Загадка Маркони

Прошло уже более 100 лет с момента установления Маркони первой трансатлантической радиосвязи.С той поры радиотехника прошла такой путь, о котором в начале XX в. никто, даже самые смелые фантасты, не могли и мечтать. Но все еще продолжается бессмысленный спор, начатый еще 15 декабря 1901 г., сразу же после опубликования Маркони результатов своих сенсационных экспериментов. Спор о том, была ли в действительности проведена эта радиосвязь. В этой статье предпринята попытка непредвзято разобраться во всех тонкостях данного спора.

У специалистов возникает много вопросов, относящихся к различным моментам проведения первой трансокеанской радиосвязи. Многие из них вызваны тем, что радиоаппаратура начала XX в. была крайне несовершенной, из-за чего возникали трудности при определении ее технических характеристик. Очевидно поэтому сам Маркони и его помощники в разное время приводили противоречащие друг другу сообщения о технических данных используемой ими радиоаппаратуры.

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 же XX в. точно измерить мощность передатчика было просто невозможно, и определяли ее приблизительно на основании показаний многих приборов. Конструктор передатчика в Poldhu А. Флемминг оценивал его мощность в 25 кВт. Следует подчеркнуть, что Флемминг в то время был одним из опытнейших конструкторов передатчиков в мире, и его оценка заслуживает доверия. На рис.1 показан выходной искровой разрядник этого передатчика. Как видно из фотографии, разрядник окружен кирпичной стеной. Это сделано в целях пожарной безопасности, поскольку при работе передатчика искры разлетались далеко от разрядника.

Рис. 1.

Сам Маркони всячески уклонялся от ответов на вопросы о мощности и частоте передатчика в Poldhu, очевидно понимая, что точно ответить на них он не в состоянии. Но в одной из своих лекций в начале 30-х годов Маркони заметил, что передатчик, который он использовал для проведения первой трансатлантической связи, имел мощность 15 кВт [1]. Обратите внимание на то, что сказано это было лишь по прошествии более 30 лет после самого события уже многоопытным человеком, имеющим громадный опыт в конструировании радиопередающих систем. По всей видимости, величина мощности передатчика в Poldhu лежала примерно в пределах, указанных Флеммингом и Маркони, т.е. составляла около 20 кВт.

Вторую, наибольшую для нас загадку, представляет длина волны, на которой работал передатчик Маркони. В разное время в разных лекциях, посвященных проведению первой трансатлантической связи, Маркони и его помощники называли несколько длин волн. Маркони в лекции, которую он давал в Royal Institution в 1908 г., определил длину волны передатчика в 365,8 м. Но гораздо позже, в начале 30-х годов, он уже утверждал, что длина рабочей волны передатчика, построенного Флеммингом, составляла 1800 м [1].

Где же истина? Какая величина правильная? Как ни странно, никакая. Можно предположить, что точная частота роботы передатчика действительно была неизвестна самому Маркони. По прошествии времени он просто вносил в предполагаемую частоту работы этого передатчика коррекции, основываясь на своем приобретенном опыте.

Флемминг утверждал, что он рассчитывал свой передатчик для работы на длине волны 300 м. Но ни он, ни Маркони в то время не могли предположить, что выбор такой длины волны был крайне неудачным для проведения трансатлантической связи в дневное время. Волны такой длины испытывают значительное поглощение при дневном распространении в слое ионосферы D. Это дало в руки сомневающимся в факте проведения Маркони первой трансатлантической радиосвязи серьезные аргументы. Вероятно именно поэтому в 30-е годы Маркони "заменил" спорную длину волны 300 м более подходящей 1800 м. Радиоволны такой длины отражаются от слоя D в дневное время.

