ТЕЛЕГРАФ

Передавать информацию на расстояние люди научились еще в древности. Считается, что еще при Юлии Цезаре в I в. до н. э. в армии Древнего Рима существовала своеобразная телеграфная служба. Информация передавалась при помощи горящих факелов. Например, один взмах факела обозначал «враг приближается», два – «все в порядке» и т. п. Примерно такая же сигнализация существовала и у запорожских казаков. На высоких местах устанавливались бочки со смолой на расстоянии прямой видимости друг от друга.
Кроме оптических способов передачи информации существовали и акустические. Так, до сих пор африканские племена передают информацию при помощи тамтамов.
В 1791 г. во Франции Клод Шапп изобрел оптический телеграф. В 1794 г. линия оптического телеграфа соединила Париж и Лилль, расстояние между которыми было 225 км. Передающее семафорное устройство из подвижных реек устанавливалось на башне. Линию оптического телеграфа составляла цепочка башен, расположенных на расстоянии прямой видимости. Передача осуществлялась от одной башни к другой, поэтому требовала длительного времени. Работа телеграфа полностью зависела от атмосферных условий.
В 1794 г. оптический телеграф создал русский механик И. П. Кулибин. Его система семафоров была подобна системе Шаппа. Код для передачи сигналов был сведен Кулибиным к одной таблице и был более совершенным, поскольку увеличивал скорость передачи сигналов.
В 1839 г. начала работу самая длинная в мире линия оптического телеграфа, соединившая Петербург и Варшаву. Ее протяженность – 1200 км. Она действовала на протяжении 15 лет.
В XVIII в. были изучены свойства электричества, в частности, была обнаружена способность электрических зарядов с большой скоростью распространяться по изолированному проводнику. Это послужило основой для изобретения электрического телеграфа.
Первое предложение об электростатическом телеграфе было опубликовано в 1753 г. в Шотландии анонимным автором, который рекомендовал, подвесив на изоляторах проволоки, количество которых было бы равно количеству букв в алфавите, посылать по соответствующей проволоке электрический заряд, под действием которого на приемном конце притянется бумажка с обозначенной на ней буквой. Испанский инженер Ф. Сальва осуществил в 1785 г. эту идею, построив телеграфную линию между Мадридом и Аранхуэсом протяженностью в 50 км.
Однако опыты эти были неудачными. Для осуществления электрической связи нужен электрический ток, который в те годы был еще неизвестен. В 1800 г. итальянский ученый А. Вольта создал первый электрохимический источник постоянного тока. И уже в 1801 г. Ф. Сальва попытался создать электрохимический телеграф. В 1809 г. баварский анатом С. Т. Земмеринг представил Мюнхенской академии наук свой проект электрохимического телеграфа. Этот проект и получил наибольшую известность.
В телеграфе Земмеринга, как и раньше, использовался сигнальный сосуд, но с водой не простой, а подкисленной. В сосуде размещалось 25 электородов, 24 из которых обозначали отдельную букву. Они были соединены с вольтовым столбом, установленным на передающей станции. Сигнал в виде электрического тока посылался по проводам и обнаруживался по пузырькам газа, выделявшимся на электродах при электролизе подкисленной воды. Но регистрация сигналов с помощью пузырьков была неудобна и ненадежна. Хотя впоследствии количество сосудов и было сокращено, проект был сдан в архив. Для электрической связи нужен был не только ток, но и удобный способ регистрации сигналов.
В 1820 г. датский ученый Г.?Х. Эрстед открыл магнитное действие тока. В том же году французский физик Андре?Мари Ампер нашел способ усиления действия тока на магнитную стрелку: для этого провод надо было намотать спиралью.
Электрический телеграф был разработан П. Л. Шиллингом в 1828–1832 годах. Его действие основано на визуальном приеме кодовых знаков. Приемная часть телеграфа представляла собой укрепленную на нити магнитную стрелку, находившуюся внутри рамки, обтекаемой током. В зависимости от направления тока в рамке стрелка могла поворачиваться в ту или другую сторону. Вместе со стрелкой поворачивался и небольшой картонный диск, укрепленный на той же нити. Используя два направления тока, общий обратный провод и оригинальный код, составленный из комбинаций отклонений дисков шести мультипликаторов, Шиллинг смог передавать все буквы алфавита и цифры, ограничившись всего восемью проводами, соединяющими передающую и приемную станции. На современной терминологии код, использовавшийся Шиллингом, называется параллельным (одновременная передача кодовых знаков), шестизначным, или шестиэлементным (шесть кодовых знаков), и бинарным (каждый кодовый знак имеет одно из двух значений).
