История средств связи

В те же годы регулярное радиовещание появилось в Аргентине, Бразилии, на Кубе, в Мексике, Перу, Уругвае. В 1926 г. оно существовало во всех латиноамериканских странах.

В 1920-е годы началось радиовещание в Австралии и Африке.

Если в 1921 в мире насчитывалось лишь около 50 тысяч любительских радиоприемников, то в 1922 г. их было уже 600 тысяч, в 1925 г - 4 млн., в 1927 г. - 6 млн.

Наиболее быстро этот процесс развивался в США. В 1923 г. здесь имелось около полумиллиона радиоприемников, в 1926 г. 5 миллионов, в 1930 г. - 12 млн., накануне Второй мировой войны - более 25 млн. В 1920 г. население США составляло 106 млн. чел., в 1940 г. - 132. Если в 1920 г. радиоприемники представляли собою большую редкость, то в 1940 г. их имело подавляющее большинство семей: 90% в городе и около 70% в сельской местности.

До середины 20-х годов развитие частного радиовещания в Германии сдерживалось существовавшим законодательством. После того, как в 1926 г. оно было пересмотрено, Германия тоже встала на путь радиофикации. В 1929 г. в ней было более 2,5 млн. радиоприемников, к 1933 г. - 4 млн., через десять лет - 16 миллионов.

В Японии к концу 1941 г., когда страна вступила во Вторую мировую войну, имелось около 6,5 млн. радиоприемников.

Аудитория первых радиостанций была невелика. Между тем обнаружилось, что радио позволяет оперативно передавать информацию за сотни и тысячи километров. Стало очевидно и то, что со временем оно может стать конкурентом периодической печати.

В связи с этим, не дожидаясь, когда радиоприемник получит такое же распространение, как журнал и газета, правительства некоторых стран становятся на путь использования так называемого проводного или кабельного радио.

По сути дела речь шла о подключении радиовещательных станций к телефонным линиям и организации с их помощью передачи информации для более широкого круга лиц, чем владельцы радиоприемников.

Одним из достоинств проводного радио заключалось в том, что оно позволяло распространить влияние официальной идеологии на тех, кто не выписывал и не читал официальных газет, и даже на тех, кто вообще не умел читать.

В Москве первый опыт радиовещания был предпринят в 1922 г. С 1924 г. оно стало регулярным. Первоначально количество радиоточек было невелико - 70 тысяч составляли эфирные радиоприемники, 22 тысячи - репродукторы. Положение дел изменилось в годы первых пятилеток. В 1940 г. общее количество радиоточек увеличилось до 7,0 млн., в том числе радиоприемников до 1,1 млн., репродукторов - до 5,9 млн.

Примерно 75% всех радиоточек находилось в городе, 25% в деревне. Поскольку к этому времени численность населения страны достигала 190 млн. чел. и средняя советская семья составляла около 4 человек, то 6 млн. репродукторов приходилось примерно на 50 млн. семей. Иначе говоря, радиофикацией было охвачено примерно 12% населения. А поскольку в городах проживало около трети населения страны, это значит, что радиофикация даже в городах затронула в лучшем случае четверть населения.

Поэтому во всех столицах союзных и автономных республик, в краевых, областных и районных центрах для передачи с их помощью официальных сообщения и трансляции в праздники музыкальных передач репродукторы были установлены на улицах.

Великая Отечественная война задержала развитие не только телефонии, но и радиовещания. Но уже к 1950 г. довоенный уровень был восстановлен и превзойден. К этому времени в стране имелось 1,8 млн. радиоприемников и 9,7 млн. репродукторов, в 1955 г. соответственно 6,1 и 20,4 млн., в 1960 г. - 27,8 и 30,8 млн., в 1970 г. - 48,6 и 46,2

Принимая во внимание, что к 1960 г. население страны составляло около 210 млн. чел., а к 1970 г. увеличилось до 240 млн. и учитывая, что средняя советская семья того времени составляла около 4 человек, мы получим 50 млн. семей в первом случае и 60 млн. - во втором. Это значит, что в 50-е годы радиофикация нашей страны была завершена.

Немного медленнее развивался этот процесс в масштабах всей планеты. В 1960 г. на 750 млн. семей приходилось 350 млн. радиоприемников. К середине 1970-х численность семей увеличилась примерно до одного милллиарда, а количество радиоприемников до 850 млн. Из этого явствует, что в 60-е гг. радио стало обычным явлением не только в СССР, но и во всем мире. К 2000 г. на 6 млрд. человек населения планеты приходится полтора миллиарда радиоприемников.

Вторая половина XX в. характеризовалась не только завершением радиофикации, но крупными переменами в радиотрансляции, связанными с совершенствованием модуляции.

Как мы уже знаем, модуляция - это изменение амплитуды, частоты и фазы электромагнитных колебаний высокой, несущей частоты под влиянием колебаний более низкой частоты.

«Начиная с первых опытов Герца и Попова вплоть до середины 30-х годов, управление колебательными движениями при передаче сигналов было основано на изменении интенсивности колебаний, т.е. применялась амплитудная модуляция».

Можно встретить мнение, что первоначальное использование амплитудной модуляции объясняется «в основном тем, что в передающих устройствах ранних типов изменение амплитуды высокочастотных колебаний выполнялось более легко, чем управление частотой или фазой». Однако на самом деле все было еще проще, «на заре радиотехники» изучением модуляции никто не занимался, поэтому не возникал даже вопрос о необходимости подразделения ее на виды.

И только по мере того, как происходило освоение эфира и постепенно открывалась перспектива исчерпания возможностей использования длинных и средних волн, ученые начали задумываться над тем, как расширить возможности нового вида связи. Тогда модуляция стала предметом специального изучения. И только тогда обнаружилось, что она может быть трех видов: амплитудная, частотная и фазовая. Первые исследования в этой области появились в 1915-1916 гг.

Главное различие между амплитудной и частной модуляцией заключается в том, что при амплитудной модуляции основные характеристики передаваемого информационного сигнала выражаются с помощью изменения амплитуды электромагнитных колебаний, при частной модуляции амплитуда электромагнитных колебаний остается без изменений, а содержание информационного сигнала передается с помощью изменения частоты электромагнитных колебаний.

