Статьи

1859-1905

Биография

Александр Степанович Попов родился 16 марта 1859 года в поселке Турьийские Рудники на Северном Урале (ныне г. Краснотурьинск Свердловской области). Сын священника, он учился в Далматовском духовном училище и Пермской духовной семинарии. Но, как и многие семинаристы, тяготевшие к науке, он вышел из семинарии после окончания общеобразовательных классов и 18-летним юношей поступил на физико-математический факультет Петербургского университета. С увлечением, отдаваясь научным занятиям, А. С. Попов вскоре обратил на себя внимание профессоров университета, среди которых были крупнейшие физики того времени (Ф. Ф. Петрушевский, И. Г. Егоров и др.). Блестящие способности А. С. Попова позволили ему еще студентом исполнять обязанности ассистента профессора на лекциях. Окончив университет в 1882 году, Александр Степанович по материальной необеспеченности не смог принять предложение остаться при кафедре физики для подготовки к профессорскому званию и занял место преподавателя физики в кронштадском Минном офицерском классе и в Минной школе. Сюда А. С. Попова влекла возможность вести научно-исследовательскую работу в первоклассном по своему оборудованию физическом кабинете класса.

Годы работы А. С. Попова в Кронштадте (1883—1901) были весьма плодотворным периодом в научной жизни изобретателя. Именно здесь, в стенах физического кабинета Минного офицерского класса, родилось и начало свой победный путь величайшее достижение мировой науки и техники — радиосвязь. А. С. Попов работал вскоре после великих открытий Фарадея и Максвелла, начавших новую эпоху электротехники. В 1867 году английский физик Максвелл вывел из своих чисто теоретических трудов заключение о существовании в природе электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Он утверждал, что видимые волны света являются только частным случаем электромагнитных волн, известным потому, что эти волны люди могут обнаруживать и искусственно создавать. Теория Максвелла была встречена с большим недоверием, но своей глубиной и теоретической завершенностью привлекла к себе внимание многих физиков.

Начались поиски способов экспериментального доказатель­ств теории Максвелла. Берлинская Академия паук в 1879 го­лу даже объявила это доказательство конкурсной задачей. Ее решил молодой немецкий физик Генрих Герц, который в 1888 году установил, что при разряде конденсатора через искровой промежуток действительно возбуждаются предска­занные Максвеллом электромагнитные волны, невидимые, но обладающие многими свойствами световых лучей.

Через два года французский ученый Э. Бранли заметил, что в сфере действия волн Герца металлические порошки изменяют электрическую проводимость и восстанавливают ее только после встряхивания. Англичанин Оливер Лодж в 1894 году использовал прибор Бранли, названный им когерером, для обнаружения электромагнитных волн и снабдил его встряхивателем. Герц стремился получить с помощью искрового разрядника электромагнитные волны, возможно более близкие к видимым световым волнам, и ему удалось получить волны длиной 60 см. Последователи Герца, пользуясь электрическими способами возбуждения колебаний, шли по пути увеличения длины волны, тогда как многие русские и зарубежные физики (П. Н. Лебедев, А. Риги, Г. Рубенс, А. А. Глаголева-Аркадьева, М. А. Левитская и др.) в своих работах шли от световых волн на смыкание с радиоволнами. Постепенно радиотехника овладевала всем обширным спектром радиоволн. Оказалось, что свойства радиоволн совершенно различны на разных участках спектра, а кроме того, зависят от сезона, времени суток и солнечных циклов.

Электромагнитные волны длиной от 0,5 мм до 50 км в настоящее время на­зывают радиоволнами. Они возбуждаются колебаниями тока с частотой от 600 млрд. до 6 тыс. герц. Практическое использование еще более коротких волн связано с техническими трудностями, а практическое применение их сопряжено с сильным поглощением в атмосфере. С другой стороны, спектр ограничен непригодностью еще более длинных волн для радиосвязи. 7 мая 1895 года в ученых кругах Петербурга произошло событие, которое сразу не привлекло к себе особого внимания, но практически было началом одного из величайших в мире технических открытий. Этим событием явился доклад А. С. Попова, преподавателя физики в Минном офицерском классе Кронштадта, «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям». Заканчивая доклад, Александр Степанович сказал: «В заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающих достаточной энергией». Дата этого доклада признана теперь днем рождения радио.

