Автор: Плонский А.
Теги: физика радиоприемники радиоэлектроника открытия путешествия по эфиру
Год: 1958
Текст
tl
А.ПЛОНСКИЙ КАК ЧЕЛОВЕК ПРИРУЧИЛ ВОЛНУ
А. ПЛОНСКИЙ
ИОЭЛЕКТРОН И KA
или
РАССКАЗ ОБ УДИВИТЕЛЬНЫХ ОТКРЫТИЯХ.’
О ТОМ, КАК ЧЕЛОВЕК ПРИРУЧИЛ ВОЛНУ
О НОВОМ АЛАДИНЕ И ЕГО ЛАМПЕ,
О ТОМ, КАК ПОДСЛУШАЛИ РАЗГОВОР
ЗВЕЗД, О СТА ПРОФЕССИЯХ
„МЫСЛЯЩЕЙ" МАШИНЫ
и О МНОГОМ ДРУГОМ
е т с к a Ji L о с с и я
МОСКВА
i 9 5 g
Scan AAW
Под научной редакцией
члена-корреспондента Академии наук СССР
В. И. СИФОРОВА
Оформление художника В. Е. Оффмана
Рисунки художников Л. С. Вендрова
и Л. П. Гладневой
Вкладки художника В. Н. Добровольского
Заставки художника С. Я. Н о д е л ь м а н а
ОТ АВТОРА
В годы моей юности, среди множества больших и малых
книг попалась мне скромная книжка в простом бумажном пе-
реплете, Помнится, называлась она «Веселое радио». Фамилии
автора я не запомнил. Впоследствии пытался разыскать эту
книжку, но она словно в воду канула. И неудивительно: та-
кие книги на полках не залеживаются, их зачитывают до дыр.
В то время я имел о радио самое смутное представление.
Радиотехника казалась мне делом страшно сложным, доступ-
ным лишь избранным. Книги по радио, которые я видел в
библиотеке, состояли наполовину из скучных схем и совер-
шенно непонятных формул. Вот почему броский заголовок
«Веселое радио» вызвал во мне чувство недоверия. «Ну что
здесь может быть веселого, занимательного?»—думал я, рас-
крывая книгу.
Но с каждой прочитанной страницей мое предубеждение
все более рассеивалось. Передо мной постепенно раскрывался
новый, неведомый мир — мир радио. И до чего же он оказался
увлекателен! Конечно, я и раньше слышал о радиоприемни-
ках — таинственных ящиках, битком набитых конденсаторами,
потенциометрами и другими деталями с такими же тарабар-
скими названиями. Знал я также, что с помощью этих аппа-
1*
3
ратов можно «путешествовать по
эфиру» — ловить передачи со всего
света. Однако то, что радиоприем-
ник не так уж трудно сделать
своими руками, явилось для меня
настоящим откровением.
И вот, забросив остальные дела,
я уже мастерю, паяю, с увлечени-
ем роюсь в тех самых схемах, ко-
торые совсем недавно казались мне
столь скучными и сложными. Ку-
да девался почтительный ужас, с
каким я раньше рассматривал формулы в радиотехнических
книгах! Выходит, можно овладеть и этой «китайской грамотой»!
Наконец приемник готов. Уже поздно, домашние мои дав-
но спят. Но разве утерпишь до утра? Волнуясь, включаю
питание. Тусклым багровым светом загораются радиолампы.
Изо всех сил прижимаю к ушам телефонные трубки. Прохо-
дит томительно долгая минута, в течение которой я лихо-
радочно верчу все, что только можно крутить в моем прием-
нике. Неужели не получится? Неужели не заговорит!
И вдруг... слышу! Сквозь свист и потрескивание доносит-
ся голос человека, говорящего на незнакомом языке. Затем
негромкая, замирающая музыка...
А потом так и пошло. Все свободное время я стал отда-
вать радиолюбительству. Строил, ломал и снова собирал, без
конца совершенствуя различные радиоприемники, телевизоры,
звукозаписывающие аппараты. Целые сутки просиживал за
коротковолновой рацией.
Как сейчас вижу: поздняя ночь, в темноте сверкает руби-
новый глаз радиоприемника. На столе передо мной аппарат-
ный’ журнал,, раскрытый на чистой странице. Затаив дыха-
ние, медленно вращаю ручку настройки. В наушниках — не-
умолчный шум эфира, напоминающий рокот морского прибоя.
Пусто... Кажется,—ты один во всей Вселенной. Неожиданно
сквозь однообразный шорох пробивается едва уловимое, дро-
жащее пение морзянки. Знакомая мелодия телеграфной азбу-
ки. В мозгу сами собой складываются слова: «Всем... всем...
4
Вызываю для двусторонней радиосвязи всех-коротковолнови-
ков мира. Здесь Гавайские острова. Кто меня слышит, отве-
чайте!..»
Через минуту мы уже разговариваем, как если бы нахо-
дились рядом. Затем новые поиски, новые встречи в эфире.
Понемногу заполняется страница аппаратного журнала. Ав-
стралия... Новая Зеландия... Еще раз Австралия... Под утро на-
чинают идти страны Южной Америки—Аргентина, Бразилия...
Невыразимое чувство испытываешь, разговаривая с чело-
веком, который в этот момент находится на другом конце
Земли. У тебя темная ночь — у него ослепительно яркий
полдень. Ты тянешься поближе к отопительной батарее — он
обливается потом от тропического зноя. Ночь и день, жесто-
кая стужа и не менее жестокая жара — между нами многие ты-
сячи километров. II невольно упиваешься своей властью над
расстоянием, властью поистине сказочной.
На самом деле, разве не чудесная сказка — в мгновение
ока переноситься из родной Москвы на далекие Гавайские
острова, из ледяной Гренландии — в знойную Африку? Разве
не подлинная романтика—мчаться по волнам мирового эфира,
гигантским скачком преодолевая бездонные пучины океанов и
неприступные горные цепи? И все это не выходя из дому, с
помощью самодельной «музы дальних странствий» — малень-
кого, корявого на вид радиопередатчика и приемника.
Немало счастливых часов дало мне увлечение радиотехни-
кой. Я переживал их, когда на экране самодельного телеви-
зора появлялось первое, пусть не
совсем еще четкое, изображение,
когда самодельный магнитофон
обретал «дар речи».
А потом я окончил институт
и стал радиоспециалистом. II вот
НА СВОЕЙ ПЛАНЕТЕ - КАК У СЕБЯ
В КОМНАТЕ. У одного полдень п зной,
У другого ночь и мороз. Между ними моря,
горы, долины. Но вот включены радио-
приемники и передатчики — п расстояния
исчезают. Через тысячи километров люди
беседуют друг с другом, как будто сидят
рядом.
5
что интересно: почти все мои товарищи по работе начинали
с радиолюбительства. Специальность они выбрали не случай-
но, а по велению сердца. Спросите любого из них — с каким
волнением, с каким задушевным чувством вспомнит он свой
первый приемник...
А я в таких случаях вспоминаю еще забытую, давно уста-
ревшую книжку. Ведь она сыграла очень важную роль в мо-
ей жизни. Кем бы я стал без нее — врачом, сталеваром, учи-
телем, агрономом? Каждая специальность хороша по-своему,
но моя все-^аки лучше всех.
«Веселое радио» сейчас годится разве лишь для музея.
Подобно тому как современный локомотив совсем не похож
на старинную «кукушку», и радиотехника наших дней весьма
отдаленно напоминает радиотехнику прошлого.
И вот мне захотелось рассказать о современной радио-
электронике и чуточку заглянуть в будущее.
Scan AAW
О ЧЕМ ЭТА КНИГА
Мы живем в пору величайшего прогресса науки и техники.
На глазах одного поколения сбылось то, что в течение многих
столетий было лишь мечтой. Человек поднялся в воздух, овладел
неисчерпаемой энергией, скрытой в недрах атома, советские
ученые построили и запустили первые в мире искусственные
спутники Земли. Не сегодня-завтра мы станем свидетелями
межпланетного полета.
К числу этих замечательных достижений человеческого ге-
ния относится и радио.
Радио... Как близко и привычно оно каждому из нас! Вла-
димир Ильич Ленин называл радио газетой без бумаги п рас-
стояний, считал его делом гигантски важным, мечтал о том
времени, когда с помощью радиотелефона вся Россия будет
слышать газету, читаемую в Москве.
Такое время наступило. Осуществилась мечта Владимира
Ильича. Радио прочно вошло в нашу жизнь. С его помощью мы
узнаем о событиях в Советской стране и за ее рубежами. Мил-
лионы людей во всем мире слушают передачи московских ра-
диостанций. Ведь советское радио служит делу мира и дружбы
между народами, пропагандирует великие идеп ленинизма.
9
Но не только в этом огромная роль радио. Рожденное вна-
чале как средство беспроволочной связи, оно превратилось
впоследствии в новую, неисчерпаемую область науки, полу-
чившую название радиоэлектроники.
С помощью радиоэлектроники управляют автоматическими
цехами и электростанциями, «видят» в тумане и непроглядной
тьме, решают головоломные математические уравнения, изу-
чают звезды, лечат различные заболевания. Без радиоприборов
ныне немыслимы авиация, мореплавание; радио служит ме-
теорологии, используется в металлургии и во многих других
отраслях народного хозяйства. Радио «умеет» переводить текст
с одного языка на другой, печатать книги и даже играть в шах-
маты.
Благодаря радиоэлектронике появились новые, самостоя-
тельные области науки. К их числу относится, например, атом-
ная энергетика. По словам видного советского радиоспециалиста
академика А. И. Берга, «использование атомной энергии стало
возможным в значительной мере благодаря применению радио-
электронных методов в физике».
Во всех странах мира радиоэлектронике уделяют исклю-
чительное внимание.
У Жюля Верна есть рассказ «В XXIX веке». Великий писа-
тель-фантаст предвосхитил многие открытия будущего.
«... Телефон, дополненный телефотом — вот еще одно за-
воевание нашего века! Если передача голоса посредством элект-
рического тока существует уже давно, то передача изображе-
ния — открытие самого последнего времени.
... Аэрокар, чудесная машина, основанная на принципе «тя-
желее воздуха», ринулся в пространство со скоростью шестисот
километров в час. Под ним мелькали города с их движущимися
тротуарами, везущими прохожих вдоль улиц, деревни и поля,
прикрытые паутиной переплетающихся электрических прово-
дов».
Читая эти отрывки, поражаешься прозорливости писателя
и вместе с тем стремительности, с которой жизнь превзошла его
смелые фантазии.
Еще только середина двадцатого века, а у нас есть и теле-
визоры, и самолеты, покрывающие не только шестьсот, а тысячи
километров в час! То, что во времена Жюля Верна казалось
фантазией, в наши дни превратилось в действительность.
Так и многое другое, что сейчас может показаться невероят-
ным, воплотится в жизнь благодаря радиоэлектронике.
Вооружась радиоэлектроникой, ученые за сравнительно ко-
роткий срок сделали множество удивительнейших открытий.
Что же такое радиоэлектроника?
РОЖДЕНИЕ ЭПОХИ
Мы, современные люди, не очень-то почтительны к расстоя-
ниям. С течением времени Земля как бы уменьшилась в попереч-
нике и скоро станет целиком исхоженной и обжитой, словно
улица Горького в Москве, Невский проспект в Ленинграде пли
Крещатик в Киеве. Пассажирский самолет опоясывает ее за
каких-нибудь пару суток. А завтра кругосветное путешествие
займет и того меньше — час, от силы — два. И никого это не
удивит. Ведь ко всему можно привыкнуть. В нашу эпоху при-
выкают к чудесам. Сказки — эти поэтические фантазии наро-
дов — лишаются чудесного: оно переходит в повседневную
жизнь. Ну, взять хотя бы такое.
Человек очутился далеко от родного дома, как говорят,
«на другом конце света». Его это нисколько не смущает: в любой
момент можно послать телеграмму или пойти па междугород-
ный телефонный пункт. Он будет еще недоволен, если разговор
не предоставят тотчас же.
А как было в прошлом, не таком уж далеком? Уходит ко-
рабль в море, и на месяцы или даже годы прощаются моряки
со своими близкими. Придется ли снова увидеться? Того и гля-
ди, налетит шквал, порвет в клочья паруса, поломает мачты...
И
Расстояние разобщало людей. Неудивительно, что с давних
пор люди мечтали о таком средстве, которое позволяло бы им
поддерживать между собой связь на любом расстоянии.
Историки рассказывают, что еще во времена римского
императора Юлия Цезаря, жившего до нашей эры, существо-
вало некое подобие телеграфа. Депеши передавались с помо-
щью факелов по условной азбуке. Например, взмах факелом
вверх означал —«приближается враг», движение факела вправо—
«все спокойно» и т. д. Сигналы передавались по цепочке от од-
ного поста другому.
А как быть в плохую погоду, в туман?
Связь прерывалась, «телеграф» Цезаря, как и более позд-
ние системы оптического телеграфа, служил только в погожие
Дни.
На протяжении многих столетий надежное средство связи
существовало лишь в сказках. Там были чудесные птицы,
коньки-горбунки, доставлявшие весточку точно в срок и по
нужному адресу.
Но человек пытливо изучал окружающий мир, познавал
законы природы.
И вот наука подарила людям великое открытие — электри-
чество. Возникла мысль использовать его в качестве «поч-
тальона», разносящего депеши с молниеносной быстротой. По
проводам научились передавать условные электрические сиг-
налы, а затем и живую человеческую речь. Города стали по-
крываться густой сетью телефонных линий; вдоль дорог потя-
нулись вереницы телеграфных столбов.
Победа! Победа над пространством! — ликовали люди. Но
радость скоро уступила место недовольству.
Телеграф и телефон не удовлетворяли многим требованиям.
В самом деле: если новое средство связи и не боялось погоды,
как «телеграф» Цезаря, возможности его все же были сильно
ограничены. Телеграф и телефон сносно служили в городах,
обеспечивали связь между населенными пунктами — и все.
Вырваться на широкий простор они не могли — мешали прово-
да. Не привяжешь же их к кораблю, к самолету, не потянешь
с собой куда-нибудь в горы или в пустыню!
В конце девятнадцатого века, когда учение об электриче-
стве достигло уже большого развития, ученые начали все чаще
задумываться: а нельзя ли освободить телеграф и телефон от
их пут, обойтись вовсе без проводов? Многие выдающиеся фи-
зики того времени пытались решить эту головоломку — и
отступали.
Да и возможна ли вообще беспроволочная связь?
На этот вопрос ответил русский ученый-физик Александр
Степанович Попов.
.12
В 1889 году А. С. Попов присутствовал на очередном засе-
дании русского физико-химического общества во время опытов
с электромагнитными волнами — быстрыми электрическими
колебаниями, распространяющимися в пространстве со скоро-
стью света (около 300000 километров в секунду). Существование
таких волн теоретически предсказал английский ученый Макс-
велл, а немецкий физик Герц обнаружил их опытным путем.
Однако эти ученые не смогли практически использовать заме-
чательное открытие.
...Зал заседания был затемнен. На кафедре в тусклом свете
керосиновой лампы поблескивали два жестяных рефлектора —
наподобие тех, которые применяются в прожекторах. Внутри
одного рефлектора на близком расстоянии друг от друга видне-
лись два металлических шарика, от которых шли провода к
источнику электричества.
Это был вибратор — при-
бор вырабатывающий элек-
тромагнитные волны.Внут-
ри другого рефлектора
также находились два ме-
таллических шарика. Их
соединяла проволочная ду-
га. Этот прибор — резона-
тор — предназначался для
улавливания электромаг-
нитных волн.
Опыт начался в пол-
ной темноте. Между шари-
ками вибратора,соединен-
ными с источником элек-
тричества, вспыхнула кро-
шечная голубоватая ис-
корка. В тот же момент
между шариками резона-
тора появилась ответная
искра. Она была настоль-
ко слаба, что присутство-
вавшим в зале приходи-
лось по очереди рассмат-
ривать ее через увеличи-
тельное стекло.
ТАК БЫЛО. Уходил ли кто в открытое море, пускался
ли в далекое, опасное путешествие по суше, подни-
мался ли над землей на воздушном шаре — человек
тот терял связь с другими людьми. Ни разыскать
путешественника, ни помочь ему...
13
Факт был налицо. Искорка в вибраторе порождала аналогич-
ную искру на расстоянии! Действие электричества перено-
силось по воздуху.
«Использовать электромагнитные волны... Новый вид связи —
без проводов...» — мысли эти неотступно преследовали Попова.
Но как использовать?
Ведь резонатор мог действовать лишь на ничтожных рас-
стояниях. Кому нужно такое «средство связи»?
В 1894 году было обнаружено интересное свойство метал-
лических опилок.
Если горсТку их рассыпать между двумя металлическими
проводами, соединенными с источником электричества, то в
такой цепи будет течь ток, правда, чрезвычайно слабый. Но как
только поблизости возникает электрическая искра, опилки
мгновенно изменяют свое сопротивление току, и он резко воз-
растает.
Явление это объяснялось следующим образом. Металличе-
ские опилки состоят из множества мелких крупинок. Каждая
из них покрыта тонким слоем окислов — химических соединен
ний металла с кислородом. Окислы проводят ток хуже, чем
чистые металлы. К тому же частицы металла в опилках сопри-
касаются друг с другом лишь в нескольких точках. Воздушная
прослойка сильно препятствует прохождению электрического
тока.
Электрическая искра порождает электромагнитные волны,
тотчас между крупинками проскакивают микроскопические
искоркп, и опилки слипаются. Площадь соприкосновения ча-
стиц металла во много раз возрастает, сопротивление опилок
току уменьшается.
Чтобы вернуть опилки в прежнее состояние, нужно слегка
встряхнуть их. Тогда они снова рассыплются, и сила тока
опять станет ничтожно малой.
При опытах с опилками металлический порошок насыпали в
стеклянную трубку. А. С. Попов назвал ее «чувствительной».
Ученый испытывал трубки различной длины и формы, порошки
разных металлов. Наконец он получил прибор, отличавшийся
высокой восприимчивостью к электромагнитным волнам.
Теперь надо было придумать такое устройство, которое пе-
риодически встряхивало бы трубку, чтобы она хорошо прово-
дила ток только при облучении электромагнитными волнами.
Если не встряхивать, ток будет идти и тогда, когда волна
уже исчезнет. Но как раз в этом встряхивании заключается
главная трудность.
Может быть, просто постукивать по трубке пальцем? Хорош
«прибор»! Нет, это не годится. Применить специальный пру-
жинный механизм? Сложно и ненадежно.
14
Долго искал А. С. Попов. Наконец он нашел простое,
остроумное решение. Пусть сама волна встряхивает опилки!
В цепь трубки надо включить обыкновенный электрический
звонок. Под воздействием электромагнитных волн трубка нач-
нет пропускать ток, и звонок зазвонит, словно кто-нибудь на-
жал на кнопку. Так осуществится передача единичного сигнала.
Но это еще не все.
Молоточку звонка можно поручить и другую, главную,
нагрузку — ударять по трубке, встряхивать опилки. Стоит
тогда исчезнуть волне, как опилки сразу же рассыплются,
трубка перестанет пропускать ток, и звонок умолкнет.
7 мая 1895 года ученый впервые продемонстрировал свое
изобретение. В этот день он выступил на заседании Физиче-
ского отделения Русского физико-химического общества с
докладом, носившим скромное название: «Об отношении метал-
лических порошков к электрическим колебаниям».
Доклад заканчивался пророческими словами:
«В заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при
дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к
передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электри-
ческих колебаний...»
Эти слова ознаменовали рождение эпохи, которую можно
назвать эпохой радиоэлектроники. День 7 мая, признанный
всем прогрессивным человечеством как день изобретения радио,
стал национальным праздником нашего народа.
Александр Степанович Попов продолжал совершенствовать
свой прибор.
Еще при первых опытах ученый заметил, что дальность
приема во много раз возрастала, когда к чувствительной трубке
присоединялся кусок провода. Дальнейшие бесчисленные опы-
ты подтвердили первые наблюдения.
Так была создана антенна — один из важнейших элементов
радиосвязи. Другая такая же антенна, присоединенная к пере-
датчику, дала новый скачок дальности.
Затем изобретатель заменил звонок в приемнике телеграф-
ным аппаратом. Условные телеграфные сигналы — точки и ти-
ре, обозначавшие в различных сочетаниях те или иные бук-
вы,— стали записываться на узкую бумажную ленту.
Наконец наступил день — 24 марта 1896 года, — когда
Александр Степанович Попов продемонстрировал перед учены-
ми первую в мире беспроволочную телеграфную передачу.
В физическом кабинете Петербургского университета был уста-
новлен приемник, на расстоянии 250 метров от него в здании
университетской химической лаборатории находился пере-
датчик, которым управлял П. Н. Рыбкин, ассистент
Попова.
15
Вот что рассказывал впоследствии один из очевидцев этого
замечательного события — профессор О. Д. Хвольсон.
«Передача происходила таким образом, что буквы передава-
лись по азбуке Морзе, притом знаки были ясно слышны. У до-
ски стоял председатель физического общества профессор
Ф. Ф. Петрушевский, имея в руках бумагу с ключом азбуки
Морзе и кусок мела. После каждого передаваемого знака он
смотрел на бумагу и затем записывал на доске соответствую-
щую букву. Постепенно на доске получились слова: «Генрих
Герц». Трудно описать восторг многочисленных присутствую-
щих и овации А. С. Попову...»
Так человек приручил электромагнитную волну, заставил
ее служить своим целям.
Уже в следующем, 1897 году дальность действия беспрово-
лочного телеграфа превысила 5 километров. Жизнеспособ-
ность нового средства связи была доказана.
БЫСТРЫ, КАК ВОЛНЫ...
Так начинается старинная студенческая песня.
Впрочем, современники песни едва ли в полной мере пред-
ставляли себе, как могут быть быстры волны. Имелись в виду
морские, а они — тихоходы по сравнению с самой «неповорот-
ливой» из невидимых волн. Волны как будто для того и
существуют, чтобы стать идеальным, ни с чем не сравнимым
средством связи.
Само слово «радио»— по-русски означает излучение. А вся-
кое излучение, как мы увидим дальше, всегда связано с волнами.
...В безграничных просторах Вселенной незримо и неслыш-
но колышутся радиоволны. Они наплывают друг на друга, раз-
бегаются в разные стороны, пронизывая, будоража простран-
ство.
Некоторые пз них — всего лишь отголоски далекой грозы,
другие посланы рукой человека. «СОС! СОС! СОС!»— три ко-
ротких сигнала, три длинных и снова три коротких: — т-т-т
та-та-та т-т-т... «SOS! Спасите наши души! Спасите...»—радирует
норвежский парусник, застигнутый штормом в Северном море.
И, точно водяные круги вокруг брошенного камня, бегут, торо-
пятся посланцы-радиоволны.— «СОС! СОС!» — несутся они во
17
все концы Земли. «Спасите...» — с умопомрачительной скоростью
захлестывает пространство сигнал бедствия.
И вот уже навстречу стремится ответная волна: «Я — рус-
ский пароход «Обь». Я — «Обь». Иду на помощь. Мои коорди-
наты...»
А рядом, на соседней волне, заливается стремительный фок-
строт — жизнь идет своим чередом, люди веселятся, танцуют...
Подчиняясь незыблемым законам природы, движутся радио-
волны. Ученые овладели этими законами, подчинили себе могу-
щественную и чудесную силу — радио. Попробуем и мы про-
никнуть в тацну удивительных волн, приручив которые чело-
век обрел власть над расстоянием.
Небольшой пример. Идут двое, один позади другого. Зад-
ний окликнул переднего. Передний обернулся. Что заставило
его сделать это? Он услышал.
Пожалуй, это избитый, но зато очень наглядный и простой
пример связи, происходящей при помощи волны. В данном
случае — воздушной. Где ее источник? Приложите руку к
горлу и произнесите слово. Чувствуете, как что-то вибрирует?
Это дрожат голосовые связки.
Наблюдая другие источники звука — звучащую струну,
рупор работающего громкоговорителя и т. д.,— легко заме-
тить, что все они колеблются. Стоит прервать колебания (на-
пример, коснуться рукой струны), как звук исчезнет. Стало быть,
звук появляется в результате колебательного движения предме-
тов.
Музыка, речь, шум мчащегося поезда, щебетание птиц —
все это примеры различных звуков. Их очень много, порой они
кажутся совсем непохожими друг на друга. Что общего, на
первый взгляд, между раскатами грома и соловьиными трелями?
И тем не менее, природа всех без исключения звуков одинакова.
• Встречаются звуки высокие и низкие. Так, мужской голос —
как правило, звук более низкий, чем женский. Высота звука за-
висит от того, насколько часто колеблется предмет, который его
порождает. Например, колебания толстой струны сравнитель-
но медленны, поэтому и звук здесь низок. Тонкая струна ко-
леблется гораздо быстрее, и звук, издаваемый ею, высок.
Число колебаний тела в 1 секунду называется частотой ко-
лебаний. Запомните это название — в дальнейшем мы будем
с ним не раз встречаться.
Человек может услышать звуки с частотой от 16—20 до
16 000—20 000 колебаний в секунду (эти пределы зависят от
индивидуальных особенностей человеческого уха).
Неслышимые звуки с частотой ниже 16—20 колебаний в се-
кунду называют инфразвуками, а с частотой выше 16 000—
20 000 — ультразвуками. .
18
Как же происходит передача
звука на расстояние, отчего
звук можно услышать?
Ударьте по натянутой стру-
не, чтобы она начала колебать-
ся. Колебания передадутся
окружающему воздуху. Частицы
воздуха также начнут колебать-
ся. В воздухе возникнут попере-
менные сгущения и разреже-
ния, образующие невидимые
волны, распространяющиеся в
ВСЮДУ ВОЛНЫ. Звук, свет — все
это волны. Круги на воде — это тоже
волны.
пространстве.
Кто не видел круги на поверхности воды, в которую бро-
шен камень? Это тоже волны.
Расстояние между гребнями соседних волн называют дли-
ной волны. Частота колебаний и длина волны взаимосвязаны.
Чтобы узнать длину волны, не обязательно ее мерить, да это
и не всегда возможно. Достаточно поделить скорость, с которой
распространяется волна, на частоту колебаний. Чем выше ча-
стота колебаний, тем волна короче.
Измерения показали, что при обычной температуре скорость
звука в воздухе равна приблизительно 340 метрам в секунду,
в воде — 1 450 и в железе — примерно 5 000 метрам.
По мере распространения волна растрачивает свою силу и
постепенно затухает. Это происходит в результате трения
отдельных частиц воздуха, воды и т. д., а также из-за рассеи-
вания энергии на большие и большие пространства. Вот почему
с увеличением расстояния звук слабеет. В жидкостях и особен-
но в твердых телах звуковая волна затухает значительно сла-
бее, чем в воздухе. Приложив ухо к железнодорожному рельсу,
можно услышать шум приближающегося поезда задолго до того,
как он будет слышен «по воздуху».
друг друга, они остаются на месте, и все же образуется движение слева на-
право. Это очень похоже на распространение волны. Каждую костяшку можно
рассматривать как частицу вещества, которую волна заставляет колебаться «не
сходя с места».
Так же распространяется любая «настоящая» волна. При движении звуковой
полны Одна за другой начинают колебаться частицы воздуха, морская волна
поочередно толкает частицы воды и т. д.
19
Наталкиваясь на барабанную перепонку уха, звуковые вол-
ны заставляют ее колебаться — и мы слышим.
А как относится звук к безвоздушному пространству? Взгля-
ните на рисунок. Под стеклянным колпаком звонок слышен. Но
вот юный экспериментатор выкачал воздух —- и звук исчез.
Однако существуют волны, которые распространяются и в
безвоздушном пространстве. Это и есть электромагнитные вол-
ны, применяемые для радиосвязи.
Все окружающее нас состоит из мельчайших частиц — мо-
лекул, а молекулы из еще более мелких частиц — атомов.
Атом — сложное «сооружение». В его центре находится ядро,
размеры которого приблизительно в 100 000 раз меньше вели-
чины всего атома. Вокруг ядра, словно планеты вокруг Солнца,
вращаются электроны.
Ядро заряжено положительно, электроны — отрицательно.
Как известно, электрические заряды «неравнодушны» друг
к другу: разноименные — взаимно притягиваются, а одноимен-
ные («4-» и «-|-» или «—» и «—») — отталкиваются.
Если потереть кусок янтаря либо стеклянную палочку ло-
скуткохм сухого шелка, то часть электронов перейдет от янтаря
или стекла к шелку. В результате янтарь или стекло приобре-
тут положительный заряд, а шелк — отрицательный.
Избыточный положительный заряд действует на легкие пред-
меты — мелкие кусочки бумаги, пылинки и др.,— притягивая
их. Это явление известно любому школьнику.
Значит, в пространстве, окружающем заряженное тело, су-
ществуют электрические силы.
Заряд ядра по величине равен сумме зарядов электронов,
но знаки у них разные и поэтому они уравновешивают друг
друга, так что атом в целом никакого заряда не имеет. Он, как
говорят, электрически нейтрален.
В некоторых телах (главным образом это металлы — медь,
железо, алюминий и др.) атомы заряжены положительно, а
избыточные (свободные) электроны могут блуждать от одного
атома к другому. Это — движение «электронов-бездельников».
Если же к концам металли-
ческой проволоки подклю-
чить, например, батарейку от
карманного фонарика, то
свободные электроны вмиг
изменят свое поведение: они
ЗВУК И ВОЗДУХ. Без воздуха
звук не слышен. В этом легко
удостовериться, выкачав воздух
из баллона, куда положен элек-
трозвонок. Однако существуют
20
дружно устремятся от отрицательного полюса батареи к поло-
жительному. Электроны начали работать — в цепи пошел ток.
Такой ток называют постоянным.
К проводу нашей цепи приблизим чувствительный компас.
Стрелка его отклонится от первоначального положения. Разомк-
нем цепь тока — стрелка встанет на прежнее место. Так на-
глядно доказывается, что электрический ток возбуждает в
окружающем пространстве магнитные силы. Они-то и отклоняют
стрелку компаса.
Электрические и магнитные силы, возбуждаемые током,
представляют собой одно из проявлений особого вида материи —
так называемого электромагнитного поля.
Представьте себе электрическую цепь, состоящую из бата-
рейки, провода и лампочки. Что будет, если начать быстро пере-
ключать полюсы батарейки, все время меняя их местами? Ясно:
ток начнет метаться в цепи взад-вперед. Лампочка при этом
будет мигать.
А если переключать батарейку все быстрее и быстрее? Ска-
жем, не вручную, а с помощью какого-нибудь моторчика?
В таком случае мигания лампочки мы уже не заметим: раска-
ленная нить не успеет остыть и померкнуть за то короткое мгно-
вение, в течение которого ток «с разбегу» останавливается и
поворачивает обратно.
Электрический ток, изменяющий направление много раз в
секунду, называют переменным. Именно такой ток течет в осве-
тительной сети. Он изменяет направление 100 раз в секунду:
сотую долю секунды мчится. в одном направлении, затем — в
обратном, спустя сотую секунды снова идет в прежнем направ-
лении и т. д. Он все время колеблется, совершая 50 полных ко-
лебаний в секунду. Если зарисовать, как при этом меняется
сила переменного тока (она тем больше, чем многочисленнее
электроны, проходящие через поперечное сечение проводника
в единицу времени), то получится волнистая кривая — сину-
соида.
Число колебаний, со-
вершаемых переменным то-
ком в секунду, называется
его частотой. 50 колебаний
в секунду — частота тока
в осветительной сети. В
радиотехнике применяются
волны, которые превосходно об-
ходятся без воздуха, легко рас-
пространяются в безвоздушном
пространстве. Речь идет о вол-
нах электромагнитных.
21
токи с частотами от нескольких десятков тысяч до нескольких
миллиардов колебаний в секунду.
Вокруг провода, по которому течет переменный ток, тоже
действуют электрические и магнитные силы, то есть существует
электромагнитное поле. Но приблизьте к такому проводу чув-
ствительнейший компас — его стрелка останется неподвижной.