«История ЧМ и ФМ как новых типов модуляции. - пишут авторы «Очерков истории радиотехники», - начинается с конца Первой мировой войны (1918-1919 гг.), когда вопросом частотной модуляции занялись в связи с приобретавшей все более важное значение проблемой уплотнения эфира».

Изучение частотной модуляции обнаружило, что она, во-первых, «позволяет избавиться от помех и получить высокое качество воспроизведения звука», а во-вторых, «дает возможность уменьшить излучаемую мощность сравнительно с системами амплитудной модуляции».

Однако переход от амплитудной модуляции к частотной сдерживало то, что она возможна только на ультракоротких волнах. Между тем ультракороткие волны начали использовать лишь в 20-30-е годы, когда был исчерпан диапазон сверхдлинных, длинных и средних волн и появилась возможность использования в качестве генератора частотной модуляции электронных радиоламп.

Большой вклад в изучение этого вида модуляции внес американский физик Эдвин Говард Армстронг. К 1935 г. он разработал методику ее практического использования в радиотехнике, а в 1937 г. построил первую радиовещательную станцию с частотной модуляцией. После успешного экспериментального испытания этой станции правительство США в 1939 г. утвердило государственные стандарты на частотную модуляцию.

За США последовали другие страны. После Второй мировой войны частотная модуляция стала самым распространенным способом передачи радиосигналов.

В 90-е годы, когда переход к ней был завершен, в радиовещании тоже началась цифровая революция.

5. Мобильная связь

Возникновение радио привело к появлению не только радиотелеграфа и радиовещания, но и радиотелефона, а развитие радиотелефонии имело своим следствием возникновение подвижной или мобильной телефонной связи.

Обычно ее зарождение относят к 1921 г., когда в США появились полицейские машины с рациями.

Однако зарождение мобильной телефонной связи произошло еще раньше. Вспомним, что американские военные корабли стали оснащать радиотелефонами уже в 1907-1908 гг. А в 1911-1912 гг. под руководством русского физика Н.Д. Папалекси была создана рация для самолетов.

Первая гражданская служба подвижной телефонной связи появилась в 1946 г. в США (Сент-Луис). В Европе (Швеция) подобная же служба начала действовать в 1956 г.

Первоначально подвижная связь была очень громоздкой и дорогой. Достаточно сказать, что мобильные телефонные аппараты даже без источника питания весили до 30-40 кг. «Прибор, - говорится в «Истории создания сотовой связи», - состоял из приемника, передатчика и логического устройства, установленных в багажник автомобиля, с номеронабирателем и телефонной трубкой, зафиксированными на щитке, висящем на обратной стороне переднего сиденья. Это было похоже на разъезды с полной телефонной станцией в автомобиле».

К этому следует добавить, что радиус действия подвижной связи был тогда невелик: до 30 км, а соединение абонентов производилось вручную, как на заре телефонной связи до появления АТС.

Кроме громоздкости и дороговизны первых мобильных телефонов, а также несовершенства системы коммутации, развитие подвижной связи сдерживало и то, что в первые годы своего существования она использовала длинные, средние и короткие волны, которые к тому времени уже были заняты. Поэтому дальнейшее развитие подвижной связи стало возможным только при переходе на УКВ.

В результате первоначально мобильная радиотелефонная связь обслуживала главным образом государственные ведомства: министерство обороны, спецслужбы, органы внутренних дел, пожарную инспекцию, скорую медицинскую помощь.

Важную роль в ее развитии сыграла идея «сотового принципа организации подвижной связи», которую еще в 1947 г. предложил американский изобретатель Д. Ринг.

Идея Д. Ринга сводилась к следующему: «территория покрытия разбивается на небольшие участки (соты), каждый из которых обслуживается собственным маломощным приемопередатчиком фиксированного радиуса действия. В одной соте устанавливается аппаратура с определенным набором частотных каналов, в соседней соте - станция с набором каналов, отличным от первого. В третьей соте, граничащей со второй, но не граничащей с первой, ставится передатчик с набором каналов, характерным для первой соты, и т.д. «Такой принцип» позволял «решить сразу две проблемы: во-первых, обеспечить на всей территории покрытия приблизительно одинаковый уровень качества связи и, во-вторых, повторно использовать без всяких помех одни и те же частотные каналы в разных сотах».

Дальнейшее совершенствование этой идеи связано с изобретениями сотрудника фирмы Motorola Генри Магунски (система связи с контролем перенесения мощности, американский патент 2. 734. 131- 1956 г.) и сотрудника фирмы Bell Telephone Laboratories Р.А. Чаннея (автоматическая радиотелефонная система переключения, американский патент 3. 355. 556 - 1967 г.)

Только после этого появились первые системы подвижной связи с автоматической коммутацией.

В 1969 г. состоялась телекоммуникационная конференция стран Северной Европы (Дания, Финляндия, Исландия, Норвегия и Швеция), на которой был утвержден проект создания системы подвижной связи NMT-450.

В декабре 1971 г. компания «Белл систем» представила в Федеральную комиссию США по связи доклад с описанием своей системы мобильной радиотелефонной связи, которая затем получила название сотовой.

Рассмотрев этот доклад, федеральная комиссия в 1974 г. приняла решение выделить для сотовой связи необходимое эфирное пространство. В 1978 г. в Чикаго была открыта первая экспериментальная линия сотовой связи на 2 тысячи абонентов.

Однако первая коммерческая линия мобильной связи была сдана в эксплуатацию не в США, а в Саудовской Аравии, причем на основе технологии, разработанной в Скандинавии. Произошло это 1 сентября 1981 г. В том же году сеть NMT-450 открылась в Финляндия, Швеция, Норвегия, Дания, Исландия.

Только после этого мобильная связь общего пользования стала распространяться в других странах, в том числе в США. Причем в Европе получил распространение скандинавский стандарт сотовой связи NMT-450, в Америке - американский AMPS.

Системы, способные обеспечивать не только локальную (в пределах города, района, области), но и глобальную связь (в пределах страны, континента, мира) получили название РОУМИНГ. Скандинавские специалисты сразу же поставили перед собою задачу обеспечить международный роуминг, поэтому их разработки получили более широкое распространение и стали терять абонентов только тогда, когда на смену мобильной связи первого поколения пришла мобильная связь второго поколения.

