Л.И. Золотинкина, директор Мемориального музея А.С. Попова СПбГЭТУ «ЛЭТИ», к.т.н., с.н.с., заслуженный работник культуры РФ
НАЧАЛО ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
Поступив в 1883 году на службу в Минный офицерский класс Морского ведомства в Кронштадте, Александр Степанович Попов (1859−1906) уже к 1887 году из выпускника Петербургского университета сформировался как опытный педагог, квалифицированный ученый-физик, электротехник и умелый экспериментатор [1]. За это время он близко познакомился с проблематикой военно-морского флота, особенностями использования электротехнического оборудования на кораблях и судах.
В 1887 году в мире физики произошло важнейшее событие — Генрих Герц опубликовал две статьи, в которых обобщил результаты своих экспериментов, подтвердив справедливость электродинамической теории Фарадея Максвелла — возможность получения искусственных электромагнитных излучений, имеющих волновую природу. И уже в марте 1890 года А.С. Попов на собрании минных и других офицеров прочитал цикл из трех лекций о результатах экспериментальных исследований Г. Герца на тему «Новейшие исследования о соотношении между световыми и электрическими явлениями». По воспоминаниям Н.Н. Георгиевского, ассистента Попова при проведениях занятий по «гальванизму и практической физике», уже в 1890 году Поповым высказывалась идея обеспечения связи между кораблями с помощью «лучей электрической силы».
Интерес к оценке возможности практического использования электромагнитных волн был высок среди физиков всего мира. В 1890—1894 годах А.С. Попов прочел на эту тему не менее десяти лекций с демонстрациями, уделяя особое внимание совершенствованию вибратора Герца и поискам практичного приемного устройства, в качестве которого испытал резонатор Герца, радиометр собственного изготовления, газоразрядный прибор, зеркальный гальванометр, стрелочный электроизмерительный прибор и когерер Бранли-Лоджа.
Проблема, над которой трудились ученые и изобретатели того времени, состояла в создании приемного устройства, способного не только служить индикатором электромагнитного излучения (Г. Герц, Э. Бранли, О. Лодж), но и выполнять основную функцию средства связи — обеспечивать достоверную передачу информации (правильно принимать и декодировать передаваемую последовательность электромагнитных посылок различной длительности). Публикация лекции профессора О. Лоджа «Творение Герца», прочитанная им 1 июня 1894 года в Лондонском Королевском обществе, стала событием, которое подтолкнуло А.С. Попова к открытию беспроводной телеграфии. При участии П.Н. Рыбкина (ассистента с 1894 года) он собрал и испытал первую в мире практическую систему радиосвязи, включающую модернизированный им искровой передатчик Герца и когерерный приемник релейного типа собственной конструкции. В ходе опытов была обнаружена способность приемника реагировать на электромагнитные сигналы атмосферного происхождения.
Этот приемник А.С. Попов демонстрировал 7 мая 1895 года на заседании РФХО в Петербургском университете. Кроме того, по предложению участников заседания к концу июля того же года Поповым и Рыбкиным на основе когерерного приемника был создан первый радиотехнический прибор для метеорологических целей — «грозоотметчик». Таким образом, А.С. Поповым были заложены основы разработки двух типов радиотехническим систем — передачи информации в системе «человек — человек» и в метеорологической системе «природа — человек».
В августовском номере за 1895 год «Журнал РФХО», имевший международную рассылку, опубликовал протокол 151 (201)-го заседания Физического отделения РФХО от 25 апреля (7 мая по новому стилю) с кратким изложением доклада А.С. Попова и описанием его приемника [2]. Свой доклад 7 мая 1895 года и результаты исследований за прошедшие годы А.С. Попов оформил в виде статьи под заголовком «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний» и в декабре 1895 года сдал ее для опубликования в «Журнал РФХО».
В статье были подробно описаны схема и работа приемника, приведены характеристики излучателей электромагнитных волн, результаты наблюдений за работой грозоотметчика. Эту замечательную статью, как по содержанию, так и по факту ее открытой публикации, можно считать событием, известившим мир об открытии беспроводной телеграфии. Статью можно рассматривать как отчет о проделанной научно-исследовательской работе, первой НИР по радиотехнике в мире, с полученными и подтвержденными публично практическими результатами [3].
