Бек Торн и Хюг всегда много работали, но после разговора с Уотом Берком они удвоили свое рвение. План Хюга, простой и легкий, был с восторгом встречен обоими. Но, чтобы выполнить его, было необходимо, чтобы к весне была закончена постройка сильной радиостанции, а также, чтобы Хюг научился ею управлять.
Бёк Торн был человек, привыкший признавать свои ошибки и достаточно решительный, чтобы следовать разумному совету. Он признал свой провал в школе, сам поехал в Локустборо и уговорил мисс Фергюсон вернуться. Так как он не брал жалованья, у попечительного совета остались деньги. Девушка согласилась приехать с условием, что будет жить в доме Берка и Крэм Айртон не будет ее беспокоить. Пока Бёк Торн был в долине, можно было не опасаться Крэма, так как он все время боялся, что его обличат в поджоге шалаша.
Отказ Торна от преподавания произвел хорошее впечатление: те, кому он нравился, хвалили его за то, что он сам отказался в пользу лучшей учительницы, а враги его считали себя победителями и стали снисходительными к пораженному врагу.
Берли Сесиль предложил посвятить Айртона в план создания радиостанции для блага жителей долины. Торн хотел, чтобы это сделал Берк, который нехотя согласился. Но Айртона было не легко убедить. Удалось только добиться того, что он отказался от активного противодействия до того времени, когда станция будет готова.
Айртон хотел убедиться в том, что станция будет действительно работать, что она принесет пользу долине и- что от нее не будет исходить больше плохого, чем хорошего. Тем не менее, как человек честный, он сделал даже больше, чем обещал: он повсюду рассказал, что станция имеет в виду именно пользу долины.
Бёк Торн, свободный от уроков в школе, сказал, что станция может быть готова к марту, а Хюг только ею и бредил.
— Ты знаешь, что такое электричество, — сказал раз Бёк Торн, когда они вернулись из Фолджэмбвилля, и привезли приборы, присланные им Лигой радиосвязи. — Джед Блэден научил тебя работе с телеграфом и дал тебе представление о динамо и электрических машинах, ты сам сделал два-три радиоаппарата, хотя все по системе искровой передачи, и ты много читал о радио. Ты знаешь также кое-что об электрических измерениях и о теории электронов. Начало хорошее. Ты повторил опыты Герца и Маркони и научился обращаться с волнами Герца. Ну, а знаешь ли ты, что собою представляют эти волны?
— Знаю, — ответил мальчик. — Это электромагнитные волны, исходящие от колебаний антенны, причем колебания вызываются переменным электрическим током от искрового разряда или другого источника энергии. Задача радиопередачи в том, чтобы эти волны были возможно чаще и сильнее; работа приема волн, как бы слабы они ни были, состоит в усилении их и наилучшем приеме сигналов.
— Можно бы сказать больше, но пусть так. На что похожи волны?
— Д-р Камерон сказал мне, что они являются бесконечными рядами пузырьков, один в другом, которые распространяются сферически, никогда не прерываясь, но становясь все слабее. Одновременно с ними распространяются линии электрической силы под прямым углом с ними.
— С какой скоростью?
— Скорость света 300.000.000 метров (186.000 миль) в секунду.
— В какой среде распространяются эти волны?
— В эфире.
— Что это такое?
— Этого я не умею как следует объяснить.
— И никто не умеет. Но все-таки попробую[11].
Волны воды идут только по поверхности. В воздухе распространяются звуковые волны. Но молекулы воды и воздуха не перемещаются. Движение волн проходит через них, или передается ими. То же самое с радиоволнами. Они движутся в эфире, или проходят через него.
Сам же эфир как будто бы является невидимым веществом, в котором плавает вселенная. Жидкие и твердые тела только разные формы материи, плавающей в эфире.
Если все тела состоят из атомов, а атомы из ионов, если ионы в атоме удалены друг от друга как планеты в солнечной системе, надо полагать, что эфир заполняет пространство между ними. Если так, то я могу понять каким образом волны Герца, которые суть лишь колебания эфира, проходят через тела, так как ионы в каждом атоме слишком малы, чтобы остановить волны эфира.
Волны света и радио распространяются с одинаковой скоростью, но имеют ли они одинаковую длину?
— Нет, длина волны Герца может быть от 25 миль от гребня к гребню до одного дюйма, а самая длинная световая волна короче самой короткой радиоволны в 10.000 раз.
— Даже меньше, мой мальчик. Обыкновенный желтый свет (натрия) имеет волну длиной в одну тридцатитысячную дюйма. Знаешь ли ты, что такое частота?
— Количество волн в секунду.
— Почти так, но не совсем. Это скорость волны, умноженная на длину ее.
— Что такое частота электромагнитных волн?
Хюг чувствовал, что должен уметь ответить, но не мог.
— Это трудный вопрос, — признал Торн. — потому что три таких различных вещи, как радиоволны, лучистые тепловые волны и световые волны все являются формой радиолучей. Переменный электрический ток со скоростью 60 в секунду дает волны такой частоты.
Частота радиоволн может быть: от 10.000 до 3.000.000 в секунду; тепловых волн: от 5.000.000.000.000 до 200.000.000.000.000 в сек.; световых волн: от 400.000.000.000.000 до 1.000.000.000.000.000 в секунду.
Частота Х-лучей в триста раз больше самой большей частоты световой волны, а эманации радия имеют в семьдесят раз большую частоту, чем Х-лучи.
— Очень важно запомнить, Хюг, что мы не особенно хорошо еще знакомы с электромагнитными волнами. Есть волны ниже радиоволн, свойства которых мы еще не знаем. Между радио и тепловыми волнами есть множество неизвестных волн в миллион раз больше радиоволн. Между тепловыми и световыми волнами есть промежуток в частоте в два миллиона миллионов, промежутки между световыми и Х-лучами, и между Х-лучами и лучами радия еще больше. Наши знания электромагнитных волн очень малы, многое надо еще открыть. Есть работа для нового Герца.
