Загадка Маркони -1

Прошло более ста лет с момента установления Маркони первой трансатлантической связи. За это время на нашей планете свершилось множество грандиозных событий, кардинально изменивших ход мировой истории. Радиотехника за эти сто лет прошла такой путь, о котором в начале 20 века никто, даже самые смелые фантасты не могли и мечтать. Освоен широкий диапазон электромагнитных волн, который простирается от долей Герца до сотен Гигагерц. Изобретены различные немыслимые в начале 20 века виды модуляции. Приняты сигналы от искусственных космических спутников, находящихся за многие сотни миллионов километров от Земли. Радиоаппаратура начала 20 века выглядит перед современным человеком просто смешной и нелепой.

Но до сих пор продолжается, в общем-то, бессмысленный спор, который начался уже 15 декабря 1901 года, когда Маркони опубликовал сообщение о своей Первой Трансатлантической связи. Спор о том, а была ли действительно проведена эта связь?..

 

Спор через века

Действительно, среди специалистов возникает много вопросов, относящихся к различным моментам проведения Первой Трансатлантической связи. Многие из этих вопросов вызваны тем, что радиоаппаратура начала 20 века была крайне не совершенна. Вследствие этого Маркони трудно было определить многие технические характеристики используемой им аппаратуры. Очевидно поэтому сам Маркони и его помощники, участвовавшие в проведении Первой Трансатлантической связи, в разное время приводили противоречащие друг другу сообщения о технических данных радиоаппаратуры используемой ими в этом эксперименте.

Маркони

Photo: Marconi

Давайте же вместе попробуем насколько это сейчас возможно, непредвзято разобраться, в основных доводах приводимых противниками и сторонниками установления Первой Трансатлантической связи и передачи при этом самой дорогой в мире первой радиограммы, или маркониграммы, как еще много лет подряд называли сообщения, переданные с помощью радио. После этого читатель сам сможет решить, к сторонникам или противникам установления Первой Трансатлантической связи ему присоединиться.

Передатчик Флемминга

Давайте рассмотрим передатчик, который использовался на передающей станции в Poldhu для проведения этой связи. Прежде всего нас интересуют такие его параметры, как мощность и частота работы. Но, как раз эти, наиболее важные для нас параметры являются до настоящего времени достоверно неизвестны.

До сих пор точно неизвестна высокочастотная мощность в антенне, которую обеспечивал передатчик расположенный в Poldhu. Измерение высокочастотной мощности, особенно ее больших уровней, даже в настоящее время представляет сложную задачу. В начале 20 века точно измерить мощность передатчика было просто невозможно. В качестве примера можно привести передатчик, предназначенный для регулярной трансатлантической связи, который вступил в строй в 1907 году. Его мощность оценивалась разными специалистами от 100 до 300 киловатт [1]! Разброс мощности почти в три раза!

Мощность передатчиков в то время определялась приблизительно, на основании показаний многих приборов. Конструктор передатчика в Poldhu Ambrose John Flemming ( 28 of November, 1848 — 18 of April, 1945 ) определил мощность своего передатчика в 25 000 ватт [2] . Следует заметить, что Flemming в то время был одним из опытнейших конструкторов передатчиков в мире, и его оценка мощности сконструированного им передатчика заслуживает доверия.

Flemming

Фото: Flemming

Сам Маркони всячески уклонялся от ответов о величине мощности и о значении частоты работы передатчика в Poldhu. Очевидно он понимал, что его ответы на эти вопросы являются спорными. В одной из своих лекций, посвященной тридцатилетнему юбилею этой связи, которую Маркони читал в начале 30-х годов, Маркони сказал, что мощность передатчика, используемого им для проведения первой трансатлантической связи была равна 15 кВт [3].

Обратите внимание, что это было сказано по прошествию 30 лет после проведения Первой Трансатлантической связи. Это заявление было сделано уже многоопытным человеком, имеющим огромный опыт в конструировании радиопередающих систем. По всей видимости, реальная мощность передатчика в Poldhu находилась между тем уровнем мощности который определил Flemming и тем уровнем мощности, который назвал Маркони.

