Джеймс Клерк Максвелл с помощью математических выкладок впервые открыл существование радиоволн. Он теоретически доказал, что при искровом разряде возникают электромагнитные волны, которые, распространяясь в пространстве со скоростью света, отличаются от световых волн большей длиной, т. е. меньшей частотой колебаний. Но Максвелл не дожил до триумфа своих математических выводов. Он умер в 1879 году в возрасте сорока восьми лет. Восемь лет спустя молодой немецкий учёный Генрих Герц впервые поставил серию опытов, практически получив волны, совершившие революцию в области связи и изменившие облик планеты.

Любопытно, что сам Герц не верил в практическую целесообразность своей работы и, тем более, не предполагал, что радиоволны будут использованы как средство связи. Между прочим, такое неверие в практическую ценность своих научных открытий – нередкое явление среди физиков (да и не только физиков). Выдающийся английский физик Эрнст Резерфорд, первый проникший в тайны атома и изучивший его структуру, открыто смеялся над журналистами, когда кто-нибудь из них спрашивал его о возможности использования атомной энергии для практических целей."Этого никогда не будет, — отвечал он на вопросы журналистов, — для расщепления атома требуется гораздо больше энергии, чем он может выделить". Но спустя восемь лет, т. е. ровно столько, сколько потребовалось Герцу, чтобы практически подтвердить выводы Максвелла, трагедия Хиросимы опровергла выводы Резерфорда.

Свыше тридцати лет посвятил итальянец Гульельмо Маркони развитию радио. Ему было немногим более двадцати лет, когда он впервые послал радиосигналы на дистанцию в одну милю. Переехав в Англию из Италии, он провёл ряд замечательных опытов по радиосвязи[47].

Уже на заре развития радиотехники было обнаружено, что если соответствующим образом подобрать приёмную аппаратуру, то можно слушать передачу только одной радиостанции, хотя при этом будут работать и другие. Сейчас мы по нескольку раз в день совершаем подобную операцию на своих приёмниках, не задумываясь о том, что кому-то пришлось сделать открытие, прежде чем появилась такая возможность. Впервые она была продемонстрирована сэром Оливером Дж. Лоджем (1857-1940) в 1897 году.

Гульельмо Маркони

Один из первых приемопередатчиков Маркони. Трубка спереди наверху – это когерер

К началу двадцатого века радио уже распространилось в Европе и в 1901 году сделало скачок через Атлантику. В Ньюфаундленде Маркони установил приёмную антенну на воздушном змее, запустил его и ему удалось принять сигналы кода Морзе, переданные из Польдью (полуостров Корнуэлл – южная оконечность Англии). Это было настоящим чудом. Если предположить, что радиоволны ведут себя подобно световым волнам, то непонятно, каким образом им удалось обогнуть землю по кривой. Луч прожектора, установленного на мысе Корнуэлл, виден с Атлантического океана не более чем за несколько десятков километров, какой бы силы ни был этот прожектор. Из-за кривизны поверхности земли луч его света неизбежно теряется в небесном пространстве.

Положение антенн помечено звездочкой

Антенны для трансатлантической радиосвязи, последовательно построенные Маркони в Польдью (Poldhu).

Надписи на монументе в Польдью в честь первой трансатлантической радиосвязи

В 1902 году Оливер Хевисайд (одновременно с Кеннели[48] в Соединённых Штатах) дал объяснение этого, на первый взгляд непонятного, явления. Он предположил, что на большой высоте в атмосфере есть сильно ионизированный слой, отражающий радиоволны обратно на землю, поэтому они и не исчезают бесследно в космосе. Трудно было поверить, чтобы природа оказалась столь предусмотрительной и как бы специально для осуществления связи с помощью радио создала отражающий слой высоко над поверхностью земли. Поэтому учёные не сразу согласились с таким объяснением. И только в 1924 году – за два месяца до смерти Хевисайда – учёные Э. Эпплтон[49] и М. Барнетт показали, что в атмосфере действительно есть отражающие слои, даже не один, а по меньшей мере два. А сегодня сотни ракет пересекают ионосферу, и недалёк тот день, когда человек сам отправится в космос[50].

На заре развития радио инженеры и учёные, создавая оборудование для приёма радиоволн, встретились с двумя серьёзными трудностями. Устройство для выпрямления волн было очень громоздким (детекторных приёмников тогда ещё не существовало) и, кроме того, не знали, как усиливать получаемые сигналы.

Джон Амброз Флеминг, его "клапан-диод" и схема простейшего радиоприемника с вакуумным диодом в качестве детектора

Первый серьёзный шаг к преодолению этих трудностей был сделан в 1904 году, когда англичанин Джон Флеминг (1849-1945) изобрёл так называемый "клапан-диод", примитивнейшую радиолампу – предок миллионов ламп, которые сегодня применяются в радио и телевидении. Впоследствии за этой лампой укрепилось название "диод", однако слово "клапан" как нельзя более точно характеризует её свойства. Диод позволяет сигналам проходить только в одном направлении, т. е. выпрямляет их, и превращает радиоволны, как всякие электрические колебания, быстро меняющие своё направление, в чёткие сигналы. Однако усиливать их ещё не умели.

Но зта проблема также вскоое была решена. В 1907 году Ли Де Форест изобрёл триод. Пропуская слабые сигналы через металлическую сетку, вмонтированную в диод Флеминга, Форест установил, что их можно усиливать почти неограниченно. Изобретением триода начался век электроники, в котором мы сейчас живём. Это открытие можно отнести к наиболее значительным научным достижениям того времени.

Ли Де Форест, его триод-"аудион" и схема простейшего радиоприемника с вакуумным триодом в качестве детектора и усилителя

Триод впервые получил практическое применение в области электросвязи и дал резкий толчок дальнейшему развитию радио. Проблема усиления слабых и быстро меняющих направление электрических колебаний была решена. Армия инженеров с помощью радиолюбителей начала создавать новую, чрезвычайно быстро развивающуюся отрасль промышленности, которая в наши дни имеет совершенно самостоятельное значение.

Опыты, проведённые на заре развития радио, позволили установить определённые закономерности в распространении радиоволн. Так, выяснилось, что чем длиннее волны, тем больше район их действия. Посылая сигналы через Атлантику. Маркони использовал волны длиной в полтора километра (т. е. частотой около 200 килогерц). Для передачи и приёма таких длинных волн требовалась огромных размеров антенная система. Длинноволновая радиостанция занимала площадь в несколько квадратных километров. На ней выстраивались в несколько рядов связанные проводами башни, каждая высотой в десятки метров.

В начале двадцатых годов радиолюбители сделали открытие, которое заставило правительства и частные фирмы обратиться к коротким волнам. Первоначальные опыты работы на этих волнах показали, что радиус их действия ограничен – практически он находится в пределах нескольких десятков километров. Но никто не мог предположить, что, будучи отражёнными от ионосферы, короткие волны действуют на расстояния в тысячи километров, причём сигналы нередко становятся более отчётливыми и громкими, чем при трансляции на близкие расстояния.

Не удивительно, что для этого замечательного открытия потребовалось некоторое время. Пока ставились опыты с короткими волнами, скажем при радиосвязи между Нью-Йорком и Вашингтоном, вряд ли кому-нибудь приходило в голову устанавливать приёмник для улавливания сигналов в Гренландии или Перу. Но когда радио распространилось по всему миру и в эфир ринулись любители-энтузиасты, старавшиеся побить рекорды дальности радиосвязи, неожиданно обнаружилось преимущество коротких волн.