Что же сделал А. С. Попов для радиотелеграфии? Он первый создал совершенно не встречавшуюся ранее схему прибора, осуществлявшего приём радиосигналов. В этот прибор входили детали, частично известные и ранее, но их сочетание, равно как и коренное улучшение работы волноуказателя, превратившее его из капризной лабораторной конструкции в исправно действовавшее автоматизированное устройство, принадлежит Попову.
Приёмная станция А. С. Попова была проста, легка и безотказна в работе. Конструкция станции А. С. Попова была настолько продумана и закончена, что многие экземпляры этих станций, находясь в дальнейшем в длительной практической эксплуатации, работали безотказно. Аппаратура, изготовленная изобретателем, позволяла вести приём сигналов неопределённо долго, с постоянной чувствительностью.
Изобретение Поповым приёмной антенны и присоединение ее к передатчику обеспечило решение поставленной изобретателем задачи — увеличить дальность действия радиосвязи.
Усовершенствованный А. С. Поповым волноуказатель стал основной технической частью всех приёмников электромагнитных воли первых лет радиотелеграфии. Через 5 лет сам изобретатель заменил его ещё более чувствительным кристаллическим детектором.
Учитывая, что при связи на больших расстояниях принимаемые сигналы будут слабыми, А. С. Попов применил в своей схеме электромагнитное реле, которое под воздействием приходящих колебаний пускало в ход пишущий прибор. Это сразу чётко намеченное разделение цепей приёмной схемы в дальнейшем было усовершенствовано выделением цепи антенны, введением промежуточного контура, осуществлением настройки.
Современный радиоприёмник по наружному виду совсем не похож на конструкцию А. С. Попова, однако в его схеме сохранились идеи, заложенные изобретателем. Как и А. С. Попов, современный конструктор заботится о том, чтобы слабый электромагнитный сигнал не испытал дополнительных потерь при прохождении от приёмной антенны к каскадам усиления, о том, чтобы эти слабые сигналы могли управлять как работой приёмника в целом, так и его отдельными каскадами.
В схеме А. С. Попова электромагнитное реле включало местную батарею, заставлявшую колебаться молоточек звонка и приводившую в действие ленту пишущего аппарата. В современных конструкциях радиоприёмной аппаратуры эту работу выполняет электронная лампа. По аналогии с электромагнитным реле, применённым Поповым в своем приёмнике, электронную лампу много лет после её появления в радиоаппаратуре называли катодным реле.
Широко распространённый в настоящее время в гражданской профессиональной и военной радиоаппаратуре приём на телефонные трубки был впервые применён А. С. Поповым и его помощником П. Н. Рыбкиным ещё в 1899 г. В 1900 г. А. С. Попов ввёл в свой приёмник кристаллический детектор (с парой уголь — сталь), заменивший собой прежний волноуказатель. С этого времени кристаллический детектор занял прочное место в приёмной радиотехнике. Он не был вытеснен и электронной лампой, нашёл широкое применение в простейших радиолюбительских приёмниках, а в настоящее время вновь широко применяется в современной радиолокационной аппаратуре, где с ним в ряде случаев не может соперничать электронная лампа. Следует ещё добавить, что А. С. Попов в своих работах первым демонстрировал роль экранировки, значение которой в современной радиоаппаратуре необычайно велико.
Короче говоря, А. С. Попов первым в мире сделал всё то, что нужно было для превращения беспроволочной телеграфии из чисто теоретической проблемы в практически осуществимую систему.
В последующие годы Александр Степанович достиг и других поразительных успехов, а также наметил многие из тех основных путей, по которым и в наши дни развивается современная радиотехника.
Практические применения
Весной 1897 г. А. С. Попов с большими трудностями получил под отчёт всего лишь 300 рублей на производство опытов «по электрической сигнализации между судами эскадры». Программа этих опытов, составленная изобретателем, намечала следующие задачи:
1) Увеличить расстояние, на котором можно посылать сигналы. Считая, что один из возможных способов такого увеличения расстояния, а именно, повышение чувствительности приёмника, в основном уже достигнут, А. С. Попов намеревался заняться повышением мощности, излучаемой передатчиком, и заказал для этого вибраторы разной формы.
2) Опытным путем найти комбинацию приборов, дающую наибольшую дальность действия беспроволочной связи.
3) Определить степень постоянства чувствительности приборов и установить причины изменения её, если она окажется непостоянной.
4) Определить влияние атмосферы на дальность связи и прохождение сигналов.
5) Проверить работу аппаратуры на кораблях, чтобы установить влияние металлических частей, найти наивыгоднейшее расположение приборов на корабле.