Поскольку первоначально одним из препятствий на пути распространения подвижной связи были размеры и вес мобильного телефона, на протяжении многих лет велась работа, направленная на сокращение этих параметров. Однако ее результаты долгое время оставались весьма скромными. К началу 70-х годов вес телефона удалось сократить лишь до 14 кг.

В средствах массовой информации до сих пор расписывается, как в апреле 1973 года один из руководителей фирмы Motorola Мартин Купер, прогуливаясь в присутствии журналистов по одной из нью-йоркских улиц, вдруг достал телефонную трубку без проводов и позвонил в офис компании AT&T Bell Labs. Пригласив к телефону руководителя ее исследовательского отдела Джоэля Энгеля, он сообщил ему о достигнутом успехе.

В одних публикациях утверждалось, что при этом Д. Энгель потерял дар речи, в других, что М. Купер хорошо слышал, как последний от злости заскрежетал зубками. На самом деле разговор прошел вполне корректно. И Д. Энгель поздравил соперников с победой.

И хотя продемонстрированный журналистам мобильный телефон даже без источника питания весил более килограмма и позволял вести разговор только в течение получаса, это был технический прорыв. Но понадобилось почти десять лет, чтобы довести этот аппарат до необходимой кондиции.

К массовому выпуску миниатюрных мобильных телефонов Моторола приступила только в 1983 г. Это был аппарат Dyna TAC 8000, впервые продемонстрированный 6 марта 1983 г. С блоком питания телефон весил 794 грамма, он имел длину 33 см, ширину - около 9 см, толщину - 4,5 см, мог работать в течение часа и находиться в режиме ожидания до 8 часов. Стоил он 3995 долларов.

Мобильные телефоны первого поколения имели аналоговый характер, отличались слабой помехоустойчивостью и были открыты для прослушивания. К тому же первоначально существовало несколько десятков не совместимых между собой сотовых сетей, частотные диапазоны которых были перегружены.

В связи с этим уже в 80-е годы был поставлен вопрос о необходимости перехода к мобильным телефонам второго поколения.

Главная особенность мобильных телефонов второго поколения заключалась в использовании цифровой передачи звуковых сигналов. Она позволила обеспечить качественную передачу звука на любое расстояние и сделала невозможным прослушивание радиотелефонного разговора обычным средствами.

Первые шаги на пути перехода к цифровой сотовой связи относятся к началу 1990-х гг.

Цифровая революция развивался настолько быстро, что к концу 90-х годов соотношение между телефонами первого и второго поколений на планете составило 30 и 70%. Особенно быстро эти перемены происходили в Западной Европе, где к концу 90-х годов на долю аналоговых телефонов приходилось менее 10% всех мобильных телефонов. В России к 2000 г. это соотношение составило 40 и 60%, а в США 28 и 72%.

В 1991 г., когда начался переход к мобильным телефонам второго поколения, насчитывалось всего лишь 16 млн. мобильных телефонов.

В 1992 г. их было 23,0 млн., в 1993 г. - 34,2 млн., в 1994 г. - 54,8 млн., в 1995 г. - 86,4 млн., в 1996 г. - 136,1 млн., в 1997 г. - около 200 млн., в 1998 г. без Японии - 305 млн.

В 1994 г. мобильные телефоны составляли около 10% всех телефонных аппаратов. В 2000 г., когда завершился переход от мобильных телефонов первого поколения к мобильным телефонам второго поколения, из 1350 млн. телефонов мобильные составляли около трети. В 2003 г. общее количество телефонов достигла 2,7 млрд., а мобильных - 1,5.

В результате мобильный телефон оттеснил обычный стационарный телефонный аппарат на второе место.



ЛЕКЦИЯ 6. ТЕЛЕВИДЕНИЕ

План

1. Изобретение фототелеграфа

2. От Артура Корна до Бориса Розинга

3. Создание механического телевидения

4. От механического телевидения к электронному

5. Создание цветного телевидения

ЛИТЕРАТУРА

А) Обязательная

Островский А.В. История средств связи. Учебное пособие. СПб., 2009. С.114-136

Б) Дополнительная

Акопян А.С. Ованес Адамян. Изобретатель цветного телевидения и радиофототелеграфа. Ереван, 1981. С.35.

Блинов В.И., Шувалов В.А. Б.Л. Розинг. М., 1991.

Быховский М.А. Ученый и государство - удивительная судьба Л.С. Термена / Электросвязь: История и современность. 2006, №1(4)

Гоголь А.А., Урвалов В.А. Павел Васильевич Шмаков. М., 2002.

Новаковский С.В. Хроника развития механического телевидения// Электросвязь. 1996. №11.

Новаковский С.В. К 100-летию В.К.Зворыкина// Техника кино и телевидения. 1999. №10.

Рохлин А.М Так рождалось дальновидение // Сайт Кафедры телевидения и видеотехники СПбГУТ (http://www.tv.sut.ru/index.php?option).

Questions d`Histoire de la Television. Anthologie: Les premiers texts scientifiques sur la Television // Lange A. Histoire de la Television. 2000 (http: //histv. free.fr)

1. Изобретение фототелеграфа

На протяжении столетий человек пытался запечатлеть окружающий его мир и искал способы передачи изображения на расстояние. Именно это привело к возникновению такого вида искусства как живопись.

Еще в древности люди заметили, что речная, озерная и морская гладь отражает не только их самих, но и окружающую природу. Прошло время, и человек научился воспроизводить эффект отражения. Так появилось зеркало. Сначала из металла, потом из стекла. Зеркало позволило человеку видеть самого себя, наблюдать за объектами, стоя к ним спиной, а система зеркал открыла возможность передачи изображения на расстояние.

Поставив рисунок перед направленным источником света, человек получил отражение рисунка на экране, а, закрыв в помещении окна, сумел придать этому изображению четкость. Так появился первый проекционный аппарат или, как его тогда называли, «камера обскура». Изобретенная в древности, она с некоторыми усовершенствованиями под названиями «волшебный фонарь», «проектор», «эпидиаскоп» и т.д. просуществовала до самого последнего времени.