КОМПАС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.
Два одинаковых компаса указывают в раз-
ные стороны. Оба — в полном порядке, но
первый поднесли к проводу, по которому
течет постоянный электрический тон, и
магнитное поле отклонило стрелку от пра-
вильного положения. Второй же компас—
в стороне, магнитное поле на него не
действует.
Она недостаточно проворна.
Направление магнитных сил,
действующих вокруг прово-
да с переменным током, изме-
няется чрезвычайно быстро,
и стрелка из-за инерции по-
просту не успевает реагиро-
вать на них.
Электрические и магнит-
ные силы переменного поля
не могут существовать друг
без друга. Всякое изменение
магнитных сил тотчас влечет
за собой изменение сил элект-
рических. Такое свойство по-
ля называют электромагнит-
ной индукцией (от слова ин-
дуцировать — наводить). И
наоборот, изменение элект-
рических сил неизбежно при-
водит к изменению сил маг-
нитных.
Если в электромагнитное поле переменного тока поместить
замкнутый виток провода, то в нем начнет циркулировать ток
той же частоты. Это — результат электромагнитной индукции.
Явление индукции используется, например, в трансформато-
ре, который позволяет в любое число раз повышать или пони-
жать напряжение переменного тока Ч Трансформатор вы най-
дете почти в каждом радиоприемнике, это один из самых рас-
пространенных электротехнических приборов. В трансформато-
ре имеются две обмотки, а иногда бывает и несколько. Когда
по какой-нибудь из обмоток проходит переменный ток, вокруг
1 Если силу электрического тока можно уподобить толщине водяной
струи, то его напряжение подобно высоте, с которой эта струя падает.
Напряжение на обмотках трансформатора пропорционально числу их
витков. Если в первичной обмотке, включенной, скажем, в осветитель-
ную сеть, в десять раз больше витков, чем во вторичной, то напряжение
на последней будет во столько же раз меньше. И, наоборот, если вторич-
ная обмотка содержит большее число витков, то и напряжение на ней вы-
ше.
22
нее возникает переменное электромагнитное поле. Пересекая
витки других обмоток, оно возбуждает в них переменные токи.
Благодаря индукции переменное электромагнитное поле
обладает одним замечательным свойством: оно волнообразно
распространяется в пространстве. Ведь всякое изменение элект-
рических сил в какой-то точке вызывает в соседней точке со-
ответствующее изменение сил магнитных. Последнее, в свою
очередь, влияет на электрические силы в более удаленной точ-
ке, а те на магнитные силы и т. д.Так возникает электромагнитная
волна — та эстафета, где роль чередующихся бегунов играют
электрические и магнитные силы. У этих бегунов нет сопер-
ников. Их скорость 300 000 километров в секунду!
Если изобразить, как меняется величина электрических или
магнитных сил с расстоянием, то получится уже знакомая нам
волнистая линия — синусоида. Такая картина справедлива для
какого-то момента времени. В следующий момент синусоида
сместится, поскольку волна движется, и как мы уже сказали,
очень быстро — со скоростью света. Длина электромагнитной
волны — это расстояние между двумя соседними горбами либо
впадинами такой синусоиды.
Электромагнитные волны составляют обширное и могучее
семейство. К нему относятся и радиоволны, и рентгеновы
лучи, и свет. Каждый член этого семейства имеет свой, сугубо
индивидуальный характер, определяемый длиной волны. Как
и во всем, что касается радио, здесь гигантский размах «от —до»:
длина радиоволн лежит в пределах от нескольких километров
до миллиметров. Длина световых волн измеряется долями мик-
рона (микрон — 1/1000 миллиметра).
Что известно об этих резвых волнах?
Еще в начале нашего столетия считалось, что электромаг-
нитные волны —- это колебания особого всепроникающего вещест-
ва — эфира (конечно, не того, который дается при наркозе). Но
впоследствии ученые установили, что никакого эфира не суше-
СИНУСОИДА НА ДОРОГЕ. Так ху-
дожник представил себе рождение си-
нусоиды. Основное тут правильно: есть
два движения — влево-вправо и вперед;
ив них складывается любая синусоида.
Если раз за разом измерять силу пере-
менного тока, текущего по проводам
осветительной сети, то легко убедиться,
что она изменяется тоже по синусоиде.
Для этого по вертикали откладывается
сила тока, а по горизонтали — момент
времени, которому она соответствует.
Получается ряд точек. Стоит их сое-
динить, и образуется волнистая кри-
вая — синусоида. Сотую долю секунды
ток идет в одном направлении, сотую—
в другом. С такой же частотой сину-
соида то взбирается над центральной
линией, то спускается под нее.
23
ствует. И слово «эфир» сохранилось в обиходе радистов лишь
как привычное обозначение пространства, наполненного радио-
волнами.
Чем же объясняется способность электромагнитных волн
распространяться в безвоздушном пространстве? Материальны
ли они? Или, может быть, правы идеалисты, утверждавшие, что
природа электромагнитных
волн непознаваема, что эти
волны не признают обычных
земных законов?
Если электромагнитные
волны материальны, то они
обязанывоздействоватьна раз-
личные предметы, оказывать
на них давление. Об этом го-
ворил еще английский физик
Максвелл (1831—1879) — соз-
датель теории электромагнит-
ных волн. Но доказать опыт-
ным путем, что давление
электромагнитных волн су-
ществует, никому не удава-
лось. Ничего удивительно-
го — ведь оно ничтожно.
По расчетам Максвелла, на
один квадратный метр земной
поверхности солнечный свет,
например, давит с силой все-
ДАВЛЕНИЕ СВЕТА. Здесь изображена
схема прибора, с помощью которого было
обнаружено давление света. Солнечный
луч, пройдя через собирательную линзу 1,
падает на крылышко пропеллера 2, подве-
шенного на тончайшей нити под стеклян-
ным колпаком, из-под которого откачан
воздух.
К нити прикреплено зеркальце 3. На него
направлен другой световой луч — от не-
большой осветительной лампочки 4.
Отраженный зеркальцем зайчик попадает
на шкалу 5.
В результате светового давления крыль-
чатка поворачивается вокруг нити, и све-
товой зайчик движется по шкале. Это от-
клонение и свидетельствует о том, что
давление света существует.
«хвостатые звезды» — кометы.
го в несколько десятых милли-
грамма. Поэтому даже сам
Максвелл сомневался в том,
что световое давление мож-
но обнаружить и измерить.
Эту исключительно труд-
ную задачу решил выдающий-
ся русский ученый П. Н. Ле-
бедев.
Внимание Лебедева прив-
лекло одно явление природы,
долгое время казавшееся за-
гадочным. Всем известны
Хвосты комет, наводившие ужас
на суеверных людей, есть не что иное, как скопления распылен-
ного вещества. Было замечено, что когда комета пролетает
вблизи Солнца, ее хвост обычно направлен в сторону, про-
тивоположную Солнцу. Но согласно закону всемирного тяготе-
24
ния, кометный хвост, как и любое другое тело, должен при-
тягиваться Солнцем. Почему же происходит обратное?
Лебедев объяснял загадочное поведение кометных хвостов
давлением солнечного света. Но это была только догадка. Уче-
ный решил во что бы то ни стало измерить световое давление.
После множества опытов он добился успеха.
Прибор, с помощью которого удалось обнаружить и изме-
рить давление света, представлял собой стерженек с легкими
крылышками, подвешенный на тончайшей кварцевой нити.
К нити было прикреплено также маленькое зеркальце, отбрасы-
вающее световой зайчик на специальную линейку — шкалу.
Под воздействием силы света стерженек поворачивался, за-
кручивая нить до тех пор, пока не уравновешивалась сила, да-
вящдя на крылышко. Стерженек поворачивался, и по шкале
пробегал световой зайчик, служивший «стрелкой».
Когда Лебедев направил на крылышко луч света, нить также
закрутилась, и зайчик переместился по шкале.
Казалось бы, световое давление обнаружено, величина его
измерена. Но ученого ожидал неприятный сюрприз. Крылыш-
ко отклонялось не так, как это должно было быть по
расчетам Максвелла. В чем здесь дело?
Выяснилось, что световой луч не только давил на крылыш-
ко, но и нагревал его. Тепло передавалось окружающему
воздуху, и воздушные струи «доворачивали» крылышко еще
на какой-то угол. Лебедев откачал воздух из сосуда, в ко-
тором находился прибор. Возникли и другие препятствия.
Ученый терпеливо устранял их одно за другим и, наконец,
добился правильного результата.
Этими опытами была доказана материальность электромаг-
нитных волн.
0
„ТО ЖЕ, ТОЛЬКО БЕЗ КОШКИ"
Рассказывают, что югославский драматург Нушич, автор
многих известных комедий, в беседе с друзьями попробовал
объяснить, что такое телеграф.
— Представьте большую кошку, хвост у нее в Загребе, а
голова в Белграде. Потянут за хвост в Загребе ~в Белграде
мяукнет.
Тогда друзья спросили, что же такое радио.
— То же самое,— ответил Нушич,— только без кошки.
Объяснение шутливое и, конечно, не претендующее на
научную точность. Попытаемся сделать то же самое, что сделал
Нушич, только более научно: объясним, что такое радио —
просто и наглядно. С радиоволнами мы уже знакомы, посмот-
рим теперь, как с их помощью осуществляется беспроволочная
связь.
Для радиосвязи и радиовещания нужны: радиопередатчик,
передающая и приемная антенны и радиоприемник. Радиопере-
датчик — это «фабрика электрических колебаний». Передаю-
щая антенна распространяет, а приемная — принимает «про-
дукцию». Радиоприемник — сложнейшее «предприятие», пере-
рабатывающее электрические колебания в звуки. Происходит
радиопередача следующим образом.
26
Электромагнитные волны, излучаемые антенной радиопере-
датчика, как и любые другие волны, обладают энергией. Дости-
гая места приема, волны воздействуют на антенну радиоприем-
ника. Благодаря электромагнитной индукции (мы говорили о
ней выше) электроны в проводе антенны приходят в движе-
ние — начинает течь переменный электрический ток, частота
которого всегда соответствует длине принимаемой электромаг-
нитной волны. Этот ток и улавливается приемником.
Чем выше частота электрического тока, то есть чем короче
длина электромагнитной волны,— тем легче излучается энергия.
Это одна из причин того’, что для радиосвязи применяются бы-
стропеременные токи (или, как называют их теперь, токи вы-
сокой частоты), а не обычный переменный ток.
В первых опытах А. С. Попова передатчиком служил очень
несовершенный вибратор Герца. Его наиболее существенный
недостаток легко пояснить на таком примере.
Представьте, что вы сидите на собрании, где разгорелись
бурные прения. Каждый что-то говорит соседу. Звуки отдель-
ных голосов сливаются в сплошной гул, трудно что-либо по-
нять. Вы тоже не прочь поделиться мыслями с товарищем,
повышаете голос, чтоб тот услышал, стараетесь перекричать
толпу. Естественно, этому примеру могут последовать и
другие. Общий гул усилится, и тут уж совсем ничего не разбе-
решь.
Нечто аналогичное происходило на заре развития радио.
Чем больше становилось радиопередатчиков, чем более повыша-
лась их мощность, тем сильнее они мешали друг другу. Поло-
жение казалось безвыходным. Однако вскоре удалось навести
порядок в эфире. Чтобы выделить ту или иную передачу, стали
использовать явление резонанса.
Допустим, две гитарные или скрипичные струны настроены
на одинаковый тон. Ударьте по одной из струн — вторая тот-
час отзовется. Такое явление называется резонансом (слово
«резонанс» означает отзыв, отклик).
Любое упругое тело — струна, пружина и т. д. — после
толчка начинает колебаться с определенной частотой, зависящей
от размеров и формы колеблющегося тела, а также от материа-
ла, из которого оно сделано. Эта частота получила название
«собственной».
Резонанс наблюдается тогда, когда собственная частота
струны, пружины или маятника совпадает с частотой внешних
толчков. При резонансе оказывается достаточно сравнительно
небольшой затраты энергии, чтобы поддерживать сильные ко-
лебания какого-либо тела. Так, например, даже ребенок может
раскачать тяжелые качели, если будет толкать их в такт коле-
баниям.
27
PE3OHAHC. Когда собственная ча-
стота колебаний тела совпадает с час-
тотой внешних толчков,— возникает
резонанс. При резонансе достаточно
сравнительно небольшой затраты энер-
гии, чтобы поддерживать сильные ко-
лебания какого-либо тела. Явление ре-
зонанса чрезвычайно широко исполь-
зуется в области радиотехники, в част-
ности для настройки радиоприемни-
ков на определенную частоту.
Человеческое ухо — велйко-
лепный «приемник», восприни-
мающий широчайшую полосу
звуковых частот. Но представь-
те себе, что мы можем настраи-
вать его на определенный тон,
как настраивают струны музы-
кального инструмента. Тогда
оно будет откликаться (резони-
ровать) только на этот тон, а
все остальные звуковые колеба-
ния окажутся неслышными.
Если бы подобная настрой-
ка наших органов слуха и речи
была возможна, то переговари-
ваясь в толпе «на разных час-
тотах», мы не испытывали бы
никаких помех.
Теперь перейдем к действи-
тельности. То, что было фантазией, когда мы говорили о чело-
веческой речи, оказалось вполне осуществимым в области
радио.
Все это известно. Но как удалось помочь каждому пере-
датчику спокойно, не надрываясь, «разговаривать» с много-
миллионными слушателями среди общего галдежа, устраивае-
мого в эфире радиостанциями всей земли?
Пришлось эфир поделить. Каждой радиостанции отведена
определенная полоска частот, на которых ей дозволено вести
передачи. Кроме того, и приемник и передатчик для этой цели
были снабжены особым устройством. О нем поговорим подробно
в дальнейшем. Пока же отметим, что оно называется колеба-
тельным контуром и позволяет передатчику не нарушать
установленных в эфире границ, а приемнику — выби-
рать любую из полосок, кочевать с одной волны на дру-
гую.
При чем тут, однако, резонанс?
Радиопередатчик, в котором имеется колебательный контур,
излучает уже не широкую полосу радиоволн, а очень узкую,
соответствующую настройке контура. Приемник, снабженный
аналогичным контуром, при настройке в резонанс будет улав-
ливать только волну «своего» передатчика.
Первые радиоприемники, как и передатчики, были очень
несовершенны. Одним из их недостатков оказалась низкая чув-
ствительность к электромагнитным волнам. Как известно,
энергия радиоволн, распространяющихся в пространстве, не-
велика и с расстоянием становится все меньше. А первые радио-
приемники «откликались» лишь на сравнительно сильные сиг-
налы.
Как повысить чувствительность радиоприемника? Ученые
не сразу смогли ответить на этот вопрос. Казалось, радиотех-
ника очутилась в тупике.
Но из любого тупика ученые находят выход. На этот раз
путь науке осветила лампа, неизмеримо более «волшебная», чем
знаменитая лампа Аладина из сказок Шехерезады.
Это была радиолампа.
Она гигантски усиливает электрические сигналы. Поэтому
ламповые радиоприемники могут улавливать ничтожные по силе
электромагнитные волны.
Неудивительно, что первые радиолампы произвели сен-
сацию.
«Никакие усовершенствования в современной радиотехнике
не могут произвести такого впечатления, — рассказывал
П. А. Остряков — впоследствии-видный советский радиоспециа-
лист,— какое получилось от знакомства с первыми радиолам-
пами, появившимися в русской армии во время первой миро-
вой войны...
XII армия под Ригой готовилась к наступлению. Штаб Се-
верного фронта в Пскове лихорадочно сносился с армейским
штабом в Риге. Проволока между Псковом и Ригой время от
времени рвалась, и тогда ее дублировала радиосвязь.
Полевая двухкиловаттная искровая радиостанция 1 не могла
надежно перекрыть расстояние в 250 километров; поэтому по-
средине, в городе Валке, стояла ретрансляционная станция.
Она преимущественно помогала Риге, передавая в Псков ее
шифровки. Более мощный Псков обходился без помощи Валка.
Хотя и плоховато, но Рига без посредника принимала его рабо-
ту. Но вот случилось несчастье: «пропал» Валк, нарушилась
связь в самый разгар работы штаба. В этот момент на псков-
скую радиостанцию доставили какой-то небывалый груз. Тя-
желый плоский ящик полированного дуба, примерно 40X
50 см.
Дежурный слухач у аппаратной двуколки не обращал на все
это никакого внимания: его целиком поглотила неудача... Слу-
хача попросили отойти, и на его табуретку поставили ящик...
...В лампе появилось небольшое голубое свечение, а в теле-
фоне громко заработала Рига, безрезультатно звавшая Валк.
Впрочем, не только Рига; там жужжало несколько вращающихся
разрядников станций РОБТиТ («Русское общество беспроволоч-
ных телеграфов и телефонов» в Петербурге) и пели тональные
1 В искровых передатчиках электромагнитные волны возбуждаются
электрической искрой.
29
искры наших и немецких «телефунконов». Дежурный слухач
с растерянным видом пояснял: «Двинск, Якобштадт, а это он...
работает».
Получилось впечатление, точно рассеялся туман и стало
видно во все концы. Прозревший слепец, вероятно, почувство-
вал бы себя так же, как те, кто тогда у двуколки искровой
радиостанции как зачарованные смотрели на эту сиявшую го-
лубым светом лампу...»
Радиолампа совершила переворот не только в приемной, но
и в передающей технике. Искровые передатчики, применявшие-
ся еще А. С. Поповым, более совершенные дуговые, где электри-
ческие колебания создавались не прерывистой искрой, а по-
стоянно горящей электрической дугой, машинные, подобные тем,
что применяются для создания переменного тока в осветитель-
ных сетях,— все они были вынуждены уступить место лампо-
вым передатчикам, или, как часто говорят, генераторам (слово
«генератор» происходит от слова «генерировать», то есть воз-
буждать, создавать).
Так колебательный контур и электронная лампа утверди-
лись в радиотехнике, стали ее основой.
О
НЕДВИЖИМЫЙ МАЯТНИК
Колебательный контур, этот своеобразный недвижимый
маятник, состоит из двух деталей — катушки индуктивности
и конденсатора.
Катушка индуктивности представляет собой проволочную
спираль, которая обычно наматывается на основание из какого-
либо материала, не проводящего электрический ток.
Простейший конденсатор — это две плоские металлические
пластины, расположенные параллельно на небольшом расстоя-
нии друг от друга.
Прежде чем рассмотреть работу колебательного контура,
познакомимся с действием его частей — катушки индуктивности
и конденсатора.
В повседневной жизни нам часто приходится сталкиваться
с явлением инерции. Под словом «инерция» подразумевают свой-
ство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямо-
линейного движения. Часто можно наблюдать, как движется
автомобиль или трамвай с выключенным мотором, как едет вело-
сипедист, не вращая педалей. Такое движение обусловлено
инерцией.
Чтобы сдвинуть с места тяжело груженный вагон, нужно
31
приложить большую силу. Как только вагон тронулся, дви-
гать его становится гораздо легче. Чтобы затормозить движение
такого вагона, нам снова придется приложить очень большую
силу. Это еще один пример инерции.
На валах многих машин устанавливают маховики — мас-
сивные колеса, сглаживающие толчки вращающихся валов.
Попробуйте сразу раскрутить маховик, либо резко затормо-
зить — ничего не выйдет. Медленно, как бы нехотя, будет на-
бирать он скорость, а уж когда раскрутится, то так же нехотя,
постепенно будет останавливаться.
Катушка индуктивности напоминает маховик. Она обладает
своего рода инерцией по отношению к электрическому току,
может накапливать энергию.
Если полюсы электрической батареи замкнуть прямолиней-
ным проводником, то в такой цепи практически мгновенно уста-
новится наибольшая сила тока. Значит, электрическая инерция
прямого провода ничтожно мала.
Если же к батарее подключить проволочную спираль, то
сила тока достигнет максимальной величины не сразу, а посте-
пенно, спустя некоторый промежуток времени. Это будет про-
исходить тем медленнее, чем больше витков в спирали. Таким
образом, катушка индуктивности обладает электрической инер-
цией, которая возрастает с увеличением числа витков.
Индуктивность катушки препятствует не только быстрому
возрастанию тока при замыкании цепи, но и его падению в мо-
мент размыкания. Иными словами, подобно тому как инерция
противодействует всякому изменению скорости движения тел,
индуктивность оказывает сопротивление всякому изменению
силы электрического тока.
ИНЕРЦИЯ. Сдвинуть с места тяжело...
32
Теперь обратимся к конденсатору. Это своеобразный со-
суд, вмещающий определенный электрический заряд. Чем боль-
ше площадь пластин конденсатора и меньше расстояние между
ними, тем выше его емкость, то есть тем больший заряд он мо-
жет вместить.
Чтобы зарядить конденсатор, нужно подключить его к полю-
сам электрической батареи. При этом на одной пластине
(«обкладке») конденсатора сосредоточится положительный за-
ряд, а на другой — отрицательный. Если теперь отключить
батарею и замкнуть обкладки проводником, то конденсатор поч-
ти моментально разрядится — по проводнику протечет ток, и
заряды уравновесят друг друга. Если конденсатор замкнуть
прямолинейным проводником, то наибольший ток потечет в
первый миг; по мере разряда, длящегося миллионные доли се-
кунды, сила тока будет падать и станет равна нулю, когда кон-
денсатор совсем разрядится.
Другое дело, если к обкладкам конденсатора присоединить
катушку индуктивности. В такой цепи, вследствие ее большой
электрической инерции, максимальная сила тока установится
не сразу. Ток, проходящий по катушке, будет возрастать посте-
пенно и достигнет наибольшей величины, когда конденсатор
полностью разрядится.
Казалось бы, в этот момент ток должен мгновенно прекра-
титься — ведь конденсатор полностью разрядился. Но вспом-
ним маховик: уже давно замолк мотор, вращающий вал, а это
тяжелое колесо все крутится и крутится.
Точно так же и движение электрических зарядов в силу инер-
ции катушки не прекратится сразу, как только конденсатор
а поддерживать движение неизмеримо легче.
Зато потом мгновенно его прекратить будет так же тяжело,
как начать. В этом проявляется инерция. Катушка индуктив-
ности — одна из основных частей колебательного контура —
обладает электрической инерцией и не позволяет току резко
возрастать и прекращаться. Мгновенный разряд конденсато-
ра она превращает в плавное спадание тока.
2 А. Плонский
33
разрядится. За счет энергии, накопленной катушкой, ток неко-
торое время будет течь в ту же сторону, что и раньше, постепен-
но убывая. При этом конденсатор вновь станет заряжаться, но на
обкладке, где раньше был положительный заряд, начнет сосре-
доточиваться отрицательный, и наоборот. В тот момент, когда
конденсатор снова полностью зарядится, сила тока в цепи
упадет до нуля; затем ток потечет в обратную сторону — конден-
сатор опять станет разряжаться.
Такой процесс попеременного заряда и разряда станет по-
вторяться вновь и вновь. В цепи, состоящей из конденсатора и
подключенной к нему катушки, будут происходить электриче-
ские колебания. Отсюда и название «колебательный контур».
Если бы провод катушки не обладал сопротивлением, то есть
пропускал бы электрический ток без малейших потерь, то ко-
лебательный процесс в контуре продолжался бы вечно.
Однако в любом проводе неизбежно расходуется электри-
ческая энергия. Электронам, движущимся по проводу, прихо-
дится пробиваться сквозь гущу атомов металла. Часть элек-
тронов сталкивается с ними, резко тормозится и теряет свою
энергию, которая превращается в тепло, нагревая провод
(вспомните раскаленную спираль электрической плитки).
А раз в проводе катушки имеются потери энергии, то элек-
трические колебания мало-помалу затухают, и колебательный
процесс в контуре прекращается.
Колебательный контур — электрический маятник. Как и
обычный маятник, он имеет собственную частоту колебаний.
Чем больше индуктивность катушки и емкость конденсатора,
тем реже колебания — ниже собственная частота колебатель-
ного контура. Регулировкой емкости пли индуктивности кон-
тур передатчика либо приемника настраивают на нужную часто-
ту электрических колебаний.
ВОЛШЕБНАЯ ЛАМПА
В детстве я очень любил арабскую сказку об Аладине п вол-
шебной лампе. Мое воображение захватывали чудеса, совершае-
мые этой удивительной лампой. С ее помощью легко исполня-
лись самые фантастические желания. Она наделяла людей без-
граничной властью над окружающим миром: позволяла видеть,
что делается за тридевять земель, слышать сказанное на другом
конце света...
Взрослые скучно объясняли: нет такой лампы и быть не
может. Все это выдумка.
А когда я подрос, то обнаружил, что она существует.
Правда, нет в ней ничего сверхъестественного, загадочного.
Она появилась не в результате какого-то колдовства, не под
действием таинственных чар — ее создал великий гений чело-
века.
Речь идет о радиолампе, или, как ее называют иначе, элект-
ронной лампе.
Что же представляет собой этот замечательный прибор, со-
вершивший переворот в науке и технике, во всей нашей жизни?
Как устроена и работает «волшебная» лампа, отвоеванная че-
ловеком у сказки?
2е
35
СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРО-
НЫ В ДИОДЕ. В простей-
шей радиолампе (диоде) два
электрода: катод и анод.
Пока батарея накала отклю-
чена, свободные электроны
не покидают металла, из ко-
торого сделан катод. Но вот
батарею включили, катод
раскалился, и свободные
электроны ринулись нару-
жу. Скорее на анод,навстре-
чу положительным зарядам!
Стремительное движение
электронов от катода к ано-
ду через безвоздушное про-
странство и образует «анод-
ный» ток, заставляющий от-
клониться стрелку электро-
измерительного прибора.
Электронная лампа, как и лампа из арабской сказки, была
найдена случайно. Однако эта случайность совсем иного рода.
Она подготавливалась незаметным, но поистине титаническим
трудом сотен ученых. Одному из них — известному американ-
скому изобретателю Эдисону—досталась роль нового Аладина.
В конце прошлого века Эдисон, занимавшийся усовершен-
ствованием электрической лампочки, изобретенной нашим со-
отечественником Лодыгиным, столкнулся с любопытным явле-
нием. Был проделан такой опыт. Внутри баллона осветительной
лампы поместили небольшую металлическую пластинку. Между
пластинкой и нитью накала включили электрическую батарею
и чувствительный гальванометр — прибор для обнаружения
тока. Как и следовало ожидать, стрелка гальванометра оста-
лась неподвижной. Ведь электрический ток течет только по
замкнутым цепям, а между пластинкой и нитью лампы имелся
разрыв.
Но вот лампу включили, и нить раскалилась. Здесь-то и
произошло неожиданное. Стрелка гальванометра поползла
вправо. Значит, в разомкнутой цепи начал течь ток. Простран-
36
ТОЛЬКО В ОДНУ СТО-
РОНУ. Подобно тому, как
вентиль пропускает воздух
только в камеру и не выпус-
кает его в обратном направ-
лении, диод пропускает ток,
только когда анод заряжен
положительно, и «запирает-
ся», если на анод поступает
отрицательный заряд. Это
понятно: ведь одноименные
заряды (электроны катода
и отрицательно заряженного
анода) отталкиваются! Ра-
ботая, как вентиль, диод
способен выпрямлять пере-
менный ток.
ство между пластинкой и раскаленной нитью он перепрыгивал,
словно бегун небольшую канавку, повстречавшуюся на
пути.
И вот что еще: ток появлялся только тогда, когда к пластинке
присоединяли положительный полюс батареи, а к нити — отри-
цательный. Достаточно было поменять полюсы местами, как
ток прекращался.
Все это противоречило законам электротехники — науки,
которая в то время достигла уже достаточно высокого уровня.
Почему ток проходит через безвоздушное пространство
между нитью и пластинкой? Отчего он течет лишь в том случае,
если «плюс» батареи подключен к пластинке, «минус»—к нити,
а не наоборот?
Ответ оказался очень простым.
Нить лампы делается из металла. А металлы отличаются
тем, что в них много свободных, не связанных с атомами элект-
ронов. Эти «бездомные» электроны блуждают между атомами
металла. По мере нагрева нити скорость их движения возрас-
тает. Наконец, они начинают «выпрыгивать» наружу. Когда
37
нить раскалена, вокруг нее образуется облачко электронов.
Обычно они висят «между небом и землей». Но как только пла-
стинка приобретает положительный заряд, электроны, заряжен-
ные отрицательно, дружно устремляются к ней. А ведь поток
электронов, движущихся водном направлении, и есть электри-
ческий ток!
Если же пластинка подключается к отрицательному полюсу,
электроны отскакивают от нее. В этом случае тока не получает-
ся. Отсутствует ток и тогда, когда лампа не горит: холодная нить
не испускает электронов.
Металлическую пластинку (положительный электрод) на-
звали анодом лампы, а ламповую нить (отрицательный элект-
род) — катодом. Простейшая радиолампа, в которой имеется
всего лишь два электрода — катод и анод,— получила назва-
ние диода. (Диод, триод и другие названия ламп происходят
от древнегреческих числительных 2, 3 и т. д. и обозначают
число электродов в радиолампе).
Диод — это еще не вполне «волшебная» лампа, но у него уже
есть одно очень интересное свойство — с его помощью можно
«выпрямлять» переменный ток — преобразовывать его в по-
стоянный, то есть текущий в одном направлении. Действи-
тельно, если подключить диод к осветительной сети, ток через
него будет течь только в одну сторону короткими толчками —
импульсами — в те моменты, когда на анод поступает положи-
СЕТКА В ТРИОДЕ - РЕГУЛИРОВЩИК ПОТОКА ЭЛЕКТРОНОВ. В трехэле-
ктродной лампе (триоде) есть свой регулировщик —- управляющая сетка. Она
регулирует движение электронов между катодом и анодом. Вот на сетку подали
38
тельный заряд. Когда же анод заряжен отрицательно, лампа
вообще не пропускает тока, она, как говорят, «заперта». Таким
образом, диод действует подобно вентилю велосипедной или
автомобильной камеры, пропускающему воздух лишь в одну
сторону. Лоэтому выпрямительную лампу иногда называют
вентилем.
Вскоре у диода появился «младший брат» — триод (трех-
электродная лампа). В триоде между анодом и катодом имеется
дополнительный электрод, сделанный в виде металлической
решетки или проволочной спирали,— так называемая сетка.
Она-то и придала электронной лампе поистине волшебные
свойства. Сейчас мы с ними познакомимся. Нам поможет жиз-
ненный пример. Вспомним кузнеца. Некогда труд его был
тяжелым, требовал незаурядной физической силы и выносли-
вости. И в наши дни кузнецы обычно крепкий народ. Но те-
перь, чтобы ударить по раскаленной болванке, большой силы
не надо: повернул ручку механического молота — он припод-
нялся, другое движение — рухнул вниз, сплющивая искря-
щийся кусок металла. Слабое мускульное усилие человека
машина превращает в удар многотонного молота. Она в тысячи
раз увеличивает человеческую силу.
Нечто подобное делает и триод: слабые электрические коле-
бания он усиливает во много раз. Вот почему такую радиолампу
называют усилительной.
отрицательный заряд. Путь закрыт. Стойте, электроны! Ждите, пока сетка не
за.рядится положительно и не откроет перед вами «зеленую улицу».
39
Для чего служат катод и анод, вы уже знаете. А какова роль
сетки в усилительной лампе?
Понаблюдайте за милиционером-регулировщиком, который;
стоя посреди оживленного перекрестка, управляет уличным
движением. Вот регулировщик поднял жезл. Стоп! Поток авто-
машин, мотоциклов, троллейбусов мгновенно останавливает-
ся. Новый взмах жезла — и автомобили снова несутся через
Вот так же и сетка
перекресток.
МОГУЩЕСТВО ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМ-
ПЫ. Трехэлектродную лампу называют усили-
тельной. Вы видите, почему?
