ИРСС, Л4, стр. 1
Лекция 4. История электрического телеграфа
Вопросы занятия:
4.1. Роль российских ученых в становлении электрического телеграфа. Электрические телеграфные аппараты и их внедрение на ЖДТ,
4.2. Телеграфные аппараты С. Морзе, Д. Юза и
Ж Бодо
Роль российских ученых в становлении электрического телеграфа. Электрические телеграфные аппараты и их внедрение на ЖДТ,
ИЗОБРЕТЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ТЕЛЕГРАФОВ
В конце XVIII в. в физике уже были изучены основные свойства электричества и обнаружена его способность с огромной скоростью распространяться по металлическим проводникам. Поэтому внимание экспериментаторов и изобретателей привлекло это новое явление.
По-видимому, первым, кто сделал попытки использовать электростатические явления для связи, был шотландский изобретатель Чарлз Моррисон, опубликовавший в 1758 г. сообщение с предложением передавать по проводам электрические заряды, под действием которых
ИРСС, Л4, стр. 2
металлические шарики на приемном аппарате притягивали легкие бумажные таблички с изображением букв алфавита.
К 1795 г. относится попытка французского инженера А. Бетанкура построить в Испании между Мадридом и Аранхуэсом линию электростатического телеграфа по проекту испанского инженера Франсиско Сальва. Оригинальную модель электростатического телеграфа соорудил английский физик и астроном Фрэнсис Рональде. Электростатические телеграфы были настолько громоздки, сложны и крайне неустойчивы в работе, что их существование не вышло за границы эксперимента.
Мысль изобретателей обратилась к открытию гальванического тока. В 1801г. упомянутый выше Ф. Сальва построил модель телеграфного аппарата, работа которого была основана на электрохимическом действии тока. Источником Сальвы тока у Ф. служил вольтов столб, а телеграфная линия состояла из нескольких хорошо изолированных проводов, присоединенных на приемном конце к вольтметрам.К 1801-1804 гг. относятся опыты по созданию электрохимического телеграфа мюнхенским физиком и анатомом С. Земмерингом. Он использовал явление выделения пузырьков газа на электродах при пропускании
ИРСС, Л4, стр. 3
через электролиты гальванического тока. Один из первых аппаратов Земмеринга [13] имел гальваническую батарею (вольтов столб) и переключатель, посредством которого батарея могла присоединяться к любым из тридцати пяти проводов (по числу букв немецкого алфавита), образующих телеграфную линию. Приемный аппарат состоял из стеклянной ванны с подкисленной водой, в которой находились концы проводов линии. При прохождении тока пузырьки водорода появлялись у соответствующей пары проводов и позволяли судить о том, какая буква передана. Земмеринг воспользовался этим же электрохимическим свойством тока для конструирования вызывного устройства, принцип действия которого состоял в том, что пузырьки водорода при подаче тока в вызывную пару проводов попадали в особую «ложку», которую они приподнимали, тем самым приводя в действие звонок. Телеграф Земмеринга должен был, по замыслу автора, обеспечить непосредственную передачу букв алфавита. Однако трудности построения линии из 35 проводов были настолько велики, что изобретателю не удалось добиться практического применения своего телеграфа. Даже уменьшение числа линейных проводов до 10 и введение кода (1811 г.), несколько упростившее
ИРСС, Л4, стр. 4
конструкцию аппаратуры, не позволили электрохимическому телеграфу Земмеринга выйти
из стен лаборатории. Работы Земмеринга, широко известные в научных кругах, вызвали большой
интерес и стимулировали поиски новых методов передачи сообщений.
В 1820 г. Швейггер сконструировал новый физический прибор - мультипликатор, т. е. многовитковую воздушную катушку с помещенной внутри магнитной стрелкой. Мультипликатор позволял обнаруживать очень слабые токи. Он не только вошел в арсенал важнейших физических и электроизмерительных приборов, но и стал родоначальником всех последующих устройств, включающих в себя электромагниты. Мультипликатор стал важнейшим элементом первых электромагнитных телеграфов.
В 1820 г. А. Ампер высказал мысль, что если использовать столько проводников со стрелками, сколько букв в алфавите, то можно, «помещая каждую букву на отдельной стрелке, устроить своего рода телеграф с помощью одного вольтова столба» [14].
Осуществляя идею Ампера, многие изобретатели того времени предложили несколько систем электромагнитного телеграфирования, однако ни одна из них не оказалась жизненной.
ИРСС, Л4, стр. 5
Телеграф Павла Львовича Шиллинг
Изобретение практически пригодного электромагнитного телеграфа связано с именем русского ученого и изобретателя П. Л. Шиллинга.
