Телеграфия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Телеграфия (англ. Telegraphy) — вид связи, который обеспечивает быструю передачу и прием сообщений на расстоянии электрическими (с начала XIX века, в частности с 1830-х годов) или оптическими сигналами с помощью телеграфа.

Века развития[править | править код]

Практически пригодное решение для разработки нового телеграфного аппарата нашел Д. Юз, положив в основу принцип работы синхронно-синфазного движения механизмов передатчика и приемника (1855). Аппараты Юза выдержали испытание временем и исчезли с эксплуатации только к концу первой трети века.

Телеграфия достигла такого уровня совершенства, который отвечал требованиям удобства работы и лучшего использования дактилографических возможностей телеграфиста. Однако с ростом мирового телеграфного обмена к этому времени уже возникли другие требования к телеграфии. Сначала быстрый рост телеграфного обмена компенсировался повышением мастерства телеграфистов, совершенствованием телеграфной аппаратуры, рационализацией телеграфной службы. Но вскоре дальнейший рост телеграфного обмена потребовал создания дополнительных отраслей телеграфии.

Огромный размер материальных затрат, которых требовала подвеска каждого лишнего провода на таких длинных магистралях, как, например, линия Санкт-Петербург — Варшава (1200 км), заставил изобретателей напряженно искать средства более рационального использования уже существующих достижений телеграфии и побудил их к разработке способов уплотнения телеграфных линий.

Вместе с тем, развитию телеграфии способствовало открытие и изучение законов распространения тока в электрических цепях. По этому поводу Дж. К. Максвелл в 1873 году сказал, что «такая важная наука, как электромагнетизм, оказала большое влияние на телеграфию, придав коммерческую ценность точным электрическим измерениям и предоставив электрикам возможность пользоваться телеграфными аппаратами в таких масштабах, которые превосходили достижения любой обычной экспериментальной лаборатории».

Эксплуатация первых длинных телеграфных линий, и особенно морских кабелей, позволила изучить и достаточно глубоко усвоить суть реальных процессов, протекающих в электрических цепях при телеграфировании. Опыт эксплуатации телеграфов укрепил правильные представления о распределении токов и напряжений в электрических цепях, открытые Омом и Кирхгофом.

Когда же были проложены первые морские кабели, в полной мере стала понятной зависимость процесса телеграфирования от ёмкости проводов. Эта зависимость оказалась настолько сильной, что даже по первым подводным кабелям телеграммы приходилось передавать в замедленном темпе. Для работы же по трансатлантическому кабелю длиной 3240 км, который удалось успешно проложить к 1866 г. (после четырех неудачных попыток в течение 1857-1865 гг.), существующий телеграфный аппарат оказался вообще не пригодным, так как его приемник мог реагировать на сигналы силой не менее 10 мА.

Это препятствие было устранено В. Томсоном (Кельвином), который создал в 1867 г. пишущий аппарат высокой чувствительности, известный под названием сифон-рекордер, для надежной работы которого был нужен только входной ток с силой 0,02 мА. По сути в сифон-рекордере Томпсона-Кельвина получила дальнейшее развитие идея телеграфного аппарата Шиллинга. Трудности, встретившиеся при первых попытках телеграфирования по длинным морским кабелям, побудили крупнейших физиков (Якоби, Ленца, Максвелла, Гельмгольца, Поггендорфа, Уитстона и др.) заняться изучением роли самоиндукции и емкости в переходных процессах, протекающих в электрических цепях при телеграфировании. Открытые при этом закономерности показали, что воздушный телеграфный провод допускал значительно более высокую скорость телеграфирования по сравнению с той, которая определялась производительностью существующих на конец 19 века телеграфных аппаратов.

Автоматическая телеграфия[править | править код]

Достигнутая к концу первого периода развития телеграфии производительность телеграфных аппаратов была не чужда от границы, превзойти которую могла бы рука даже лучшим образом тренированного телеграфиста.

По данным современных дактилографических наблюдений, опытный телеграфист в состоянии довести среднюю скорость передачи при длительной работе только в 240-300 букв в минуту. Даже при кратковременной (в течение не более 3 мин) работе рекордсменов-телеграфистов на международных уровнях скорость передачи не превышает 600 букв в минуту.

Эти обстоятельства породили идею заменить ручную работу телеграфиста непосредственной передачей сигналов автоматически.

Многочисленные попытки осуществить эту идею свелись к разработке двух типов передатчиков:

  1. С механизмом для предварительного накопления кодовых комбинаций.
  2. С управлением не рукой телеграфиста, а заранее подготовленной им перфолентой.

