Виртуальный компьютерный музей.
Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → История развития электросвязи  → 

ΐܐ֐ۑÑPّȐ֑ېߐ٠дуги Петрова — к радиопередаче речи

В процессе развития искровой радиотелеграфии стало ясно, что для передачи человеческого голоса необходимы незатухающие электромагнитные колебания. Все попытки применить для этих целей модернизированные искровые генераторы электромагнитных волн не дали ощутимого результата. Внимание ученых привлекла электрическая дуга, открытая русским физиком Василием Владимировичем Петровым еще в начале XIX века. Благодаря этому открытию был создан первый радиопередатчик незатухающих колебаний, который позволил передать речь и тем самым открыть эру радиовещания.

Электрическая дуга Петрова

Русский физик В. В. Петров (предполагаемый портрет)

Русский физик В. В. Петров (предполагаемый портрет)

Электрическая дуга

Электрическая дуга

Титульный лист книги В. В. Петрова «Известие о гальвани-вольтовских опытах»

Титульный лист книги В. В. Петрова «Известие о гальвани-вольтовских опытах»

Профессор артиллерийского офицерского класса А. Л. Гершун.

Профессор артиллерийского офицерского класса А. Л. Гершун. Кронштадт, 1902 год

Изобретение в 1799 году итальянским физиком Алессандро Вольтой источника постоянного электрического тока, получившего название «гальванический элемент» или «вольтов столб», подтолкнуло многих ученых мира к проведению экспериментов с этим устройством. В России профессор Санкт-Петербургской медико-хирургической академии Василий Владимирович Петров (1761-1834) построил самый большой для того времени источник электрического тока — гальваническую батарею из 4200 медных и цинковых кружков диаметром около полутора дюймов каждый (приблизительно 38 мм ) и толщиной около 2,5 мм . Между металлическими кружками прокладывались не суконные, как у Вольты, а картонные диски, пропитанные раствором хлорида аммония (нашатыря). Каждый элемент состоял из трех кружков: медного, картонного и цинкового, которые укладывались в столбик (по десять и более элементов).

Электрическая батарея Петрова состояла из четырех рядов вольтовых столбов, каждый 10 футов длиной (свыше 3 м ), которые были уложены в горизонтально расположенные сухие узкие деревянные ящики. Если эти вольтовы столбы вытянуть в одну линию, то ее протяженность составит 40 футов , или 5 наших саженей и 5 футов , то есть свыше 12 м . Ряды гальванических элементов соединялись последовательно медными скобками. О величине напряжения на зажимах батареи можно было судить только теоретически, поскольку в ту пору еще не было электроизмерительных приборов. Такая гальваническая батарея из 2100 медно-цинковых пар способна была давать напряжение до 2500 В. В 1951 году отечественный историк науки и техники Я. А. Шнейберг, исследуя творчество В. В. Петрова, в результате многочисленных экспериментов установил, что электродвижущая сила «огромной наипаче» батареи должна составлять 1650- 1700 В, а значение максимального тока, который она могла бы дать, лежит в пределах 0,1-0,15 А. Отсюда понятно, как Петрову удалось получить электрическую дугу при сравнительно небольших токах: главную роль в эксперименте сыграла величина высокого напряжения.

Процесс обслуживания батареи был очень трудоемким. В ходе опытов пластины окислялись, их приходилось регулярно чистить вручную. За час работы один лаборант мог осилить только 40 пластин, а на то, чтобы привести в готовность батарею к следующим опытам, требовалось не менее двух недель.

В 1802 году В. В. Петров с помощью своей гальванической батареи впервые в мире открыл явление электрической дуги. Свое открытие ученый описывает следующим образом: «Если на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля, способные для произведения светоносных явлений посредством гальвани-вольтовской жидкости, и если потом металлическими изолированными направителями (directores), сообщенными с обоими полюсами огромной баттереи, приближать оные один к другому на расстояние от одной до трех линий, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медленнее загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен быть может». Как видим, вместо определения «вольтов столб» ученый использует термин «гальвани-вольтовская баттерея» (так он пишет слово «батарея) в честь Гальвани и Вольты.

Результаты своих исследований В. В. Петров опубликовал на русском языке в виде монографии «Известие о гальвани-вольтовских опытах», посвященной описанию нового источника тока и опытов с ним. Работа была издана в типографии Государственной медицинской коллегии в Санкт-Петербурге в 1803 году. К сожалению, результаты экспериментов ученого не привлекли внимания научной общественности и оставались незамеченными длительное время. Лишь в 1886 году студент Петербургского университета Александр Львович Гершун, проводя каникулы в Вильно, нашел в местной библиотеке петровское «Известие о гальвани-вольтовских опытах», привез книгу в Петербург и показал ее в научных кругах, где она вызвала большой интерес. На следующий год в журнале «Электричество» публикуется статья об открытии В. В. Петровым электрической дуги — до этого времени первооткрывателем явления считался английский физик и химик Хэмфри Дэви (Humphry Davy, 1778-1829), который провел подобные эксперименты и описал явление электрической дуги в своем сочинении «Элементы химической философии», вышедшем в 1812 году. «Вы видите, кто открыл вольтову дугу, и я горжусь тем, что мне выпала в 1888 году честь обратить на это внимание общества», — говорил впоследствии А. Л. Гершун.

В свое время профессор Петров говорил:»Я надеюсь, что просвещенные и беспристрастные физики, по крайней мере некогда, согласятся отдать трудам моим ту справедливость, которую важность сих последних опытов заслу живает «. И именно таким «просвещенным физиком» оказался Александр Львович Гершун (1868-1915). Впоследс твии он с та л крупным ученым в облас ти прикладной оптики, стоял у истоков российской оптической промышленности и был одним из инициаторов создания Российского акционерного общества оптических и механических производств. А 4 ф евра ля 1914 года у ченый в с т а л во главе вновь созданного оптического предприятия (с 1962 года — «Ленинградское оптико-механическое объединение», ныне ОАО «ЛОМО»). А. Л. Гершун был единственным русским оптотехником; его смерть в мае 1915 года лишила российскую оптическую технику возможности в период первой мировой войны не только развиваться, но и существовать. Неоценим вклад ученого и в установление приоритета А. С. Попова в изобретении радио. Все научное творчество А. Л. Гершуна было пронизано идеей служения России.

Х. Дэви проводил опыты с батареей, подаренной ему самим А. Вольтой. Но затем он стал применять для своих экспериментов более мощные источники тока собственной конструкции — из медных и цинковых плас тинок, ра зде ленных прокладками с водным раствором аммиака. Если первая собранная им батарея состояла из 60 таких элементов, то последующие конструкции содержали уже до 1000 элементов (явление электрической дуги английскому ученому посчастливилось увидеть лишь в 1808 году, когда он применил батарею из 2 тыс. пар пластин).

