Исследователь

А.С. Попов – исследовательская деятельность

Теоретические исследования физических законов природы неизбежно нуждаются в экспериментальном подтверждении. Самая убедительная и стройная теория остается не более чем убедительной и стройной гипотезой до тех пор, пока ее основные положения не будут подтверждены экспериментально. Эта необходимость породила особый род исследователей, которых называют физиками экспериментаторами. Человек занимающийся постановкой физического эксперимента должен обладать способностью полностью понять теоретическую мысль, самостоятельно найти условия в которых проверяется подлинность или ошибочность найденного закона, изобрести экспериментальную установку способную воспроизвести эти условия и потом принять самое непосредственное участие в изготовлении такой установки в качестве инженера и подчас в качестве непосредственного изготовителя, как правило уникального прибора. Задача эта настолько нелегка, что между теоретическим открытием и практическим подтверждением теории иногда проходят годы, а иногда десятилетия.

Вслед за экспериментатором является следующий тип исследователя, способного из прибора, служащего чистым интересам науки, произвести устройство способное служить непосредственным жизненным интересам людей. Александр Степанович Попов относился именно к этому последнему типу. Обладая ярким талантом и трудолюбием, он превратил лабораторные приборы в то, что в просторечии называется радио. И он же встал в начале практического использования радио для нужд науки и флота.

Грозоотметчик конструкции А.С. Попова. Грозоотметчик был первым в мире приемником и регистратором радиоволн, возникающих при грозовых разрядах.

В 1888 году мировая научная общественность была очень заинтересована публикациями немецкого ученого Генриха Герца, экспериментально подтвердившего электродинамическую теорию Фарадея-Максвелла. Герц сумел найти решение, позволявшее видимо подтвердить факт существования невидимых для глаза электромагнитных волн. Герц установил, что высокочастотный электрический разряд, между двумя разнополярно заряженными электродами производит электромагнитную волну, которая может быть зафиксирована на расстоянии благодаря явлению электромагнитного резонанса.

К тому времени А.С. Попов, преподаватель Минного офицерского класса в Кронштадте столкнулся с практической проблемой резонанса токов высокой частоты. Но не в лаборатории, а на кораблях Балтийского военно-морского флота. Не смотря на свою относительную молодость, он уже пользовался большим авторитетом среди офицеров электриков и поэтому именно к нему обратились с вопросом и просьбой помочь разобраться в непонятном вредном явлении – электрическая изоляция корабельных сетей горела и портилась там, где на первый взгляд она никак не должна была портиться. Благодаря серьезной теоретической подготовке и таланту инженера Попову удалось выявить сущность этого явления и обуздать его.

Для А.С. Попова его теоретические знания никогда не оставались просто «наукой», еще в детстве заинтересовавшись электричеством, он в глухом сибирском селе самостоятельно собрал гальваническую батарею, в студенческие годы ему приходилось работать электриком и понимание практических вопросов электротехники позволяло ему глубже и живее разобраться в теоретических обобщениях. Возможно, что поэтому, благодаря, например, склонности принимать близко к сердцу проблемы моряков, Попов стал одним из первых людей для кого новость об экспериментальном подтверждении существования электромагнитных волн, легко проникающих сквозь дождь и туман, стала толчком к мысли о возможности их применения на практике для связи на дальние расстояния.

Осенью 1888 года Попов собрал экспериментальную установку Герца и уже на первых публичных лекциях посвященных электромагнитным волнам высказывал мысль о возможности их использования в практических целях. Однако для установления связи посредством передачи и приема электромагнитных волн не хватало чувствительного прибора способного зафиксировать электромагнитную волну на расстоянии. Резонирующая рамка Герца годилась только для демонстрации в аудитории, дальность ее приема исчислялась расстояниями меньше одного метра. На одной из лекций А.С. Попов сказал: «Человеческий организм не имеет еще такого органа чувств, который замечал бы электромагнитные волны в эфире. Если бы изобрести такой прибор, который заменил бы нам электромагнитное чувство, то его можно было бы применять и в передаче сигналов на расстоянии». В 1894 году такой прибор был изобретен, профессором Оливером Лоджем – «глазом» способным ощущать всплески электромагнитных волн оказалась стеклянная трубка, наполненная металлическими опилками. Было обнаружено, что под воздействием небольшой энергии электромагнитной волны сопротивление металлических опилок электрическому току может изменяться в тысячи раз. Несложный прибор был назван корегером, и от его изобретения до изобретения радиосвязи оставалось решить только ряд сложных практических вопросов, чтобы на основе этого явления создать приемник пригодный к практическому применению. Попов с энтузиазмом взялся за решение этих вопросов. Свои опыты Александр Степанович производил в двух комнатах физического кабинета, помещавшихся тогда в нижнем этаже Минной школы в Кронштадте.

