Распространение телеграфии

Даже после появления гальванической батареи было много скептиков, которые продолжали считать, что возможности практического использования электрического телеграфа невелики. Так, в 1824 г. английский физик П. Барлоу (1776-1862) заявил, что гальваническая батарея позволяет передавать ток лишь на расстояние около 200 футов, т.е. около 60 м. Дальше ток ослабевает настолько, что его дальнейшее использование становится невозможно, а увеличение размеров батареи делает электрическое телеграфирование слишком дорогостоящим.

Положение дел изменилось, когда был найден более дешевый способ генерирования электрического тока. Этим мы обязаны английскому физику Майклу Фарадею (1791-1867), который в 1831 г. открыл явление электромагнитной индукции.

Индукция - это «процесс возбуждения электродвижущей силы в

проводнике при его движении в магнитном поле или при изменении окружающего его магнитного поля (электромагнитная индукция)», «процесс наведения электрических зарядов в проводниках и диэлектриках под действием электрического поля (электростатическая или статическая индукция) и намагниченности под действием магнитного поля в телах, способных намагничиваться (магнитная индукция)».

После того, как было установлено, что электрический ток создает электромагнитное поле, под влиянием которого попадающие в него металлические предметы приобретают магнитные свойства, М. Фарадей, поместил между двумя проводниками магнит и обнаружил, что если привести его в движение, в проводниках возникнет электрический ток.

Сделанное таким образом открытие позволило создать генератор переменного электрического тока.

Когда в 1837 г. английский изобретатель В. Александер предложил правительству сооружения телеграфной линии протяженностью в 4 мили, или около 6 км, это казалось огромным достижением. Через 18 лет, в 1855 г., общая протяженность телеграфных линий достигла 40 тыс. км. (длина экватора). Из них 6 тыс. км приходились на Россию.

Распространение телеграфии поставило перед учеными две важные проблемы.

Первая из них заключалась в выборе материала для телеграфных проводов. После ряда экспериментов было установлено, что лучшим проводником электрического тока является медь.

Оголенные провода можно подвешивать на столбах. Но воздушная проводка не застрахована от гроз, ураганов и других природных явлений, а прокладка кабеля в земле или же через водоемы требует изоляции.

Первоначально для изоляции использовали каучук, пеньку и шелк. В 1839 г. американский изобретатель Чарльз Гудьир (1800-1860) создал, а в 1844 г. запатентовал технологию вулканизации каучука, которая открыла возможность для производства более дешевого изоляционного материала – резины.

В 1843 г. в Европе появилась гуттаперча. Гуттаперча «изготавливалась из латекса – млечного сока некоторых растений, распространенных в основном на островах Юго-Восточной Азии (Суматра, Ява, Калимантан и др.). Достаточно малоэластичный кожеподобный материал сероватого или коричневатого цвета оказался устойчивым к воздействию морской и грунтовой воды, причем будучи нагретым, становился пластичным и легко наносился на медный провод».

Резину стали использоваться для изоляции наземного кабеля, гуттаперчу - для подземных и подводных линий. Использование этих изоляционных материалов получило широкое распространение после того, как удалось найти способ бесшовного покрытия кабеля гуттаперчевой или резиновой изоляцией.

В 1850 г. медный кабель в гуттаперчевой изоляции был использован при прокладке телеграфной линии через пролив Па-де-Кале. Тогда же была сделана первая, неудачная попытка проложить кабель через Ла Манш. В следующем году кабель все-таки соединил Англию с континентом и в ноябре 1852 г. начала действовать телеграфная связь между Лондоном и Парижем.

Вслед за этим возникла идея связать телеграфом Европу и Америку. Штурм Атлантического океана начался в августе 1857 г. Первая попытка проложить кабель между двумя материками потерпела неудачу, неудачной была и вторая попытка в июне 1858 г. Только с третьей попытки в июле - августе 1858 г. удалось проложить 3800 - км кабель, который соединил между собою Ирландию и Ньюфаундленд. Однако уже в сентябре эта линия вышла из строя.