Стремление запечатлеть окружающий мир, привело к возникновению фотографии. Первый практически пригодный способ фотографирования на основе опытов Жозефа Нисефора Ньепса (1765-1833) предложил в 1839 г. французский изобретатель Луи Жак Манде Дагер (рис. 2) (1787-1851).

Первоначально снимок получали на бумаге, потом на стекле. В 1880-е годы появилась нитроглицерированая пленка. Использование пленки навело братьев Люмьер, Луи Жана (1864-1948) и Огюста (1862-1954), на мысль о возможности отображения на ней «движущихся фотографий». Для этого они предложили непрерывно проецировать на экран со скоростью не менее 10 кадров в секунду немного отличающиеся друг от друга изображения, что позволяло создавать эффект движения. Так в 1897 г. родился кинематограф. После того, как был изобретен телеграф начались поиски способов передачи на расстояние с помощью электричества не только звука, но и изображения.

Первый патент на передачу изображения на расстояние с помощью электричества был выдан владельцу одной из лондонских мастерских Александру Бейну (Bain) (другое написание - Бен) в 1843 г.

Разрабатывая свой проект, А. Бейн исходил из наблюдения, которое достаточно хорошо известно в живописи и в фотографии. Любое изображение - это нечто иное, как совокупность точек разного цвета. А раз так, то изображение можно разложить на отдельные точки, передать каждую из них с помощью электричества, а затем собрать вместе. Этот прием получил название развертки.

Аппарат А. Бейна состоял из двух платформ

На первой из них была помещена специальная сургучно-металлическая пластина, а под нею вырезанный из металла рисунок, на второй платформе находился лист бумаги, покрытый специальным раствором.

Над платформами были установлены маятники, которые раскачиваясь из стороны в сторону и касались в первом случае сургучно-металлической пластины, во втором - листа бумаги. Когда маятники приводились в движение, они, совершая ритмичные качания, начинали синхронно перемещаться сначала в одну, затем в другую сторону, прощупывая точку за точкой. Всякий раз когда маятник прочерчивал одну строку, платформы делали шаг вперед.

Важным элементом передающего устройства являлась сургучно-металлическая пластина. Она представляла собою прямоугольную раму, которая была набита кусками изолированной проволоки длиной 2,5 см., так что эти куски были расположенны параллельно и плотно друг другу, а их обнаженные на срезе торцы располагались с одной и другой стороны пластины. После того, как рама была залита жидким сургучом, и сургуч застыл, А. Бейн отполировал обе поверхности пластины, оставив на них только металлические вкрапления от отрезков проволоки.

После того, как сургучно-металлическая пластина накладывалась на изображение, через него пропускался электрический ток. А поскольку концы проволоки касались рельефных выступов изображения, они тоже оказывались под током. Когда первый маятник касался этих концов, он на мгновение замыкал электрическую цепь, ток передавался на второй маятник и, когда он касался бумаги, вступал в химическую реакцию с пропитавшим ее раствором. Под влиянием электричества в местах касания маятника с бумагой раствор изменял свой цвет и на ней постепенно точка за точкой, строка за строкой появлялось передаваемое изображение.

Несмотря на то, что проект А. Бейна не получил практического применения, он продемонстрировал возможность использования электричества для передачи изображения на расстояния и тем самым положил начало поискам, которые со временем привели к возникновению фототелеграфа и телевидения.

В 1848 г. английский изобретатель Ф.К. Бэкуэл запатентовал другое подобное же устройство. Его основу составлял медленно вращающийся цилиндр, на котором закреплялся лист фольги. На этом листе специальным раствором наносился рисунок, игравший роль изолятора. Вдоль цилиндра перемещался ползунок, который острым концом касался фольги и таким образом тоже строка за строкой прощупывал ее. А поскольку через цилиндр был пропущен ток и под током находилась фольга, то когда ползунок касался рисунка, цепь размыкалась, когда касался фольги - замыкалась. На приемном устройстве находился такой же ползунок и цилиндр, на котором помещался лист бумаги, пропитанный специальным раствором. Когда шел ток, раствор менял цвет и на бумаге проявлялся рисунок.

По некоторым данным, к началу XX в. было предложено несколько десятков проектов передачи изображения на расстояние. Первым из них получил практическое применение пантограф итальянского аббата Д. Козелли. В России он использовался на телеграфной линии между Москвой и Санкт-Петербургом в 1866-1868 гг.

Аппарат Д. Козелли во многом напоминал аппарат А. Бейна. Различие заключалось только в том, что изображение, как и у Ф.К. Бэкуэла, наносилось специальным раствором на листе фольги. Поэтому маятник прощупывал не сургучно-металлическую пластину, а лист фольги.

Одновременно с попытками создания фототелеграфа предпринимались попытки создания телевидения - передачи на расстояние движущегося изображения.

Для осуществления этой идеи требовалось решить пять задач: 1) расчленить передаваемое изображение на отдельные точки или световые сигналы, 2) преобразовать световые сигналы в электрические, 3) добиться синхронной и синфазной передачи этих сигналов и 4) преобразовать электрические сигналы в световые и 5) восстановить с их помощью передаваемое изображение и вывести его на экран.

Для решение первой задачи особое значение имели два открытия: во-первых, то, что в основе зрения лежит раздражение сетчатки глаза светом, излучаемым или же отражаемым окружающими человека объектами; во-вторых, вывод Д.К. Максвелла (1831-1897) об электромагнитной природе света, согласно которому свет - это «электромагнитное излучение, вызывающее зрительное ощущение».

Как доказал Г. Гельмгольц, отражаясь от определенных участков физического объекта, световые лучи приобретают разную электромагнитную характеристику и, по-разному воздействуя в результате этого на сетчатку глаза, тем самым вызывают в нем разное раздражение, которым соответствуют определенные цветовые ощущения.

Но если свет - это электромагнитное излучение, значит, световые колебания можно преобразовать в электрические, а электрические - в световые.

Вопрос о том, кто и когда сделал на этом пути первый шаг является дискуссионным.

А.М. Рохлин, к сожалению, без указания источников утверждает, что первым обратил внимание на эту задачу девятнадцатилетний американский изобретатель Джордж Кери (Carey) (р.1851), который в 1870 г. попытался сконструировать видеопередающее устройство - «искусственный глаз».