Заметь еще, Хюг. Эти волны могут превращаться одни в другие. Эманации радия могут быть приведены к частоте X-лучей, которые могут принимать такую форму, что дают свет. Световые лучи легко изменить так, чтобы они давали тепло, и они могут с помощью селена и электрического тока быть превращены в звуковые волны, так что можно слышать свет звезд. Звуковые волны в телефоне превращаются в электрические и снова в звуковые. Волны большой частоты могут быть превращены в волны малой частоты, и это ежедневно делается в беспроволочном телеграфе; радиоволны уменьшаются так, чтобы они были доступны для слуха.
— А знаешь ли ты, что такое ширина волн?
— Да, отчасти. В волне водяной, т. е. волне на поверхности, это глубина волны от гребня до углубления между волнами, но в радиоволнах это наибольшее отклонение от состояния покоя.
— Это доказывает, что ты неправильно определил ширину водяной волны. Ширина — половина расстояния от гребня к углублению. Старайся быть точным.
— Ну, а что ты знаешь о форме волн?
Мальчик покачал головой.
— Не думаешь ли ты, что все волны имеют одинаковую форму? Ничего подобного. Как работал бы тогда телефон или фонограф? Только благодаря форме волн мы можем различать звуки. Каждый вид электромагнитных волн имеет разную форму: это очень важно в беспроволочном телефоне, ты еще о нем не знаешь. Но разницу между непрерывными и прерывающимися рядами ты знаешь?
— Об этом была статья в журнале, но я не особенно хорошо понял ее.
— Я тебе объясню, в чем дело. Когда бросают в воду камешек, получается не одна волна, а целый ряд мелких волн. Если бросать дальше камни, целый ряд их, совершенно одинаково с первым, или если поверхности воды будет касаться вибрирующий предмет, получится непрерывный, постоянный ряд волн. Если бросать камешки через неправильные промежутки времени, или если вибрирования касающегося воды предмета будут прерываться, получится прерывающийся ряд волн.
Удар по клавише рояля даст ослабевающий ряд волн, а нажимание клавиши органа — непрерывный. Мандолина дает ослабевающий ряд волн, скрипка — непрерывный. Разряды конденсаторов дают ослабевающие волны, а альтернаторы высокой частоты, дуга Паульсена и катодная лампа (со всем этим придется тебе познакомиться и как можно скорее) дают непрерывные или, как говорят, незатухающие волны.
Незатухающие волны имеют большие преимущества, важные для радио. Точка в радиотелеграфе длится одну двадцатую секунды. При искровом разряде с тысячью раз в секунду в каждой точке будет 50 рядов с 40 волнами в каждом ряду или всего 2.000 волн. При передаче же незатухающими волнами, в точке будет 10.000 волн, т. е. в пять раз больше. Прерывающиеся ряды имеют всего одну волну полной мощности, остальные же ослабевают, тогда как незатухающие волны все имеют одинаковую мощность и дают, приблизительно, в 5 раз больше энергии. Таким образом, сила передачи точки незатухающими волнами больше передачи ее затухающими в 25 раз, а энергии для передачи нужно немногим больше. Кроме того, незатухающие волны чисты и дают колебания только в соответствии с электрическими данными цепи; затухающие же волны расплывчаты.
— Искровой разряд не дает непрерывных волн?
— Нет. Поэтому-то Маркони и пришлось работать по другой системе, предложенной впервые Вином и разработанной Флемингом.
Идея состояла в том, чтобы сделать как раз обратное непрерывным волнам, т. е. в том, чтобы ослабевающий ряд волн еще больше ослабить, и сделать это так быстро, чтобы можно было принимать в расчет только первый толчок. Вин достигал этого посредством того, что у него искра в металлической цепи получалась не между шариками, а между металлическими пластинками. Он брал ряд из 10 металлических пластинок, отстоящих друг от друга на 1/50 дюйма; вследствие охлаждения металлических поверхностей искра получалась настолько ослабленной, что антенна получала чистое возбуждение.
Разрядник Вина.
Флеминг еще усовершенствовал это: у него металлические пластинки с искровым промежутком вращались в масле, так что была устранена возможность возникновения дуги между концами промежутка.
Маркони сделал большой шаг вперед по сравнению с Вином и Флемингом своим изобретением дискового разрядника, вращающегося с большой скоростью; стальной диск с выступающими по обе стороны шпеньками вращается с большой скоростью между двумя другими дисками, вращающимися в свою очередь под прямым углом к нему, и включенными в одну цепь с конденсатором.
Каждый раз, когда шпенек проходит под двумя большими дисками, создавая небольшой искровой промежуток, в цепи диск — конденсатор — трансформатор создаются колебания. Скорость вращения среднего диска так велика, что он разрывает цепь конденсатора, немедленно прекращает колебания в конденсаторе и возбуждает в антенне колебание одной частоты. В следующей стадии изобретения Маркони диск был гладкий; он был устроен по тому же принципу, но без шпеньков и приспособлен к посылке незатухающих волн. С помощью этого прибора впервые удалось телеграфировать через Атлантический океан.
— Но я читал, что для этого он отказался от применения батареи.
— Да, он пользовался индукторным альтернатором, о котором тебе говорил Джед Блэден. Мы здесь поставим такой. Но он пользовался все-таки искровым разрядником. Первый аппарат для телеграфирования через океан состоял из машины в двадцать пять сил и альтернатора переменного тока низкой частоты, при напряжении 2000 вольт, и заряжал специально устроенные конденсаторы, состоящие из лейденских банок, погруженных в изолирующее масло. Конденсаторы разряжались раньше с помощью вращающихся дисков Флеминга, а затем с помощью диска с зубьями Маркони.
Одиннадцатого декабря 1901 года, памятный день в истории радиотелеграфии, Маркони получил на острове Ньюфаундленд сигнал букву «S», посланный Флемингом из Польдью (Англия). Новые станции сейчас же были устроены в Клифдене (Ирландия), Ледяной бухте (Новая Шотландия) и мысе Код-Масачузетс. В Клифдене пользовались дисковым разрядником Маркони, причем была применена новая система конденсаторов, состоявших из полированных металлических листов, висящих в воздухе, заменивших классическое стекло и фольгу.