Длина волны передатчика Флеминга

Вторую, наибольшую для нас загадку представляет длина волны, на которой работал передатчик в Poldhu. Сам Маркони обычно предпочитал упорно уклонялся от ответа на этот вопрос. В разное время, в разных лекциях посвященных проведению Первой Трансатлантической связи, Маркони и его помощниками были названы несколько длин волн, на которых, как предполагалось, работал передатчик в Poldhu. Flemming в своей лекции, посвященной проведению Первой Трансатлантической связи, которую он прочитал в 1903 году, сказал, что длина волны, на которой работал его передатчик была равна 304,8 метра. Маркони, в своей лекции которую он читал в Royal Institution в Англии в 1908 году, определил длину волны передатчика в 365,8 метра. Но, гораздо позже, в лекции посвященной юбилею проведения Первой Трансатлантической связи, он уже говорил, что длина волны передатчика Флемминга была равна 1800 метров (166 кГц) [3].

Где же истина? Какая цифра правильная? Как ни странно, никакая. Маркони не была названа реальная длина волны (частота) работы передатчика расположенного в Poldhu. Почему? Можно предположить, что точная частота работы передатчика действительно была неизвестна самому Маркони. По прошествию времени он просто вносил в предполагаемую частоту работы этого передатчика коррекции, основываясь на своем приобретенном опыте проведения дальних связей.

Мы можем предположить, что Flemming действительно рассчитывал свой передатчик для работы на длине волны равной примерно 300 метров, как он тогда утверждал. Но ни Flemming ни Маркони в то время не могли предположить, что выбор длины волны 300 метров был крайне неудачным для проведения трансатлантической связи в дневное время. Волны с этой длиной волны испытывают значительное поглощение при дневном распространении в слое ионосферы D. В результате этого установление дальней связи, используя радиоволну этой длины, маловероятно.

Это дало в руки противников проведения Первой Трансатлантической связи серьезные аргументы, позволяющие поставить под сомнение проведение этой связи. Вероятно, именно по этой причине, в 30 годах Маркони “заменил” спорную длину волны 300 метров на “более подходящую” для установления трансокеанской радиосвязи длину волны 1800 метров (166 кГц) [3]. Радиоволны с этой частотой способны отражаться от слоя D в дневное время. Вследствие этого, на такой длине волны вполне могла быть проведена трансатлантическая связь в дневное время.

А все же, какая в действительности была частота работы передатчика в Poldhu? Ну, что же, наше поколение радиотехников успешно справилось с решением этой загадки. В первых искровых передатчиках частота их работы полностью определялась частотой настройки антенной системы этих передатчиков на первый четвертьволновый резонанс. Сразу следует обратить внимание, что при такой схеме построения искрового передатчика исключалась работа его выходной цепи на высокочастотных гармониках антенны, так как jigger выходной цепи настраивался в резонанс с антенной системой.

Конструкция антенной системы была известна. Конструкция катушек, используемых в выходной цепи передатчика, которые влияли на резонанс антенны, тоже в общем то была известна. Далее, на основании знаний о размерах антенны и о конструкции выходной цепи передатчика была определена частота четвертьволнового резонанса, на которой работала антенна система, и, следовательно, была определена частота передатчика используемого для Первой Трансатлантической связи [4]. Оказалось, что при этом методе расчета частота работы передатчика Маркони находилась около 500 кГц (при расчете получилось 511 кГц). На фотографиях показана антенна в Poldhu, часть разрядника передатчика, расположенного в Poldhu, и схема передатчика Poldhu, нарисованная рукой Flemming.

Antenna_ Poldhu Маркони

Photo: Antenna_ Poldhu

Radio_Flemming Маркони

Photo: Radio_Flemming

Transmitter_Hall Маркони

Photo: Transmitter_Hall

Что же, была успешно решена загадки, заданные нам Маркони, была определена частота работы передатчика.