23 июля 1865 г. начался четвертый штурм Атлантического океана. Для этого был использован самый крупный пароход того времени легендарный «Грейт Истерн», т.е. «Великий Восток», названной Жюль Верном «плавучим городом». Эта попытка тоже завершилась неудачей, кабель порвался и ушел на дно. И только после пятой попытки 27 июля 1866 г. между Старым и Новым светом была установлена постоянная телеграфная связь.

С самого начала этой работой занимался американский предприниматель Сайрус Уэст Филд. Видную роль играл также английский ученый Уильям Томсон, который получил за это дворянское звание, а затем и титул лорда Кельвина.

Соединение двух материков вызвало у современников такую реакцию, которую можно сравнить с полетом первого человека в космос. Позднее Стефан Цвейг посвятил этому целую книгу «Первое слово через океан» Яркое описание этого штурма можно найти в книге Артура Кларка «Голос через океан».

В 1869 г. телеграфная линия связала США и Францию, в 1870 г. Британию с Индией. В 1871 г. начала действовать самая длинная телеграфная линия в мире: Москва – Владивосток – 12000 км. В 1871 г. телеграф соединил Британию с Сингапуром и Австралией, в 1874 г. Европу - с Бразилией. В 1902 г. телеграфная линия пересекла Тихий океан от Канады до Австралии.

В 1908 г. общая протяженность телеграфных линий превысила 460 тыс. км, а общая протяженность телеграфных проводов - 6 млн. км. Ежедневно по ним передавалось более одного миллиона телеграмм.

Еще совсем недавно для путешествия из Европы в Америку требовалось несколько месяцев. Пароход позволил сократить это время до двух недель. Теперь оба материка получили возможность обмениваться информацией в течение нескольких минут. За час телеграмма могла обойти вокруг земного шара.

5. Совершенствование телеграфа

Когда прокладывали первые телеграфные линии, главной задачей было соединить телеграфом один пункт с другим. Когда эта задача была решена, возник другой вопрос - об эффективности использования кабеля.

Первоначально эта задача решалась за счет повышения интенсивности работы телеграфиста. Скорость работы на аппарате С. Морзе составляла около 100 знаков в минуту, на аппарате Д. Юза до 200 знаков. Очень опытные телеграфистам удавалось повысить скорость до 240-300 знаков.

Когда возможности повышения интенсивности работы телеграфиста были исчерпаны, начались поиски по другим направлениям.

В связи с этим было обращено внимание, что рука обычного телеграфиста тратила на передачу знака 0,3 секунды, замыкание контакта составляло менее 0,1 секунды, скорость передачи электрического сигнала является почти мгновенной. Это означает, что большую часть времени телеграфный кабель был свободным.

Стремясь устранить этот недостаток, английский изобретатель Г. Фармор предложил в 1853 г. включать в «провод не один, а два или больше передатчиков, предоставляя этот единственный провод каждому передатчику по очереди при помощи специального устройства - распорядителя».

И хотя это позволило более полно использовать телеграфный кабель, однако подключенный к определенной линии к телеграфист прежде чем начать передачу телеграммы, должен ждать, когда до него дойдет очередь.

«Это обстоятельство, - пишет А.В. Яроцкий, - породило идею отделить ручную работу телеграфиста от непосредственного процесса передачи сигналов в линию. Многочисленные попытки осуществить эту идею свелись к разработке двух типов устройств: 1) передатчиков с механизмом для предварительного накопления кодовых комбинаций; 2) передатчиков, работа которых управлялась не рукой телеграфиста, а заранее подготовленной им перфорированной ленты».

Одну из первых попыток решить эту проблему сделал в 1858 г.Ч. Уитстон. Созданный им аппарат использовал код Морзе, но телеграмма первоначально пробивалась на перфорированной ленте в виде отверстий. В таком виде она сохранялась до тех пор, пока до нее не доходила очередь. После этого специальное устройство преобразовывало комбинацию отверстий на перфоленте в электрические сигналы, которые записывались на приемной станции в виде точек и тире.