22 декабря 1902 г. через Атлантический океан была послана первая радиотелеграмма, а через три месяца началось регулярное сообщение по беспроволочному телеграфу.
К 1907 году радиотелеграфия достигла такого развития, что обслуживала газеты; дальнейшее развитие пошло быстро, и в настоящее время беспроволочный телеграф охватил весь мир и каждая значительная страна сообщается со своими отдаленными владениями по радио: Америка с Филиппинами, Англия с Австралией, Франция с Индокитаем.
Прежде, чем перейти к дальнейшему, я хочу сказать тебе, что искрогасящая система Вина, усовершенствованная Флемингом и примененная Маркони для первых телеграмм через океан, не оставлены и до сих пор. Часто сигналы от передатчиков, работающих с гасящей искрой, дают в телефонной трубке музыкальный тон, искры следуют одна за другой очень быстро и регулярно. Таким образом, хотя эти волны и затухающие, но они дают результат такой же, как и непрерывные.
Если телеграфист может посылать сигналы со скоростью двадцати слов в минуту (часто они передают гораздо скорее), точка должна была бы занимать 1/20 секунды. При частоте разрядного диска в 1.000 в секунду, точка будет состоять из пятидесяти искр, достаточно для того, чтобы в телефонной трубке была слышна нота, высота которой может быть по желанию изменена с помощью увеличения или уменьшения числа искр в секунду.
Это даст возможность принимающему выделить звук предназначаемого ему сигнала.
К системам, дающим эти музыкальные искры, относятся системы Вина, ф. — Лепеля, а также Телефункен. Последняя развилась в одну из наиболее значительных германских систем (на некоторых станциях немцы пользуются альтернаторами), которой перед войной пользовались для поддержки сношений через океан с Америкой; после войны она применяется на некоторых русских станциях.
— Ну, а теперь, какие ты еще знаешь системы передачи?
— Я читал, что есть другие системы, но не знаю о них ничего. Кажется, они применяются только на больших станциях.
— Ничего подобного. Принципы, годные для больших станций, годны и для маленьких, но не наоборот. Тебе необходимо познакомиться с другими системами.
Есть три главных системы (не считая вновь призванной к жизни для сношений в шахтах — индукционной): дуга Паульсена, альтернаторная система — тип Александерсена и Гольдшмита, и система термионной лампы Флеминга, больше известной под именем катодной лампы. Значение этой системы возрастает с каждым днем. На многих станциях «лампа» вытеснила искру, вытесняет дугу, а недавно большие лампы были установлены для работы через океан взамен больших альтернаторов. Результаты были настолько хороши, что принимающие станции по другую сторону океана даже не подозревали, что произошли какие-нибудь перемены.
Прежде всего займемся электрической дугой. Что ты знаешь о ней?
— Ничего, — ответил мальчик. — Я никогда ее не видел. Я видел на картинках электрическое освещение с помощью дуги, но я никогда не был в большом городе. Я не знаю, как она работает, потому что все статьи в журнале о радио с помощью дуги считают, что устройство дуги всем известно.
— Значит, тебе надо начать с самого начала. Когда электрический ток непрерывно или почти непрерывно идет через маленький промежуток в цепи — промежуток, наполненный воздухом или другим газом при атмосферном давлении, получается непрерывный разряд, называемый дугой. Она ионизирует воздух, если ты знаешь, что это значит.
— Знаю, — сказал Хюг. — Доктор Камерон мне объяснил, когда говорил мне о теории электронов: атомы разбиваются, и ионы, разлетаясь в воздухе, делают воздух проводником.
— Вроде этого. Дуговая лампа, употребляемая для уличных фонарей, состоит из пары угольных стержней с кончиками близко один от другого. Когда через кончик проходит ток, уголь накаляется и дает яркий свет. Промежуток между кончиками наполнен раскаленными парами углерода, что делает свет еще ярче.
— Так это вроде искры, — сказал мальчик.
— Нет, этого нельзя назвать искрой теоретически, может быть, и трудно точно разграничить одно от другого. Дуговые разряды постоянны и почти непрерывны, искровые же временные и прерывающие. Кроме того, способ устройства и пользования дугой совершенно отличен от приборов с искрой. В 1910 г. англичанин Дудделль нашел, что если цепь, состоящая из самоиндукции и емкости, шунтирует дугу постоянного тока, дуга может издать музыкальный звук. Он предположил наличие колебаний и проверил это, включив в цепь измерительный инструмент.
Схема дуги Дудделля.
План Дудделля прост. К положительному углю дуги он присоединил короткую проволоку внутренней обкладки лейденской банки; к отрицательному он присоединил наружную обкладку через катушку самоиндукции с большим числом витков. Лейденская банка (конденсатор) дала ему энергию, катушка — инерцию. Как только ток появлялся, через ничтожную долю секунды в катушке появлялись колебания большой частоты. Понимаешь, почему?
Мальчик отрицательно покачал головой.
— Чтобы понять это, надо знать, что электрическая дуга, рассматриваемая как проводник электричества, обладает некоторыми особенностями. Не все проводники оказывают одинаковое действие на ток, но, как общее правило, ток прямо пропорционален элекродвижущей силе и электропроводности проводника. Это называется законом Ома. Угольные пары в дуговой лампе не подчиняется этому закону. Наоборот, усиление тока, проходящего через дугу уменьшает разность потенциалов между углями; ослабление тока ведет к увеличению разности потенциалов.
Теперь посмотрим, что же произошло в приборе Дудделля, где цепь, в которую были включены конденсатор и катушка, проходила кругом дуги с постоянным током. Как только в этой цепи появлялся ток, часть тока, проходящего через дугу, уходила на заряжение конденсатора. Это ослабляло дугу, но, в силу особенностей раскаленного угольного газа, эта потеря тока увеличивала разность потенциалов между углями, одновременно увеличивая разность потенциалов между обкладками лейденской банки. Это продолжалось до тех пор, пока банка не была заряжена. Если банка не была больше в состоянии извлекать ток, сила тока, проходящего через дугу возрастала до своей нормы; вследствие этого уменьшалась разность потенциалов углей, и полностью заряженный конденсатор разряжался через дугу. Немедленно после разряда противоположные токи нейтрализовались и цикл начинался сначала.