Различные варианты передатчиков с механизмами для предварительного накопления кодовых комбинаций предлагались еще в середине XIX века Сименсом, Поттс, Клейншмидтом, Мурреем, Смитом, Эрхардом и десятками других изобретателей. По конструкции они были очень разнообразны, но общий принцип этих устройств был единственным, и заключался в том, что набор телеграфистом кодовых комбинаций предварительно фиксировался, и сама передача уже осуществлялась специальным механизмом с постоянной скоростью, не зависевшей от неравномерной работы телеграфиста. Но подобные устройства могли отправлять не более 6-8 знаков.

Подготовка перфорированной ленты повысила скорость телеграфной передачи, так как на нее уже не накладывались какие бы то ни было дактилографические ограничения; поэтому в дальнейшем получила широкое применение и развитие именно эта система, а попытки ввести в эксплуатацию устройства с механическим накоплением кодовых комбинаций, наконец, прекратились.

Первое практически пригодное устройство для телеграфирования с предварительной подготовкой перфорированной ленты с неравномерного кода было разработано Ч. Уитстоном в 1858 году. Сравнительно, изобретателю не удалось его сразу ввести в эксплуатацию. Существенно более сложным было создание приемного аппарата. Только после того, как Уитстон создал специальный приемник (ресивер) с двухполюсным быстродействующим поляризованным электромагнитом, ему удалось довести всю систему в целом до пригодного для эксплуатации состояния; и в 1867 г. её впервые установили для обслуживания действующей линии. В 60-70-х годах XIX в. на изобретение автоматического телеграфа Ч. Уитстон получил в Англии ряд патентов.

Аппараты Уитстона позволяли регулировать скорость механизмов в очень широких пределах, и на первых порах производительность аппарата ограничивалась исключительно характеристиками телеграфной линии. К началу XX в. лучшие образцы аппарата Уитстона позволяли доводить его производительность до 1500 знаков в минуту, что соответствовало продвижению перфорированной ленты через трансмиттер со скоростью 36 м/мин.

Однако, быстродействующие аппараты отличались сложностью конструкции, что затрудняло эксплуатацию и требовало постоянного присутствия высококвалифицированных механиков. Быстрое действие механизмов достигалось их быстрому износу, что в свою очередь вызвало необходимость их частого ремонта. Для эксплуатации быстродействующей аппаратуры нужен многочисленный персонал. Например, главное управление почт и телеграфов в России расписанием, утвержденным в 1901 году, предусматривало для обслуживания штат, состоящий из 5-8 человек: одного аппаратчик (телеграфиста, управляющего аппаратом), двух лиц, набирающих на перфорированных лентах тексты телеграмм, одного лица, списывающего текст принятой телеграммы в расшифрованном виде, и одного журналиста (лица, которое вело аппаратный журнал). Если нагрузка превышала 80 двадцатиминутных телеграмм в час, добавлялся еще один наборщик на перфорированных лентах и один человек, расшифровывающий телеграмму, а при дуплексной телеграфии — помощник аппаратчика.

Большие трудности, связанные с созданием телеграфной аппаратуры, работающей на принципе предварительной заготовки перфорированной ленты, были преодолены изобретателями лишь в XX веке. Известность получила английская система Крида, в которой была применена перфолента с клавиатурой пишущей машинки, специальный передатчик, так называемый трансмиттер, ленточный рекордер для приема на перфорированную ленту и дешифратор, который обеспечивал воспроизведение буквенного текста.

Система Крида, основанная на применении неравномерного кода, была сложная в своей приемной части, и впоследствии использовалась чаще не как система с телеграфом, а как система с ондулятором на приеме, непосредственно записывающим знаки неравномерного кода в виде волнистой линии.

Разработка телеграфной аппаратуры с предыдущей перфорацией ленты на основе равномерного пятизначного кода была впервые успешно осуществлена в 1912 г. фирмой «Сименс и Гальске», но широкого распространения эта система не получила.

Перечисленные выше быстродействующие телеграфные устройства в большинстве стран назвали автоматическим телеграфом, хотя в том виде автоматизация в телеграфии в современном понимании этого слова еще не была достигнута, так как ленту все равно перфорировали вручную. Весь смысл изобретения тогда заключался не в автоматизации работы, а в уплотнении телеграфной передачи с использованием передатчика, допускающего высокую скорость телеграфирования. Появилась возможность обеспечить работу телеграфного канала с предельной нагрузкой, так как необходимое для этого количество телеграфистов могло одновременно перфорировать телеграфную ленту.