Сетка расположена гораздо ближе к катоду, чем
анод, поэтому она значительно сильнее влияет
на движение электронов. Ничтожное изменение
сеточного заряда приводит к резким изменениям
силы анодного тока. Подобно тому, как огром-
ный экран кинематографа с колоссальным увели-
чением воспроизводит изображение, запечатлен-
ное на кинопленке, мощные колебания анодного
тока копируют слабые колебания сеточного за-
ряда. Слева — электрические колебания, пода-
ваемые на сетку, справа — колебания, возникаю-
щие на аноде.
управляет потоком
электронов, несущих-
ся сквозь нее к аноду.
Поэтому сетку назы-
вают иногда управ-
ляющим электродом.
Когда сетка заря-
жена положительно,
она ускоряет движе-
ние электронов, по-
могает им оторваться
от катода и достичь
анода лампы. Если
же на сетке имеется
отрицательный за-
ряд, то этот заряд,
отталкивая электро-
ны, мешает им про-
биться к аноду.
Сетка расположена очень близко от катода, гораздо ближе,
чем анод. Поэтому она значительно сильнее влияет на дви-
жение электронов.
Если отрицательный заряд на сетке достаточно велик, лам-
па «запирается»: перестает пропускать ток, как бы ни был при
этом заряжен анод.
Но вот «минус» на сетке стал чуточку меньше — через лампу
начинает течь слабый анодный ток х. Отрицательный заряд про-
должает уменьшаться — анодный ток растет. Ничтожные изме-
нения сеточного заряда приводят к резким изменениям силы
анодного тока.
А что если величина заряда на управляющей сетке колеб-
лется? В этом случае колеблется и сила анодного тока. И по-
добно тому, как огромный экран кинематографа с колоссальным
увеличением воспроизводит крошечное изображение, запечат-
1 Анодный ток —• это поток электронов, проходящий через анод
лампы.
ленное на кинопленке, мощные колебания анодного тока «копи-
руют» слабые колебания сеточного заряда. Иными словами, в
лампе происходит процесс усиления электрических колебаний.
Теперь нам будет нетрудно разобраться, как работает са-
мый распространенный радиотехнический прибор —ламповый
усилитель. Он устроен так...
Впрочем, здесь нам потребуется схема. Та самая схема, ко-
торая обычно приводит в ужас начинающего радиолюбителя.
Подобно тому, как на географической карте город изобра-
жается кружком, шоссе линией и т. д., каждая радиодеталь
имеет свое условное обозначение. Например, лампа схемати-
чески изображается в виде круга или овала. Перевернутый мо-
лоточек в верхней части круга — анод. Пунктирная линия —
сетка. Петелька внизу — нить накала. Просто, не правда ли?
А вот вам и схема
всего лампового уси-
лителя. В анодной
цепи лампы вы видите
колебательный кон-
тур. Винтовая линия
изображает катушку,
а две короткие па-
раллельные линии —
конденсатор.
На «вход» усили-
теля (между катодом
и сеткой лампы) по-
ступают слабые элек-
трические колебания
(например, от антен-
ны радиоприемника).
К «выходу» (между
анодом и гальвани-
ческой батареей) под-
ключена так назы-
ваемая нагрузка —ко-
лебательный контур.
Когда колебания
на входе усилителя
отсутствуют, электри-
ческий заряд, созда-
ваемый на сетке лам-
пы специальным ис-
точником электриче-
ства (этот источник
для простоты на ри-
ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ В СХЕМЕ И «ВО
ПЛОТИ». Перед вами самый распространенный
радиотехнический прибор — ламповый усилитель.
На «вход» (между катодом п сеткой лампы) посту-
пают слабые электрические колебания (например,
от антенны радиоприемника). К «выходу» (между
анодом и гальванической батареей) подключена так
называемая нагрузка—колебательный контур.
41
ПО «СТУПЕНЧАТОМУ» ПРИНЦИПУ. Перескакивая с одной сту-
пеньки лестницы на другую, можно взобраться на самый верхний
этаж самого высокого здания. Электрические колебания, «прыгая» со
ступени на ступень лампового усилителя, могут достичь любого
размаха.
С помощью «лестницы» усилителей нетрудно еле уловимые сигналы
увеличивать в миллионы раз, еле уловимый шорох превращать в ог-
лушительный грохот.
сунке не показан), не изменяется по величине. Поэтому остается
постоянной сила анодного тока.
Когда же на сетку лампы поступают электрические колеба-
ния, величина заряда начинает периодически изменяться. Это
вызывает пульсацию анодного тока, проходящего через на-
грузку. Толчки тока как бы раскачивают колебательный кон-
тур, и в нем возникают электрические колебания, размах кото-
рых особенно велик в случае резонанса, то есть тогда, когда
контур настроен на частоту колебаний.
С помощью радиолампы электрические колебания можно
усилить в десятки раз. Но и такое усиление часто оказывается
недостаточным. Так, например, чтобы разобрать слабые сигна-
лы далекой радиостанции, их энергию приходится усиливать в
миллионы раз. При таком усилении едва уловимый шорох вос-
принимался бы нашим ухом как оглушительный грохот.
Как же осуществляется это колоссальное усиление?
Постепенно. Старый, испытанный способ. С незапамятных
времен, когда нужно было подняться на крутую высоту, люди
пользовались лестницей. Шаг за шагом — и высота, непреодоли-
мая без промежуточных ступеней, взята.
По такому же «ступенчатому» принципу строятся и радио-
усилители. Обычно они состоят из нескольких ламповых сту-
42
пеней, каждая из которых представляет собой самостоятельный
усилитель на одной лампе. Вход каждой последующей ступени
подключается к выходу предыдущей.
Предположим, что каждая ступень усиливает колебания
в 10 раз. Тогда общее усиление двух ступеней будет равно 100,
трех 1000 и т. д. Чем больше ламп, тем выше усиление. Вот
почему в чувствительных радиоприемниках для дальнего при-
ема бывает по десяти и более ламп.
В современной радиоаппаратуре часто применяются усовер-
шенствованные многосеточные лампы — четырехэлектродные
(тетроды), пятиэлектродные (пентоды) и т. д. Они устойчивей
работают на высоких радиочастотах, дают большее усиление.
По мере своего развития радиолампа становилась все менее
похожей на своего предка — лампочку накаливания. Хрупкая
стеклянная оболочка во многих радиолампах сменилась проч-
ным железным панцирем. Ясно, что металлические лампы сов-
сем не дают света и сохраняют название ламп лишь «по инер-
ции» — в силу укоренившейся традиции.
Радиолампы различны и по внешнему виду, и по размерам.
Миниатюрные лампы — «желуди» — очень похожи на желудь
как величиной, так и формой. Другое дело — мощные радио-
лампы, применяемые в радиопередатчиках. Их высота близка
к росту человека.
АЗБУКА РАДИОТЕХНИКИ. Чтобы получить
полное представление об устройстве того пли
иного радиоприемника, передатчика или теле-
визора, нужно знать, из каких деталей они
собраны, как проходят соединительные про-
вода. Обо всем этом подробно рассказывает
принципиальная схема — своего рода топогра-
фическая карта, без которой в современном
приемнике так же легко заблудиться, как в
дремучем лесу. Разобраться в радиосхемах мо-
жет лишь тот, кто хорошо знаком с их азбу-
кой — условными обозначениями различных
деталей. На этих рисунках вы видите наибо-
лее распространенные обозначения.
Электрическое соединение двух проводников
(1) изображают на схемах точкой. Если же
проводники не соединены друг с другом, в мес-
те их пересечения на схеме рисуют петельку.
Зажим («клемму») — деталь, с помощью кото-
рой к приемнику можно присоединить антенну,
заземление и т. д.,— рисуют в виде кружка,
прочерченного наискось прямой линией. Гнез-
до для штепсельной вилки или, например, для
детектора обозначают просто кружком (2).
Антенну изображают в виде вилкн с двумя
или тремя зубцами, а заземление (или под-
ключение провода к металлическому корпусу
радиоприбора) — в виде гребенки или тре-
угольника, состоящего из ряда горизонтальных
линий и обращенного острым углом вниз (3).
Гальванический элемент обозначают двумя
вертикальными черточками — короткой и
длинной, а батарею элементов — чередующими-
ся короткими и длинными черточками (4).
В любом ламповом радиоприемнике можно най-
ти сопротивления — детали, позволяющие от
одной батареи или выпрямителя получать раз-
ные электрические напряжения. Устройство
сопротивлений различно. Обычно они пред-
ставляют собой цилиндрики из фарфора, пласт-
массы или какого-либо иного изолятора, на
которые нанесен проводящий слой, имеющий
нужное сопротивление электрическому току.
Иногда на цилиндрик наматывают проволоч-
ную спираль из особого сплава, обладающего
большим сопротивлением. Сопротивления изо-
бражаются на схемах в виде прямоугольников
или зигзагообразных линий (5).
В радиоаппаратуре применяются и перемен-
ные сопротивления, величину которых можно
регулировать. Они имеют выводы от одного
или от обоих концов и подвижного контакта.
Подвижной контакт изображается на схемах
стрелкой (6).
Конденсаторы обозначаются двумя короткими
параллельными линиями. Так называемые
электролитические конденсаторы большой ем-
кости, применяемые для сглаживания пульса-
ций выпрямленного тока, изображаются так
же, только параллельные линии окружаются
пунктирным кружком и, кроме того, указы-
вается полярность выводов (злаки плюс и
минус) (7).
Почти в любом радиоаппарате имеются кон-
денсаторы переменной емкости. С их помощью
изменяют настройку колебательных контуров.
На условном обозначении такого конденсатора
ставят стрелку. В современных приемниках
несколько отдельных конденсаторов перемен-
ной емкости объединяют в один агрегат с об-
щей сетью. Стрелки на условных обозначениях
конденсаторов, входящих в состав агрегата,
соединяют пунктирной линией (8).
Катушки индуктивности изображаются на
схемах в виде винтовой линии (9).
На следующих рисунках вы видите обозначе-
ния подстроечного конденсатора (его емкость
можно изменять в небольших пределах) (10),
выключателя (И), переключателя диапазонов
(с его помощью можно включать, выклю-
чать или менять местами несколько катушек
либо конденсаторов одновременно) (12). Далее
следуют условные обозначения детектора (13),
телефонных наушников (14), громкоговорителя
с постоянным магнитом (15) и электромагни-
том (16), граммофонного звукоснимателя (17).
А вот как обозначается дроссель (катушка
индуктивности с железным сердечником) (18),
трансформатор с двумя (19) и несколькими (20)
обмотками.
Особую группу составляют условные изобра-
жения различных электронных ламп. Лампа
изображается в виде круга или овала. Аноды
обозначаются короткими жирными линиями,
похожими на перевернутые молоточки. Сетки
имеют вид пунктирных линий. На схеме нить
накала помечают тонкой петелькой. Если нить
питается переменным током (например, в се-
тевых приемниках), то ее помещают внутрь
фарфоровой трубочки, на которую сверху
надевают металлическую оболочку — собст-
венно катод. В таких лампах нить накала
выполняет только роль печки, катодом она
не служит. Дело в том, что при питании пе-
ременным током сила тока, текущего через
нить, все время меняется. Значит, температу-
ра тонкой нити также изменяется сто раз в
гекунду. Количество электронов, которые нить
«выбрасывает» в пространство, колеблется. В ре-
зультате бывает слышно характерное гудение —
фон переменного тока. «Подогревный» катод
позволяет избавиться от этого неприятного явле-
ния. Фарфоровая трубочка сглаживает колеба-
ния температуры, электроны испускаются рав-
номерно, фон исчезает. В отличие от катода
прямого накала (нити) подогревный катод изо-
бражается в виде жирной дужки.
Часто в одном баллоне прячется целое семейство
ламп. Такие лампы называют комбинированны-
ми. На рисунках даны условные изображения
некоторых из них. Двойной диод с подогрев-
ными катодами (21). Здесь в одном металлическом
корпусе спрятаны две двухэлектродные лампы,
каждая из которых действует самостоятельно.
Далее — вы узнаете? — идет обычный триод (22).
А вот ниже — двойной триод (23). Между про-
чим, две лампы, как это видно из схемы, могут
довольствоваться одним общим катодом! Затем
следует обозначение многосеточной лампы — лу-
чевого тетрода (24). Эта лампа стоит на выходе
многих приемников и усилителей. В ней две
сетки. Усики, соединенные с катодом,—это на-
правляющие электроды, они помогают электро-
нам попасть на анод.
На двух следующих рисунках (25,26) изобра-
жены батарейные лампы «пальчиковой» серии с
катодами прямого накала. Каждая из них
меньше мизинца, оттого их и называют пальчи-
ковыми. Первая лампа — пентод (25). В пей це-
лые три сетки. Нижняя сетка — управляющая.
Две другие — вспомогательные, они улучшают
работу лампы на высоких частотах. Другая
лампа — так называемый диод-пентод — (26). Это
опять-таки две лампы — диод и пентод — с об-
щим катодом. А следующая лампа (27) заменяет
целых три — один триод и два диода! В прием-
нике такая замена экономит много места.
Можно было бы привести обозначения многих
других типов электронных ламп, но это не имеет
смысла. Дело в том, что обозначения ламп, как
вы уже заметили, очень похожи друг на друга
и представляют собой различные комбинации
одних и тех же элементов — анодов, катодов,
сеток.
Как видите, усвоить условные обозначения до-
вольно просто. Овладейте этой азбукой радио-
техники, и вы сможете понять устройство при-
емника— ведь листок со схемой может расска-
зать больше, чем целая глава книжного текста!
О
РАЗГОВОР НА ВЕСЬ МИР
Теперь, когда мы проникли в тайны «волшебной» лампы,
можно перейти к рассказу об аппарате, позволяющем разгова-
ривать со всем миром.
Современный радиопередатчик — сложное устройство. Но
понять, как он действует, нетрудно. Для этого нужно познако-
миться с простым механизмом, который имеет с передатчиком
ряд общих черт. Этот механизм — обыкновенные стенные часы.
Качните маятник незаведенных часов. Он начнет колебаться,
однако размах его колебаний будет постепенно уменьшаться,
пока, наконец, маятник не остановится. Такие колебания назы-
вают затухающими. Затухание происходит из-за трения маятни-
ка в опорах, сопротивления воздуха и т. д.
Чтобы колебания не затухали, необходимо все время вос-
полнять потери энергии. В часовом механизме для этого служат
пружина или гири. Заводя пружину, вы совершаете какую-то
работу, расходуете определенную энергию. Эта энергия накап-
ливается в пружине.
Пружина упруга. Ее естественное стремление — выпря-
миться, принять первоначальную форму. Сила, с которой она
раскручивается, передается маятнику через систему зубчатых
47
ЗАТУХАЮЩИЕ И НЕЗАТУХАЮЩИЕ. Чтобы колебания не зату-
хали, необходимо все время восполнять потерю энергии, вызываемую
трением. В часовом механизме для этого служит пружина или гири.
колес. Маятник, получая толчки в такт своим колебаниям (это
обеспечивают зубчатые колеса), колеблется с одинаковым раз-
махом, пока пружина не раскрутится настолько, что перестанет
восполнять потери энергии при колебаниях.
Колебания, происходящие с одинаковым размахом, назы-
вают незатухающими.
Таким образом, часы состоят из трех основных частей.
Одна из них — маятник — создает колебания определенной
частоты (частота колебаний маятника зависит от его длины).
Вторая часть — пружина — служит источником энергии, вос-
полняющим потери в маятнике. Третья — зубчатый механизм —
передает энергию от пружины к маятнику.
В часах энергия, накопленная пружиной, переходит в энер-
гию колебаний маятника. Нечто подобное наблюдается и в ра-
диопередатчике. Там энергия постоянного тока, накопленная
источником электричества, преобразуется в энергию электри-
ческих колебаний. Роль маятника в современном передатчике
играет колебательный контур, роль пружины — источник посто-
янного тока и, наконец, роль зубчатого механизма — элек-
тронная лампа.
Как же устроен и работает ламповый радиопередатчик?
Простейший генератор отличается от уже знакомого нам уси-
лителя лишь одной особенностью: генератор усиливает свои
же собственные колебания. Ламповый усилитель очень легко
превратить в радиопередатчик. Нужно только, чтобы часть
энергии с выхода лампы все время возвращалась на ее вход.
Взгляните на схему лампового генератора. Вы видите ка-
тушку индуктивности, включенную в анодную цепь лампы. Она
называется катушкой обратной связи. Ее электромагнитное
48
ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА
Электронная лампа, или радио-
лампа, — основа большинства
современных радиоприборов.
С помощью ламп выпрямляют
переменные токи, генерируют и
усиливают электрические ко-
лебания, умножают и делят их
частоты. Электронная лампа
позволяет осуществить радио-
телефонную передачу — моду-
лировать токи высокой часто-
ты колебаниями низких звуко-
вых частот.
Существуют лампы-карлики,
умещающиеся на ладони, и лам-
пы-гиганты, „ростом" с чело-
века.
Для изготовления радиоламп
необходимы многие химические
элементы — вольфрам, алюми-
ний, барий, медь и др.
Воздух из лампы тщательно
откачивается, чтобы электроны
могли свободнее перемещаться
между катодом и анодом.
В современных радиоустрой-
ствах бывает по нескольку ты-
сяч электронных ламп. Вот ка-
кой это распространенный
прибор!
к стр. 56—57
5 -15 ЛАМП
В РАДИОПРИЕМНИКЕ
В, ЛИНКОРЕ
Йг/.'Л-z
300 - 40'0
|лллл,«
г V
Генератор электрических
КОЛЕБАНИЙ
ЛАМП
В ПОДВИЖНОМ РАДИОЛОКАТОРЕ
IS -25 ЛАМП В ТЕЛЕВИЗОРЕ
Электрон в лампе движется
С ТАКОЙ СКОРОСТЬ»
ЧТО 06ЛЕТЕЛ 6Ы ЗЕМНОЙ ШАР
Модулирование
. <-ж
(ш
УМНОЖИТЕЛЬ 4ACr:'’j.
АА л<Шг
Делитель частоты
ЗА 4 СЕКУНДЫ
_____________-_______________ • - rWai
поле пронизывает катушку колебательного контура, включен-
ного между сеткой и катодом. Под влиянием этого поля в кон-
туре возбуждаются электрические колебания, которые затем
усиливаются лампой и снова попадают в катушку обратной
связи.
Получается замкнутый круг: колебания, происходящие в
катушке обратной связи, «раскачивают» колебательный контур.
Колебания в контуре поступают на сетку лампы, усиливаются
и опять проходят через катушку обратной связи. Генератор все
время как бы сам себя возбуждает. Поэтому он получил назва-
ние генератора с само-
возбуждением.
Но в самый первый
момент в контуре еще
нет колебаний и, стало
быть, нечего усиливать.
Как же зарождаются ко-
лебания? Ведь для того,
чтобы, например, начал
колебаться маятник в
стенных часах, необхо-
дим внешний толчок,
который вывел бы его из
положения равновесия.
В радиопередатчике
роль такого толчка иг-
рает мгновенный им-
пульс тока, возникаю-
щий при включении ба-
тареи.
В начальный момент
колебательный контур
генератора находится
как бы в состоянии не-
устойчивого равновесия.
Достаточно незначитель-
но измениться анодному
току генераторной лам-
пы, и в контуре появля-
ются едва заметные ко-
лебания . Они усиливают-
ся лампой. Часть уси-
ленных колебаний «от-
ветвляется» через ка-
тушку обратной связи
во входную цепь лампы
ПРОСТЕЙШИЙ ГЕНЕРАТОР ОТЛИЧАЕТ-
СЯ ОТ УСИЛИТЕЛЯ ЛИШЬ ОДНОЙ ОСО-
БЕННОСТЬЮ: ГЕНЕРАТОР УСИЛИВАЕТ
СВОИ ЖЕ СОБСТВЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ.
В ламповом генераторе часть энергии с вы-
хода лампы все время возвращается на ее
вход. Это достигается благодаря катушке
обратной связи (в цепи анода). Получается
замкнутый круг. Генератор все время как бы
сам себя возбуждает, поэтому он и получил
название генератора с самовозбуждением.
49
и вновь усиливается. Размах электрических колебаний в контуре
постепенно возрастает, пока не достигнет своей максимальной
величины.
Современные передатчики устроены более сложно. В них,
как п в радпоусилителях, много ламп. Это объясняется тем, что
простейший генератор с самовозбуждением создает колебания с
устойчивой частотой только тогда, когда его мощность невелика
(намного меньше, чем у обычной осветительной электролампоч-
ки). Поэтому мощность радиопередатчика приходится усиливать
с помощью ряда усилительных ступеней. Имеются сложные
генераторы, в которых колебания, создаваемые в первой сту-
пени, усиливаются последующими. Такие генераторы в отличие
от простейших, называются генераторами с независимым воз-
буждением.
Передатчики, подобные тем, с устройством которых мы сей-
час познакомились, применяются для передачи телеграфных
сигналов — коротких и длинных серий электромагнитных
волн. С этой целью периодически включают и выключают гене-
ратор по правилам телеграфной азбуки. Радист на приемной
станции слышит работу передатчика не все время, а только в те
моменты, когда включен ток. Комбинируя в уме услышанные
сигналы, радист записывает радиограмму на листе бумаги.
Сигналы такого передатчика могут быть приняты и автомати-
ческим радиотелеграфным аппаратом, прообраз которого был
создан А. С. Поповым.
Сложнее обстоит дело при радиотелефонной передаче. Ведь
здесь передается живая человеческая речь и музыка, а не точки
и тире телеграфной азбуки!
Радиосвязь основана на электрических процессах — излу-
чении, распространении и приеме электромагнитных волн. Зна-
чит, чтобы передать речь, музыку или иные звуки по радио, их
нужно каким-то путем преобразовать в колебания электриче-
ского тока. Впрочем, это умели делать еще задолго до изобрете-
ния радио и применяли в обычной проводной телефонии.
Вот как устроен простейший микрофон — прибор, превра-
щающий звуковые волны в электрические колебания. Он со-
стоит из корпуса, похожего на крошечную металлическую чаш-
ку, графитовой пластинки-мембраны, прикрывающей эту чашку
сверху, изолированного контакта, который вделан в корпус, и
угольного порошка, заполняющего пространство между мембра-
ной и контактом.
Если между изолированным контактом и корпусом микро-
фона включить электрическую батарею, то через угольный
порошок побегут электроны. Сила тока будет зависеть от того,
насколько порошок сдавлен. Рыхлая угольная масса, состоя-
щая из множества крупинок, оказывает электрическому току
50
БЕГ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ. Такой бег совершают электроны через уголь-
ный порошок в микрофоне. Чем более рыхла масса, тем труднее бег, тем
меньше электронов достигает «финиша». И, наоборот, при уплотнении по-
рошка новые и новые «бегуны» включаются в «кросс» по пересеченной мест-
ности.
большое сопротивление. Если же надавить на мембрану, то по-
рошок станет более плотным, его крупинки теснее сомкнутся
друг с другом, и их сопротивление электрическому току умень-
шится. А от величины сопротивления цепи зависит сила тока.
Чем меньше сопротивление, тем больше сила тока. Периодиче-
ски надавливая на мембрану, можно изменять сопротивление
угольного порошка, а значит, и силу тока, проходящего через
микрофон.
То же самое происходит, когда на микрофон давят звуковые
волны. Встречая мембрану, они раскачивают ее, заставляют ко-
лебаться. При этом и сила тока в цепи микрофона также начи-
нает пульсировать в полном соответствии со звуковыми колеба-
ниями.
Так звук превращается в колебания электрического тока.
Как бы ни был сложен звук, какие бы тончайшие оттенки он
ни принимал, всегда можно получить колебания электрическо-
го тока, в точности ему соответствующие.
«Озвученное» электричество легко передать по проводам на
любое расстояние, как передают обычный электрический ток.
А там его можно снова превратить в звук. Делается это очень
просто с помощью всем известных приборов: телефонных на-
ушников и громкоговорителей.
51
СИЛА TQKA СИЛА TQKA СИЛА ГОЛА СИЛА ГОА»
ОТ МИКРОФОНА ДО РАДИОПРИ-
ЕМНИКА. «Внимание, говорит Моск-
ва!»—голос диктора заставляет коле-
баться мембрану микрофона.Ток, теку-
щий через микрофон, также колеблет-
ся в такт звуку (А).
Пульсирующий ток из микрофона по-
ступает в усилитель и после соответ-
ствующей «обработки» управляет раз-
махом высокочастотных колебаний в
радиопередатчике. Как видите, размах
этих колебаний меняется тоже в такт
звуку. Так же изменяется и энергия
радиоволн, излучаемых передающей
антенной (В).
Но вот радиоволны «пойманы» антен-
ной приемника, которая снова пре-
вратила их в токи высокой частоты.
Эти токи усиливаются и детектируются
двухэлектродной лампой. В результа-
те детектирования образуется ряд им-
пульсов постоянного тока, высота ко-
торых изменяется в такт все тем же
звуковым колебаниям (В).
Теперь остается выделить «огибаю-
щую» импульсов — колебания звуковой
частоты. Это делается с помощью кон-
денсатора, пропускающего переменный
ток и задерживающего постоянный.
Колебания звуковой частоты усили-
ваются и поступают на громкоговори-
тель. И мы слышим слова, только что
произнесенные диктором (Г).
Устройство телефонного наушника несложно. На магнит-
ный сердечник надета проволочная катушка. Поблизости от
сердечника расположена мембрана из тонкой жести. Эта мембра-
на притягивается к сердечнику с определенной силой.
Если через катушку пропустить постоянный электрический
ток, то возбуждаемые им магнитные силы, взаимодействуя с
магнитной силой сердечника, увеличивают или уменьшают при-
тяжение мембраны (это зависит от направления тока). Если
через катушку течет переменный ток, то сила, воздействующая
на мембрану, изменяется периодически с частотой этого тока.
Поэтому мембрана начинает колебаться. Ее колебания пере-
даются окружающему воздуху, и в нем возникают звуковые
волны. Так электричество превращается в звук.
На таком принципе основана обычная телефонная связь.
А в области радиотелефонии приходится прибегать к более
сложным преобразованиям.
Дело в том, что электрические колебания звуковой частоты
можно передавать на значительное расстояние только по про-
воду. Излучать их в пространство очень трудно — для этого
потребовались бы антенны колоссальных размеров. Кроме того,
52
такие колебания сильно поглощаются атмосферой и быстро за-
тухают.
Ученые нашли способ передавать электрические колебания
звуковых частот без проводов на любые расстояния.
Для этой цели, как и при радиотелеграфии, используются
электрические колебания радиочастот, в десятки, сотни и мно-
гие тысячи раз более высоких, чем звуковые.
Однако между телефонным и телеграфным передатчиками
имеется одно существенное различие. Телеграфный радиопере-
датчик создает электрические колебания, размах которых все
время постоянен. Иная картина наблюдается при работе теле-
фонного передатчика. Размах создаваемых им колебаний то и
дело изменяется, на первый взгляд, без всякой закономерности.
Но на самом деле закономерность есть.
Присмотритесь к линии, которая огибает пики высокоча-
стотных колебаний, создаваемых радиопередатчиком. Именно
такой характер имеет пульсация тока, текущего через микро-
фон, когда на мембрану давят звуковые волны.
Значит, при радиотелефонной передаче звук управляет раз-
махом колебаний в контуре передатчика, а следовательно, и
энергией электромагнитных волн.
Вот как это получается.
В радиотелефонном передатчике на управляющую сетку
лампы одновременно с высокочастотными колебаниями, идущи-
ми через катушку обратной связи, поступают колебания низ-
кой звуковой частоты от микрофона. Ясно, что при этом вели-
чина электрического заряда на сетке изменяется двояко: во-
первых, очень быстро с высокой частотой и, во-вторых, сравни-
тельно медленно с низкой частотой.
Высокочастотные колебания, усиливаясь лампой, раскачи-
вают колебательный контур, так как он настроен точно на их
частоту. Низкочастотные колебания этого делать не могут —
контур очень далек от их частоты. Зато они изменяют усиление,
производимое лампой, а значит, и размах высокочастотных ко-
лебаний в контуре.
Пока диктор молчит, размах высокочастотных колебаний не
изменяется. Но стоит ему произнести слово, и размах колебаний
начнет увеличиваться и уменьшаться в соответствии с характе-
ром звука.
Такой процесс носит название модуляции, а колебания вы-
сокой частоты, размах которых меняется по закону звуковых
колебаний, называются модулированными.
Итак, при радиотелефонной передаче звук последовательно
превращается сначала в электрические колебания звуковой
частоты, как и при обычной проводной телефонии, а затем в мо-
дулированные колебания высокой частоты. Эти колебания и
53
тупают в антенну передатчика. А от нее во все концы земли
ут незримые и неслышные радиоволны. Они несут в себе и
•ывистое звучание человеческой речи, и мелодичные переливы
1ЫКИ.
Радиоволны отличаются необычайной щедростью: они гото-
по де литься своей ношей с любым из нас. Включи приемник,
трой его на ту передачу, которая но душе, и слушай.
©
ВТОРАЯ „МЕТАМОРФОЗА"
На пути от микрофона радиостанции до громкоговорителя
звук претерпевает два удивительных превращения: сначала
он перестает быть самим собой — «немеет», становится способ-
ным преодолевать такие громадные пространства, какие ему до
превращения и не снились; наткнувшись где-либо по пути па
антенну радиоприемника, «онемевший» звук, словно сказочный
оборотень, вновь принимает свое прежнее обличье — стано-
вится звуком в полном смысле слова.
С первой из этих «метаморфоз» — превращением звука в
радиоволны — мы уже знакомы. Посмотрим теперь, как про-
исходит вторая, как с помощью радиоприемника электромаг-
нитные волны преобразуются в звуковые.
Модулированные колебания — переносчики звука. Они на-
поминают заснятую, но еще не проявленную фотопластинку.
На такой пластинке не увидишь никакого изображения. Но это
не значит, что его нет. Оно существует в скрытом виде. Чтобы
увидеть изображение, нужно обработать пластинку в специаль-
ном химическом растворе — проявителе, который делает изоб-
ражение видимым для человеческого глаза.
Подобно тому, как нельзя видеть непроявленный фотоенп-
55
ИМПУЛЬСЫ постоянного
ТОКА ДЕЛАЮТ МЕМБРАНУ
«ГОВОРЯЩЕЙ». Колебания
высокой частоты (сверху) не мо-
гут заставить мембрану вибри-
ровать. Иное дело, когда они
превратятся в импульсы по-
стоянного тока, действующие в
одну сторону. Мембрана не
устоит перед их дружным нати-
ском и начнет колебаться, а мы
услышим звук.
мок, невозможно услышать и моду-
лированные колебания. Представьте,
что антенна радиоприемника присое-
динена прямо к телефонному наушни-
ку или громкоговорителю. Будет ли
слышна радиопередача? Конечно, нет.
Дело здесь не только в том, что
энергия радиоволн, улавливаемая
антенной, весьма слаба. Даже усилив
модулированные колебания во много
раз и заставив их проходить через
наушник, мы все равно не услышали
бы звука.
Когда переменный ток высокой
частоты идет через катушку телефон-
ного наушника, магнитная сила,
воздействующая на мембрану, изме-
няется с частотой этого тока, то есть
чрезвычайно быстро. В силу инер-
ции мембрана попросту не успевает
отклониться в какую-либо одну сто-
рону — так часто меняется направле-
ние магнитной силы.
Но допустим на минуту, что мы
нашли мембрану, которая совсем не
имеет инерции, и что такая «идеаль-
ная», не существующая в природе
мембрана может колебаться под влия-
нием магнитного поля высокой час-
тоты. Все равно эти колебания нельзя
услышать, потому что их частота ле-
жит далеко за пределами звуковых
частот, доступных нашему слуху.
Чтобы услышать радиопередачу,
модулированные колебания высокой
частоты необходимо выпрямить —
превратить в короткие, следующие
друг за другом импульсы постоян-
ного тока. Для этого высокочастот-
ные колебания пропускают через
двухэлектродную лампу, которая, как
нам известно, способна выпрямлять
переменные токи.