ПЕРВАЯ ПУБЛИКАЦИЯ О СИСТЕМЕ БЕСПРОВОДНОЙ ТЕЛЕГРАФИИ
Журнал со статьей вышел в начале 1896 года. В преамбуле А.С. Попов отметил, что «содержание в главной своей части было предметом сообщения в апрельском собрании Физического отделения нашего Общества, теперь прибавлены только результаты испытаний предложенного мною прибора, сделанных в Лесном институте Г. А. Любославским, и некоторые опыты, произведенные с целью выяснения как явления, лежащего в основании устроенного прибора, так и условий действия самого прибора». Далее были изложены результаты научно-исследовательской работы, выполненной уже в начале 1895 года после появления статьи О. Лоджа. А.С. Попов повторил опыты и проанализировал работы в этом направлении, сделанные другими физиками. Особое внимание было уделено объяснению О. Лоджа явления «сцепления» (cohesion) частиц металлических порошков, а также исследованию возможности использования дроби разных размеров [3, с. 3, 5].
Впоследствии выполненные исследования позволили А.С. Попову в 1899 году буквально за неделю подготовить заявку на получение патента на первый в мире детекторный приемник — «телефонный приемник депеш». Патенты он получил практически во всех ведущих странах мира [4].
Подобрав наиболее удачную по размерам и наполнению металлическими опилками конструкцию когерера, Попов констатировал: «Добившись удовлетворительного постоянства чувствительности при употреблении трубки с платиновыми листочками и железным порошком, я поставил себе еще другую задачу: добиться такой комбинации, чтобы связь между опилками, вызванная электрическим колебанием, разрушалась немедленно автоматически. Такая комбинация, конечно, удобнее, потому что прибор будет отвечать на электрические колебания, повторяющиеся последовательно одно за другим <…>. На одиночное колебание прибор отвечает коротким звонком; непрерывно действующие разряды спирали отзываются довольно частыми, через приблизительно равные промежутки следующими звонками». В соединении с вертикальной проволокой длиною в 2,5 м прибор отвечал на открытом воздухе колебаниям, произведенным большим герцевым вибратором (квадратные листы стороной 40 см) с искрой в масле, на расстоянии 30 сажен.
Важным результатом проведенных опытов стало наблюдение экранирования прибора цинковым замкнутым чехлом — «прибор отвечал на колебания, производимые вибраторами Риги, Лоджа
В заключении статьи А.С. Попов выразил надежду, что «мой прибор при дальнейшем усовершенствовании его может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией. Кронштадт, декабрь, 1895 г.» [3].
Меньше чем через месяц, 31 января 1896 года, А.С. Попов и П.Н. Рыбкин продемонстрировали аппаратуру уже для специальной военно-морской аудитории в Кронштадтском отделении Императорского Русского Технического общества, членами которого были преимущественно чины Морского ведомства. Вот как сам Попов писал в 1898 году об этой демонстрации в одном из своих первых писем к Э. Дюкрете*:
«В январе 1896 года мои аппараты демонстрировались на заседании Технического общества в Кронштадте. Посланные сигналы отчетливо отзывались звонком через комнаты и стены. Генератором электрических волн был вибратор Герца. Трубка приемника была снабжена такими же квадратными листами, что и вибратор. Во время заседания я демонстрировал ряд опытов, возможность практического использования аппаратов на море. Эти опыты были проведены в апреле 1897 г. (подчеркнуто в подлиннике на французском языке самим Э. Дюкрете. — Прим. автора). Используя в приемнике вертикальный изолированный провод длиною 18 м, я получал расстояние более 5 км. Опыты были начаты ранее публикации работ Маркони и продолжались после. Мои последующие работы не были описаны до недавнего времени» [4].
