Усовершенствование телеграфной аппаратуры русскими специалистами

В 1854 г. русский телеграф получил выход в европейскую сеть. Для этого телеграфная линия Петербург-Варшава была продолжена к границам и в трех пунктах - у местечка Шаково, у деревни Эйдкунен и у городка Мисловиц - подсоединена к австрийским и прусским проводам. В связи с выходом в европейскую телеграфную сеть на русских линиях были установлены телеграфные аппараты типа Морзе, выпускавшиеся фирмой "Сименс и Гальске", а русский телеграфный код приведен в соответствие с европейским и введен на всех русских станциях с ноября 1854 г. В 1855 г. был разрешен прием частных телеграмм.

Организация международного телеграфного обмена и прием частных телеграмм резко повысили интенсивность работы телеграфных станций и активизировали изобретательскую мысль, направив ее на усовершенствование находившейся в эксплуатации аппаратуры, которая отличалась низкой пропускной способностью.

Главный механик телеграфного департамента Тидеман в 1859 г. организовал сравнительные испытания изобретенных к тому времени устройств для изображения краской на бумажной ленте знаков телеграфного кода. Начальник воронежской телеграфной станции Симоненко провел сравнительные опыты с источниками постоянного тока. По его предложению на русских телеграфных станциях стали применять более экономные и надежные элементы Даниеля вместо применявшихся ранее элементов Калло. Механик Орловский усовершенствовал телеграфный ключ.

Значительно усовершенствовал пишущий аппарат изобретатель И. Н. Деревянкин. В 1873 г. он разработал аппарат для полевых телеграфов весом 3,5 кг, автоматически включавший лентопротяжный механизм даже при отсутствии телеграфиста. В 1882 г. Деревянкин разработал и испытал для своего военно-походного телеграфа специальную сухую гальваническую батарею с цинковыми и графитовыми электродами, на которую получил привилегию в 1885 г. В этот же период изобретатель предложил шифратор-дешифратор и карманный клопфер весом 400 г "для выслушивания неприятельских депеш и для передачи ложных донесений".

Изобретения И. Н. Деревянкина после испытаний на телеграфной линии Петербург-Шлиссельбург-Новая Ладога-Лодейное Поле общей протяженностью 365 км были признаны комиссией инженерного корпуса "во всех отношениях работающими отлично" и приняты на вооружение телеграфных парков русской армии. В 1877 г. И. Н. Деревянкин был назначен главным механиком петербургского телеграфного округа. Он стал активным членом электротехнического отдела РТО и по поручению общества реставрировал телеграфные аппараты П. Л. Шиллинга, выступив с их демонстрацией на торжественном заседании, посвященном 100-летию со дня рождения П. Л. Шиллинга [8].

Внести улучшения в телеграфную аппаратуру стремились не только телеграфные специалисты, но лица других, казалось бы далеких от телеграфии, профессий. В главном управлении почт и телеграфов в 60-х годах рассматривались, например, предложения врача Зеленца, учителя математики симферопольской гимназии Федорченко и многих других. Нет сомнения, что даже такие, не всегда зрелые, предложения будили изобретательскую мысль и таким образом содействовали общему прогрессу.

Но как бы ни совершенствовались пишущие телеграфы, необходимость считывания кодовых знаков с ленты и процесс ручной записи текста телеграмм ограничивали предельную эффективность этих аппаратов. Попытки создать достаточно надежный буквопечатающий аппарат с приемлемой пропускной способностью продолжались.

Пульсационные (шаговые) буквопечатающие аппараты, один из первых образцов которых был разработан еще в 1850 г. Б. С. Якоби, действовали медленно, а их электрические приборы работали в весьма тяжелом режиме, так как для передачи каждой буквы или цифры посылалось до 28 электрических импульсов. Тем не менее, фирма "Сименс и Гальске", несколько усовершенствовав аппараты этого типа, нашла им применение на коротких линиях внутригородской связи. В 1863 г. фирма установила подобные аппараты, получившие название ферндрукеров и борзендрукеров, в помещении петербургской биржи для связи с портом, железнодорожными складами и другими пунктами города, из которых поступала информация, влиявшая на колебание цен, состояние спроса и совершение сделок.

