ДОМАШНИЙ КОМПЬЮТЕР - БУМАЖНЫЙ ДОМАШНИЙ КОМПЬЮТЕР -  2002 -  №9

Мы искушаем расстояния…

«Все знают, что это невозможно. Но вот приходит невежда, которому это неизвестно - он-то и делает открытие». А. Эйнштейн

Кто придумал использовать электричество для передачи информации? Историки называют имя Иоганна Винклера (1703-1770), профессора филологии (не удивляйтесь, эпоха универсалов тогда еще не миновала) Лейпцигского университета, который известен в первую очередь тем, что усовершенствовал электростатическую машину, единственный известный в то время источник электричества. Он писал, что «с помощью изолированного проводника возможна передача электричества на край света» и даже впервые высказал предложение использовать воду как обратный провод. Практическую же конструкцию впервые разработал в 1753 году некто Ч. М. (так была подписана его статья). Историки не договорились, как расшифровать эти инициалы - одни утверждают, что это Чарльз Морисон, шотландский ученый, другие говорят, что его фамилия была Маршалл. Суть его предложения была довольно проста: протянуть столько проволок, сколько букв в латинском алфавите. Если на передающем конце коснуться соответствующей проволоки кондуктором электростатической машины, на другом конце к этой проволоке притягивалась легкая бумажка с написанной на ней буквой. Для воплощения в действующую конструкцию это не годилось, но явилось действительно первым проектом электрического телеграфа.

В самом конце XVIII века в Испании были построены сразу две параллельные линии телеграфа по проекту инженера Франсиско Сальвы, а уже в 1820-х гг. англичанин Рональдс построил в своем саду первую подземную линию, где проволоки изолировались стеклянными трубками и дополнительно заливались смолой в общем деревянном желобе. Таково было последнее воплощение электростатической идеи Ч. М. - все последующие конструкции использовали другое электричество: динамическое, мощное и низковольтное, способное совершать значительную работу. Разбирать мертворожденные изобретения типа «электрохимического» телеграфа не хочется, потому сразу перейдем к работоспособным конструкциям, появившимся почти одновременно в тридцатых годах XIX века.

Россия - родина слонов

Первый электромагнитный телеграф изобрел великий физик Мари Ампер в 1820 г. (идея содержалась в тех же сообщениях в Парижскую академию наук, в которых он излагал свои знаменитые законы электромагнетизма). Идея Ампера состояла в том, чтобы вместо бумажек или бузиновых шариков, использовавшихся в качестве индикатора наличия напряжения на нужном проводе в «электростатических» конструкциях, применить магнитную стрелку, отклоняющуюся при прохождении по проволоке тока. Коммутация тока на передающей стороне у Ампера осуществлялась вполне современным способом - клавишами с написанными буквами. Но в действующую конструкцию эта идея так и не воплотилась. Зато ее подхватили сразу несколько изобретателей, в том числе русский немец - Павел Львович Шиллинг.

Шиллинг был все из той же породы универсалов - он начинал карьеру военным, участвовал в войне 1812-14 годов, служил при дипломатическом корпусе (в частности, в Мюнхене, где впервые услышал об идее электрического телеграфа от немецкого ученого Земмеринга), изобрел способ дистанционного подрыва мин с помощью электрической искры, занимался востоковедением и криптографией. (В Академию наук, между прочим, был избран за работу по литературе и древностям Востока.) Над изобретением телеграфа он работал двадцать лет.

В 1828 году он, наконец, закончил опыты и выставил на всеобщее обозрение готовую конструкцию телеграфа. Сразу отметим существенный момент, выгодно отличавший изобретение Шиллинга от всех предыдущих - линия передачи в первом варианте конструкции содержала всего два провода вместо 26, по одному на каждую букву латинского алфавита, у предшественников (в дальнейшем Шиллинг в целях развития быстродействия и удобства чтения увеличил количество проводов до восьми). 

Тут сказалось увлечение Шиллинга криптографией - пожалуй, ему первому, на много лет раньше Морзе, пришла в голову идея двоичного кодирования символов алфавита, что более удобно для чтения, хотя и менее технологично и более сложно в изготовлении, чем у американца. Первый опытный телеграф был устроен так: при коммутации на передающем конце по проводу ток мог течь в любом направлении, при этом на приемном конце магнитная стрелка поворачивала специальный диск к телеграфисту черной или белой стороной; в отсутствие тока (пауза) диск поворачивался ребром.

Окончательная модель двунаправленного телеграфа уже в 1832 году была с успехом продемонстрирована публике и властям. Последние, как это водится в России со времен незапамятных и до наших дней, никуда не торопились с внедрением изобретения и даже не посоветовали Шиллингу запатентовать идею. В 1837 году Шиллинг умер, не успев начать работы по контракту, предусматривавшему прокладку линии из Петербурга в Кронштадт.

