Искровая радиостанция

Постоянно возникают мнения, что радио у попаданца должно развиваться в точности с теми же этапами, что были в реальном мире.

Однако, в случае с искровым радио возникает вопрос — а нужно ли оно вообще?

Поэтому эта статья будет состоять из двух частей — «как сделать и чем отличается искровое радио» и «почему лично я бы не стал его внедрять». Хотя ситуации могут быть разные…

Сначала — лирическое отступление: «а что такое искровое радио»?

Дело в том, что передача современного радиосигнала состоит как бы из двух фаз. Первая — это создание несущей частоты, то есть электрических колебаний с той частотой, на которой собираемся вещать. Вторая фаза — это модулирование несущей частоты, то есть изменение ее амплитуды, частоты, фазы и т.п. в соответствии со звуковой волной, которую она понесет на себе в эфир. В простейшем случае модуляция амплитудная, то есть амплитуда несущей частоты изменяется синхронно с звуковым колебанием, которое она несет.

Так вот — искровое радио не имело модуляции, а в эфир шла только пустая несущая. И весь радиоприем был телеграфным — то есть определялось — есть ли несущая частота и сколько времени она передается — и дальше считывалась точка или тире азбуки морзе.

Итак, построим-ка искровой передатчик.

Мы не будем пытаться повторить первые передатчики Маркони, а будем строить более продвинутый искровой передатчик, который был построен Брауном в 1900 году. Этот передатчик имел уже куда большее КПД, чем классический разрядник Маркони. Собственно, отличие у Брауна было только одно — он разделил контуры антенны и разрядника.

Вообще классический разрядник излучает затухающие колебания разной частоты. Точнее говоря — всех частот. От сверхдлинных радиоволн до ультрафиолета (на этот искровой разряд больно смотреть, это не сварка но все же). Пик амплитуды у него будет на частоте колебательного контура, но все равно — пик не слишком и острый и спектр широчайший. Естественно, КПД передатчика смехотворно и для того, что бы что-то пошло в антенну, на него нужно подавать десятки киловатт (я не шучу).

С приемником Брауна чуть полегче. Тут тоже излучает килограмм мусора, но пик частоты у него много острее.

Итак, слева мы видим гальванический элемент, после него идет
трансформатор
, а точнее — очень повышающий трансформатор. Даже не рисунке видно малое число первичной обмотки и очень большое число вторичной обмотки. Десятки витков в первичной и десятки тысяч витков вторичной. Фактически эта схема — трансформатор Тесла.

Замыкание цепи гальванического элемента дает скачок в первичной обмотке трансформатора и многократно усиленный скачок во вторичной. Но во вторичной обмотке еще есть конденсатор (на схеме — элегантно нарисованная
лейденская банка
). И у нас между вторичной катушкой и этим конденсатором получается классический колебательный контур, настроенный на определенную частоту. Собственно, для советского человека эта часть схемы выглядит подозрительно знакомой — абсолютно этот кусочек с высоковольтной катушкой и конденсатором стоит в системе зажигания «классики» и дает искру на свечу.

Итак, колебательный контур у нас есть и этот контур дает затухающие колебания, что исключают любую модуляция. К сожалению, из-за наличия в цепи всяких трансформаторов и вторичных катушек у нас не выходит колебание одной частоты. У нас получается целая свалка, которая через катушку справа вываливается на антенну, а из нее — в эфир.

Разница между схемой Маркони не столько в наличии второго контура между а именно в принципе работы. И все из-за обратной связи из антенны на колебательный контур — она отдает часть энергии назад и пока искра не погасла, энергия гуляет туда и обратно. Затухание идет уже после того, как искра погасла.

Вобщем — смотрим на картинку слева. Это еще очень далеко от ламповых приборов, но прогресс в КПД наблюдается.

Радиостанции Брауна сразу начали усовершенствоваться. Первое, что сделали — это вторичная катушка переменной длины, чтобы можно было перенастраивать частоту. Изменялся и когерер в приемнике, его существуют десятки конструкций.

Но такие передатчики позволяют настраивать именно длинные волны, тут вопрос даже не в колебательном контуре, а в обратной связи между антенной во вторичной катушке. Но длинные волны имеют особенность — они хотя и огибают земную поверхность, но быстро затухают (как и все низкочастотное) и поэтому схемы с гальваническими элементами фактически бесполезны, по дальности получается нечто типа уоки-токи. Поэтому в контур начали закачивать сотни киловатт (я не шучу — 500 киловатт это такая себе слабая радиостанция). Но тут опять уперлись в предел. Дело в том, что чем больше становится энергия в замкнутом контуре (и связанной с ним антенне), тем выше делается напряжение на ней, и доходит до того, что с антенны происходят «тихие разряды» в которые и утекает мощность.

Бороться с этим можно одним способом — удлиняя антенну. Но так как это бесконечно не сделаешь, то вместо одной проволоки стали применять сложные веерные и зонтичные антенны. Чтобы понять масштаб происходящего, вот вам рисунок:

Это не шуточная схема, это иллюстрация реально работающей станции, которая телеграфом долбила из Парижа.

Я понимаю — сложность радиоламп велика. А какова сложность создания такой антенны? При этом вся необходимость этой конструкции — в невозможности сгенерировать незатухающий сигнал искровым передатчиком.

И напоминаю еще одну фишку — для того, чтобы использовать эту антенну, нужно закачать в нее минимум эти самые 500 киловатт, которые никакими гальваническими элементами не сделать. Тут нужен генератор электрического тока, а это — задача механическая, тут нужны зазоры в 0.01 мм, точность изготовления валов, возня с балансировкой якоря в центнер и чистота железа для якоря. Да только резьбовое соединение требует высокой точности станков! Тут полный веер технологий, которые разовьются только после полноценного внедрения паровой машины. Словосочетание «допуски и посадки» на пару порядков ужаснее, чем «ртутно-капельный насос» с его несчастным стеклодувным делом, доступным в Древнем Риме.