Первым корреспондентом А. С. Попова в его опытах по осуществлению радиосвязи была сама природа — разряды молний. Первый радиоприемник А. С. Попова, а также изго­товленный им летом 1895 года «грозоотметчик» могли обнаруживать очень дальние грозы. Это обстоятельство и навело А. С. Попова на мысль, что электромагнитные волны можно обнаружить при любой дальности источника их возбуждения, если источник обладает достаточной мощностью. Такое заключение дало Попову право говорить о передаче сигналов на дальнее расстояние без проводов. В качестве источника колебаний в своих опытах А. С. По­пов пользовался герцевским вибратором, приспособив для его возбуждения давно известный физический инструмент — катушку Румкорфа. Будучи замечательным экспериментатором, своими руками изготовляя всю необходимую аппаратуру, Попов усовершенствовал приборы своих предшественников. Однако решающее значение имело то, что Попов к этим приборам присоединил вертикальный провод — первую в мире антенну и таким образом полностью разработал основную идею и аппаратуру для радиотелеграфной связи. Так возникла связь без проводов с помощью электромагнитных волн, так в изобретении А. С. Попова зародилась современная радиотехника.

Возможно, что если бы Попов был только ученым-физиком, то на этом дело бы и остановилось, но Александр Степанович был, кроме того, инженером-практиком и загнал нужды военноморского флота. Еще в январе 1896 года в статье А. С. Попова, опубликованной в «Журнале Русского физико-химического общества», были приведены схемы и подробное описание принципа действия первого в мире радиоприемника. А в марте изобретатель продемонстрировал передачу сигналов без проводов на расстояние 250 м, передав первую в мире радиограмму из двух слов «Генрих Герц». В том же году в опытах на кораблях была достигнута дальность радиосвязи сначала на расстояние около 640 м, а вскоре и на 5 км. Позже, в июне 1896 года итальянец Г. Маркони сделал в Англии патентную заявку на аналогичное изобретение, но сведения об его опытах и приборах беспроволочного телеграфирования были опубликованы лишь через год — в июне 1897 года.

Умелая реклама, большой интерес Англии к возможностям осуществления связи без проводов позволили Маркони в 1897 году основать специальную фирму («Компания беспроволочного телеграфа и сигнализации») с капиталом 100 тыс. фунтов стерлингов. Дальность радиосвязи в это время в опытах Маркони не превосходила дальности, достигнутой Поповым. В 1898 году А. С. Попов добился уже радиосвязи на 11 км и, заинтересовав своими опытами Морское министерство, организовал даже небольшое производство своих приборов в мастерских лейтенанта Колбасьева и у парижского механика Дюкрете, который в дальнейшем стал главным поставщиком его приборов. Когда в ноябре 1899 года у острова Готланд сел на мель броненосец «Генерал-адмирал Апраксин», то по поручению Морского министерства Попов организовал первую в мире практическую радиосвязь. Между г. Котка и броненосцем на расстоянии около 50 км в течение трех месяцев было передано свыше 400 радиограмм.

После успешной работы радиолинии Готланд — Котка Морское министерство первым в мире приняло решение о вооружении всех судов русского военно-морского флота радиотелеграфом как средством постоянного вооружения. Под ру­ководством Попова началось изготовление радиоаппаратуры для вооружения кораблей. Одновременно с этим А. С. Попов создал первые армейские полевые радиостанции и провел опыты по радиосвязи в Каспийском пехотном полку.

В мастерской кронштатдского порта, организованной А. С. Поповым в 1900 году, были изготовлены радиостанции для вооружения мерных кораблей (крейсер «Поник», линкор «Пересвет» и др.), отправляемых на Дальний Восток для укрепления 1-й Тихо­океанской эскадры. Русский флот получил па вооружение радиотелеграфную аппаратуру ранее английского флота. Английское адмиралтейство только в феврале 1901 года заказало первые 32 станции, а вопрос о массовом радиовооружении кораблей решило лишь в 1903 году. Кроме России, Англии и Германии, в других странах Европы, а также в США не велось самостоятельных разработок в области радио, и поэтому эти страны оказались в большей или меньшей зависимости от общества Маркони. Оно сумело обеспечить себе монополию почти во всем мире и сохраняло ее вплоть до первой мировой войны.