Телеграфисты получили возможность отбивать телеграммы одна за другой, а в очередь теперь выстраивались отправленные ими телеграммы.

Позднее, после того, как Ф. Крид (Creed) (1871—1957) создал «ленточный рекордер», скорость передачи телеграмм увеличилась до 1500 знаков в минуту. Появилось понятие «машинное телеграфирование».

Следующий важный шаг в этом же направлении сделал французский изобретатель Жан Морис Эмиль Бодо (1845-1903). В 1874 и 1876 г он получил два патента на многократное телеграфирование. В 1877 г. его телеграфные аппараты были установлены на линии Париж-Бордо», а затем получили распространение в других странах.

Передающий аппарат Э. Бодо состоял из пяти клавиш, с помощью которых замыкание и размыкание цепи производилось не одной, а двумя руками. Вначале передаваемая таким образом информация поступала на распределитель, который представлял собою диск с двумя закрепленными на нем металлическими кольцами. Внешнее кольцо было разрезано на десять изолированных друг от друга контактов, разделенных на две группы. Первые пять контактов были соединены с клавишами, пять вторых подключены к электромагнитам. На приемной станции находился такой же распределитель с той лишь разницей, что первые пять контактов были подключены к электромагнитам, а пять вторых к клавишам. Через внутренне кольцо оба распределителя были присоединены к линии связи.

На передающей и приемной станциях синхронно и синфазно с скоростью 200 оборотов в минуту вращались специальные «щетки», которые скользили по контактам внешнего кольца распределителя. Когда они делали первые полоборота и таким образом замыкали первые пять контактов, происходила передача информации, когда «щетки» делали вторые полоборота и замыкали пять других контактов, производился прием информации.

Запись информации производилась с помощью буквопечатающего «колеса Юза».

Если разделить распределительное кольцо на 20 контактов, то к телеграфной линии можно было подключить четыре телеграфных аппарата: два с одной стороны, два с другой стороны.

Первоначально пропускная способность двукратного аппарата Бодо составляла 400 букв в минуту (200 с одной стороны и 200 с другой). Обращаю ваше внимание – букв, а не знаков. Увеличение количества контактов до 20 позволило увеличить пропускную способность до 800 букв.

«Усовершенствованные многократные телефонные аппараты Бодо, - отмечается в Большой советской энциклопедии, - применялись до середины 20 в. В 30-х гг. 20 в. были разработаны трёх-, шести-, девятикратные аппараты, что значительно увеличило пропускную способность телеграфных связей: до 20 000 слов в 1 час» или же 600 слов в минуту. Обратите внимание: слов, а не букв и знаков

В честь Ж.-М.-Э. Бодо названа единица скорости телеграфирования «бод». Один бод – один элементарный электрический импульс в секунду.

В XIX. в. наметился еще один важный подход к проблеме уплотнения телеграфных каналов.

Еще в 1811 г. немецкий физик И.Х. Швейгер предложил использовать для передачи информации не размыкание и замыкание электрической цепи, а изменение электрических колебаний, различающихся «направлением тока, продолжительностью и применяемым напряжением», т.е. использовать для передачи информации изменение частоты электрических колебаний.

В качестве примера подобного телеграфирования можно привести проект харьковского профессора Г. Морозова. В 1869 г. он сконструировал устройство, которое представляло собою небольшой сосуд, наполненный водой. В него были опущены два электрода, один из которых можно было приводить в движение (вверх, вниз). Изменение положения этого электрода имело своим следствием изменение объема воды между электродами, а значит изменение сопротивление в электрической цепи и силы тока.

Закодировав эти изменения, можно было с их помощью передавать информацию, не размыкая электрическую цепь.

«Из всех технических идей, относящихся к задаче повышения степени использования дорогостоящей телеграфной линии, - отмечал А.В. Яроцкий, - безусловно самой важной явилась идея телеграфирования токами разной частоты».