Но он успел, еще в 1835, сделать доклад об изобретении на конференции в Бонне. Сведения об этом распространились по Европе, и в 1837-1838 гг. англичанин У. Кук совместно с известным физиком Ч. Уитстоном («мостик Уитстона») получил два патента на конструкцию, аналогичную шиллинговской, и даже построил действующую линию вдоль одной из английских железных дорог. А в России первые телеграфные линии были проложены уже в 1840-50 гг. при участии ученика Шиллинга, знаменитого электротехника Якоби - первая из них, задействованная в 1841 году, соединила Главный Штаб и Зимний дворец в Петербурге.

Американская мечта в действии

Морзе тоже был знаком с идеями Шиллинга и даже встречался с последним в 1835 году. Самюэль Морзе тоже не был дипломированным физиком и даже вообще ученым - он к моменту своего первого знакомства с действием тока на магнитную стрелку в 1832 году (ему тогда уже перевалило за сорок) успел стать известным художником, профессором живописи и даже президентом (первым по счету) национальной Академии художеств США (на рис. приведен его автопортрет). Вот ведь как бывает - наверное, он искренне считал картины делом всей своей жизни, но кто их помнит сейчас? Зато «азбуку Морзе», несмотря на успехи информационных технологий, до сих пор изучают во всех без исключения учебных заведениях, имеющих отношение к связи, как непревзойденное по надежности средство передачи сигналов на расстояние - когда другие способы в условиях сильных помех отказывают, «морзянку» все равно можно спокойно принимать.

Морзе впервые выдвинул идею не показывающего, как у предшественников, а записывающего аппарата. Разумеется, это было намного удобней - расшифровать коды можно не торопясь по окончании сеанса связи, который благодаря этому занимал значительно меньшее время. Вторая особенность конструкции Морзе - исключительная простота и, следовательно, надежность. Все эти поворачивающиеся диски Шиллинга, подвешенные на шелковых ниточках, с основаниями, опущенными в ртуть для демпфирования колебаний, он заменил на электромагнит (изобретение тоже американца, У. Стерджена, 1825 год, усовершенствованное впоследствии гениальным же американцем Д. Генри, который и был научным консультантом Морзе), соединенный с рычагом, к которому крепился пишущий штифт. Когда на передающем конце специальным ключом замыкали цепь, на приемном под действием электромагнита штифт (в качестве него можно было использовать обыкновенный карандаш) прижимался к бумажной ленте, которая равномерно передвигалась под действием часового механизма (этот принцип тоже сохранился до наших дней - в самописцах, документально фиксирующих изменение некоей величины во времени), и чертил на ней линию - короткую или длинную, в зависимости от длительности нажатия ключа на передающем конце.

К своей азбуке Морзе пришел не сразу. Демонстрация первого варианта устройства в Нью-Йоркском университете в 1837 году окончилась провалом - код был слишком сложен и совершенно неразборчив. За год Морзе придумал свою «азбуку» из сочетаний точек и тире, усовершенствовал конструкцию и уже 24 января 1838-го успешно продемонстрировал передачу телеграммы на расстояние в 15 км. Но воистину «несть пророка в своем отечестве» - американские чиновники оказались ничуть не поворотливее коллег из царского правительства России. В результате первая телеграфная линия (Вашингтон-Балтимор) заработала только в 1844 году. Далее все было делом времени - уже к 1865 году в Европе общая протяженность телеграфных линий составляла 150 000 км, а к 1871 в России была построена самая длинная в мире линия Москва-Владивосток протяженностью 12 000 км. Для организации, говоря современным языком, «глобального информационного пространства» дело оставалось за малым - связать Европу с Америкой. Но для начала - хотя бы Англию с Францией.

Европейцы и американцы

Надежный способ изоляции проводов от влаги с помощью гуттаперчи изобрел некто Вернер Сименс из Германии, фамилия которого увековечена не только в названии знаменитого концерна, но и в единице измерения электропроводности. Он изобрел не столько сам принцип, сколько сконструировал машину для воплощения его в промышленных условиях, и, кроме того, разработал технологию защиты полученного кабеля свинцовой оболочкой, сохранившуюся до настоящего времени. Гуттаперчевые кабели - даже без свинца - успешно прокладывались через реки и озера. А первая попытка проложить линию через Ла-Манш в 1850 году окончилась двойной неудачей - во-первых, кабель оказался слишком тонким для того, чтобы передавать относительно мощные импульсы, необходимые для приведения в действие электромагнитов Морзе, во-вторых, на следующий же день после прокладки кабель «поймал» в сеть некий французский рыбак и вырезал приличный кусок для всяких бытовых нужд.