К числу пионеров телевидения принадлежали: У. Айртон и Д. Перри (Англия, 1876-1880), М. Сенлек (Франция, 1877), Адриано де Пайва (1847-1907) (Португалия, 1878), Карло Перозино (Италия, 1879), Порфирий Иванович Бахметьев (1860-1913) (Россия, 1880), М. Леблан (1880), Э. Беленан (1882), П.Г. Нипков (Германия, 1884), Д.Л. Вейлер (1889), Ян Щепанек (1897), А.А. Полумордвинов (Россия, 1899) и др.

Первая проблема, которую необходимо было решить на пути создания телевидения, заключалась в том, как поток света, отражающийся от физического объекта, разложить на составные элементы, чтобы каждый из них мог оказывать на электрический ток свое индивидуальное воздействие.

Было предложено несколько способов решения этой задачи.

Французский изобретатель М. Леблан считал возможным использовать для развертки качающееся зеркало (1880), англичане Д. Айртон и В. Перри (специальные двигающиеся вертикально и горизонтально светочувствительные и световоспроизводящие панели (1880), Д.Л. Вейллер - зеркальный барабан (1889), Л.М. Бриллюэн - линзовый диск (1890). Наибольшей простотой и оригинальностью отличалось устройство, запатентованное в 1884 г. немецким изобретателем польского происхождения Паулем Нипковым.

П. Нипков предложил использовать для развертки изображения диск с расположенными на нем отверстиями небольшого размера. Отражаясь от предмета и достигая названного диска, поток света через отверстия на нем дробился на множество отдельных лучиков, подобно тому как, проходя через решето или сито, поток воды разделяется на множество мелких струек.

Причем отверстия были расположены в виде спирали таким образом, что при вращении диска прочерчивали на фотопластине 30 строк.

Если взять кинопленку, можно заметить, что она состоит из отдельных немного отличающихся друг от друга кадров. Чтобы человеческий глаз мог воспринять изображение в движении, на экране за одну секунду должно смениться не менее десятка мгновенных снимков. Иначе говоря, передача изображения должна иметь пульсирующий характер и время, в течение которого со всех ячеек передающего устройства снимается один сигнал, не должно превышать 0,1 сек.

Для того, чтобы обеспечить необходимую пульсацию сигналов, П. Нипков предложил вращать диск со скоростью 12,5 оборотов в секунду.

«Диск Нипкова, - писал С.В. Новаковский, - оказался гениально простым и легко осуществимым устройством, с помощью которого во многих странах, начиная с 20-х годов нашего столетия, производилось вещание на 30 строк. Этот тонкий стальной диск диаметром 20…30 см. вращался со скоростью 750 оборотов/ мин. При скорости развертки 12,5 кадр/с (12,5х60=750). На плоскости диска имелось 30 отверстий, расположенных по спирали. В передатчике на диск через рамку с отношением сторон 7:4 с помощью объектива проектировалось оптическое изображение передаваемой сцены. Отверстия в диске двигались поочередно по оптическому изображению, описывая строки (всего 30 строк) и пропускало свет от этих строк на фотоэлемент, создающий сигнал изображения».

К тому времени, когда перед учеными возник этот вопрос, уже была проделана определенная работа по изучению влияния света на отдельные объекты окружающего мира. Первоначально эта работа была связана с созданием и развитием техники фотографирования. Поэтому ученых прежде всего интересовало воздействие света на химические процессы, происходившие в отдельных веществах. Особое значение в данном случае имело открытие, которое в 1839 г. сделал французский ученый Александр Эдмон Беккерель (1820-1891). Он обнаружил влияние света на течение тока в некоторых веществах и тем самым открыл явление, которое позднее получило название фотоэффекта.

Фотоэффект - электрические процессы, происходящие при поглощении в веществе светового излучения, приводящие к полному или частичному освобождению заряженных частиц. Понятие «фотоэлектрический эффект» предложил итальянский физик А. Риги.

По существу, А.Э. Беккерель обнаружил возможность преобразования световых сигналов в электрические. Результаты этих опытов сразу же были доведены до сведения Французской академии наук. В 1866-1868 гг. Э. Беккерель опубликовал двухтомное исследование «Свет, его причины и действия».

Предлагая использовать фотоэффект для преобразования световых сигналов в электрические, Д. Керри первоначально собирался использовать фотопластину, покрытую эмульсией с содержанием соли серебра. Однако ее реакция на свет была необратимой. Иначе говоря, отреагировав на один световой импульс, она не могла вернуться в прежнее состояние и подобным же образом реагировать на другие световые импульсы.

Ситуация изменилась после того, как в 1873 г. английский ученый У. Смит (1828-1891) обратил внимание на такой химический элемент, как селен, и установил, что селен в зависимости от света может быть и диэлектриком и проводником, т.е. что он является полупроводником.

Селен (Selenium) - Se - химический элемент VI группы периодической системы Д.И. Менделеева, имеющий порядковый номер 34. Был обнаружен шведским химиком И. Берцелиусом (Berzelius) (1779-1848) в 1817 г.

В 1876 г. американский ученый В. Адамс и его студент Р. Дей (Day) обнаружили, что в селене под влиянием света возникает фотоЭДС. Это означало, что селен способен не только реагировать на свет, но и преобразовывать световые сигналы в электрические. Уже в 70-е годы на это обратили внимание Д. Кери, А.ди Пайва, М. Сенлек, П. Бахметьев.

Первым, кому удалось с помощью селена передать изображение по телеграфу, стал английский изобретатель Ш. Бидвэлл (Бидуэлл). О своем изобретении он поведал 10 февраля 1881 г. на страницах журнала «Nature».

Аппарат Ш. Бидвэлла точно также, как и аппарат Ф.К. Бэкуэла, состоял из двух цилиндров. На первом из них, изготовленном из прозрачного стекла, тоже было закреплено передаваемое изображение. Но вместе ползунка с иглой использовался направленный луч света от электрической лампы, который скользил по изображению справа налево и слева направо. В такт этому цилиндр медленно поворачивался, в результате чего луч света постепенно пронизывал все изображение. Проходя через стекло, он попадал на селеновую пластинку, включенную в электрическую цепь, световые колебания, соответствовавшие контурам рисунка, преобразовывались в электрические и подавались на вторую лампу. Она таким же образом перемещалась вдоль второго цилиндра, на котором был закреплен лист бумаги, пропитанный фотосоставом. В результате меняющий яркость луч, исходящий от этой лампы, строка за строкой проявлял на листе бумаги передаваемое изображение: белый ромб на черном фоне.

