Текст книги "Открытия и изобретения ХХ века. Энциклопедия"

Глава 2

Изобретение радио – Попов и Маркони

Формально изобретение радио состоялось ещё в веке XIX. Но настоящая эпоха всеобщего распространения радиосвязи началась только в веке XX. Само изобретение безусловно относится к величайшим достижениям человечества и привлекает наше внимание ещё и вопиющей исторической несправедливостью. Изобретает радио один учёный, славу получает другой. Но… так ли это на самом деле? Давайте попытаемся воссоздать всю последовательность событий, тем более что это очень интересная и увлекательная история.

Изобретение в 1837 году телеграфа Сэмюэлом Морзе и в 1876 году телефона Александром Беллом (укажем годы жизни этого человека – 1847—1922) вроде бы сняли проблему осуществления быстрой и точной связи между отдалёнными территориями и отдельными людьми. К началу XX века газеты Америки получали самую актуальную информацию непосредственно от своих европейских корреспондентов, которые пользовались телеграфом. Европейские издания получали таким же образом сообщения из Северной и Южной Америки. Огромный океан, разделяющий Старый и Новый свет, уже не был неодолимой преградой. Письма с одного конца света в другой шли неделями и месяцами, телеграммам требовались считанные минуты. Телефонная связь сделал жизнь горожан комфортней, а жителей сельской местности – безопасней. Политики, военные, бизнесмены, простые люди – все могли пользоваться доступной телефонной связью, для которой вовсе не требовалось владеть азбукой Морзе (кстати, для просвещённого человека начала прошлого века это знание считалось таким же необходимым, как сегодня – знание хотя бы одного иностранного языка или умения управляться с компьютером). Но оставалась одна серьёзная проблема – и телеграфная, и телефонная связь оставались средствами стационарными и какой-либо мобильностью не обладали.

В полевых условиях, например, в ходе боевых действий, телеграфная, а затем и телефонная связь возводилась прокладкой специального лёгкого кабеля – изолированного провода, который прокладывался прямо по поверхности земли. Когда необходимость в связи отпадала, кабель сматывали на катушку и затем использовали снова. Но эту линию надо было проложить, следить за её исправностью, что в условиях боя не всегда возможно. А как быть с кораблями, к которым телефонный провод не протянешь (в портах во время стоянок, кстати, так и делали – тянули на борт корабля временную линию). А разведывательные воздушные шары (а потом и самолёты)? А связь непосредственно во время движения – на каком-либо транспортном средстве (о персональной связи и речи пока не шло)?

Короче, проблема назрела, и её надо было решать. Тем более что к концу XIX века в мире науки было совершено несколько важных открытий. В частности, в 1888 году немецкий физик Генрих Рудольф Герц (годы жизни 1857—1894) завершил двухлетнюю серию экспериментов с прибором собственной конструкции. Он решил подтвердить практическими опытами теорию электромагнитного поля английского ученого Джеймса Клерка Максвелла (годы жизни 1831—1879). В ходе этих опытов электромагнитные волны, испускаемые проводниками-разрядниками, вызывали искровые разряды между шариками в колебательных контурах. Так было открыто существование электромагнитных волн. Открыто, но не объяснено – долгие годы электромагнитные волны связывали с неким «эфиром», невидимой субствнцией, в которой эти волны и распространялись.

В 1889 году русский ученый Александр Степанович Попов (родился 4 марта 1859 года в посёлке Турьинские Рудники Верхотурского уезда Пермской губернии, сегодня город Краснотурьинск Екатеринбургской области, умер 31 декабря 1905 года в Санкт-Петербурге) вёл курс лекций по электротехнике в Морском инженерном училище в Кронштадте. На лекциях он воспроизвёл опыты Герца, но при этом изменил конструкцию прибора, добиваясь большей чувствительности. В начале 1895 года Попов изобрёл «грозоотметчик», прибор, позволяющий регистрировать приближение грозы на расстоянии до 30 километров. В приборе был использован сконструированный Поповым годом ранее когерер, стеклянная трубка с металлическими опилками. Под воздействием электрического поля приближающейся грозы электропроводимость опилок резко увеличивалась. «Грозоотметчик» состоял из когерера, реле, звонка и длинного вертикального провода, то есть антенны. При улавливании прибором электромагнитных волн от грозовой тучи раздавался звонок. Так был создан первый в мире радиоприемник, который ловил «радиопередачу» грозовой тучи. Оставалось создать передатчик радиосигналов. И вот, 12 марта 1896 года, на заседании физического отделения Российского физико-химического общества, Александр Степанович продемонстрировал действие своего «грозоотметчика» в новом качестве. При помощи простейшего искрового передатчика (гальванического элемента с парой проводников, замыканием которых вызывалась электрическая искра) Попов передал первую в мире радиограмму, принятую «грозоотметчиком» на расстоянии в 250 метров. В радиограмме было всего два слова на «телеграфном языке» Морзе – «Генрих Герц». Изобретение радио стало реальностью…