Некоторые конструкции ручных регуляторов вольтовой дуги

Некоторые конструкции ручных регуляторов вольтовой дуги

Следует отдать должное Дэви, сам он никогда не считал себя первооткрывателем электрической дуги, так как знал, что значительно раньше это явление было открыто в России. В 1804 году Петербургская академия наук объявила международный конкурс на тему «О природе света». В условиях конкурса указывалось на желательность исследования такого явления, как»гальванический огонь... ослепительный блеск коего в случае больших вольтовых столбов подобен солнечному свету «. Отрадно, что английский журнал Science progress в № 122 за 1936 год в статье «Забытый электротехник», посвященной трудам В. В. Петрова, отметил, что Дэви, сообщая о своих опытах с дугой, «...не претендовал на оригинальность этих опытов, допуская, что это было сделано иностранным физиком». Заметим, нечасто западные научные издания признают очевидные приоритеты в науке русских ученых. Правда, своим названием «вольтова дуга» обязана именно Хэмфри Дэви, который привязал это явление к названию источника тока — вольтова столба, и именно под этим названием обычно фигурирует в научной литературе.

Дуговая лампа (а) и ее устройство (б)

Дуговая лампа (а) и ее устройство (б). 1893 год

В.В. Петров подробно исследовал свойства электрической дуги и высказал предложения об ее практическом использовании, в частности для освещения. Исследования ученого положили начало работам по практическому применению электричества. Эксперименты показали, что электрическая дуга дает яркий свет при определенном зазоре между концами угольных электродов, который необходимо поддерживать при горении. Русскими учеными А. И. Шпаковским (1823-1881), В. Н. Чиколевым (1845-1898) и др. впоследствии были разработаны дуговые лампы с ручными и автоматическими регуляторами. Стоили они дорого, горели недолго и для широкого использования не годились. Наиболее удачную конструкцию дуговой лампы без регулировки предложил в 1875 году начальник телеграфа Московско-Курской железной дороги Павел Николаевич Яблочков. Его лампа, названная «свеча», представляла собой два вертикальных параллельных угольных стержня, между которыми находился слой каолина. Самое главное в конструкции «свечи Яблочкова» заключалось в том, что она питалась переменным током, а не постоянным, как было до этого. Уже на следующий год эти лампы появились в продаже и начали расходиться в громадном количестве, находя применение главным образом для уличного освещения. Каждая такая свеча стоила около 20 копеек и горела 20 минут, после чего приходилось вставлять в фонарь новую свечу. Впоследствии были предложены фонари с автоматической заменой свечей.

Однако у электродугового освещения были и отрицательные стороны. Например, вызывал раздражение постоянный свистящий звук, издаваемый ими при горении. Еще первооткрыватель электрической дуги В. В. Петров заметил, что при больших значениях постоянного тока дуга начинала шипеть. При питании же дуги переменным током она издавала определенный тон в зависимости от частоты тока.

Женский взгляд на электрическую дугу

Решением проблемы «жужжания» электрической дуги занимались ученые разных стран, но наиболее значительные результаты были получены в Великобритании и Германии. Первое научное направление, как это ни удивительно, возглавила женщина — Херта Айртон (Hertha Sarah Marks Ayrton, 1854-1923). Она работала в Лондонском институте инженеров-электриков (Institution of Electrical Engineers of London, сокращенно IEE), где вначале велись исследования физико-химических процессов, протекающих в электрической дуге, а затем работы по совершенствованию электрической схемы.

Херта Айртон.

Херта Айртон. Лондон, 1899 год

Книга Херты Айртон «Электрическая дуга»

Книга Херты Айртон «Электрическая дуга» (The Electric Arc). 1902 год

Вид поверхности концов угольных электродов дуговой лампы

Вид поверхности концов угольных электродов дуговой лампы

Медаль Хьюза (Hughes Medal)

Медаль Хьюза (Hughes Medal)

Херта Айртон занялась исследованием параметров электрической дуги — как экспериментально, так и на теоретических моделях. В результате была получена эмпирическая формула зависимости питающего напряжения от длины дуги и величины тока, проходящего через нее, что позволило определить значения токов, при которых происходит нормальное горение дуги. Из этого последовал вывод, что величина подводимого к дуге напряжения зависит прежде всего от природы поверхности концов электродов, между которыми она зажигается, в особенности от кратера, формируемого на конце положительного угольного электрода.

В 1899 году доклад Херты Айртон «Шипение электрической дуги» (The Hissing of the Electric Arc) в Лондонском королевском обществе был отмечен призом в 10 фунтов стерлингов. Следует сказать, что это был первый случай выступления женщины в стенах столь авторитетного научного учреждения. В том же году она была избрана почетным членом Института инженеров-электриков.

Эксперименты Х. Айртон объяснили, что шипение и изменение поверхности электродов вызваны попаданием кислорода в кратер, образующийся на поверхности конца электрода при горении дуги. Исследовательнице удалось экспериментально доказать, что если дугу изолировать от воздуха, то шипения не происходит. В связи с этим она рекомендовала изменить технологию изготовления угольных электродов для электрических дуговых ламп, доказав, что электрическая дуга с малым уровнем шипения наиболее эффективна в том случае, когда горит между очень тонкими угольными электродами и имеет небольшую длину. Обобщающие результаты научных исследований Х. Айртон опубликованы в ее монографии «Электрическая дуга» (The Electric Arc), вышедшей в 1902 году, и в дальнейшем были использованы при конструировании дуговых радиопередатчиков.

В 1906 году Х. Айртон получила от Лондонского королевского общества медаль Хьюза (Hughes Medal)1 за экспериментальные исследования электрической дуги, а также за исследование явления формирования ряби песка и песчаных наносов вследствие воздушных вихрей (по сей день она остается единственной женщиной — лауреатом этой престижной премии). За шесть лет, с 1913 по 1918 год, Херта Айртон получила восемь патентов. Однако наиболее значимым направлением в решении проблемы устранения негативного низкочастотного звука, идущего от дуги, которое привело к созданию не только дугового генератора, но и электронного музыкального инструмента, оказалось совершенствование электрической схемы включения дуги.

Поющая дуга

Этот необычный источник света привлек к себе внимание многих ученых и позволил сделать немало научных открытий. Так, немецкий физик Герман Симон (Hermann Theodor Simon, 1870-1918) из Эрлангенского2 физического института (Erlanger Physikalischen Institute) во время экспериментов в 1897 году заметил, что каждый раз, когда в соседней комнате включали индукционную катушку, дуговая лампа издавала звук. Причину он увидел в колебаниях электрического тока в подводящих к лампе проводах. Пытаясь добраться до сути, ученый обнаружил, что недалеко от проводов параллельно им располагалась катушка индуктивности. При включении катушки ее магнитное поле оказывало влияние на протекающий в подводящих проводах электрический ток, пульсации которого изменяли температуру нагрева электрический дуги, что и приводило к появлению звуков. Это навело ученого на мысль подсоединить к электрической дуге микрофон. Эксперимент Симона удался — электрическая дуга «заговорила».

