Глава XVIII. СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СВЯЗИ

1. СОСТОЯНИЕ СРЕДСТВ СВЯЗИ ДО ПЕРВОЙ ЧЕТВЕРТИ XIX В.

Еще в далекой древности у человека возникла необходимость передачи сигналов на расстояние. Для усиления голоса при подаче сигналов на охоте стали применять простейшие рупоры в виде рогов, раковин и др. Целям нодачи сигналов служили тамтамы, барабаны и подобные им устройства, а чуть позже световые средства - факелы, костры. Даже эти примитивные средства световой сигнализации позволили резко увеличить расстояние, на котором людям удавалось поддерживать связь [1].

С развитием общества возникла необходимость в передаче более разнообразных сигналов, в том числе сигналов, смысл которых не был обусловлен заранее. В книге известного греческого историка Полибия описан [2] способ применения водяных часов, так называемых клепсидр, в устройстве для дальней сигнализации. Клепсидры представляли собой сосуды с водой, на поверхности которой находились поплавки с вертикальными стойками на них. Вода из сосудов вытекала с постоянной скоростью, и длина видимой части стоек была обратно пропорциональна времени. Суть использования клепсидр для сигнализации состояла в том, что их вертикальные стойки имели однотипную разметку: вместо часовых делений на них были написаны в одинаковой последовательности различные слова, команды и т. п. По условному сигналу с передающего пункта обе клепсидры одновременно запускались, а по другому сигналу останавливались в тот момент, когда на стойках была видна надпись, которую нужно было передать. Так как клепсидры были довольно точными часами, то на передающем и на приемном пунктах они показывали один и тот же сигнал. В этом способе связи дальность определялась условиями видимости сигналов, которые могли подаваться любыми другими известными тогда сигнальными средствами.

Это был, пожалуй, первый бпособ связи с использованием технических средств (клепсидр), основанный на применении принципа синхронизации приборов во времени.

Полибий описывает также и второй способ сигнализации, основанный па ином принципе, изобретение которого он связывает с именами Клеоксена и Демоклита из Александрии [2]. По этому способу для сигнализации использовали факелы, которые выставляли на сигнальной стене. При этом существовал определенный код, составленный следующим образом. Греческий алфавит (24 буквы) разделяли на 5 групп таким образом, что каждая буква определялась номером группы и порядковым номером ее в группе. Число факелов в левой части сигнальной стены означало номер группы, а число факелов в правой части стены - номер места в группе. Такой способ, хотя и требовал много времени на передачу каждого сигнала, однако давал возможность передавать буквенным текстом любое сообщение. Полибий, описывая этот способ, приводит таблицу такого кода (таблица Полибия), которая в дальнейшем нашла применение во многих системах сигнализации. Это, по-видимому, была одна из первых попыток использовать код (пятеричный двухразрядный) для передачи информации.

Долгое время люди были вынуждены обходиться примитивными способами передачи информации, используя эстафеты, гонцов, посыльных.

Средства связи стали претерпевать заметную эволюцию только в XVII-XVIII вв., когда рост продукции и быстрое расширение торговых связей потребовали новых средств для быстрой передачи сообщений. Этому способствовали различные научные открытия и технические достижения. Для дальней связи стали применять системы оптического телеграфирования; в них сигнал передавался на расстояние с помощью светового источника, который затеняли и открывали. Иногда изменяли положение специальных сигнальных предметов, видных на далекое расстояние. Дальность сигнализации определялась прямой видимостью невооруженным глазом сигнальных устройств, а после появления зрительных труб - расстоянием, на котором эти устройства были видны в зрительную трубу.

Первые системы оптических средств сигнализации или, как их стали называть, оптических телеграфов, зародились в Англии и Франции - в странах с наиболее интенсивно развивающейся промышленностью и транспортом. К таким системам относится оптический телеграф английского ученого и естествоиспытателя Роберта Гука, о котором он сообщил в Английском королевском обществе в 1684 г., описание телеграфа было опубликовано в «Трудах» общества. Оптический телеграф Гука применяли в английском флоте почти до конца XVIII в. [3].