Значительный шаг в усовершенствовании буквопечатающего телеграфа удалось сделать известному физику Давиду Юзу, разработавшему аппарат с непрерывно вращающимся типовым колесом на основе так называемого импульсно-селекционного кода, в котором для передачи каждой буквы или цифры требовалась посылка только одного импульса электрического тока. Первый патент был выдан Юзу в 1855 г., но ученый продолжал совершенствовать изобретение до 1863 г.

Наша страна одной из первых воспользовалась изобретением Юза (впервые его аппараты введены в 1862 г. во Франции). В 1865 г. Юз был приглашен в Россию для руководства вводом в эксплуатацию аппаратов на телеграфной линии Петербург-Москва [9].

Самым важным в системе, разработанной Юзом, было отыскание наилучшего способа поддержания синхронно-синфазного движения тележки передатчика и типового колеса приемника. Создателю этой системы, основанной на импульсно-селекционном коде, не удалось найти такое решение задачи, которое обеспечивало бы достаточную надежность телеграфирования в относительно тяжелых условиях эксплуатации. Наиболее благоприятное решение этой задачи было дано в 1872 г. Э. Ф. Краевским [10].

49. Аппарат Юза с регулятором, предложенным главным механиком московского телеграфа Э. Ф. Краевским (1871)

Для поддержания постоянной скорости вращения механизмов передатчика и приемника аппаратов Юза Краевский применил центробежный фрикционный регулятор (рис. 49). Этот регулятор в сочетании с маховиком помог корректирующему механизму Юза легко устранять небольшие отклонения от синхронности. Изобретение Краевского получило признание, было представлено в качестве "характерного и самостоятельного изобретения" на Всемирной парижской выставке в 1900 г., выдержало испытание временем и составляло неотъемлемую часть аппаратов Юза.

Много полезного для улучшения работы аппаратов Юза сделали также другие изобретатели. Инженер одесского телеграфа Сергеев заменил ручной завод гиревого механизма автоматическим. Механик Буггейм впервые использовал вместо гиревого механизма электродвигатель. Инженер Рубанович сконструировал электродвигатель, специально-предназначенный для аппарата Юза и превосходивший по своим качествам заграничные электродвигатели. Механик Торубаев применил автоматический вызов, а Богданов создал оригинальную схему трансляции Юза. Инженер Божко-Степаненко создал схему, обеспечивавшую работу аппаратов Юза при наличии батареи только на одной станции (рис. 50). Механик Сальников предложил интересную новую схему аппарата Юза. Усовершенствования в аппарат Юза внесли также механики Карпов, Кемпте, Куберский и др.

50. Схема, предложенная в 1904 г. инженером М. М. Божко-Степаненко для телеграфных связей аппаратами Юза с применением батареи только на одной станции

Наряду с аппаратом Морзе аппарат Юза стал основным типом телеграфного аппарата в России. Из 8,2 тыс. телеграфных аппаратов, действовавших на территории нашей страны к 1913 г., 7 тыс. были системы Морзе и Юза.

Изобретением аппарата Юза завершился начальный период развития телеграфии. В этот период, начало которому было положено работами П. Л. Шиллинга, телеграфия определилась как самостоятельная отрасль техники со своими специфичными атрибутами - кодами и кодово-импульсными аппаратами.

Современная теория справедливо сводит все задачи, стоящие перед любой отраслью техники связи, к двум основным проблемам - эффективности и надежности. Под эффективностью связи понимается ее производительность, т. е. соотношение между количеством передаваемых сообщений и произведенными для этого затратами. Под надежностью понимается мера соответствия принятого сообщения переданному. Области техники связи отличаются друг от друга лишь средствами, которыми они располагают для решения этих двух основных проблем. Но и в пределах отдельной области связи на различных этапах ее существования эти средства не остаются неизменными; стремление к повышению как эффективности, так и надежности телеграфной системы ведет к постоянному совершенствованию ее средств, причем в процессе этого совершенствования постоянно проявляется противоречивость указанных проблем. Характер противоречий и совокупность средств, позволяющих преодолеть их, своеобразны для каждого этапа развития. Анализ общих итогов начального периода развития телеграфии показывает своеобразие основных противоречий между проблемами эффективности и надежности, которые возникали на каждом отдельном этапе этого периода, и характеризует те средства, изобретение которых позволило преодолеть эти противоречия.