Экспериментатор изменил опыт: включил в цепь телефон, а дугу использовал как микрофон. Звуковые волны изменяли плотность ионов, а значит, и сопротивление дуги. Соответственно менялся ток, и в телефонах возникал звук. Из проведенных исследований был сделан вывод, что изменения величины тока во вторичной цепи (например, микрофона) вызывают колебания тока в цепи электрической дуги, что и является причиной звукового эффекта. Эксперименты также показали, что модуляция электрической дуги приводит не только к появлению звука, но и к модуляции светового излучения, идущего от дуги. Это явление в дальнейшем было использовано для световой телефонной связи между немецкими кораблями: модулированный луч дугового прожектора направлялся на фоточувствительную пластинку селена, к которой присоединялась электрическая цепь, состоящая из источника питания, конденсатора, дросселя и телефона

Схема эксперимента Германа Симона «Поющая дуга»

Схема эксперимента Германа Симона «Поющая дуга». 1897 год

Вильям Дуддель

Вильям Дуддель

В 1899 году вопросом устранения звука низкой частоты, исходящего от электрических дуговых ламп, занялся инженер-электрик Вильям Дуддель (William du Bois Duddell, 1872-1917), который, как и Х. Айртон, работал в Лондонском институте инженеров-электриков. Однако английский ученый избрал другой путь решения проблемы дуговых ламп. Приступая к исследованиям, Дуддель знал не только об опытах Симона, но и попытках некоторых ученых включать в цепь дуговой лампы конденсаторы и катушки индуктивности, что давало мало эффекта — лампы по-прежнему жужжали.

Во время экспериментов с электродуговой лампой ученый установил, что, изменяя величину питающего напряжения дуговой лампы, можно управлять частотой издаваемого ею звука, а также уровнем шума. Это навело его на мысль присоединить к дуговым лампам специальную клавиатуру и создать один из первых электронных инструментов, воспроизводящих слышимые звуки в аудитории без использования для этого каких-либо электротехнических или телефонных устройств. Клавиатура позволяла играющему на инструменте музыканту изменять величину пульсации дуги. В том же году Дуддель продемонстрировал свой электронный музыкальный инструмент в Лондонском институте инженеров-электриков. Слушавшие его коллеги пришли к выводу, что дуговые лампы на других зданиях города тоже могут «играть» от изменения напряжения, а осветительная сеть улиц города легко может быть превращена в большой электронный оркестр. Автор необычного музыкального инструмента обрел известность, но не получил никаких дивидендов — свое изобретение он даже не запатентовал. И только через десять лет возможности «поющей дуги» вновь нашли применение: американец Тадеус Кахилл (Thaddeus Cahill, 1867-1934) продемонстрировал первый электромузыкальный полифонический инструмент — телгармониум (Telharmonium), прообраз современных синтезаторов. Весил он 200 тонн, большую часть веса составляли 145 динамо-машин. Впоследствии разработки Кахилла были использованы при конструировании Хаммондского (Hammond) электрооргана.

Телгармониум Тадеуса Кахилла.

Телгармониум Тадеуса Кахилла. 1910 год

Дуговой генератор

Схема эксперимента Вильяма Дудделя

Схема эксперимента Вильяма Дудделя

Влияние индуктивности катушки и емкости конденсатора на форму электромагнитных колебаний в экспериментах В. Дудделя с дуговым генератором

Влияние индуктивности катушки (а) и емкости конденсатора (б) на форму электромагнитных колебаний в экспериментах В. Дудделя с дуговым генератором

Памятная бронзовая медаль Дудделя (Duddell medal)

Памятная бронзовая медаль Дудделя (Duddell medal)

В 1900 году Вильям Дуддель присоединил последовательный колебательный контур к угольным электродам дуговой лампы, сделав свое главное открытие: он обнаружил, что дуга издает звуки с частотой, зависящей от элементов колебательного контура, и эта частота может быть вычислена по известной формуле Томсона: f=1/(2π√LC), где f — частота колебаний, L — индуктивность катушки, C — емкость конденсатора. Из чего им был сделан вывод, что в электрической цепи, состоящей из электрической дуги, конденсатора емкостью 3 мкФ и катушки индуктивности 0,5∙10-6 мГн, присутствуют незатухающие электромагнитные колебания. Если подобрать величины емкости конденсатора и индуктивности катушки определенным образом, то звуковые колебания можно услышать в диапазоне от 30 Гц до 30 кГц. Таким образом, Дуддель не только нашел способ управления тоном (частотой) электрической дуги, но и сконструировал генератор незатухающих электромагнитных колебаний, который питался от динамо-машины постоянного тока в 3,5 А при напряжении 42 В. 

Генератор Дудделя работал следующим образом. Динамо-машина, питающая дугу, заряжала конденсатор емкостью последовательного колебательного контура. Напряжение на нем повышалось до того момента, когда вспыхивала дуга. В этот момент начинался разряд конденсатора через дугу. Напряжение на нем, а значит и на подключенной параллельно дуге, уменьшалось. Дуга гасла, после чего весь процесс возобновлялся: конденсатор заряжался, вспыхивала дуга и т. д. Если конденсатор имел небольшую емкость, то на его заряд и разряд затрачивалось мало времени, и тогда частота колебаний получалась высокой.

В экспериментах с дуговым генератором В. Дуддель использовал оригинальной конструкции электромагнитный осциллограф, изобретенный им в 1897 году. Это позволило показать синусоидальный характер электромагнитных колебаний дугового генератора, а также исследовать влияние величины емкости конденсатора и индуктивности катушки на форму колебаний.

Электромагнитные колебания, полученные по методу В. Дудделя, хотя по мощности оказались не такими сильными, как при способе Г. Герца, зато имели почти постоянную амплитуду, то есть представляли собой незатухающие колебания. Получение незатухающих электромагнитных колебаний таким простым способом оказалось очень кстати в радиотехнике, которой тогда было всего пять лет. Работы исследователя указали пути использования электрической дуги в создании радиочастотного генератора электромагнитных волн.

В 1913 году за научные заслуги Вильям Дуддель был избран членом Лондонского королевского общества (The Royal Society of London), президентом IEE и опекуном Благотворительного фонда (Benevolent Fund). Помимо изобретения дугового генератора электромагнитных колебаний, ученый известен как изобретатель и конструктор различных научных физических инструментов, в частности осциллографа для фотографического контроля частот звуковых волн, термо-амперметра, термо-гальванометра для измерения малых электрических токов (позже стал использоваться для измерения токов антенн) и магнитного прибора для калибровки баллистических гальванометров. В связи с этим Лондонское королевское общество в 1923 году, через пять лет после смерти ученого, учредило памятную бронзовую медаль Дудделя (Duddell medal), которая ежегодно присуждается тому, кто внес существенный вклад в развитие физики, включая изобретение или конструирование научных инструментов, с помощью которых получены новые результаты. Вместе с наградой выдаются свидетельство и денежный приз в размере 1000 фунтов стерлингов.

Проводя исследования с дуговым генератором, В. Дуддель определил, что для получения мощных незатухающих электромагнитных колебаний емкость конденсатора в последовательном контуре должна составлять минимум 1 мкФ. При большей емкости не удавалось достичь более высоких частот, пригодных для радиотелеграфии.

Схема конструкции дугового генератора незатухающих электромагнитных колебаний.

Схема конструкции дугового генератора незатухающих электромагнитных колебаний. Патент № 500,630 Э. Томсона

Американский инженер Питер КуперХьюитт (Peter Cooper-Hewitt)

Американский инженер Питер КуперХьюитт (Peter Cooper-Hewitt), изобретатель дугового генератора на ртутной лампе

Работы по совершенствованию дуговых ламп велись не только в направлении устранения выявленных в процессе их эксплуатации недостатков, но и в направлении создания новых конструкций как самих ламп, так и динамо-машин для их питания. С конца 1870 года начали экспериментировать с дуговыми лампами и динамо-машинами для их питания американские профессора Элиху Томсон (Elihu Thomson, 1853-1937) и Эдвин Хоустон (Edwin J. Houston , 1847-1914). Э. Томсон обнаружил что, если подключить к дуге колебательный контур, в нем возникают незатухающие колебания. 18 июля 1892 года он подал патентную заявку, а 4 июля 1893 года получил американский патент № 500,630 на конструкцию дугового генератора незатухающих электромагнитных колебаний. Согласно этому документу, генератор способен был вырабатывать электромагнитные колебания с частотой 50 кГц.