Таким образом, Ш. Бидвелл был первым, кто с помощью фотоэлемента сумел передать изображение на расстояние. Правда, если сам ромб действительно получился белым, то черный фон выглядел как совокупность темных штриховых линий. Получить более качественное изображение изобретателю не удалось. Поэтому через некоторое время он оставил свои опыты.

Между тем у него нашлись последователи. И через 20 лет немецкий ученый профессор Мюнхенского университета Артур Корн (Corn) (1870-1945) смог добиться успеха. Сам он видел свою заслугу главным образом в том, что разработал и применил «компенсационный метод для уменьшения влияния инерции селеновых элементов» в передающем устройстве и создал «очень чувствительный приемочный аппарат (фотографический приемник)».

В результате этого в 1902 г. А. Корн продемонстрировал свое устройство в лабораторных условиях, в 1904 г. смог передать фотографическое изображение из Мюнхена в Нюрнберг. В том же году он поделился своим изобретением в печати, после чего началось его практическое использование. И в 1911 г. появился первый справочник по фототелеграфии.

2. От Артура Корна до Бориса Розинга

К тому времени, когда появился фототелеграф, русский ученый К. Д. Перский подвел итоги проделанной работы по созданию механизма передачи движущего изображения на расстояние и ввел в употребление термин «телевидение».

И хотя изобретение фототелеграфа стало важным шагом на пути создания телевидения, до его создания было еще далеко. Если возможность преобразования световых колебаний в электрические к началу была доказана, то возможность преобразования электрических колебаний в световые и передача с их помощью изображений оставалась гипотезой.

Как уже отмечалось, Д. Кери предложил использоваться для этой цели электрические лампы. В одном из его проектов речь шла о 2500 лампах. Именно такое количество разных по яркости точек он предполагал вывести на экран.

Между тем первоначально добиться этого не удавалось. Дело в том, что и в проекте Д. Кери, и в проекте А. де Пайвы речь шла о лампах накаливания, которые имеют один очень важный недостаток - «инерционность источника света, не поспевающего изменять свою яркость за изменениями сигнала».

Одним из первых, кто понял это, был русский ученый П.И. Бахметьев. Поэтому в 1880 г. он предложил использовать для преобразования электрических сигналов в световые газовые горелки.

Но и это предложение не решало проблемы. В связи с этим было обращено внимание на эффект электрической дуги. Электрическая дуга - это «продолжительный электрический разряд между электродами, при котором развивается высокая температура и излучается яркий свет».

Подобное явление открыл русский физик Василий Владимирович Петров (1761-1834). Результаты своих наблюдений он изложил в книге «Известие о гальвани-вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров, посредством огромной наипаче батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и находящейся при Санкт-Петербургской медико-хирургической академии», которая была издана в 1802 г.

Используя графитные электроды, французский изобретатель Фуко создал в 1844 г. дуговую лампу. От лампы накаливания она отличается тем, что в ней электрический разряд возникает и исчезает почти мгновенно. Кроме того, меняя напряжение в сети можно изменять яркость свечения электрического разряда.

Однако первые дуговые лампы была очень несовершенны. Все упиралось в три проблемы: а) как избежать того, чтобы под действием высокой температуры не оплавлялись концы электродов, б) как изолировать обнаженные концы электродов, по которым идет ток, в) как сделать осветительный прибор безопасным с пожарной точки зрения. Решение этих трех задач привело к созданию дуговой газоразрядной лампы, которую некоторые называют «лампой Гейслера».

Можно встретить мнение, что первым, кто решил использовать дуговую лампу для передачи изображения на расстояние, был П. Нипков, в проекте которого якобы фигурировала неоновая лампа. Однако неоновая лампа появилась после того, как в 1909 г. американский ученый Ирвинг Ленгмюр предложил для продления срока действия электрических ламп наполнять их инертным газом, а в 1910 г. французский инженер Жорж Клод (1870-1960) использовал для этого неон. Что же касается П. Нипкова, то в его патенте фигурирует просто «источник света»

Поэтому пальма первенства в этом вопросе, по всей видимости, принадлежит американскому изобретателю Уильяму Сойеру (1880).

К тому времени газоразрядная лампа Г. Гейслера претерпела значительные изменения. Исследователями было обращено внимание: «когда газ становится достаточно разряженным, стеклянные стенки, расположенные на конце, противоположном катоду (отрицательному электроду), начинают флуоресцировать зеленоватым светом, что, по всей видимости, происходило под воздействием излучения, возникающего на катоде».

Иначе говоря, действие лампы Г. Гейслера сопровождалось эффектом люминесценции. Люминесценция - это свечение тела (или вещества), происходящее под влиянием внешнего излучения, электрического разряда, химического процесса или других факторов.

Занимаясь изучением газовых разрядов и используя лампы, изготовленные для него Г. Гейслером, боннский математик Ю. Плюккер (1801-1868) в 1858 г. установил, что при электрическом разряде вблизи катода возникает излучение, названное им катодным.

Катод - электрод источника электрического тока с отрицательным полюсом, а «катодоиллюминсценция - вид люминесценции, в котором свечение люминофоров происходит под действием падающего на них потока электронов».

Продолжая эти исследования, английский физик Уильям Крукс (1832-1919) обнаружил в 1879 г., что под влиянием катодных лучей некоторые кристаллы, например, алмаз, рубин, тоже начинают люминисцировать, причем разным цветом.

Для поиска способов преобразования электрических колебаний в цепи в световые сигналы большое значение имело еще одно открытие

В 1869 г. немецкий физик И.В. Гитторф (1824-1914) установил, что катодные лучи могут отклоняться под влиянием магнитного поля.

На основании этих открытий уже известный нам страсбургский профессор Карл Фердинанд Браун (1850-1918) создал в 1897 г. катодную трубку, получившую позднее название электронной. Он вывел на флюоресцирующий экран катодный луч и, изменяя его направленность, сумел прочертить на нем прямую линию.