П. Л. Шиллинг положил начало кодоимпульсному методу, который широко применяется в современной телемеханике. Заслуживает также внимания использование в данной конструкции телеграфа специального жидкостного демпфера, нашедшего позднее применение в различных электрических приборах.
В процессе разработки проекта подводной телеграфной линии Петергоф – Кронштадт (1837 г.) Шиллингом был впервые применен каучук для изоляции подводного кабеля, а также указана возможность использования воды или земли в качестве обратного провода.
Впоследствии, усложнив код, П. Л. Шиллинг обходился одной стрелкой и одной парой проводов. Затем появилось много модификаций одно?, двух?, трех?, пятистрелочного телеграфа, которые находили практическое применение.
В 1843 г. была построена линия, соединявшая Петербург и Царское Село, протяженностью 25 км.
В конструкциях стрелочных телеграфных аппаратов различных авторов были и удачные находки. Среди них следует отметить электромагнитное реле Ч. Уитстона и однопроводную систему передачи К?А. Штейнгеля. Реле служило для своеобразного усиления слабых токов, позволяя с их помощью коммутировать (включать и выключать) цепь с относительно большим током. Однопроводная же линия связи упрощала соединение передающей и приемной станции. В такой линии один из пары проводов был убран и заменен заземлением – закопанными в землю металлическими пластинами, к которым присоединялись освободившиеся концы проводов на передающей и приемной станциях. При использовании заземления ток течет только по одному проводу линии связи, а избыток зарядов в передающей и приемной станциях стекает в землю.
Стрелочный телеграф имел ряд недостатков, в частности, он не позволял автоматически записывать принятые сигналы. Несмотря на это, даже в конце XIX и начале XX в. он использовался для передачи команд на больших кораблях.
Для создания самопишущего электромагнитного телеграфа нужны были новые идеи. Пришли они, однако, не от ученых и инженеров. Новая идея родилась у американского художника Самуэля Морзе, который в 1837 г. изобрел конструкцию самопишущего телеграфного аппарата. В следующем году С. Морзе разработал код для своего телеграфа. В разработке конструкции аппарата и телеграфного кода Самуэлю Морзе оказывал помощь американский эксперт Альфред Вейл. Наконец?то телеграф оправдал свое название и стал писать на расстоянии.
В 1844 г. первая коммерческая телеграфная линия системы Морзе соединила столицу США, Вашингтон, с Балтимором на атлантическом побережье, и с тех пор электромагнитный телеграф начал свое победное шествие по всем странам мира. Этот успех был обусловлен как широкими возможностями самопишущей телеграфии, так и простотой конструкции нового аппарата в сочетании с простотой азбуки Морзе.
Телеграфная система Морзе позволяла увеличить скорость передачи до десятков букв в минуту (около 15 слов в минуту). Следующий этап в становлении телеграфа заключался в объединении телеграфа и пишущей машинки. Вместо телеграфного аппарата, пишущего азбукой Морзе, получился буквопечатающий телеграфный аппарат. В современных системах буквопечатающей телеграфии используется для передачи разных символов специальный трехрегистровый пятизначный код.
В 1855 г. английский изобретатель Д. Э. Юз разработал буквопечатающий аппарат. В основу его работы был положен принцип синхронного движения скользуна передатчика и колеса приемника. Опытный телеграфист на этом аппарате мог бы осуществлять передачу со скоростью до 40 слов в минуту.
Рост производительности телеграфных аппаратов стал ограничиваться возможностями телеграфистов. При длительной работе они могли передавать 240–300 букв в минуту. Необходимо было заменить ручную работу механизмами, которые бы предварительно фиксировали информацию, а затем передавали ее с постоянной скоростью без участия человека. Для этого телеграммы стали записывать на перфоленту.
В 1858 г. англичанин Ч. Уитстон создал реперфоратор – устройство для пробивания отверстий в бумажной ленте в соответствии с сигналами азбуки Морзе, поступающего от телеграфного передатчика. Одновременно он пробивает равномерный ряд отверстий, облегчающих протягивание ленты. Реперфоратор применяют при приеме телеграмм на транзитных телеграфных станциях. Последующая их передача осуществляется с помощью трансмиттера – устройства, в котором комбинации знаков автоматически преобразуются в электрические сигналы.
