История возникновения и развития радио и радиолокации

Эта работа шла в нескольких направлениях, на первых порах трудно отделимых одно от другого, но постепенно выросших в самостоятельные отрасли. Одновременно велись: 1) разработка способов и техники возбуждения слабо затухающих, а затем и незатухающих колебаний, 2) совершенствовались средства обнаружения и выделения колебаний, 3) разрабатывались конструкции антенн, 4) совершенствовались способы воспроизведения и обработки передаваемой информации.

Чем же располагал А.С. Попов, когда  он прокладывал первые пути в изучении этого океана электрических волн? Он работал на волнах, которые в настоящее время называют промежуточными. Применение антенны позволило ему увеличить дальность действия своей аппаратуры, но при этом пришлось отойти от тех воли (метровые и дециметровые), на которых работал Герц. Искровой промежуток Попов включал в передающую антенну, и она возбуждалась па собственной длине волны. Поскольку собственная длина волны вертикального заземленного вибратора-антенны А.С. Попова равна приблизительно учетверенной высоте, антенну старались поднять возможно выше, чтобы увеличить дальность связи. В итоге рабочая длина волны стала измеряться сначала десятками, а затем и сотнями метров.

Для осуществления связи А.С. Попов  применял искровые передатчики с  редкой искрой и сильным затуханием колебаний и приемники с когерером и первыми образцами полупроводниковых детекторов. Располагая столь скудной аппаратурой, А.С. Попов тем не менее наметил обширный план дальнейшего развития радио: радиотелефонию, радиообнаружение, открыл ограничивающее действие помех и суточный неравномерный ход силы принимаемых сигналов. Теорию четвертьволнового вибратора А.С. Попов доложил на I Всероссийском электротехническом съезде 29 декабря 1899 года. Описывая работы по спасению броненосца «Генерал-адмирал Апраксин», А.С. Попов особо отметил в докладе: «Два дня совершенно нельзя было работать от действия атмосферного электричества...». Выдвинутая им задача борьбы за помехоустойчивость радиосвязи остается и теперь одной из главных задач радиотехники.

О втором наблюдении Попова мы узнаем из воспоминаний одного из его современников В.М. Лебедева: «Надо заметить, что уже тогда А.С.Попов знал о значительном улучшении радиосвязи в ночное время, хотя объяснений пока еще и не имел, и поэтому все новые опыты производились исключительно ночью». Таким образом, А.С. Попов установил зависимость дальности радиосвязи от времени суток и открыл ослабление атмосферных разрядов ближе к рассвету.

Эти наблюдения не соответствовали  господствовавшей теории распространения, привязывавшей радиоволны к земной поверхности. Они свидетельствовали о необходимости исследований верхней атмосферы земли, которая только и могла объяснить суточные изменения силы сигналов. Однако на эти наблюдения А.С. Попова было обращено очень мало внимания и исследование их началось гораздо позже.

Предложенный помощником Попова П.Н. Рыбкиным слуховой метод приема радиосигналов на телефонные трубки получил всеобщее признание, так как позволял отличать сигналы от помех, увеличивал дальность связи. Существенной помощью в борьбе с атмосферными помехами было появление в 1906—1909 годах передатчиков с частой искрой и с малым затуханием колебаний. Такие передатчики создавали тональное звучание сигналов, так как музыкальный тон сигналов облегчал выделение их среди помех.

В 1909—1910 годах определился тип  искровых радиостанций, в которых применялись искровые разрядники вращающиеся или дисковые многократные. Прием сигналов производился только на телефонные трубки с помощью кристаллического детектора. Эта почти стабилизовавшаяся аппаратура без существенных изменений продержалась всю первую мировую войну, хотя уже имелись и радиостанции незатухающих колебаний, а в приемной аппаратуре в ряде случаев применялись и электронные лампы в качестве усилителей.

Отличительной особенностью этого  периода было стремление западных государств организовать свои стратегические системы дальней радиосвязи. В России также шло подобное радиостроительство. В 1910 году была осуществлена сеть стратегической радиосвязи, которая связывала Бобруйск с побережьем Балтики, Черного моря и группой радиостанций вдоль западной границы. На Дальнем Востоке были построены радиостанции, соединявшие Хабаровск с Харбином, Николаевском-на-Амуре, Владивостоком и Петропавловском-на-Камчатке. Группа радиостанций воздвигалась вдоль северного побережья России. Предусматривалось также строительство радиостанций в Москве для связи с Баку, Ташкентом и Бобруйском. Кроме того, Москва через Ташкент связывалась с Кушкой на границе Афганистана и через Баку с Ашхабадом и Карсом. Наконец, намечалось построить транссибирскую линию радиосвязи Москва — Хабаровск с установкой ретрансляционных станций в Уржумке, Красноярске и Чите. Таким образом, предполагалось, что к предстоящей войне будет готова необходимая стратегическая радиосеть. Но осуществить все намеченное радиостроительство полностью не удалось, и некоторые радиостанции спешно достраивались во время войны 1914—1918 годов.

Система внутренней радиосвязи России, однако, не имела выхода в Западную Европу. Международные связи России обслуживали иностранные концессионные компании проволочного телеграфа — Северо-Датская и Индо-Европейская, входившие в сеть английской мировой кабельной связи. Между тем подготовка к мировой войне требовала организации собственной прямой международной радиосвязи с будущим союзниками. Осуществить эту задачу собственными силам Россия была не в состоянии. Сказалось отсутствие собственной научно-исследовательской базы, которая могла бы развивать радиотехнику независимо от иностранных фирм.