Наконец, в 1851 году придумали многожильный кабель, изолированный гуттаперчей и размещенный внутри стального троса. С тех пор и по сей день такие кабели изготавливаются примерно одинаково: поверх изоляции (в наше время - из полиэтилена или полихлорвинила) располагается броня из одного, а лучше - двух слоев жестких оцинкованных стальных проволок, навитых в каждом слое в разных направлениях, чтобы избежать закручивания. Но уже к 1854 телеграфные линии успешно связали Англию с Францией и Ирландией.

А вот прокладку трансатлантического кабеля обычно принято сравнивать с открытием Америки Колумбом - трудностей на долю организаторов выпало ничуть не меньше.

Сайрус Филд был профессиональным менеджером - то есть, по-русски, управляющим, организатором. Мы и раньше встречали в этих заметках художников и филологов, ставших электротехниками и математиками. Но тут и вовсе особый случай - Сайрус не имел даже приемлемого образования и первый свой капитал заработал на торговле бумагой. Единственным его отношением к телеграфу было шапочное знакомство с Морзе. Как и многие другие персонажи нашего повествования, он увлекся идеей прокладки подводного кабеля уже достаточно взрослым - ему было тридцать пять лет. Началось все с того, что в 1853 году Филд случайно познакомился с предпринимателем Гибборном, который проталкивал проект прокладки воздушной телеграфной линии между Ньюфаундлендом и Нью-Йорком. Проект был фактически неосуществим, и Филд, мысливший глобально, раздолбал его в пух и прах - он сразу понял, что тащить кабель нужно прямо из Европы в Америку, и никаких воздушных линий - все должно быть под водой.

 В 1854 Филд основал «Нью-Йоркскую, Ньюфаундлендскую и Лондонскую телеграфную компанию» и приступил к сбору денег. Задачу предстояло выполнить грандиозную: проложить около 4000 км кабеля на глубинах до 4500 м. Стоимость работ вы легко можете прикинуть, если учтете, что один метр подводного кабеля, подобного тому, что использовал Филд, но изготовленного, естественно, по гораздо более надежной и производительной технологии, стоит сегодня десять-двадцать долларов. Разумеется, тогда все было дешевле, но относительно - Рафаэл Лебедтер, современный менеджер компании Cable&Wireless, утверждает, что затраты в те времена в абсолютном исчислении были сопоставимы с нынешними. И все же Филд приступил к работам с начальным капиталом в 1,5 миллиона долларов с легкой душой.

Он понимал, что сама прокладка кабеля не все, передача на такое расстояние электрических сигналов тоже представляет проблему, потому заставил каждое из двух правительств (американское и английское) провести масштабный эксперимент. В Америке были проведены опыты на линии длиной 3000 км, а в Англии в 1856 году соединили в одну цепь провода всех основных телеграфных линий, включая Ирландию, в результате чего общая длина передачи сигнала составила аж 8000 км. Предположив по результатам испытаний, что передача на такое расстояние может происходить без проблем (но ошибившись, как выяснилось в дальнейшем), Филд приступил к собственно прокладке.

Это еще та история. Первая опытная прокладка кабеля была организована так: в 1855 из Ньюфаундленда в сторону Англии вышел пароход «Джеймс Эйджер», тащивший на буксире парусник «Сара Бриан», на котором были установлены кабельные барабаны. Помешала погода - линь, соединявший два судна, оборвался, корабли крутило и сносило с курса, в результате, чтобы спасти суда, уже уложенные сорок миль пришлось обрубить топором. Следующим летом попытку повторили более основательно: с американской стороны вышел крупный пароход «Ниагара» и небольшое судно «Саискуханна», Англия тоже выделила пароходы «Агамемнон» и «Леопард». К тому времени Филд умудрился заручиться финансовой поддержкой обоих правительств, переименовал компанию в «Атлантическую телеграфную» и выцыганил на этой волне еще пару миллионов. Но опять потерпел неудачу - через четыре дня после отплытия от берегов Ирландии, на глубине в две мили, кабель трехсантиметровой толщины длиной 620 км оборвался при слишком быстром торможении укладочной машины. Третья попытка состоялась летом 1858, с теми же судами, но организована была по-иному - пары кораблей встретились в средней точке пути, соединили половины кабеля, опустили срост на дно и начали расходиться со скоростью 2-4 узла (примерно 4-7 километров в час) каждый в свою сторону. Немедленно начались обрывы, через три мили пути сигналы проверки исчезли, пришлось возвращаться и сращивать концы снова. Сигналы исчезли через сорок миль. Вырезали кусок, срастили - кабель оборвался через двести миль. Суда вернулись в Ирландию «доказывать руководству безнадежность затеи». Любой бы сдался - но не Филд! Он сам на борту «Ниагары» немедленно вышел в море. И все заладилось! Одновременно «Агамемнон» вошел в ирландскую бухту Валенсия, а «Ниагара» - в залив Тринити на побережье Ньюфаундленда (от него до Нью-Йорка кабель был уже проложен к тому времени). Американцы зажигали фейерверки, по улицам Нью-Йорка возили кусок кабеля, а королева Виктория послала приветственную телеграмму президенту США Бьюкенену.