Следует упомянуть об интересном предложении некоего Кесслера [4] производить сигнализацию с помощью светового источника, помещенного в светонепроницаемую камеру с дверцей, открывая и закрывая которую можно было подавать световые сигналы различной длительности. Идею Кесслера кодировать сигналы по длительности можно рассматривать как одну из первых попыток в развитии импульсных неравномерных кодов; получивших в дальнейшем очень широкое распространение сперва для световой сигнализации, а затем и в электрических телеграфах и прежде всего в телеграфах с «азбукой Морзе».

Наибольшую известность оптическое телеграфирование получило после работ французского изобретателя Клода Шаппа, который, кстати сказать, и ввел термин «телеграф», т. е. «дальнописец» [4]. Первые опыты Шаппа были повторением упомянутой выше идеи, описанной Полибием для двух синхронных часов. Шапп воспользовался для этого часовым механизмом, имеющим быстрое движение стрелок по круговому циферблату с начертанными на нем простыми сигнальными знаками. Однако эта идея, хоть и позволила провести ряд успешных опытов, была отвергнута автором. Он построил другой телеграф (1792 г.). В нем сигнализация производилась посредством семафора, состоящего из высокой мачты с подвижной горизонтальной частью (названной регулятором), на концах которой имелось по одному вращающемуся «крылу». Изменение взаимного расположения «регулятора» и «крыльев», которые перемещались с помощью шкивов и ременной передачи, позволяло образовывать в пространстве различные фигуры. Эти фигуры составляли знаковый код. Телеграф Шаппа давал возможность отчетливо различать до 196 фигур, однако для большей надежности было отобрано только 98 фигур, соответствовавших отдельным словам, цифрам и некоторым служебным сигналам.

Оптический телеграф Клода Шаппа (1792 г.)

Простота устройства телеграфа Шаппа давала возможность широко применять его для создания первых линий связи. Отдельные станции телеграфа располагались на ровной местности на расстоянии до 30-40 км одна от другой. В 1798 г. была открыта первая дальняя телеграфная линия Париж - Страсбург - Брест, а затем линии оптического телеграфа стали быстро множиться. Они давали возможность довольно быстро передавать сообщения. Так, например, на линии Париж - Тулон длиной около 1070 км время передачи одного знака составляло всего 20 мин, что по сравнению с тихоходным транспортом тех времен казалось просто поразительным.

Оптические телеграфы имели существенный недостаток, так как работали безотказно только в дневное время и при хорошей видимости. Ночные условия и плохая погода значительно осложняли и даже останавливали их работу, несмотря на многие попытки усовершенствовать эти системы связи введением искусственного освещения, уменьшением расстояния между соседними пунктами и т п. Надо сказать, что многочисленные работы по созданию ярких и стабильных источников света, которые пытались применить в оптической телеграфии, привели к развитию самостоятельной техники дальнего освещения в русле которой появились многие интересные технические приборы в том числе различные типы сигнальных фонарей, световых маяков и наконец, прожекторов.

Оптические телеграфы Шаппа и их видоизмененные варианты нашли широкое применение в различных странах Европы и Азии, а также на Американском континенте [5]. В 1795 г. телеграфы Шаппа были сооружены в Италии и Испании. Несколько видоизмененная их конструкция :емы Муррея вскоре распространилась сначала на Британских островах, а затем в Швеции. Такими телеграфами была оборудована линия, соединявшая Лондон, Дувр и Портсмут [4]. Шведские телеграфы соединяли Стокгольм, Траненберг и Дротнингольм. После того как оптический телеграф распространился в Англии, его стали применять в ее колониях, в частности в Индии. В 1823 г. появилась первая индийская линия Калькутта - Шунар. В то же время была сооружена имевшая 19 промежуточных станций линия в Египте, между Александрией и Каиром [6]. В 1832 г. введен оптический телеграф в Пруссии: построена линия Берлин - Трир через Потсдам, Макдебург, Кельн, Кобленц.

