Голос через океан
Шрифт:
Для широкой публики слово "радио" ассоциируется с передачей разговорной речи и музыки - иными словами, это по существу радиотелефония. Но радио как средство связи стало использоваться гораздо раньше, чем первое живое слово было передано на расстояние без проводов. И даже сегодня значительная часть коммерческой информации в отличие от развлекательной передаётся телеграфным способом, хотя радиотелефония приобретает всё более широкое распространение.
Представьте себе, что вы оказались высоко над землёй и обладаете способностью различать радиоволны. Вы увидели бы, какое множество радиоволн опоясывает землю, то поднимаясь высоко в ионосферу, то отражаясь от неё, неся миллионы слов из одной страны в другую, увидели бы яркое сияние множества излучающих точек - радио и телевизионных станций.
Мы уже упоминали о том, что Маркони в 1901 году удалось послать первое радиотелеграфное сообщение через океан с Корнуэлла в Ньюфаундленд. Это была буква "S", обозначаемая на языке телеграфистов
Антенна, установленная на Эйфелевой башне в 1909-1925 гг.
Военно-морская радиостанция в Арлингтоне (штат Виргиния) провела ряд опытов и в конце концов ей удалось осуществить передачу голоса, которая была принята приёмником, установленным на вершине Эйфелевой башни в Париже. В то время Эйфелева башня была центром французской военной системы связи, и на приём передачи отвели только десять минут в ранние утренние часы. Итак, после нескольких месяцев подготовительных работ, 23 октября 1915 года в 5 часов 37 минут была принята первая фраза, посланная через океан. Эта фраза, проложившая дорогу через Атлантику миллионам других слов, кажется теперь самой обыденной: "Хэлло, Шрив! Какая сегодня погода?". Первая гоажданская радиотелефонная линия связи между Нью-Йорком и Лондоном вступила в эксплуатацию в феврале 1927 года. Передачи велись на волнах длиной около 6000 метров. Это случилось через шестьдесят один год после прокладки трансатлантического телеграфного кабеля и через пятьдесят один год после изобретения телефона. С этого момента вплоть до прокладки первого телефонного кабеля через океан в 1956 году радио оставалось единственным средством передачи человеческой речи через Атлантику.
Распространение радиоволн в земной атмосфере.
Роль отражения от ионосферы.
К сожалению, это единственное средство не было достаточно надёжным. И в передатчики и в приёмники внесли много улучшений, но на третье звено в цепи радиосвязи - на ионосферу - человек воздействовать не мог. При благоприятных условиях передача была отличной, помехи незначительными. Часто же связь становилась просто невозможной из-за шумов, треска и других помех. Периоды плохой связи длились иногда по нескольку часов и даже дней. Радиотелефонная связь через Атлантику находилась в том же положении, что и воздушный транспорт на заре развития авиации, когда никто не мог гарантировать вам точное время вылета - всё зависело от погоды. В отличие от авиации, для радиосвязи понятие "погода" определяется тем, что происходит не на высоте нескольких километров от Земли, а на высоте нескольких сотен километров.
Изучение ионосферы является одной из наиболее сложных и в то же время наиболее важных отраслей современной науки, как для решения практических задач радиосвязи, так и для понимания явлений, происходящих во Вселенной. Здесь мы вынуждены немного отклониться от темы книги для того, чтобы читатель понял, почему инженеры связи после тридцатилетних поисков, находок и разочарований вновь из ионосферы опустились в глубины океана.
Ионосфера неоднородна и нестабильна. Она состоит из трёх основных слоев. Нижний слой "Е" расположен на высоте 130 километров, а два верхних слоя "F1" и "F2" - на высоте 200-400 километров. Обозначения "Е" и "F" были даны Эпплтоном, который впервые доказал существование в ионосфере не одного слоя, а нескольких. Нижний слой - ближайший к Земле, Эпплтон обозначил буквой "Е" - пятой буквой английского алфавита - на тот случай, если будут открыты слои, расположенные ниже. Сейчас мы знаем, что наличию слоев ионосферы мы обязаны ультрафиолетовым лучам, посылаемым на Землю Солнцем. В очень малых дозах ультрафиолетовые лучи полезны для человека. Но, если бы они достигли поверхности Земли неослабленными, в несколько минут всё живое на земле было бы уничтожено. К счастью для нас, ультрафиолетовые лучи высоко над поверхностью Земли проходят своего рода фильтрацию, а потому и не оказывают пагубного воздействия. Попутно во время такой фильтрации лучи ионизируют атмосферу, расходуя энергию на отрыв электронов от встречающихся на их пути атомов кислорода и азота. Наэлектризованный воздух отражает радиоволны примерно так же, как воздух при определённых температурных условиях отражает свет, создавая миражи.
Ионосфера под влиянием солнечных лучей меняет свою плотность и высоту в зависимости от времени суток и времени года. Учитывая это обстоятельство, варьируют (но только в определённых пределах) длины применяемых радиоволн.