Кривая модулированных колеба-
ний симметрична. Ее можно сравнить
с карточным валетом или королем,
56
у которых две головы и два туловища. При выпрямлении
одна половина кривой, например нижняя,— срезается. Теперь
это ряд одинаково направленных пиков — импульсов постоян-
ного тока, уровень которых меняется в соответствии со зву-
ковыми колебаниями.
пропустить через ка^»
в окружающем про-
Импульсы постоянного тока, если их
тушку телефонного наушника, возбудят
странстве магнитные силы, действую-
щие в одном направлении. При этом
мембрана будет испытывать быстрые,
следующие друг за другом толчки.
Из-за своей инерционности она не смо-
жет откликаться на каждый толчок в
отдельности; но поскольку на сей раз
толчки направлены в одну сторону,
они складываются в единую силу, ко-
торая непрерывно изменяется в зави-
симости от характера звуковых коле-
баний.
Эта сила заставляет мембрану коле-
баться, и мы слышим звук, что был
произнесен перед микрофоном передат-
чика и управлял размахом высокоча-
стотных колебаний.
Выявление колебаний звуковой ча- ~ ~
ПРОСТЕЙШИЙ ПРИЕМНИК.
СТОТЫ, прОИСХОДЯЩее В радиоприемнике, в простейшем детекторном
Л
©
называется детектированием (это слово ^“:м™рк^чТм^т™Трад2о-'
по-русски означает обнаружение). При-станций, антенной (А) служит
бор, который занимается ЭТИМ, известен §ети, Иза“емл°ен°иемО^З^водо-
под названием детектора.„ Двухэлек-^°^оаяоД^и^КоХ₽са-
Тродная лампа — ламповый детектор, тор, включенный между детек-
Но существуют также безламповые J°er дорогу Рп°еремемомуГтоку
низкой частоты, текущему в се-
ти, и свободно пропускает
электрические колебания высо-
ких радиочастот. В таком при-
емнике нет колебательного кон-
тура для настройки, поэтому он
нередко одновременно прини-
мает две-три станции, и в теле-
фонных наушниках (Т) можно
услышать репортаж о футболе
вместе с камерным концертом.
А вот как устроен «настоящий»
детекторный приемник. Он уже
может настраиваться на какую-
либо одну радиостанцию. Гру-
бая настройка осуществляется
переключателями П и П-1, из-
меняющими число витков в ка-
тушке. Более точная настройка
производится с помощью кон-
денсатора переменной емкости.
Обозначения на схеме: А — ан-
тенна, 3 — заземление, Д — де-
тектор, Т — телефонные трубки.
57
вые детекторы. Возьмите, например, кусочек сернистого свин-
ца (галена) и коснитесь его поверхности острием стальной пру-
жинки. Вот вам и простейший кристаллический детектор1.
Он подобно диоду может выпрямлять переменные токи.
Вы, вероятно, слышали о так называемых детекторных
приемниках, в которых нет ни одной лампы.
В них всего две детали: телефонные наушники и детектор.
Колебательного контура нет. Поэтому, присоединив к приемни-
ку антенну и заземление, вы услышите передачи нескольких
мощных близкорасположенных станций. Они будут слышны
одновременно. Например, под звуки симфонического оркестра
можно услышать «Пионерскую зорьку»...
Пришлось усложнить приемник — ввести колебательный
контур. Изменяя в нем число витков катушки с помощью пере-
ключателя и настраивая контур конденсатором переменной
емкости, выбирают ту передачу, которую хотят слушать.
Вместо антенны в таких приемниках иногда используют один
из проводов осветительной сети. Подключаться к проводу нуж-
но обязательно через конденсатор небольшой емкости. Он про-
пустит токи высокой частоты, возбуждаемые в проводе электро-
магнитными волнами, и преградит дорогу текущему в сети
переменному току низкой частоты, которому в детекторном
приемнике делать нечего.
В детекторных приемниках нет усилителя, поэтому гром-
кость передач, принимаемых ими, невелика. В ламповых радио-
приемниках электрические колебания многократно усиливают-
ся.
Антенна улавливает колебания самых различных частот.
Но, как мы уже говорили, имеется колебательный контур —
своеобразный часовой, пропускающий только «своих» — коле-
бания частоты, на которую он настроен. Все другие частоты
остаются за порогом.
Выделенные колебания усиливаются и детектируются. По-
лученные колебания низкой звуковой частоты дополнительно
усиливаются и подаются на громкоговоритель.
Так работают простые ламповые радиоприемники, называе-
мые приемниками прямого усиления.
Но современные приемники, так называемые супергетеро-
дины, устроены более сложно.
Дело в том, что не всякие электрические колебания одина-
ково хорошо поддаются усилению. Чем выше частота колеба-
ний, тем труднее их усиливать. Кроме того, с ростом частоты
1 Принцип действия кристаллического детектора мы подробно рас-
смотрим в разделе «Соперник «волшебной» лампы».
58
СМЕШЕНИЕ ЧАСТОТ. В
супергетеродинном прием-
нике специальная преобра-
зовательная лампа смешива-
ет колебания двух разных
частот — принимаемого си-
гнала и гетеродина. В ре-
зультате образуется новая,
промежуточная частота.
Она, как правило, ниже,
чем частота принимаемого
сигнала, ее легче усилить.
ухудшается «избирательность» колебательного контура. Он
оказывается не в состоянии «отфильтровывать» колебания близ-
ких частот. Помехи радиостанций, работающих на соседних
волнах, становятся все сильнее.
Поэтому мы заинтересованы в том, чтобы как-то понизить
частоту принимаемых радиоколебаний. Этот процесс преобра-
зования частоты принимаемого сигнала в иную, чаще всего
более низкую промежуточную частоту, и характерен для су-
пергетеродинных приемников.
Посмотрим, как работает супергетеродин.
Колебания высокой частоты непосредственно с антенны или
после предварительного усиления поступают на сетку преоб-
разовательной лампы. В этой лампе есть и еще одна сетка;
на нее подаются колебания, создаваемые гетеродином — ма-
ломощным ламповым генератором. Частота колебаний гетеро-
дина несколько отличается от частоты принимаемого сигнала.
В преобразовательной лампе происходит смешение этих частот,
в результате чего возникают колебания новой, обычно более
59
низкой промежуточной частоты1. Она равна разности принима-
емой высокой частоты и частоты гетеродина.
В анодную цепь преобразовательной лампы включен кон-
тур, настроенный на промежуточную частоту. Он откликается
только на ее колебания и не реагирует на колебания других час-
тот.
Колебания промежуточной частоты усиливаются несколь-
кими ламповыми ступенями и затем, как обычно, детектиру-
ются.
Для удобства слушателей конденсаторы контуров высокой
частоты и гетеродина делаются с общей осью, поэтому контуры
настраиваются одной и той же ручкой. Оба контура рассчитаны
так, что при любой настройке приемника разность их частот
равна промежуточной частоте, которая остается неизменной.
Поэтому контур промежуточной частоты настраивается раз и
навсегда, и потом его уже не касаются.
Наша промышленность выпускает большое число различ-
ных моделей радиоприемников и среди них первоклассные су-
пергетеродины «Мир», «Минск», «Эстония-55», «Люкс». Они
способны удовлетворить самого взыскательного слушателя. Эти
супергетеродины очень сложны, в них насчитывается до двух
десятков ламп. Но все-таки и самый «хитроумный» супергетеро-
дин и простейший детекторный приемник работают в основном
по одному и тому же принципу, с которым мы познакомились
выше.
1 Если принимаются колебания низкой радиочастоты, промежуточ-
ная частота оказывается более высокой. Но на низких радиочастотах
работает сравнительно мало станций. У большинства же передатчиков
частоты гораздо выше промежуточной.
ПУТЕШЕСТВИЕ ПО ЭФИРУ
В окно врывается мешанина хаотических звуков: отчаян-
ный свист, тут же обрывок речи, снова свист, улюлюканье,
кусок какой-то мелодии...
Это какой-то «путешественник» по эфиру крутит ручку
настройки своего радиоприемника. Тонкая черта указателя
бойко бежит по освещенной шкале. На ней светится надпись:
«Диапазон коротких волн» или просто — «к».
Впрочем, какой же это путешественник? Он понятид не
имеет, как пользоваться замечательным «транспортным сред-
ством», которое идеально подчиняется малейшему повороту
«руля». Разве с такой бешеной скоростью носятся по коротким
волнам? От такого путешествия, кроме головной боли, ничего
не получишь.
А между тем оно может быть увлекательным. Для этого
надо изучить особенности маршрутов и средства передви-
жения.
Начнем с карты маршрутов. Она выглядит не совсем
обычно—ни гор на ней не обозначено, ни морей,— одни
цифры да черточки. Называется — «шкалой».
Цифры — остановки на нашем пути — означают частоты и
61
длины волн, а также указывают «местонахождение» радиостан-
ций разных стран. Мы ведь уже знаем, что каждая радиове-
щательная станция работает на строго определенной, отведенной
ей по международному соглашению волне. Значит, с помо-
щью шкалы нетрудно отыскать нужную передачу.
Почему, однако, наше путешествие по эфиру разделено на
несколько этапов—так называемых диапазонов? Почему нель-
зя прямым путем проследовать от начала до конца всего мар-
шрута без пересадки?
Слишком велик маршрут. Как мы уже говорили, полоса
электромагнитных колебаний, используемых в радиотехнике,
очень широка. Она простирается от нескольких десятков ты-
сяч до многих миллиардов колебаний в секунду. Никакой ко-
лебательный контур невозможно перестраивать в таких преде-
лах. Поэтому полосу радиочастот условно разбили на четыре
диапазона: длинных, средних, коротких и ультракоротких
волн.
Диапазоны коротких и ультракоротких волн для удобства
настройки иногда разбивают еще на несколько более мелких
участков—поддиапазонов. Чтобы перейти с одного «маршрута»
на другой, нужно повернуть ручку переключателя. При этом
к конденсатору переменной емкости подключается катушка с
большим либо меньшим числом витков. Это позволяет настраи-
вать приемник на любую волну в пределах то одного, то
другого диапазона.
Каким образом происходит движение по шкале, как удается
нам оседлать одну волну, потом другую, третью?
Поворачивая ручку настройки, мы одновременно вращаем
пластины конденсаторов переменной емкости и перестраиваем
колебательные контуры с одной частоты на другую. Снаружи
приемника, правда, ничего этого на видно. А если открыть
заднюю крышку, то можно проследить, как движутся метал-
лические пластины конденсаторов.
Теперь поговорим о «средствах сообщения»—о радиовол-
нах, их характере, поведении. Даже радиоспециалисты
не сразу разобрались в них, не сразу стали хозяевами
эфира.
Первое время для радиовещания и связи применялись толь-
ко средние и длинные волны. Длина таких волн равнялась
сотням и тысячам метров. Более короткие волны считались
«бросовыми», непригодными для какого-нибудь практического
применения. Это объяснялось следующим.
Передачи длинноволновых станций можно принимать на
значительных расстояниях (до нескольких тысяч километров).
Громкость приема по мере удаления от передатчика умень-
шается плавно, без всяких скачков. Ночью слышимость длинно-
62
волновых радиопередатчиков несколько возрастает. Средневол-
новые радиостанции днем слышны хуже, чем те, которые ра-
ботают на длинных волнах, зато ночью даже не особенно
мощная средневолновая станция хорошо слышна.
Что же касается коротких волн (длиной от ста до десяти
метров), то их энергия по мере удаления от передатчика сначала
очень резко убывает.
Короткие волны, как волны третьего сорта, передали в поль-
зование радиолюбителям. Но вскоре оказалось, что с помощью
маленьких коротковолновых передатчиков можно вести связь
на огромных расстояниях — между двумя противоположными
точками земли.
Вот что произошло более тридцати лет назад, на заре совет-
ского коротковолнового радиолюбительства.
Летом 1923 года молодой нижегородец Ф. А. Лбов получил
разрешение на устройство любительской радиотелеграфной стан-
ции с передатчиком «мощностью до х/2 лошадиной силы и дли-
ною волны не свыше 200 метров». Много труда потратил Лбов
на строительство своей радиостанции — ведь радиомагазинов
тогда не было, почти все приходилось делать своими руками.
Но вот передатчик построен. Лбов вместе со своим другом и
«ассистентом» В. М. Петровым «выходит» в эфир. Неопытная еще
рука неловко отстукивает на телеграфном ключе позывные
первой в СССР коротковолновой любительской радиостанции.
«Здесь Нижний Новгород. Любительская станция Р1ФЛ. Кто
меня слышит, сообщите по адресу...»
Прошли сутки, и Лбов получил телеграмму из Шергата
(близ Мосула). Сигналы русского коротковолнового передат-
чика были услышаны на расстоянии 3 000 километров!
Первое время успехи радиолюбителей-коротковолновиков
казались чем-то совершенно невероятным, почти абсурдным. И
неудивительно: в соседнем городе, в сотне километров от пере-
датчика нет даже намека на его сигналы, а где-то на противо-
положной стороне земного шара передача принимается очень
хорошо.
Загадочное поведение коротких волн теперь объяс-
нено.
Ученые выяснили, что в распространении радиоволн боль-
шую роль играет атмосфера — воздушное покрывало, окуты-
вающее нашу землю.
Земная атмосфера состоит из трех слоев. Первый из них на-
зывается тропосферой. Его верхняя граница проходит примерно
в 11 километрах от поверхности земли. Над ним, на высоте до
50 километров, лежит стратосфера. Наконец самый верхний
слой носит название ионосферы. Именно он оказывает решаю-
щее влияние на характер распространения радиоволн.
63
Название «ионосфера» происходит от слова «ион». Ион — это
электрически заряженный атом, то есть атом, приобретший или,
наоборот, утративший некоторое количество электронов. Ионо-
сфера содержит множество положительных ионов и потерянных
ими свободных электронов, благодаря чему может проводить
электрический ток. Она обладает способностью преломлять ра-
диоволны, а иногда и отбрасывать их обратно на землю, как зер-
кало отбрасывает луч света. Ионосферу часто сравнивают с ог-
ромным сферическим зеркалом, незримо окружающим нашу
землю.
Влияйие, оказываемое этим «зеркалом» на распространение
радиоволн, было изучено и объяснено известным советским
ученым М. В. Шулейкиным еще в 1920 году.
Распространение электромагнитной энергии происходит по
двум путям — вдоль земной поверхности и под некоторым уг-
лом к пей. Волна, распространяющаяся первым путем, называет-
ся поверхностной, вторым — пространственной. Пространст-
венная волна, покинув землю, идет в атмосфере, пока не на-
толкнется на ионосферный слой. Будучи отражена ионосферой,
она изменяет направление своего движения и возвращается на
землю в месте, значительно удаленном от точки излучения.
Как видим, такая волна распространяется гигантским скачком
на огромные расстояния. Ясно, что сигналы, переносимые ею,
можно услышать только там, где она возвращается на землю,
подобно тому как солнечный зайчик виден лишь на том месте,
куда падает отраженный зеркалом луч света.
В зависимости от длины электромагнитных волн распростра-
нение энергии происходит в основном либо вдоль земли, либо
в атмосфере, либо обоими путями одновременно.
Длинные волны движутся вдоль земной поверхности и хо-
рошо огибают кривизну земли. Они распространяются также в
атмосфере, причем роль пространственной волны в этом случае
возрастает с расстоянием. Так, например, на расстоянии до 300
километров от источника излучения наблюдается лишь поверх-
ностная волна, от 300 до 3 000 километров проходят как поверх-
ностная, так и пространственная волны, а за 3000 километров
преобладает пространственная волна.
Средние волны гораздо сильнее поглощаются поверхностью
земли и хуже огибают ее кривизну. Все же такая поверхностная
волна успевает пробежать до 1 000 километров, прежде чем пол-
ностью затухнет.
Короткие волны распространяются вдоль земли очень пло-
хо: сильно поглощаются ее поверхностью и с трудом огибают
кривизну земного шара. Поэтому главную роль в распростра-
нении электромагнитной энергии играет здесь пространственная
волна. Если, настроив приемник на какую-либо близкую корот-
64
коволновую радиостанцию, сесть с ним в поезд и поехать, то
слышимость начнет быстро уменьшаться, и вскоре прием со-
вершенно прекратится. Несколько сот или даже тысяч километ-
ров мы будем двигаться по «зоне молчания», а затем снова ста-
нет слышна передача. Это поезд встретился с пространственной
короткой волной, отразившейся от ионосферы.
Величина зоны молчания зависит от состояния ионосферы —
от ее высоты и насыщенности свободными электронами. Состоя-
ние ионосферы, в свою очередь, связано с солнечным излуче-
нием. Всякое изменение в деятельности Солнца сказывается на
концентрации электронов в ионосфере. Так, например, в тече-
ние суток густота заряженных частиц резко меняется; ночью
поглощение энергии пространственной волны ионосферой во
много раз уменьшается, а отражение — увеличивается, по-
этому в часы темноты громкость длинноволновых и особенно
средневолновых радиостанций заметно возрастает.
Короткие волны атмосфера поглощает меньше. Отсюда —
«дальнобойность» маломощных коротковолновых передатчиков.
Чтобы поддерживать бесперебойную радиосвязь на каком
угодно расстоянии, во всякое время суток и в любую радио-
погоду, нужно умело выбирать наиболее подходящую длину
волны. Радисты хорошо знают: короткие волны различной
длины хотя и похожи друг на друга, но все же ведут себя не-
одинаково. Одни лучше распространяются днем, другие —
ночью. У одних зона молчания шире, у других уже. Изучив
свойства волн, можно определить, куда попадут они после от-
ражения от ионосферы.
Радиостанции, которые должны обслуживать передачами
огромную территорию, не оставляя на ней «зон молчания»,
работают на длинных волнах.
Радиостанции, обслуживающие определенные районы, распо-
ложенные на больших расстояниях от передатчика, работают на
коротких волнах. На этом диапазоне ведутся радиопередачи
для зарубежных стран, радиосвязи между Москвой и столицами
союзных республик, крупными культурными и промышленными
центрами и т. д.
На коротких волнах работают многочисленные самолетные и
корабельные установки, радиостанции экспедиций и специаль-
ных служб. Здесь на волнах 160, 80, 40, 20, 14 и 10 метров
можно услышать и позывные радиолюбительских передатчиков.
По мере развития радиотехники внимание инженеров и уче-
ных привлекали все более короткие волны. Это объяснялось
теснотой в эфире, которая усиливалась с увеличением числа
радиостанций.
Каждая радиовещательная станция занимает в эфире неко-
торую «полоску»: помимо основной волны, длину которой часто
3 А. Пло некий
65
называют в начале передачи (например, 1744 метра или 31 метр),
в пространство излучается ряд дополнительных «боковых» волн,
возникающих в результате модуляции (наложения звуковых
частот). Поэтому основные волны различных радиостанций не
должны быть слишком близки друг к другу, в противном случае
из-за взаимодействия боковых волн появятся помехи.
И вот оказывается, что на разных диапазонах радиоволн
удается разместить неодинаковое число радиостанций. Несве-
дущему человеку покажется, что диапазон от 10 000 метров до
1000 метров намного вместительней, чем, скажем, от 100 до
10. На деле же получается совсем наоборот.
Диапазон от 10 000 до 1000 метров вмещает всего 30 радио-
телефонных станций. На участке от 1 000 до 100 метров можно
разместить уже 300 радиостанций. Еще «просторнее» диапазон
от 100 до 10 метров. Он способен вместить 3 000 станций! Опыт-
ный, знающий «путешественник по эфиру», конечно, не поне-
сется галопом вдоль шкалы коротких волн. Он будет проби-
раться осторожно, еле поворачивая чуткую ручку настройки.
Участок от 10 до 1 метра может дать место 30000 радиовеща-
тельных станций!
Почему же так получается?
Вспомните, какова взаимосвязь между длиной волны и ча-
стотой колебаний. Чтобы узнать частоту колебаний, нужно
скорость распространения волны (300 000 километров в секун-
ду) поделить на ее длину. Так, длина волны 10 000 метров соот-
ветствует частоте 30 000 колебаний в секунду. А волна длиной
в 1 000 метров возникает при частоте 300 000 колебаний в се-
кунду.
Значит, диапазон от 10000 до 1 000 метров занимает полосу
частот от 30 000 до 300 000 колебаний в секунду.
Вычислим ширину этой полосы: 300000—30000=270000
колебаний в секунду.
Каждая радиовещательная станция, независимо от длины
волны, занимает полосу частот, равную приблизительно 9 000
колебаний в секунду (например, от 30 000 до 39 000). Таким об-
разом, во всем нашем диапазоне поместится 270 000 : 9 000=30
радиовещательных станций. Так же подсчитывается и число
станций в любом другом диапазоне.
Особенно вместителен диапазон ультракоротких волн (ко-
роче 10 метров). Однако довольно долго он был не у дел. Счи-
талось, что ультракороткие волны совершенно непригодны для
уверенной дальней связи.
Поверхностная волна этого диапазона интенсивно погло-
щается почвой и быстро затухает, особенно на пересеченной
или в лесистой местности и в городах. Кривизна земли оказы-
вается для нее почти непреодолимым препятствием. Простран-
66
ственная же волна обычно не отражается ионосферой, а
проходит ее насквозь, как луч света через оконное стекло.
Ионосферное «зеркало» прозрачно для ультракоротких
волн.
Но вместе с тем ультракороткие волны обладают и несомнен-
ными достоинствами. Их, например, можно посылать очень
узким пучком. На этом основано действие радиолокаторов. На
ультракоротких волнах мало помех, и качество радиопередач
здесь выше, чем на других диапазонах.
Так неужели нельзя каким-либо способом увеличить «даль-
нобойность» ультракоротковолновых станций?
Долго трудились ученые над решением этой проблемы.
В 1921 году советский ученый В. И. Коваленков изобрел
так называемую радиорелейную связь. Линия радиорелейной
связи представляет собой цепочку сравнительно маломощных
приемопередающих радиостанций, работающих на ультракорот-
ких волнах и находящихся в пределах прямой видимости одна
от другой (ведь до самого последнего времени считалось, что
ультракоротковолновая связь возможна лишь в таких преде-
лах). Сигналы, посланные узким пучком с одной станции, при-
нимаются на второй, усиливаются, затем передаются на третью,
снова усиливаются и т. д.
В то время изобретение Коваленкова не было использова-
но — в нем еще не испытывали острой необходимости. Но после
второй мировой войны радиорелейная связь получила общее
признание. Сейчас почти вся Европа покрыта сетью радиоре-
лейных линий. Есть они и у нас. В ближайшее время закан-
чивается сооружение радиорелейных линий из Москвы в
Смоленск и Воронеж.
В шестой пятилетке вступят в строй радиорелейные линии .
общей протяженностью не менее 10 тысяч километров.
Наша промышленность выпускает аппаратуру для радио-
релейных линий различных типов. По линии типа «Стрела — М»
можно передавать одновременно 60 телефонных переговоров.
Вариант этой линии — «Стрела — Т» используется для передачи
телевидения. Более совершенна радиорелейная линия типа
«Весна». В ней 6 «стволов» — по существу отдельных линий.
По каждому стволу передается до 240 телефонных переговоров
или телевизионная программа. Протяженность такой линии до-
стигает 2500 километров. Ретрансляционные станции распола-
гаются примерно через каждые 50 километров.
Как же осуществляется многоканальная связь?
Вспомните, как работает обычный радиотелефонный пере-
датчик. В нем колебания несущей частоты (основной частоты,
вырабатываемой генератором) модулируются колебаниями бо-
лее низкой звуковой частоты.
3*
67
Этот процесс можно дублировать. Скажем, так: колебания
звуковой частоты модулируют колебания высокой частоты, а
последние, в свою очередь, модулируют колебания сверхвысо-
кой частоты. Представьте теперь, что в нашем распоряжении
имеется ряд длинноволновых радиотелефонных передатчиков,
работающих на смежных частотах или, как еще говорят, на со-
седних каналах. Что будет, если модулированными колеба-
ниями этих передатчиков в свою очередь модулировать колеба-
ния какого-то одного ультракоротковолнового передатчика?
Произойдет вот что. Весь спектр частот, занимаемый нашими
длинноволновыми передатчиками, «переселится» из тесного,
перенаселенного диапазона длинных волн в просторный ультра-
коротковолновый диапазон. И вся масса телефонных перегово-
ров, для которых раньше требовалось множество самостоятель-
ных передатчиков и линий связи, будет теперь обслуживаться
одной ультракоротковолновой радиорелейной линией.
Особо важное значение приобретает радиорелейная связь
благодаря новейшему открытию, о котором я сейчас вкратце
расскажу.
Многие читали сообщения, что некоторым советским телелю-
бителям удается, правда не регулярно, смотреть передачи за-
рубежных телевизионных центров. Так, например, мастер шахты
«Кукрусе» близ Кохтла-Ярве (Эстонская ССР) Хейнар Там-
мет на телевизоре «Ленинград Т-2» с двухламповой усилитель-
ной приставкой летом и осенью 1956 года довольно часто прини-
мал передачи телецентров Чехословакии, Германии, Англии,
Италии и Швейцарии.
Ученые разгадали причину такого явления и научились его
использовать.
Как выяснилось, ионосфера не вполне однородна. Из миро-
вого пространства в нее вторгается множество частиц метеорной
пыли; обычно они сгорают, не достигнув земли. Эти микроско*
пические метеоры оставляют за собой следы, состоящие из
сильно ионизированного (электрически заряженного) газа. Так
в ионосфере возникают неоднородности. Они рассеивают энер-
гию радиоволн, подобно тому как мельчайшие водяные капельки
облаков или тумана вызывают рассеяние световых лучей.
Такое рассеяние и было использовано, чтобы обеспечить
устойчивую дальнюю связь на ультракоротких волнах. Вот как
это происходит.
Специальные направленные антенны посылают пучок радио-
волн под очень небольшим углом к горизонту. Достигнув ионо-
сферы, волна проходит сквозь нее, но часть энергии рассеи-
вается неоднородностями. Антенна радиоприемника направлена
точно на то место, где пучок радиоволн соприкасается с ионосфе-
рой, и улавливает некоторую часть рассеянной энергии.
68
Проведенные опыты показали, что ионосферное рассеянное
распространение ультракоротких волн позволяет поддерживать
связь на расстояниях приблизительно от 1 000 до 1 900 километ-
ров. Для такой связи пригодны волны длиной от 10—И до
5 метров.
Новый вид радиосвязи отличается высокой надежностью.
Известно, что в арктических районах обычная радиосвязь не-
редко нарушается из-за северных сияний, вызываемых «воз-
мущениями» ионосферы. Сигналы же рассеянного распростра-
нения в эти периоды становятся даже интенсивнее.
Существует и другая разновидность рассеянного распро-
странения радиоволн — тропосферное рассеяние. Оно про-
исходит в слоях, расположенных значительно ниже ионосферы.
Используя это явление, можно поддерживать связь на волнах
длиной в несколько сантиметров и на расстояниях до 500 ки-
лометров.
Опыты по дальней радиосвязи на ультракоротких волнах на-
чались совсем недавно, менее десяти лет назад, но уже достиг-
нуты знаменательные успехи. Используя явление рассеяния ра-
диоволн, можно в несколько раз сократить число станций на
радиорелейных линиях, расположив станции уже не в пределах
прямой видимости друг от друга, а на значительно больших
расстояниях.
Все это надо знать, путешествуя по эфиру.
ПОТОМОК КАРТОННОГО ДИСКА
...Вечер. Свет в комнате погашен, шторы на окне задернуты.
На столе — телевизор. Вокруг — голова к голове сидят
люди. Один управляет телевизором, другие, не смея шевель-
нуться, созерцают чудо радиотехники.
Чудо выглядело так: картонный круг, насаженный на
ось электрического моторчика, на круге по спиральной ли-
нии пробиты отверстия, так что при вращении образуется
полоса шириной в несколько сантиметров. Позади круга, на
уровне этой полосы, укреплена неоновая лампа. Ее светящийся
электрод-экран похож на зеркальце размером со спичечную
коробку, если не меньше.
Телевизионный сеанс начался. Оператор приложил боль-
шой палец к вращающемуся кругу и начал легонько притор-
маживать. И вдруг на крошечном экранчике появилось расплыв-
чатое изображение. Вот оно замигало, замельтешило и...исчезло.
Видно, оператор переусердствовал — слишком замедлил враще-
ние диска. Не так-то просто держать пальцем изображение!
Эта сценка 25-летней давности. Насколько несовершенным
было тогда телевидение, можно судить по статьям, печатавшимся
70
в журналах того времени. Вот несколько характерных отрыв-
ков.
«Перед началом телевизионной передачи происходит немало
весьма комичных сцен. Исполнитель привык к обычному теат-
ральному гриму. Губы должны быть красными — это закон.
Каково же бывает его удивление, когда гример накладывает
на губы ... темно-зеленую краску. Его, который переиграл сотни
ролей, гримировался под Отелло, под негра и Квазимодо, рас-
крашивали вдруг в цвета экзотического какаду!..»
«...Известен случай, происшедший в английской телестудий:
совершенно черная кошка вышла на экране... с белым хвостом.
Очевидно окраска шерсти хвоста содержала какие-то красно-
ватые оттенки, и таким образом английские телезрители имели
возможность увидеть совершенно исключительное явление при-
роды. Подобные случаи нередки и в телестудий на Никольской Ч
Однажды некий известный тенор явился на выступление В
безукоризненном черном смокинге с шелковыми черными лац-
канами. Понятно, что никаких подозрений он не возбудил. Как
же были поражены техники у контрольного телевизора, когда на
экране черными вышли только лацканы, а певец оказался в
летнем светлом костюме!»
«...Гимнаст выступал в черных трусах на темном фоне. На
экране трусы исчезли. Тогда темный фон сменили на светлый.
Получился еще более потрясающий эффект: трусы на экране
были видны отчетливо, но..* исчез сам гимнаст».
Конечно, столь низкое качество изображения не могло
удовлетворить зрителей. Их скорее интересовали виртуозные
манипуляции оператора — охота за изображением, чем содер-
жание самой передачи.
Переворот в телевидении произвела электронно-лучевая
трубка.
Но прежде чем познакомиться с этим очередным современ-
ным чудом, попытаемся вникнуть в сами принципы телеви-
дения.
Поможет нам еще не древний, но уже очень отдаленный
предок нынешнего телевизора — телевизор механический.
Изготовить механический телевизор не представляет боль-
шого труда.
Вырежем из картона диск и просверлим в нем Тридцать от-
верстий так, чтобы они располагались но спирали на равных
расстояниях друг от друга. Теперь насадим наш диск на ось
электромоторчика. Позади диска, со стороны моторчика, по-
местим небольшой фонарик. Вот, собственно, и все.
1 На Никольской ул. (ныне ул. 25 Октября) в Москве помещалась
в 30-х годах студия телевидения.
71
СХЕМА МЕХАНИЧЕСКОГО ТЕЛЕВИДЕ-
НИЯ. Сверху передающая камера, снизу —
телевизор. И там и здесь — диски с тридцатью
отверстиями. Диски вращаются с одинаковой
скоростью. Перед диском передающей камеры
расположен объектив, как в фотоаппарате.
Позади диска — «электрический глаз» (фото-
элемент). Он превращает падающий на него
свет в электрический ток, который после ря-
да преобразований поступает в антенну теле-
визионного передатчика. В телевизоре позади
вращающегося диска находится неоновая лам-
па. Она подключена к приемнику вместо
громкоговорителя. Неоновая лампа все время
мигает — в такт принимаемым сигналам. Про-
носящиеся перед ней отверстия «разверты-
вают» передаваемое изображение, делают его
доступным нашему зрению.
Отверстия на вращаю-
щемся диске бегут друг за
дружкой, словно гонщики
на параллельных дорож-
ках велосипедного трека.