7 мая (25 апреля) 1895 года на 151-м заседании физического отделения Русского физико-химического общества Александр Степанович Попов сделал сообщение "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям". На заседании изобретатель демонстрировал и новый, сделанный им, оригинальный прибор, который он назвал грозоотметчиком. По своей сути грозоотметчик был приемником, фиксировавшим природные электромагнитные колебания, возникающие при вспышке молнии. Чувствительность прибора позволяла фиксировать вспышки молний в радиусе нескольких десятков километров.
Приёмник работал безукоризненно. Можно было переходить к окончательному превращению грозоотметчика в прибор для беспроволочной связи. В конце сентября 1895 года Попов заменил метеорологический регистрирующий прибор телеграфным аппаратом Морзе. Грозоотметчик окончательно стал радиоприёмником.

В 1896 году открытие рентгеновских лучей заставило физиков усиленно изучать это удивительное явление и на время чуть ли не забыть всё остальное. Оно отвлекло и Александра Степановича от только что начатых им исследований. Однако среди усиленной работы Попов находил время и для работы по беспроволочному телеграфированию. 24 (12) марта 1896 года: он выступил снова с докладом в Русском физико-химическом обществе. Вот что вспоминает об этом ближайший помощник Александра Степановича Н.П. Рыбкин: «В физическом кабинете Петербургского университета на небольшом столе стоял первый в мире радиоприёмник. От него к окну, где была установлена вертикальная антенна, тянулся тонкий проводник.
Я находился у передатчика, который был установлен на расстоянии около 250 м от приёмника у здания Химического института, что за университетским ботаническим садом.

Демонстрации опытов предшествовало небольшое вступительное слово изобретателя, в котором Александр Степанович объяснил устройство нового приёмника. Затем начались опыты.
У доски, в физической аудитории стоял наш общий учитель, всеми любимый профессор Фёдор Фомич Петрушевский. Он держал в руках листок бумаги с ключом азбуки Морзе и кусок мела. После каждого передаваемого знака Фёдор Фомич смотрел в бумагу и затем записывал на доске соответствующую букву.
Вскоре собравшиеся могли прочитать на доске слова:

"Генрихъ Герцъ"
Это был текст первой в мире радиограммы».

В 1897 году исследования перешли в еще более практическую фазу на Транзундском рейде в Выборгском заливе начались опыты по беспроволочному телеграфированию. Передатчик конструкции А. С. Попова был установлен в особой будке около, так называемой, Лазаретной пристани на острове Тейкар-Сари. Приёмная станция помещалась на специально назначенном для опытов паровом катере. Эта станция состояла из приёмного провода длиною около 9 м, чувствительной трубки, введённой в цепь двух элементов, и вольтметра Карпантье. По отклонению вольтметра и обнаруживались сигналы, посылаемые отправительной станцией. Многочисленные испытания при этих условиях установили наибольшую дальность - около 3 км. При дальнейших опытах приёмная станция была перенесена на крейсер "Африка". Опыты были закончены установкой телеграфного сообщения между учебным судном "Европа" и крейсером "Африка".

Полученные практические результаты дали изобретателю богатый материал для исследований, и в следующем 1898 году дальность уверенного приема увеличилась до 5,5 км между судами и 11 км между береговой станцией и крейсером "Африка". Беспроволочный телеграф действовал безотказно во всякую погоду, и командование учебно-минного отряда стало охотно им пользоваться. Новое средство связи - радио - получало во флоте своё признание.

Крейсер «Африка»

В 1899 году была обнаружена возможность приёма сигналов беспроволочного телеграфа на наушники. Открытие приёма на слух значительно упростило схему приёма и увеличило дальность связи. 11 июня были приняты сигналы на расстоянии 36 км между фортом "Константин" и селением "Лебяжье". Поповым была разработана схема телефонного приёмника. Впоследствии он получил на него патент не только в России, но и в Англии и Франции.