История развития телекоммуникационных технологий

Потребность в общении, в передаче и хранении информации возникла и развивалась вместе с развитием человеческого общества. Сегодня уже можно утверждать, что информационная сфера деятельности человека является определяющим фактором интеллектуальной, экономической и оборонной возможностей государства и человеческого общества в целом. Открытие электричества позволило найти средство, обеспечивающее доставку сообщений на значительные расстояния за короткое время сначала с помощью физических (проводных), а затем и беспроводных линий связи. Развитие теории электричества и магнетизма в XIX веке привело к появлению сначала проводной (телефонной и телеграфной), а затем и беспроводной связи, что создало технологическую базу для всех средств массовой информации – радиовещание, телевидение, Интернет, мобильная связь, которые в начале XX века активно вошли в повседневную жизнь. Потребности в передаче больших объемов информации на значительные расстояния привели к активным исследованиям, как в области условий распространения электромагнитных волн, так и методов обработки сигналов, обеспечивающих высокую пропускную способность каналов связи при требуемой достоверности в принимаемой информации. Результатом исследований явилось появление отдельных родов связи: проводная, радио, радиорелейная, тропосферная, спутниковая, которые, дополняя друг друга, способствуют повышению качества жизни населения в плане обмена информацией.

Открытие электромагнитных волн легли в основу изобретения электрического телеграфа как основы дальней связи. В 1753 г. физик из Лейпцига Винклер открыл способ передачи электрического тока по проводам. Первым шагом на пути к созданию несколько иного пути по созданию электрического телеграфа был блестящий опыт датского физика, профессора Копенгагенского университета Ханса Кристиана Эрстеда (1777–1851) по отклонению магнитной стрелки под влиянием проводника с электрическим током. В созданном аппарате было два новшества, использованных многими изобретателями в будущих своих конструкциях: шелковая изоляционная обмотка проводов и сигнальное устройство (звонок), оповещающее о начале передачи. Этот опыт был продемонстрирован в 1830 г. Человеком, сразу понявшим, что открытие Эрстеда можно использовать для практического телеграфа был российский ученый-электротехник Павел Львович Шиллинг (1786–1837), который в 1832 г. создал стрелочный телеграфный аппарат, у которого индикаторами служили пять стрелок. Осенью 21 октября 1832 г. на его квартире состоялась первая публичная демонстрация «телеграфной системы Шиллинга». На демонстрации, где присутствовал сам российский император Николай I, по линии длиной 100 м была передана первая телеграмма, состоящая из 10 слов.
Именно с изобретения этого аппарата начинается эпоха практического применения электрического телеграфа, эволюция которого представлена аппаратами кодовой передачи сообщений С. Морзе.
Изобретение Шиллинга практически реализовал академик Петербургской академии наук Б. С. Якоби. В 1841 году он построил первую телеграфную линию между Зимним дворцом и Главным штабом. Б. С. Якоби в 1850 г. разработал первый в мире телеграфный аппарат (на три года раньше Морзе) с буквопечатанием принимаемых сообщений, в котором, как он говорил «регистрация знаков осуществлялась с помощью типографского шрифта».