Ты видишь, Хюг, что в этой системе лейденская банка попеременно заряжается и разряжается и образует переменный ток, получившийся из постоянного. Электроны или ток мчатся туда и назад по катушке. Очевидно, что частота зависит от естественного периода колебаний конденсатора и катушки одного ряда с ним. Если частота эта не превышает 30.000 в секунду, волны могут быть слышны. Вот почему дугу часто называют музыкальной или поющей дугой. Принцип был ясен, но Дудделль достиг колебаний слишком слабых для целей радио.
В 1903 году Паульсен в Дании снова взялся за этот вопрос, рассматривая его с точки зрения радио. Это было тогда, когда Маркони добился возможности передачи сигналов через океан, но был стеснен слабостью искровой передачи. Паульсен считал, что большая продолжительность дугового разряда поможет разрешить проблему больших расстояний. Он доказал это на деле. Датский изобретатель сразу увидел два слабых места в дуге Дудделля: во-первых, промежуток воздуха недостаточно быстро дезионизировался, а во-вторых, развивалось слишком много теплоты. Для преодоления первой трудности он поместил промежуток в разреженную среду, так что дезионизация происходила быстрее. Во втором случае он применил охлаждение одного из электродов водой.
Схема передатчика с вольтовой дугой Паульсена.
Паульсен сделал дугу, причем положительный электрод был из угля, а отрицательный был из меди и охлаждался водой; дуга была заключена в сосуд, наполненный воздухом, углекислотой и парами алкоголя и помещена поперек между полюсами сильного электромагнита перпендикулярно к ним. Тогда явилась возможность получить в цепи конденсатора колебания частоты 1.000.000 в секунду, так что прибор был применим для беспроволочного телеграфа.
Тогда Паульсен соединил катушку в этой цепи как первичную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого в одном ряду с антенной, и настроил их одинаково. В американском флоте в дуговых аппаратах соединения устроены иначе — медный анод включен непосредственно с антенной через заряжающую катушку. Маленькие дуговые передающие аппараты часто снабжены прерывателем, уменьшающим слишком большую частоту колебаний и делающим ее доступной для слуха.
Сигнализация совершается, переключая генератор на некоторый нагрузочный контур или на антенну. Этот способ имеет недостатки, но он все же принят на многих больших станциях; одна из наиболее известных в их числе, станция в Лифильде, близ Оксфорда, в Англии, служащая контрольной станцией Британского кругосветного радио.
— Понял, ты что такое дуга?
— Да, — сказал Хюг и, взяв карандаш, сделал набросок: — что-то в этом роде?
Торн сделал несколько поправок.
— Да, ты схватил идею. Теперь перейдем к альтернаторам. Но погоди! Джэд Блэден тебе объяснил, как устроены динамомашины. Показал ли он тебе, как работает альтернатор?
— Я сам даже сделал альтернатор, — гордо ответил Хюг, — только отцу не удалось спасти его, когда шалаш сгорел.
— Значит, ты понимаешь, что если бы мы имели возможность строить альтернаторы, могущие давать большую частоту, нам бы не надо было ни искр, ни дуг. Стоило бы только соединить один полюс альтернатора с антенной, а другой с землей.
— Но ведь их же строят?
— С большими трудностями и колоссальными затратами. Альтернаторы Гольдшмита с вращающимся полем с его сложной внутренней конструкцией, дающей нужную частоту при помощи вращающихся противоположно магнитных полей, были в ходу до войны, но скорость вращения так велика, что ни одна машина не выдерживает такой работы. Альтернаторы Александерсена индукторного типа…
— Я сделал такой, только, конечно, маленький.
— Тогда я не стану объяснять. Они приняты в Америке и работают прекрасно. Но их стоимость чрезвычайно велика и они не прочны. Французский альтернатор Латура проще и очень остроумен, но не так солиден как Александерсеновский, хотя и употребляется на самой большой станции в Сент-Ассизе.
Есть еще одна система передачи, которую тебе надо знать, это вентиль Флеминга. Он предназначался сперва для детектора в приемнике, и, как детектор, не превзойден до сих пор. Но когда с вентилем познакомились лучше, в нем были найдены изумительные возможности.
Из простого детектора Флеминга выросла чудесная трехэлектродная лампа. Она употребляется для получения незатухающих волн и, посредством так называемой регенеративной связи может воспринимать самые слабые токи. Включенная еще другим способом, в качестве усилителя, она может усиливать токи почти неограниченно. Только при помощи катодных ламп, примененных в качестве детекторов, усилителей, сделался возможным кругосветный радиотелеграф. Катодные лампы могут в конце-концов заменить все другие виды передающих аппаратов.
Устройство их трудно понять; тут прислано несколько экземпляров, я покажу их тебе завтра.
Берли Сэсиль, который слушал всегда все объяснения Торна, почти ничего в них не понимая, прервал его:
— Все это хорошо, — сказал он, — но я бы хотел знать, в каком положении план Хюга?
— Чудесно идет, я написал повсюду, всем заведующим отделами Лиги радиосвязи и многим помощникам, и от всех получил восторженные ответы.
Все откликнутся, как только мы будем готовы.
— Да, но кто будет платить?
— Да никто. Любительских радиостанций в Америке больше 100.000 и всюду мы найдем людей, которые будут помогать нам.
— Бесплатно?
— Конечно. Многие просто любят работу с радио как забаву, желая просто знать, сколько станций они могут слышать, или скольким могут передать. Есть много серьезных исследователей. Их работа представляет большую ценность. Любителям удалось сговориться с арктическим путешественником Мак Миланом, когда он замерзал у Северного полюса. Любители достигли передачи через океан с помощью станций небольшой мощности. Они же стали сообщаться с Японией. Я мог бы привести вам много примеров достижений любителей. Правда, многие жалуются — главным образом слушатели широковещательных станций, — что любители наполняют воздух пустяками.