А все же, какой в действительности была частота работы передатчика в Poldhu? Последующие поколения радиотехников успешно решили эту загадку. В первых искровых передатчиках частоту их работы полностью определяла частота настройки антенной системы на четвертьволновый резонанс. На основании известных данных о размерах антенны и конструкции выходной цепи передатчика в [2] была рассчитана частота четвертьволнового резонанса антенной системы и, следовательно, определена частота передатчика, используемого для первой трансатлантической связи. Расчетная частота оказалась равной 511 кГц.

Так были успешно решены две загадки, поставленные Маркони: примерно определена мощность передатчика в Poldhu и рассчитана его рабочая частота. Но остались еще другие вопросы, до сих пор до конца неразрешенные.

До настоящего времени неясно, какой приемник использовал Маркони на приемной станции в Канаде. Известно, что Маркони первоначально хотел использовать для приема сигналов в St. John's приемник с настроенными входными цепями. Схема этого приемника, запатентованного Маркони (патент Великобритании №7777 от 26 апреля 1900 г.), показана на рис.2.

Рис. 2.

Именно по поводу применения этого приемника возникает много вопросов. Для настройки цепей приемника Маркони должен был точно знать частоту работы передатчика, расположенного в Poldhu. Если вы будете в музее старой техники, обратите внимание на детекторные приемники начала XX в. 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 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 нf 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 все и было.

Для работы совместно с этим приемником Маркони взял три когерера. Один, заполненный 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. Если первые два типа когереров были хорошо изучены, то с ртутным когерером Маркони только начинал экспериментировать. Ртутный когерер представлял собой каплю ртути, находящуюся между двумя железными контактами (рис.3). По утверждениям Маркони, ртутный когерер в то время был самым чувствительным. Именно применение высокочувствительного ртутного когерера позволило ему в те года установить свои рекорды по дальности радиосвязи.

Рис. 3.

Но давайте снова вернемся на приемную станцию в St. John's и обратим внимание на приемную антенну. Маркони упорно пытается поднять на шаре антенну длиной ровно 150 м. Почему он не укоротил антенну, например до 100 м, чтобы она выдержала сильный ветер, или не использовал антенну длиной 200 м, которую шар тоже вполне бы смог поднять? Постараемся ответить на эти вопросы, основываясь на известных фактах.

Маркони при экспериментах с первыми когерерными приемниками обнаружил, что наибольшую силу сигналов обеспечивает антенна длиной, кратной половине длины принимаемой приемником радиоволны. Следовательно, пытаясь использовать резонансную антенну длиной 150 м, Маркони был уверен, что длина волны передатчика в Poldhu равна 300 м.

А далее происходят совершенно непонятные события. Имея настроенный высокочувствительный приемник, Маркони, по уверению его помощника Р. Вивиана [3], по непонятным причинам его не использовал, а вел прием всего лишь на высокочувствительный ртутный когерер, подключенный к антенне и наушникам. И на этот простой приемник Маркони смог услышать сигналы из Англии!

Предполагаемая схема приемника Маркони, используемая им для трансатлантической связи, представлена на рис.4. Внимательно рассмотрим ее. На схеме показаны: четвертьволновая антенна, являющаяся резонансной для принимаемого сигнала, ртутный когерер, наушники, аккумуляторная батарея. Рассчитывая использовать полуволновую резонансную антенну для длины волны 300 м, Маркони случайно использовал четвертьволновую резонансную антенну для действительной частоты работы передатчика. В самом деле, длина волны для частоты 511 кГц составляет 587 м, а четверть длины волны -147 м, что очень близко к длине используемой Маркони антенны.

Рис. 4.

Продолжим дальше рассмотрение цепи загадок. Считается маловероятным, что с таким простым приемником можно было принять сигналы передатчика из Poldhu, находящегося на удалении 3500 км. Той ничтожно малой мощности электромагнитной энергии, дошедшей из Англии в Канаду, было явно недостаточно для перевода ртутного когерера в режим когери-рования. Для приема на таком большом удалении ртутный когерер должен работать как минимум в режиме детектирования. Но даже в этом случае для уверенного приема столь далеких сигналов детекторный приемник должен обладать усилением!