ДЕМОНСТРАЦИЯ А.С. ПОПОВЫМ СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНОЙ ТЕЛЕГРАФИИ В 1896 ГОДУ
24 марта А.С. Попов и П.Н. Рыбкин на очередном заседании Физического отделения РФХО демонстрировали беспроводную передачу сигналов между двумя зданиями Петербургского университета, удаленными друг от друга на расстояние 250 м. Учитывая результаты проведенных опытов, приемная и передающая аппаратура были оснащены одинаковыми параболическо-цилиндрическими рефлекторными антеннами направленного действия, а сам приемник помещен в специальный корпус.
А.С. Попов в письме к Э. Дюкрете отметил, что для увеличения мощности электромагнитного излучения в качестве вибраторов были использованы «маленькие цилиндры, может быть сантиметров 5, рефлектор имеет в высоту сантиметров сорок и представляет собою цилиндрическо-параболическое зеркало» [4, с. 64].
Однако в протоколе 158 (208)-го заседания Физического отделения РФХО от 12 марта 1896 года пунктом 8 была сделана краткая запись: «А.С. Попов показывает приборы для лекционного демонстрирования опытов Герца. Описание их уже помещено в Журнале РФХО». Краткость протокольной записи стала в свое время основанием для дискуссии между участниками заседания (проф. В.К. Лебединским, проф. В.В. Скобельцыным, акад. О.Д. Хвольсоном, П.Н. Рыбкиным) и их оппонентами, которые, ссылаясь на формулировку в протоколе, отрицали факт передачи слов «Heinrich Hertz» из здания Химической лаборатории в физическую аудиторию.
Однако в 1935 году профессор О.Д. Хвольсон вспоминал: «…Я на этом заседании присутствовал и ясно помню все детали… Передача происходила таким образом, что буквы передавались по алфавиту Морзе, и притом знаки были ясно слышны. У доски стоял председатель физического общества, проф. Ф.Ф. Петрушевский, имея в руках бумагу с ключами к алфавиту Морзе и кусок мела. После каждого передаваемого знака он смотрел в бумагу и затем записывал
на доске соответствующую букву. Постепенно на доске получились слова Heinrich Hertz и притом латинскими буквами. Трудно описать восторг многочисленных присутствующих и овации А.С. Попову, когда эти два слова были написаны» [5].
Профессор В.В. Скобельцын, в то время преподаватель физики ЭТИ, дополнительно отметил: «Когда появился в журнале протокол заседания, меня поразила запись в ней по поводу доклада А.С. Попова — она показалась мне весьма мало отвечающей тому, что на самом деле имело место, и совершенно не отражающей того, что составляло центр интереса показанного. Это несоответствие так меня тогда удивило, что я спросил Ал. Льв. Гершуна (вел протокол заседания. — Прим. автора), как это могло случиться. … И я ясно помню ответ Ал. Льв. Он сказал мне, что запись в протоколе представляет собою точное воспроизведение того, что сам А.С. Попов написал для внесения в протокол, прося при этом записать в протокол именно так, как написано — „ничего не изменять и ничего не прибавлять“. Какую цель преследовал Александр Степанович, это ни Ал. Льв. Гершуну, ни мне не было понятно, но желание Попова было тотчас выполнено» [5].
Такая ситуация сложилась потому, что, после доклада Попова в январе перед чинами Морского ведомства, учитывая перспективу применения нового средства связи для флота, ему было рекомендовало воздержаться от дальнейших публикаций на эту тему. Как преподаватель Технического училища Морского ведомства, еще 16 декабря 1890 года А.С. Попов дал письменное «Клятвенное обещание» «…верно и нелицемерно служить императору…, всякую вверенную тайность крепко хранить…» [1, с. 32].
14 апреля 1896 года преподаватель физики ЭТИ В.В. Скобельцын продемонстрировал работу аппаратуры А.С. Попова в институте. В отчете, сразу опубликованном в «Почтово-телеграфном журнале», отмечалось: «Несмотря на значительное расстояние и каменные стены, расположенные на пути распространения электрических лучей, при всяком сигнале, по которому приводился в действие вибратор, звонок прибора громко звучал» [6].