Термин «радио» (от лат. radius, radiare, radio – испускать, облучать, излучать во все стороны) впервые ввел в обращение известный английский физик – химик В. Крукс (1832–1919). В вакуумной трубке, используя коромысловые весы в 1873 г. он измерил атомный вес открытого им же элемента талия и обнаружил нарушение балансировки высокоточного инструмента при возникновении теплового облучения. Чуть позже было подмечено аналогичное влияние светового излучения. На основе открытия был сконструирован измерительный прибор – «радиометр». Впоследствии появились и другие приборы, содержащие в наименовании приставку «радио». К наиболее известным относится «радиокондуктор» (радиопроводник), предложенный французским физиком Э. Бранли (1844– 1940) для обнаружения электромагнитных колебаний в лабораторных условиях. Строго говоря, практическая эра радиосвязи берет свой отсчет с 1883 г., когда Эдисон открыл эффект распыления вещества нити накаливания в электрической лампе, названный затем «эффектом Эдисона». Пытаясь продлить срок службы созданной им ранее лампы с угольной нитью введением в ее вакуумный баллон металлического электрода. При этом он обнаружил, что если приложить к электроду положительное напряжение, то в вакууме между этим электродом и нитью протекает ток. Это явление, которое было единственным фундаментальным научным открытием великого изобретателя, лежит в основе всех электронных ламп и всей электроники до транзисторного периода. Им были опубликованы материалы по так называемому эффекту Эдисона, и был получен соответствующий патент. Однако Эдисон не довел свое открытие до конечных результатов. После лабораторных опытов Г. Герца в начале 1880-х годов с электромагнитными волнами идея беспроводного телеграфа стала реальной перспективой, хотя многие не видели в ней большой надобности: в Европе и Америке проводной связью были охвачены целые страны, и работала она вполне надежно. Однако кабели нельзя было проложить к морским судам и в труднодоступные места. Дорого стоила и их прокладка, например через водные преграды.
К началу 1890-х годов уже был известен прибор, способный реагировать на сильное электромагнитное излучение радиодиапазона. С ним много экспериментировал известный французский физик Э. Бранли. Детектором в приемнике служил когерер, еще в середине XIX века применявшийся в различных конструкциях грозоуказателей. Данный прибор представлял собой трубку, заполненную металлическими опилками, с выведенными наружу контактами. Он довольно плохо проводил электрический ток, но под действием сильного электромагнитного поля его электрическое сопротивление резко падало. Чтобы вернуть когерер в исходное состояние, его нужно было встряхнуть. В этом устройстве источником высокочастотных колебаний служила индукционная катушка с прерывателем (катушка Румкорфа). Прерыватель периодически замыкал и размыкал цепь тока первичной катушки трансформатора. При этом во вторичной, повышающей обмотке возникали импульсы напряжения. Каждый такой импульс пробивал искровой промежуток между двумя шариками разрядника и вызывал серию затухающих колебаний в колебательном контуре, образованном шариками и антенной. Колебательная система излучала в окружающее пространство радиоволны. Чувствительным элементом приемника (рис. 3.2) служил когерер – трубка с двумя контактными пластинами, разделенными слоем металлического порошка. Под действием высокочастотных токов, наводимых в антенне, порошок спекался и замыкал цепь чувствительного реле. Далее включался телеграфный аппарат, записывающий принятый сигнал на ленту, и электрический звонок, молоточек которого встряхивал порошок когерера и нарушал его проводимость.
Впервые публично продемонстрирован разработанный прибор 25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в физической лаборатории Петербургского университета. Этот день в нашей стране ежегодно отмечается как День радио.

Датой рождения первого электрического телефона считается 14 февраля 1876 г. В этот день в американское патентное ведомство поступило две заявки на аппарат для передачи звуков на расстояние посредством электрического тока. Первая принадлежала американскому преподавателю школы глухонемых А. Г. Беллу. Вторая, поступившая на два часа позже, – американскому физику И. Грею.
Обе заявки были вовсе не подобные, а принципиально различны. Белл сконструировал электромагнитный передатчик (микрофон), в котором передаваемый в линию ток изменялся вследствие изменения магнитного потока. Грей же предлагал совершенно иной метод изменения тока – вследствие изменения при колебаниях мембраны электрического сопротивления столбика проводящей жидкости. Не останавливаясь на сопоставлении достоинств и недостатков обоих устройств, отметим главное. Белл патентовал почти готовое устройство. Грей же подал лишь предварительное уведомление о намерении изобрести устройство с указанием предлагаемого принципа его действия.
Еще в годы учебы, ознакомившись с телефоном Рейса, Белл решил создать аппарат, превращающий звуки в световые сигналы. Он надеялся с его помощью научить говорить глухих детей. Начиная с 1873 г. он пытался сконструировать гармонический телеграф, способный передавать по одному проводу одновременно семь телеграмм (по числу нот в октаве). Для этого он использовал семь пар гибких металлических пластинок, подобных камертону, при этом каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время одного из опытов 2 июня 1875 г. свободный конец одной из пластинок на передающей стороне линии приварился к контакту. Помощник Белла механик Томас Ватсон, безуспешно пытаясь устранить неисправность, чертыхался. Находящийся в другой комнате и манипулировавший приемными пластинками Белл своим чутким натренированным ухом уловил звук, дошедший по проводу. Самопроизвольно закрепленная на обоих концах пластинка превратилась в своеобразную гибкую мембрану и, находясь над полюсом магнита, изменяла его магнитный поток. Вследствие этого поступавший в линию электрический ток изменялся соответственно колебаниям воздуха, вызванным бормотанием Ватсона. Практически, это и был момент зарождения телефона.
Патентную заявку на этот телефон он подал 14 февраля 1876 г., а 7 марта получил патент. Спустя три дня –10 марта 1876 г. – по 12-метровому проводу, соединявшему квартиру Балла с лабораторией на чердаке, состоялась передача первой членораздельной фразы, ставшей исторической: «Мистер Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны!». Несмотря на положительный результат, изобретение долгое время не находило практического применения.

Назад: Serge