В те же годы исследованиями радиоволн занимался и другой изобретатель, итальянец Гульельмо Маркони (годы жизни 1874—1937). Известно, что первые практические эксперименты с радиоволнами Маркони поставил в Италии в 1894 году. А в 1896 году, перебиравшись в Англию, он провёл первую практическую демонстрацию своего радиоприемника (искровым передатчиком служил все тот же гальванический элемент с двумя проводками). В 1897 году Гульельмо Маркони получил патент на применение электромагнитных волн для беспроволочной связи.

Несправедливость налицо – Попов был первым… Но здесь надо иметь в виду, где и для кого работал Александр Степанович Попов, и где и для кого трудился Маркони. Попов работал по заданию военно-морского ведомства и его разработки были засекречены. Он просто не мог запатентовать своё изобретение, поскольку был связан обязательствами по сохранению военной тайны. А сами военные власти России перспектив великого изобретения не разглядели. Более того, когда накануне русско-японской войны, в 1905 году, настало время оснастить радиосвязью российские военные суда, аппаратуру (промышленного, а не полукустарного или экспериментального производства!) закупали за границей, в Европе, и не у кого-нибудь, а у самого Маркони, словно никакого изобретения Попова не было вовсе.

В 1900 году Александр Степанович Попов за свои работы в области электротехники получает золотую медаль Всемирной парижской выставки. Здесь же он узнаёт об изобретении Маркони, но не проявляет к проблеме приоритете ни малейшего интереса. Зато интерес к нему самому проявляют иностранцы, до которых дошли слухи об изобретениях учёного. Предложение переехать за границу Попов отверг, заявив: «Я горд тем, что родился русским. И если не современники, то, может быть, потомки наши поймут, сколь велика моя преданность нашей родине и как счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи»… Попов продолжил секретные разработки, совершенствуя аппаратуру и увеличив дальность связи сначала до 44, а вскоре и до 148 километров. Но 31 декабря 1905, накануне нового 1906 года, Александра Попова не стало…

Гульельмо Маркони был частным предпринимателем, военным властям не подчинялся и не был абсолютно ничем не ограничен. Его интересовали не только теория, но и практика, не только чистая наука, но и бизнес. Маркони организует акционерное общество, привлекает немалые капиталы и в считанные годы создаёт полноценную радиопромышленность. Конструкция приёмников и передатчиков совершенствуется. Увеличивается дальность устойчивой связи. Выпускается аппаратура для использования на суше, море и даже в небе. Как ни относись к персоне Маркони, но именно он создал доступную систему радиосвязи. Да и заподозрит его в чём-либо нельзя – не зря же говорят, что великие идеи витают в воздухе. Апофеозом достижений Маркони стала Нобелевская премия. В 1909 году Гульельмо Маркони и изобретатель первого детекторного радиоприемника немецкий физик Карл Фердинанд Браун были награждены самой престижной премией планеты.

Как это ни печально, но в истории изобретений ХХ века подобных случаев, когда открытия наших соотечественников не получили признания на родине, оказалось предостаточно. Вспомним хотя бы Сикорского и Зворыкина, создателей вертолёта и электронного телевидения. И это лишь самые громкие имена.

Как же рассудило Попова и Маркони время? Ну, во-первых заметим, что спора о приоритете изобретения между самими учёными никогда не было. Во-вторых, достаточно вспомнить паровой двигатель Ползунова (1766 год), велосипед Артамонова (1801 год), паровоз отца и сына Черепановых (1834 год). Эти изобретения так и остались удивительными «техническими игрушками», действующими моделями, единичными конструкциями, не получившими известности и сколько-нибудь широкого распространения… Да, радио, скорее всего, изобрёл Александр Степанович Попов – если строго проследить хронологию событий. Но всему миру новую технологию беспроводной связи открыл всё же итальянец Гульельмо Маркони.