«В 1897 г. Браун, - говорится в одной из его биографий, - изобрел осциллоскоп - прибор, в котором переменное напряжение перемещало пучок электронов внутри вакуумной трубки с катодными лучами. След, оставляемый этим пучком на поверхности трубки, можно было графически

преобразовать с помощью вращающегося зеркала, давая тем самым зрительный образ меняющегося напряжения. Трубка Брауна легла в основу телевизионной техники, так как работа кинескопа основана на том же принципе».

В том же 1897 г. английский физик Джозеф Томсон (1856-1940) открыл электрон и доказал, что испускаемые катодом лучи - это электроны.

В 1902 г. русский физик Алексей Алексеевич Петровский (1873-1942) усовершенствовал трубку Ф. Брауна, добившись того, чтобы под влиянием изменения магнитного поля «катодный луч» обегал весь экран как по горизонтали, так и по вертикали.

В 1903 г. немецкий физик Артур Венельт (Wehnelt) ввел в трубку отрицательно заряженный цилиндрический электрод, с помощью которого (изменяя силу заряда) оказалось возможным регулировать поток электронов, меняя таким образом интенсивность электронного луча, а значит, яркость свечения люминофора и яркость точки на экране.

Таким образом, если до 1903 г. катодный луч мог чертить на экране однотонные линии, с этого момента открылась возможность разложения светового пятна на экране на оттенки и таким образом воспроизведения на нем изображения.

«Катодный пучок, - писал русский физик Б.Л. Розинг, - есть именно то, идеальное безынертное перо, которому самой природой уготовано место в аппарате получения в электрическом телескопе. Оно обладает тем ценнейшим свойством, что его можно непосредственно двигать с какой угодно скоростью при помощи… электрического или магнитного поля, могущего при том быть возбужденным со скоростью света с другой стороны, находящейся на каком угодно расстоянии»

И далее: «Приемная телевизионная трубка, кинескоп, - электроннолучевая трубка, применяемая в телевизоре для воспроизведения изображения. Поток электронов (электронный луч) падает на переднюю стенку трубки - экран, покрытый люминофором, который светится под ударами электронов. Электронный луч отклоняется магнитным полем отклоняющей катушки, надетой на горловину трубки, и воспроизводит на экране передаваемое телевизионное изображение».

Первым 10 октября 1906 г. идею использования электроннолучевой трубки для передачи изображения на расстояние запатентовал немецкий ученый М. Дикман. 25 июля 1907 г. подобную же заявку подал и 13 декабря того же года получил патент Б.Л. Розинг.

9/22 мая 1911 г. Б.Л. Розинг впервые продемонстрировал свое изобретение в действии. Можно встретить мнение, будто бы он передал на расстояние движущееся изображение. На самом деле ему удалось добиться лишь того, что электронный луч прочертил на экране «четыре параллельные светящиеся линии».

Но для того времени и это было огромным событием. Б.Л. Розингу удалось то, что безуспешно пытались осуществить до него на протяжении более сорока лет: не только передать изображение с помощью электричества на расстояние, но и вывести его на экран.

«После изобретения Б.Л. Розингом электронно-лучевой трубки, - пишет В.А. Урвалов, - в развитии телевидения наметились два направления: оптико-механическое и электронное».

3. Создание механического телевидения

Несмотря на то, что Б.Л. Розинг сумел вывести изображение на экран, ему не удалось передать его в движении. Характеризуя позднее те проблемы, с которыми ему пришлось столкнуться, он особо отмечал две: недостаточную чувствительность фотоэлемента и отсутствие необходимой синхронности действия передающего и приемного устройств.

Что касается первой проблемы, то она прежде всего была связано с тем, что существовавшая механическая развертка предполагала поочередную передачу телевизионных сигналов от «отдельных элементов изображения», являвшуюся следствием того, что световой поток от отдельных точек этого изображения поочередно проецировался на фотоэлемент. Иначе говоря, в каждый данный момент на фотоэлемент поступал свет только от одной его точки, в результате чего основная масса, отражаемой от предметов световой энергии, в этом процессе не участвовала.

Чтобы представить себе, что это значит, воспользуемся примером, который в свое время приводил Дионис Михали. Если взять изображение размером 5 на 5 см., т.е. 50 на 50 мм, это даст примерно 2500 точек. А если исходить из того, что развертка осуществляется со скоростью не менее 10 точек в секунду, мы получим, как минимум, 25000 световых импульсов в секунду. Это значит, что при поочередном проецировании отдельных точек изображения в каждый данный момент на фотоэлемент воздействовала 1/25000 доля отражаемой от объекта световой энергии.

Возникавшая в селене (при подобном воздействии на него света) ЭДС была настолько мала, что происходившие в фотоэлементе под влиянием световых колебаний изменения силы тока не могли изменять яркость свечения дуговой лампы так, чтобы можно было передать оттенки изображения и его движении.

В таких условиях не давал желаемого эффекта и тот прием, который давно использовался в фотографии. Речь идет о специальном освещении фотографируемого объекта.

Следующая проблема заключалась в том, что если скорость световых импульсов зависела от скорости движения развертывающего устройства, например, скорости вращения диска П. Нипкова, то скорость изменения ЭДС селена - от скорости протекающих в нем физико-химических процессов.

К середине 20-х годов было опубликовано более 200 исследований, посвященных изучению селена. Их итоги подвел Chr. Reis, издавший в 1918 г. капитальную обощающую работу «Селен». В результате было установлено, что хотя селен и способен изменять под влиянием света проводимость электрического тока боле чем в 20 раз, скорость этих изменений не поспевала за скоростью развертки.

В связи с этим началось изучение фотоэлектрических свойств других веществ.

Казалось бы, если возникающие в селене под влиянием света изменения ЭДС слишком малы, чтобы заметно отразиться на изменении яркости электрической лампочки, необходимо усилить изменение яркости свечения лампочки другим путем. Однако такая возможность появилась только после того, как была изобретена радиолампа, открывшая возможность усиления слабых токов.

Другой проблемой, которая стояла на пути создания телевидения и которую долгое время не удавалось решить, была проблема достижения синхронности и синхфазности работы передающего и приемного устройств.

