Регенератор. Возрождаем технологии XX века 100 лет спустя

Ра­нее мы уже говори­ли про Армстрон­га и его замеча­тель­ные изоб­ретения, более того, мы даже соб­рали свер­хре­гене­ратор и убе­дились в его работос­пособ­ности. В этот раз мы пощупа­ем регене­ратор и пос­мотрим, на что спо­соб­на схе­мотех­ника 1920-х годов 100 лет спус­тя.

О зарождении радио

Итак, отсчет исто­рии радио мож­но вес­ти с раз­ных дат, но мы, пожалуй, нач­нем с Ген­риха Гер­ца, который в кон­це 1880-х — начале 1890-х изу­чал рас­простра­нение ради­оволн и показал, что они ведут себя в целом ана­логич­но све­ту, но с поп­равкой на зна­читель­но боль­шую дли­ну вол­ны (раз­личие на 6–9 поряд­ков). Собс­твен­но, в честь него ради­овол­ны еще на про­тяже­нии лет десяти называ­ли лучами Гер­ца.

Для излу­чения ради­оволн Герц исполь­зовал передат­чик собс­твен­ной конс­трук­ции, который так­же впос­ледс­твии носил его имя (вер­нее, фамилию). Сос­тоял этот передат­чик из ка­туш­ки Рум­корфа и виб­ратора Гер­ца. Катуш­ка Рум­корфа — дос­таточ­но прос­той и надеж­ный источник высоко­воль­тно­го перемен­ного нап­ряжения и конс­трук­тивно нес­коль­ко напоми­нает катуш­ку зажига­ния, с той лишь раз­ницей, что в ней пер­вичная обмотка работа­ет еще и как реле (виб­ропре­обра­зова­тель), которое пери­оди­чес­ки раз­мыка­ет цепь пер­вичной обмотки. Ины­ми сло­вами, на вход это­го нехит­рого устрой­ства при­ходит низ­коволь­тное пос­тоян­ное нап­ряжение, а на выходе получа­ется высоко­воль­тное перемен­ное с нап­ряжени­ем в десят­ки тысяч вольт.

Итак, высокое нап­ряжение пода­ется на полувол­новой виб­ратор, пери­оди­чес­ки зажигая искру в его искро­вом про­межут­ке. Собс­твен­но, виб­ратор в этой схе­ме игра­ет роль час­тотоза­дающе­го эле­мен­та и антенны, впро­чем, антенна как час­тотоза­дающий эле­мент вооб­ще харак­терна для ран­них ради­осис­тем. При­емник, а луч­ше ска­зать, инди­катор ради­оиз­лучения у Гер­ца был прост как пять копе­ек. Им слу­жил оди­ноч­ный виток с искро­вым зазором, под воз­дей­стви­ем ради­овол­ны в нем прос­какива­ла искра. Сто­ит отме­тить, что уже Герц отчетли­во пред­став­лял себе поль­зу нас­трой­ки при­емни­ка в резонанс с передат­чиком — это замет­но повыша­ло чувс­тви­тель­ность схе­мы.

Та­ким обра­зом, Герц осу­щест­влял кон­тро­лиру­емую переда­чу ради­осиг­нала на рас­сто­яние до нес­коль­ких десят­ков мет­ров. Тут у читате­ля может воз­никнуть воп­рос: а пред­став­лял ли Герц, что он изоб­рел и что из это­го может получить­ся? И таки да, он это прек­расно понимал, как и десят­ки его сов­ремен­ников. Так почему изоб­ретение радио при­писы­вают А. С. Попову? Тут дело толь­ко в прак­тичнос­ти и фун­кци­ональ­нос­ти. Из‑за чрез­вычай­но низ­кой чувс­тви­тель­нос­ти коль­цевого виб­ратора в роли ради­опри­емни­ка уста­нов­ка Гер­ца была спо­соб­на лишь на демонс­тра­цию самой воз­можнос­ти переда­чи сиг­налов пос­редс­твом ради­оволн. Вот эту‑то проб­лему и решил Попов, исполь­зовав в качес­тве чувс­тви­тель­ного эле­мен­та модифи­циро­ван­ный когерер.