Опыт Эдиссона. Принцип вентиля Флеминга.
Электронная или катодная лампа.
В этом есть доля правды. Я нахожу, что напрасно любители гонятся за большими расстояниями только для того, чтобы иметь право сказать, что они передали телеграмму с помощью самодельного аппарата на тысячу или более миль. Дело в том, что на долю любителей приходится мало полезной работы. Вот почему они так охотно идут навстречу нам.
Подумайте сами, Берли Сесиль, мы находимся в 14-ти милях от Фолджэмбвилля и в 60-ти от Ашвиля. Железнодорожное сообщение плохое, во всей долине ни одного автомобиля, да автомобиль и не мог бы идти по здешним дорогам, даже хороших экипажей нет, почта есть только в Ольд Милл Бранче. Тысячелетний Джоэ должен собирать письма и относить туда, и передавать письма по адресам. Но он стар и страдает ревматизмом. Он ходит не каждый день, хорошо если соберется раз в неделю.
Если кому-нибудь в долине нужно что-нибудь спешное. что ему делать? Итти пешком, или на телеге ехать в Фолджэмбвилль — двенадцать часов утомительного пути или написать письмо и ждать, пока Тысячелетний Джоэ, его отправит? А если что-нибудь случится, как дать знать?
Все это мы изменим. У нас Фолджэмбвилль будет рядом, а Ашвиль за углом.
Вот тут-то и начинается план Хюга.
Когда станция будет готова, мы сможем передать известие, куда угодно и получить скоро ответ.
— Стыдно, что это теперь невозможно, — сказал горец.
— Послать бы можно, — сказал Торн. — Станция, правда, не готова, но я сделал некоторые улучшения в старом аппарате Хюга на шалаше, и он недурно работает. Но почему это стыдно?
— Вы бы могли сегодня использовать ваши аппараты.
— Что? Сегодня? — Бёк Торн был живо заинтересован.
— Я встретил сегодня Симпсона. У него мулы без дела, а есть предложение работы по починке дороги. Урожай у Симпсона побило градом и он просто не знает, как быть. Тысячелетний Джоэ только сегодня принес Симпсону письмо, а завтра последний срок — до завтра никак не попасть в Ашвиль. Для Симпсона двести долларов не шутка. Если бы вы могли…
— Ашвиль! — вскричал Торн. — Я знаю несколько станций в Ашвиле. Там находится и 4КС и 4MI, 4GW и много других! Всего шестьдесят миль! Да нет ничего проще! У нас есть старый аппарат Маркони, который стоит без дела. Пойдите за Симпсоном, Берли Сесиль, скажите ему, что я ему все устрою. Беги скорее в шалаш, Хюг, осмотри батареи и проверь соединения. Вот случай для тебя показать, чему ты научился.
— Но как мы будем знать, что наша телеграмма получена? Приемник на школьной крыше никогда не примет сигнала из Ашвиля, — сказал Хюг.
— Конечно нет. Но ведь мы сегодня получили посылку, в которой есть лампы Флеминга. Я бывал в худших переделках, а тут мы легко справимся.
Он посмотрел на часы.
— У нас есть час времени, можно хоть в Китай телеграфировать. Иди и проверь все, пока Симпсон придет я рассчитаю, как нам включить приемную цепь в передающий аппарат Маркони. Проводник не очень хорош, но как-нибудь сделаем. Ну, скорее!
Бёк Торн весь горел. Он работал как сумасшедший над кучей материала старого и нового. Хюг, полагавший, что понимает кое-что в беспроволочном телеграфе, совершенно растерялся, стараясь следить за сложными приготовлениями к телеграфированию. Торн не задумывался ни на минуту; батареи, старые индукционные катушки, провода, выключатели, трансформаторы, инструменты для настройки — половину из них он тут же приспосабливал к новой работе — ставились на свои места. Посредине этой казавшейся беспорядочной кучи частей и приспособлений стояла новая катодная лампа.
Хюг не удержался и спросил:
— Что?..
— Потом скажу.
Наконец, пришел Симпсон.
— Запиши то, что ему нужно, — сказал Торн.
Записать то, что хотел Симпсон было нелегко, так как нельзя было убедить его говорить кратко. Он хотел рассказать в виде вступления историю о том, как град побил его поля; наконец, Хюг сам составил телеграмму.
В это время искры уже трещали как фейерверк и сигнал «всем станциям» (Cq) полетел через горы.
— У нас нет букв, чтобы нас вызывать, мы еще не имеем настоящей станции, это мешает принимать, — сказал Торн. — А, вот кто-то говорит. Это 4КС.
Торн выключил передачу и стал принимать.
— Он говорит, что рад, что мы, наконец, заговорили. Идиот! Мне сейчас не до разговоров.
Он передал телеграмму и объяснил, почему она такая срочная, а также прибавил, что успех этой телеграммы будет иметь большое значение для успеха плана Хюга, которого ждали все ближайшие станции.
В ответ просили минуту обождать, пока их опять вызовут.
Бёк Торн, улыбаясь, сказал мальчику.
— Я дал ему буквы НС[12] для ответа.
Через четверть часа в телефонной трубке был ясно слышен звук сигналов Морзе.
— Лампа работает великолепно, — пробормотал Торн, и стал принимать.
— Он говорит, — сказал он, — что все передано и завтра утром будет у того, от кого это зависит. Говорит также, что у него есть знакомство в управлении дорог и что он постарается все устроить. Так и говорит: считайте, что все сделано.
Так в стремлении помочь человеку в нужде, радиостанция Муравьиной долины начала свою работу.
Телеграмма, посланная в Ашвиль от Симпсона дала впервые понять жителям Муравьиной долины, что может им дать радио. Симпсон получил работу, и кроме того получил письмо от управления дорог с выражением удивлении и радости по поводу того, что жители долины идут в ногу с современностью. Многие после этого хотели посылать радиотелеграммы, но так как особенной срочности ни в одном случае не было, Бёк Торн отказался телеграфировать раньше, чем будет готова большая станция на Сахарной горе.