В 1858 г. русский изобретатель Слонимский разработал метод одновременной передачи двух пар телеграфных сообщений в противоположных направлениях по одному проводу. Разновидность этого метода – дифференциальный дуплекс – широко применяется в телеграфии.
В 1869 г. Г. И. Морозов разработал аппаратуру частотного уплотнения линий связи. Это позволило передавать по одной линии несколько сообщений сигналами переменного тока разной частоты.
Проблему последовательного многократного телеграфирования по одному проводу решил француз Ж. Бодо. В 1872 г. он создал двукратный аппарат, скорость передачи в котором достигала 360 знаков в минуту. Примененный Бодо принцип временного уплотнения линии используется и в современных телеграфных аппаратах. Аппарат Бодо с небольшими изменениями эксплуатировался до середины XX в. Помимо телеграфного аппарата Бодо конструировал дешифраторы, печатающие механизмы и распределители.
В 1874 г. Т. А. Эдисон и Д. Преслот создали прибор с квадруплексной схемой, обеспечивавшей передачу по одной линии 4 телеграмм одновременно.
В 1880 г. Г. Г. Игнатьев предложил способ одновременного телеграфирования и телефонирования по одной линии.
Телеграф начал учиться рисовать в 1839 г., когда академик Б. С. Якоби создал самопишущий телеграф. В нем был применен принцип электрической синхронно?синфазной связи, который является сейчас одним из фундаментальных принципов современной техники дистанционной передачи и следящего электропривода. В телеграфах с синхронно?синфазной связью стрелки передающего и приемного аппаратов совершали равномерно?прерывистое шаговое движение, перемещаясь с одинаковой скоростью (синхронно) и занимая одинаковое пространственное положение (синфазно).
Но по?настоящему рисовать телеграф научился, когда начиная с 1843 г. стали возрождать в новом виде электрохимический телеграф, который искусно копировал и передавал любые изображения.
Практическое применение получил вариант такого телеграфа итальянского аббата Казелли, названный им пантелеграфом.
Принцип действия телеграфа прост: два железных острия на передающей и приемной станциях движутся синхронно по металлическим поверхностям, прочерчивая на них густую сеть параллельных линий. На передающей станции под острие подкладывают лист металлической фольги, на котором токонепроводящими чернилами нанесено передаваемое изображение. На приемной станции под острие подкладывают лист бумаги, пропитанный водным раствором железосинеродистого калия. При протекании тока такой раствор разлагается, окрашивая бумагу в синий цвет.
Когда непроводящий участок изображения на фольге разрывает электрическую цепь, в реле на приемной станции замыкаются контакты. Таким образом, под действием тока от батареи на листе под движущимся металлическим острием остается след в виде параллельных цветных штрихов, воспроизводящих передаваемое изображение.
В современной фототелеграфии считывающее острие заменено оптическим лучом. Он отражается непосредственно от бумаги с изображением и затем преобразуется фотоэлементом в электрический сигнал. В приемном фототелеграфном аппарате металлическое острие также заменено оптическим лучом от лампы, которая светится под действием принятого и усиленного электрического сигнала. Этот луч и рисует изображение на фотобумаге. Изменена также кинематика сканирования (перемещения) оптического луча: вместо качания маятника и поворота рычага использовано вращение барабана вокруг оси и его поступательное перемещение вдоль этой оси. При этом линия сканирования луча имеет вид густой спиральной линии.
Электрический телеграф явился первым электротехническим устройством, предназначенным для широкого практического использования.
Интенсивное развитие электрических телеграфов во второй половине XIX в. явилось одним из следствий промышленного переворота, когда бурно развивавшиеся производство, торговля и мореплавание потребовали создания более совершенных средств связи. Так, в 1860 г. в России было 160 телеграфных станций, общая длина линий связи составляла 27 000 км. К 1870 г. число станций возросло до 714, длина линий – до 91 000 км. В 1871 г. была открыта самая длинная в мире телеграфная линия, соединившая Москву и Владивосток. Ее протяженность – 12 000 км.
К началу XX в. общая протяженность телеграфных линий в мире составила 8 млн км.