Временная стабильность искровой радиотехники, достигнутая к 1908—1909 годах за счет применения многократных и вращающихся разрядников, оказалась недолговечной: наступала эпоха незатухающих колебаний, переход к которым должен был явиться радикальным поворотом в направлении развития радиотехники и прежде всего в области дальней радиосвязи, для которой, как тогда считали, нужны очень длинные полны.

Начали строиться длинноволновые сверхмощные радиостанции с огромными  антеннами, подвешиваемыми на 200— 250-метровых мачтах и башнях. Станции стоили 5—10 миллионов рублей, и строить их было под силу только большим электротехническим предприятиям. Передатчики со звучащей искрой уже не годились для таких мощных станций, как ни отстаивала это направление фирма Маркони. Место искровой техники стали занимать дуговые и машинные генераторы незатухающих колебаний.

Переход на работу незатухающими колебаниями  явился очередным этапом развития радиотехники. Дуговые генераторы были разработаны сначала в Европе, а машины высокой частоты появились впервые в США. Несколько позже в России машины высокой частоты начал изготовлять В.П. Вологднн на заводе Дюфлон в Петербурге.

Межконтинентальные  мощные радиостанции строились для  работы на волнах длиной 20—30 км и были оборудованы машинами высокой частоты и дугами. Тогда еще никто не мог представить себе, что новые мощные, великолепно оборудованные радиостанции-гиганты на самом деле представляют собой в принципе порочное направление развития радиотехники и в недалеком будущем от них придется отказаться. Но это выяснилось позднее, а в годы перед первой мировой войной и во время нее шло ожесточенное соревнование между Германией и Англией (фирмы «Телефункен» и Маркони) в области строительства длинноволновых радиоцентров. Однако фирма Маркони опиралась на быстро стареющие искровые радиостанции, тогда как германская фирма «Телефункен», купив патенты на дугу и машину, выступала с более прогрессивными системами высокочастотных генераторов. В 1912 году фирмы договорились о разделе сфер влияния: «Телефункен» получает рынки южного полушария, фирма Маркони — северного, но борьба продолжалась в скрытой форме.

Объявленная в 1914 году война прервала все переговоры и еще более обнажила глубокие противоречия, давно назревшие в  русской радиотехнике. В России не было лабораторной базы, не было национальной радиопромышленности, и правительство не стремилось создавать ее, предпочитая привычные и удобные заказы иностранным фирмам. Эти фирмы и подавно не намеревались развивать в России научно-исследовательскую деятельность. Они импортировали «новинки» из своих заграничных лабораторий, сбывали в Россию устаревшую аппаратуру, стремясь использовать русских радиоспециалистов только как исполнителей, установщиков, монтажеров.

Между тем, ученики  А.С. Попова продолжали подготовку кадров радиоспециалистов. Их выпускали два высших военных училища — Офицерская электротехническая школа в Петербурге и Минный офицерский класс в Кронштадте, а также Петербургский электротехнический институт. Русские инженеры работали на радиотелеграфном заводе Морского ведомства, служили во флоте, на радиостанциях почтового ведомства и в армейских радиодивизионах.

Такое прогрессивное  начинание, как организация русского радиотелеграфного завода Морского ведомства, проложило себе дорогу, несмотря на многочисленные препятствия. Война, нарушив эти связи, активизировала русских радиоспециалистов. В условиях старой России это оживление могло быть только временным, так как царское правительство не намеревалось менять свое отношение к отечественной промышленности и закрывать доступ на русский рынок иностранным фирмам. Продолжал даже работать, не будучи национализированным, завод немецкой фирмы «Сименс Тальекс», так как он именовался «русским»,

В годы первой мировой  войны в радиотехнике начался  один из тех редких технических переворотов, которые на первых порах ничем не примечательны. Этот переворот в радиотехнике был произведен электронной лампой.

Впервые такую  лампу с двумя электродами  — накаленной нитью и анодом —  предложил в 1904 году английский ученый Флеминг как новый прибор для  детектирования электромагнитных волн. Истинные возможности электронной лампы были открыты лишь в 1906 году, когда американский инженер Ли де Форест ввел в нее третий электрод — управляющую сетку. Такая лампа могла уже работать в качестве усилителя слабых колебаний, а затем (с 1913 года) и в качестве возбудителя (генератора) незатухающих колебаний.

Во время войны  на Тверской военной радиостанции группа военных радиоинженеров (В.М. Лещинский, М.А. Бонч-Бруевич, П.А. Остряков) с помощью ученика Попова профессора В.К. Лебединского начали изготовлять отечественные радиолампы и строить приемники для приема незатухающих колебаний. Применение электронных ламп как бы открыло окно в стене: зазвучали отдаленнейшие станции, прием которых оказался возможным благодаря усилению слабых сигналов электронной лампой. Маленький генератор с электронной лампой (гетеродин) упростил задачу приема незатухающих колебаний.

Все же появление  электронных ламп вначале не сказалось  на направлении развития дальней радиосвязи. Во время войны стало ясно, что проволочные и кабельные линии очень непрочны, поэтому после первой мировой войны фирмы многих государств возобновили строительство мощных машинных и дуговых радиостанций.

В таком состоянии  радиотелеграфная связь находилась до Октябрьской революции. После революции и окончания первой мировой и гражданской войн началось развитие радиотехники на базе электронных приборов. Это соединение изобретения Попова с электроникой дало возможность осуществить массовое радиовещание, кругосветную радиосвязь и ряд новых видов радиосвязи.

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 научно-технические 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 научно-исследовательский  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 кВт. 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 служила 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.