Электростатические и электролитические телеграфы не смогли соревноваться с семафорными телеграфами из-за своей ненадежности и очень низкой эффективности. Но уже самые первые электромагнитные телеграфы превзошли семафорные надежностью, но их эффективность повысилась ненамного, так как каждый из них требовал прокладки нескольких десятков проводов. Изобретение кода позволило повысить эффективность электромагнитного телеграфа и обеспечило превращение его в практически пригодное средство связи.

Однако сразу же возникли противоречия. Недостаток обученных телеграфистов с натренированной памятью заставил отдать предпочтение многомультипликаторным телеграфам, потребовал отказа на первых порах от простых одномультипликаторных, т. е. заставил значительно поступиться эффективностью ради надежности. Изобретение пишущих телеграфов оказалось средством, преодолевшим это противоречие.

Изобретение стрелочных аппаратов избавляло телеграфиста от необходимости производить кодирование и дешифрирование, т. е. содействовало росту производительности его труда или, другими словами, повышению эффективности связи. Однако соответствие принятого сообщения переданному снова попадало в зависимость от памяти телеграфиста, и более надежные благодаря документированному приему пишущие телеграфы пережили своих более юных стрелочных собратьев. Осуществляя идею буквопечатающего телеграфирования, изобретатели стремились преодолеть и это противоречие, но, как мы видели, задача не была решена сразу; процесс вытеснения пишущих телеграфов затянулся до наших дней. Аппарат Юза обеспечил непревзойденную для того времени эффективность телеграфирования, но импульсно-селекционный код в отношении обеспечения надежности телеграфирования уступал всем другим.

Таким образом, в начальный период развития телеграфии отчетливо выделяются четыре этапа. Начало первому этапу было положено изобретением мультипликаторных телеграфов, обеспечивавших лишь визуальный прием кодовой комбинации. Пишущие телеграфы, обеспечившие графический прием кодовой комбинации, относятся ко второму этапу. На этих двух этапах господствовал неравномерный код.

Стрелочные телеграфы, обеспечившие визуальный прием уже самих букв, ознаменовали собой третий этап, а буквопечатающие телеграфы - четвертый. На последних двух этапах получили развитие импульсные коды. Последние явились лишь паллиативом, который впоследствии был отброшен, как только были найдены достаточно совершенные технические решения, предусматривавшие не пространственную (как у Шиллинга), а временную форму использования равномерного кода.

В отличие от последующих периодов в начальный период развития: телеграфии линейная часть телеграфной системы мало совершенствовалась; единственным важным событием явилось изобретение линейного реле.

Все внимание в рассматриваемый период сосредоточилось на повышении, производительности работы самого телеграфиста, что тогда было единственно доступным способом повышения эффективности связи, и на уменьшении возможности совершения телеграфистом ошибок, что являлось основным способом обеспечить повышение надежности. Вот почему в начальный период развития телеграфии главным средством повышения эффективности и надежности связи была постепенная автоматизация всех элементов процесса телеграфирования.

В дореволюционной России действовали непомерно высокие телеграфные тарифы. Даже в 1913 г. стоимость простой телеграммы, состоявшей из двух десятков слов, превосходила однодневный заработок среднего служащего. Все содействовало сохранению подобного положения: и баснословные цены, назначавшиеся иностранными фирмами за постройку и эксплуатацию телеграфных линий в силу монопольного положения этих фирм в России, и низкая плотность телеграфной сети, и значительная протяженность телеграфных линий, и, наконец, традиционный страх правительства перед возможными последствиями широкого доступа к средствам связи, вызывавший стремление использовать телеграф исключительно для военно-административных и коммерческих надобностей.

В результате такой политики Россия по числу исходящих телеграмм на душу населения занимала в Европе последнее место, и даже в самый благоприятный из последних предвоенных лет - 1913 г. - на одного жителя империи приходилось всего 1/4 телеграммы.

Тем не менее, как это ни парадоксально на первый взгляд, темпы роста русской телеграфной сети были самыми высокими в Европе. Еще в 1855 г., когда в других странах телеграфная линия протяженностью в несколько сотен километров считалась длинной, Россия обладала такими телеграфными связями, как Петербург-Симферополь и Петербург-Варшава. К 1872 г. протяженность сети только государственных телеграфов составила 54 тыс. км. и почти вдвое превышала протяженность телеграфных сетей таких стран, как Германия (39 тыс. км), Франция (39 тыс. км), Англия (36 тыс. км), уступая лишь США (113 тыс. км).