Можно с большой степенью достоверности предположить, что В.В. Скобельцын демонстрировал тот же самый комплект аппаратуры, что и А.С. Попов 24 марта: перерыв между этими датами был небольшой и существовали трудности по доставке приборов из Кронштадта в Петербург. Кроме того, здание ЭТИ располагалось недалеко — практически напротив здания университета на другом берегу Невы.
Публично в 1896 году А.С. Попов демонстрировал только грозоотметчик в отделе сельского хозяйства XVI Всероссийской художественно-промышленной выставки в Нижнем Новгороде, где в летнее время с 1890 года работал заведующим электростанцией, а в 1896 году был товарищем председателя экспертной комиссии по XII отделу выставки, в который входила электротехника. «Прибор для записи электрических колебаний в атмосфере» (грозоотметчик) был удостоен диплома II степени [1, с. 48].
ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ НА МОРЕ
В течение целого года (с весны 1895 года) А.С. Попов не возвращался к опытам на открытом воздухе. Он писал Э. Дюкрете: «Осенью 1896 года дошли из Англии газетные сведения, что Маркони под руководством Приса производит опыты сигнализации с помощью электромагнитных волн и достиг расстояния до ½ мили. С каким прибором работал он, совершенно было неизвестно. Зимой 1896 г. Прис делал сообщение в английском электротехническом обществе, показывая приборы, ˂ ˃, но источник волн был поставлен в деревянном ящике. На электрическую волну, выходящую из этого ящика, отвечал электрический звонок в другом, также закрытом ящике, через большую аудиторию. Это все, что было известно до июня прошлого года (1897 г. — Прим. автора). Прис засвидетельствовал, что опыты им производились и сигналы достигали расстояния немного более мили. Эти опыты относятся к августу 1896 года. Но я лично был убежден, что в закрытых ящиках Маркони был помещен прибор аналогичный с моим и потому с марта этого года начал подготовлять приборы для опытов передачи сигналов с помощью электромагнитных волн на большие расстояния» [4].
Безусловно, эта информация стимулировала проведение экспериментов с аппаратурой на море. Основное внимание было уделено увеличению мощности излучения передатчиков. Весной 1897 года подготовительные работы велись в средней гавани Кронштадта. Опыты были подготовлены к началу кампании и производились на средства Морского ведомства. Бóльшая часть испытаний произведена на Минном отряде в Транзунде ассистентом МОК П.Н. Рыбкиным при помощи минных офицеров отряда. В июне 1897 года появились публикации о приборе Г. Маркони. Попов отмечал, что «все, что имелось у нас, содержалось и в приборе Маркони».
Так завершился этап опытно-конструкторских работ по созданию аппаратуры беспроводной телеграфии для кораблей флота. Эффективность аппаратуры, оптимальные условия ее размещения проверялись уже в ходе испытаний на море в летнюю кампанию 1897 года.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Золотинкина, Л.И. Летопись жизни и деятельности Александра Степановича Попова. / Л.И. Золотинкина, М.А. Партала, В.А. Урвалов; под ред. акад. РАН Ю.В. Гуляева. — СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008. — 560 с.
2. Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям. Протокол 151 (201)-го заседания Физического отделения от 25 апреля 1895 г. — СПб.: ЖРФХО, 1895, т. XXVII, вып. 8, ч. физ., отд. 1. — С. 250−260.
3. Попов, А.С. Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний / А.С. Попов. — СПб.: ЖРФХО, 1896, т. XXVIII, вып.7.1, ч. физ., отд. 1. — С. 1−14.
4. А.С. Попов — Э. Дюкрете. Письма и документы. 1898 — 1905 гг. / Авторы-составители: Л.И. Золотинкина, Е.В. Красникова, М.А. Партала, Л.С. Румянцев; под ред. Л.И. Золотинкиной. — СПб.: Изд-во «Русская классика», 2009. — С. 58−70.
5. Письма участников второго заседания Физико-химического общества 12 марта 1896 г. — Из журнала «Говорит СССР» № 9, 1935 г. Источник: radi0.ru/ob-izobretatelyah/vospominaniya-ob-a-s-popove/
6. Прибор А.С. Попова для регистрирования электрических колебаний // Почтово-телеграфный журнал. — 1896. — Апрель. — С. 547−549.
