Более сложная система, основанная на свойствах статического алектричества, была создана в 1816 году Фрэнсисом Рональдсом (1788-1873). В своём саду в Хэммерсмите Рональдс смонтировал 13-километровую линию из подвесного провода и читал передаваемые по нему сообщения по отклонениям лёгких подвижных шариков, особым образом подключённых к концу провода. Будучи наэлектризованными, эти шарики взаимно отталкивались, принимая положение, условно обозначающее переданную букву. Нужно отдать должное сэру Фрэнсису, который с исключительной ясностью сознавал общественное и международное значение такого вида связи. Его брошюра, опубликованная в 1823 году, была первым печатным трудом в области электрического телеграфа. Она содержала главным образом предложения по определению места и характера возможных повреждений телеграфной линии.
Однако Рональдс родился, по всей вероятности, слишком рано. Его идеи оказались впереди эпохи и не нашли поддержки в высоких кругах. Британское Адмиралтейство, например, в ответ на предложенную им систему телеграфа заявило: "Их светлости вполне удовлетворены существующей системой телеграфа и не намерены заменять её другой".А между тем, Военно-морской телеграф того периода представлял собой исключительно жалкое зрелище. Это был ряд семафорных вышек, расположенных на видимом расстоянии одна от другой, с помощью которых можно было в ясную погоду передавать сообщения из Портсмута в Лондон не намного быстрее, чем на пони-экспресс [1].
Вышка семафорного телеграфа Клода Шаппа
Впоследствии секретарь Адмиралтейства, подписавший Рональдсу отказ, словно по иронии судьбы, поместил в Британской энциклопедии статью по вопросам телеграфии, а в бывшем доме сэра Фрэнсиса поселился Уильям Моррис [2], известный своими проповедями возврата к прошлому как средства, по его мнению, избавляющего человечество от пугающей неизвестности будущего, куда вели идеи людей, подобных Рональдсу.
Системам Рональдса, Земмеринга и других изобретателей того времени не суждено было проявить себя на практике. Эти системы не имели простых и чувствительных устройств для приёма и передачи сигналов, были громоздкими и не пригодными к работе.
Действительно великое открытие произошло в 1820 году, когда датский учёный Эрстед обнаружил, что электрический ток, проходящий по проводнику, может вызывать отклонения. магнитной стрелки, расположенной вблизи него. Это дало возможность впервые использовать электричество как силу физического воздействия, а затем создать громадное множество разнообразных двигателей, генераторов, телефонов, реле, счётчиков, громкоговорителей и других электромагнитных устройств - замечательных и самых многочисленных слуг цивилизации.
Павел Львович Шиллинг
Пять лет спустя, в 1825 году, русский учёный П.Л. Шиллинг (1786-1756) впервые использовал это свойство электрического тока в телеграфном деле. Он изобрёл магнитный телеграф, в котором буквы обозначались положением стрелки-указателя, передвигающейся по белому и чёрному сегментам специальной карты, а передача телеграфных сообщений производилась двухсигнальным алфавитным кодом, составленным Шиллингом. Тот же принцип лёг впоследствии в основу знаменитого кода Морзе. Буква "А", например, обозначалась положением указателя на чёрном, а затем на белом сегментах карты; буква "Несоответственно на чёрном и чёрном сегментах; "С" - на чёрном,белом,белом и т.д.
Так сложилась основа электрического телеграфа, который спустя 11 лет несколько видоизменился и нашел, наконец, свое практическое применение. Случилось это почти одновременно в Америке и в Англии. В 1836 году, обучавшийся в Гейдельберге английский студент-медик В.Ф. Кук (1806-1879), узнав о работе Шиллинга в области телеграфа, настолько заинтересовался новым видом связи, что решил немедленно отказаться от своей будущей профессии врача и заняться телеграфией. Как ему казалось, у него в этой области возникли блестящие идеи. Но их осуществление требовало специальных знаний, которых сам он, к сожалению, не имел и поэтому нуждался в квалифицированной консультации. Для поисков такого специалиста Кук вернулся в Англию и там сумел привлечь к работе известного английского физика, профессора Королевского колледжа в Лондоне Чарльза Уитстона (1802 - 1875), чьё имя, между прочим, связано со многими выдающимися достижениями в области электричества. Уитстон предложил, в частности, метод измерения сопротивления проводников путём уравновешивания неизвестной величины известной и разработал прибор - знаменитый мост Уитстона.