Следует подчеркнуть, что и в отношении емкости отдельных телеграфных линий Россия также очень рано превзошла другие страны. Например, в 1854 г. была проложена однопроводная телеграфная линия к германской границе, а в 1855 г. был подвешен по столбам этой линии второй провод. В 1856 г. был подвешен второй провод по столбам построенной в 1854 г. телеграфной линии между Петербургом и Москвой. В 1857 г. уже существовали отдельные телеграфные линии емкостью 3-5 проводов, а на коротких участках - 8-9 проводов.

По числу же действовавших телеграфных станций Россия оставалась далеко позади. К 1872 г. в нашей стране было 649 телеграфных станций, а в Германии - 3626, во Франции - 2625, в Англии - 5098, в США - 5888.

Эти особенности развития телеграфной связи в России явились причиной того, что именно русские изобретатели оказались вынужденными ранее других изыскивать средства более рационального использования уже имевшихся проводов, или, выражаясь современным языком, разрабатывать методы уплотнения телеграфных связей.

В соответствии с существовавшим уровнем научно-технических знаний и производственной технологии разработка методов уплотнения телеграфного канала пошла по трем самостоятельным направлениям и привела к изобретению и практическому применению дуплексного, многократно последовательного и машинного телеграфирования.

Существо идеи дифференциальной схемы дуплексного телеграфирования состояло в следующем. Уравновесив сопротивление телеграфного провода с помощью балансов, можно было добиться такого режима в схеме двух станций, чтобы приемник каждой из них не реагировал на работу собственного передатчика, но всегда был бы готов к приему сигналов, поступающих от другой станции. Идея возникла у многих ученых после установления законов для разветвленных электрических цепей и сама по себе не вызывала сомнений. Однако первые же попытки ее осуществления встретили затруднения. Оказалось, что обычный ключ передатчика пишущего телеграфа практически не пригоден. В процессе телеграфирования при переходе из положения покоя в рабочее положение и при возвращении из рабочего положения в положение покоя оба контакта ключа на некоторое время оказывались разомкнутыми одновременно. В это, так называемое переходное время дифференциальная схема оказывалась нарушенной.

Помимо этого чисто технического препятствия обнаружились затруднения эксплуатационного характера. Персонал телеграфных станций при обычном телеграфировании все служебные справки, пояснения и переговоры при необходимости мог осуществить немедленно, прерывая передачу очередной телеграммы. Представлялось недопустимым лишаться таких возможностей, что можно вполне понять, если учесть относительно невысокий уровень выучки телеграфистов и постановки телеграфной службы того времени.

Известный русский математик З. Я. Слонимский первым сумел разработать систему встречного телеграфирования, исключавшую эти затруднения. В 1858 г. он предложил схему квадруплексного телеграфирования, обеспечивавшую возможность одновременной передачи двух пар телеграмм навстречу друг другу по одному и тому же проводу. При этом вторую дуплексную связь Слонимский предназначал специально для ведения служебных переговоров. В докладной записке от 15 апреля 1858 г. на имя главноуправляющего путями сообщения и публичными зданиями Слонимский по этому поводу писал следующее:

"В случае одновременной передачи двух депеш со станций А и Б телеграфист станции, например, А не может во все время передачи своей депеши прерывать депешу, полученную со станции Б, для спроса пояснений, поправок и т. п., а этого рода корректуры в такой степени необходимы в практике, что лишение возможности получения оных уничтожает все достоинство этого изобретения. Для того чтобы телеграфисты, получая одновременно две депеши, могли в то же время, не прерывая этих депеш, разговаривать еще между собой для делания один другому замечаний, необходимо иметь возможность передавать одновременно по одному и тому же проводнику четыре депеши, по две навстречу одни другим, так, чтобы на каждой станции находилось по два аппарата для двух телеграфистов, посредством которых каждый из них может, независимо друг от друга, отсылать и принимать депеши, как будто на двух особых проволоках.

Задача эта считалась доселе неразрешимою; с помощью, однако, изысканий и опытов, сделанных мною по сему предмету, удалось мне, наконец, достигнуть полного ее решения, которое и представляю на суд публики как уже совершенно зрелый плод трудов моих" [11].