Глава 3

Дирижабли – исчезнувшие исполины неба

Принято считать, что ХХ век – это век авиации. Да, конечно, разумеется. Но эпоха воздухоплавания началась на полвека раньше, а именно – в 1850 году, когда в небо поднялся первый в мире управляемый воздухоплавательный аппарат легче воздуха или дирижабль (что в переводе с французского и означает «управляемый»). Об этом аппарате поговорим чуть ниже, а пока снова обратимся к вопросу приоритетов. Почему дирижабль, а не монгольфьер, детище братьев Монгольфье – Жозефа Мишеля (годы жизни 1740—1810) и Жака Этьена (годы жизни 1745—1799). Монгольфьер, воздушный шар, наполненный горячим дымом, первый пилотируемый (к сведению – Жаном Франсуа Пилатром де Розье и маркизом д'Арландом) полёт совершил 21 ноября 1783 года в Париже. Но что значит – «пилотируемый»? Полёт был совершенно неуправляемым. Человек мог влиять на высоту полёта, на сам его факт – подняться в воздух или опуститься на землю, но не более того. Лететь против ветра или под углом к ветру монгольфьер не мог. Первый воздушный шар был в полной мере игрушкой воздушных течений.

К середине XIX века в аэростатах, то есть в неуправляемых воздушных летательных аппаратах легче воздуха, стали использовать вместо горячего дыма водород. Этот газ, который достаточно просто добыть в промышленных и даже кустарных условиях, легче воздуха и обладает всего лишь одним существенным недостатком – он горюч и даже взрывоопасен. Была и ещё одна проблема, на которую вскоре перестали обращать внимание. У монгольфьера, оболочка которого в нижней части открыта, набор или снижение высоты осуществлялся очень просто – надо было лишь притушить жаровню или, наоборот, разжечь её, уменьшив или увеличив тем самым температуру заполняющего оболочку шара газа и, соответственно, подъёмную силу, поскольку горячий воздух легче холодного и стремится вверх. В водородном воздушном шаре газ можно было выпустить через стравливающий клапан и снизить высоту. А вот набрать её снова – увы… Но это была не самая большая проблема.

В 1950 году парижский часовщик по имени Жюльен построил механическую игрушку – первую в мире действующую модель дирижабля. Это была трёхметровая сигарообразная воздухонепроницаемая оболочка, которую изобретатель наполнил водородом. Поскольку Жюльен был часовщиком, вполне понятно, что он в качестве двигателя применил часовой механизм, на вал которого насадил пару гребных колёс (как у парохода). Уравновесив модель балластным грузом, Жюльен завёл пружину и – дирижабль полетел.

Не специалист в области воздухоплавания и тем более аэродинамики (науки, которой в то время попросту не существовало), парижский часовщик, тем не менее, интуитивно выбрал оптимальную форму летательного аппарата – сигарообразную, вытянутую по горизонтали. Но главное его достижение в том, что он, буквально, «завёл» французских энтузиастов. Слух о полёте его модели дошёл до двух приятелей, двух профессионалов воздухоплавания и механики – Эжена Годара (годы жизни 1827—1890) и паровозного машиниста Анри Жиффара (годы жизни 1825—1882). Годар, совершивший к тому времени десятки полётов на усовершенствованных монгольфьерах (их в честь изобретателя и одного из первых в мире воздухоплавателей Жана де Розье, установившего на монгольфьер жаровню постоянного горения, называли «розьерами») и водородных аэростатах, моментально загорелся. А опытный механик Жиффар тут же предложил построить большой аппарат и установить на него паровой двигатель. На постройку дирижабля ушло два года. Прототипом послужила «игрушка» Жюльена – аппарат получил такую же сигарообразную оболочку, к которой при помощи специальной сетки снизу крепилась несущая балка. К балке в свою очередь был прикреплён 160-килограммовый паровой двигатель, сблокированный с компактным паровым котлом. Труба котла была выведена вниз – чтобы искры не повредили оболочку дирижабля и не привели к взрыву водорода. Двигатель развивал мощность в три лошадиные силы и приводил во вращение большой трёхлопастной винт, который Жиффар назвал «пропеллером», что по-французски означает «толкатель» – пропеллер был установлен в задней части балки. Скорость вращения винта составляла 120 оборотов в минуту.

В сентябре 1852 года на парижском ипподроме состоялся первый в мире полёт настоящего полноразмерного дирижабля, управляемого человеком. На глазах толпы зевак Жиффар поднял аппарат на высоту 1800 метров и направил его против ветра. Скорость передвижения не превышала 10 километров в час, но к несчастью в момент испытаний ветер усилился, и дирижабль остановился, а потом двинулся… хвостом назад, к ближайшему лесу. Весь день отважный пилот боролся со стихией. Но к ночи дирижабль отнесло к пригороду Парижа. Здесь, в местечке Траппа, Жифар загасил топку котла, стравил водород и благополучно приземлился.