Хюг начал понемногу осуществлять свой план. Он взял у большинства жителей долины адреса их родственников, живущих в отдаленных местностях, и разослал по всем этим адресам письма с просьбой тридцатого марта не ложиться спать раньше полуночи и ждать вестей из Муравьиной долины. С своей стороны Бёк Торн написал управляющим станциями и членам Лиги радиосвязи во все города по списку Хюга с просьбой в этот вечер ждать телеграмм, непременно сейчас же вручить их адресатам, просить ответа и немедленно передать эти ответы.
Схема лампового передатчика.
Многие журналы заинтересовались этим планом, так как, конечно, приобщение жителей отдаленной долины к общей жизни страны было интересной задачей. Один из журналов предложил, чтобы все радиостанции в этот вечер дали возможность свободно передавать и принимать телеграммы из Муравьиной долины, не загромождая насколько возможно воздушных путей. В эту знаменитую ночь почти все население долины скопилось у холма, который после продолжительных поисков и испытаний Бёк Торн нашел наилучшем пунктом для радиостанции. С наступлением сумерек и до десяти часов Торн и Хюг принимали гостей, показывая и объясняя желающим аппараты. Станция была хорошо оборудована, достаточно сильна для того, чтобы телеграфировать в любое место Соединенных Штатов и достаточно чувствительна для получения вестей от любой из больших американских станций, как бы она ни была удалена. Передатчик имел мощность двадцать ватт с четырьмя пятиваттными лампами, работал незатухающими колебаниями. Схема передатчика была та же, что принята в Британском воздушном флоте и хотя была не особенно удобна для настройки, но давала сильные колебания. Динамо постоянного тока приводилась в движение газолиновым двигателем, хорошо прикрытым звуконепроницаемым футляром.
Приемник состоял из двухстепенного усилителя высокой частоты, детекторной лампы и двухстепенного усилителя низкой частоты, и был устроен так, что можно было пользоваться каждой ступенью отдельно или всеми вместе. Настройка производилась легко, с помощью сотовых катушек и различных конденсаторов.
На всех почти присутствующих все это производило впечатление чего-то страшного, таинственного. Девять ламп — четыре в передающем и пять в принимающем аппарате, — горели ярким светом, это было необычно для всех посетителей, которые не видели никакого искусственного освещения, кроме свечки и керосиновой лампы. Измерительные приборы — вольтметры, амперметры еще более смущали их. Неприученному глазу все эти предметы, казалось, обладали оккультной силой, как фиалы алхимика или кабалистические шары колдуна. Хюг среди блестящих медных инструментов и проволочных катушек казался магом. А наверху веер проводов указывал путь в пространство.
Из всех жителей долины только Айртон пытался понять хоть что-нибудь в электричестве и радио; интерес к этому появился у него после телеграммы Симпсона. Упрек Торна в том, что он враждебно относился к тому, чего не понимал, больно задел его. Мало того, он стал думать, что может быть у его сыновей не были бы вечно на уме какие-нибудь злые проделки, если бы головы и руки их были заняты чем-нибудь дельным.
Нельзя ли было заинтересовать Крэма в радио? Может быть он стал бы порядочнее? Вот почему Айртон так был заинтересован новой станцией, и, хотя наружно оставался еще в оппозиции, в глубине души желал ей успеха. Его грамотность не могла принести ему много пользы в ознакомлении с приборами. Он еще мог понять искровой разряд, но совершенно не знал ничего о катодной лампе. Тут представился случай спросить Торна. Еще час оставался до наступления времени прежде, чем можно было начать телеграфирование, и Бек Торн воспользовался этим часом, чтобы как можно яснее объяснить Айртону принципы устройства лампы.
— Катодная лампа, часто называемая вентилем Флеминга, очень похожа на обыкновенную электрическую лампочку. Но если вы присмотритесь к ней, то увидите, что в ней заключены не только нити для освещения. В ней находятся три вещи: проволочные нити, которые при накаливании дают свет, сетка, сплетенная из проволоки и металлический цилиндрик. Нити двумя кончиками соединяются с батареей, так что образуется замкнутая цепь и является свет. Сетка и цилиндр имеют по одному концу, так что их цепи не замкнуты.
Вы, вероятно, читали, что все вещества состоят из электронов, которые суть малые заряды электричества. Вы знаете, может быть, что электрический ток есть просто течение электронов. Вы несомненно знаете также, что есть два вида электричества: положительное и отрицательное, и что разноименные притягиваются, а одноименные отталкиваются.
Есть в электричестве один очень важный принцип, который необходимо усвоить, чтобы понять действие катодной лампы: металлы, нагреваясь, отбрасывают часть своих свободных электронов; чем больше они накалены, тем больше они рассеивают электронов.
Если вокруг накаленного металла, как вокруг нити в лампочке, есть воздух или другой газ, отброшенные электроны ударятся о молекулы газа и будут остановлены трением. Чтобы этого не было, из лампы выкачивают воздух. Для работы катодной лампы важно, чтобы ничто не мешало течению электронов. Чтобы вам было ясно, я объясню работу катодной лампы в ее трех стадиях.
Прежде всего, м-р Айртон, представьте себе, что нити соединены с батареей, как тут у меня, сетка же и цилиндр не соединены и находятся вне какой бы то ни было цепи. Что тогда произойдет?
Как только металлические нити накалятся, они выбросят отрицательные электроны. Эти электроны, разлетающиеся во все направления, ударятся о сетку и о цилиндр, которые станут отрицательными, так как они будут иметь избыток отрицательных электронов. Пустое пространство в трубке станет также отрицательным, потому что масса таких электронов будет носиться кругом.
Испускание электронов в вентиль Флеминга.
Одноименные отталкиваются, не забудьте. По мере того, как нити выбрасывают все больше отрицательных электронов, тройное отталкивание заряженных сетки, цилиндра и пространства возрастает, пока не станет настолько сильным, что нити больше не смогут отбрасывать электронов, будет достигнута точка равновесия. Лампа остается постоянной, дает свет и больше ничего.
Это первая стадия. Электрическое освещение работает в этом роде. Понятно вам, м-р Айртон? — Торн сделал грубый чертеж: вот это вам поможет понять.