Вопрос о получении высоких частот электромагнитных колебаний от дуговых генераторов оставался открытым. Предложенные конструкции таких генераторов не отвечали требованиям радиосвязи, так как работали в низкочастотном диапазоне. В 1903 году В. Дуддель пытался оспорить заявленную час тот у коле баний в патенте Э. Томсона. Опираясь на данные своих экспериментов с генераторами, с о бранными по такой схеме, он пришел к выводу, что подобные генераторы могу т давать частоты не выше 10 кГц. Однако в 1907 году аме риканский профессор Реджинальд Фессенден (Reginald Aubrey Fessenden, 1866-1932) получил электромагнитные колебания с частотой 100 кГц (участок длинноволнового диапазона волн) по методу Э. Томсона. В 1903 году американский инженер Питер Купер-Хьюитт (Peter Cooper-Hewitt, 1861-1921), изобретатель ртутной дуговой лампы, предложил модификацию метода Элиху Томсона, используя вместо дуги вакуумную лампу с ртутными электродами. Эксперименты с такой лампой показали, что генератор на ее базе дает неустойчивые колебания, и в дальнейшем от использования этого варианта отказались

В ходе дальнейших исследований дуговых генераторов было установлено , что их частота и мощность передачи в большой степени зависят от соотношения тока, питающего электрическую дугу, и тока, возникающего в колебательном контуре. Исходя из этого было выделено три режима работы дугового генератора:

Дуговые генераторы, работавшие в режиме третьего рода, во многих отношениях были похожи на искровые возбудители с тональной передачей. И те и другие генерировали пакеты затухающих колебаний, повторяющиеся с большой частотой, и имели одинаковую конструкцию электродов. Дуговые же станции в режиме третьего рода питались в большинстве случаев от высоковольтных источников постоянного тока через защитные дроссели.

В дуговых генераторах мощность колебаний пропорциональна произведению емкости на квадрат напряжения на ней. Увеличение емкости обычно приводило к удлинению волны, что использовалось лишь в тех случаях, когда не нужны были особо высокие частоты. Поэтому наиболее эффективный способ увеличения мощности заключался в повышении напряжения на емкости колебательного контура. В режиме первого рода не удавалось получить большие мощности, потому что амплитуда колебаний тока не превышала величины его постоянной составляющей, протекавшей через дугу (этот режим не нашел широкого применения). Наибольшие мощности в дуговых генераторах достигались в режиме колебаний второго рода.

Дуговые передатчики радиоволн

В. Дуддель вначале предполагал, что дуговой генератор его конструкции может быть использован для получения незатухающих колебаний, пригодных для радиосвязи. Однако после экспериментов 1903 года он пришел к заключению, что электрическая дуга не может быть использована для получения радиочастот. На основании своих расчетов ученый определил, что значение 100 кГц является верхним пределом частоты дугового генератора, что было недостаточно для осуществления радиосвязи.

Сегодня уже трудно сказать, что подвигло датского инженера Вальдемара Паульсена (Valdemar Poulsen, 1869-1942) превратить дуговую лампу в первый эффективный генератор незатухающих радиоволн. Интересно, что, работая в Копенгагенской телефонной компании (KTAS) и будучи уже всемирно известным изобретателем магнитофона (тогда — «телеграфон»), он не проявлял особого интереса к радиосвязи. Услышав однажды о «поющей» дуге Дудделя, Паульсен заинтересовался ею и во время испытаний заметил, что частота колебаний увеличивается, если дуга находится в парах спиртовки (позже он шутил, что на это его надоумил «возбудительный эффект» алкоголя). Дальнейшие эксперименты с «поющей» дугой в различных газовых средах позволили выделить те из них, где частота электромагнитных колебаний повышается, в частности пары углеводорода и чистый водород. Так, в атмосфере водорода частота колебаний дугового генератора возрастает до 500 кГц; помимо прочего водород позволял более эффективно отводить тепло, выделяющееся при горении дуги. В 1902 году В. Паульсен запатентовал конструкцию дугового генератора с использованием газовой атмосферы (Poulsen V. Dan. Pat. No. 5590, 1902). После этого в течение двух лет он запатентовал свое изобретение еще в 13 странах мира. (Заметим, электрическая схема дугового генератора Паульсена не особенно отличалась от схемы Вильяма Дудделя).

Схема дугового передатчика конструкции Вальдемара Паульсена и его общий вид

Схема дугового передатчика конструкции Вальдемара Паульсена (а) и его общий вид (б). Lyngby. 1903 год

Вольт-амперные характеристики электрической дуги в воздухе

Вольт-амперные характеристики электрической дуги в воздухе (кривая 1, электроды «уголь-уголь») и в водороде (кривая 2, электроды «уголь-медь»). Эксперимент  В. Л. Упсона (W. L. Upson). 1907 год

В. Паульсен и его ассистент П. Педерсен.

В. Паульсен и его ассистент П. Педерсен. 1915 год

Схема генератора с многократной дугой и его конструкция

Схема генератора с многократной дугой (а) и его конструкция (б) производства компании Telefunken.

Конструкция электродов дугового передатчика Э. Румера

Конструкция электродов дугового передатчика Э. Румера

Система электродуговой беспроволочной телефонии Э. Румера

Система электродуговой беспроволочной телефонии Э. Румера. 1906 год

Одна из схем дугового передатчика Ли де Фореста.

Одна из схем дугового передатчика Ли де Фореста. 1907 год

Типовая схема включения микрофона в дуговом телефонном передатчике

Типовая схема включения микрофона в дуговом телефонном передатчике

«Гидравлический микрофон» К. Мажораны для дугового передатчика

«Гидравлический микрофон» К. Мажораны для дугового передатчика

Патент Н. Теслы со схемой приемника, в котором используется тиккер

Патент Н. Теслы со схемой приемника, в котором используется тиккер (на представленном патенте Fig. 4) 

Радиоприемник с тиккером конструкции В. Паульсена

Радиоприемник с тиккером конструкции В. Паульсена (а); вариант гладкого тиккера (б)

Михаил Васильевич Шулейкин

Михаил Васильевич Шулейкин

Позже датский инженер обнаружил, что магнитное поле, расположенное перпендикулярно к дуге в месте ее горения, оказывает полезное влияние на частоту и эффективность электромагнитных колебаний. Это позволило использовать более высокие напряжения и тем самым повысить мощность излучения. Датский инженер Педер Педерсен (Peder Oluf Pedersen, 1874-1941), партнер Паульсена, применил охлаждение катода с помощью проточной воды, что увеличило устойчивость дуги и косвенным путем привело к уменьшению веса дуговых генераторов.