Только после изобретения Кридом ленточного рекордера, который позволял на приеме получить точную копию оригинальной ленты трансмиттера, которая могла быть использована во втором трансмиттере для дальнейшей передачи, появилась возможность автоматизированного (в подлинном смысле слова) переприема транзитных телеграмм.

Но и эта возможность широко начала использоваться только в последнее время, а в то время (конец 19 — начало 20 века) автоматизация была принята в Германии, где перечисленные устройства справедливо назвали машинным телеграфом.

Многократная телеграфия[править | править код]

Наряду с разработкой машинных телеграфов многочисленные изобретатели делали и другие попытки увеличить производительность аппаратуры с целью эффективнее использовать телеграфный канал.

Еще в 1853 г. британский изобретатель Фармер указал на то, что телеграфист после передачи каждого сигнала делает паузу. Которое время ни продолжалась эта пауза, она всегда достаточна, чтобы в этот промежуток передать дополнительно еще несколько сигналов. Основываясь на этих наблюдениях, Фармер предложил присоединить к одному проводу несколько передатчиков, используя этот единственный провод для подачи телеграфной информации от каждого передатчика поочередно с помощью специального устройства — распределителя.

Первая серьезная попытка реализовать идею Фармера принадлежит английскому механику Д. Бернет. В 1860 г. он впервые разработал специальную клавиатуру для совместной работы передатчиков пятизначным равномерным кодом через общий распределитель.

В 1863 г. русский изобретатель Струбинский и в 1872 г. немецкий изобретатель Б. Майер разработали подобные системы аппаратов для неравномерного кода. Эти изобретения способствовали дальнейшему развитию идеи, но практически еще не решали задачу, так как, основываясь на неравномерном коде, давали сравнительно небольшой выигрыш в скорости передачи, а аппаратура была очень сложной.

Дуплексная телеграфия[править | править код]

Почти одновременно с изобретением последовательного многократного телеграфирования был разработан метод передачи телеграфных сообщений с помощью так называемого дуплексной телеграфии.

Первыми выдвинули идею дуплексного телеграфирования чешский электрик Ф. Петржин и австрийский механик Ю. Гинтль, еще в 1853 г. они предложили уравновесить сопротивление телеграфного провода с помощью балансов. Это позволяло добиться такого режима в схеме двух телеграфных станций, чтобы приемник каждой из них не реагировал на работу собственного передатчика, но всегда был готов к приему сигналов, поступающих от другой станции.

Аналогичные схемы были предложены в 1854 г. Сименсом, Фришеном и рядом других изобретателей.

Идея дифференциальной схемы дуплексного телеграфирования сама по себе не вызывала сомнений. Однако первые попытки ее осуществления встретили трудности. Оказалось, что обычный ключ передатчика телеграфа был практически непригоден. В процессе телеграфирования при переходе из состояния покоя в рабочее состояние и обратно оба контакта на некоторое время оставались разделёнными одновременно. Это так называемый переходный период, когда дифференциальная схема оказывалась нарушенной.

Кроме этого, чисто технического препятствия, оказались и эксплуатационные трудности. При обычном телеграфировании персонал телеграфных станций все служебные справки, объяснения и переговоры при необходимости мог осуществлять немедленно, прерывая передачу очередной телеграммы. Значение такой возможности можно понять, если учесть относительно невысокий уровень мастерства телеграфистов того времени.

Известный российский математик 3. Я. Слонимский первый сумел разработать в 50-х годах XIX в. систему встречного телеграфирования (квадродуплексная система), она исключала указанные выше трудности.

В 1871 г. американский инженер Д. Стирнс впервые ввел в эксплуатацию упрощенную дифференциальную схему дуплексного телеграфирования. Чтобы избежать применения специального телеграфного ключа, Стирнс ввел в цепь обычного телеграфного ключа вспомогательное реле с переходными контактами.

Идея квадродуплексного телеграфирования была практически реализована только в 1874 году известным американским изобретателем Т. А. Эдисоном, который совместно с инженером Джорджем Прескоттом разработал так называемую мостовую схему, действие которой основывалась на закономерностях известного изобретателя Уитстона.

К концу 70-х годов квадродуплексное, дуплексное и диплексное телеграфирование широко распространилось во всех странах, особенно в Англии и США.

Таким образом, во второй половине XIX века в связи с интенсивным строительством телеграфных линий значительной протяженности назрела насущная задача повысить эффективность использования телеграфных проводов. В соответствии с уровнем научно-технических знаний и производственной технологии разработка методов уплотнения телеграфного канала пошла по трем самостоятельными направлениям и привела к изобретению и практическому применению машинного, многократного, последовательного и дуплексного телеграфирования.

