Голоc через океан - Артур Кларк

В 1924 году Маркони решил вплотную заняться техникой передачи на коротких волнах. В то время для передачи на дальние расстояния использовались волны весьма большой мощности, длиной от девяти до восемнадцати километров, распространяемые посредством громоздкой и дорогой антенной системы. Маркони был убеждён, что связь при помощи волн длиной в несколько метров будет и дешевле и надёжнее.

Во всём мире к трансляции с помощью коротких волн относились скептически. Полагали, что послать волны на большое расстояние, может, и удастся, но принять их в силу неустойчивости практически будет невозможно. Маркони надеялся преодолеть эту трудность при помощи антенны с направленным излучением, посылающей энергию сигнала в желаемом направлении и препятствующей её рассеянию в пространстве. Метод мог дать экономический эффект лишь в случае относительно небольших антенных устройств, предназначенных для кооотковолновой передачи. Попытка применить направленную антенну для длинных волн привела к сооружению громоздкой системы длиной до двадцати километров с весьма низкой эффективностью.

Опыты с короткими волнами прошли успешно и в течение 1927-1928 годов Англия установила коротковолновую связь с Канадой, Индией, Южной Африкой и Австралией.

Радиосвязь на коротких волнах оказалась настолько эффективной, что возникли серьёзные сомнения в целесообразности дальнейших работ по совершенствованию подводной кабельной связи. В 1928 году британские кабельные и радиокомпании объединились, создав известную и в настоящее время "Кэйбл энд Уайерлесс К° Лтд", которая в течение последних тридцати лет является одной из ведущих в области международной связи. Эта компания является типичным для Англии примером деятельности частного капитала под государственным контролем. Правительство представлено в правлении компании и имеет право во время войны взять руководство делом в свои руки. Надо заметить, что правительство не воспользовалось этим правом в 1939-1945 годах.

Для широкой публики слово "радио" ассоциируется с передачей разговорной речи и музыки – иными словами, это по существу радиотелефония. Но радио как средство связи стало использоваться гораздо раньше, чем первое живое слово было передано на расстояние без проводов. И даже сегодня значительная часть коммерческой информации в отличие от развлекательной передаётся телеграфным способом, хотя радиотелефония приобретает всё более широкое распространение.

Представьте себе, что вы оказались высоко над землёй и обладаете способностью различать радиоволны. Вы увидели бы, какое множество радиоволн опоясывает землю, то поднимаясь высоко в ионосферу, то отражаясь от неё, неся миллионы слов из одной страны в другую, увидели бы яркое сияние множества излучающих точек – радио и телевизионных станций.

Мы уже упоминали о том, что Маркони в 1901 году удалось послать первое радиотелеграфное сообщение через океан с Корнуэлла в Ньюфаундленд. Это была буква "S", обозначаемая на языке телеграфистов тремя точками. Человеческая же речь совершила такое путешествие (но в обратном направлении) лишь в 1915 году.

Антенна, установленная на Эйфелевой башне в 1909-1925 гг.

Военно-морская радиостанция в Арлингтоне (штат Виргиния) провела ряд опытов и в конце концов ей удалось осуществить передачу голоса, которая была принята приёмником, установленным на вершине Эйфелевой башни в Париже. В то время Эйфелева башня была центром французской военной системы связи, и на приём передачи отвели только десять минут в ранние утренние часы. Итак, после нескольких месяцев подготовительных работ, 23 октября 1915 года в 5 часов 37 минут была принята первая фраза, посланная через океан. Эта фраза, проложившая дорогу через Атлантику миллионам других слов, кажется теперь самой обыденной: "Хэлло, Шрив! Какая сегодня погода?". Первая гоажданская радиотелефонная линия связи между Нью-Йорком и Лондоном вступила в эксплуатацию в феврале 1927 года. Передачи велись на волнах длиной около 6000 метров. Это случилось через шестьдесят один год после прокладки трансатлантического телеграфного кабеля и через пятьдесят один год после изобретения телефона. С этого момента вплоть до прокладки первого телефонного кабеля через океан в 1956 году радио оставалось единственным средством передачи человеческой речи через Атлантику.

Распространение радиоволн в земной атмосфере. Роль отражения от ионосферы.