Было ли это неудачей? С точки зрения Жиффара – да. Но с расстояния в полтора столетия можно сказать, что Анри Жиффар сделал сразу несколько важных для развития воздухоплавания открытий. Первое – он, практически, сразу, без длительных и бесплодных экспериментов разработал классическую конструкцию дирижабля. Вытянутая оболочка, сетка, при помощи которой к оболочке крепится несущая балка, толкающий винт, стравливающий клапан для экстренного снижения высоты… Однако, первые испытания показали – нужен более мощный двигатель, который был бы способен преодолеть силу ветра. И в скором времени французский механик построил второй дирижабль, более внушительных размеров и с более мощным двигателем.

Второй испытательный полёт прошёл бы вполне успешно – дирижабль быстро набрал высоту, горизонтальную скорость и хорошо слушался руля. Но оказалось, что конструктор допустил одну существенную ошибку – он не использовал предохранительный баллонет, вторую оболочку, которая вкладывалась вовнутрь основной. Дирижабль дал течь, аппарат стал быстро терять высоту. Жиффар и его ассистент механик Габриель Ион были обречены. Но в непосредственной близости от земли они проявили завидное хладнокровие – они выпрыгнули из гондолы и уцелели. Потерявший вес дирижабль взмыл в небо и исчез…

В Европе (прежде всего, во Франции) началась настоящая «воздухоплавательная лихорадка». В воздух поднимаются дирижабли самых причудливых конструкций, вроде аппарата Дюпуи де Лома, совершившего полёт в парижском небе в 1872 году. Этот дирижабль примечателен тем, что в нём механического двигателя не было вообще. Восьмиметровый винт со скоростью 40 оборотов в минуту вращали четыре десятка солдат. При полном штиле (время для испытаний выбрали, надо полагать, не случайно) дирижабль двигался со скоростью всего 120 метров в час, но всё же двигался… Вспомним замечательную комедию «Большие гонки». Профессор Фейт и его помощник Макс могли летать на своём «воздушном велосипеде», дирижабле с ножным приводом пропеллера. Но… очень медленно и только в том случае, если объём несущего баллона дирижабля был бы раз в десять больше.

Самый скоростной дирижабль того времени построили французы, братья Гастон и Альфред Тиссандье. Установив на свой летательный аппарат электромотор, они достигли горизонтальной скорости в 15 километров в час. К слову – в 1875 году Гастон Тиссандье (годы жизни 1843—1899) установил рекорд высоты, который продержался несколько десятилетий. Он поднялся на неуправляемом аэростате на высоту в 8600 метров.

Первую промежуточную точку в воздушной гонке поставил французский конструктор и воздухоплаватель Шарль Александр Ренар (годы жизни 1847—1905), который со своим единомышленником и соратником А. Кребсом построил дирижабль «Франция». Этому аппарату впервые в истории освоения неба удалось вернуться к точке взлета. «Франция», также приводимая в движение электродвигателем, могла преодолеть расстояние всего в 20 километров. Но конструкция была во многом революционной. В частности, на этом дирижабле был впервые установлен воздушный винт тянущего типа, то есть расположенный в передней части дирижабля. Позже этот тип воздушного движителя вытеснит толкающий пропеллер. Но это уже другая история – история авиации…

В ХХ веке дирижаблестроение достигло своего расцвета. В ряду великих конструкторов «исполинов неба» можно назвать множество имён. Это не доживший до начала века немецкий изобретатель Герман Вельферт, построивший в 1897 году первый в мире дирижабль с бензиновым двигателем. Конструктор погиб во время испытаний дирижабля – аппарат взорвался от искры из выхлопной трубы…

Давид Шварц, создатель первого цельнометаллического дирижабля. Этот летательный аппарат представлял собой лёгкую и герметичную алюминиевую оболочку с торцевыми конусообразными обтекателями. Сам конструктор до испытаний не дожил – аппарат поднял в воздух его соратник Ренар Плац. Испытания и на этот раз закончились катастрофой, сказалась неопытность Плаца как воздухоплавателя. В критический момент, когда с приводного шкива двигателя соскочил ремень, Плац растерялся и… выпустил из дирижабля водород. Аппарат рухнул на землю, конструктор чудом остался невредимым.

Далее – немец, граф Фердинанд Цеппелин (годы жизни 1837—1917). Первый дирижабль Цеппелин начал строить в 1897 году, а в начале XX века поднял в небо столько величественных летательных аппаратов, что название «цеппелин» стало именем нарицательным, обозначающим дирижабль вообще. Первый дирижабль графа Цеппелина имел гигантские размеры – длину в 128 метров, диаметр в 11,7 метра. Это был цельнометаллический аппарат. Алюминиевые листы несущей оболочки были натянуты поверх легкого трубчатого каркаса. Оболочку Цеппелин разделил на семнадцать изолированных секций, заполненных водородом. Две алюминиевые гондолы крепились непосредственно к оболочке без подвесных опор. Дирижабль оснастили двумя бензиновыми двигателями по 16 лошадиных сил. Испытания состоялись 2 июня 1900 года над Боденским озером. Дирижабль показал скорость в 28 километров в час и отличную управляемость.