Несмотря на замечательные успехи телеграфии, этот вид связи не всегда мог удовлетворить нуждающихся в нем. В первую очередь не устраивал он морской флот, который со времен великих географических открытий был первым претендентом на новые средства связи. Нужна была новая система беспроводной связи.

Развитие идеи частотной телеграфии[править | править код]

Из всех технических идей, направленных на повышение степени использования дорогой телеграфной линии, важной была идея телеграфирования токами различной частоты. Пути ее осуществления оказались достаточно сложными, но ее развитие принесло результаты, значение которых вышло за рамки телеграфии или даже вообще техники связи.

Первые предпосылки для возникновения идеи частотного телеграфирования появились очень давно. Еще в 1837 г. американский инженер Ч. Пейдж отметил, что включение и выключение тока, протекающего через соленоид, подвешенный между полюсами подковообразного магнита, вызывают звук. В дальнейшем это явление изучали многие физики, в том числе А. де ла Рив и Р. Вертгейм, они показали в 1849 г. что замыкания и размыкания цепи обмотки электромагнита вызывают продольные колебания его сердечника. Применяя как сердечник электромагнита мягкое железо, они установили, что тон получаемых при этом звуков строго зависит от частоты замыканий и размыканий электрической цепи.

В ближайшие годы было создано множество конструкций так называемых вибраторов (зуммеров), представлявшие собой электромагнит, якорь которого, приходя в колебания, автоматически замыкал и размыкал электрическую цепь его обмотки. В 1852 г. чешский физик Ф. Петржин использовал усовершенствованный им вибратор для телеграфного приемника. В разработанной им системе звукового телеграфирования передаются буквы, обозначающиеся комбинациями коротких и длинных звуковых сигналов.

Все эти открытия и изобретения подготовили развитие идеи одновременной передачи нескольких телеграмм с одного и того же провода токами различной частоты. Первая попытка осуществить эту идею принадлежит французскому учителю физики Е. Лаборду, продемонстрировавшему своё изобретение в 1860 г. Парижской Академии наук.

Передатчик в устройстве Лаборда состоял из металлической пластинки, один конец которой был зажат, а к другому концу припаян медный стержень. При колебаниях пластинки этот стержень опускался в чашку с ртутью, замыкая телеграфную цепь. Электромагнит приемника имел якорь, который представлял копию металлической пластинки передатчика, а значит, имел одинаковую с ней собственную частоту колебаний. Основываясь на явлении резонанса, Лаборд включал в общий телеграфный провод несколько пар описанных устройств, стремясь добиться независимого действия каждой пары, то есть избирательности работы каждого приемника относительно действующего в паре с ним передатчика.

Значительный шаг вперед в развитии частотного телеграфирования был сделан профессором Харьковского университета Ю. В. Морозовым, который впервые отказался от сигнализации переменным током. В 1869 г. он разработал передатчик, который представлял собой стеклянный сосуд, наполненный токопроводящей жидкостью с двумя опущенными в нее электродами. Один из электродов был неподвижным, другой изготовлен в виде металлической пластинки с жестко закрепленным концом. При колебаниях металлической пластинки электрическое сопротивление между ней и неподвижным электродом менялось по синусоидальному закону и, в соответствии этому, менялся ток в цепи. Частота этого тока отвечала частоте собственных колебаний металлической пластинки. Передатчик Морозова представлял собой прообраз микрофона.

Изобретение жидкостного микрофона положило начало целой серии опытов над «гармоничным» телеграфом и в конечном счете привело к открытию действительной возможности передачи человеческой речи.

Полное же практическое осуществление идея частотного телеграфирования получила лишь с развитием радиоэлектроники.

Развитие телеграфии в Российской империи[править | править код]

Телеграфия нужна была для связи между Петербургом и Москвой. Однако сразу выяснилось, что в российских условиях для этих аппаратов предъявляются дополнительные требования. Так как в русском алфавите букв больше, чем в латинском, невозможно было разместить их на одном только буквенном регистре, и менее употребляемые ч, ю, е, ъ пришлось поместить на цифровом регистре.

Пробелы при переходе посреди слова с одного регистра на другой нередко приводили к недопустимым искажениям смысла телеграммы. В 1908 г. механик Петербургского телеграфа А. П. Яковлев изобрел остроумное приспособление, устранившее этот недостаток.