Конечно, такие передатчики покрывали пол-планеты. НО! Цитирую про станцию в Науэне: «изоляторы, при помощи которых антенна укреплена на стальных мачтах, могут выдерживать напряжение в 200 000 вольт и механическое давление в 10 000 килограммов. Вся антенна имеет в длину 900 метров и поднята над землей на 260 метров». Ставить мачту почти с Эйфелеву башню только для антенны! Если вы считаете, что это не сильно сложно, то цитирую еще кусочек: «Громадные железные мачты, необходимые для подобных антенн, обходятся очень дорого. Поэтому теперь стараются, где только возможно обойтись без мачт. Но, к сожалению, это удается только в гористых странах, где можно воспользоваться для укрепления антенны вершиной какой-нибудь высокой скалы. Впервые такой способ был применен на остове Яве при установке мощной станции Малабар. Четыре каната длиной около 2.2 км пересекают ущелье вулканической породы, имеющее глубину около 300 метров. Ими поддерживаются пять лучей антенны, соединенные у нижних концов; отсюда идет ввод в помещение станции».

И это все — без шансов передавать голос, только морзянку! И при этом — мрачно загаживая пол-эфира из-за широкого спектра и мешая радиовещанию!

И вы думаете, что связь была устойчива? Три раза ха!

Искровые станции еще не раз усовершенствовались, наиболее заметной новинкой был искрогасящий разрядник (форма сигнала его на графике обозначена буквой C). Его называли по-разному и вот как он выглядел:

Чтобы вы правильно понимали, то P — это фарфоровые трубки, а вот большие пластины K — это не пластины, между которыми идет разряд, это охлаждающие пластины. Разряд идет в том «барабане», что в центре на оси. Потому что это не барабан, а набор десятков полированных медных дисков, между которыми зазор 0.2 мм. Вы точно уверены, что эту штуку изготовить проще, чем радиолампу? По крайней мере фарфора для радиолампы не требуется…  :D

Мы видели как выглядел разрядник. Но вот картинки, как выглядел телеграфный ключ, я не нашел. Тоже вещь должна была быть презабавная. Ведь этот ключ, хоть и не находится в высоковольтной части схемы, должен пропускать через себя сотни ампер, а заветного слова «реле» обнаружено не было. Кстати, о телеграфии. Мы привыкли, что ключ при нажатии генерирует сигнал до тех пор, пока мы его не отпустили. В искровой станции важно только само нажатие. Если мы ключ задержим, то удлинения сигнала не будет — ключом мы только запускаем переходной процесс и он закончится тогда, когда закончится. Соответственно, очень короткие «точки» морзе создать невозможно, все ограничивается свойствами передатчика. Как делались длинные «тире» я даже не скажу. Скорее всего нужно нажать ключ еще раз, пока предыдущий переходной процесс не затух. Из этого вывод — скорость передачи телеграфного сигнала была куда меньше, чем при ламповом передатчике, и не зависела от квалификации радиста.

Конечно, можно долго возмущаться на сложность радиоламп (хотя там самое сложное — иметь платину). Возмущаются навороченной схемотехникой и большими напряжениями на лампах, которые сжирают электроэнергию. И, естественно, первые радиолампы не будут давать достаточной мощности, чтобы обеспечивать передачу на таких расстояниях. Но что-то мне подсказывает, что пока вы будете строить Эйфелеву башню для дальней связи — радиолампы смогут развиться настолько, что обеспечат то же самое, но только голосом, а не перестукиванием.

Следует сказать, что в большинстве случаев искровые передатчики были все же поскромнее, чем в Париже. Например, на крейсере Аврора была установлена небольшая искровая станция мощностью всего 2 кВт с дальностью действия 300 миль. Ну для попаданца ведь несложно получить 2 кВт от гальванических батарей? Вот на крейсере Аврора, может хотели и побольше (для корабля 300 миль — это прибрежная зона), но, видимо, судовая энергетическая установка больше не выдавала. Но зато разрядник у него был качественный с высоким КПД — с расстоянием между пластинами 0.1 мм.

Мы сейчас живем в мире микроминиатюризации, где четырех-ядерный процессор в мобилке далеко обгоняет процессор недавнего мейнфрейма, при этом мейнфрейм питался далеко не от 3-х вольтовой батарейки. Начало 20-го века — это мир 300-метровых дирижаблей и 3-километровых антенн, где на Титанике обеденный салон только первого класса вмещал больше 500 человек.

Что мы сейчас знаем о трудностях искровой телеграфной радиосвязи? Нам сейчас кажется, что искровой передатчик — это примерно то же самое, что ламповый, но попроще. Но, как видите — это не так. Просто ни мы, ни наши отцы не застали эти титанические искровики. А деды и прадеды нам мало рассказывали — это слишком долго для нашего быстрого мира. А искровые передатчики — это тупиковая ветвь, такой себе аппендикс, и если бы радиолампы появились лет на 10 раньше — то мир никогда этого искрового чуда не увидел бы.

Итак, вы еще хотите искровую радиостанцию? Тогда мы идем к вам!!!

Использованная литература:

Г. Гюнтер, Элементарное введение в радиотелеграфию и радиотелефонию, 1927 г.

Г. Гюнтер и Ф. Фукс, Радиолюбитель, 1925 г.

Г. Гюнтер и Г.Фаттер, Книга радиостроителя, 1926 г.