Ко­герер тоже шту­ка нехит­рая, он пред­став­ляет собой два элек­тро­да, меж­ду которым помещен метал­личес­кий порошок. Под воз­дей­стви­ем силь­ного элек­три­чес­кого поля про­води­мость когере­ра рез­ко воз­раста­ет и оста­ется такой даже пос­ле исчезно­вения поля. При­роду это­го явле­ния упро­щен­но мож­но объ­яснить час­тичным спе­кани­ем час­тиц метал­личес­кого порош­ка под воз­дей­стви­ем искры, про­бега­ющей меж­ду ними в силь­ном элек­три­чес­ком поле. Для воз­вра­щения когере­ра в исходное сос­тояние его дос­таточ­но встрях­нуть. Сто­ит ука­зать, что изоб­ретение когере­ра мож­но при­писать Эдварду Бран­ли и Оли­веру Лод­жу, работав­шим незави­симо в это же самое вре­мя, а при­емник Попова пред­став­ляет собой дорабо­тан­ный при­емник Лод­жа.

Мо­дифи­кация Попова зак­лючалась в том, что его когерер встря­хивал­ся авто­мати­чес­ки при про­хож­дении через него тока, для чего исполь­зовал­ся молото­чек от двер­ного звон­ка. Таким обра­зом, «гро­зоот­метчик Попова» был пер­вым при­емни­ком, спо­соб­ным к при­ему телег­рафных сиг­налов. Что и было про­демонс­три­рова­но 7 мая 1895 года.

К чему я это все? А к тому, что над темой «лучей Гер­ца» незави­симо тру­дилось не менее десят­ка уче­ных, которые прек­расно зна­ли о работах друг дру­га, и все выше­опи­сан­ное про­изош­ло бук­валь­но в течение пяти лет. Так что изоб­ретате­лем радио потен­циаль­но мог стать любой из них, и им стал Попов. А даль­ше пош­ла череда опти­миза­ций, нап­равлен­ная на уве­личе­ние даль­нос­ти при­ема. Так, уже на пер­вых порах всем было оче­вид­но, что если у передат­чика или при­емни­ка сде­лать антенну под­линнее, то даль­ность свя­зи уве­личит­ся.

Дли­на вол­ны так­же уве­личи­вает­ся, пос­коль­ку в пер­вых вер­сиях передат­чиков и при­емни­ков антенна вхо­дила в час­тотоза­дающую цепь. Соот­ветс­твен­но, уве­личе­ние раз­меров антенны уве­личи­вает дли­ну вол­ны. Кро­ме того, вплоть до начала 1920-х годов счи­талось, что длин­ные и сверх­длин­ные вол­ны — наибо­лее даль­нобой­ные.

От Попова до Ленина

Об этом пери­оде оте­чес­твен­ной исто­рии радио сох­ранилась лишь отры­воч­ная информа­ция. Но в целом в те годы мы замет­но отста­вали от Запада. В начале века цар­ская власть недо­оце­нила зна­чение радио: оно счи­талось дорогим и ненадеж­ным, впро­чем, ради­офи­кация фло­та все‑таки велась. Одна­ко пос­ле пораже­ния в Рус­ско‑япон­ской вой­не ста­ло понят­но, что мы отста­ем и мировой тех­ничес­кий прог­ресс надо догонять. Тут, как всег­да, воз­никла дилем­ма: что делать — откры­вать свое про­изводс­тво или закупить на Западе? Пер­вый вари­ант смот­релся дешев­ле, но пред­полагал лишь отда­лен­ный резуль­тат и без гаран­тий. Вто­рой же хоть и был дороже, но сулил быс­трый гаран­тирован­ный эффект.

Опять же про отка­ты, кумовс­тво и кор­рупцию тог­да уже зна­ли. В Рос­сии начали закупать зарубеж­ное обо­рудо­вание: сна­чала фран­цуз­ской ком­пании «Дюп­ре», потом немец­кой фир­мы «Телефун­кен», которая даже име­ла экс­клю­зив­ного дис­трибь­юто­ра в Рос­сий­ской импе­рии — акци­онер­ное общес­тво «Siemens & Halske AG». Парал­лель­но на наш рынок пыталась зай­ти англий­ская «Мар­кони». Решения «Мар­кони» усту­пали «Телефун­кену» по харак­терис­тикам, цены были замет­но выше, а лицен­зион­ные усло­вия — хуже. Поэто­му изде­лия «Мар­кони» дол­го не поль­зовались популяр­ностью.