Чарльз Уитстон (Wheatstone)
Уже в 1837 году Кук и Уитстон сумели запатентовать свой первый телеграф. Его испытание провели в том же 1837 году между двумя железнодорожными станциями в Лондоне на линии протяжённостью около двух километров. Приёмными устройствами телеграфа были приборы так называемого стрелочного типа, где буквы обозначались отклонением стрелок вправо или влево, в зависимости от получаемого сигнала.
Схема одного из телеграфных приемников Уитстона и Кука.
Передается буква, лежащая на пересечении стрелок.
Система в целом была громоздкой и действовала медленно; тем не менее, с её помощью сообщения мог передавать и принимать даже неквалифицированный персонал, что, по-видимому, явилось одной из причин использования приборов такого типа даже в XX веке на глухих железнодорожных станциях Англии.
Дальнейшее развитие железных дорог и электрического телеграфа пошло рука об руку. Новые быстрые средства транспорта не могли обойтись без быстрой связи. За несколько лет сеть железных дорог и телеграфных линий получила распространение на большей части Европы. К тому воемени Кук и Уитстон уже сумели сколотить состояния. Их успех вместе с тем стал концом их дружбы. Начался долгий и беспредметный спор о приоритете в изобретении телеграфа, хотя ни Куку, ни Уитстону, как известно, он не принадлежал.
Сэр Уильям Ф. Кук (Cooke)
В этот же период по другую сторону Атлантического океана - в Америке - происходили аналогичные события. Художник-портретист среднего таланта Сэмюэль Финлей Бриз Морзе (1791- 1872) также занимался разработкой электрического телеграфа. Как увидит читатель, в историях Кука и Морзе имеется поразительное сходство. В своих обычных занятиях Морзе не имел ничего общего с техникой и, в частности. с электричеством. В 1832 году, возвращаясь из Европы в США, он узнал о телеграфе из случайной беседы со своим попутчиком.
Услышанное, видимо, произвело на него такое впечатление, что по прибытии домой он немедленно занялся опытами в области телеграфной связи. Работа поглотила всё его время. Лишь необходимость зарабатывать на жизнь вынуждала его иногда прибегать к прежним занятиям. Попытки получить сколько-нибудь ощутимую финансовую поддержку государственных учреждений или частных предпринимателей, как правило, оканчивались ничем. Кроме того, Морзе не имел необходимых знаний для того, чтобы претворить в жизнь свои идеи, и так жe был вынужден искать квалифицированную помощь. В этом вопросе ему исключительно повезло. К своим разработкам он привлёк выдающегося учёного Джозефа Генри (1797-1878) - первооткрывателя в области электромагнетизма, именем которого названа единица индуктивности. Впоследствии, как будто для полноты сходства, и в этом содружестве возник неприличный скандал из-за приоритета.
Джозеф Генри
Но как бы то ни было, к концу 1830-х годов была создана новая, действительно замечательная система телеграфа, отличающаяся поразительной простотой. Она воспринималась как нечто всегда существовавшее. При взгляде на неё терялось ощущение, что её вообще кто-нибудь создавал. Прежние системы телеграфа имели множество проводов, сложные и неудобные в обращении аппараты; эта - состояла из одного провода (второй заменяла земля), имела простой и удобный передатчик в виде ключа для замыкания и размыкания электрической цепи и автоматический приёмник для записи сигналов. Сигналы передавались специальным кодом, в котором буквы обозначались комбинациями точек и тире; импульсы тока определённой длительности заставляли колебаться электромагнитное перо приёмного устройства, воспроизводящее точки и тире на ленте. Мало того, сигналы кода стали принимать и просто на слух, как относительно короткое или длинное звучание. Вскоре телеграфисты настолько усовершенствовали своё мастерство, что могли принимать и передавать сигналы с невероятной скоростью, при которой ухо непосвящённого человека слышало лишь непрерывное звучание. Теперь, когда огромную армию телеграфистов в значительной мере вытеснили специальные аппараты, такое высокое мастерство приёмо-передачи на слух встречается довольно редко. В нём, видимо, уже отпала прежняя необходимость, а код Морзе (точнее, его эквиваленты) стал главным образом языком машин.
После многолетних бесплодных попыток продать своё изобретение и безуспешной поездки с этой целью в Европу Морзе удалось, наконец, в 1842 году получить от американского Конгресса 30 тысяч долларов на постройку телеграфной линии между Вашингтоном и Балтимором. Долгие споры велись в Конгрессе по этому вопросу. Конгрессмены никак не могли уяснить, что такое телеграф, магнетизм и т.п. Но всё-таки Морзе получил обещанные 30 тысяч, а спустя два года Америка получила телеграф, без которого огромный континент не смог бы стать тем, чем он стал теперь.