И подобно тому, как вело-
сипедисты один за другим
проносятся мимо трибун,
отверстия на диске пооче-
редно мелькают перед фона-
риком. Каждое отверстие
проскакивает перед фона-
риком по многу раз в се-
кунду — ведь диск вер-
тится очень быстро. Неуди-
вительно, что мы видим не
движущуюся световую точ-
ку, а целую полоску.
Каждое из тридцати
отверстий дает свою по-
лоску, но так как отвер-
стия лежат на спирали,
эти полоски располагают-
ся одна над другой, обра-
зуя подобие светящегося
экрана с очертаниями на-
шего фонарика.
Подобное явление мож-
но наблюдать, проезжая
на велосипеде мимо забо-
ра. При быстром движе-
нии щели в заборе сли-
ваются, и мы видим все,
что за ним делается.
Итак, перед нами светящийся экран, состоящий из ряда парал-
лельных полосок или, как их обычно называют, строк. Пред-
ставьте теперь, что яркость фонарика, расположенного позади
диска, все время меняется. В тот момент, когда перед фонариком
пробегает первое отверстие, он светит, скажем, наиболее ярко.
Второе отверстие — яркость стала меньше. Третье — фонарик
погас вовсе. Четвертое — снова ярко вспыхнул и т. д. Ясно, что
в этом случае освещенность экрана будет неодинакова — на нем
появятся светлые и темные полосы. Если же яркость фонарика
будет меняться настолько быстро, что за это время отверстие не
успеет проскочить экран, то на нем возникнут отдельные пятна —
а это и есть основа любой, даже самой замысловатой картины.
72
j Передающая телевизионная камера имела почти такое же
устройство. Только в диске вместо отверстий — крошечные
линзы. Позади диска в телевизионной камере помещался «элек-
трический глаз» — фотоэлемент х: небольшой приборчик, пре-
вращающий энергию света в электроэнергию. Чем ярче освещен
фотоэлемент, тем больший ток течет в его цепи.
Непосредственно перед диском устанавливался объектив,
как у обычного фотоаппарата. Только изображение проециро-
валось здесь не на пластинку или матовое стекло, а на диск,
служивший «затвором» этого фото- или, скорее, киноаппарата.
За один оборот «затвор» срабатывал тридцать раз. Каждое из
тридцати окошек, проделанных в диске, проходя перед объек-
тивом, пропускало световой луч. В это мгновение свет падал на
фотоэлемент, и в цепи возникал электрический ток.
Любое изображение — совокупность темных и светлых пя-
тен. Каждая из линзочек, пересекая проекцию изображения на
своей дорожке, пропускает большее или меньшее количество
света. Освещенность фотоэлемента все время меняется в за-
висимости от того, какой участок изображения находится
сейчас перед линзой.
Диск развертывает изображение — строка за строкой, об-
разуя длинную ленту, как бы сшитую из темных и светлых
лоскутков. Вот почему этот процесс так и называют — «раз-
вертка».
Если изображение неподвижно, ленточка, образующаяся
при каждом новом обороте диска,— точная копия любой из
своих предшественниц.
Так бывает, когда снимают кинокамерой неподвижный пред-
мет.
Один оборот диска как раз и соответствует кадру. Сколько
оборотов сделает диск — столько кадров отщелкает телекамера.
Если изображение перед объективом движется, тогда каждый
новый кадр будет отличаться от предыдущего.
Посмотрим теперь, как взаимодействуют телевизор и теле-
визионная камера, каким образом происходит сеанс механи-
ческого телевидения.
Пусть фотоэлемент через соответствующий усилитель сое-
динен с фонариком телевизора 1 2. Вот мы запустили диск теле-
камеры. В цепи фотоэлемента начинает пульсировать электри-
ческий ток, причем пульсация происходит в полном соответ-
ствии с характером передаваемого изображения. Усиленные
электрические колебания по проводу поступают к фонарику.
Фонарик загорается, его яркость колеблется.
1 О фотоэлементе см. на стр. 193.
2 Эту связь можно осуществить как по проводам, так и по радио.
73
Запустим теперь диск телевизора. Смотрите, на экране за-
мелькали какие-то неясные полосы, пятна. А где ясе изобра-
жение, почему его нет? Вот почему.
Представьте себе, что вы стоите на железнодорожной плат-
форме. Мимо вас на полном ходу с грохотом проносится курьер-
ский поезд. Он несется так быстро, что вы ничего не успеваете
рассмотреть — все слилось в сплошное расплывчатое пятно.
А вот другой пример. Вы смотрите в окошко вагона. Поезд,
в котором вы едете, нагоняет другой состав. Вагоны второго
поезда медленно плывут перед вашими глазами. В какой-то
момент скорости поездов сравнялись. Кажется, что тот, второй,
поезд остановился. А ведь на самом деле он идет с большой ско-
ростью!
Нечто похожее происходит и в нашем телевизоре. Его диск
вертится пока еще с иной скоростью, чем диск телекамеры.
«Затворы» работают несогласованно. Чтобы увидеть изображе-
ние, надо еще угнаться за ним! Заставим диски вращаться с
одинаковой скоростью, и на экранчике появится долгожданная
картинка.
Еще несколько слов о механическом телевизоре. Во-первых,
насчет фонарика. Обыкновенная лампочка накаливания здесь
не годится. Она обладает большой тепловой инерцией — нить
накаляется и гаснет не мгновенно, а спустя некоторое время
после включения или выключения тока. Такой фонарик
не успевает откликаться на молниеносные колебания тока.
Поэтому в механических телевизорах применялись неоновые
лампы, которые светятся благодаря электрическому разряду в
газе неоне. Свечение газов при прохождении через них электри-
ческого тока возникает практически мгновенно и столь же быстро
прекращается, когда ток выключают.
Механическая развертка была тридцатистрочной (по коли-
честву отверстий в диске). Картинка на экране телевизора на-
поминает мозаику, а мозаичное изображение тем совершеннее,
чем меньше размер составляющих его элементов. Однако увели-
чить число строк было практически невозможно. Для этого
требовалось либо уменьшать величину отверстий, либо увели-
чивать размеры диска. Первый вариант приводил к резкому по-
нижению яркости передаваемой картинки, второй — к непо-
мерному усложнению механической системы. В конце концов
пришлось отказаться от внешне простого, но бесперспективного
механического телевидения и перейти к чисто электронной пе-
редаче изображений.
Первый телевизор с электронно-лучевой трубкой построил
еще в 1907 году профессор Петербургского технологического
института Б. Л. Розинг.
74
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ТРУБКА, Раскаленный ка-
тод выбрасывает в пространство полчищд электронов.
Протиснувшись через отверстие отрицательно заряжен-
ного фокусирующего электрода, они узким пучком уст*
ремляются к аноду. Разогнавшись, электроны пролета-
ют мимо этого анода и ударяются об экран. Па^видимому
художники считают, что свечение экрана вызывают
искры, которые-------
сыплются из глаз незадачливых элек-
тронов..
Электронно-лучевая труб-
ка — это особая радиолампа в
стеклянном баллоне с большим,
слегка выпуклым дном — экра-
ном. Экран покрыт изнутри
слоем специального состава, ко-
торый обладает свойством све-
титься, когда о него ударяются
электроны.
Анод трубки делается в виде
пустотелого цилиндра или про-
водящего слоя, нанесенного на
стекло изнутри. На анод подает-
ся большой положительный за-
УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫМ
ЛУЧОМ. Положительный заряд на
одной из отклоняющих пластин притя-
гивает электроны. Поэтому траекто-
рия их полета искривляется. Изме-
няя заряды на пластинах, можно как
угодно изменять направление элект-
ронного луча.
ряд; под воздействием электри-
ческих сил электроны приобре-
тают настолько большую ско-
рость, что, разогнавшись, про-
носятся мимо анода, притяги-
вающего их, и бомбардируют
экран. Однако еще до того, как
эта лавина достигает цели, она
сжимается в узкий луч с по*
мощью отрицательно заряженных фокусирующих электродов,
которые действуют подобно обыкновенной оптической линзе1.
В том месте, где электронный луч встречает экран, появляется
светящаяся точка.
Направление электронного луча устанавливается с помощью
1 Применяется также магнитная фокусировка с помощью кату-
шек индуктивности.
75
двух взаимно перпендикулярных пар металлических пластин.
На пластины подаются электрические заряды, которые, взаимо-
действуя с зарядами электронов, отклоняют луч от централь-
ного положения \ В зависимости от величин и знаков зарядов,
сосредоточенных на пластинах, электронный луч может переме-
щаться влево — вправо и вверх — вниз.
Луч на экране трубки быстро перемещается по горизон-
тали, и в силу инерции нашего зрения мы видим сплошную го-
ризонтальную линию. Если же заставить электронный луч
двигаться по экрану так, как движется взгляд при чтёйии
книги, то на экране возникнет светящийся прямоуголь-
ник, составленный из многих горизонтальных линий — строк.
В электронно-лучевой трубке, как и в обычной усилитель-
ной радиолампе, есть управляющий электрод. Чем больше отри-
цательный заряд на нем, тем слабее поток электронов и блед-
нее светящаяся точка на экране.
Управляя интенсивностью луча, можно получить на экране
световое изображение. Именно это и происходит во время теле-
визионного сеанса.
При передаче спектакля из студии телевизионного центра
оператор нацеливает на артистов объектив аппарата, напоми-
нающего большую фотокамеру. Изображение проецируется на
светочувствительный экран — мозаику, состоящую из миллио-
нов отдельных, электрически изолированных частичек. Каждая
частичка — тонкая пластинка слюды, на которую нанесен свето-
чувствительный слой. С другой стороны пластинка покрыта
металлом. Получается своеобразный конденсатор, способный
накапливать электрические заряды.
Под воздействием света каждый из этих микроскопических
фотоэлементиков создает свой положительный заряд. Но осве-
щенность экрана в разных местах неодинакова — это зависит
от характера изображения. Где она сильнее, там больше и
заряд. И вот на экране возникает своего рода электрический
фотонегатив — невидимая картинка, образованная положитель-
ными зарядами различной величины.
На металлическом слое — второй пластине нашего конден-
сатора — появляется в точности такое же количество электри-
ческих зарядов, только не положительных, а отрицательных
(ведь знаки зарядов на пластинах конденсатора всегда проти-
воположны).
Теперь электронную картинку нужно как-то развернуть —
превратить в очередь электрических сигналов. Делается это
следующим образом.
1 В современных телевизионных трубках чаще применяют магнит-
ные отклоняющие системы, содержащие катушки индуктивности.
76
ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ
По светочувствительному
экрану, как и в приемной теле-
визионной трубке, бежит тонкий
электронный луч. Касаясь эк-
рана, он оставляет на нем отри-
цательный заряд, который скла-
дывается с положительным заря-
дом того или иного фотоэлемен-
тика и как бы стирает его.
А поскольку различные участ-
ки экрана заряжены неодинако-
во, общий заряд на металличес-
ком слое при движении элект-
ронного луча все время изме-
няется, колеблется.
Колебания заряда передают-
ся по проводу на управляющую
сетку лампы радиопередатчика и
вызывают периодическое изме-
нение силы его сигналов.
Соответственно изменяется и
размах электрических, колеба-
ний в телевизионном приемни-
ке. Поступая на управляющий
электрод электронно-лучевой
трубки, электрические колеба-
ния изменяют интенсивность
электронного луча и, следова-
тельно, яркость световой точки
на экране.
Движение электронных лу-
чей в передающей камере и в
приемных трубках строго со-*
гласовано и происходит с одинаковой скоростью. В любой
момент лучи падают на одни и те же места экранов 1. Поэтому
световая картина на экране приемных трубок в точности вос-
производит изображение, спроецированное на светочувстви-
тельный экран передающей камеры.
Какова же четкость картинки при такой передаче?
Английский телевизионный центр Би-Би-Си передает изоб-
ражения с четкостью 405 строк, французские телецентры ра-
1 Если считать, что сигналы телевизионного передатчика достигают
телевизора мгновенно. Практически же на это затрачивается некоторое
время. Лучи в передающей камере и приемной трубке движутся с неко-
торым сдвигом. Луч в телевизоре запаздывает тем сильнее, чем дальше
телецентр.
77
ботают на 819 строках, в Советском Союзе, Соединенных
Штатах Америки, Италии, Германии, Бельгии и Дании передача
телевидения происходит с четкостью 625 строк.
Мы уже сравнивали телевизионное изображение с мозаич-
ной картинкой. При тридцатистрочном телевидении изображе-
ние складывается всего лишь из 1 200 элементов. Картинка на
экранах современных телевизоров состоит уже из нескольких
сот тысяч зернышек. На экране кино воспроизводится около
полутора миллионов точек. А всего человеческий глаз может
различить до трех миллионов таких составных элементиков.
Таким образом, качество телевизионных изображений все
еще оставляет желать лучшего. Чем же ограничивается чет-
кость современного телевидения?
Чем выше четкость передаваемого изображения, тем большую
полосу частот занимают телевизионные сигналы. Сигналы меха-
нического тридцатистрочного телевидения довольствовались
сравнительно узкой полоской частот. Поэтому передачи низко-
качественных изображений велись на средних волнах; их можно
было смотреть на расстояниях в тысячи километров. А при суще-
ствующем ныне стандарте телевидению требуется в тысячи раз
больше простора в эфире, чем обычным радиовещательным стан-
циям. Вот почему высококачественные телевизионные передачи
ведутся в диапазоне ультракоротких волн — на длинных, сред-
них и даже коротких волнах и без того уже слишком тесно!
Современные телецентры имеют малый радиус действия.
Передачи удовлетворительно принимаются на расстоянии всего
лишь ста, от силы двухсот километров.
Как можно исправить этот недостаток современного телеви-
дения? Ученые идут по пути создания трансляционных систем,
позволяющих передавать телевизионные программы на большие
расстояния. В состав трансляционных систем входят кабель-
ные и радиорелейные линии. Так, например, в США около
300 телевизионных центров обслуживают 189 городов. В Запад-
ной Европе трансляционная система «Евровидение», покры-
вающая густой сетью 8 стран, объединяет 41 станцию. По
многим трансляционным линиям одновременно передается не-
сколько программ телевидения. Одна из таких линий, построен-
ная Американской телефонно-телеграфной компанией, дает
возможность одновременно передавать 6 телевизионных про-
грамм и 7 200 телефонных переговоров.
На границе между Швейцарией и Италией проходит Альпий-
ский хребет. Неприступные Альпы капитулировали перед
телевидением. На вершинах Монте-Женерозо (высота 1 701 метр
над уровнем моря), Юнгфрау (3 658 метров) и в городе Шас-
серель (1609 метров) установлены трансляционные радиорелей-
ные станции. Они обеспечивают регулярный обмен програм-
78
мами телевидения между Италией и странами, расположен*
ними по другую сторону Альп.
Еще один пример. С 7 по 17 мая 1954 года в Париже, во
дворце Шайо, происходил массовый просмотр кинофильмов.
Явление, казалось бы, ничем не примечательное. Но кино-
фильмы передавались в Париж из города Тура. Телевизионные
сигналы проходили через 4 трансляционные станции и улавли-
вались антенной, находящейся на Эйфелевой башне. Оттуда по
кабелю они поступали во дворец Шайо. Изображение воспроиз-
водилось на экране размерами 5,1x6,5 метра.
В строительстве радиорелейных линий мы пока еще отстаем
от некоторых европейских стран и Соединенных Штатов Аме-
рики. XX съезд Коммунистической партии наметил пути для
быстрой ликвидации этого отставания. Как уже говорилось, к
1960 году в нашей стране будет построено не менее 10 000 кило-
метров радиорелейных линий. Многие из них будут использо-
ваться и для телевизионного вещания.
Радиорелейные линии позволят обмениваться программами
между телецентрами разных городов. Недалек день, когда
москвичи получат возможность незримо присутствовать в кон-
цертных залах Ленинграда, а ленинградцы станут завсегдатая-
ми Большого театра. Скоро наступит время, когда телевизоры
получат такое же распространение, как и радиоприемники.
Уже сейчас они есть почти в каждой московской квартире. Теле-
визионные передачи смотрят жители Ленинграда, Киева, Ново-
сибирска и других городов.
Наша промышленность выпускает высококачественные
телевизоры «Темп-3», «Рекорд», «Янтарь», «Рубин», «Знамя»
и др. По своему внешнему виду, устойчивости в работе и ка-
честву изображения они не уступают лучшим заграничным
образцам.
Поговорим теперь о некоторых новинках телевидения. Наи-
более интересные из них — запись телевизионных передач на
магнитную пленку и цветное телевидение.
В разделе «Законсервированный звук» вы познакомитесь с
магнитофоном — аппаратом для записи звука на специальную
ленту. Оказывается, таким же методом можно записывать и
телевизионные сигналы. Телевизионный магнитофон намного
сложнее обыкновенного. Лента в нем должна двигаться очень
быстро и исключительно равномерно, иначе картинка сма-
жется.
Зазоры в электромагнитных головках телевизионного маг-
нитофона — шириной в микрон! Так что построить его — дело
не легкое. Над разрешением этой проблемы трудится сейчас
группа сотрудников Всесоюзного института звукозаписи.
У магнитной записи телевидения много преимуществ.
70
Магнитная лента в отличие от кинопленки не требует ка-
кой-либо обработки и тотчас после съемки готова к воспроизве-
дению. Нет сомнения, что в ближайшем будущем запись теле-
визионных программ станет очень распространенной. Настанет
день, когда специальный магнитофон сделается необходимым
ТЕЛЕВИДЕНИЕ И ЦВЕТ. На этом рисунке по-
казан один из простейших (а потому —• наиболее
понятных) способов передачи цветных изображе-
ний. Перед объективом телевизионной камеры и экра-
ном телевизора вращаются с одной и той же скоро-
стью два одинаковых диска с красным, синим и зе-
леным светофильтрами. Передаваемое изображение
как бы расщепляется на части трех этих цветов. Они
передаются поочередное большой скоростью. Смена
цветов происходит так быстро, что глаз не замеча-
ет мелькания. Благодаря «инерции» зрения мы ви-
дим не вереницу чередующихся красных, синих и
зеленых картинок, а одно многоцветное изображение.
дополнением к теле-
визору. У многих из
нас появятся целые
коллекции магнитных
лент с записями по-
любившихся спектак-
лей, концертов, кино-
фильмов.
Не менее заман-
чивы перспективы
цветного телевиде-
ния. Все вы знаете,
насколько цветной
кинофильм эффектнее
чем обычный черно-
белый. Багряное за-
рево заката, феериче-
ские всплески поляр-
ного сияния, все цве-
товое многообразие
природы на экране
черно-белого телеви-
зора выглядит чрез-
вычайно обедненным.
Цветное телевиде-
ние — это уже дело не
завтрашнего, а сего-
дняшнего дня.
Существуют раз-
ные способы переда-
чи цветных изображе-
ний. Вот один из са-
мых простых. Изобра-
жение снимается тре-
мя телевизионными
камерами, через три
светофильтра — красный, синий и зеленый. Каждый светофильтр
пропускает световые лучи лишь определенных цветов.
«Раздробленное» таким образом изображение передается по
трем отдельным каналам и принимается на три электронно-лу-
чевые трубки с красным, синим и зеленым экранами. Изобра-
80
жения, возникающие на этих экранах, с помощью системы зер-
кал совмещаются на одном общем экране. Получается примерно
то же, что при трехцветной типографской печати: сначала
картинка печатается одной краской, поверх нее второй, нако-
нец, третьей. Различные комбинации трех красок дают яркое,
многоцветное изображение.
Такое же красочное изображение появляется и на экране
цветного телевизора.
В Ленинграде, во Всесоюзном научно-исследовательском ин-
ституте телевидения уже разработан телевизор для приема цвет-
ных программ. Цветной телевизор внешне почти не отличается
от телевизора «Мир». Управление — как у обычного, добав-
лены лишь две ручки: для регулировки цветных тонов и
насыщенности цвета. Можно принимать на нем и черно-белые
передачи.
Вот что рассказывают очевидцы, наблюдавшие работу нового
телевизора.
«Начальник лаборатории позвонил по телефону в соседний
корпус и попросил включить передатчик. Мы уселись по-
удобнее у телевизора, приготовились смотреть цветной кино-
фильм.
Сначала на экране появилось шесть полос: белая, желтая,
сине-зеленая, пурпурная, красная и синяя. По ним отрегули-
ровали тона цветов. Потом мы увидели отдельные кадры из
кинофильмов. В натуральных красках, таких же сочных, как в
цветном кино, на экране появилась голова девушки в соломен-
ной шляпе, затем охотник, идущий по лесу, женщина, задум-
чиво сидевшая у фонтана^..»
В институте заканчивается также разработка телецентра для
передачи цветного изображения. Такие телецентры будут по-
строены в Москве и Ленинграде и начнут опытное телеви-
зионное вещание.
Но роль телевидения не ограничивается нашим бытом —
это не только «домашний театр». Телевидение все более внед-
дряется в ёамые различные области науки и техники. Оно, на-
пример, позволяет наблюдать подводный мир. В мае 1951 года
затонула английская подводная лодка «Эфрей». Поиски лодки
велись с помощью специальной телевизионной камеры для
подводного видения. Был обследован участок моря пло-
щадью около 15 000 квадратных километров. Лодку удалось
разыскать.
В 1953 году подводное телевидение применялось при архео-
логических работах в районе Марселя. На глубине 40 метров
были найдены древнегреческие сосуды — амфоры, в которых
2 200 лет назад греки возили вино с острова Родос в свою коло-
нию, расположенную близ Марселя.
81
ВСЕВИДЯЩЕЕ ОКО. Телевизионная камера,
установленная на искусственном спутнике Земли,
приблизит к нам небо, опущенная в морские глу-
бины — покажет жизнь подводного царства.
В устье реки Клайд (Англия) уже несколько лет «дежурит»
неподвижная телевизионная камера, дающая возможность
ученым непрерывно наблюдать жизнь морских живот-
ных.
Старшим научным сотрудником Пулковской обсерватории
Н. Ф. Купревичем разработан телевизионный телескоп. Куп-
ревич впервые получил изображение
поверхности Луны на телевизионном
экране. Интересно, что яркость изобра-
жения в 300 раз больше, чем в обыч-
ном телескопе!
Это очень важное достижение — оно
позволяет получать четкие фотоснимки
лунной поверхности при съемке с ко-
роткой выдержкой.
Исключительно перспективно при-
менение телевизионных установок в
промышленности.
Так, например, в горнорудной про-
мышленности телевизионные установки
помогают машинистам экскаваторов вы-
бирать участки для наиболее продук-
82
тивной выработки. Телевизионная камера укрепляется непо-
средственно над ковшом экскаватора, а телевизор находится
в кабине. Глядя на телевизионный экран, машинист видит
крупным планом то место, на которое нацелен ковш.
На металлургических предприятиях телевизионные уста-
новки применяются для управления автоматической заливкой
литейных форм. Телевизионные установки располагают в не-
посредственной близости от расплавленного металла или рас-
каленной топки.
Сотрудники научно-исследовательского телевизионного ин-
ститута создали серию телевизионных установок для промыш-
ленных целей — «ПТУ-0», «ПТУ-1» и «ПТУ-2». Они порта-
тивны, экономичны и удобны в эксплуатации.
Особенно велика роль телевидения в атомной промышлен-
ности, где из-за опасности радиоактивных излучений наблю-
дать производственный процесс «своими глазами» попросту не-
возможно.
Большое достоинство телевидения состоит в том, что с его
помощью можно с одного центрального пункта следить за объек-
тами, расположенными в разных местах. Так, директор завода,
не выходя из кабинета, может видеть все, что делается в любом
цехе.
На сортировочной станции под Ленинградом высятся ажур-
ные мачты, увенчанные гроздью ослепительно сверкающих
прожекторов. На одной из мачт расположена телевизион-
ная камера. Перед диспетчером, сидящим у телевизора, —
широкая панорама: скрещивающиеся полоски железнодорож-
ных путей, цепочки составов. Ему легче управлять движением
поездов, формировать составы.
Проникает телевидение и в аудитории учебных заведений. С
его помощью студенты могут наблюдать ход хирургических
операций, причем с очень близкой дистанции. В обычной опера-
ционной это, конечно, невозможно.
Недавно созданный телевизионный микроскоп позволяет
большой аудитории изучать процессы, происходящие в мель-
чайших частичках вещества.
А вот как телевизор может быть использован в помощь
рыбакам.
Плывет рыболовецкое судно. В небе над ним жужжит са-
молет-разведчик. С высоты легче обнаружить косяк рыбы.
Как только появится внизу серебристая полоска, летчик тот-
час сообщает судну по радио местоположение косяка и на-
правление, в котором тот движется. Для большей верности
вниз сбрасываются буйки с яркими флажками. Рыбаки несут-
ся к указанному месту, выметывают невод и... нередко вытя-
гивают его пустым.
83
Добыча, оказывается, успела улизнуть. С корабля ее не
разглядишь — мешают световые блики, скачущие по воде. По-
лучается так, словно судно — слепой, а самолет — поводырь.
А нельзя ли сделать рыболовецкий корабль зрячим?
Можно. Представьте, что на самолете имеется телевизион-
ный передатчик, а на судне — телевизор. Найдя косяк рыбы,
летчик наводит на него телевизионную камеру и вызывает по
радио суда. Придя на место, они включают телевизоры. На
экранах отчетливо видны и косяки и сами суда.
Выяснилось, что телевизионная камера с птичьего полета
способна «разглядеть» косяки, плывущие даже на большой глу-
бине. Значит, рыболовецкие суда, пользуясь телевидением, на-
верняка настигнут добычу и забросят неводы не наугад, а в
нужном месте. Элемент случайности будет устранен пол-
ностью.
То, с чем вы сейчас познакомились,— не абстрактный,
беспочвенный проект. Это предложение сделано кандидатом
биологических наук А. П. Голенченко, сотрудником Азово-
Черноморского института морского рыбного хозяйства и океано-
графии. Ученые считают, что оно очень перспективно.
Вот какое почетное место в нашей жизни начинает занимать
«видение на расстоянии».
Но подлинный расцвет этого открытия впереди. Недавно у
нас были проведены опыты по ретрансляции передач Москов-
ского телецентра в Минск и другие города. Радиорелейная ли-
ния, по которой передавались телевизионные программы,
весьма необычна: ретрансляционные станции находились на са-
молетах, высоко в небе.
Опыты показали, что таким образом можно значительно рас-
ширить радиус действия любого телецентра.
А что, если вместо самолетов использовать искусственные
спутники Земли? Ясно, что эффект получился бы грандиозный!
Широкий веер радиоволн, ретранслируемых со спутника обрат-
но на Землю, покрывал бы обширный участок земной поверх-
ности.
Но ведь спутник не висит на месте, а вращается с колос-
сальной скоростью и за время телевизионного сеанса миниа-
тюрная «луна» успеет несколько раз обогнуть земной шар!
Оказывается, спутник можно заставить висеть неподвиж-
но над Землей. Для этого он должен вращаться вокруг центра
Земли с той же угловой скоростью, с какой вращается наша
планета. Ученые подсчитали, что искусственный спутник будет
висеть над определенным участком земной поверхности, если
его забросить на высоту 35 800 километров и придать ему ско*
рость 3 076 метров в секунду.
А если расположить таким образом несколько спутников це-
84
почкой, на расстоянии в десятки тысяч километров друг от
друга, то получится радиорелейная линия, опоясывающая зем-
ной шар и соединяющая континенты. Московские телевизион-
ные программы смогут тогда смотреть во Владивостоке!
Наука, техника, народное хозяйство, быт — всюду мы стал-
киваемся с телевидением. А пройдет еще несколько лет, и теле-
визионный экран станет непременной принадлежностью каж-
дого телефонного аппарата. Об этом мечтали авторы научно-
фантастических романов. Но ведь мы живем в интереснейшее
время, когда фантастика настолько вплетается в обыденную
жизнь, что между ними нельзя провести границы. Так и теле-
видение — из области фантастики незаметно перешло в повсе-
дневный быт, стало предметом первой необходимости.
СКВОЗЬ ТУМАН И МЕТЕЛЬ...
«Ни зги не видно»,— мы говорим так, когда туман, метель,
непроглядная черная ночь. В это время лучше быть дома или
хотя бы поблизости к какому-либо жилью.
А если человек в воздухе или на море? Как ему — летчику,
моряку — избежать опасности, если не видно ни зги?
Помощь окажет «прирученная волна».
Человек своим могучим умом и искусными руками создал
себе «искусственное зрение». И называется оно — радиолока-
цией.
Еще 60 лет тому назад, во время опытов по радиосвязи на
Балтийском море, А. С. Попов обнаружил странное явление. Как
только между кораблями «Европа» и «Африка», ведущими связь,
проходил крейсер «Лейтенант Ильин», прием резко ухудшался.
Мы знаем, что радиоволны отражаются металлами и другими
телами, в какой-то мере проводящими электрический ток.
Именно такое отражение и ухудшало прием, когда на пути ра-
диоволн встречалось судно.
Позднее, использовав открытие А. С. Попова, ученые создали
новую отрасль радиотехники — радиолокацию. Это название
86
происходит от двух слов. Одно из них — радио — нам уже
знакомо. Другое — локацио — на латинском языке означает
размещение, расположение. Радиолокация — обнаружение и
определение местонахождения различных объектов в воздухе,
на воде и на суше посредством радио.
Эта важная область радиоэлектроники основана, во-пер-
вых, на способности радиоволн отражаться от препятствия,
преграждающего им путь, во-вторых, на возможности посы-
лать радиоволны в виде узкого луча, в третьих, на постоянстве
скорости, с которой распространяется радиоволна.
Вот три главных принципа радиолокации.
Понаблюдайте за девочкой, играющей с мячом у стены. Мяч
ударяется о твердую каменную поверхность и отскакивает назад.
Девочка ловит его, снова бросает, ловит. Радиолокатор зани-
мается примерно тем же, только для него это — не игра. Он
бросает в пространство короткую серию радиоволн, или, как еще
говорят, импульс. В мгновение ока импульс достигает
препятствия, отражается им и возвращается обратно к лока-
тору (конечно, очень ослабленным). Тогда радиолокатор посы-
лает новый импульс, тот вновь отскакивает обратно и т. д.
Наглядное представление о работе радиолокатора дает
и луч прожектора. Тонкий, дымящийся столб света пронизы-
вает небо и, постепенно растворяясь, уходит, кажется, к самым
звездам. Но вдруг в прожекторный луч цз кромешной тьмы
влетел самолет. Смотрите, как сразу заискрилась, засверкала
серебряная букашка! Это часть световой энергии отразилась от
самолета и, вернувшись на землю, попала в глаз наблюда-
теля.
Прожекторный луч — гигантская указка, с помощью кото-
рой легко показать направление на тот иди иной объект. Чем
тоньше указка, тем точнее можно ею маневрировать. Радиолока-
тор посылает импульсы в виде узких, «остро отточенных» лучей.
Антенна этого прибора мощет поворачиваться подобно прожек-
тору. Невидимый радиолуч обшаривает пространство, пока не
натолкнется на препятствие.
Мы упомянули выше, что радиолокатор дробит радиолуч на
отдельные, следующие друг за другом импульсы. Для чего это
делается?
Пущенный локатором «мячик» ударяется о стенку (само-
лета, корабля, здания или любое другое препятствие) и
отскакивает обратно. Если нам удастся замерить время, кото-
рое затратил этот «мячик» — импульс радиоволн, то, зная его
скорость,— около 300000 километров в секунду,— мы узнаем
расстояние до объекта.
Но какими часами измерить ничтожно малое время, за
которое импульс успевает «слетать» туда и обратно? Секундо-
87
РАДИОЛУЧ П ЛУЧ СВЕТА.
Между лучами, изображенными
на этих двух картинках — лишь
внешнее сходство. Облано — не-
преодолимое препятствие для
прожектора, а для локатора оно
«прозрачно» Радиолуч локато-
ра состоит из коротких, следу-
ющих один за другим импуль-
сов. Отразившись от самолета,
импульсы возвращаются и
улавливаются той же антенной,
после чего сигналы передаются
на электронно-лучевую трубку.