— Я, кажется, понял, — сказал Айртон, — только вы очень быстро говорите.
— Постараюсь говорить медленнее. Мне и с Хюгом пришлось повозиться.
— Но если вы в общих чертах поняли, я расскажу вам о второй стадии.
Теперь представьте себе, что нити соединены с батареей как и прежде, но что и цилиндр и сетка соединены с положительным полюсом другой батареи, отрицательный полюс которой соединен с нитями. Это дает сетке и цилиндру положительный потенциал, и создает еще одну цепь, замкнутую всюду, кроме промежутка между нитями и цилиндром. Нити накаляются и отрицательные электроны отлетают, как и прежде, на этот раз с большей стремительностью, так как они притягиваются положительным цилиндром.
Течение электронов, или, что то же самое, электрический ток замыкают вторую цепь. Тогда батарея будет действовать, как насос, притягивая электроны от нити к цилиндру, от цилиндра к батарее, и из батареи к нитям, которые, накаляясь, снова их отбросят.
Это, как видите, создает постоянный ток кругом по цепи, через промежуток в лампе, всегда в одном и том же направлении, так как только отрицательные электроны отбрасываются нитями, а цилиндр постоянно соединен с положительным полюсом батареи. Заметьте это, это очень важно.
Лампа Флеминга, как детектор.
В этой стадии лампа может быть использована, как детектор в приемнике. Флеминг, изобревший ее, предназначал ее для этой цели, и даже в стадии двух электродов, когда вместо сетки и цилиндра был только один электрод, она является очень хорошим детектором. Если лампу с горящими нитями поместить в цепь с переменным током, через цепь цилиндра будет проходить только половина переменного тока, вследствие ее действия в одну сторону. Эта половина будет постоянным током. Если переменным током, входящим в лампу будут радиоволны, полученные в воздухе антенной, цепь цилиндра примет их в виде односторонних пульсирований лампа станет детектором, и если между цилиндром и батареей поместить какой-нибудь пишущий аппарат, эти пульсирования можно записать различными способами. Понятно, мистер Айртон?
— Стараюсь понять.
— Следующая стадия более сложная. Теперь представим себе, что нити по-прежнему соединены с батареей и цилиндр с положительным полюсом другой батареи — тоже по-прежнему. Но сетка соединена с третьей батареей, и составляет отдельную цепь. Будем считать эту батарею восстановительной и соединения с полюсом непостоянными, и на первый случай предположим, что сетка соединена с положительным полюсом третьей батареи. Тогда сетка получает положительный потенциал. Это увеличит притяжение электронов, но так как сетка имеет небольшую поверхность, большая часть электронов пройдет через нее к цилиндру.
Заметьте, м-р Айртон, что положительный потенциал сеток увеличит потенциал цилиндра. Заметьте также, что изменения энергии третьей батареи будут увеличивать или уменьшать силу течения к цилиндру. Затем представьте себе, что сетка соединена с отрицательным полюсом батареи. Тогда заряженная отрицательно сетка будет отталкивать отрицательные электроны. Если потенциал сетки слаб (что зависит от энергии батареи), он только уменьшит течение отрицательных электронов к положительному цилиндру; если же он силен, он преградит путь электронам и совершенно прекратит ток в цилиндре. Сетка расположена очень близко от цилиндра и самая незначительная разность потенциалов может оказать большое влияние на такую чувствительную вещь, как течение электронов. Такова третья стадия. Теперь посмотрим ее в действии.
На практике сетку не соединяют с третьей батареей, а включают с третьей цепью — с антенной, так, я при помощи лампы получил здесь первую телеграмму. Цилиндр соединен с положительным полюсом, между ним и батареей включен в цепь телефонных полюсов. Вот таким образом, — он стал показывать на приборе и Айртон кивал, как будто бы понимал в чем дело, хотя в действительности он едва мог следить за объяснениями. Хюг весь превратился в слух, так как, хотя Торн и раньше хорошо разъяснил ему этот вопрос, но он был далеко не уверен в себе.
— Понятно, что каждое изменение тока в цилиндре дает изменение в телефонном токе. Помните мои слова, что незначительная разность потенциала сетки дает большую разницу в течении электронов в цепи цилиндра. Таким образом, малейшее изменение в сетке действует на телефон.
Помните также, что сетка индуктивно соединена с антенной. Когда радиоволны большей частоты пронизывают антенну, они воспринимаются сеткой очень ясно, благодаря маленькому конденсатору, шунтированному большим сопротивлением, помещенному в сетке.
Теперь следите.
Радиоволны — переменный ток. Каждый ряд волн, проходя от антенны к сетке, уменьшает отрицательный потенциал сетки, увеличивая этим положительный ток цилиндра. Периоды покоя между рядами волн позволяют электронам сетки возвращаться назад, восстанавливая равновесие. Это дает одностороннее пульсирование цилиндра, а значит и телефона. Таким образом, самые слабые волны, прошедшие через громадные расстояния, могут быть приняты телефоном с помощью сетки меньше квадратного дюйма.
— Поразительно! — воскликнул Айртон.
— Это только начало. Еще важнее то, что та же лампа при почти таких же соединениях без конденсатора не только принимает волны, но и усиливает их.
Пользуясь сеткой как клапаном, или краном, чтобы не изменять проходящий через цилиндр ток, а прерывать и восстанавливать его, можно с помощью сетки оперировать сильной батареей в этой цепи. Так, слабая волна может быть усилена в сто раз. При помощи трансформатора усиленная волна может быть перенесена в другую усиливающую лампу и будет таким образом увеличена в десять тысяч раз. Я этого достиг и мне не надо больше усиливать, разве на очень большие расстояния. Чем меньше усиливать, тем лучше, так как усиливается не только чистая волна, а и мешающие токи и атмосферные разряды.
При не слишком большом усилении, при системе устранения нежелательных волн с хорошим детектором и еще дополнительным усилением по звуковой частоте можно достигнуть больших результатов.
Схема лампового приемника.