В 1903 году Паульсен запатентовал «улучшенный дуговой генератор колебаний, использующий углеводородную атмосферу и магнитное поле», и получил британский патент (British Patent, No. 15, 599, July 14, 1903). Для получения односторонней проводимости в дуге, работающей в режиме второго рода, положительный электрод (анод) был выполнен в виде медного цилиндра. Анод внутри охлаждался проточной водой, благодаря чему электрод имел низкую температуру, предотвращая возможность обратного зажигания дуги. В качестве отрицательного электрода (катода) использовался угольный стержень, непрерывно вращающийся вокруг своей оси особым приводом. В результате угольные электроды обгорали равномерно, а горение дуги было устойчиво.

Горение дуги в атмосфере водорода позволило сделать большим угол наклона ее вольт-амперной характеристики (в сравнении с горением в воздухе) и тем самым получить более мощные электромагнитные колебания. Изменения питающего тока приводили к большим изменениям напряжения на дуге и в контуре.

Наличие сильного поперечного магнитного поля в месте горения дуги как бы «выдувало» ионы дугового разряда, что приводило к деионизации и, как следствие, повышению напряжения зажигания дуги. Обмотки электромагнита помимо прочего выполняли функции высокочастотных дросселей, отделявших электрическую дугу от источника питания.

В 1904 году на берегу озера Багсверд (Bagsvaerd Lake, 15 км к северу от Копенгагена) В. Паульсен построил первую радиостанцию для экспериментов с дуговыми генераторами. Позже она получила известность как «Радио Лингби» (Lyngby Radio). Паульсен и Педерсен установили радиосвязь между лабораторией в Копенгагене и экспериментальной радиостанцией в Лингби. Менее чем два года спустя они провели радиотелефонную связь между Лингби и радиостанцией в Эсбьерге (Esbjerg)- приблизительно на расстоянии в 270 км . Часть здания радиостанции (Esbjerg House) с большой коллекцией радиоаппаратуры того времени сохранилась до наших дней. Коллекция представлена сегодня в Музее почты и телекоммуникаций (Post & Tele Museum) в Копенгагене.

Первые же конструкции генераторов Паульсена позволили возбуждать колебания с частотой вплоть до нескольких мегагерц и получать мощность около киловатта. В дальнейшем с улучшенными генераторами этого типа удавалось генерировать и более высокие мощности вплоть до сотен и тысяч киловатт. Генераторы предложенной Паульсеном конструкции получили широкое применение на радиостанциях в начале XX века.

Для увеличения напряжения зажигания дуги и частоты генерируемых ею колебаний были найдены и другие способы. В 1903 году В. Паульсен первым предложил последовательное соединение электрических дуг в генераторах. Этот тип дуговых передатчиков, работавших, как правило, в режиме второго рода, представлял собой так называемые генераторы с многократной дугой. В таких конструкциях для улучшения условий деионизации и охлаждения использовалось несколько коротких дуговых промежутков, включенных последовательно. Подобный генератор разработала в 1906 году компания Telefunken: он состоял из шести отдельных дуговых генераторов, соединенных последовательно, и позволял получать частоты до 500 кГц. Ток в антенне составлял около 5 А при напряжении питания 220 В. 

Генератор с многократной дугой компании Telefunken использовался на станции Науэн близ Берлина: здесь осуществлялась телефонная модуляция с помощью микрофона, включенного в антенную цепь. Построенная Telefunken система радиосвязи охватила 25 миль: дуговые передатчики подключались последовательно по шесть генераторов при питании 220 В постоянного тока, по 12 — при 440 В или по 24 — при 880 В. Вскоре последовало большое количество усовершенствований и изменений, направленных на упрощение конструкции, уменьшение веса, удешевление, а также облегчение обслуживания такой конструкции.

К попыткам построить простой и дешевый генератор следует отнести и оригинальную конструкцию немецкого ученого Эрнста Румера (Ernst Ruhmer, 1878-1913), взявшего на нее патент в 1907 году. В этой конструкции дуга образовывалась между двумя алюминиевыми или бронзовыми проволоками (W1) и (W2) с ромбическим профилем, движущимися в противоположных направлениях; с помощью механического привода они протягивались по особым направляющим (А) и (В), которые охлаждались проточной водой. Однако способ Румера, несмотря на его простоту, не привился, так как генератор не мог непрерывно работать длительное время — проволоки часто перегорали.

В 1906 году Румер предложил свою систему беспроволочной телефонии с использованием дугового передатчика и электролитического детекторного приемника. В передатчике была использована дуговая лампа постоянного тока в водородной атмосфере. В лабораторных экспериментах в качестве антенны применялся вертикальный провод длиной 1,5 м — с такой антенной передатчик позволял передать речь на расстояние 30 метров .

В 1907 году американский инженер Ли де Форест (Lee de Forest, 1873-1961), изобретатель трехэлектродной лампы, получил американский патент № 850917 на дуговой генератор, в котором горение дуги происходило в атмосфере водяного пара, полу чаемого из воды, находящейся непосредственно в камере горения и используемой, кроме того, для охлаждения анода.

При работе с телеграфом дуга полностью удовлетворяла требованиям, но при экспериментах с передачей голоса разработчики сталкивались с проблемой выбора микрофона: в дуговых системах Паульсена требовался микрофон, способный пропускать большой ток.

Наиболее подходящим в то время бы л угольный микро ф он с водяным охлаждением. В 1906 итальянский профессор Куирино Мажорана (Quirino Majorana, 1871-1957) предложил свой вариант передатчика на дуге Паульсена с использованием собственного изобретения — «гидравлического микрофона». Решение основывалось на гидродинамическом принципе: «вода с тановилась проводником при добавлении кислоты или соли и обеспечивала изменение тока и, кроме того, отводила тепло». Другими словами, диафрагма микрофона воздействовала на подвижную стеку стакана, через который протекала струя воды. Последняя уменьшалась или увеличивалась в сечении, вследствие чего на электроды дуги пада ло различное количество воды, что изменяло сопротивление цепи и приводило к колебаниям тока. В результате получалась модуляция высокочастотных колебаний, производимых дуговым генератором. «Гидравлический микрофон» позволил телефонировать на расстояние 270 миль (420 км). При этом было отмечено, что устройство может управлять 10 амперами при напряжении 50 В и мощности передатчика 500 Вт. Главные недостатки такого микрофона — большая длина водяной струи (2-5 м) и очень высокая чувствительность даже к небольшим ударам.

Тиккер — метод приема незатухающих колебаний

Система радиосвязи Вальдемара Паульсена с использованием дугового генератора имела телефонный радиоприемник, отличный от приемных радиоустройств в искровых системах.

Телеграфный радиосигнал «точка» или «тире» при незатухающих колебаниях состоял из серий непрерывных колебаний различной продолжительности при постоянной амплитуде. Каждая серия незатухающих колебаний после выпрямления в детекторе превращалась в импульс постоянного тока, который притягивал мембрану телефона и удерживал ее в таком состоянии во время прохода «точки» или «тире». Мембрана телефона при таком типе сигнала не способна была колебаться, а значит, не происходило и отрывистых звуковых сигналов телеграфной азбуки, которые так хорошо знакомы радистам«слухачам». Радиотелеграфная передача становилась неслышной, а в телефонной трубке раздавался треск. Для приема радиосигналов от передатчиков незатухающих колебаний был изобретен волноуказатель под названием «тиккер». Он включа лся в радиоприемник вместо детектора и представлял собой своеобразный прерыватель тока, который раздроблял принимаемые сигналы отдельных серий незатухающих колебаний на более мелкие группы, причем дробление это достигалось простым прерыванием, происходившим со звуковой частотой. То есть тиккер как бы модулировал приходящие колебания, внося определенную мелодию в «беззвучные» для детекторного приемника сигналы.