Конструкции оптических телеграфов всех упомянутых стран не оыли одинаковыми. Английские телеграфы вместо семафорных элементов имели прямоугольную раму с расположенными на ней в три этажа дарами экранов, которые могли поворачиваться вокруг горизонтальной оси и занимать два положения: либо обращенное плоскостью к наблюдателю, либо повернутое «в профиль». Сочетание различных положений этих шести экранов составляло, как в телеграфе Шаппа, кодовые комбинации. Шведские телеграфы подобного устройства имели по 10 поворотных экранов. Прусские телеграфы по принципу действия и внешнему виду были ближе к французским. В них на высокой вертикальной мачте в трех ярусах располагались три пары семафоров, которые, подобно веткам на дереве, могли занимать пространственные положения под углом 0, 45, 90 и 135 град к мачте.

Применение первых оптических телеграфов в России относится к 1824 г., когда была построена опытная линия между Петербургом и Шлиссельбургом, предназначенная для передачи сообщений о движении судов по Ладожскому озеру. Линия просуществовала до 1836 г. [7]. Эта линия оптического телеграфа была сооружена под руководством русского генерал-лейтенанта Ф. А. Козена.

Между тем еще в период царствования Екатерины II в России были начаты опыты разработки отечественных оптических телеграфов с учетом всего сделанного к тому времени за рубежом. Известны работы русского изобретателя И. П. Кулибина, который по указанию императрицы создал семафорный оптический телеграф. Телеграф И. П. Кулибина конструктивно мало отличался от телеграфа Шаппа, однако русский изобретатель применил разработанный им оригинальный код, в котором кодировались не слова (как у Шаппа), а отдельные их составляющие слоги.

Изобретатель разработал чрезвычайно простую кодовую таблицу. Ку-либин построил модель своего телеграфа, но царские вельможи отнеслись к ней, как к забаве [8].

Позже, в царствование Николая I оптические телеграфы привлекли внимание военных кругов, и это средство связи было поставлено на вооружение армии. Известно несколько проектов русских оптических телеграфов, среди которых нужно назвать системы А. Бутакова (1808 г.), Понюхаева (1815 г.), П. Чистякова (1827 г.). Из них только первая нашла практическое применение на русском флоте [9]. Все эти проекты относились к семафорным оптическим телеграфам. Наибольшую известность в России получили телеграфы системы французского инженера Пьера Шато, ученика К. Шаппа. Приглашенный русским правительством на службу Пьер Шато использовал большой опыт эксплуатации телеграфов Шаппа в ряде стран и значительно усовершенствовал их, придя к простой и надежной конструкции [10].

Оптический телеграф Л. Шато

Телеграф Шато состоял из вертикальной мачты, на ее вершине находился равноплечий горизонтальный рычаг, который мог вращаться вокруг своей середины. На одном конце рычага перпендикулярно к нему было закреплено более короткое плечо, образующее вместе с рычагом подобие буквы «Т». Эта конструкция могла занимать различные пространственные положения со сдвигом 45 град одно по отношению к другому. На концах подвижного рычага помещали фонари для работы в ночное время. П. Шато создал очень простой семафорный код, и телеграфы его системы стали широко использоваться в России [11].

Оптические телеграфы быстро распространились с развитием железных дорог, так как работа железнодорожного транспорта не могла происходить без хорошо налаженной сигнализации. До середины XIX в. единственным средством такой сигнализации были оптические телеграфы, несмотря на их явные недостатки, определявшиеся главным образом зависимостью от ненастной погоды и плохой приспособленностью для работы ночью. Стремясь получить более надежные системы передачи информации, изобретатели обращались к новым научным открытиям и прежде всего - к электричеству.