Технические возможности небольшой мастерской в Кронштадте и парижской мастерской Дюкрете были слабы, для того чтобы спешно вооружить вторую русскую эскадру, уходившую на Дальний Восток. Поэтому большой заказ на изготовление радиоаппаратуры для кораблей эскадры был передан германской фирме «Телефункен». Недобросовестно изготовленная этой фирмой аппаратура часто отказывала в работе. А. С. Попов, командированный в Германию для наблюдения за ходом поставки аппаратуры, писал 26 июня 1904 года: «Приборы не были никому сданы и никто не обучен обраще­нию с ними. Ни на одном корабле нет схемы приемных при­боров». Известно, что заслуги А. С. Попова благодаря настояниям общественности были высоко оценены. В 1898 году ему была присуждена премия Русского технического общества, присваиваемая раз в три года за особо выдающиеся достижения. В следующем году Александр Степанович получил диплом почетного инженера-электрика. Русское техническое общество избрало его своим почетным членом. Когда, в 1901 году, Попову предложили профессуру в Электротехническом институте, то Морское ведомство согласилось на это только при условии продолжения службы его в Морском техническом ко­митете.

Работы А. С. Попова имели большое значение для последующего развития радиотехники. Изучая результаты опытов на Балтике в 1897 году по прекращению связи между кораблями «Европа» и «Африка» в моменты прохождения между ними крейсера «Лейтенант Ильин», Попов пришел к заключению о возможности с помощью радиоволн обнаруживать металлические массы, то есть к идее современной радиолокации. Попов уделял большое внимание применению полупроводников в радиотехнике, настойчиво изучая роль проводимостей окислов в когерерах. В 1900 году он разработал детектор с па­рой уголь — сталь. В 1902 году А. С. Попов говорил своему ученику В. И. Коваленкову: «Мы находимся накануне практического осуществления радиотелефонии, как важнейшей отрасли радио», и рекомендовал ему за­няться разработкой возбудителя незатухающих колебанию. Через год (в 1903—1904 годах) в лаборатории Попова уже были поставлены опыты радиотелефонирования, демонстрировавшиеся в феврале 1904 года на III Всероссийском электро­техническом съезде.

В Минном офицерском классе Попов проработал около 18 лет и оставил там службу лишь в 1901 году, когда был приглашен занять кафедру физики в Петербургском электротехническом институте. В октябре 1905 года он был избран директором этого института. Однако к этому времени здоровье Александра Степановича было уже подорвано. Попов тяжело переживал Цусимскую катастрофу, в которой погибли многие его сотрудники и ученики. К тому же условия работы первого выборного директора Электротехнического института были очень трудными. Все это вместе привело к тому, что после крупного объяснения с министром внутренних дел Дурново Александр Степанович Попов 31 декабря 1905 года (13 января 1906 года по новому стилю) в 5 часов вечера скоропостижно скончался от кровоизлияния в мозг.

Радиовещание

В 10 часов утра 7 ноября 1917 года радиостанция на борту крейсера «Аврора» передала радиограмму о крушении буржуазного строя и об установлении в России Советской власти. Ночью 12 ноября мощная радиостанция Петроградского военного порта передала обращение Ленина по радио: «Всем. Всем». С первых дней Октябрьской революции радио было использовано правительством как средство политической информации. 2 декабря 1918 года Ленин утвердил декрет, касающийся радиолабораторин в Нижнем Новгороде.

Основные установки декрета сводились к следующему: «Радиолаборатория с мастерскими рассматривалась как первый этап к организации в России государственного радиотехнического института, целью которого является объединить в себе и вокруг себя все научнотехнические силы России, работающие в области радио, радиотехнические учебные заведения и радиопромышленность». По всей стране началось строительство радиосети. Радиостанции возникали там, где этого требовали условия новой экономики — в Поволжье, Сибири, на Кавказе. Телеграфное радиовещание, которое вел московский мощный искровой передатчик на Ходынке, передавало ежедневно по 2—3 тыс. слов радиограмм. Эти передачи организовывали жизнь государства в то время, когда была нарушена нормальная работа транспорта и проводной связи.

В Нижнем Новгороде небольшой коллектив (17 человек), переехавший сюда из Тверской радиоприемной станции, организовал первоклассный научноисследовательский радиоинститут, объединивший крупнейших радиоспециалистов того времени во главе с М. А. Бонч-Бруевичем, А. Ф. Шориным, В. П. Вологдиным, В. В. Татариновым, Д. А. Рожанским, П. А. Остряковым и другими. В радиолаборатории Нижнего Новгорода уже в 1918 году были разработаны генераторные лампы, а к декабрю 1919 года построена радиотелефонная передающая станция мощностью в 5 кет. Опытные передачи этой станции имели историческое значение для развития радиовещания. М. А. Бонч-Бруевич писал в декабре 1919 года: «В последнее время я перешел к испытаниям металлических реле, делая анод в виде металлической закрытой трубы, которая вместе с тем служит и баллоном реле... Предварительные опыты показали, что принципиально такая конструкция вполне возможна...».