Но дело все же закончилось провалом - одни утверждают, что кабель окончательно сдох еще во время приема королевской телеграммы, другие - что две недели спустя. Расследование показало, что причин выхода кабеля из строя было как минимум две: рабочие английской компании «Гутта Перча», которая занималась изоляцией кабеля, подвергли готовый кабель слишком длительному воздействию солнечных лучей (а гуттаперча еще больше, чем современная резина, подвержена разрушению под влиянием солнца), во-вторых, - вероятный пробой этой изоляции при повышенном до 2000 вольт напряжении питающей батареи. Вы только представьте технологические трудности - по подсчетам известного историка кабельной техники Д. Шарле, для изготовления 4000 км кабеля нужно было проволочить 30 000 км медной и свыше полумиллиона стальной проволоки, да еще и безукоризненно все изолировать и смонтировать в единое целое. И это во времена, когда успех практически всех технологических операций зависел исключительно от квалификации, добросовестности и способностей конкретного рабочего!

Наверное, любой сломался бы под грузом свалившихся неудач, насмешек и судебных процессов, инициированных клиентами компании, требовавшими вернуть свои деньги. Но не Филд! Потому следующая попытка все же состоялась - правда, только через восемь лет. За это время были проведены некоторые теоретические исследования, в которых участвовали и Сименс с Уитсоном, но главный вклад в это дело внес некто Томпсон, более известный как лорд Кельвин («градус Кельвина», помните, да?). Все знают, что Кельвин совершил неоценимый вклад в развитие физики XIX века (мы еще вспомним о нем в связи с изобретением аналоговых вычислительных машин), но только немногие - что свой дворянский титул «лорда» он получил в основном за заслуги именно в области теории передачи сигналов по длинным линиям, а выбор имени Кельвин, говорят, обусловлен названием ирландского городка, ближайшего к бухте Валенсия, откуда всегда начинали прокладывать трансатлантический кабель.

К 1865 году был изготовлен новый кабель, длиной 7000 км, сильно модернизированной конструкции, в котором основная жила состояла из скрученных тонких медных проволок, с двойной изоляцией из гуттаперчи и просмоленного джута и двойной броней из стали. К тому же, Филду удалось приобрести за бесценок одно из самых крупных и передовых для своего времени судов с несчастливой, однако, судьбой (даже жаль, что эта тема выходит за рамки нашего рассказа) - «Грейт Истерн». Четвертая попытка началась 23 июля 1865 и до 2 августа все шло прилично, когда кабель оборвался - причиной оказалась излишняя жесткость стальной брони, отдельные проволоки которой ломались еще при намотке на барабан. Выловить конец не удалось, акции Филда стали снова падать, но он не унывал. Он умудрился создать очередную компанию и за год изготовил новый кабель. 13 июля 1866 «Грейт Истерн» вновь вышел в море. Ровно через две недели кабель был проложен. И работал, работал! Но Филд предпринял еще один шаг - «Грейт Истерн» вернулся в то место, где год назад потеряли конец предыдущего кабеля. Кабель был найден и поднят, конец сращен с остатком на борту судна и так 8 сентября 1866 был проложен второй кабель. По иронии судьбы именно этот многострадальный сросток проработал потом несколько десятилетий - а первая нитка, не доставившая при прокладке никаких хлопот, затекла уже через пару месяцев…

В 1872 году Джон Пендер, основавший еще в 1851 фирму, которая изготовила тот самый кабель, и сэр Джейм Андерсон, бывший капитаном на «Грейт Истерн» во время исторической прокладки, основали компанию Eastern Telegraph Company, объединившую множество мелких телеграфных компаний Старого и Нового света. В 1934 она получила новое название, сохранившееся и поныне: сейчас корпорация Cable&Wireless является не только владелицей примерно трети мирового километража кабелей, но и ведущим мировым провайдером веб-хостинга. История же Eastern Telegraph неразрывно связана с Российской Империей - так, первый кабель в Индию еще в XIX веке вели через Одессу. Но это уже другая история…