Впро­чем, пос­ле покуп­ки кон­троль­ного пакета акций РОБ­ТиТ (Рус­ское общес­тво бес­про­волоч­ных телег­рафов и телефо­нов), орга­низо­ван­ного в 1908 году Семеном Моисееви­чем Айзен­штей­ном, дела у них налади­лись. Некото­рые даже счи­тают, что РОБ­ТиТ изна­чаль­но орга­низо­выва­лось для закуп­ки обо­рудо­вания «Мар­кони». Впро­чем, ради­омас­тер­скую по ини­циати­ве Попова при Мор­ском ведомс­тве тоже откры­ли. Одна­ко вви­ду малого и нерегу­ляр­ного финан­сирова­ния дорас­ти до уров­ня пол­ноцен­ного завода ей уда­лось лишь к кон­цу Пер­вой мировой, при­чем боль­шая часть это­го пути была прой­дена бли­же к кон­цу вой­ны.

А уже в 1918 году завод приш­лось эва­куиро­вать. Впро­чем, РОБ­ТиТ и Ради­оте­лег­рафный завод Мор­ско­го ведомс­тва (впос­ледс­твии Ради­оте­лег­рафный завод им. Комин­терна) внес­ли сущес­твен­ный вклад в раз­витие оте­чес­твен­ной ради­отех­ники, как до револю­ции, так и пос­ле нее. Что же каса­ется ради­олю­битель­ства, то при царе его не сущес­тво­вало, в том чис­ле по при­чине зап­рета для час­тных лиц на вла­дение при­емны­ми стан­циями (про переда­ющие и говорить нечего). В те вре­мена такая прак­тика была во мно­гих евро­пей­ских стра­нах, и свя­зано это было во мно­гом с государс­твен­ной тай­ной.

Но иног­да слу­чались курь­езы. Так, за попыт­ку устро­ить в домаш­них усло­виях любитель­скую ради­останцию без над­лежаще­го раз­решения пред­ста­вите­лей влас­ти тех­ник киев­ско­го желез­нодорож­ного телег­рафа С. С. Жид­ков­ский был арес­тован и два месяца отси­дел в тюрь­ме. Это не зна­чит, что у нас не име­лось спе­циалис­тов мирово­го уров­ня. Были, и про передо­вые раз­работ­ки они прек­расно зна­ли. Нап­ример, в Петер­бург­ском уни­вер­ситете уче­ник Попова В. И. Ковален­ков соб­рал элек­тро­ваку­умный диод (1909 год), а с 1910-го по 1913-й пос­ледова­тель­но раз­работал тре­хэлек­трод­ную лам­пу, двух­сеточ­ную лам­пу и, наконец, обра­зец генера­тор­ной лам­пы. Но это все были ака­деми­чес­кие иссле­дова­ния.

В РОБ­ТиТ Н. Д. Папалек­си орга­низо­вал экспе­римен­таль­ное про­изводс­тво мяг­ких ртуть­напол­ненных элек­трон­ных ламп, на базе которых соз­дал генера­тор незату­хающих колеба­ний. Этот сиг­нал при­нимал­ся на рас­сто­янии 25 км. Так­же он про­водил успешные экспе­римен­ты на тему ради­освя­зи с под­водны­ми лод­ками (само собой, Англия опе­ратив­но узна­ла о резуль­татах). Впро­чем, лам­пы конс­трук­ции Папалек­си изго­тав­ливались весь­ма малым тиражом, так что его иссле­дова­ния тоже мож­но отнести ско­рее к науч­ным изыс­кани­ям. К сло­ву ска­зать, Н. Д. Папалек­си и его кол­лега и друг Л. И. Ман­дель­штам были аспи­ран­тами нобелев­ско­го лауреата Кар­ла Бра­уна.