прототип телеграфной линии, собранной Морзе на мольберте.
Право рассказать о том, как телеграф распространился от Атлантического океана до Тихого, насколько отчаянной была конкурентная борьба между телеграфными компаниями и т.п., - предоставим американской истории и литературе. Здесь лишь отметим, что немаловажной заслугой Морзе является внедрение электромагнитного реле [3]. Оно открыло возможность передавать сигналы на неограниченно большие расстояния. Это было простое устройство, где слабый ток, приходящий к концу телеграфной линии, использовался лишь для замыкания контактов, которые становились как бы вторым ключом Морзе; замыкаясь, они давали новую посылку тока последующему участку цепи, от другой батареи, и т.д. Так был создан прообраз усилителя (репитера), с которым мы встретимся позже, в соответствующих главах книги.
Примечание Д. Шарле
Как справедливо отмечает Артур Кларк, электрический телеграф - детище ряда стран и народов и своим изобретением обязан деятельности не одного исследователя, а целой плеяды учёных. Во второй половине XVIII века делалось несколько попыток соорудить электростатический телеграф. В 1753 г. шотландский учёный Чарльз Морисон предложил посылать электрические заряды по многочисленным изолированным проволокам, связывающим два пункта. Число проволок должно было равняться числу букв в алфавите. "Шарики на концах проволок, - писал Ч. Морисон, - будут наэлектризовываться и притягивать лёгкие тела с изображением букв" [4]. Сам Морисон не сумел осуществить эту идею, и лишь через двадцать один год, в 1774 г., швейцарский физик Г. Лесаж произвёл несколько удачных опытов телеграфирования, используя свойства электрических зарядов. Ещё до Самуила Земмеринга испанский инженер Франциско Сальва в 1801-1804 гг. сделал попытку использовать открытие гальванического электричества и его электрохимического действия для целей телеграфии. Однако ни электростатический, ни электрохимический ("пузырьковый") телеграф практического применения не получил. Проблему связи по проводам на большие расстояния решило появление электромагнитного телеграфа.В 1820 г., после опытов Ганса Эрстеда, французский физик Доминик Араго обнаруживает новое явление - намагничивание проводника протекающим по нему током. В результате был создан соленоид. Тогда же (в октябре 1820 г.) выдающимся французским электротехником Андре Ампером - одним из основателей теории электромагнетизма - была высказана мысль о возможности создания электромагнитного телеграфа, основанного на взаимодействии проводника с током и магнитной стрелки. Однако Ампер, подобно изобретателям электростатического и электрохимического телеграфа, предлагал использовать "столько проводников и магнитных стрелок, сколько имеется букв в алфавите, помещая каждую букву на отдельной стрелке".Подобная конструкция телеграфа была бы весьма громоздкой и дорогой. Вероятно, поэтому сам Ампер не осуществил практически своей идеи. Потребовалось ещё некоторое время для создания действующего телеграфа.
Заслуга создания первого практически пригодного электромагнитного телеграфа целиком принадлежит русскому электротехнику Павлу Львовичу Шиллингу. Воздавая ему должное, А. Кларк, однако, не совсем точен в датах. Изобретение Шиллинга относится не к 1825 г., а к 1828-1829 гг. Первый публичный показ электромагнитного телеграфа состоялся в Санкт-Петербурге 9(21) октября 1832 г.
Последующее десятилетие ознаменовалось усовершенствованием электромагнитного телеграфа, сооружением первых действующих телеграфных линий. В частности, Вильям Кук и Чарльз Уитстон (1802-1875 гг.) получили в 1837 г. в Англии патент именно на усовершенствование, а не на изобретение телеграфного аппарата.
В то же время создал свою простую и надёжную конструкцию телеграфного аппарата с записывающим приёмным устройством Сэмюэль Морзе.
К концу сороковых годов прошлого столетия наиболее удобная система телеграфа - телеграф Морзе получил широкое распространение как в Америке, так и в Европе.
В 1839 г. "самоотмечающий" телеграфный аппарат сконструировал также другой выдающийся русский учёный - продолжатель дела Шиллинга академик Б.С. Якоби.
Изобретателю телеграфа П.Л. Шиллингу не довелось построить первую в мире линию электромагнитного телеграфа, хотя он и приступил к проектированию такой (подводной кабельной) линии от Петергофа до Кронштадта. Шиллинг умер в 1837 г.
В 1843 г. по проекту Б.С. Якоби была сооружена подземная линия телеграфной связи, Петербург - Царское Село, имевшая наибольшую по тому времени протяжённость. Длина её составляла 25 км.