«Частота – это число полных циклов колебаний некоторых величин (например, напряжения) за секунду, иными словами, частота показывает, сколько раз в секунду величина достигает своего максимального значения. Полный цикл или период образуется тогда, когда колебательное движение начинается с нулевой величины напряжения, достигает его максимально положительного значения, затем снижается до наименьшего отрицательного значения и возвращается к исходной величине. Эта скорость или частота измеряется в герцах (Гц)».

«Герц – единица частоты колебаний, равная частоте такого колебания, период которого равен 1 сек., т.е. герц равен одному циклу с секунду». 1000 колебаний в секунду составляют 1 килогерц, кГц, 1 миллион колебаний – 1 мегагерц, МГц, 1 миллиард – 1 гигагерц, ГГц.

Однако главное в идее частотного телеграфирования заключалось не в том, что оно позволило экономить время, уходящее на замыкание и размыкание электрической цепи, а в том, что открыло возможность, используя электромагнитные колебания разной частоты, передавать одновременно по одному и тому же проводу несколько сообщений.

Представим, что по двум каналам в одном направлении движутся шарики, имеющие два разных диаметра, причем каждый шарик обозначает одну букву, например 1а – в, 2а – о, 3а – д, 4а – а и 1б – х, 2б – л, 3б – е, 4б – б. Затем шарики беспорядочно сливаются в общий поток и в этом потоке движутся до тех пор, пока в конце канала не появляется фильтр в виде отверстия (больше диаметра маленьких, но меньше диаметра больших шариков). Маленькие шарики опустятся в нижний канал, большие покатятся дальше. В результате этого будет восстановлен тот порядок, в котором шарики находились первоначально. А поскольку каждый из них обозначал определенную букву, мы можем прочитать переданную таким образом информацию: «в-о-д-а» и «х-л-е-б».

Именно такой принцип был положен в основу частного телеграфирования, которое определяется как «телеграфирование, осуществляемое посылкой в линию связи несущих токов нескольких частот, промодулированных телеграфными сигналами от различных передатчиков…На приемной станции линейные фильтры, пропускающие только определенные полосы частот, разделяют телеграфные сигналы по приемникам и расшифровывают демодуляторами».

Одним из первых практический способ реализации этой идеи уже в 1880 г. нашел русский физик Григорий Григорьевич Игнатьев (1846-1898). Военное ведомство, с которым он сотрудничал, сразу же засекретило его работу. Поэтому первый патент на изобретение «частотного уплотнения» получил в 1883 г. бельгийский инженер Ф. ван Риссельберг (Rysselberghe) (1846-1893).

Несмотря на то, что идея частотного уплотнения каналов связи была сформулирована в XIX в., возможность ее практической реализации открылась только в 1920-е гг., «когда появились ламповые генераторы незатухающих электрических колебаний» (подробнее об этом см. далее).

В зависимости от частоты телеграфирование разделяют на три вида: подтональное, тональное и надтональное. Критерием этого деления стал международный стандарт для телефонной связи: 300-3400 гц. Если используется этот стандарт, телеграфирование называется тональным, если выше – подтональным, если ниже – надтональным.

Наиболее распространенным является тональное телеграфирование, при котором по одному проводу только в одну сторону сразу можно передавать до 24 сообщений.

Переход к частотному многоканальному телеграфированию открыл перспективу расширения возможностей телеграфа не за счет строительства новых линий, а за счет повышения пропускной способности уже имеющихся.

«В 1977 г., - писал М. С. Самарин, - протяженность линий только тонального телеграфирования в мире составляла 10 в седьмой степени канало-километров. Если бы такая линия существовала, то она могла бы опоясать землю по экватору 250 раз. Для изготовления проводов в диаметре 3-3,5 мм необходимо израсходовать около 1600 тысяч тонн меди» - это годовое производство меди США.

Дата добавления: 2014-01-07