А вот Ми­хаил Алек­сан­дро­вич Бонч‑Бру­евич зас­лужива­ет, несом­ненно, отдель­ного раз­говора. Ради­отех­никой он увлекся еще в Никола­евском инже­нер­ном учи­лище, где на вто­ром кур­се соб­рал передат­чик и при­емник Попова. Слу­жил Бонч‑Бру­евич на Твер­ской при­емной ради­останции, исполь­зовав­шей­ся для свя­зи с союз­никами по Антанте. Передат­чики были рас­положе­ны в Мос­кве и Питере, а при­емник, соот­ветс­твен­но, в Тве­ри.

Пе­редат­чики исполь­зовались дуговые и дос­таточ­но мощ­ные (поряд­ка 300 кВт). Работа при­емни­ка вбли­зи с ними была силь­но зат­рудне­на, поэто­му стан­ция находи­лась на отда­лении от них, а при­нятые сооб­щения отправ­лялись про­волоч­ным телег­рафом в сто­лицу. К сло­ву, эта сис­тема была закуп­лена у «Мар­кони». При­емник был детек­торный, впро­чем, информа­ция из раз­ных источни­ков на этот счет раз­лича­ется: в некото­рых утвер­жда­ется, что для при­ема затуха­ющих колеба­ний исполь­зовал­ся крис­талли­чес­кий детек­тор, а для незату­хающих — механи­чес­кий тикер. В дру­гих источни­ках говорит­ся, что лам­пы там все же име­лись, и это, веро­ятно, были лам­пы Ра­унда — Мар­кони.

Бонч‑Бру­евич загорел­ся желани­ем самос­тоятель­но изго­товить ради­олам­пу, и желатель­но «жес­ткую».

У началь­ника стан­ции капита­на Арис­това идея Бонч‑Бру­еви­ча вос­торгов не выз­вала. Вер­дикт был сле­дующий: изоб­ретатель может занимать­ся конс­тру­иро­вани­ем в сво­бод­ное от служ­бы вре­мя, на свои средс­тва, в сво­ем лич­ном помеще­нии. Чем, собс­твен­но, наш герой и занял­ся. Прав­дами и неп­равда­ми, с помощью дру­зей, зна­комых и нес­коль­ких еди­номыш­ленни­ков ему уда­лось най­ти необ­ходимые матери­алы, при­боры и даже ртут­но‑пор­шне­вой насос.

По сов­ремен­ным мер­кам это, конеч­но, мрак и осоз­нанное само­убий­ство. Ведь для работы насоса в него пос­тоян­но нуж­но было под­ливать метал­личес­кую ртуть. Мало того что это физичес­ки тяжело, так и ртут­ные пары здо­ровья не добав­ляют. Вот и Бонч‑Бру­еви­чу они здо­ровья не добави­ли. Он получил острое отравле­ние ртутью и пару месяцев полежал в боль­нице, одна­ко лам­па все же была соз­дана.

По конс­трук­ции это изде­лие напоми­нало лам­пу Раун­да, с той лишь раз­ницей, что анод был выпол­нен из метал­личес­кой сет­ки. Так­же лам­па име­ла два катода, и, ког­да один перего­рал (а это слу­чалось дос­таточ­но быс­тро), мож­но было исполь­зовать вто­рой. Получить «жес­ткую» без вся­ких ого­ворок лам­пу тог­да не выш­ло, но это было уже дос­той­ное приб­лижение к жела­емо­му. Учи­тывая, что раз­работ­ки велись под­ручны­ми средс­тва­ми, изоб­ретатель добил­ся велико­леп­ного резуль­тата. На осно­ве этой лам­пы Бонч‑Бру­евич соз­дал при­емник собс­твен­ной конс­трук­ции, который, судя по пос­леду­ющим событи­ям, силь­но прев­зошел штат­ный при­емник Мар­кони.

Лю­бопыт­но, что про этот при­емник написа­но мно­го, одна­ко схе­мы мне най­ти так и не уда­лось. Судя по наз­ванию «катод­ный пре­рыва­тель» и виду лицевой панели, веро­ятно, это была вари­ация на тему схе­мы Раун­да.