Первым предложил использовать прерыватель тока в приемной цепи Никола Тесла в своем британском патенте «Improvements relating to the Utilization of Electromagnetic, Light, or other like Radiations Effects or Disturbances transmitted through the Natural Media and to Apparatus therefor е» № 11293, заявленном 2 ноября 1901 года . Практическое применение тиккер получил в 1906-1907 гг. в системах дуговой связи В. Паульсена. В этих системах использовались различные типы вращающихся тиккеров, которые включались в радиоприемник вместо детектора.

Изобретателем тиккера считается американский физик Луис Остин (Louis Winslow Austin, 1867-1932), известный своими исследованиями возможностей установления радиосвязи на дальние расстояния. В 1910 году он установил радиосвязь между судами, плывущими у берегов Соединенных Штатов и Либерии.

В России впервые применил тиккер для приема незатухающих колебаний сотрудник лаборатории радиотелеграфного завода Морского ведомства в СанктПетербурге, впоследствии академик АН СССР (1939) Михаил Васильевич Шулейкин (1884- 1939). Случилось это в 1914 году, в самом начале первой мировой войны, когда немцы тайно перевели радиостанции своего флота на работу незатухающими колебаниями. Детекторные приемники, имевшиеся в русской армии, обеспечивали прием радиотелеграфных сигналов на слух только в том случае, если работа велась затухающими колебаниями. Напрасно радисты пытались обнаружить сигналы судовых радиостанций противника — немецкий флот «исчез» из эфира, а вместе с этим была потеряна возможность обнаружить его местонахождение. Радиоспециа лис ты тщетно ломали головы, пытаясь найти объяснение этому загадочному явлению. Тайну немцев разгадал М. В. Шулейкин. Он выска зал предположение, что флотские радиостанции немцев работают незату хающими колебаниями, и разработал конструкцию тиккера к детекторному приемнику, что позволило ловить на слу х сигналы немецких радиостанций.

Внедрение дугового генератора в практику радиосвязи

Дуговой передатчик Паульсена не имел коммерческого успеха в Дании, так как этой скромной по размеру стране не нужна была дальняя беспроводная связь. К тому же Большая скандинавская телеграфная компания (Great Nordic Telegraph Company), дабы убрать конкурента и таким образом защитить свою дорогую кабельную сеть, купила некоторые права на этот передатчик. Однако в США, стране с огромной территорией и крупным морским флотом, устройство Паульсена вызвало большой интерес. В 1906-1907 годах Ли де Форест, не имея на то прав, построил с его использованием систему беспроволочной телефонии. Система демонстрировалась в ходе регаты на озере Эри (Lake Eire), и позже ученый сумел продать ВМС США 30 наборов беспроволочной телефонии.

В первой половине 1909 года молодой американский инженер, выходец из Австралии Сирил Элвелл (Cyril Frank Elwell, 1884-1963) в ходе экспериментов по беспроводной телефонии с использованием искрового передатчика пришел к выводу о необходимости применения для этой цели незатухающих радиоволн. Услышав об изобретении В. Паульсена, он немедленно отправился в Копенгаген, чтобы на месте изучить новую систему радиосвязи и получить право на использование ее в Америке. Возвратившись домой, в Пало-Альто (Palo Alto), Элвелл привез с собой не только необходимые права, но и купленный им маленький 100-ваттный передатчик, сделанный самим Паульсеном. Этот передатчик был использован для платной демонстрации возможностей дуговой беспроводной телеграфии, а полученные деньги позволили оплатить два передатчика на 5 кВт, которые Элвелл заказал в Копенгагене. Благодаря доходам от демонстрации дугового передатчика Паульсена Элвелл организовал «Беспроводную компанию телефона и телеграфа Паульсена» (Poulsen Wireless Telephone and Telegraph Company). А с помощью датских инженеров в течение 1910 года дуговые передатчики были установлены в Стоктоне, Сакраменто и Сан-Франциско. Параллельно, чтобы избежать дорогостоящего импортирования генераторов из Дании, Элвелл основал завод по их производству в Пало-Альто.

Несмотря на первые успехи, компания Элвелла постоянно испытывала недостаток в капитале. Но и эта проблема нашла решение, когда в конце 1910 года Элвелл вместе с Бичем Томпсоном (Thompson Beach), финансистом из Сан-Франциско, который занимался строительством линий электроэнергии, организовал Federal Telegraph Company — федеральную телеграфную компанию. Томпсон имел необходимый капитал и, как и Элвелл, знал стратегию рынка. Партнеров объединяла идея построить сеть радиостанций телеграфа, которые бы, соединив главные города на Тихоокеанском побережье, охватили затем всю восточную часть Соединенных Штатов. Предполагалось, что станции будут доступны для широкой публики, что позволит им конкурировать с закрытыми системами телеграфа. В последующие два года было построено множество таких станций, а к концу 1912 года действовало уже 14 федеральных станций, управление которыми осуществлялось на коммерческой основе

Свидетельство Poulsen Wireless Telephone and Telegraph Company

Свидетельство Poulsen Wireless Telephone and Telegraph Company. Аризона, 1910 год

С. Элвелл убеждал ВМС США в преимуществах дугового передатчика над новым роторным искровым передатчиком на 100 кВт, только что установленным тогда в штабе в Арлингтоне. В результате в начале 1913 года он получил временное разрешение на установку дугового передатчика на 30 кВт. Демонстрации работы устройства показали, что оно работает лучше, чем втрое более мощный искровой передатчик. В итоге американский флот заказал Federal Telegraph Company дуговой передатчик на 100 кВт. Принимая заказ, Элвелл чувствовал неуверенность: в ходе последних экспериментов с передатчиком на 60 кВт мощность сигнала в антенне оказалась меньше, чем у 30-киловаттного передатчика. Выход из создавшейся ситуации подсказал Леонард Фаллер (Leonard Fuller, 1890-1987), новый инженер компании. Изучив дуговые генераторы, он пришел к выводу, что заниженные значения мощности были связаны с несовершенными формулами, использованными для расчета. В ходе тщательных экспериментальных исследований Фаллер получил эмпирические формулы и кривые, которые позволяли с достаточной для практики точностью рассчитывать дуговые передатчики, что и дало возможность выполнить заказ ВМС США — изготовить и поставить дуговой передатчик на 100 кВт, а позднее построить передатчики и на 1000 кВт.

Новый способ получения незатухающих колебаний особенно громко заявил о себе в Первую мировую войну. В один из дней радиостанции стран Антанты мгновенно перестали ловить сигналы передатчиков противника. Оказалось, что задолго до объявления войны немецкие специалисты, учитывая недостатки искровых моделей, перешли на передатчики с использованием электрической дуги. С началом военных действий передатчики Паульсена стали находить применение уже на многих военных кораблях. Зарекомендовали они себя и на мощных телеграфных станциях того времени, обеспечивая связь на расстоянии в несколько тысяч километров.