Хотя… Указанное здесь значение частоты передатчика тоже представляет собой спорный вопрос. Расчет частоты базировался на описании конструкции антенны передающей станции в Poldhu. Но возникают серьезные сомнения в том, что антенна, которая была использована для проведения Первой Трансатлантической радиосвязи точно соответствует описанию, данному в статье посвященной Первой Трансатлантической связи. В реальности, оригинальная антенная система уже через несколько месяцев после проведения Первой Трансатлантической связи была заменена другой антенной. Даже знаменитая фотография этой антенны (Photo: Antenna_ Poldhu), используемой для проведения Первой Трансатлантической связи очевидно является подделкой [4]

Но остались еще другие загадки, до конца неразгаданные до сих пор. Обратимся же к ним…

 

Приемник Маркони

До настоящего времени абсолютно точно неизвестно, какой приемник использовал Маркони на приемной станции в Канаде. Достоверно известно, что Маркони первоначально хотел использовать для приема сигналов в St. John’s, Newfounland приемник с настроенными входными цепями. Схема этого приемника, который Маркони запатентовал в 1900 году, патент Великобритании №7777 от 26 апреля 1900 года, показана на Рисунке 1.

Схема приемника Маркони

Рисунок 1 Схема приемника Маркони согласно патента №7777

Входной контур в этом приемнике настраивался в резонанс на принимаемый сигнал с помощью переменного конденсатора C1. Антенная цепь тоже настраивалась в резонанс с помощью катушки с отводами LA. Цепь, в которую включен когерер, тоже настраивалась в резонанс на принимаемый сигнал с помощью катушек с отводами LS1 и LS2 а также при помощи конденсатора C2. В результате этого чувствительность этого приемного устройства была значительно увеличена. Была возможна частотная селекция сигналов. С использованием приемника построенного по примерно такой схеме Маркони были проведены в то время его самые дальние связи. Это радиосвязь через Ла-Манш на расстояние в 31 милю и радиосвязь с военными кораблями в море на расстояние в 76 миль.

Именно по поводу применения этого приемника с настроенными цепями возникает много вопросов. Поскольку для работы приемника его цепи должны быть настроены на частоту работы передатчика, Маркони должен был бы знать частоту работы передатчика расположенного в Poldhu, для того, чтобы достаточно быстро настроить приемник на приемной станции в Канаде.

Если вы будете в музее старой техники, обратите внимание на детекторные приемники начала века. Многопозиционные переключатели катушек, которые градуированы в условных единицах, шкалы конденсаторов, градуированные в градусах. К приемникам прилагаются номограммы для перевода положений переключателей, отвода катушек и емкости конденсаторов в длину волны. Не зная точно длины волны работы передатчика в Poldhu Маркони мог бы сутками настраивать свой приемник в поисках слабых сигналов прошедших через Атлантический океан, если бы… Да, если бы он не экспериментировал со своим приемником в Англии и не привез на приемную станцию в Канаду уже настроенный на частоту работы передатчика приемник. Причем настроенный для работы совместно с антенной той длины, которую использовал Маркони в St. John’s. Зная характер Маркони, его предусмотрительность в малейших мелочах, можно предположить, что именно так оно и было.

Для работы совместно с этим приемником Маркони взял три когерера. Один был заполнен угольными крошками, другой смесью угольных крошек и кобальтовых опилок и третий экспериментальный ртутный когерер, который Маркони до этого использовал для работы на приемниках установленных на кораблях итальянского морского флота. Первые два типа когереров широко ранее использовались Маркони и другими пионерами радио для экспериментов. Эти типы когереров показали хорошо повторяемые результаты приема радиосигналов, но обладали небольшой чувствительностью. С третьим типом когерера — ртутным когерером, Маркони только проводил эксперименты. Ртутный когерер представлял собой каплю ртути, находящуюся между двумя железными контактами. Маркони утверждал, что ртутный когерер в то время был самым чувствительным когерером.

Ртутный когерер Маркони

Photo: Mercury_cohererer

Ртутный когерер Маркони впервые использовал на кораблях итальянского военного морского флота в 1898-1899 году. В те же годы им был осуществлен прием радиосигналов на слух с помощью электромагнитных телефонов. Ртутный когерер позволял осуществлять наиболее дальний слуховой прием первых искровых передатчиков. Именно использование приема на слух и использование высокочувствительного ртутного когерера позволили Маркони в те года установить свои рекорды по дальности радиосвязи.