Для того, чтобы все это проделать, есть много разных приспособлений, но все виды усиления с помощью трехэлектродной лампы происходят по изобретению де-Фореста, как все детекторы с лампами от изобретения Флеминга.
Обоих их натолкнул на их изобретения Эдиссон, впервые обративший внимание на движение электронов в электрической лампочке, хотя он и понятия не имел о том, что оно собой представляет. Катодными лампами можно пользоваться еще иначе. Наиболее важно применение их для усиления при помощи регенерации. Оно открыто в 1912 году американцем Армстронгом и называется схемой Армстронга. Он заметил, что радиотоки могут быть усилены, когда цепь цилиндра настроена на приходящую волну. Это давало основание думать, что лампа имеет свойство излучения энергии. Армстронг использовал это свойство и придумал способ возвращать часть энергии из цепи цилиндра в цепь сетки, создав так называемую систему обратного действия. Эта система давала прекрасные результаты, когда воздушные пути были свободнее— в Соединенных Штатах больше миллиона радиостанций различных систем, — а теперь она совершенно оставлена, так как дает дополнительное излучение.
— Это что? — спросил Айртон. — Я что-то об этом читал.
— Это значит, что принимающий аппарат, который должен только принимать, посылает от себя не поддающиеся контролю вторичные колебания, затрудняющие работу приемников, в частности мешая слушателям широковещательных станций. Как я уже сказал, дополнительное излучение доказывает, что лампа способна излучать энергию вообще. Если колебания цепи цилиндра могут передаваться в цепь сетки, а оттуда в антенну, то усиливать их будет не трудно, а тогда можно использовать их для передающей станции. Теперь это очень распространенный способ. Наши четыре лампы вполне приспособлены для передачи, и дадут волны сильнее, чем искровой или дуговой разряд. В радио есть одно захватывающее свойство — каждый шаг вперед ведет за собою новые и новые успехи. Мы еще не знаем, какие возможности таятся в радио.
Прием на лампу с регенерацией (Армстронга).
Открытие Армстронга повело к открытию самой чувствительной гетеродинной системы приема.
Дело состоит в том, что в лампе создаются колебания. действующие на колебания, получаемые антенной.
Когда два колебательных прибора имеют одинаковую частоту, действие выражается в усилении волн, так как оба прибора действуют в унисон. Бывает также, что приборы имеют разную частоту, но через определенные промежутки времени их колебания совпадают. Это надо вам хорошенько объяснить. Представьте себе, что вы идете по дороге с маленьким ребенком, мальчиком, женщиной, и мужчиной немного меньше вас ростом. Длина шага ребенка один фут, мальчика два, женщины два с половиной, мужчины — два и три четверти, а вашего три фута. Когда их шаги будут совпадать с вашими? Шаг ребенка совпадает с вашим каждым шагом, шаг мальчика через ваш шаг, женщины в каждый пятый шаг, мужчины каждый одиннадцатый. То же самое может быть с колебаниями. Настройте две группы колебаний, тогда получится много ударов волн раньше, чем они совпадут. Частично они нейтрализуются. Вследствие этого волны станут реже, доступнее для слуха и усилятся в моменты совпадения. Это использовал Фесенден.
Много мог бы я рассказать вам, м-р Айртон, хватило бы на всю ночь. Но, пока довольно. Как вы сами можете судить, наша станция может выполнять любую работу, будучи в то же время не слишком сложной. Чем проще, тем лучше. Сегодня наша станция должна выдержать испытание.
Оставалось десять минут. Торн снова проверил все. Вольтметр и амперметр показывали нужное напряжение и силу тока. Генератор спокойно шумел. Все было в порядке.
— Половина одиннадцатого, Бёк, — сказал Хюг.
Четыре передающие лампы загорелись. Все телеграммы были собраны — их было всего двадцать; на каждой был номер станции, которая должна была принять. Так как на этот раз не было треска искр, тишина нарушалась только шумом генератора и пощелкиванием ключа.
Первая станция ответила через одну минуту.
— Афины-Джорджия, — объявил Торн. Ваша телеграмма, Уот Берк.
Он передал телеграмму.
Следующий был Норфольк, Виргиния.
— В три минуты — недурно!
И опять полетела телеграмма.
Затем следовали ближайшие по списку станции Фергон, Лекстон, Вашингтон. Все они говорили, что станция на Сахарной горе передавала ясно и сильно. Потом последовал Нью-Йорк, Уорсестер, Масачузетс, телеграммы были хорошо переданы, так как обе станции были прекрасные.
Цинцинати работала медленно, С.-Луис плохо принимала. Станции в прериях принимали и отвечали, как будто были удалены на какой-нибудь десяток миль от Муравьиной долины.
В Скалистых горах была метель и передавать было трудно. Торн передал в Денвер телеграммы для Санта Фе, Феникса (штат Аризона) и Сильвер Сити. Сан-Франциско сейчас же ответила и, несмотря на метель, приняла телеграмму для Такомы.
Только что все телеграммы были переданы, как стали поступать ответы. Большую часть прием производился только на одну лампу и в телефоне все время раздавался треск знаков Морзе. Торн повторял каждое слово, а Хюг записывал их. Айртон, Берк, Симпсон, Сесиль уже получили ответы.
На беду с Сильвер Сити, где жил брат Тысячелетнего Джоэ никак нельзя было связаться. Только в полночь этого удалось добиться.
Восторг публики возрастал с приходом каждой телеграммы. Многие ничего не знали о своих родственниках целые годы, так как писать они не умели. В некоторых телеграммах были лишь приветы, другие сообщали радостные новости, третьи, наконец, приносили печальные вести о смерти.
Наконец, в 1 час 30 минут получился ответ на телеграмму Тысячелетнего Джоэ. Меньше чем в три часа 20 телеграмм были посланы во все концы страны, и на каждую получился ответ.
Когда Бёк Торн кончил чтение телеграммы Тысячелетнему Джоэ, и выяснилось, что ни одна телеграмма не пропала, всегда апатичные жители Муравьиной долины разразились бурными аплодисментами. Все здание станции дрожало от криков восторга и восторженнее всех был Сэнди Айртон.