В 1844 г. вступила в эксплуатацию 63-километровая воздушная телеграфная линия между Вашингтоном и Балтимором, принесшая 27 мая этого же года всемирную известность её создателю Сэмюэлю Морзе.
III. ЧЕРЕЗ ПА-ДЕ-КАЛЕ
Первый подводный кабель решили проложить в узкой части пролива Па-де-Кале, чтобы установить телеграфную связь между Англией и Францией. В 1840 году профессор Уитстон представил на рассмотрение Палаты Общин план прокладки телеграфного кабеля по дну пролива от Дувра к французскому берегу. Это был первый серьёзный план, заслуживающий внимания (в парламенте к нему отнеслись, как к несбыточной фантазии). Уитстон предварительно провёл опыты передачи сигналов по подводному кабелю, проложенному между судном и маяком в заливе Суонси (Южный Уэльс). Однако эти опыты не являются, между прочим, первыми в истории. Приоритет здесь принадлежит директору Восточно-Индийской телеграфной компании доктору О'Шонесси, который годом раньше проложил первый подводный телеграфный кабель по дну реки Хугли, которая впадает в Бенгальский залив на северо-востоке Индии, недалеко от Калькутты.
Несколько позже, в 1842 году, опыт передачи сообщений по подводному кабелю произвёл и Морзе. Его кабель, защищенный резиной и свинцовой трубкой, был проложен в нью-йоркской гавани. Основываясь на результатах своих исследований, Морзе в 1843 году сказал: "Телеграфная связь через Атлантический океан сейчас для многих кажется немыслимой, но я уверен, что настанет время, когда этот проект будет осуществлён".
По удивительному стечению обстоятельств проект прокладки кабеля через Па-де-Кале был реализован человеком, который не имел никакого отношения к такого рода вещам.
Это был бросивший своё дело продавец антикварных ценностей Джон Уоткинс Бретт. К 45 годам на продаже ценностей он составил состояние и, будучи ещё полон сил и энергии, решил заняться чем-нибудь другим. Его младший брат, инженер Джекоб, увлекался проблемами подводной телеграфии. Видимо, это послужило толчком к организации телеграфной компании под громким названием "Генеральная Океаническая и Подземная Электропечатающая Телеграфная Компания Братьев Бретт".
Джекоб Бретт
Джон Бретт
В результате переговоров с французским правительством Бретты получили концессию на прокладку кабеля через Па-де-Кале, а затем подписали контракт на его изготовление с английской компанией "Гутта-Перча" [5]. Но, как это часто бывает с новыми проектами, всё было стремительно запущено в производство, без учёта многих проблем и предварительного решения ряда вопросов. Об их существовании просто не подозревали. Кроме того, стремительных темпов требовали жёсткие сроки концессии (15 месяцев), невыполнение которых грозило банкротством. Девиз был прост: "Или к первому сентября 1850 года установить связь между Англией и Францией - или потерять всё".
В 1849 г. от президента Французской республики Луи Наполеона Бонапарта (впоследствии император Наполеон III). Англичане Бретты обратились к французскому правительству после безуспешных попыток заинтересовать своим проектом английские официальные и деловые круги.
Наконец, кабель был готов, и шансы на банкротство уменьшились. Кабель представлял собой обычный одножильный медный провод, изолированный гуттаперчей, и был настолько примитивен, что его работа под водой казалась маловероятной [6]. Однако его и не пытались сделать более прочным. Предполагалось, что, однажды проложенный, он будет спокойно лежать на дне пролива, где с ним ничего не может случиться. Только выходящие на берег концы кабеля решили защитить от случайных повреждений свинцовыми трубами.
Радость предпринимателей омрачалась подчас нелепыми вопросами вездесущих скептиков, которые почему-то изо всех сил пытались испортить настроение. Конечно, многие относились к проекту недоверчиво, но особенно активно, как и полагается, вели себя те, кто меньше всего в нём разбирался. Один джентльмен, например, увидев подготовленный к прокладке кабель, очень удивился и заявил: "Люди, которые это организовывают, должно быть, не в своём уме: как можно подёргивать такой длинный и тяжёлый провод, да ещё если он лежит на неровном дне моря?!" Джентльмен был убеждён, что сигналы с одного берега на другой будут передаваться не иначе, как путём подёргивания провода: ну, скажем, примерно так, как это делается в домах вельмож, когда надо вызвать кого-нибудь из многочисленной челяди.
