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 зн./мин, на аппарате Д. Юза до 200 знаков. Опытным телеграфистам удавалось повысить скорость до 240–300 знаков[286].

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

В связи с этим было обращено внимание, что рука обычного телегра-фиста тратила на передачу знака 0,3 с, замыкание контакта составляло менее 0,1 с, скорость передачи электрического сигнала является почти мгновенной[287]. 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»[288]. И хотя это позволило более полно использовать телеграфный кабель, однако подключенный к определенной линии телеграфист прежде чем начать передачу телеграммы, должен был 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: передатчиков с механизмом для предварительного накопления кодовых комбинаций; передатчиков, работа которых управлялась не рукой телеграфиста, а с помощью заранее подготовленной им перфорированной ленты»[289].

Одну из первых попыток решить эту проблему сделал в 1858 г. Ч. Уитсон[290]. 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[291].

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) объединил «перфоратор с клавиатурой пишущей машинки, специальный передатчик, так называемый трансмиттер, ленточный рекордер для приема на перфорированную ленту и дешифратор, обеспечивавший воспроизведение буквенного текста»[292], скорость передачи телеграмм увеличилась до 1500 знаков в минуту. Появилось понятие «машинное телеграфирование»[293]. «Разработка буквопечатающей аппаратуры с предварительной перфо-рацией ленты на основе равномерного пятизначного кода была впервые успешно осуществлена в 1912 г.»[294].

Первоначально использовалась симплексная телеграфная связь, на смену ей пришла дуплексная.

Симплексная телеграфная связь характеризовалась поочередной передачей телеграмм между двумя телеграфными станциями: то в одну сторону, то в другую. Причем на каждом из этих пунктов один и тот же телеграфный аппарат использовался как для передачи, так и для приема.

Для дуплексной связи характерна одновременная передача информация между двумя станциями в одну и другую сторону. С этой целью на каждой станции использовались или два разных аппарата (одного передающего, другого – работающего на прием) или же один аппарат «с электрически разделенными цепями приема и передачи»[295].

Идея дуплексной связи была сформулирована русским изобретателем Зиновием Яковлевичем Слонимским (1810–1904) в 1859 г.[296] Однако ее практическое осуществление связано с именем французского изобретателя Жана Мориса Эмиля Бодо (1845–1903). В 1874 и 1876 гг. он получил два патента на многократное телеграфирование[297]. В 1877 г. его телеграфные аппараты были установлены на линии Париж–Бордо»[298], 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 собой 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[299].

На передающей и приемной станциях синхронно и синфазно с скоростью 200 об./мин вращались специальные «щетки», которые скользили по контактам внешнего кольца распределителя. Когда они делали пол-оборота и таким образом замыкали первые пять контактов, происходила передача информации, когда «щетки» делали еще пол-оборота и замыкали пять других контактов, производился прием информации[300]. 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[301].

Первоначально пропускная способность двукратного аппарата Бодо составляла до 400 букв/мин (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[302].

«Усовершенствованные многократные телефонные аппараты Бодо, – отмечается в БСЭ, – применялись до середины ХХ в. В 30-х гг. ХХ в. были разработаны 3-, 6-, 9-кратные аппараты, что значительно увеличило пропускную способность телеграфных связей: до 20 тыс. слов в час» или же 600 слов/мин[303]. Обратите внимание: слов, а не букв и знаков.

В честь Ж.-М.-Э. Бодо названа единица скорости телеграфирования «бод», 1 Б – один элементарный электрический импульс в секунду[304].

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»[305], 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[306].

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. Яроц-кий, – безусловно, самой важной явилась идея телеграфирования токами разной частоты»[307].

«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 отрицатель-ного значения и возвращается к исходной величине… Эта скорость или частота измеряется в герцах (Гц)»[308]. «Герц – единица частоты колебаний, равная частоте такого колебания, период которого равен 1 с, т. е. герц равен одному циклу в секунду»[309]. 1000 колебаний в секунду составляют 1 кГц, 1 млн – 1 МГц, 1 млрд – 1 ГГц[310].

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 частотного телегра-фирования, которое определяется как «телеграфирование, осуществляемое посылкой в линию связи несущих токов нескольких частот, промодули-рованных телеграфными сигналами от различных передатчиков. На при-емной станции линейные фильтры, пропускающие только определенные полосы частот, разделяют телеграфные сигналы по приемникам и расши-фровывают демодуляторами»[311].

Одним из первых практический способ реализации этой идеи русский инженер Григорий Григорьевич Игнатьев (1846–1898) предложил уже в 1880 г. [312]. Это было время, когда в России появился телефон, и были предприняты попытки использовать для телефонных разговоров телеграф-ные линии. Однако если телефонирование по свободному телеграфному проводу оказалось успешным, то ведение телефонного разговора во время передачи по этому же проводу телеграммы сопровождалось возникнове-нием на линии помех.

В связи с этим Г. Г. Игнатьев поставил вопрос о необходимости создания с помощью специальных устройств в общей физической цепи раздельных каналов связи для телеграфирования и телефонирования. С этой целью он предложил использовать особым образом включенные в цепь конденсаторы, которые могли разделять или фильтровать телеграф-ные и телефонные токи [313].

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)[314].

Несмотря на то что первые опыты многоканального телеграфирования относятся к концу XIX в.[315], тогда оно не получило распространения. Возможность для практической реализации идея частотного телеграфирования открылась только в 1920-е гг., «когда появились ламповые генераторы незатухающих электрических колебаний» (подробнее об этом см. далее)[316].

Частотное 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 – надто-нальным, если ниже – подтональным[317].

Наиболее распространенным является тональное телеграфирование, при котором по одному проводу только в одну сторону сразу можно передавать до 24 сообщений[318].

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 10⁷ 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 было бы израсходовать около 1600 тысяч тонн меди» – это годовое производство меди США[319].