мер здесь бесполезен — все путешествие продолжается десяти-
тысячные, а иногда и стотысячные доли секунды!
И вот оказывается, что роль «сверхсекундомера» для изме-
рения ничтожно малых промежутков времени с успехом играет
электронно-лучевая трубка — родная сестра той самой трубки,
какая есть в любом современном телевизоре.
По экрану электронно-лучевой трубки радиолокатора про-
ходит светящаяся горизонтальная черта — линия развертки.
Откуда она берется, — мы уже знаем. Ес вычерчивает тонкий
электронный луч. Он движется слева направо, затем мгно-
венно возвращается в исходную точку, снова идет вправо и
т. д. Электронный луч качается, словно часовой маятник, только
в одну сторону он движется сравнительно медленно (например,
«целую» десятитысячную долю секунды!), а в другую гораздо
быстрее (скажем, миллионную долю секунды).
В тот момент, когда луч только-только отходит от началь-
ной точки на линии развертки, радиолокатор посылает в про-
странство импульс. Одновременно на электроды трубки по-
ступает электрический заряд, отклоняющий пучок электронов
вверх. Поэтому в самом начале линии развертки возникает вер-
тикальный «всплеск». Спустя некоторое время импульс, отра-
зившись от обнаруживаемого объекта, возвращается к радио-
локатору и улавливается его приемником. За этот промежуток
времени^ электронный луч успевает пробежать какую-то часть
линии развертки. Но как только импульс возвратился, на элек-
троды трубки снова поступает заряд, отклоняющий пучок элек-
тронов, и на линии развертки появляется новый всплеск. Тем
88
временем электронный луч
продолжает двигаться впра-
во, достигает края, переска-
кивает в начальную точку.
Радиолокатор посылает но-
вый импульс, и все повто-
ряется.
Таким образом, на экране
радиолокационной станции
видны два всплеска. Один
из них соответствует момен-
ту посылки импульса, дру-
гой — моменту его возвра-
щения. Чем быстрее возвра-
тился импульс, тем ближе
второй всплеск к началу ли-
нии развертки.
Вот почему по интервалу
между всплесками можно су-
дить о расстоянии до обна-
руживаемого объекта.
Скорость движения элек-
тронного луча заранее изве-
стна. Стало быть, известно
и время, за которое он про-
ходит любой участок линии
развертки. Отсюда мы видим,
что интервал между всплес-
ками показывает, сколько
времени путешествовал им-
СОСТЯЗАНИЯ РАДИОИМПУЛЬСА
И ЭЛЕКТРОННОГО ЛУЧА. На ли-
нии развертки электронно-лучевой
трубки видны два всплеска. Они со-
ответствуют моментам «отправления»
и «прибытия» импульса, пущенного
локатором. Пока электронный луч
бежал вдоль развертки от одного
всплеска к другому — импульс сле-
тал... к самолету и обратно.
пульс.
На практике дело обстоит совсем просто. Параллельно ли-
нии развертки помещается шкала — линейка с делениями. Она
непосредственно показывает расстояние до объекта.
Оператор на экране сразу видит, на каком расстоянии нахо-
дится цель, движется она или стоит на месте. Если цель при-
ближается, то интервал между всплесками сокращается, а если
она уходит,— интервал становится все больше.
Итак, радиолокатор указывает точное направление на обна-
руживаемый объект и расстояние до него. Этих данных доста-
точно, чтобы нанести местоположение (координаты) объекта на
карту.
Возникла радиолокация сравнительно недавно — перед
второй мировой войной. Она стала возможна только тогда,
когда научились получать устойчивые ультракороткие волны.
Более длинные волны огибают небольшие препятствия, почти
89
«ЖЙЁАЯ» КАРТА. В ПАнорамном ло-
ка^орё антёйна вращается. Точно та-
кое Же движение совершает линия
раалерТки Л #лектронно-лучевой труб-
ке. КйОДай точка на местности имеет
Cfioefo двойника на экране. Штур-
ман видит «живую» карту в любую,
даже облачную погоду.
не отражаясь ими. . Чем
длиннее волна, тем шире ,
расплывчатей радиолуч»
Вот почему только ультра-
короткие волны пригодны
для радиолокации.
Свое первое практичес-
кое применение радиоло-
кация нашла во время вто-
рой мировой войны. Вна-
чале радиолокаторы ис-
пользовались главным об-
разом для обнаружения
с земли приближающихся
самолетов противника* За-
тем локаторы стали уста-
навливаться и на самих са-
молетах. Появились лока-
ционные станции кругово-
го обзора, или панорам-
ные радиолокаторы. На эк-
ранах видна как бы пано-
рама или, точнее, контур-
ная карта местности, на-
ходящейся под самолетом.
Как же работает пано-
рамный локатор?
Антенна радиолокаци-
онной станции кругового
обзора расположена под
фюзеляжем самолета и
обращена вниз. Во время
работы локатора она совер-
шает вращательное движе-
ние. Антенна посылает на
землю тонкий веер радио-
лучей, который проеци-
руется на земной поверхно-
сти в виде линии. Вращает-
ся антенна — вращается и
эта линия, образуя диа-
метр гигантской окружности. Центр круга, естественно, бли-
же к самолету, чем края, путь для импульса в центре наибо-
лее короткий. Вот почему метка, соответствующая середине
круга, то есть месту, над которым находится в данный момент
самолет, получается в самом начале развертки (в центре
90
экрана). Линия развертки на экране трубки вращается, словно
спица велосипедного колеса. Одному обороту антенны соответ-
ствует оборот линии развертки. Каждая точка на местности
имеет своего двойника на экране.
Различные точки земной поверхности отражают радиолуч
неодинаково: одни — лучше, другие — хуже. Поэтому отра-
женные импульсы оказываются разными по силе. Попадая в
приемник радиолокатора, они управляют интенсивностью элек-
тронного луча, как это делается в обычном телевизоре. На линии
развертки появляются метки различной яркости. Поскольку
линия эта быстро вращается, на экране возникает изображе-
ние, повторяющее в общих чертах картину обозреваемой мест-
ности. Каждый новый оборот линии развертки обновляет изо-
бражение, нарисованное электронным лучом. Таким образом,
на экране локационной станции кругового обзора мы видим
«живую» карту, на Которой помечены и поезда, и корабли, и
колонны автомобилей — все то, чего не найдешь на обычных
топографических картах, как бы подробны они ни были.
На экране панорамного локатора нанесена особая шкала —
серия концентрических окружностей. Центр экрана — начало
линии развертки — соответствует месту самой радиолокацион-
ной станции, каждая окружность — тому или иному расстоя-
нию. Чем больше радиус окружности, на которой лежит инте-
ресующий нас объект, тем дальше он расположен.
Радиолокация стала применяться и на море. Корабельные
радиолокаторы коренным образом изменили тактику морского
боя.
В мирное время радиолокация обеспечивает безопасность
судоходства и самолетовождения. Радиолокаторы имеются на
всех крупных самолетах и кораблях. Локационные методы
используются в аэропортах для управления посадкой самоле-
тов. Радиолокаторами оснащены и морские порты. Например,
в Гаврском порту установлен панорамный локатор, дающий чет-
кое изображение портовых сооружений и кораблей, находящих-
ся на рейде, входящих в порт и покидающих его. С помощью
телевизионной установки изображение с экрана радиолокатора
передается на корабль. Капитан корабля видит на телеви-
зионном экране положение своего судна и всех остальных судов.
Это намного облегчает маневры при входе в порт или выходе в
море.
Представляет интерес еще одно, несколько неожиданное
применение радиолокации. Она помогает метеорологам пред-
сказывать погоду.
Чтобы узнать, каковы температура, влажность, давление
воздуха на различных высотах, применяют так называемый ра-
диозонд — миниатюрный аэростат, несущий метеорологические
91
приборы и крошечный радиопередатчик, автоматически пере-
дающий их показания на землю.
Обычно, пустив радиозонд, за ним наблюдают с помощью
специальных зрительных труб с угломерными устройствами,
которые позволяют оценить направление и скорость ветра, вле-
кущего за собой радиозонд.
Это легко сделать, когда шар находится в поле зрения. Но
стоит ему уйти в облака, скрыться в тумане, и следить за ним
становится невозможно. Куда он повернул, откуда доносятся
радиосигналы — сказать нельзя.
Вот здесь-то и пригодилось метеорологам «искусственное
зрение». За полетом радиозонда стали наблюдать с помощью
радиолокатора. Металлические части зонда хорошо отражают
электромагнитные импульсы, посылаемые локатором, и на его
экране появляется отчетливый всплеск. Теперь, куда бы ни
пытался залететь радиозонд, ему все равно не удастся скрыться
от зоркого «радиоглаза».
Сам радиозонд тоже требует замены. Поднимается он не так
уж высоко, летит медленно.
На смену радиозондам пришли стремительные радиометео-
рологические ракеты. Эти маленькие стратосферные корабли
достигают высоты в сотни километров. И все время за ними
неотступно следят локаторы.
Но возможности локационной метеорологии еще шире. Ис-
пользуя волны длиной в несколько миллиметров, можно ис-
следовать облака и туманы. Эти волны отражаются от обла-
ков, причем сила отраженных сигналов тем больше, чем плот-
нее облака. Значит, по виду картинки на экране панорамного
радиолокатора можно судить о характере облачности в боль-
шом радиусе. Такой локатор, действующий на миллиметровых
волнах, дает возможность наблюдать перемещения многослой-
ных облачных масс, грозовых фронтов, тайфунов. Удалось по-
лучить отражение даже от полярных сияний!
Так радиолокация помогает ученым проникнуть в «кухню
погоды».
D
Scan AAW
ИЗ ПУШКИ ПО ЯДРУ
Мы вступаем в эру атомной энергии. На наших глазах
ученые овладели могучей, неиссякаемой силой, которую при-
рода до сих пор держала «под замком». Эта сила заключена в
недрах атома, оттого ее и называют атомной энергией.
Как же удалось ученым одержать грандиозную победу над
природой, каким ключом открыли хитрый «замок»?
Ключ этот — радиоэлектроника.
Атомные ядра, как и сами атомы, имеют сложное строение.
Ядро состоит из мельчайших частиц — протонов и нейтронов.
Протон заряжен положительно, у нейтрона вовсе нет заряда.
В ничтожно малом объеме ядра «спрессована» почти вся
масса атома, и поэтому оно обладает колоссальной прочностью.
Частицы, входящие в состав ядра, удерживаются особыми си-
лами притяжения, которые во много раз больше, чем силы элек-
трического отталкивания, действующие между протонами и
стремящиеся разобщить их.
Расщепить атомное ядро на части, осуществить так называе-
мую ядерную реакцию, — чрезвычайно трудно. Для того чтобы
оторвать от ядра протон либо нейтрон, нужно побороть колос-
сальные силы ядерного притяжения^
95
Только в двадцатом веке ученые научились воздействовать
на атомные ядра, изменять их состав, выделять гигантские ко-
личества скрытой в них энергии. Как же удалось это сделать?
Чтобы расщепить атомное ядро, необходима «артиллерия»,
нужны свои сокрушительные снаряды. Важно еще, чтобы не
получилось стрельбы «из пушек по воробьям»: снаряд-то не мо-
жет быть больше цели. А цель в данном случае предельно
мала. Тщательно проанализировав наличные «калибры», уче-
ные решили использовать в качестве снарядов... сами ядра, а
также частицы, входящие в их состав, — протоны и нейт-
роны.
Но для того чтобы снаряды обладали силой, способной раз-
рушить самую крепкую из известных нам «конструкций» —
ядро атома, им надо придать колоссальную скорость.
Был найден природный источник ядерных снарядов. Им
оказался радий. Распадаясь, он непрерывно выбрасывает в
окружающее пространство ядра гелия, которые несутся со
скоростью 20 000 километров в секунду. Еще в 1919 году англий-
ский ученый Резерфорд использовал эти снаряды для бомбарди-
ровки и расщепления ядер азота.
Но радий чрезвычайно дорог. Кроме того, испускаемые им
частицы обладают энергией, еще недостаточной для разрушения
ядер многих химических элементов.
И здесь помогла радиоэлектроника.
Роль ядерных пушек, разгоняющих частицы-снаряды до
нужной скорости, сыграли сложные радиоэлектронные устрой-
ства — так называемые ускорители заряженных частиц.
По принципу действия ускоритель напоминает радиолампу.
Электронам, испускаемым раскаленным катодом, придает нуж-
ную скорость положительно заряженный анод, который их при-
тягивает. Энергия, приобретаемая электронами в радиолампе,
измеряется в условных единицах — электроновольтах. Если,
например, напряжение на аноде лампы равно 100 вольтам, то
электроны приобретают энергию порядка 100 электроновольт.
В телевизионных трубках анодное напряжение исчисляется ты-
сячами вольт, в рентгеновских — еще выше. Энергия ускорен-
ных частиц достигает в них сотен тысяч электроновольт.
Но для расщепления атомного ядра такой энергии недоста-
точно. Здесь необходимы миллионы электроновольт. Иными
словами, для того чтобы разрушить атомное ядро, нужна энер-
гия, во столько раз большая энергии электронов в радиолампе,
во сколько раз сигналы на выходе радиоприемника мощнее, чем
на его входе.
А нельзя ли достичь этой величины, непрерывно повышая
напряжение на электродах ускорителя? Вначале так и пыта-
лись сделать. Не тут-то было! В определенный момент между
96
ПУШКА, СТРЕЛЯЮЩАЯ ПО АТОМНОМУ ЯДРУ. Резервуар, изобра-
женный в верхней части рисунка,—своеобразный завод, вырабатывающий
снаряды для стрельбы по атомному ядру. «Завод» представляет собой ги-
гантскую двухэлектродную лампу, наполненную разреженным водородом. Элек-
троны, несущиеся от катода к аноду, то и дело сталкиваются с атомами водо-
рода. В результате каждого такого столкновения атом лишается своего един-
ственного электрона и превращается в положительно заряженное ядро. Вот и
готов снаряд для ядерной пушки. Он устремляется к отрицательному электро-
ду-катоду. В катоде сделано отверстие. «Снаряд» проносится сквозь него и
направляется в «ствол» ядерного орудия (он изображен в нижней части рисун-
ка). Здесь, в длинной трубе, воздух из которой откачан мощными насосами,
ядро водорода приобретает большую энергию. «Снаряд» готов поразить цель.
электродами проскакивала настоящая молния — мощная элек-
трическая искра. Значит, повышать напряжение можно лишь
до известного предела.
Тогда ученые пошли на хитрость. Вместо пары электро-
дов — катода и анода — они взяли ряд металлических ци-
линдриков и расположили их в одну линию, на определенных
расстояниях друг от друга. К этим цилиндрам — электродам
подвели электрическое напряжение, только не постоянное, как
раньше, а переменное. Частоту электрических колебаний строго
согласовали с размерами цилиндриков и расстояниями между
ними. При таком устройстве каждый цилиндрик как бы под-
талкивает пролетающую сквозь него частицу. Толчки следуют
друг за другом с частотой переменного напряжения, подведен-
ного к электродам. А поскольку электрические колебания согла-
сованы с движением частиц, то и эти толчки происходят не как
попало, а в такт, то есть в одном направлении.
Благодаря резонансу (мы говорили об этом явлении в начале
книги) сравнительно малое напряжение способно придать ча-
4 А. Плонский
97
стице колоссальную энергию — десятки миллионов электроно-
вольт.
Ускорители, построенные по такому принципу, называют
линейными (ускоряющие электроды расположены здесь вдоль
прямой линии). Их недостаток — чрезмерно большие размеры.
Например, линейный ускоритель, сообщающий протонам энер-
гию, равную 32 миллионам электроновольт, имеет длину около
20 метров.
Ученые изобрели новый вид ускорителей — циклотрон. В
нем движение ускоряемых частиц происходит по спирали. Здесь
имеется всего лишь два ускоряющих электрода, но каждая ча-
стица проходит их много раз.
Какая же сила заставляет частицы в циклотроне двигаться
по спирали? Их держит «на привязи» мощный электромагнит
подобно тому, как Луна удерживается притяжением Земли.
Еслп бы скорость частицы была неизменной, частица двигалась
бы по круговой траектории. Но следует принять во внимание
ускоряющее переменное напряжение, поданное на электроды.
Оно заставляет частицу двигаться все быстрее. При этом центро-
бежная сила растет, электромагниту становится все труднее
удерживать частицу, и она постепенно удаляется от центра
вращения, двигаясь уже не по кругу, а по спирали. Достигнув
определенной скорости, частица, словно камень из пращи, устре-
мляется наружу, проходит через отверстие, затянутое тонкой
металлической фольгой, и поражает цель.
Линейные ускорители и циклотроны способны придать про-
тонам энергию в несколько десятков миллионов электроновольт.
Этого достаточно, чтобы разрушить ядра многих химических
элементов. Но наиболее массивные ядра требуют еще более мощ-
ной артиллерии.
Чем же ограничивается разрушительная сила циклот-
рона?
Ученые установили, что масса частицы, движущейся со ско-
ростью, близкой к скорости света, возрастает. Это явление на-
рушает согласованность в работе циклотрона. Переменное на-
пряжение перестает подталкивать частицы, а напротив, начи-
нает тормозить их. Дальнейший рост скорости становится невоз-
можным.
Эта серьезная преграда была преодолена в 1944 году со-
ветским физиком В. И. Векслером. Он нашел способ компен-
сировать увеличение массы частиц, движущихся с околосве-
товой скоростью. Такое же открытие год спустя сделал аме-
риканский физик Е. М. Мак-Миллан.
Ученые предложили два пути: либо изменять постепенно
частоту переменного напряжения, либо силу электромагнита
(конечно, можно одновременно менять и то и другое).
98
Вскоре был создан новый ускоритель, получивший назва-
ние синхроциклотрона, или фазотрона. В нем сила электромаг-
нита остается неизменной, а частота ускоряющего переменного
напряжения изменяется в зависимости от скорости, которую
достигла частица.
Крупнейший в мире синхроциклотрон построен в Советском
Союзе Институтом ядерпых проблем Академии наук. В этом
ускорителе протоны достигают скорости 240 тысяч километров
в секунду и приобретают энергию 680 миллионов электроно-
вольт.
Синхроциклотрон Академии наук — колоссальное соору-
жение, занимающее несколько этажей большого здания. Управ-
ление всеми агрегатами ускорителя осуществляется с одного
пульта, находящегося в другом корпусе. Между ускорителем и
пультом проложено более двухсот километров проводов.
В том же корпусе, где размещается пульт, находится элек-
тростанция, питающая постоянным током электромагнит син-
хроциклотрона. Электромагнит весит 7 тысяч тонн; диаметр
его полюсов — 6 метров. Между полюсами расположена вакуум-
ная камера, внутри которой и происходит ускорение частиц.
Два мощных насоса откачивают из камеры воздух до давления в
одну миллиардную долю атмосферы.
В состав синхроциклотрона входит генератор, мощности
которого позавидует иная радиовещательная станция.
Синхроциклотрон отгорожен защитной стеной из бетона,
задерживающей радиоактивные излучения. В этой стене проде-
ланы узкие амбразуры, сквозь которые ускоренные частицы тон-
ким пучком вырываются наружу, где воздействуют на различные
приборы — счетчики, фотографические камеры и т. д.— или
на химические элементы, ядра которых необходимо расщепить.
Был проделан, например, следующий опыт. Тонкую пла-
стинку чистой меди бомбардировали протонами, а затем раство-
ЯДЕРНАЯ ПРАЩА. Перед
вами схема циклотрона. В
этой ядерной праще всего
Два электрода. «Снаряд»
движется по спирали. Раз-
гоняет его переменное элек-
трическое напряжение, под-
веденное к электродам, а
роль «привязи» в необычной
праще играет мощный элек-
тромагнит. Его притяжение
удерживает заряженную ча-
стицу до тех пор, пока она
не приобретет нужной энер-
гии. Тогда «привязь» обры-
вается, и «снаряд» вылетает
наружу.
4*
99
рили в азотной кислоте.
Химический анализ об-
наружил в растворе, по-
- мимо меди, цинк, хром,
10 МИЛЛИАРДОВ ЭЛЕКТРОНОВОЛЬТ! - та-
кую неслыханную энергию приобретает частица
в сверхмощном синхрофазотроне, построенном в
нашей стране. За три с небольшим секунды
частица совершает 4,5 миллиона оборотов, про-
ходя путь, равный двум с половиной расстоя-
ниям от Земли до Луны.
нец! Эти элементы воз-
? никли в результате рас-
щепления атомных ядер
меди.
Синхроциклотрон по-
зволил ученым полу-
чить ряд новых ра-
ментальный материал, обогативший
физику.
диоактивных веществ
(«меченых атомов»),
применяемых в метал-
лургии, сельском хозяй-
стве, медицине и т. п.
С его помощью был на-
коплен ценный экспери-
современную ядерную
Но и синхроциклотрон — не вершина ядерной артиллерии.
Уже созданы так называемые синхрофазотроны, в которых
изменяется не только частота переменного напряжения, но и
величина магнитного поля. Это дало возможность получить
частицы с энергией, исчисляемой миллиардами электроно-
вольт.
В США построен синхрофазотрон, сообщающий протонам
энергию свыше 6 миллиардов электроновольт. В нашей стране
запущен самый мощный в мире синхрофазотрон, обеспечи-
вающий получение потока протонов с энергией в 10 миллиар-
дов электроновольт. Электромагнит такого ускорителя весит
36 тысяч тонн. Путь, проходимый протонами в этом синхрофа-
зотроне, составляет 900 тысяч километров, что в два с лишним
раза больше расстояния между Землей и Луной. Каждая ча-
стица в процессе ускорения совершает 4,5 миллиона оборотов,
затрачивая всего 3,3 секунды.
«В настоящее время ясно,— писал академик В. И. Векс-
лер,— что дальнейшие успехи науки, касающиеся природы
ядерных сил, целиком зависят от уровня развития техники
ускорителей и идей, вложенных в конструкцию этой мощней-
шей ядерной артиллерии.
В этой области несомненно в ближайшее время появятся
новые средства, которые позволят еще полнее и более эконо-
мично решить интереснейшие задачи современной физики и еще
глубже проникнуть в природу материи».
100
Такова роль радиоэлектроники в дальнейшем прогрессе
ядерной физики и атомной энергетики.
Радиоэлектроника и атомная энергия — два величайших
достижения современной науки. Они могут служить средством
мирного созидания, сделать Землю более удобной, богатой,
красивой, а людей — более могучими и счастливыми. Но эти же
открытия могут стать орудием разрушения, несущим человече-
ству неисчислимые беды.
Мы за то, чтобы ядерная пушка никогда не повернулась про-
тив своего создателя — человека. В этом с нами солидарны все
честные люди, независимо от их политических взглядов. Чело-
вечество не позволит кучке поджигателей новой мировой войны
воспользоваться в своих гнусных целях удивительнейшим от-
крытием из всех, которые только знает история науки и техники.
ЧЕЛОВЕК И ЕГО СЛУГИ
Слабость мускульных сил человечество ощущало с самого
своего детства. Суровая жизнь жестоко расправлялась со сла-
быми — они погибали от холода, от голода, от более ловких
и «вооруженных» природой хищных зверей. Человек искал
в окружающем мире, сам придумывал, изобретал, мастерил
себе покорных и могучих помощников. Наши предки стреми-
лись воспользоваться, где только можно, энергией воды и ветра:
строили водяные колеса, ветряные мельницы. В дальнейшем
люди научились использовать энергию пара и электричества.
Ручной труд стал все более заменяться машинным. Так, на зем-
ляных работах лопату заменил экскаватор; кузнецы получили
паровой молот, шахтеры — угольный комбайн.
Замену человеческого труда работой различных машин на-
зывают механизацией. Однако эта замена не освобождает чело-
века от непосредственного активного участия в производствен-
ном процессе: он управляет машинами, устанавливает нужный
режим, наблюдает за выполнением технологических операций.
И при механизации у него остается довольно много трудных обя-
занностей. Взять, например, токарный станок. Токарь закреп-
ляет заготовку, подводит резец, регулирует подачу. Вот, на-
102
конец, деталь обработана. Теперь ее нужно вынуть, положить
на место, приготовить следующую заготовку, вставить ее
и т. п.
Управление сложным механизмом требует высокой квали-
фикации. Одно неверное движение — и неизбежен брак.
Ёолее высокая ступень в развитии техники — автоматиза-
ция производства. Здесь уже бблыйая чксть функций рабочего
переходит к автоматически действующей машине. Автоматы
самостоятельно обрабатывают изделие; обеспечивают смену за-
готовок, определенную последовательность операций; поддер-
живают нужную температуру или, скажем, сйлу электрического
тока; в случае неисправности приостанавливают производствен-
ный процесс и подают аварийный сигнал.
Человек уже не принимает непосредственного участия в
работе машин, он только налаживает их, время от времени про-
веряет исправность автоматов.
Внедрение автоматизации в народное хозяйство нашей
страны — дело громадной государственной важности. Авто-
матизация производства резко облегчает труд человека, повы-
шает его производительность, улучшает качество продукции и
снижает ее себестоимость.
Большое значение приобретает и телемеханизация производ-
ственных процессов. Этот широко распространенный термин
нельзя признать удачным. Слово «телемеханизация» означает
«механизация на расстоянии». На самом деле под телемехани-
зацией понимают управление производственными процессами
пли их контроль на расстоянии.
На многих производствах управление операциями центра-
лизовано, осуществляется из одного места. Таково управление
стрелками и сигналами светофоров на современных железных
дорогах. Но это еще не всегда телемеханизация. Отличительная
особенность телемеханических устройств заключается в том, что
их действие в значительной мере автоматизировано.
Возьмем автоматический телефон. Вы сами набираете номер,
но дальше происходит автоматическое включение именно той
линии, которая соответствует набранному номеру. Автомати-
ческий телефон — пример телемеханического устройства.
Как видим, автоматика и телемеханика тесно связаны.
Вот почему эти два слова часто произносят вместе.
Автоматизация и телемеханизация производства— ключ
к созданию изобилия промышленных товаров в нашей стране,
основа технического прогресса в народном хозяйстве.
В Советском Союзе автоматизирована и телемеханизиро-
вана значительная часть электростанций, нефтеперерабатываю-
щих заводов, доменных и мартеновских печей. В 1950 году в
нашей стране был построен автоматизированный завод алюмп-
103
ниевых поршней для автомобильных и тракторных двигателей.
Общее число рабочих и служащих на таком заводе в 4,2 раза
меньше, чем на обычном неавтоматизированном заводе равной
мощности. Завод-автомат занимает приблизительно в 3 раза
меньше производственных площадей, производительность труда
на нем в 9 раз больше, а производственный цикл в 2 раза ко-
роче.
В нашей стране действует ряд автоматических заводов
по производству бетона. Один из них обслуживается всего
лишь 25 рабочими, тогда как при обычном производстве такой
мощности требуется более 1 000 рабочих.
Вот какой огромный экономический эффект дает автомати-
зация!
В недалеком будущем основной формой промышленного
производства станут «заводы на замке», выпускающие продук-
цию без непосредственного участия человека. Над решением
этой задачи трудится коллектив Института автоматики и те-
лемеханики Академии наук СССР. Современные автоматиче-
ские устройства в значительной степени основаны на радио-
электронных принципах. Без радиоэлектроники невозможно
решить проблему комплексной автоматизации.
Радио позволяет неизмеримо усовершенствовать автоматиче-
ские устройства, сделать их более надежными, более точными.
Технологические процессы на многих производствах ча-
сто требуют установления и поддержания определенной темпе-
ратуры. В частности, это необходимо при плавке в электропечи.
Существует простейшее автоматическое устройство — биметал-
лический регулятор температуры. Его основная деталь — пла-
стинка, склепанная из двух металлических полосок. Полоски
состоят из разных металлов. При нагреве они расширяются
неодинаково: одна больше, другая меньше. В результате при
нагревании пластинка коробится.
Биметаллическая пластинка — один из контактов автома-
тического выключателя электрического тока. Этот автомат
включается в электрическую сеть последовательно с нагре-
вательной обмоткой печи. При обычной комнатной температуре
контакты замкнуты. Через обмотку течет ток, температура в
печи повышается и биметаллическая пластинка начинает
понемногу коробиться. Но вот печь нагрелась до определенной
температуры. Раз! Контакты разомкнулись, ток в цепи прекра-
тился, и печь стала остывать. При этом пластинка, естественно,
постепенно выпрямляется. В какой-то момент она снова за-
мыкает цепь, и опять начинается нагрев. Так и работает этот
простейший терморегулятор. Биметаллическая пластинка в
зависимости от температуры то изгибается, то распрямляется,
поочередно включая и выключая печь.
104
Но у биметаллического терморегулятора есть очень суще-
ственный недостаток: он не обеспечивает необходимого постоянт
ства температуры. Биметаллическая пластинка не успевает
следить за нагревом или охлаждением, контакты замыкаются
и размыкаются не при одной и той же температуре: разница
достигает 1—2 градусов.
Иное дело радиоэлектронный терморегулятор.
Он состоит из датчика, лампового усилителя и реле. Дат-
чик представляет собой чувствительный элемент, реагирую-
щий на изменение температуры. Его устройство бывает раз-
лично. Это, например, может быть проводник, электрическое
сопротивление которого меняется с температурой. С датчика
на вход усилителя поступает какой-то электрический заряд.
При изменении температуры меняется и величина заряда. Пусть
температура изменилась на ничтожно малую величину. Столь
же незначительно изменится и электрический заряд. Но ведь
у нас есть усилитель! С помощью электронных ламп ничтож-
ное изменение заряда можно усилить в миллионы раз.
На выходе усилителя имеется реле — электромагнитный
переключатель, включающий и выключающий обмотку печи.
Малейшее изменение заряда на датчике заставляет реле сра;
батывать — замыкать или размыкать электрическую цепь.
Поэтому чувствительность такого терморегулятора к измене-
нию температуры чрезвычайно высока. Он позволяет поддер-
живать нужную температуру с точностью до нескольких ты-
сячных и даже десятитысячных долей градуса!
Электронные приборы дают возможность измерять про-
межутки времени, которые даже представить себе трудно —
порядка стомиллионных долей секунды; обнаруживают смеще-
ния в один ангстрем, то есть в стомиллионную долю сантиметра!
Электронные автоматы находят все большее применение
в промышленности. Они контролируют ход производственных
процессов на текстильных, бумажных и обувных фабриках,
помогают добывать уголь, плавить чугун и сталь.
Созданы специальные электрические приборы, которые не
только регулируют температуру вдуваемого в печь воздуха,
но и наносят на бумагу своеобразные «линии плавки». По ним
можно судить, как работала печь, правильно ли подавались
руда и кокс, не было ли отклонений в соблюдении теплового
режима плавки. Такие приборы намного повышают производи-
тельность доменных и мартеновских печей, уменьшают расход
топлива и, что самое главное, намного улучшают качество
металла.
Мы уже говорили про «электрический глаз» — фотоэле-
мент. Он широко используется во многих автоматических
устройствах: автоматически выключает станок, когда рабочий
105
неосторожно подставит руку под инструмент, считает детали,
сходящие с конвейера, и т. д.
Фотоэлектронные устройства применяются, например, в мощ-
ных прокатных станах — слябингах, где раскаленный металл
превращается в стальные листы. Если толщина стальной ленты
окажется больше или меньше, чем это требуется, автоматы
тотчас изменят расстояние между валками стана, и дефекта
не будет.
Большой размах приобрела автоматизация на электростан-
циях и энергосистемах.
Уже в Пятой пятилетке все гидроэлектростанции СССР
были автоматизированы. Вот, например, Перервинская
и Карамышевская ГЭС, расположенные неподалеку от
Москвы. Это «электростанции на замке». Они полностью
автоматизированы. С центрального диспетчерского пункта,
расположенного на большом расстоянии от здания ГЭС, пу-
скаются в ход и останавливаются гидротурбины, регулируется
их нагрузка. Кроме того, на станциях имеется ряд автомати-
ческих устройств, следящих за режимом работы ГЭС, включаю-
щих и выключающих различные агрегаты. В случае какой-
либо неполадки они немедленно дают об этом знать на цен-
тральный пункт, а сами тем временем выключают неисправный
агрегат и включают запасной.