В схеме приемника (рис.4) отсутствуют усилительные элементы. Однако, как это ни странно, усиление в нем вполне возможно. Дело в том, что в ртутном когерере между ртутью и контактами образуется тонкая пленка окисла, которая, как мы теперь знаем, может обладать N-образ-ной характеристикой. Вследствие этого ртутный когерер в приемнике Маркони мог работать как своеобразный аналог туннельного диода и обладать усилением! Исследованиями свойств пленок окислов, обладающих N-образной характеристикой, в 20-е годы в СССР занимался известный радиотехник О.В. Лосев. В 1922 г. он построил детекторный приемник с диодом на основе окиси цинка, который имел значительный коэффициент усиления (около 15). При таком усилении Маркони вполне мог принять сигналы передающей станции из Poldhu.

Нельзя полностью отрицать того, что первая трансатлантическая радиосвязь могла быть проведена на высокочастотных гармониках, образующихся в процессе работы искрового передатчика. В 60-е годы в Daventry (Великобритания) кратковременно был включен искровой телеграфный передатчик, аналогичный по конструкции тому, что использовал Маркони. Частота работы этого передатчика была равна 540 кГц, т. е. близка к используемый для первой трансатлантической связи. Присутствующий при этих испытаниях инженер Р. Макголдвик пишет [4], что спектр частот этого искрового передатчика простирался за 50 МГц.

При мощности передатчика в Poldhu 15-25 кВт мощность высокочастотных гармоник, лежащих в коротковолновом диапазоне, могла быть вполне достаточной для того, чтобы быть уверенно принятой на расстоянии 3500 км. Для излучения высокочастотных гармоник вполне могла подойти антенна, используемая совместно с этим передатчиком, а ртутный когерер мог успешно регистрировать сигналы, лежащие в диапазоне коротких волн.

Правоту этой версии мог бы подтвердить только эксперимент. Но уже давно нет той передающей антенны, которая была использована для проведения первой трансатлантической связи, затерялся в дебрях лет оригинальный передатчик. Усложняет проведение такого эксперимента и то, что включение искрового передатчика в современном мире, наполненном разнообразными радиоэлектронными средствами, просто невозможно! Помехи, создаваемые даже одним мощным искровым передатчиком, значительно усложнят работу радиоэлектронных систем всего миро. Наш земной шар стал маленьким для искровых передатчиков и для экспериментов с ними.

Приходим к выводу, что при установлении первой трансатлантической радиосвязи Маркони сопутствовала невероятная удача, счастливое сочетание многих факторов, способствовавших успеху. Слишком много случайностей, скажет читатель, собрались вместе. Такое просто невозможно! Однако история иногда доказывает обратное. Первая трансатлантическая радиосвязь стала результатом постоянной и кропотливой работы Маркони, его титанических усилий по усовершенствованию первых средств радиосвязи.

Маркони и его команде понадобилось еще несколько лет для того, чтобы 18 октября 1907 г. начала работу первая регулярная трансатлантическая линия радиосвязи. Общие затраты на проведение первой трансатлантической радиосвязи составили 200000 дол. в ценах 1901 г. Сумма по тем временам невероятно огромная. И потрачены эти деньги были на передачу всего лишь трех точек, которые в телеграфном коде составляют букву S. Почти 70000 дол. за одну точку. Пожалуй, это была самая дорогая радиограмма в мире.

Можно продолжать приводить доводы в пользу приоритета Маркони и против, но давайте лучше присоединимся к мнению большинства ученых: неважно, была ли в действительности проведена первая трансатлантическая связь, неважно, слышал Маркони радиосигналы из Poldhu или грозовые разряды; важно лишь то, что после 12 декабря 1901 г. мир вступил в другую эпоху - эпоху Радио, и произошло это во многом благодаря стараниям Маркони.