Дуговой передатчик системы Паульсена

Дуговой передатчик системы Паульсена мощностью 100 кВт производства Federal Telegraph Company

В течение Первой мировой войны инженеры ВМС США установили по всему миру систему коммуникаций, основанную на дуговых радиопередатчиках Federal Telegraph Company. В то же время большинство морских военных кораблей были оборудованы небольшими дуговыми радиостанциями системы Паульсена. Полное доверие ВМС США к системе Паульсена стало важным фактором ее международного признания. В начале 20-х годов ХХ века с помощью дуговых радиостанций были осуществлены сверхдальние передачи радиотелеграфных сообщений. По тем временам рекордная по дальности радиотелеграфная связь на рассто янии 12 тыс. км была установлена между Англией и индонезийским городом Малабар (Malabar), который расположен на западе острова Ява. Регулярные радиотелеграфные и радиотелефонные передачи велись тогда на значительно меньшие расстояния.

Дуговая Малабарская радиостанция имела мощность 3,5 МВт и была построена голландским правительством для связи министерства внутренних дел метрополии со своей колонией. Оборудование поставила фирма Telefunken. В строительстве радиостанции принимал участие известный русский радиотехник Николай Александрович Скрицкий (1978-1951), эмигрировавший за границу после гражданской войны в России. Интересно отметить, что антенна сверхмощной передающей радиостанции в Малабаре была подвешена на тросах, укрепленных на вершинах двух гор, причем высшая точка антенны находилась на высоте 715 м .

Лучшие дуговые генераторы стабильно работали на волнах не короче 1000 метров (примерно середина нынешнего широковещательного диапазона длинных волн).

Благодаря разработкам Вальдемара Паульсена дуговые генераторы получили широкое распространение на мощных радиостанциях многих стран. Этот первый тип устройств, генерировавших незатухающие колебания для радиосвязи, послужил базой для создания большого количества модификаций дуговых генераторов, работавших на частотах до нескольких сотен килогерц. Относительно высокий КПД дуговых генераторов в сравнении с искровыми моделями делал их применение особенно привлекательным на мощных радиостанциях дальней радиосвязи. Не менее важной заслугой ученого стала предложенная им первая беспроводная система радиосвязи, способная с высоким качеством передавать голос человека. Дуговые передатчики в целом ряде усовершенствованных вариантов использовались как для телеграфной, так и для телефонной радиосвязи до 1930 года. Мощности дуговых радиостанций достигали 1000 и более киловатт. Наиболее мощные дуговые радиостанции с такими генераторами были сооружены во французском городе Бордо (1000 кВт) и на острове Ява (1500 кВт). Однако дуговые генераторы системы Паульсена отличались значительным весом, что объяснялось тяжестью электромагнита. Например, упомянутый выше 1000-киловаттный передатчик в Бордо весил 80 тонн, а передатчик мощностью 500 кВт на радиостанции в Пирл-Харбор — 54 тонны.

Дуговой передатчик в России

В России, на родине открытия электрической дуги, работы по использованию дуговых передатчиков для получения незатухающих высокочастотных электромагнитных колебаний были начаты, как только вышли публикации В. Дудделя в английском журнале «The Electrician» и провел свои эксперименты В. Паульсен. Исследованием физических процессов в электрической дуге занимался профессор Санкт-Петербургского политехнического института Владимир Федорович Миткевич (1872-1951). В 1905 году он опубликовал большую статью о проведенных им оригинальных экспериментальных исследованиях механизма устойчивого горения вольтовой дуги, которая была помещена в V томе журнала «Известия Санкт-Петербургского Политехнического института». На тот момент было известно «явление Эдисона» и изобретен вакуумный диод А. Флеминга. В. Ф. Миткевич провел параллели между «явлением Эдисона» и процессами, происходящими в горящей электрической дуге. В связи с этим он рассматривал электрическую дугу как своеобразный вентиль Флеминга. Такой подход позволил ему предложить различные электрические схемы устойчивого горения дуги. Общим в этих схемах было наличие добавочного — третьего угольного электрода, который служил только катодом в течение обоих полупериодов переменного тока. Для питания электрических дуг такой конструкции он использовал специальные трансформаторы. Вскоре, в том же 1905 году, распоряжением Совета Санкт-Петербургского политехнического института статья была издана в типографии Шредера в виде отдельного оттиска (монографии) под названием «О вольтовой дуге». На следующий год за эту монографию ему была присуждена премия им. А. С. Попова.

Профессор Санкт-Петербургского политехнического института В. Ф. Миткевич. 1906 год. Титульный лист монографии «О вольтовой дуге» и одна из схем устойчивой дуги.

Профессор Санкт-Петербургского политехнического института В. Ф. Миткевич. 1906 год. Титульный лист монографии «О вольтовой дуге» и одна из схем устойчивой дуги.

Совет Нижегородской радиолаборатории

Совет Нижегородской радиолаборатории: (слева направо) П.Я. Бялович, М.А. БончБруевич, В.К. Лебединский, И.А. Леонтьев, П.А. О стряков, В.П. Вологдин. 1921 год.

Одним из первых отечественных исследователей, проводивших практические опыты по использованию незатухающих u1082 колебаний дуговых генераторов, был будущий основатель Русского общества беспроволочных телеграфов и телефонов (РОБТиТ) Семен Моисеевич Айзенштейн (1884-1962). Его работы носили поистине пионерский характер, о чем свидетельствует полученный им в 1904 году патент на «способ увеличения интенсивности электрических колебаний, которые создаются методом Дудделя». В это же время ученый проводит испытания «полевых радиостанций большой мощности, созданных по системе Паульсена». С последними результатами научных исследований Айзенштейна по радиосвязи могли ознакомиться участники IV Всероссийского электротехнического съезда, проходившего в Киеве 25 апреля — 4 мая 1907 года, где он выступил с докладом «Станции беспроволочного телеграфирования большой мощности».

В следующем году было завершено строительство дуговых радиостанций в Киеве и Жмеринке и установлена радиосвязь Жмеринка — Одесса — Севастополь. В то время эти две радиостанции были самыми мощными во всей России (через некоторое время военное ведомство выкупило их за 70 тыс. рублей). В 1910 году С. Айзенштейн построил в Севастополе мощную дуговую радиостанцию, заменившую искровую предшественницу — «Сигнальную мачту», которая работала там с 1904 года.

Через восемь месяцев после Октябрьского переворота, летом 1918 года, все крупные армейские радиостанции России были переданы из военного ведомства в Наркомпочтель (Народный комиссариат почт и телеграфов). 21 декабря состоялось совещание представителей науки и специалистов по радиотехнике при Высшем радиотехническом совете по устройству радиосети Советской Республики, оказавшее большое влияние на дальнейшее развитие радиосвязи в стране. Одним из его результатов стало включение в план работы Нижегородской радиолаборатории исследований возможности использования на радиостанциях дуговых генераторов. Возглавил это направление сотрудник лаборатории Петр Алексеевич Остряков (1887-1952).