Инженеры, обслуживающие ГЭС, дежурят не выходя из до-
ма. У них на квартирах установлены небольшие щитки со звон-
ком и сигнальной лампочкой, так что дежурный инженер всегда
знает, все ли в порядке. Время от времени он подходит к обыч-
ному телефонному аппарату, набирает номер и получает под-
робный доклад о работе станции. Докладывает автомат, на-
поминающий «говорящие часы». Жители Москвы и ряда других
городов часто пользуются ими. Набираешь номер телефона и
слышишь голос, сообщающий, сколько времени. Это говорит
магнитофон, на ленте которого записаны все варианты вре-
мени в часах и минутах на протяжении суток.
Автомат также воспроизводит записи, сделанные на магнит-
ной ленте. Но содержание этих записей — основные показатели
работы ГЭС. В зависимости от обстановки автомат включает
ту или иную запись, и дежурный инженер узнает все, что его
интересует.
Многочисленными автоматическими приборами оборудова-
ны Куйбышевская, Каховская и другие мощные гидроэлек-
тростанции.
Автоматика применяется и на других гидротехнических
сооружениях—шлюзах и насосных станциях. Раньше каждую
насосную станцию канала имени Москвы обслуживали 16 че-
ловек. Сейчас людей полностью заменили автоматы. Они
106
включают и выключают
аппаратуру станций,
наблюдают за темпера-
турой подшипников. Об-
щее руководство всеми
насосными станциями
осуществляется с одно-
го диспетчерского пунк-
та.
Для этой цели ис-
пользуются не только проводные, но и радиорелейные ли-
нии с автоматическими ретрансляционными станциями. Так,
например, в США, в Канзас-Сити, с помощью радиорелейных
линий контролируются и управляются 12 насосных станций
нефтепровода протяженностью 1600 километров.
А теперь познакомимся с радиоэлектронной автоматикой,
применяемой на железнодорожном транспорте. Вот как ра-
ботает «автостоп», останавливающий поезд, если машинист по-
чему-либо не видит красного огня на светофоре.
Перед светофором
устанавливается так на-
зываемый путевой ин-
дуктор. По сути дела
это маленький радиопе-
редатчик , начинающий
работать,когда на свето-
форе загорается красный
свет. На локомотиве тоже есть индуктор, играющий роль радио-
приемника. Локомотивный индуктор проходит на небольшом
расстоянии от путевого. В результате их взаимодействия сра-
батывает специальное автоматическое устройство, и на локо-
мотиве раздается протяжный свисток
ЕСЛИ МАШИНИСТ ЗАЗЕ-
ВАЛСЯ и не заметил крас-
ного огня на светофоре, из-
бежать аварии поможет
«автостоп».
Путевой п локомотивный
индуктор — это передатчик
п приемник, начинающие
работать, когда на светофо-
ре зажигается красный
свет. Предупреждающий
сигнал, посылаемый путе-
вым индуктором, ловится
индуктором на локомотиве,
усиливается и приводит в
действие автоматическое
устройство, которое сначала
дает протяжный свисток, а
потом — останавливает по-
езд. Так действует «авто-
стоп».
пли перед машинистом появляется
светящийся сигнал. Если машинист и
тут не приведет в действие тормоз, то
через несколько секунд тормозная си-
стема включится автоматически, и поезд
остановится.
107
Автостоп отличается высокой эффективностью и надеж-
ностью в работе. Неудивительно, что он получил широкое
распространение на железных дорогах. Автоматическая сиг-
нализация помогает предотвращать аварии.
Важную роль играет и автоматизированный диспетчерский
контроль. Перед диспетчером находится схема железнодорож-
ного участка. Разноцветные лампочки на схеме позволяют ви-
деть сигналы светофоров на перегонах и станциях, следить за
продвижением поездов.
«...Уже сейчас мы имеем возможность автоматизировать
не только отдельные процессы и машины, но даже цехи и за-
воды. При этом автоматизированные машины сохраняют ре-
жим работы, выбранный человеком. В скором же времени они
смогут и сами выбирать наилучший режим, приспосабливаться
к изменяющимся условиям. Более того, они смогут накап-
ливать опыт, не повторять допущенных ошибок и, анализируя
собственные неудачи, постепенно улучшать свою работу»,—
сказал директор Института автоматики и телемеханики член-
корреспондент Академии наук СССР В. А. Трапезников.
Автоматизированные электронные машины... Вот мы и по-
дошли к ним, к этой вершине радиоэлектроники. Сложнее,
удивительнее, фантастичнее «мыслящих» машин трудно что-
либо представить, да и придумать не легко.
Рассмотрим поближе это новейшее «чудо», попытаемся
заглянуть за кулисы «чудесного».
е
СТО ПРОФЕССИЙ „МЫСЛЯЩЕЙ» МАШИНЫ
Могут ли машины решать сложнейшие математические
уравнения, переводить текст с одного языка на другой, иг-
рать в шахматы, управлять работой целых заводов?
Того, кто задал бы этот вопрос четверть века назад, пожа-
луй, сочли бы за чудака.
— Далеко не каждый человек решит дифференциальное
уравнение — высшую математику изучают в вузах. Смешно
подумать, что машина образованней многих из нас!
Так ответил бы человек в недавнем прошлом. А сейчас
уже существуют машины «с высшИхМ образованием».
Все началось с электронных вычислительных машин —
машин-математиков. Давайте прежде всего разберемся в их
устройстве и принципах действия. Это не просто. Придется
запастись терпением.
А может, лучше не касаться устройства электронных ма-
шин и сразу перейти к тому, что они умеют делать? Можно.
Но тогда все, о чем будет речь, покажется безответственной
игрой воображения, не более. Между тем электронные машины
со своими потрясающими «способностями» существуют и дейст-
вуют по воле человека. Значит, они поддаются объяснению.
Вот с этого объяснения мы все-таки и начнем.
109
Электронные вычислительные машины можно разделить на
две большие группы. В первую группу входят так называемые
моделирующие устройства, во вторую — быстродействующие
цифровые машины.
Очень часто бывает, что совершенно различные физиче-
ские явления описываются одними и теми же математическими
уравнениями.
Владимир Ильич Ленин в своей работе «Материализм и
эмпириокритицизм» писал: «Единство природы обнаруживается
в «поразительной аналогичности» дифференциальных уравне-
ний, относящихся к разным областям явлений»х.
В электронных моделирующих устройствах с помощью
радиоламп, конденсаторов и других деталей создаются те
или иные электрические схемы. В них изменение токов и на-
пряжений во времени происходит по определенному закону
и выражается такими же математическими уравнениями, что
и исследуемое явление. Например, механические колебания
маятника выражаются тем же уравнением, что и электрические
колебания в контуре, состоящем из конденсатора и катушки
индуктивности. Следовательно, электрические процессы, про-
текающие в цепях моделирующего устройства, служат свое-
образными моделями изучаемого механического явления. По-
этому такие устройства и называются моделирующими.
Положим, нам нужно знать, как будет себя вести новый
самолет при больших перегрузках, ну, к примеру, во время
пикирования. Для этого необязательно сразу начинать летные
испытания, чреватые катастрофой. Лучше начать с решения
математических уравнений, описывающих поведение самолета
при повышении нагрузки. Практически делают так. Выби-
рают соответствующую электрическую модель, собирают
нужную схему, изменяют напряжения или токи в одних ее
точках и смотрят, как меняются токи в других точках. Часто
решение получают в виде светящейся кривой на экране электрон-
но-лучевой трубки.
Недостаток моделирующих устройств — сравнительно низ-
кая точность (ошибка при решении достигает 5—10 процен-
тов). Кроме того, электрическая модель одного явления уже
не годится для другого.
Гораздо более универсальны быстродействующие цифро-
вые машины, отличающиеся высокой точностью. В таких
машинах решение математической задачи разбивается на от-
дельные арифметические операции (сложение, вычитание, ум-
ножение и деление). Сам процесс вычислений происходит ав-
томатически.
В. И. Лени п. Соч., т. 14, стр. 276.
110
Быстродействующая машина может решить любую задачу,
лишь бы эта задача имела числовое решение. Огромное боль-
шинство сложнейших математических уравнений имеет такое
решение и может быть сведено к определенной последова-
тельности арифметических действий. Четырех действий ариф-
метики достаточно для того, чтобы решать головоломные
интегральные и дифференциальные уравнения.
Быстродействующая машина состоит из пяти взаимосвя-
занных устройств: арифметического, запоминающего, управ-
ляющего, устройства ввода данных в машину и устройства
вывода данных из машины.
Арифметическое устройство производит арифметические дей-
ствия над числами. В секунду оно совершает тысячи операций.
Посмотрим, как это осуществляется.
Мы с вами привыкли к десятичной системе счисления.
Числа в этой системе изображаются с помощью десяти цифр:
.0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Значение каждой цифры зависит от ее
положения в ряду цифр, изображающих число. Так, в числе 555
первая слева пятерка показывает количество сотен, вторая —
десятков, третья — единиц. Число 555, как и любое другое,
можно выразить в виде суммы: 5• 100-J-5• 10-|-5 или, что то же
самое, 5- 102-j-5• 10*4-5-10°. Обратите внимание на число 10,
которое входит в каждое из слагаемых. Это число — основа
десятичной системы счисления.
Вообще говоря, можно принять за основу и любое другое
число, например, цифру 2. Получится двоичная система счис-
ления, в которой, кроме двойки, используются еще всего лишь
две цифры: 0 и 1. В такой системе любое число записывается
в виде суммы степеней числа 2, умноженных либо на 0, либо
на 1. Например, число 21 может быть записано как 1-24+0-2’+
1-224-0-214-1«2°. В двоичной системе это выглядит следующим
образом: 10101. Получается забавный парадокс: 21=10101!
Напрашивается вопрос: для чего нужна такая двоичная
система счисления, если она явно менее удобна, чем десятичная;
ведь число в двоичной системе выражается гораздо большим
количеством цифр?
А дело все в том, что она «пришлась по вкусу» электрон-
ным машинам. Возьмите, к примеру, обычный выключатель.
У него два положения: включено — выключено. Одно из по-
ложений может обозначать 0, другое — 1. Электронная лампа
также имеет два различных состояния: запертое и открытое.
Значит, любое число, записанное по двоичной системе,
можно представить в виде ряда электронных ламп, часть из
которых заперта, часть открыта. Например, число 21=10101
может быть представлено в виде такой комбинации: открытая
лампа — запертая — открытая — запертая — открытая. Пода-
111
вая на сетки ламп отрицательные и положительные заряды,
можно записывать любые числа, производить над ними ариф-
метические операции.
Сложение и умножение в двоичной системе осуществляется
очень просто. Вот пример сложения:
1010
+ 111
10001
Результат, на первый взгляд, неожиданный. Но в двоичной
системе сложение двух единиц равносильно переносу в сле-
дующий разряд1. (1 -21 =1-22; 1-22+1-22=1-23 и т. д.).
В нашем примере 1010 равно 1 • 23+0-22+1 • 21+0-2°, а 111
равно 1-22+1-21+1-2°. Отсюда сумма этих чисел: 1-2’+1-22+
2- 21-)-1 * 2°. НО2-21 это уже 1-22. Значит, налицо перенос в более
высокий разряд. Перепишем числа, учтя необходимость такого
переноса: 1-23+2-22...Стоп! 2-22 равно 1-23! Снова нужно
переписать числа, произведя еще один перенос: 2«23... ведь
это же 1-24! Опять необходим перенос. Наконец, получаем
окончательно: 1-24 +0-23 + 0 - 22+ 0 - 21 + 1-2° или, одним числом,
как принято в двоичной системе: 10001. Как видите, резуль-
тат сложения правилен.
Умножение происходит еще проще, так как умножаются
всего лишь две цифры: 0 и 1. Вот пример:
110
Х101
110“
000
110
11110
Арифметическое устройство электронной машины содержит
огромное количество радиоламп, соединенных попарно. Каж-
дая пара образует так называемую триггерную схему (слово
«триггер» по-английски означает «спусковой крючок»). Особен-
ность триггера заключается в том, что когда одна из его ламп
открыта, вторая обязательно заперта и наоборот. Подавая
на сетку той или другой лампы отрицательный заряд, можно
поочередно отпирать и запирать их, мгновенно перебрасывать
триггер из одного состояния в другое (в этом, между прочим,
и заключается аналогия между такой электронной схемой и
спусковым крючком). Если одно состояние, например, когда
первая лампа открыта, а вторая заперта,—обозначает 0, а другое,
1 В десятичной системе разряды — это единицы, десятки, сотни и
т. д. Например, сотни — более высокий разряд, чем десятки. В двоичной
системе разряды таковы: 1-2°, 1-21, 1-22 и т. д.
112
КИБЕРНЕТИКА
Кибернетика — математи-
ческая теория, связанная
с созданием и работой
сложных, автоматически
действующих машин.
К их числу относятся бы-
стродействующие элект-
ронно-счетные машины,
например машина «БЭСМ»,
созданная в Академии
наук СССР. Эта машина
совершает в секунду
7—8 тысяч арифмети-
ческих действий.
Задание, содержащее ис-
ходные данные и про-
грамму вычислений, вво-
дится в машину в виде
перфорированной ленты.
Комбинации отверстий
на ленте изображают
различные числа.
Вычисления производятся
с помощью счетчиков,
или триггеров,—особых
электронных схем.
□ машине их тысячи.
Каждый триггер — это
элементарная ячейка, од-
на из клеток, образую-
щих «мозг» электронной
машины.
Результаты вычислений
машина печатает на бу-
мажной ленте.
Электронные машины мо-
гут также переводить
текст с одного языка
на другой, управлять це-
хами и заводами-автома-
тами.
«Мыслящие» машины
оказывают огромную по-
мощь ученым. Эти ма-
шины использовались,
например, при проекти-
ровании мощной ядерной
пушки—синхрофазотрона,
при расчете траектории
полета искусственных
спутников Земли и т. д.
к стр. 120—121
когда заперта первая лампа, а открыта вторая — 1, то для изобра-
жения любого числа в двоичной системе счисления достаточно
столько триггеров, сколько разрядов в числе. Так, для числа
101 необходимы 3 триггера, для числа 1101 — четыре и т. д.
Различные действия над записанными цифрами в машине
сводятся к взаимодействию триггеров, к автоматическому срав-
нению их состояний. Положим, нужно вычесть одно число из
другого, например, из 1011—100. Управляющее устройство
автоматически сравнивает триггеры, изображающие первое
чцсдо, с триггерами второго числа. Результат сравнения —
разность чисел, равная в нашем случае 111 — записывается
с помощью новой группы триггеров.
Триггеры действуют настолько быстро, что человек не в
состоянии следить за ходом решения, в нужный момент вво-
дить в машину числа, записывать результат операций. Все
это делает за него особое «запоминающее» устройство. Оно
бывает разных видов. Очень распространена магнитная «па-
мять». В запоминающем устройстве электронной машины, пред-
ставляющем особый магнитофон, на магнитной ленте или спе-
циальном барабане записываются двоичные числа, в виде ком-
бинаций положительных и отрицательных импульсов тока.
Магнитная память быстродействующей вычислительной ма-
шины может хранить множество чисел, по нескольку десятков
разрядов в каждом. Запоминающее устройство позволяет
выбрать из этого множества нужное число, а также записать
результат вычислений. Память электронной машины разбита
на ряд ячеек. Все они пронумерованы, и чтобы выбрать какое-
либо число, нужно лишь задать номер ячейки, в которой оно
хранится.
Для выполнения арифметического действия нужно ука-
зать номера ячеек, откуда должны быть взяты числа; действие,
которое требуется произвести; номер ячейки, куда необходимо
сдать на хранение результат. Такое задание называется
командой.
Команда
+ 815 233 747
означает: взять числа из ячеек № 815 и № 233, сложить, резуль-
тат записать в ячейку № 747.
Конечно, цифры команды даются также в двоичной системе.
Решение задачи расчленяется на последовательное выпол-
нение ряда команд, образующих так называемую программу
вычислений.
Исходные данные и программа вычислений заранее нано-
113
сятся на перфорированную ленту (перфорация — это отвер-
стия, пробиваемые в ленте). Различные комбинации отверстий
обозначают те или иные числа.
Перфорированная лента поступает в устройство ввода
данных. Она перематывается с одной катушки на другую и при
этом движется между осветительной лампочкой и фотоэлемен-
том. Фотоэлемент освещается лишь в те мгновения, когда на
пути световых лучей оказывается очередное отверстие. Поэтому
ток в цепи фотоэлемента течет в виде кратковременных импуль-
сов. Получается своеобразная электрическая «копия» перфо-
рированной ленты. Каждому отверстию соответствует свой
импульс, комбинации импульсов обозначают числа, образую-
щие программу вычислений. Импульсы направляются в за-
поминающее устройство — на магнитный барабан — и «запи-
сываются» в его ячейках.
Как происходит процесс вычислений? Предположим, пер-
вая команда указывает, что нужно сравнить два числа, храня-
щиеся в определенных ячейках. Магнитный барабан запомина-
ющего устройства все время вращается, делая несколько сотен
оборотов в минуту. В течение первого же оборота числа из
нужных ячеек автоматически «списываются» и переносятся
на триггеры. Далее сравниваются состояния триггеров и выяс-
няется, равны числа или нет, и какое из них больше. Если числа
равны, вычисление заканчивается, и его результат заносится
в указанную ячейку. Если не равны, машина переходит к
выполнению следующей команды.
Результат промежуточных вычислений и окончательное
решение задачи хранятся в запоминающем устройстве. Оттуда
ответ решенного уравнения направляется в устройство вывода
данных. В зависимости от сочетания импульсов специальная
электронная схема зажигает одну из десяти неоновых ламп.
Свет от лампы через оптическую линзу направляется на дви-
жущуюся кинопленку. Каждая неоновая лампа имеет свою
линзу; на линзе нарисована та или иная цифра (0, 1, 2, 3 и т. д.).
Цифры проецируются на пленку, оставляя на ней невидимый
отпечаток. Заснятая таким образом пленка проявляется. На ней
записаны результаты вычислений.
Таковы основные принципы работы быстродействующих
вычислительных машин. Посмотрим теперь, как выглядят
такие машины и что они умеют делать.
Вот характерный пример. Одна из вычислительных машин,
отнюдь не самая сложная, содержит 8000 радиоламп, потреб-
ляет 650 киловатт электроэнергии. Размещена она в здании
площадью около шестисот квадратных метров; общая длина
проводов составляет ИЗ километров. На охлаждение машины
расходуется 830 кубометров воздуха в минуту. Вот какое это
114
колоссальное устройство! Зато за 20 секунд оно выполняет
восьмичасовую работу ста вычислителей.
Быстродействующая электронная счетная машина («БЭСМ»)
Академии наук СССР в секунду совершает 7—8 тысяч ариф-
метических действий.
Запоминающее устройство машины «БЭСМ» содержит свыше
120 тысяч чисел и команд. Выборка нужного числа и запись
результата занимает всего лишь 12 миллионных долей секунды,
то есть совершается с быстротой, недоступной не только для
человека, но и для любой неэлектронной машины. Сложение
чисел «БЭСМ» производит за 3 миллионные доли секунды,
а умножение — за 192. Чтобы решить сложную систему диф-
ференциальных уравнений, описывающих движение управля-
емой ракеты, вычислитель должен затратить около двух лет
непрерывного труда. А машина выполняет эти вычисления
за два часа. Два года и два часа! Какой разительный контраст
между «неповоротливостью» человеческого мозга и молниенос-
ной быстротой электронной машины!
Машина «БЭСМ» в течение нескольких дней подсчитала
все орбиты, по которым движутся около 700 астероидов (малых
планет) солнечной системы. При этом учитывалось влияние,
оказываемое на их движение Юпитером и Сатурном. В другом
случае сложнейший расчет с 800 уравнениями машина произ-
вела менее чем за 20 часов. По ходу дела она совершила около
250 миллионов арифметических действий.
Большая универсальная электронная машина типа «Стрела»,
разработанная в конструкторском бюро Министерства прибо-
ростроения и средств автоматизации СССР, производит вычис-
ления со скоростью 2 тысяч операций в секунду. Она может
«запомнить» свыше 200 тысяч чисел.
Этим же конструкторским бюро выпускается еще ряд вы-
числительных машин. Универсальная электронная машина
«Урал» предназначена для инженерных расчетов. Машина
«Погода» обрабатывает метеосводки и составляет прогнозы.
Чтобы предсказать погоду на сутки вперед, нужно учесть дан-
ные многих сотен метеорологических станций. Электронная
машина производит необходимые расчеты за несколько часов.
А вычислителям пришлось бы поработать недели две, и прогноз
погоды «назавтра» появлялся бы с двухнедельным опозданием.
Машина «Кристалл» применяется для обработки результатов
при рентгеноструктурном анализе кристаллических веществ.
Быстродействующие вычислительные машины широко ис-
пользуются в ядерной физике для решения сложных математи-
ческих задач, в геологии — для расчета залежей полезных
ископаемых, в химии — для анализа органических соединений,
в молекуле которых содержатся тысячи атомов.
115
Теория электронных машин тесно связана с новой об-
ластью науки, получившей название кибернетики. Наука эта
возникла около 15 лет назад. Слово «кибернетика» произошло
от греческого «кибернетес» — рулевой.
Кибернетика — молодая наука. Это математическая тео-
рия, связанная с созданием и работой сложных, автоматйче-
ски действующих машин. Она рассматривает также вопросы,
относящиеся к изучению некоторых функций живых организм
мов. Электронные устройства служат для исследования
нервной деятельности человека, работы его мозга и других
органов. С другой стороны, для создания многих автоматиче-
ских устройств используются принципы и закономерности,
относящиеся к жизнедеятельности живых организмов.
Вот, например, одно из интересных кибернетических уст-
ройств — модель живого организма. Внешне она выглядит как
забавная игрушка. Представьте себе большую металлическую
черепаху. Внутри черепахи имеется миниатюрный моторчик,
приводящий ее в движение, и аккумулятор, способный накап-
ливать некоторый запас электрической энергии и затем посте-
пенно расходовать его на работу моторчика.
Аккумулятор включают в электрическую сеть. После того
как он зарядится, механическая черепаха начинает ползать
по комнате, обходя препятствия. Но вот запас энергии начи-
нает иссякать. И что же! Черепаха направляется к месту,
где был заряжен аккумулятор, самостоятельно включается в
сеть и по окончании зарядки опять отправляется путешество-
вать.
Забавно, не правда ли? Но эта чудесная игрушка, неизменно
вызывающая восторг детей и взрослых, имеет большое значе-
ние для науки.
Английский ученый Грей Уолтер, руководитель исследо-
вательской лаборатории Неврологического института в Бри-
столе, создал модель живого существа, чтобы на ней проверить
некоторые представления о механизме нервной деятельности.
Так родилась кибернетическая черепаха.
«Глазами» черепахи служит фотоэлемент, «ушами» — мик-
рофон, роль «мышц» играет электромоторчик с передаточным
механизмом и, наконец, «нервами» являются электрические
цепи, содержащие электронные лампы, конденсаторы, авто-
матические реле-переключатели и другие радиодетали.
Черепаха реагировала на свет и свист, обладала своего рода
«условными рефлексами». Вблизи контактов электрической
сети, где черепаха получала питание, горела лампочка. Когда
аккумулятор иссякал, она шла на зарядку, ориентируясь
по источнику света. Уолтер завел обычай громко свистеть
именно в этот момент. Сначала свист никак не влиял на движе-
116
ние модели. Но спустя некоторое время стали замечать, что
если черепаха нуждается в питании, она поворачивает на свист.
Уолтер продолжал дрессировать кибернетическую черепаху.
Вскоре он перестал зажигать лампочку, служившую маяком,
но теперь «зверек» отлично ориентировался по слуху.
Тогда исследователь решил обмануть черепаху. Он стал
свистеть в стороне от места зарядки. Черепаха шла на свист,
но питания не получала. С каждым разом ее реакция слабела,
«зверек» все неохотнее подчинялся свисту и в конце концов
перестал обращать на него внимание. Пришлось снова зажи-
гать лампу.
Но ведь именно таким образом вырабатываются п стираются
условные рефлексы у животных! Значит, кибернетическая
черепаха и в самом деле может рассматриваться как грубая
модель, схематически отображающая некоторые свойства, при-
сущие живому организму.
Аналогичная черепаха была построена Р. Васильевым и
П. Петровским в Институте автоматики и телемеханики Ака-
демии наук СССР. Эта черепаха питается прямо от сети с по-
мощью длинного шнура. Она тоже движется на источник света
и, встречая на пути препятствие, аккуратно обходит его. Если
каждый раз, когда кибернетический зверек наталкивается на
преграду, свистеть, то можно также выработать у него
«условный рефлекс». Услышав свист, «зверек» будет сворачи-
вать в сторону даже когда дорога свободна. Если же сочетание
толчка и свиста не повторяется, черепаха перестанет обращать
внимание на свист.
Человеку непосвященному поведение кибернетических уст-
ройств кажется чудом. Но мы-то с вами уже знакомы с гораздо
более сложными творениями ума и рук человека — быстродей-
ствующими электронными машинами.Черепаха куда примитив-
нее, и ее способностям нетрудно дать объяснение.
Например, отчего черепаха обходит препятствие? Она снаб-
жена своеобразным механическим органом осязания — буфе-
ром в виде кольца, окружающего ее со всех сторон. Касаясь
препятствия, буфер включает реле времени. Это простейшая
запоминающая ячейка. В реле времени имеется электромаг-
нит, параллельно обмотке которого подключен конденсатор
большой емкости. Черепаха коснулась стенки — буфер на
мгновение подключает к обмотке источник постоянного тока.
Не будь конденсатора, реле работало бы лишь одно это мгно-
вение. Но конденсатор успел зарядиться и теперь разряжается
через обмотку. Разряд длится две-три секунды. Все это время
реле остается включенным.
Реле времени в свою очередь приводит в действие несколько
других реле, управляющих движением черепахи.
117
И вот мы видим, как механический зверек, ткнувшись о
препятствие, пятится назад, затем отходит в сторону и снова
устремляется вперед. Такими мелкими шажками, как бы об-
нюхивая мешающее ему тело, он обходит преграду, пока не
выберется на вольный простор.
Другой вопрос: отчего черепаха идет на свет?
Движение ее подчиняется автоматическому устройству с
фотоэлементом: оно поворачивает колесики движущего меха-
низма так, чтобы освещенность фотоэлемента была наибольшей,
и свет как бы притягивает к себе «зверька». В черепахе Уолтера
фотоэлемент включается лишь тогда, когда аккумулятор начи-
нает иссякать. При падении тока в электрической цепи до из-
вестного предела срабатывает специальное реле, черепаха
рулит к лампочке, висящей над контактами сети, и прямо натал-
кивается на них. Пока аккумулятор заряжается, «электриче-
ский глаз» удерживает черепаху у контактов. По окончании
зарядки ток в цепи возрастает, реле выключает фотоэле-
мент, и «зверек» опять на свободе.
Наконец, последний, пожалуй, самый трудный вопрос.
Как создаются «условные рефлексы» у кибернетической че-
репахи, отчего она поддается дрессировке?
Возьмем для примера черепаху Васильева и Петровского.
В схеме ее, кроме упомянутой выше ячейки, есть еще одна —
ячейка памяти. По своему устройству эта ячейка напоминает
биметаллический терморегулятор, о котором мы недавно го-
ворили,—две соприкасающиеся металлические пластинки. Одна
склепана из разных металлов, неодинаково расширяющихся
при нагреве.
Если через такой контакт пропустить электрический ток,
то в результате нагрева биметаллическая пластинка изогнет-
ся, и один из ее концов разомкнет контакт. Ток в цепи прекра-
тится. Его не будет до тех пор, пока пластинки не остынут.
Но вернемся к черепахе. При совпадении удара и свиста
ее ячейка памяти на 2—3 секунды подключается к источнику
тока. Сделать это нетрудно. Достаточно взять замкнутую цепь
с двумя выключателями, один из которых включается непо-
средственно буфером, а другой — реле, связанным с микрофо-
ном. Ток в цепи будет течь только тогда, когда закорочены оба
выключателя; а это как раз и случается при совпадении толчка
со свистом.
Если такие совпадения повторяются достаточно часто, то
биметаллическая пластинка нагреется и изогнется настолько,
что разомкнет цепь. При этом сработает еще одно реле и мик-
рофон окажется подключенным к реле времени. Теперь свист
будет так же влиять на поведение черепахи, как и столкно-
вение с препятствием.
118
Но столкновение — это «безусловный» раздражитель, он
действует всегда. А свист — раздражитель «условный». Он
быстро забывается. Действительно, если не «подтверждать»
свист ударом, «рефлекс» вскоре сотрется, так как биметалли-
ческая пластинка, остыв, отключит микрофон от реле времени.
Таким образом, «разумное» поведение кибернетического
зверька объясняется взаимодействием элементов его электри-
ческой схемы, которое можно проследить так же, как, скажем,
проанализировать работу радиоприемника или телевизора.
Кибернетическая черепаха — простейший из роботов, ав-
томатических устройств, копирующих действия человека
или животных.
Первые роботы были созданы, когда ученые и не мыслили
о кибернетике. Так, еще в 1927 году на выставке в Берлине
демонстрировался «телевокс» — робот, внешне походивший на
человека. Этим роботом управляли с помощью свистков раз^
личного тона. Свисток одного тона включал пылесос, и телевокс
начинал чистить комнату, свисток другого тона заставлял робот
разговаривать и т. д. В телевоксе имелся звукозаписывающий
аппарат. При телефонном звонке робот снимал трубку и от-
вечал: «Я вас слушаю. Сообщите, что надо. Я все передам
хозяину».
Но этот робот — не кибернетическое устройство. Он не мо-
жет приспосабливаться к изменяющимся условиям. Как по-
пугай, механически повторяющий задолбленные фразы, теле-
вокс выполняет строго определенные команды, не проявляя
при этом ни капли инициативы.
Иное дело кибернетические роботы, которые, безусловно,
получат в будущем большое распространение. Такие роботы
способны уже к самостоятельным «поступкам», они принимает
«решения».
Конечно, все это чисто механическая аналогия с действиями
человека, не более. Но кибернетический робот — уже не бес-
помощная груда металла, которой придали внешнее сходство
с человеком.
А зачем нужны роботы?
Обратимся к атомной промышленности. Человек не может
непосредственно работать с радиоактивными веществами. Здесь-
то и пригодятся «образованные» машины-роботы.
Или представим себе межпланетный полет. Космический
корабль опускается на Марс. Через некоторое время плавно
открываются люки, из них выходят кибернетические роботы.
Вовсе не обязательно, чтобы они внешне были похожи на
человека, лишь бы они умели наблюдать окружающую об-
становку, приспосабливаться к ней, проводить программу
исследований, может быть, даже делать выводы.
И9
Все это под силу электронным машинам. Но может ли робот
конкурировать с человеком? Некоторые буржуазные ученые
утверждают, что электронная машина со временем обретет
способность самостоятельного мышления и станет сама бес-
контрольно управлять своими действиями, что может быть
создан «электронный мозг», не уступающий человеческому и
даже,превосходящий его.
Американский литературный журнал «Саттердей ревю»
посвятил как-то специальный выпуск успехам ядерной физики
и кибернетики. И что же — журнал прославлял величие челове-
ческого разумд, вторгшегося в сокровенные тайники природы
п создавшего хитроумнейшие машины? Нет, как раз наоборот!