а) б)
Рис. 4.1. Портрет П.Л. Шиллинга (а) и рисунок Шиллинга, выполненный А.С. Пушкиным (б)
Шиллинг – разносторонний ученый, востоковед. Он разработал надежную изоляцию проводов, для подземных и подводных кабелей, создал дистанционный электрический запал для мин. Дистанционные минные взрыватели применялись в русско- турецкой войне.
Шиллинг навсегда вошел в физическую науку не только как изобретатель электрического запала, но и, это главное, как создатель первого в
ИРСС, Л4, стр. 6
мире практически пригодного электромагнитного телеграфа. К идее создания этого аппарата он пришел на основе изучения работ Эрстеда, обнаружившего связь между электрическими и магнитными явлениями и установившего принципиально новый и важный факт отклонения магнитной стрелки под действием электрического тока. В целях практического осуществления этого явления для телеграфии нужно было на одной станции установить источник тока, а на другой, соединенной с первой изолированными проводами,— столько магнитных стрелок, сколько нужно было передавать знаков. Эта идея, высказанная Ампером, и была впервые конструктивно разработана Шиллингом.
Его телеграф состоял из двух частей — передатчика и приемника, соединенных 8 проводами. Количество проводников было значительно меньше числа передаваемых символов, поскольку было использование кодирование символов бинарным кодом. Причем, для передачи использовались только шесть проводов. Позже это количество проводов было уменьшено до двух, а затем, в 1838 г., и до одного, когда было установлено, что другим проводом может служить Земля. Передача осуществлялась при помощи восьми пар клавиш белого и черного цвета, соединенных проводами с мультипликаторами на приемной
ИРСС, Л4, стр. 7
станции (седьмая пара соединялась с обратным проводником, а восьмая служила для вызова).
Внутри мультипликаторов находились магнитные стрелки, подвешенные на шелковых нитях; на них же выше над катушками были укреплены картонные кружки, окрашенные с одной стороны в белый, а с другой — в черный цвет.
Рис. 4.2. Схема одной ячейки телеграфа Шиллинга
Нажимая, например, на черную клавишу, отправитель пропускал электрический ток от
ИРСС, Л4, стр. 8
батареи, включенной в цепь, через катушку мультипликатора, в результате чего магнитная стрелка и соответственно кружок поворачивались в одном направлении; при нажатии на белую клавишу — в другом. При выключении тока кружок становился ребром в виде черточки. Из сочетания кружков и черточек была создана условная азбука, вполне пригодная для практических целей.
Первый опыт использования аппарата произошел 9 октября 1832 года. Первая в мире электрическая телеграфная связь была проложена между зданием Министерства путей сообщения и Зимним дворцом в Петербурге, что является очень важным моментом для ж.д. транспорта. Это была первая в мире линия электрического телеграфа. 7 августа 1839 г., уже после смерти Шиллинга (1837г.), была открыта первая в мире линия подводного телеграфа между Петербургом и Кронштадтом была открыта 7 августа 1839 г.
Рис. 4.3. Общий вид телеграфа Шиллинга
ИРСС, Л4, стр. 9
Работы Шиллинга имели большое значение для развития телеграфии и явились толчком для исследователей и изобретателей в этой области. В 1835 г. Шиллинг широко демонстрировал свое изобретение на Западе. Этим не замедлил воспользоваться англичанин Кук. Внеся незначительные изменения в скопированную им модель телеграфного аппарата русского физика,
он приписал это открытие себе, организовал компанию и развернул обширную деятельность по эксплуатации телеграфа.
В 1837 г., на пять лет позже изобретения Шиллинга, был создан получивший широкое распространение телеграф Морзе.
Большой интерес представляют разработанные Шиллингом телеграфные коды, которые побудили известного русского математика В.Я. Буняковского «заняться разработкой «сочетательной аналитики» и тем самым положить начало математическому исследованию проблемы кодирования - одной из важнейших проблем современной теории информации.
Опыты по использованию электросигналов для передачи сообщений проводились и за рубежом. Одно из таких великих изобретений было предложено американским ученым – С. Морзе, который в 1837 году разработал свой
ИРСС, Л4, стр. 10
· оригинальный код, ставший впоследствии первым стандартом в области телеграфии, и предложил конструкцию передаваемого аппарата. После изобретения радио (1895 г.), изобретение Морзе использовалось вплоть до наших дней, нам всем так хорошо известное по позывным SOS от кораблей терпящих бедствие. Только несколько лет назад на флоте была отменена «морзянка». К сожалению, исключить роль человека как элемент приема сигнала так и не удалось.