Весной 1897 г., ещё до очередного отъезда в Нижний-Новгород, А. С. Попов провёл несколько опытов в Кронштадтской гавани со специально изготовленными для этого приборами и установил на первых же порах связь между кораблями «Россия» и «Африка» на расстоянии около 300 саженей (600 метров), а также получил некоторые данные для решения первой задачи из намеченной им программы. На основе этих данных были заказаны новые приборы.
Фотография корабельного передатчика А. С. Попова, применявшегося в опытах по радиосвязи в 1897 г.
После изготовления их П. Н. Рыбкин начал опыты на берегу острова Тейкар-Сари неподалёку от Выборга. На острове был установлен передатчик новой конструкции с шарами диаметром около 30 сантиметров и между ними разрезанный стержень длиной около 1 метра. В волноуказатель вместо опилок был насыпан мелкий стальной бисер, что повысило дальность связи в три-пять раз при постоянной чувствительности приёмника. Пока передатчик находился на берегу, а приёмник с приёмной антенной длиной около 9 метров на катере «Рыбка», дальность не превышала 3 вёрст. Но стоило в дальнейших опытах, по указанию А. С. Попова, перенести передатчик на верхний мостик транспорта «Европа», стоявшего на якоре, а приёмник — на крейсер «Африка» и увеличить длину антенны до 18 метров, как дальность сразу возросла до 5 вёрст.
Крейсер «Африка».
Опыты закончились осуществлением радиотелеграфного сообщения между «Европой» и «Африкой».
Материалы опытов 1897 г. позволили А. С. Попову сделать важнейшее открытие по возвращении его из Нижнего-Новгорода. Из того факта, что связь прекращалась, когда между «Европой» и «Африкой» во время радиосвязи оказывался крейсер «Лейтенант Ильин», Попов пришёл к заключению, что электромагнитные волны рассеиваются и отражаются большими металлическими объектами, т. е., иначе говоря, открыл явление, лежащее в основе современной радиолокационной техники[4]. Нельзя не добавить при этом, что это открытие было сделано при средней мощности передатчика Попова, не превышавшей… 5 ватт (мощности импульсного излучения современных радиолокаторов достигают нескольких сот киловатт). Предсказывая в своём отчёте возможность применения электромагнитных волн для определения направления, т. е. способа радиопеленгации, А. С. Попов указывал на возможность пользования радиомаяками при плавании в тумане и в бурную погоду.
Учебное транспортное судно «Европа».
В том же отчёте подчёркивалось влияние металлических предметов (мачты, трубы, снасти) как на приём, так и на передачу: «попадая на пути электромагнитной волны, они нарушают её правильность… вследствие интерференции волн, в них возбуждённых, с волнами источника». Иначе говоря, А. С. Попов предсказывал возможность осуществления направленной радиопередачи и радиоприёма в результате взаимодействия электромагнитных волн, излучённых собственно антенной (активным проводником) и окружающими её пассивными проводниками. На этом принципе и работает в настоящее время большинство антенн самых различных конструкций, обладающих направленным действием.
Выступая с публичным докладом 19 октября 1897 г. о телеграфировании без проводов в Электротехническом институте, А. С. Попов заявил: «история наших опытов… уже теперь позволяет мечтать о дальнейшем развитии этого дела и о практических применениях его в военно-морском и военном деле на суше, а также в помощь маячным световым и звуковым сигналам…» Текст этого доклада был опубликован в «Электротехническом вестнике» № 48, 1897 г., издан отдельной брошюрой и перепечатан в 1898 г. в «Журнале новейших открытий и изобретений».
Новые возможности применения изобретения А. С. Попова были чрезвычайно многообещающи и интересны. В заключение своего отчёта изобретатель сказал, что «…всё до сих пор сделанное может рассматриваться как первый шаг в этом направлении; продолжение опытов очень желательно, так как детали приборов могут быть усовершенствованы только при постоянных контрольных испытаниях». Александр Степанович указал также, что при достигнутых уже в описанных опытах 1897 г. расстояниях можно применять сигнализацию на судах эскадры. Нельзя не добавить, что в приложении к отчёту приведён перечень расходов на проведение опытов, из которого видно, что на приобретение приборов, частей к ним, на материалы, оплату механика, столяра, жестянщика и т. д. было израсходовано 1012 рублей, а получено на расходы только 300 рублей. Откуда же были взяты недостающие 700 рублей? Их дал из своих средств главным образом А. С. Попов и в некоторой мере П. Н. Рыбкин.