Создавая свой проект П. Нипков предложил использовать для синхронизации процесса передачи и приема изображения тот метод, который к середине 80-х годов XIX в. существовал в телеграфии («der Methode von P. la Cour und Delany»). Так в проектах телевизионного аппарата появилось «колесо Лакура».

Все это вместе взятое открыло возможность для практической реализации идеи механического телевидения.

В вопросе о том, кто сумел передать на расстояние движущееся изображение первым, нет единства. Одни авторы называют шотландца Джона Бэйрда (Baird) (1888-1946), другие американца Чарльз Дженкинса (1867-1934), третьи пишут, что они сделали это «почти одновременно» в 1925 г.

В 1925 г. в Германии сумел передать движущееся изображение Дионис Михали. В самом общем виде его телевизионный проект был создан к 1918 г. В 1922 г. автор подготовил его популярное изложение и в 1923 г. опубликовал. Но реализовать свой замысел практически ему удалось только через два года.

В СССР первая передача движущегося изображения на расстояние была продемонстрирована сотрудником Ленинградского физико-технического института Л.С. Терменом (рис 10)(1896-1993) в 1926 г.

Характеризуя качество первых телевизионных передач, один из историков связи С.В. Новаковский пишет: «В телевизоре передаваемое изображение имело размер спичечной коробки, на красном фоне (неоновая лампа) передвигались черные фигуры».

Поэтому если первоначально публика встретила появление телевидения с восторгом, то «когда перестал действовать фактор новизны, раздались возгласы разочарования маленьким, тусклым и нечетким изображением, а слово «телевидение» стали произносить без первой буквы «елевидение».

Одна из причин невысокого качества передаваемого изображения заключалась в том, что первоначально оно развертывалось только на 30 строк. Для сравнения - сейчас развертка составляет более 600 строк. Между тем если бы на диске Нипкова размещалось 600 отверстий с диаметром в 0,1 мм, он должен был бы иметь в диаметре 28 м и при вращении с необходимой скоростью разлетелся под действием центробежных сил.

Существует мнение, что первая удачная передача движущегося изображения на расстояние была произведена в апреле 1927 года, когда компания Bell Telephone осуществила трансляцию выступления президента США Герберта Гувера из Вашингтона в Нью-Йорк. В 1928 г. Д. Бэйрд осуществил первую трансатлантическую телевизионную передачу из Лондона в Нью-Йорк.

Предпринимавшиеся в дальнейшем попытки увеличить экран и повысить качество изображения вели к тому, что телевизор становился более дорогим и громоздким. Так если в телевизионном аппарате Л. Бэйрда 20-х годов было 2100 ламп, то выпущенный в 30-е годы немецкий телевизор А. Каролуса насчитывал 10000 ламп, а аппарат телевизор германской фирмы «Фернзее» - 123000.

Одно это свидетельствует, что развитие оптико-механического телевидения имело тупиковый характер.

4. От механического телевидения к электронному

Автором первого, правда, неосуществленного, проекта полностью электронной телевизионной системы был английский инженер Алан Арчибальд Кэмпбелл-Суинтон (Swinton). В 1908-1912 гг. он предложил использовать электронно-лучевую трубку и в качестве приемника, и в качестве передатчика.

В 1923 г. подобную систему телевидения запатентовал бывший ученик Б. Розинга В. К. Зворыкин (рис11), оказавшийся после революции в США. Однако на основании анализа ее технических данных П.К. Горохов показал, что предложенный В. К. Зворыкиным проект не мог быть практически реализован, точно также, как практически невозможно было реализовать и его проект, запатентованный в 1925 г.

По всей видимости, подобным же образом обстояло дело и с другими проектами электронного телевидения, появившимися в 20-е гг.

Эти проекты остались на бумаге, так как они не решали одну из важнейших проблем - создание эффективной передающей трубки.

Поиски путей устранения недостатков селенового фотоэлемента, привели к мысли о необходимости перейти «от принципа мгновенного действия», который использовался во всех телевизионных проектах до этого, «к принципу накопления энергии» на фотоэлементе и тем самым повышению его чувствительности.

Существует мнение, что впервые идею накопления энергии в 1928 г. выдвинул Ч. Дженкинс, который для повышения светочувствительности телевизионной аппаратуры решил, во-первых, раздробить фотоэлемент на множество мелких фотоэлементиков, а во-вторых, присоединить каждый из них к коммутатору через конденсатор.

Смысл этого вполне понятен. Если при поочередном проецировании света от отдельных точек изображения на фотоэлемент в этом участвовала совершенно ничтожная часть световой энергии, то увеличение количества

фотоэлементов означало увеличение объема световой энергии, вовлекаемой в процесс передачи изображения на расстояние.

И хотя это действительно способствовало повышения эффективности электромеханического телевидения, Ч. Дженкинс не был оригинален. Имеются сведения, что английский инженер Г. Рауд выдвинул идею подобную накопления энергии на два года раньше Ч. Дженкинса - в 1926 г, а советский инженер М.А. Бонч-Бруевич уже в 1921 г. сконструировал «радиотелеском», который имел 200 фотоэлементов и к каждому из них был подключен конденсатор.

Идея мозаичного фотоэлемента и принцип накопления зарядов не только открыли возможность существенно повысить чувствительность передающего устройства, но и натолкнул сторонников электронного телевидения на мысль, реализация которой привела к созданию «иконоскопа».

Иконоскоп - это «передающая электроннолучевая трубка, в которой фотокатод разбит на очень большое число мельчайших фотоэлементиков (мозаичный фотокатод). Электрические заряды за счет фотоэлектрической эмиссии накапливаются на фотоэлементике непрерывно, а снимаются только при касании его электронным лучом».

Первая попытка создания электронной трубки с накоплением энергии была сделана венгерским инженером К. Тиханьи, за ним последовал канадский инженер Ф. Анрото. В 1930 г. появился проект советского инженера А.П. Константинова. В сентябре 1931 г. ее усовершенствовал другой советский ученый С.И. Катаев, в ноябре того же года - В.К. Зворыкин.

В 1932-1933 гг. В.К. Зворыкин изготовил первый иконоскоп и 26 июня 1933 г. доложил о нем на съезде американских радиоинженеров.