Дальнейшее развитие электросвязи связано с именем гениального русского ученого Б.С. Якоби (рис. 4.4), который разработал буквопечатающие аппараты и заложил основные принципы в телеграфии, такие как – понятие равномерного кода, синхронизации, распределители и т.д.
Рис. 4.4. Борис Семенович Якоби (1801-1874 гг.) И звестный русский ученый, физик и электротехник, изобретатель многих электротехнических приборов и аппаратов Б. С. Якоби в 1840 г. предложил самозаписывающий
ИРСС, Л4, стр. 11
электромагнитный приемный телеграфный аппарат с фиксацией сообщений на особой бумажной ленте электрохимическим способом. Однако этот аппарат не получил практического применения [19].
Б. С. Якоби изобрел также электромагнитный пишущий аппарат, в котором главным элементом был электромагнит с железным сердечником, приводивший в действие пишущее приспособление, оставлявшее ломаную линию на подвижном экране из белого матового стекла. Во время работы аппарата каретка с
экраном с помощью часового механизма перемещалась по особым рельсам. Когда обмотка электромагнита была обесточена, грифель пишущего механизма находился в верхней части экрана, а при прохождении тока сдвигался в нижнее положение. Кроме того, каждое срабатывание электромагнита сопровождалось звонковым сигналом.
На рис. 4.5 показана схема буквопечатающего аппарата Б.С. Якоби.
Применение телеграфа на железнодорожном транспорте полным ходом началось в 1845 году, а к 1852 году начались систематические передачи между телеграфными станциями при вокзалах Николаевской ж.д. (ныне Октябрьская ж.д.), где к
ИРСС, Л4, стр. 12
этому году работало уже 74 телеграфных аппарата.
Рис. 4.5. Схема буквопечатающего аппарата Б.С. Якоби
Работы по усовершенствованию телеграфного оборудования продолжались учеными разных стран и были направлены на повышение скорости телеграфирования и увеличения пропускной способности каналов связи. Так в 1855 году создается новый телеграфный аппарат, автором которого выступает американский ученый Д.Юз, а через год в 1856 англичанин Уитстон предлагает свою усовершенствованную схему телеграфирования. Но симплексные буквопечатающие аппараты Бодо и Юза не
ИРСС, Л4, стр. 13
позволяли передавать сообщения на большие расстояния.
Русские ученые так же работали над усовершенствованием телеграфной связи. В 1958 году З.Я Слонимский предлагает схему
двойного встречного телеграфирования, что в два раза позволяет повысить пропускную способность линии.
В 1874 г. Французский ученый Ж.Э.Бодо (БОДО (Baudot) Жан Морис Эмиль (1845 – 1903)) предлагает использовать синхронный многократный телеграфный аппарат и тем самым закладывает основы применения методов временного уплотнения.
А в 1880 году русский ученый Г.Г. Игнатьев разрабатывает схему одновременного телеграфирования по одной паре проводов, т.е. фактически закладывает основы частотного уплотнения линий связи.
К 1917 году на железных дорогах России при общей протяженности 70 км работало порядка 15000 телеграфных аппаратов различного типа в том числе Морзе, Бодо и Юза.
Революция и последовавшая за ней гражданская война в России на несколько лет притормозила создание и изобретение новой техники телеграфирования. Тем не менее в 1921 году механик Ленинградского телеграфа Л.П.
Рис.4.5. А.Ф. Шорин
|
ИРСС, Л4, стр. 14
Трусевич разрабатывает аппарат с клавиатурой пишущей машинки. Затем появляются аппараты А.Ф. Шорина (рис.4.5), получившие название стартстопные (Ш-29, Ш-32).
А.Ф. Шорин является также автором советского звукового кино, разработчиком первых советских РЛС, разработчиким зенитного оружия для ВМФ.
А в 1931 году появляется стартстопный аппарат инженера Л.И. Тремля (БТА-31). В 1935 году в Ленинграде был разработан телеграфный аппарат ленточного типа – СТ-35, который в последствии был модифицирован конструкциями СТ-2М и СТА-М67.
Затем появились такие электромеханические разработки как Т-63 (телетайп шкафного типа, использующий вывод информации на рулонную бумагу и имеющий в своем составе перфоратор, трансмиттер и печатную машинку с литерами для ввода информации) и РТА- 80 – настольный аппарат, имеющий две скорости передачи 50 и 100 бод, клавиатуру для ввода информации, также использующий рулонную бумагу и перфоленту.
ИРСС, Л4, стр. 15
На смену которым пришли электронные устройства такие как Ф-110 и Ф-1500, аппараты немецкого производства.
В наши дни используются для передачи сообщений автоматизированные места телеграфиста, представляющие собой
аппаратно-программный комплекс, выполненный на базе современного компьютера.