Всего три дня оставалось у Бреттов до окончания срока контракта, когда они смогли, наконец, начать погрузку своего сорокакилометрового кабеля на борт маленького парового буксирчика с громким названием "Голиаф". Кабель, намотанный на большой барабан, диаметром свыше двух метров и длиной пять метров, едва помещался на узкой корме, занимая всю ширину палубы [7].
Утром 28 августа 1850 года "Голиаф" торжественно покинул Дувр и гордо устремил свой нос к французскому берегу. Барабан, возвышавшийся на его корме, словно огромная шпулька пряжи, вращался по мере размотки кабеля. Медленно продвигаясь вперёд, "Голиаф" напоминал рыболова, который натянул леску, пытаясь сорвать зацепившийся крючок. О другой, более совершенной прокладке в то время и не помышляли. Теперь прокладка подводного кабеля производится специально оборудованными судами, где кабель, уложенный виток к витку, лежит в особых трюмах, называемых тенксами.
28 августа 1850 года. "Голиаф", сопровождаемый картографическим судном "Видгеон",
прокладывает первый морской подводный кабель между Дувром и мысом Гри-Не.
(Современный рисунок)
Итак, метр за метром уходил кабель за борт "Голиафа". Но, к сожалению, он оказался таким лёгким, что не тонул. К нему пришлось подвешивать через каждые сто метров свинцовые грузила, а это вызывало частые остановки, cyeту и вообще замедляло продвижение к цели.
Однако всё обошлось благополучно. В тот же день вечером "Голиаф" подошёл к мысу Гри-Не [8] и при всеобщем ликовании передал второй конец кабеля на французский берег. Кабель тотчас же подключили к приёмному телеграфному аппарату, и все замерли в ожидании сообщения. Таким сообщением должно было быть приветствие Джона Бретта Луи Бонапарту. Но, увы! Аппарат воспроизводил только хаотические сигналы, которые никто прочитать не мог. Они были лишены всякого смысла; казалось, что операторы на английском берегу заранее отпраздновали это событие... Заменили аппарат, но это не дало ожидаемых результатов. Вдруг - о, радость! - сквозь хаос сигналов прошло несколько отрывочных слов. Это была победа. Теперь Бретты имели все основания заявить, что договорные условия выполнены, и могли избежать банкротства.
Однако все последующие попытки принять сколько-нибудь связные сигналы не удались. К всеобщему удивлению, они по-прежнему в обоих направлениях шли в виде какой-то бессмыслицы. Ни Бретты, ни кто-либо другой в то время не знали, что они встретились с препятствием, которое ещё долгие годы оставалось загадкой для людей и мешало установлению нормальной связи по подводному кабелю.
Тогда не вызывало сомнений, что надлежащим образом изолированный кабель будет так же хорошо работать под водой, как и на суше. Никто не подозревал, что, попадая в высокопроводящую среду, кабель существенно изменяет свои токопроводящие свойства и вследствие значительной электрической ёмкости становится как бы вялым, инертным. Сигналы начинают "двигаться" по кабелю с неодинаковой скоростью, зависящей от их продолжительности, говоря популярно, точка, пущенная вперёд, отрывается от следующего за ней тире, которое, в свою очередь, настигает другая точка и т.д., получается полный хаос. Именно это обстоятельство сбило Бреттов с толку. Если бы операторы соблюдали тогда необходимые паузы между посылкой сигналов различного "звучания", им, вероятно, удалось бы передать текст какого-нибудь сообщения и даже текст восторженного приветствия Джона Бретта Луи Бонапарту. Но они не знали истинных причин неудачи и не могли воспользоваться таким простым решением.
К тому же на следующий день дальнейшие эксперименты оказались вообще невозможными. Когда унылые операторы вновь уселись утром за свои аппараты, линия совершенно бездействовала. В результате поисков выяснилось, что недалеко от французского берега кабель оборван. Вскоре был найден и виновник повреждения линии. Оказалось, что французский рыбак случайно зацепил кабель якорем и, поскольку кабель был лёгким, без особого труда поднял его на борт своей лодки. Новый вид "морской водоросли" с блестящей начинкой очень удивил рыбака. "А вдруг это золото?" - подумал он и на всякий случай вырезал кусок, чтобы посоветоваться с друзьями...
Так началась война между владельцами подводных кабелей и многочисленными судовладельцами, которая продолжается и в наши дни. Дело в том, что наибольший ущерб подводным кабелям наносят дрейфующие якоря судов и рыболовные тралы, хотя в этих случаях зачастую ущерб бывает обоюдным: современные подводные кабели обладают значительным весом и прочностью, достаточной для того, чтобы оторвать зацепившийся за него трал или якорь небольшого судна.