Итальянец Умберто Нобиле, генерал, отдавший много сил дирижаблестроению (годы жизни 1885—1978). О, это примечательная личность! Он построил целый ряд отличных летательных аппаратов и лично принимал участие во многих экспедициях. В 1926 году на дирижабле «Норвегия», которым Нобиле командовал, он принимал участие в полярной экспедиции Руала Амундсена, достигшей Северного полюса. В 1928 году Нобиле командовал итальянской экспедицией на дирижабле «Италия», снова достиг Северного полюса, однако, на обратном пути потерпел крушение. Сам Нобиле в этой катастрофе выжил, но его друг, отважный полярный исследователь и первооткрыватель Южного полюса Руал Амундсен в ходе спасательной операции погиб… С 1932 года талантливый конструктор и отважный воздухоплаватель работал в СССР. В 1936 году переехал в США, а после Второй мировой войны, в 1945, вернулся на родину в Италию.

Большие дирижабли строились до середины 30-х годов – в основном на заводах Цеппелина (уже после смерти основателя), летали, перевозили важные грузы и пассажиров. Их эпоха завершилась катастрофой «Гинденбурга» в 1937 году. Построенный годом раньше, в 1936 году, дирижабль «Гинденбург» совершал свой 63-й полёт через Атлантику. Заходя на посадку дирижабль приблизился к причальной мачте. В этот момент между мачтой и корпусом дирижабля возник электростатический разряд, от которого взорвался наполняющий несущую оболочку водород. Гигантский аппарат сгорел в течение 10 секунд, уничтожив десятки пассажиров и членов команды. Эта катастрофа остановила и производство больших дирижаблей, и развитие дирижаблестроения в целом…

Нет, дирижабли строились, строятся и будут строится в будущем. Просто они уже не выполняют функций воздушного транспорта, которые сегодня возлагаются на пассажирские и транспортные самолёты. Дирижабли достаточно редкие, даже экзотические летательные аппараты, применяющиеся в области туризма, развлечений, рекламы и в узких профессиональных областях (например, в дорожном патрулировании – например, в Москве).

И всё же назвать дирижабли транспортом прошлого не поворачивается язык. Это транспорт будущего. Утверждение, между прочим, вовсе не голословное. Дирижабль самое экономичное транспортное средство из всех существующих. Ему не нужны дороги. Не нужны мощные двигатели, потребляющие огромное количество топлива. Проблема безопасности эксплуатации сегодня решена – в дирижаблях применяется исключительно негорючий гелий, а современные материалы позволяют возводить лёгкие, прочные и герметичные корпуса.

Путешествие на дирижабле – неторопливое, почти бесшумное – оставляет неизгладимое впечатление. Так, во всяком случае, говорят немногочисленные пассажиры этих воздушных исполинов (и, добавим, любители воздухоплавательного спорта – полёт на современном воздушном шаре тоже доставляет огромное удовольствие). Опытный воздухоплаватель в подходящие моменты может приглушить двигатели, воспользовавшись попутными воздушными течениями (как использует морские течения капитан парусного корабля). Современный дирижабль очень надёжен и, практически, безопасен. При внезапном выходе из строя двигателя, он способен приземлиться в любом месте без катастрофических последствий. Наконец, если срочность доставки грузов и пассажиров в какую-либо точку планеты большого значения не имеет, то дирижабль становится едва ли ни самым выгодным и очень эффективным транспортным средством.

Впрочем, есть у дирижаблей и весьма серьёзные недостатки. Во-первых, это не всепогодный вид воздушного транспорта. Большая парусность корпуса не позволяет дирижаблю преодолевать грозовые фронты и противостоять шквальным ветрам. Во-вторых, применение гелия – это вынужденная мера. В отличие от водорода, который можно получить при помощи электролиза, разлагая воду на кислород и водород, добыть гелий и сложней, и дороже (его добывают из воздуха сжижением). При этом объёмы газа нужны просто огромные. Скорее всего, это и останавливает конструкторов и производителей от возвращения к летательным аппаратам легче воздуха.

В недалёком будущем, когда проблема нехватки топливных ресурсов планеты встанет особо остро, к дирижаблю обязательно вернутся – как вернутся к большим парусникам, электромобилям, приливным, ветряным и солнечным электростанциям.