3. Я. Слонимский преодолел технические несовершенства первых дифференциальных схем дуплексного телеграфирования, разработав специальный ключ с переходными контактами, в которых размыкание одних контактов происходило только после замыкания других. Впоследствии ключи и реле с переходными контактами получили широкое применение не только в схемах дуплексной аппаратуры, но и в ряде других электротехнических схем.

В сочетании с дуплексным ключом в схеме Слонимского работали два поляризованных электромагнита и один неполяризованный. Этот прием, как известно, также получил признание и был впоследствии широко использован при конструировании дуплексной аппаратуры.

Однако блестящее решение Слонимским задачи квадруплексного телеграфирования значительно опередило возможности практической телеграфии. Понадобилось еще свыше полутора десятилетий совершенствования электромагнитных приборов, чтобы их можно было надежно применить в сложных режимах работы квадруплексной схемы.

Идея квадруплексного телеграфирования была практически реализована только в 1874 г. известным американским изобретателем Т. А. Эдисоном, который совместно с инженером Дж. Прескоттом разработал так называемую мостовую схему, действие которой основывалось на закономерностях известного мостика Уитстона.

Еще в 60-х годах было замечено, что телеграфист после передачи каждого сигнала делает паузу. Как бы мала ни была эта пауза, она всегда достаточна, чтобы, воспользовавшись ею, передать дополнительно еще несколько сигналов. Возникла идея включать в один провод не один, а два или даже больше передатчиков, предоставляя этот единственный провод каждому передатчику по очереди с помощью специального устройства - распределителя.

Русский изобретатель В. Струбинский в 1863 г. предпринял попытку осуществить эту идею. В качестве распределителя он сконструировал коллектор, приводившийся в движение часовым механизмом и обеспечивавший посылку импульсов с двух манипуляторов, одновременно работавших неравномерным кодом каждый током противоположного направления. В качестве приемника предлагалось специально разработанное изобретателем трехъякорное поляризированное реле, предназначенное для разделения импульсов соответственно по двум приемным аппаратам [12].

Прогрессивное для своего времени предложение В. Струбинского разделило судьбу многих русских изобретений. Оно пролежало в нераспечатанном виде 85 лет и было обнаружено в 1948 г. советскими специалистами в архиве.

В 1872 г. французский механик Э. Бодо уже сделал попытку осуществить двукратную передачу, приспособив для этой цели аппараты Юза. Он убедился при этом, что аппараты импульсного кода позволяют еще в меньшей степени, чем аппараты неравномерного кода, реализовать выгоды последовательного телеграфирования. Проанализировав полученные результаты и опыт предшественников, Бодо положил в основу дальнейшей работы пятизначный код и в 1874 г. запатентовал первый практически пригодный двукратный, а в 1876 г. - пятикратный аппарат. В 1877 г. аппараты Бодо были официально введены во Франции, а затем получили широкое распространение в других странах. В России аппараты Бодо были впервые установлены в 1904 г. для обслуживания телеграфных связей между Петербургом и Москвой.

Работы Бодо по своему значению, по силе и длительности воздействия на последующий ход совершенствования телеграфной аппаратуры представляют собой важнейшее достижение второго периода развития телеграфии.

Достижением рассматриваемого периода является также разработка еще одного метода уплотнения телеграфных связей, так называемого машинного (или, как менее точно его называли в Англии, автоматического) телеграфирования. Первое практически пригодное устройство машинного телеграфа с предварительной подготовкой перфорированной ленты по неравномерному коду было разработано Ч. Уитстоном и введено в эксплуатацию в 1867 г. В России аппараты Уитстона стали применяться в 1880 г. для прямой связи на большие расстояния. Ими были оборудованы магистрали Москва-Иркутск, Москва-Владивосток и др.

Русские телеграфные инженеры и техники многое сделали для улучшения конструкции этих аппаратов и увеличения их производительности. По предложению механика ростовской-на-дону телеграфной конторы Муйерника громоздкая гиревая система была заменена моторной, что намного упростило уход за аппаратами и облегчило работу телеграфистов. Русские инженеры успешно осуществили также дуплексную связь по аппаратам Уитстона через несколько трансляций, разработали оригинальный способ регулирования трансляций на линиях большой протяженности и т. д.