Солнце как бы питает ионосферу; но иногда интенсивное ультрафиолетовое излучение, вызываемое взрывами на поверхности Солнца, разрывает ионосферу на части. Некоторые взрывы связывают с появлением пятен на Солнце, имеющим определённую закономерность. Замечено, что раз в 11 лет поверхность Солнца покрывается пятнами, а в остальное время она остаётся сравнительно чистой. Моменты появления пятен на Солнце совпадают с моментами наиболее сильных возмущений ионосферы, и в эти периоды радиосвязь особенно ухудшается.
Поэтому мы можем представить себе ионосферу, как зеркало, окружающее Землю и пульсирующее с изменением как времени суток, так и времени года, зеркало, которое никогда не бывает абсолютно гладким, а потому и не даёт удовлетворительного отражения. Остаётся только удивляться, каким образом радиоинженеры с успехом используют этот созданный природой, но далеко не совершенный рефлектор.
Прежде чем мы спустимся с небес в глубины океана, позвольте напомнить ещё об одном изобретении, которое явилось следствием изучения верхних слоев атмосферы.
Принцип отражения радиосигналов лёг в основу радарных установок, которые широко применялись во время второй мировой войны. Инициатором создания радара в Англии в конце тридцатых годов стал Роберт Уотсон-Уатт [51] . Не будь радиолокационных устройств, Воздушный флот Англии, возможно, был бы уничтожен в этой войне превосходящими силами немцев и, кто знает, что сталось бы тогда с Англией.
Так вот радиолокация своим возникновением обязана изучению невидимого слоя - ионосферы, о существовании которого человечество и не подозревало несколько десятков лет назад.
51
Радар - принятое в английском языке сокращение понятий "радиолокация", "радиолокатор". Р. Уотсон-Уатт, английский исследователь ионосферы, в 1935 г. начал опыты по обнаружению движущихся целей, завершившиеся в 1938 г. созданием первых в Англии образцов радиолокационной аппаратуры. В том же году аналогичные работы были начаты СССР и США. Труды советских радиотехников Ю.Б. Кобзарева, Г.А. Погорелко, Н.Я. Чернецова привели к практическому применению в 1939 г. радиолокационных станций обнаружения самолётов. Исследованиями последних лет установлено, что первым человеком, выдвинувшим ещё в 1934 г. идею обнаружения самолётов с помощью электромагнитного луча, разработавшим соответствующий прибор и проведшим успешные опыты, т.е. фактическим изобоетателем радиолокации, был советский военный инженер П.К. Ощепков.
К сожалению, и сейчас ещё находятся люди, которые ставят под сомнение целесообразность занятий так называемой "чистой наукой". Казалось бы, какой интерес для нашей повседневной жизни представляют попытки замерить плотность электронов в определённом слое воздуха, находящемся на высоте нескольких сот километров?
Но, как следует из вышеизложенного, подобные, на первый взгляд, чисто теоретические исследования изменяют облик планеты и нередко оказывают влияние на развитие истории человечества в целом.
В книге В. Сибрука "Роберт Вуд" (Огиз-Гостехиздат, М., 1946 г.) приведен забавный рассказ Вуда о демонстрации Маркони в Лондоне (1911 г.) трансатлантической передачи радиосигналов:
«...Было объявлено, что на лекции Маркони присутствующие услышат трансатлантические сигналы из Глэс Бэй в Новой Шотландии (в Америке). В то время многие ещё сомневались в возможности этого.
Над крышей собирались запустить змей с антенной, и слушатели должны были услышать сигналы в систему телефонных трубок, разложенных по аудитории. За много дней до лекции исторические залы института наполнили рабочие, устанавливавшие аппараты Маркони. Они разобрали железную балюстраду на мраморной лестнице, ведущей на второй этаж, мешавшую поднять туда громоздкие электрические установки. Вестибюль был три дня забит огромными ящиками, и постепенно за круглым столом, где Фарадей показывал свои маленькие катушки и магнитики, скопилось столько внушительных электрических аппаратов последней конструкции, сколько можно увидеть в одном месте разве на всемирной выставке. Огромная мраморная распределительная доска с вольтметрами, амперметрами, реостатами, предохранителями, индукторами и т.д. и т.д., несколько таинственных ящиков красного дерева с блестящими медными клеммами и пластинками и ещё масса других предметов. Вечером перед лекцией два молодых ассистента Маркони залезли на крышу института, откуда запустили двойной змей и настраивали приёмные аппараты.
Всё это меня страшно интересовало, так как я сам занимался змеями в Ист Хэмптоне. Я ввязался в их работу с вопросами, предложениями, мешая им на каждом шагу своими попытками помочь.
Маркони читал свою лекцию по рукописи, облокотившись на кафедру и положив голову на руку. Мне казалось, что он меньше всех интересуется тем, что говорит, - и никаких экспериментов не было.
Только под самый конец он сказал: "Я установил здесь аппарат для передачи сигналов, и вы услышите звук искрового разряда в этом ящике, когда я нажму на ключ". Он нажал, его несколько раз и мы услышали: "Бэз-бэз-бэз, бэзззз-бэзззз-бэзззз, без-бэз-бэз" (SOS).