 

Приемная антенна Маркони

Но давайте снова вернемся в Канаду на приемную станцию в St. John’s и обратим внимание на приемную антенну. Маркони в разные дни упорно пытается поднять на шаре антенну длиной именно 150 метров. Даже когда ветер обрывает такую длинную антенну, он поднимает другую такую же по длине. Почему Маркони так упорно пытался использовать антенну именно такой длины? Почему он не укоротил антенну, скажем до 100 метров, чтобы она выдержала сильный ветер? Почему он не использовал антенну длиной 200 метров, которую шар тоже вполне бы смог поднять? Постараемся ответить на это, основываясь на известных нам фактах.

Мы знаем, что Flemming , конструктор передатчика в Poldhu, в 1903 году сказал, что длина волны его передатчика была равна 304 м. Антенна, которую использовал Маркони, тоже кратна этой длине волны — 304:150?2. Значит о предполагаемой длине волны работы передатчика Маркони имел четкое представление. Но по каким-то причинам Маркони об этом в дальнейшем почему то умалчивал…

Маркони при экспериментах с первыми когерерными приемниками (Рисунок 2), обнаружил, что наибольшую силу сигналов обеспечивает антенна длиной кратной половине длины принимаемой приемником радио волны. Поскольку сопротивление когерера до прихода радиоволн было велико, несколько тысяч ом, то он не шунтировал антенну имеющую высокое сопротивление на своих концах. При приеме антенной радиосигналов, между антенной и заземлением появлялось большое высокочастотное напряжение. Это напряжение прожигало когерер, вследствие чего происходила регистрация радиосигналов. Впоследствии Маркони использовал полуволновую антенну совместно с приемником с настраиваемыми контурами (знаменитый патент 7777). Если антенна была физически меньшей длины, то с помощью катушки индуктивности (которая сейчас носит название удлиняющая катушка) антенна настраивалась в резонанс на необходимую волну.

Первый приемник Маркони

Рисунок 2. Первый приемник Маркони

Следовательно, Маркони был уверен, что длина волны передатчика в Poldhu была равна 300 метров. На основании этого, Маркони пытался использовать настроенную резонансную антенну для улучшения приема. Поэтому, длина его антенны была равна 150 метров.

Первый в мире регенеративный приемник

Далее происходят совершенно непонятные события. Имея настроенный и высокочувствительный приемник, Маркони, по уверению его помощника Richard Norman Vyvyan (1876-1946) этот приемник по непонятным причинам не использовал [5]! А использовал Маркони всего лишь высокочувствительный ртутный когерер, подключенный к антенне и к наушникам. И на этот простой приемник Маркони смог услышать сигналы из Англии!

Давайте обратимся к известной фотографии Маркони, сделанной на приемной станции в St. Johns’. Эта фотография известна под названием: «Маркони, после приема первых трансатлантических радио сигналов из Poldhu» (см. рис. 3). Так вот, на этой фотографии действительно нет приемника с настраиваемыми цепями!

Маркони

Рисунок 3. Маркони, после приема первых трансатлантических радио сигналов из Poldhu

Предполагаемая схема приемника Маркони, используемая им для трансатлантической связи показана на Рисунке 4. Эта схема составлена на основе патента Англии № 18105, который Маркони получил 9 сентября 1901 года на слуховой приемник с ртутным когерером и на основании конструкций его первых широкополосных когерерных приемников. На Рисунке 5 показана схема приемника Маркони с ртутным когерером как он был изображен в патенте № 18105.

Предполагаемая схема приемника Маркони

Рисунок 4. Предполагаемая схема приемника Маркони, используемая им для трансатлантической связи

Схема приемника Маркони

Рисунок 5. Схема приемника Маркони с ртутным когерером как он был изображен в патенте № 18105

Давайте еще раз внимательно рассмотрим схему приемника, которую Маркони предположительно использовал на приемной станции в St. John’s (Рисунок 4). Четвертьволновая антенна, являющаяся резонансной для принимаемого сигнала, ртутный когерер, наушники, аккумуляторная батарея … На фотографии показаны наушники (Photo: Headphones), используемые при проведении Первой Трансатлантической связи.

