Чтобы по-настоящему понять вещь, мы должны проследить её истоки. То же самое относится и к связи посредством электромагнитных волн — оглядываясь на эту историю, мы углубляем понимание беспроводной связи, которая сейчас повсюду вокруг нас.
Герц первым доказал, что электромагнитные волны могут распространяться по воздуху, однако сам он не верил, что это открытие имеет какое-либо практическое значение. Именно Маркони ухватился за это незамеченное физическое явление и, начав с нуля, шаг за шагом сделал радиосвязь реальностью.
I. Отправная точка: чтение экспериментов Герца, зарождение идеи
Маркони был молодым итальянцем чуть старше двадцати лет, когда прочитал об экспериментах Герца с искровым промежутком: в момент разряда генерируются электромагнитные волны, которые можно обнаружить на расстоянии с помощью приёмного контура.
(Здесь в оригинальной статье находится изображение.)
В то время проводная телеграфия уже была развитой, но её главный недостаток был очевиден: приходилось натягивать провода, невозможно было проложить их через горы и моря, а линии были подвержены обрывам.
Маркони сформулировал смелую гипотезу: поскольку электромагнитные волны могут распространяться без проводов, почему бы не загрузить азбуку Морзе проводной телеграфии в электромагнитные волны, отказаться от медных проводов и передавать телеграфные сигналы по воздуху?
Многим учёным того времени эта идея казалась неосуществимой. Многие учёные считали, что поскольку электромагнитные волны распространяются прямолинейно, а Земля имеет кривизну, дальняя связь просто невозможна.
II. Первые эксперименты дома (1895)
Маркони установил свою аппаратуру на чердаке семейного поместья:
Сначала дальность связи составляла всего несколько десятков метров. Маркони продолжал экспериментировать и совершенствовать:
- Он добавил металлические антенны как к передатчику, так и к приёмнику, подняв их выше;
- Он подключил один конец передатчика к земле, используя землю в качестве обратного пути;
- Он настроил структуру когерера с металлическим порошком, чтобы повысить чувствительность приёма.
Вскоре расстояние увеличилось до 2,7 километра, и сигналы можно было принимать даже через холмы. Маркони успешно доказал, что электромагнитные волны могут переносить сигналы в обход препятствий.
III. Поиск поддержки, переезд в Британию
Маркони представил своё предложение итальянскому правительству, но не получил особого внимания. В 1896 году он привёз своё экспериментальное оборудование в Британию и подал заявку на патент на радио.
В то время Британия имела процветающую морскую индустрию, однако корабли в море не имели проводной связи — судно, терпящее бедствие, не могло вызвать помощь — поэтому беспроводная технология была крайне необходима. Патент Маркони был выдан без труда.
На публичной демонстрации в Британии он успешно осуществил связь на расстояние нескольких километров, получил инвестиции и основал беспроводную компанию. Он продолжал совершенствовать своё оборудование, и дальность связи постоянно росла.
В 1899 году Маркони осуществил связь через Ла-Манш, передав сигнал из Франции в Британию через 45 километров моря. К этому моменту беспроводной телеграф уже имел реальную практическую ценность, и корабли начали устанавливать радиооборудование Маркони.
IV. Веха: Трансатлантическая беспроводная телеграфия (1901)
В то время господствовало мнение, что электромагнитные волны распространяются по прямым линиям, а поскольку Земля имеет сферическую форму, волны улетят в космос через несколько сотен километров — что делало трансатлантическую передачу невозможной.
Маркони настаивал на попытке. Он установил приёмную антенну в Ньюфаундленде, Канада, и построил мощную передающую станцию в Корнуолле, Англия.
12 декабря 1901 года он успешно принял сигнал Морзе, отправленный через Атлантику: букву S (···).
Впервые в истории человечества была достигнута беспроводная связь через океан без единого провода.
Лишь позже люди поняли, что электромагнитные волны отражаются ионосферой в атмосфере и распространяются вдоль кривизны Земли. Маркони завершил этот великий эксперимент, даже не зная принципа ионосферы.
V. Последующие применения и споры
Радио Маркони быстро распространилось, и большое количество океанских судов установило беспроводные станции. Знаменитый «Титаник» полагался на радио Маркони для отправки сигналов бедствия, что помогло спасти жизни.
Небольшое замечание: примерно в то же время российский учёный Александр Попов также независимо исследовал радио, и существует спор о том, кому следует приписывать изобретение. Но именно Маркони первым добился дальнодействующего инженерного развёртывания и коммерческого продвижения.
Резюме
Основной вклад Маркони заключался не в открытии электромагнитных волн, а в том, что он перенёс зрелую логику кодирования проводной телеграфии на электромагнитные волны — непрерывно оптимизируя антенну, заземление и системы когерерного детектирования, чтобы превратить лабораторное явление в инструмент связи, который можно было коммерчески использовать на больших расстояниях.