В связи с переездом советского правительства из Петрограда в Москву (1918 год) Совет труда и обороны 30 июля ?31919 года принял специальное постановление, обязывающее Наркомпочтель в сжатые сроки построить в новой столице современную радиостанцию, способную обеспечить надежную связь правительства с госорганами на окраинах страны и с западными государствами. Нужно заметить, что некоторые ведущие специалисты Нижегородской радио-лаборатории сомневались в пригодности электрической дуги для осуществления качественного радио-телефонирования. Между тем во многих странах мира, в том числе и России, уже эксплуатировались мощные дуговые радиотелеграфные станции, в частности электродуговые передатчики системы Паульсена. Все установленные передатчики Паульсена были радиотелеграфные, передаваемые ими сигналы отличались друг от друга только длительностью нажатия телеграфного ключа. Удивительно, что вопросом производства модуляции телефонных сигналов в тот период никто серьезно не занимался. Даже такой видный в то время специалист в области радиотехники, как профессор А. А. Чернышев, реставрируя радиостанцию в Детском Селе (ныне город Пушкин), пытался совершенствовать генератор Паульсена для международной радиосвязи, не думая о радио-телефонировании.

В качестве объекта исследования П. А. Остряков использовал мощный электродуговой передатчик, поставленный одной из иностранных фирм для Наркомпочтеля (его устанавливали в Москве на улице Шаболовка).

Экспериментальные исследования возможности модуляции при передаче человеческой речи (радио-телефонировании) производились Остряковым с января по май 1919 года в диапазоне волн 1000-2000 м. В ходе исследований выяснилось, что генератор не удовлетворяет техническим условиям: мощность передачи сигнала была небольшой и не соответствовала паспортным данным. Генератор вырабатывал электромагнитные колебания лишь при силе постоянного тока не более 2,5-3 А, и горение дуги при этом было неспокойное. Первое обстоятельство оказалось следствием неудовлетворительной деионизации парами спирта, а второе было связано с изменением длины дуги в ходе ее движения по неровной поверхности углей. Последний фактор заставил отказаться от вращения дуги или угольного электрода при охлаждении угля.

На основе проведенных экспериментов П. А. Остряков сделал вывод о нецелесообразности применения электрической дуги для радиовещания. Результаты исследований были опубликованы им в статье «Работа с вольтовой дугой как с генератором колебаний для радио-телефонирования», помещенной в журнале «ТиТбп» за 1919 год, где, в частности, говорилось: «Вся описанная работа, имевшая довольно длительный характер, дала возможность прийти к, может быть, и ошибочному, но, во всяком случае, довольно твердому заключению о непригодности дуги как генератора колебаний для радиотелефонии...»

Принципиальная схема электродугового передатчика в экспериментах П.А. Острякова

Принципиальная схема электродугового передатчика в экспериментах П.А. Острякова. 1919 год

Вид поверхностей горения угольных электродов дугового передатчика

Вид поверхностей горения угольных электродов дугового передатчика

27 февраля 1919 года в 10 часов 02 минуты и 11 часов 08 минут П. А. Остряков с помощью дугового генератора передал в эфир из стен лаборатории в Нижнем Новгороде: «Алло! Алло! Говорит Нижегородская радио — лаборатория. Раз, два, три. Как слышно?» То была проба работы радиотелефонного передатчика, изготовленного Нижегородской радио-лабораторией. В Москве первые радиотелефонные передачи, осуществленные с помощью дугового передатчика, были приняты, но они оказались неудовлетворительного качества и послужили лишним доказательством более поздних выводов П. А. Острякова о непригодности дугового генератора для качественной передачи речи. Однако эти передачи немало способствовали разработке других систем радио-телефонирования.

В 1919 году Наркомпочтель согласно постановлению правительства построил в Москве, на Шаболовке временную дуговую радиостанцию незатухающих колебаний мощностью 25 кВт. Для поддержания антенны радиостанции были воздвигнуты три опорные мачты с деревянными стволами высотой 150 м , снабженные для устойчивости многоярусными наклонными стальными оттяжками. Введение в строй этой радиостанции позволило значительно снизить нагрузку на Ходынскую искровую радиостанцию. В том же году одна из мачт упала на землю, после того как ее задел почтовый самолет. На ее месте было решено построить металлическую антенную опорную башню без оттяжек. (Интересно отметить, что в 1939 году в уже построенную тогда металлическую башню снова врезался почтовый самолет, но на этот раз конструкция устояла.)

Заказчиком работ по проектированию, строительству и вводу объекта в эксплуатацию выступил Наркомпочтель. Разработчиком проекта башни был назначен Народный комиссариат тяжелой промышленности, в составе которого в то время находилась организация «Стальпроммеханизация-Союзстальмост». Один из проектных секторов этой организации в те годы возглавлял инженер Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939), который и предложил проект металлической башни в сетчатой оболочке в форме однополостного гиперболоида вращения. Башня, впоследствии известная во всем мире как «Шуховская», была признана одним из самых выдающихся достижений инженерной мысли, шедевром инженерного искусства. Кстати, только нехватка металла в тот период не позволила сделать Шуховскую башню в два раза выше Эйфелевой, как задумывал сам автор.

Установленный в радиостанции на Шаболовке дуговой передатчик мощностью 100 кВт был изготовлен заводами ВОНХ. 19 марта 1922 года после завершения строительства Шуховской башни и подвески к ней антенны Шаболовская радиостанция передала свои первые позывные. Благодаря мощному передатчику и высокой ( 148,3 м ) башне сигналы были приняты в отдаленных городах и на окраинах страны, а также многими европейскими радиостанциями.

21 июля 1920 года Совет труда и обороны принял постановление «Об организации радиотелеграфного дела в РСФСР», предусматривавшее строительство и переоборудование радиостанций в Москве, Детском Селе, Ташкенте, Одессе и Омске. В ходе его реализации в 1921 году на радиостанции в Детском Селе был установлен дуговой генератор Паульсена мощностью 100 кВт конструкции А. А. Чернышева, имевший некоторые особенности, в частности автоматические приспособления для регулирования положения электродов, и исправно работавший в течение многих лет.

Что касается дугового передатчика Шаболовской радиостанции, то он проработал сравнительно недолго и уже в 1923 году был заменен более совершенным ламповым передатчиком, собранным на Центральной радиотелефонной станции в Москве, на улице Радио.

Заканчивая наш рассказ, еще раз отметим, что дуговой генератор конструкции Вальдемара Паульсена стал первым источником незатухающих колебаний, нашедшим практическое применение для осуществления радиопередач. Он послужил реальным устройством для экспериментов с радиотелефонией и радиовещанием в период 20-30-х годов XX века. В ноябре 2000 года члены Ассоциации датских инженеров и Международной ассоциации развития (IDA) определили дуговой передатчик Паульсена как самое выдающееся инженерное достижение датской науки XX столетия.

Дуговой передатчик, так же как и его предшественник — искровой, со временем ушел в прошлое, уступив место более совершенному устройству — машинному генератору переменного тока конструкции Эрнста Александерсона (Ernst Frederick Werner Alexanderson, 1878-1975) и дав начало массовому радиовещанию.

Статья опубликована в журнале «IT news» № 10-12 2008 г.
Перепечатывается с разрешения редакции.
Статья помещена в музей 21.08.2008

Проект Эдуарда Пройдакова
© Совет Виртуального компьютерного музея, 1997 — 2017