Headphones Маркони

Photo: Headphones

Итак, рассчитывая использовать полуволновую резонансную антенну для длины волны 300 метров, Маркони случайно использовал четвертьволновую резонансную антенну для действительной частоты работы передатчика. Действительно, длина волны для частоты 511 килогерц составляет 580 метров, четверть длины волны 145 метров, то есть очень близко к длине используемой Маркони антенне.

Продолжим дальше рассмотрение цепи загадок. Считается маловероятным, что используя такой простой приемник, схема которого приведена на Рисунок 4 было бы возможно принять сигналы передатчика из Poldhu, находящегося на удалении 3500 км. На основании формул о прохождении радиоволн была найдена напряженность поля, которую мог создать передатчик, расположенный в Poldhu на приемной станции в Канаде. Эти расчеты представлены в литературе [4]. Расчеты приведенные там показывают, что той ничтожно малой мощности электромагнитной энергии, дошедшей из Англии в Канаду было явно недостаточно для того, что бы перевести ртутный когерер в режим когерирования.

Для того, что бы прием был возможен на такое значительное расстояние, ртутный когерер должен работать хотя бы как обычный диод, то есть в режиме детектирования, а не в режиме когерирования. Только в этом случае на такой простой приемник был бы возможен прием слабых сигналов. Но даже в этом случае для уверенного приема столь далеких сигналов детекторный приемник должен был бы обладать небольшим усилением. Итак, простой детекторный приемник не мог принять эти сигналы, если… если бы он не обладал бы усилением. И тут мы подходим к другой загадке истории. А если этот приемник, используемый Маркони на приемной станции в Канаде, обладал усилением? Вы спросите, но возможно ли это?! В схеме приемника на Рисунок 4 отсутствуют усилительные элементы.

Однако, наличие усиления в этом приемнике вполне возможно… Давайте еще раз внимательно рассмотрим его схему. К ртутному когереру через наушники подведено постоянное напряжение. В то время такое построение слуховых приемников было обычным. Поскольку энергии радиоволн было недостаточно для их прямой регистрации наушниками, то последовательно с когерером и наушниками включали батарею. В результате чего, слабые сигналы принимаемые из эфира, при переходе когерера в режим когерирования вызывали значительный по силе отклик в наушниках. То есть можно говорить о том, что этот приемник обладал некоторым усилением по отношению к принимаемому сигналу. Но конечно, приемник имел порог срабатывания, ниже которого регистрация сигналов была невозможна.

Теперь давайте внимательно рассмотрим конструкцию ртутного когерера. Металлические выводы когерера, не смачивались ртутью, то есть между ртутью и контактами была тонкая пленка окисла. Работа когерера заключалась в том, что при приеме радио сигналов из эфира эта пленка прожигалась, в результате чего сопротивление когерера резко падало, и осуществлялся режим когерирования. Мощности радиосигналов, пришедших из Polghu в St. Johns было конечно недостаточно для прожигания пленки окисла и для перевода ртутного когерера в режим когерирования. Следовательно, в этом приемнике невозможно было получить усиления за счет режима когерирования.

В то же время эта пленка окисла обеспечила прием слабых сигналов. Теперь мы знаем, что такая пленка окисла может обладать лямбда– образной характеристикой. Вследствие этого ртутный когерер в этом приемнике Маркони мог работать как своеобразный аналог туннельного диода. Следовательно, приемник Маркони на приемной станции в St. Johns мог обладать усилением! Исследованиями свойств различных пленок окислов, обладающих лямбда– образной характеристикой в 20-30 годах в СССР занимался Лосев Олег Владимирович (10 мая 1903 — 22 января (? По другим сведениям 15 марта ) 1942). В 1922 году им уже был построен детекторный приемник с использованием диода на основе окиси цинка, который обладал значительным усилением.

Мой блог находят по следующим фразам

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.