К сожалению, это единственное средство не было достаточно надёжным. И в передатчики и в приёмники внесли много улучшений, но на третье звено в цепи радиосвязи – на ионосферу – человек воздействовать не мог. При благоприятных условиях передача была отличной, помехи незначительными. Часто же связь становилась просто невозможной из-за шумов, треска и других помех. Периоды плохой связи длились иногда по нескольку часов и даже дней. Радиотелефонная связь через Атлантику находилась в том же положении, что и воздушный транспорт на заре развития авиации, когда никто не мог гарантировать вам точное время вылета – всё зависело от погоды. В отличие от авиации, для радиосвязи понятие "погода" определяется тем, что происходит не на высоте нескольких километров от Земли, а на высоте нескольких сотен километров.

Изучение ионосферы является одной из наиболее сложных и в то же время наиболее важных отраслей современной науки, как для решения практических задач радиосвязи, так и для понимания явлений, происходящих во Вселенной. Здесь мы вынуждены немного отклониться от темы книги для того, чтобы читатель понял, почему инженеры связи после тридцатилетних поисков, находок и разочарований вновь из ионосферы опустились в глубины океана.

Ионосфера неоднородна и нестабильна. Она состоит из трёх основных слоев. Нижний слой "Е" расположен на высоте 130 километров, а два верхних слоя "F1" и "F2" – на высоте 200-400 километров. Обозначения "Е" и "F" были даны Эпплтоном, который впервые доказал существование в ионосфере не одного слоя, а нескольких. Нижний слой – ближайший к Земле, Эпплтон обозначил буквой "Е" – пятой буквой английского алфавита – на тот случай, если будут открыты слои, расположенные ниже. Сейчас мы знаем, что наличию слоев ионосферы мы обязаны ультрафиолетовым лучам, посылаемым на Землю Солнцем. В очень малых дозах ультрафиолетовые лучи полезны для человека. Но, если бы они достигли поверхности Земли неослабленными, в несколько минут всё живое на земле было бы уничтожено. К счастью для нас, ультрафиолетовые лучи высоко над поверхностью Земли проходят своего рода фильтрацию, а потому и не оказывают пагубного воздействия. Попутно во время такой фильтрации лучи ионизируют атмосферу, расходуя энергию на отрыв электронов от встречающихся на их пути атомов кислорода и азота. Наэлектризованный воздух отражает радиоволны примерно так же, как воздух при определённых температурных условиях отражает свет, создавая миражи.

Ионосфера под влиянием солнечных лучей меняет свою плотность и высоту в зависимости от времени суток и времени года. Учитывая это обстоятельство, варьируют (но только в определённых пределах) длины применяемых радиоволн.

Солнце как бы питает ионосферу; но иногда интенсивное ультрафиолетовое излучение, вызываемое взрывами на поверхности Солнца, разрывает ионосферу на части. Некоторые взрывы связывают с появлением пятен на Солнце, имеющим определённую закономерность. Замечено, что раз в 11 лет поверхность Солнца покрывается пятнами, а в остальное время она остаётся сравнительно чистой. Моменты появления пятен на Солнце совпадают с моментами наиболее сильных возмущений ионосферы, и в эти периоды радиосвязь особенно ухудшается.

Поэтому мы можем представить себе ионосферу, как зеркало, окружающее Землю и пульсирующее с изменением как времени суток, так и времени года, зеркало, которое никогда не бывает абсолютно гладким, а потому и не даёт удовлетворительного отражения. Остаётся только удивляться, каким образом радиоинженеры с успехом используют этот созданный природой, но далеко не совершенный рефлектор.

Прежде чем мы спустимся с небес в глубины океана, позвольте напомнить ещё об одном изобретении, которое явилось следствием изучения верхних слоев атмосферы.

Принцип отражения радиосигналов лёг в основу радарных установок, которые широко применялись во время второй мировой войны. Инициатором создания радара в Англии в конце тридцатых годов стал Роберт Уотсон-Уатт[51]. Не будь радиолокационных устройств, Воздушный флот Англии, возможно, был бы уничтожен в этой войне превосходящими силами немцев и, кто знает, что сталось бы тогда с Англией.

Так вот радиолокация своим возникновением обязана изучению невидимого слоя – ионосферы, о существовании которого человечество и не подозревало несколько десятков лет назад.