Но в прин­ципе, с тем же успе­хом это мог быть и регене­ратор Армстрон­га.

Та­кие при­емни­ки отли­чались высокой чувс­тви­тель­ностью, а кро­ме того, поз­воляли при­нимать как затуха­ющие колеба­ния (псев­доAM), так и набира­ющие в то вре­мя популяр­ность незату­хающие колеба­ния — собс­твен­но телег­раф. Отпа­дала необ­ходимость в дорогос­тоящем механи­чес­ком пре­рыва­теле, и появ­лялась воз­можность лег­ко перес­тра­ивать час­тоту в широких пре­делах — в общем, сплош­ные плю­сы. Коман­дование оце­нило резуль­таты про­веден­ной работы. Капита­на Арис­това на пос­ту началь­ника стан­ции замени­ли штабс‑капита­ном В. М. Лещин­ским, по ходатай­ству которо­го Бонч‑Бру­евич отпра­вил­ся ста­жиро­вать­ся во Фран­цию на про­изводс­тво ради­оламп.

Ког­да он вер­нулся из Фран­ции, в Рос­сии орга­низо­вали про­изводс­тво ради­оламп конс­трук­ции Бонч‑Бру­еви­ча. Как показа­ла вой­на, иметь свое про­изводс­тво край­не полез­но, пос­коль­ку Антанта была нам условны­ми друзь­ями, а немец­кий «Телефун­кен» отва­лил­ся по оче­вид­ной при­чине. В ито­ге было про­изве­дено око­ло 3000 ламп для нужд армии. Себес­тоимость их сос­тавля­ла 32 руб­ля про­тив 200 руб­лей за про­дук­цию «Мар­кони» и РОБ­ТиТ.

Все шло хорошо, но тут слу­чилась Фев­раль­ская револю­ция, и Вре­мен­ное пра­витель­ство прек­ратило финан­сирова­ние про­изводс­тва. Сот­рудни­ков начали активно перема­нивать «Siemens & Halske AG», «Эрик­сонъ», РОБ­ТиТ («Мар­кони»). Пос­ле Октябрь­ской револю­ции отно­шения с Антантой испорти­лись окон­чатель­но, и инос­тран­ные ком­пании свер­нули собс­твен­ное про­изводс­тво. То, что оста­лось, было наци­она­лизи­рова­но.

Так или ина­че, Бонч‑Бру­евич и Лещин­ский сумели сох­ранить лабора­торию при Твер­ской ради­останции. Сама ради­останция пос­ле револю­ции переш­ла в под­чинение Народ­ного комис­сари­ата почт и телег­рафов (НКПиТ). Молодая совет­ская власть очень активно взя­лась за радио, и у это­го инте­реса была совер­шенно объ­ективная при­чина. Ленин уви­дел в радио огромный потен­циал в качес­тве рупора про­паган­ды. Боль­шая часть цар­ских уче­ных и инже­неров в области ради­отех­ники с минималь­ными проб­лемами переш­ла под кры­ло совет­ской влас­ти, в их чис­ле Бонч‑Бру­евич (став­ший впос­ледс­твии чле­ном‑кор­респон­дентом АН СССР), Н. Д. Папалек­си (ака­демик АН СССР), Л. И. Ман­дель­штам (еще один ака­демик АН СССР), В. П. Волог­дин (член‑кор­респон­дент АН СССР) и мно­гие дру­гие. Не сло­жилось с совет­ской властью раз­ве что у Айзен­штей­на. У него были весомые поводы не любить новое пра­витель­ство, у влас­ти к нему тоже, судя по все­му, были воп­росы. Поэто­му в 1922 году Айзен­штейн эмиг­рировал и про­дол­жил работать в ком­пании «Мар­кони».