Такие лампы с медными анодами и водяным охлаждением впервые в мире были изготовлены М. А. Бонч-Бруевичем в Нижегородской радиолаборатории весной 1920 года. Нигде в мире не было в то время ламп такой мощности; их конструкция явилась классическим прототипом для всего последующего развития техники генераторных ламп и до настоящего времени составляет основу этой техники. К 1923 году Бонч-Бруевич довел мощность генераторных ламп с водяным охлаждением до 80 кВт. Для обеспечения радиосвязей с другими государствами профессор В. П. Вологдин в той же Нижегородской радиолаборатории построил машину высокой частоты мощностью 50 кВт, которая была установлена на Октябрьской радиостанции (б. Ходынской) в 1924 году и заменила искровой передатчик. В 1929 году на этой же станции начала работать машина высокой частоты В. П. Вологдина мощностью 150 кет.

Ведя огромную работу, направленную на выполнение правительственных заданий, советские радиотехники сумели осуществить оригинальные теоретические исследования. Примером могут служить работы профессора В. М. Шулейкина по расчету емкости антенн, расчету излучения антенн и рамок и распространению радиоволн, работы Н. Н. Луценко о емкости изоляторов, И. Г. Кляцкина о методах повышения полезного действия антенн, экспериментальные работы Б. А. Введенского с очень короткими волнами. Значительные успехи были достигнуты в СССР в области радиовещания. В 1933 году начала работу радио­станция имени Коминтерна мощностью 500 кВт, опередившая по мощности на 1—2 года американское и европейское радиостроительство. Это замечательное сооружение было выполнено по системе высокочастотных блоков, предложенной профессором А. Л. Минцем и осуществленной под его руководством. На очереди стояла задача создания прямой радиосвязи с Сибирью, Дальним Востоком и Западом.

Радиолокация

Как уже было отмечено ранее, эффект отражения радиоволн от металлических объектов впервые бы замечен еще А. С. Поповым. Первые работы по созданию радиолокационных систем начались в нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения. 16 января 1934 года в Ленинградском физико - техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А. Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых.

Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б. К. Шембель, В.В. Цимбалин и П. К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю, Б, Кобзарев, П, А, Погорелко и Н, Я, Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР.

Дальнейшие разработки были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точности определения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам , она сослужила хорошую службу во время Великой Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и судовождение. Радиолокационные станции исследуют планеты Солнечной системы и поверхность нашей Земли, определяют параметры орбит спутников и обнаруживают скопления грозовых облаков. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

Стремление увеличить дальность действия привело к тому, что радиолокация, как и многие другие области техники, пережила эпоху «гигантомании». Создавались все более мощные магнетроны, антенны все больших размеров, устанавливавшиеся на гигантских поворотных платформах. Мощность РЛС достигла 10 и более мегаватт в импульсе. Более мощные передатчики создавать было уже физически невозможно: резонаторы и волноводы не выдерживали высокой напряженности электромагнитного поля, в них происходили неуправляемые разряды. Появились данные и о биологической опасности высококонцентрированного излучения РЛС : у людей проживающих вблизи РЛС наблюдались заболевания кроветворной системы, воспаленные лимфатические узлы. Со временем появились нормы на предельную плотность потока СВЧ энергии, допустимые для работы человека (кратковременно допускается до 10 мВт/см^2).

Новые требования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке совершенно новой техники, новых принципов радиолокации. В настоящее время на современных РЛС импульс посылаемый станцией представляет собой сигнал, закодированный по весьма сложному алгоритму (наиболее распространен код Баркера), позволяющий получать данные повышенной точности и ряд дополнительных сведений о наблюдаемой цели. С появлением транзисторов и вычислительной техники мощные мегаваттные передатчики ушли в прошлое. На их смену пришли сложные системы РЛС средней мощности объединенные посредством ЭВМ. Благодаря внедрению информационных технологий стала возможна синхронная автоматическая работа нескольких РЛС. Радиолокационные комплексы постоянно совершенствуются, находят новые сферы применения. Однако есть еще масса неизученного, поэтому эта область науки еще долго будет интересна физикам, математикам, радиоинженерам; будет объектом серьезных научных работ и изысканий.