Итак, в 1918 году при непос­редс­твен­ной под­дер­жке пра­витель­ства и лич­но Ленина была орга­низо­вана Ни­жего­род­ская ради­ола­бора­тория, соз­данная на базе выше­упо­мяну­той Твер­ской лабора­тории. Которая, соот­ветс­твен­но, пере­еха­ла в Ниж­ний Нов­город. Задачи перед сот­рудни­ками ста­вили понят­ные: нуж­но было в пер­вую оче­редь орга­низо­вать про­изводс­тво оте­чес­твен­ных уси­литель­ных ламп для нужд армии. Осво­ить ради­оте­лефо­нию, которая при­мер­но в то вре­мя ста­ла перехо­дить от сугубо экспе­римен­таль­ных уста­новок в реаль­но исполь­зуемый метод свя­зи.

Амплитудная модуляция

На­вер­ное, из 2025 года это не так оче­вид­но, но до начала 1920-х радио исполь­зовалось сугубо в качес­тве телег­рафа. О переда­че речи и музыки даже раз­говоров не шло, за исклю­чени­ем отдель­ных экспе­римен­тов. И тут вырисо­выва­ется сра­зу две проб­лемы: как вещать и на что при­нимать. Пер­вые опы­ты в Нижего­род­ской лабора­тории ста­вились с дуговы­ми генера­тора­ми, которые мог­ли давать незату­хающие колеба­ния. Модуля­ция осу­щест­вля­лась вклю­чени­ем уголь­ного мик­рофона в цепь зазем­ления выход­ного кон­тура.

Од­нако дос­таточ­но быс­тро выяс­нилось, что дуговые генера­торы не годят­ся для АМ‑вещания. Высоко­час­тотные динамо‑машины тоже себя не оправда­ли. Ста­ло оче­вид­но, что необ­ходимы мощ­ные генера­тор­ные лам­пы. К тому вре­мени уже было налаже­но мел­косерий­ное про­изводс­тво маломощ­ных ламп ПР1 (пус­тотное реле) и некото­рых дру­гих типов подоб­ных устрой­ств.

И вот тут воз­никла слож­ность. С рос­том мощ­ности рос наг­рев ано­да. В прин­ципе, эта проб­лема решалась при­мене­нием ред­коземель­ных метал­лов типа тан­тала, одна­ко и с ними не все так прос­то. Такие матери­алы обхо­дились дорого, и нам их отка­зыва­лись пос­тавлять. А глав­ное, даже исполь­зование тугоп­лавких ано­дов не решало проб­лему, так как при силь­ном наг­реве ано­да начина­лась вто­рич­ная эмис­сия элек­тро­нов, что пор­тило харак­терис­тики лам­пы.

Проб­лема была решена Бонч‑Бру­еви­чем прос­то и эле­ган­тно: водяным охлажде­нием ано­да. Это поис­тине про­рыв­ное решение уже к 1920 году поз­волило соз­давать лам­пы мощ­ностью в сот­ни, а впос­ледс­твии и в тысячи ватт и дало воз­можность СССР стать лидером в про­изводс­тве мощ­ных генера­тор­ных ламп (но не по количес­тву в шту­ках). В том же 1920 году сос­тоялась пер­вая в Совет­ской Рос­сии экспе­римен­таль­ная тран­сля­ция музыкаль­ной переда­чи. Переда­чу успешно при­няли в Мос­кве. В даль­нейшем опы­ты по переда­че речи велись один‑два раза в неделю с 14 до 15 ч и с 20 до 21 ч на дли­нах волн 2500 и 5000 м.

Как и боль­шинс­тво схем тех лет, передат­чик прост до пре­дела: зада­ющий генера­тор с индуктив­ной обратной связью наг­ружен непос­редс­твен­но на антенну. Модуля­ция анод­ная, прав­да вклю­чение нес­коль­ко неп­ривыч­ное. Пита­ет все это динамо‑машина. Ауди­осиг­нал с уголь­ного мик­рофона через тран­сфор­матор пода­ется непос­редс­твен­но на модуля­тор­ную лам­пу. Так­же хорошо вид­но, что накал и нап­ряжение сме­щения модуля­тора берут­ся от отдель­ных батарей, что харак­терно для ран­них схем. То, что на макете передат­чика ламп явно боль­ше, чем на схе­ме, объ­ясня­ется тем, что лам­пы час­то ста­вили в парал­лель для уве­личе­ния мощ­ности.