Вот что говорилось в эпиграфе к этому номеру:
«Современная промышленная революция неизбежно приве-
дет к тому, что человеческая мысль, по крайней мере в ее наи-
более простых и обыденных проявлениях, лишится какой бы
то ни было ценности. Конечно, подобно тому, как высококва-
лифицированный плотник, высококвалифицированный механик,
высококвалифицированный портной в какой-то мере смогли
пережить первую промышленную революцию, так высококва-
лифицированный ученый и высококвалифицированный адми-
нистратор, вероятно, переживут вторую. Однако, когда вторая
промышленная революция будет завершена, средний человек
со средними способностями, тем более человек со способно-
стями ниже средних, не сможет продать ничего, что другому
стоило бы купить за деньги».
С этим нельзя согласиться. Электронные счетные машины —
всего лишь орудия человеческого мышления. Машина, как бы
совершенна она ни была, работает по программе, выполняет
задания человека. Это — помощник мозга, но не его соперник.
Структура мозга и структура электронной машины качествен-
но различны. Кибернетические устройства состоят из
мертвых, неспособных: к развитию и воспроизведению элемен-
тов. Человеческий же мозг построен из живых клеток, неиз-
меримо более сложных и взаимосвязанных, могущих восста-
навливаться и развиваться. Число клеток нашего мозга при-
близительно в 10 000 раз больше числа электронных ламп
кибернетической машины. И хотя машина работает в тысячи
раз быстрее, чем человек, ее «интеллект» во столько же прими-
тивнее.
«...Машина не может ненавидеть и любить...— пишет про-
фессор Э. Кольман,— она не имеет чувств, воли, не имеет
характера ... ее «память» не похожа на человеческую память,
потому что наша память окрашена всякими переживаниями,
между тем как у машины имеется лишь формальная, количе-
ственная модель памяти...»
120
Кибернетика — перспективная, многообещающая область
знания. И хотя сейчас мы еще не можем предвидеть всех воз-
можностей электронной машины, совершенно ясно одно: даль-
нейшее развитие кибернетики несомненно будет способствовать
прогрессу во всех отраслях народного хозяйства.
В создании и совершенствовании быстродействующих элект-
ронных машин советские ученые идут нога в ногу с учеными
зарубежных стран. Так, например, в Академии наук СССР
ведутся успешные опыты по автоматическому переводу текста
с одного языка на другой.
Оказывается, математика — всего лишь одна из многих
«профессий» электронной машины. Сейчас мы познакомимся с
другой ее специальностью,— посмотрим, как работает машина-
переводчик.
Трудно представить, что машина может автоматически
переводить текст. А между тем здесь нет ничего необъяснимого,
загадочного. Каждый язык построен по определенной системе
и подчиняется грамматическим правилам. Значит, принци-
пиально возможно разработать такой словарь и такие методы
перевода, чтобы смысл слов и их взаимосвязь в тексте имели
единственное толкование. Отсюда нетрудно перейти и к авто-
матическому переводу с помощью электронной машины, хотя
бы типа «БЭСМ».
В запоминающее устройство электронной машины поме-
щается словарь, состоящий из нескольких тысяч слов. Каждое
слово зашифровано в виде какого-то числа, скажем, 124350,
3743 и т. п. В этом шифре разобраться нетрудно — нужно лишь
знать численные обозначения всех букв алфавита.
Положим, латинская буква «у» обозначается числом 12, «е» —
43, «s» — 50 и «Ь» — 37. Тогда число 124350 расшифровывается
как «yes» (англ.) — «да», число 3743 означает «he» (англ.) — «он».
Как же осуществляется автоматический перевод?
Оператор, иногда даже незнакомый с английским илй
другим иностранным языком, «выстукивает» переводимый текст
на специальном аппарате, напоминающем пишущую машинку.
При этом на бумажной ленте, вставленной в аппарат, проби-
ваются отверстия, которые означают те или иные числа, в
зависимости от шифра. Затем лента вводится в машину. Ма-
шина сравнивает каждое слово текста со всеми числами-словами
словаря. Делается это совершенно автоматически, с колоссаль-
ной скоростью. Например, машина «БЭСМ» каждое такое срав-
нение осуществляет за одну десятитысячную долю секунды.
Словарь в несколько тысяч слов «перелистывается» машиной
за какие-то доли секунды.
Сравнение слов из текста и словаря сводится к вычитанию
чисел. Число, означающее переводимое слово, поочередно
121
ДРУЖЕСКИЙ ШАРЖ НА ЭЛЕКТРОННУЮ ЛАМПУ.
вычитается из всех слов-чисел словаря. Если результат вычи-
тания равен нулю, то значение слова найдено.
Но ведь иногда одно и то же слово имеет несколько зна-
чений. Как быть в таком случае?
Чтобы установить точный смысл слова, имеющего несколько
значений, машина анализирует окружающие слова, совершая
огромное число проверок, пробных словосочетаний. В ее Сло-
варе, кроме отдельных слов, содержатся еще целые граммати-
ческие схемы. Поэтому перевод получается достаточно грамот-
ным. Вот, например, фраза, переведенная машиной из англий-
ского текста.
«Элементарные курсы по дифференциальным уравнениям
дают длинный перечень искусных приемов, при Помощи кото-
рых исследователь, как предполагается, может решать диф-
ференциальные уравнения».
Конечно, «язык» электронной машины пока еще беден, за-
пас слов у нее сравнительно невелик. Художественные произ-
ведения она переводить не может. Зато несложный техниче-
ский текст «автоматический переводчик» переводит быстрее,
чем человек, в совершенстве владеющий языком.
А нужен ли такой машинный перевод, ведь обходились
же до сих пор без Него?
Ученые подсчитали, что ежегодно выходит около 3 мил-
лионов журнальных статей, почти 50 тысяч научно-технических
книг и сотни тысяч патентов на изобретеНйя. Чтобы перевести
все это на русский язык, не хватит ни людей, ни времени.
В Институте информации Академии наук СССР работают
полторы тысячи переводчиков. Только в 1954 году они пере-
вели 7 тысяч иностранных журналов. А ведь с такой работой
могли бы справиться машины-переводчики. Применение в ши-
роких масштабах электронных машин для перевода научно-
технического текста даст большой экономический эффект, по-
зволит Институту информации во много раз увеличить объем
работы.
Как утверждают ученые, электронные машины смогут Не
только переводить, но и обрабатывать и даже редактировать
статьи.
Интересен также «автоматический библиограф и архива-
риус» — машина для систематизации и учета научной лите-
ратуры. Институт информации издает около десяти серий ре-
феративных (обзорных) журналов по всем областям точных и
естественных наук. В таких журналах содержится краткое
изложение важнейших статей, появившихся в мировой лите-
ратуре. Выпущено уже столько реферативных журналов, что
они занимают на полках не меньше Места, чем 60 томов Боль-
шой Советской Энциклопедии. Какую же массу времени при-
123
ходится тратить ученым, чтобы в огромном множестве различных
статей, обзоров, рефератов найти нужные сведения!
Между тем может быть создана электронная машина,
мгновенно дающая библиографическую справку по любому
вопросу, в любой области знаний.
Принципы и модели таких машин уже разрабатываются в
Академии наук. Информационно-справочные машины будут
обладать колоссальной «памятью», способной хранить неис-
черпаемые запасы научных сведений. Они намного облегчат
труд ученых, значительно повысят его производительность,
создадут предпосылки для новых замечательных открытий.
Область применения быстродействующих электронных ма-
шин расширяется буквально с каждым месяцем. Так, уже соз-
даны электронные устройства, способные читать любой текст.
Первая читающая машина была изобретена чехом Тау-
чеком. Ее йринципиальное устройство таково. На движущейся
темной ленте имеются прозрачные изображения букв алфа-
вита. На ленту системой линз последовательно проецируются
буквы читаемого текста. При совпадении буквы текста с бук-
вой на ленте последняя затемняется. Позади ленты расположен
фотоэлемент, соединенный с сигнальным устройством. Свет на
него падает лишь в те моменты, когда буквы на тексте и на ленте
не совпадают. В случае же совпадения освещенность фото-
элемента резко понижается и ток в его цепи падает. При этом
срабатывает реле. Оно приводит в действие сигнальное устрой-
ство. Каждой букве соответствует определенный сигнал, ко-
торый может использоваться по-разному — например, вклю-
чать ту или иную клавишу наборной машины линотипа.
Но Машина Таучека была несовершенна. Она требовала осо-
бого шрифта. Ведь если шрифт простой, то буквы «О» и «С», «В»
и «Р» будут перекрывать друг друга, что приведет к ошибкам.
В 1940 году советский изобретатель В. Гиндлин разработал
более сложную машину. Она имела мозаичный экран, состоящий
из 17 фотоэлементов. Буквы текста поочередно проецировались
на экран, затемняя определенную комбинацию фотоэлементов.
Но и машина Гиндлина имела существенный недостаток.
Она могла читать текст, набранный только одним шрифтом.
А веДь шрифтов разных начертаний множество, не говоря уже
о рукописном тексте.
Недостатки читающих устройств удалось устранить лишь
с помощью быстродействующих электронных машин. Каждая
буква текста развертывается (мы уже знакомы с этим терми-
ном) телевизионным способом на 150—200 элементов. Полу-
ченная комбинация электрических сигналов направляется в
электронную машину, где сравнивается с различными комби-
нациями, соответствующими тем или иным буквам. «Опо-
124
знанная» буква направляется в запоминающее устройство и там
хранится, пока не будет прочитана вся строка. Затем буквы,
образующие строку, воспроизводятся печатающим устройством.
Машина способна разбирать буквы самых различных на-
чертаний, опознавать неразборчивые знаки.
Первый образец читающей машины предназначен для ввода
данных в электронные счетные машины: она читает ленты кас-
совых аппаратов, корешки чеков и т. д., превращая обычный
буквенный и цифровой текст в комбинации отверстий на ленте.
В будущем такие устройства намного облегчат труд наборщи-
ков, позволят также полностью автоматизировать сам процесс
набора и вести его со скоростью, недоступной для человека.
Комбинируя читающую машину со звуковоспроизводящим
аппаратом, вероятно, удастся создать устройство, произнося-
щее любой текст вслух.
Сферу применения подобных читающих и говорящих уст-
ройств сейчас трудно точно очертить. Во всяком случае они
будут незаменимы для слепых.
Известна электронная машина, подвизающаяся в роли шах-
матного игрока. Игра в шахматы происходит по определен-
ной схеме, подчиняется твердым правилам. Значит, дело сво-
дится к решению математической задачи.
В машину вкладывают конкретную программу, которая
учитывает силу различных фигур, их позиционные возмож-
ности. Существующая электронная машина может предвидеть
три своих хода и три ответных хода противника, сравнивает
возможные варианты и выбирает цаилучпшй. Если противник
предвидит большее число ходов, то он побеждает, если нет —
выигрыш оказывается на стороне машины. На всякое наруше-
ние правил игры «автоматический шахматист» реагирует звон-
ком или каким-либо иным сигналом.
В иностранной печати сообщалось даже об... «автомати-
ческом поэте». Электронная машина ухитрилась «сочинить»
небольшое стихотворение. Конечно, такого рода «автоматиза-
ция» лишена практического смысла и преследует чисто рек-
ламные цели.
Но если возможны автоматический шахматист и перевод-
чик, то почему не быть автоматическому технологу, автомати-
ческому директору завода? Ведь в управлении автоматизи-
рованным производством главное — не чувства, не пережи-
вания, которые трудно планировать/В этом деле все или почти
все можно и должно заранее предусмотреть, рассчитать. Такой
труд по плечу электронной машине.
Быстродействующая электронная машина сможет успешно
управлять самым сложным технологическим процессом, со-
стоящим из любого числа последовательных операций. Роль
125
человека сведется лишь к составлению программы, которая
регламентировала бы действия автомата. А в дальнейшем и эту
работу можно будет в какой-то степени передать машине. Уп-
равляющая машина сама станет составлять свою программу,
вносить в нее изменения, повышающие качество производ-
ственного процесса.
Машины смогут вести бухгалтерию завода, планировать
производственные циклы, рационально располагать оборудо-
вание и рабочую силу, обеспечивать наивысшую производи-
тельность труда, подсчитывать выработку продукции, заработ-
ную плату.
В капиталистических странах развитие кибернетики, внед-
рение в производство электронных машин способствуют уси-
лению эксплуатации, обнищанию трудящихся. Капиталисты
пытаются использовать быстродействующую машину в каче-
стве «штрейкбрехера». Так, английская страховая компания,
воспользовавшись счетной машиной, уволила 2 тысячи слу-
жащих.
Иначе обстоит дело у нас. Пройдет совсем немного времени,
и целая армия «машин с высшим образованием» будет управ-
лять нашими заводами и фабриками, электростанциями и
энергосистемами, железнодорожным движением и полетами
воздушных кораблей. Применение электронной техники по-
зволит решительно сократить продолжительность рабочего дня,
повысить материальное благосостояние трудящихся. Быстро-
действующая электронная машина облегчит умственный труд,
избавит ученых от кропотливой черновой работы. Сколько
новых открытий будет сделано благодаря этому, каких сияю-
щих вершин достигнет наука!
©
РАДИО СТРАНСТВУЕТ
Советское государство— самое большое в мире. Оно больше,
чем любая другая страна, нуждается в первоклассном, четко
и бесперебойно работающем транспорте. С каждым годом
растет протяженность наших железных дорог, автомобильных
магистралей. На смену паровозам приходят мощные и эконо-
мичные электровозы, тепловозы и газотурбовозы. На пасса-
жирских авиалиниях курсируют реактивные пассажирские
самолеты-гиганты, равных которым нет ни в одной стране
мира.
Идет решительная перестройка транспортных средств на
современный лад.
В работе железнодорожного транспорта большую роль иг-
рает график. «Выбились из графика», «сорвали график» — эти
выражения еще нередко приходится слышать на железной
дороге.
Составить график — дело нелегкое. Нужно проделать ряд
сложных вычислений, в которых учитывается множество дан-
ных: характер пути, вес состава, мощность паровоза или теп-
ловоза и т. д. Однако как бы точны ни были подобные расчеты,
всего не предусмотришь. Подцепят к составу лишнюю плат-
127
форму — и вот уже локомотив медленнее набирает расчетную
скорость. Иногда подкачает и сам машинист: бывает, обманет
его «чувство массы»,— а это не шутка, если речь идет о боль-
шегрузном составе, да еще взбирающемся в гору.
Недавно группа советских специалистов создала опытный
образец электронной машины, которая призвана облегчить
труд машиниста и покончить с выражением «выбился из гра-
фика».*
В запоминающее устройство этой машины вкладывается
программа, содержащая данные о скорости, времени, пути.
«Автомашинист» решает дифференциальные уравнения, описы-
вающие движение поезда, выбирает для каждого участка пути
наиболее выгодную скорость, управляет агрегатами локомо-
тива.
Вот как описывается первый рейс электропоезда, ведомого
радиэлектронной машиной, в газете «Труд».
«...Рейс был необычным. Впервые в жизни машинист, на-
ходясь в кабине, выполнял роль наблюдателя. Всем управляло
специальное автоматическое устройство. Оно успешно справ-
лялось со своей задачей: вовремя реагировало на сигналы
автоблокировки, в нужных местах придерживалось заданного
ограничения скорости. Не доезжая станции... «автомашинист»
сам выбрал точку торможения, сбавил скорость и плавно ос-
тановился у перрона».
Настанет время, когда работа наших машинистов будет
несравнимо спокойнее и легче благодаря помощи кибернетиче-
ских «коллег», и мы забудем про опоздания поездов.
По стальным магистралям состав за составом помчатся на
предельных скоростях большегрузные поезда и пассажирские
экспрессы. Представляете, насколько возрастет тогда пропуск-
ная способность железных дорог, насколько убыстрятся пере-
возки?
Электронная машина сэкономит нам массу времени и
средств.
А может ли радиоэлектроника справиться с более анар-
хичным транспортом, ну, скажем, с автомобильным? Движе-
ние на автомобильных магистралях невозможно регламенти-
ровать каким-либо расписанием. Казалось бы, тут автоматике
делать нечего. Но такое суждение ошибочно. Сейчас уже не-
трудно представить себе автомагистраль будущего.
...Наша машина у въезда на магистраль. Мимо нас с огром-
ной скоростью движется поток автомобилей. Машины кажутся
связанными невидимыми нитями. Они, словно в строю, безуко-
ризненно соблюдают интервалы, одновременно ускоряя или
замедляя ход.
Но вот движение на магистрали останавливается. Наш
128
АВТОМАГИСТРАЛЬ БУДУЩЕГО.
водитель поворачивает ручку, нажимает несколько кнопок.
Теперь машина перестает его интересовать. Откинувшись на
спинку сиденья, он уткнул нос в газету и закурил. С этого
момента машина действует «по собственной инициативе». Она
плавно трогается, сворачивает на шоссе и, заняв словно спе-
циально для нее оставленное место в строю автомобилей, вме-
сте с ними несется по автостраде.
Мы находимся на автоматической магистрали. Машинами
здесь управляет радиоэлектроника.
Под полотном шоссе проложены металлические ленты —
своего рода антенны, излучающие в пространство электромаг-
нитные сигналы. На каждом автомобиле имеется специальный
приемник, улавливающий эти сигналы, и передатчик, посылаю-
щий сигналы на диспетчерский пункт, «докладывающий» о
всех изменениях в движении машин.
Командные сигналы передаются с автоматических диспет-
черских пунктов, расположенных вдоль магистрали на опре-
деленных расстояниях друг от друга.
Каждый автомобиль идет в своем ряду, точно над металли-
ческой лентой. Если он незначительно отклонился от цент-
ральной линии ряда, радиоэлектронный автомат тотчас пово-
рачивает рулевое колесо в нужную сторону.
Перед водителем среди обычных автомобильных приборов
находится небольшой телевизионный экран. На нем видна
светящаяся карта. Это план участка магистрали, по которому
идет машина.
5 А. Плонский
129
Чтобы свернуть на одну из боковых дорог, водителю до-
статочно нажать кнопку. Передатчик, установленный на ав-
томобиле, посылает на диспетчерский пункт условный сигнал.
Остальное делают автоматы. Машина, уверенно лавируя,
переходит во внешний ряд. Поворот... Теперь водителю пора
брать управление в свои руки.
Модель такой автострады уже построена. Ее испытания
дали отличные результаты. И, может быть, нам с вами удастся
повторить наше путешествие, но уже не в воображении, а в
условиях реальной действительности.
Радиоэлектронные машины способны управлять движением
транспорта не только на магистралях, но и на улицах города.
Уже не первый год уличное движение на 120 перекрестках
Нью-Йорка регулируется «автоматическим полисменом» — бы-
стродействующей машиной, которая одна заменяет 360 поли-
цейских. Автомат включает тот или иной сигнал светофора
в зависимости от того, сколько автомобилей приближается
к перекрестку с каждого из четырех направлений, какое число
машин скопилось перед перекрестком и как долго ожидает
зеленого сигнала автомобиль, пришедший к перекрестку пер-
вым.
Так радиоэлектроника изменяет облик автомобильного транс-
порта. Да и сам автомобиль будущего, по крайней мере
один из его вариантов,— это целиком радиоэлектронное уст-
ройство.
Такой автомобиль не нуждается в горючем — он приво-
дится в движение энергией электромагнитных колебаний.
Электродвигатель имеет много преимуществ перед бензи-
новым мотором. Он экономичен, гораздо проще, надежнее и
долговечнее бензинового мотора. Его тягу и скорость враще-
ния легко регулировать без коробки передач. В случае нужды
электродвигатель превращается в превосходный тормоз.
Вот сколько достоинств у электродвигателя. Но есть у
него и недостаток. Его сковывают провода. Вспомните трол-
лейбус: соскочит ролик с провода, токоотводящий «ус» упрется
в небо, и машина беспомощно остановится.
Если прибегнуть к аналогии, то трамвай или троллейбус
напомнят нам проволочный телеграф. И невольно возникнет
мысль: нельзя ли создать транспортное средство, которое можно
было бы сравнивать с беспроволочным телеграфом, с линией
радиосвязи: источник электрической энергии — в одном месте,
потребитель — в другом, между ними — никаких проводов.
По существу при радиопередаче как раз и происходит
перенос энергии на большие расстояния. Но вспомните, какая
ничтожная часть электромагнитной энергии достигает прием-
ника! Недаром приходится в тысячи раз усиливать принимае-
мо
мне сигналы, прежде чем они окажутся в состоянии раскачать
рупор громкоговорителя.
Впрочем, так бывает не всегда. В недавно вышедшей книж-
ке М. Г. Давыдова «Говорит Москва!» рассказывается о любо-
пытной истории, случившейся лет двадцать назад.
Передачи одной мощной радиостанции с некоторых пор
стали слышны намного хуже обычного. Отчего — неизвестно.
Инженеры проверили передатчик «с ног до головы»: все ока-
залось в полном порядке. А слышимость никак не хотела
улучшаться. В чем дело?
Ларчик просто открывался. Жители расположенного непо-
далеку от станции поселка наловчились по-своему использо-
вать электромагнитную энергию, излучаемую антенной пере-
датчика. Они сооружали «ловушки» — большие мотки проволо-
ки, подключали к ним электрические плитки и лампочки и
ждали, когда начнет работать радиостанция. Эти варварские
ловушки отсасывали такое количество электромагнитной энер-
гии, что слышимость передач, естественно, резко понижалась.
Что и говорить, случай курьезный. Но он свидетельствует
о том, что можно передавать на расстояние и сравнительно
большие «порции» электромагнитной энергии.
Итак, электроэнергию можно передавать на расстояние
и без проводов. Другой вопрос: выгодна ли такая пере-
дача?
Долгое время считали, что беспроволочная передача элект-
рической энергии неизбежно связана с колоссальными потеря-
ми и потому абсолютно невыгодна.
Но вот в 1942 году доктор технических наук Г. И. Бабат
попробовал технически оценить возможности беспроволочной
передачи электроэнергии наземному транспорту. Он выяснил,
что передача электроэнергии с помощью электромагнитных
волн действительно имеет мало перспектив. Излучать электро-
магнитные волны во все стороны равномерно — плохо: энергия
расходуется буквально «на ветер». Направлять волны узким
лучом — того не лучше: пока транспорт на виду, все в порядке,
но стоит свернуть за угол, и конец—готовь буксирный трос.
Однако ученый нашел практически возможный путь.
Представьте себе такую картину. Электродвигатель сое-
динен с катушкой колебательного контура. Другой контур
подключен к мощному генератору. Оба контура настроены в
резонанс.
Получился своеобразный трансформатор, первичная об-
мотка которого соединена с источником электромагнитной
энергии, а вторичная — с ее потребителем. Расчеты показали,
что при частотах 20—60 тысяч колебаний в секунду от ис-
точника к потребителю будет передаваться до 90 процентов
5
131
энергии, если расстояние между обмотками не превысит
2—3 метров.
Всего два три метра! Но и эта скромная цифра открывает
перед новым видом транспорта завидные перспективы. Ведь
первичную обмотку
нашего трансформа-
тора можно сделать
в виде одного витка
прямоугольной фор-
мы и поместить этот
виток под асфальтом
магистрали. Вдоль
широких улиц легко
проложить несколь-
ко параллельных ли-
ний. По таким маги-
стралям машины смо-
гут двигаться в лю-
бую сторону, разво-
рачиваться , разъез-
жаться, обгонять
ДРУГ друга. А вспом-
ните, каково водите-
лю троллейбуса, ког-
да нужно объехать
другой, стоящий,
троллейбус!
Как видите, «ве-
чемобиль»1 (такое на-
звание дал Г. И. Ба-
бат изобретенному им
транспортному сред-
ству) обладает уже
известной свободой
действий.
Более того, он мо-
жет съезжать с ма-
гистрали и доволь-
но долго путешество-
вать по обычным, не-
радиофицированным
улицам. Для этого служит специальный накопитель (акку-
мулятор) энергии. Обычные электрические аккумуляторы здесь
малопригодны. Они не выдерживают быстрого разряда, очень
недолговечны и неудобны в эксплуатации. Но оказывается,
1 От слов «высокая частота» (сокращенно — в. ч., или «ве че»).
«РГЧЕМОБИЛЬ». В центре (1) — передача Элек-
тр (энергии на расстояние без проводов. Эта воз-
можность будет использована в новом виде
транспорта.
Основа вечемобиля — своеобразный электри-
ческий трансформатор. Первичная обмотка транс-
форматора (2), подключенная к мощному гене-
ратору токов высокой частоты, спрятана под
асфальтом магистрали. А вторичная (3) —дви-
жется вместе с вечемобилем. Она соединяется
с электродвигателем (4), который вращает колеса
или раскручивает массивный маховик (5). Ма-
ховик накапливает «про запас» большое количест-
во энергии. Если понадобится съехать с маги-
страли, вечемобиль воспользуется этим запасом
энергии, рассчитанным примерно на час езды.
132
существует принципиально новый, механический аккумуля-
тор. Это — массивный маховик, вращающийся на шарикопод-
шипниках в кожухе, из которого откачан воздух. Поскольку
потери на трение в опорах и сопротивление воздуха малы,
маховик крутится вхолостую по многу часов.
Маховик соединен с электродвигателем. Когда вечемо-
биль находится на магистрали и снабжается энергией, махо-
вик раскручивается до очень большой скорости. Когда же по-
надобится съехать с магистрали, энергия, запасенная махови-
ком, начнет понемногу расходоваться на дальнейшее движение
вечемобиля.
Таким образом, вовсе нет нужды радиофицировать все
улицы города. Достаточно проложить высокочастотные линии
под основными магистралями, и вечемобили смогут свободно
разъезжать по всему городу. При этом энергия будет автома-
тически подаваться только к тем участкам сети, над которыми
в данный момент проезжает вечемобиль. Все остальное время
сеть выключена.
В 1943 году под руководством Г. И. Бабата началось стро-
ительство опытных установок высокочастотного транспорта.
Опыты показали, что экономичность вечемобиля примерно
такая же, как и у троллейбуса. Иными словами, чтобы пере-
везти одну тонну груза на один километр, вечемобилю и трол-
лейбусу требуется равное количество электроэнергии.
Применение высокочастотного транспорта сулит большие
удобства. Современный автомобиль содержит в баке запас бен-
зина — источник энергии. Это лишний груз, вместо которого
можно было бы взять другой, полезный багаж. Кроме того,
чтобы обеспечить автомобили горючим, на шоссейных дорогах
и магистралях строятся бензоколонки. Бензин доставляется
из отдаленных мест. Все это стоит недешево.
Да и нельзя забывать, что запасы нефти ограничены, бензин
дефицитен, а электроэнергия становится все дешевле. В неда-
леком будущем атомные электростанции создадут изобилие
электрической энергии. Тогда откроется широкая дорога
высокочастотному транспорту.
Вечемобиль сделает город более чистым, тихим, красивым.
Тяжкий запах бензинового перегара, окутывающий крупные
населенные пункты, улетучится навсегда. Прекратится рев
автомашин, скрежет и визг трамваев. Будет снята нависающая
над улицами и площадями паутина троллейбусных и трамвай-
ных проводов.
А теперь давайте поднимемся на борт самолета. Если бы
мы вздумали пересчитать радиоприборы, установленные на
нем, то, вероятно, сбились бы со счета. Достаточно указать,
что стоимость радиоэлектронного оборудования составляет
133
приблизительно половину стоимости военного самолета. На
истребителе найдется несколько сотен электронных ламп, а
на тяжелом бомбардировщике они исчисляются тысячами.
По радио можно управлять движением самолета с земли.
На таком самолете нет ни одного человека, «экипаж» состоит
из различных радиоэлектронных устройств и механизмов,
четко выполняющих команды, передаваемые с большого рас-
стояния.
На радиоуправляемом самолете пли корабле устанавли-
вают приемник. На выходе приемника вместо громкоговорителя
пли телефонных наушников — особые электромагниты, при-
водящие в действие рули, изменяющие режим работы двига-
теля.
С земли или другого самолета передают по радио услов-
ные сигналы (например, точки или тире, как в телеграфной
азбуке). В зависимости от характера сигнала срабатывает
тот Или иной электромагнит, и машина послушно выполняет
волю пилота, находящегося за сотни метров и километров
от нее.
Радио — это подлинные глаза и уши авиации.
Повсюду — на суше, в небесах, на море, вместе с тысячами
поездов, автомобилей, самолетов и кораблей странствует радио.
Но оно — не пассажир. Радио несет повседневную и разнооб-
разную службу.
м
РАДИО УКАЗЫВАЕТ ДОРОГУ
Еще в 1897 году А. С. Попов высказал мысль о том, что
можно использовать радио для вождения судов в тумане, при
полном отсутствии видимости. Попов предлагал установить
радиостанцию на маяке.
Со временем возникла целая область науки о вождении
судов методами радио — радионавигация.
Совершая «путешествие» по радиоприемнику, разбираясь
в устройстве радиопередатчика, мы не уделили должного
внимания одной важной детали — антенне. Зато сейчас, го-
воря о радионавигации, придется полностью воздать ей по
заслугам; здесь антенне принадлежит, пожалуй, первая
роль.
Возьмем вертикальный провод. Если присоединить его к
радиопередатчику, то электромагнитные волны будут излу-
чаться равномерно во всех направлениях к горизонту. Под-
ключим такую антенну к приемнику —• ой одинаково хорошо
примет сигналы, идущие со всех сторон. Значит, вертикаль-
ный провод — ненаправленная антенна, она излучает радио-
волны, как лампочка, заключенная в молочно-белый абажур,
испускает светд
135
Существуют и другие — направленные антенны. Они излу-
чают радиоволны в одну сторону подобно тому, как автомо-
бильная фара — свет. Во время приема такая антенна улав-
ливает сигналы, идущие тоже только с какой-то одной стороны.
О направленных антеннах мы упоминали, когда речь шла о
радиолокации. Познакомимся теперь поближе с одним типом
направленных антенн, применяемых на длинных волнах.
Это так называемая рамочная антенна. Она состоит из
нескольких витков провода, намотанного на рамку, которую
можно поворачивать вокруг вертикальной оси.
Включим радиопередатчик, асами, захватив приемник, сядем
в автомобиль и отправимся в путь. Будем ездить по кругу, в
центре которого находится передатчик. Пусть к передатчику
присоединена ненаправленная антенна — вертикальный про-
вод. В любой точке нашего маршрута передача будет слышна
одинаково громко. Но вот к передатчику присоединили рамоч-
ную антенну. Теперь при движении по кругу слышимость стала
меняться. Она то возрастает, то падает, то исчезает вовсе.
Если нарисовать, как изменяется слышимость, то получится
восьмерка — две соприкасающиеся окружности. Расстояние
от центра диаграммы (точки соприкосновения окружностей)
до какой-нибудь точки на восьмерке показывает силу приема
в этом направлении.
Картина не изменится, если рамку присоединить к прием-
нику, а передачу вести на обычную ненаправленную антенну.
Почему же сила при-
ема зависит от того,
как расположена рам-
НЕНАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА излучает ра-
диоволны во все стороны одинаково.
ка относительно ра-
диопередатчика?
...Вот радиоволна
накатывается на ра-
мочную антенну. При
этом в обеих верти-
кальных сторонах
рамки наводятся токи
высокой частоты, на-
правленные в одну
сторону, скажем, сни-
зу вверх. Они текут навстречу друг другу. Общий ток в
рамочной антенне будет равен разности токов в этих двух сто-
ронах рамки. Действительно, если плоскость рамки составляет
некоторый угол с направлением на радиостанцию, то одна
вертикальная сторона рамочной антенны окажется ближе к
передатчику, нежели другая; одной стороны волна достигнет
раньше, другой позже. Поэтому в один и тот же момент
136
токи высокой частоты в первой и второй сторонах рамки
будут несколько различны. По проводу антенны потечет раз-
ностный ток, приемник воспримет его, и мы услышим пере-
дачу.
Если плоскость рамки направлена точно на радиостанцию,
то разностный ток, как нетрудно догадаться, наиболее велик,
и, следовательно, сила приема максимальна. Если же рамка
установлена перпендикулярно направлению на передатчик, то
обе ее стороны находятся на одинаковом расстоянии от него,
токи одинаковы, разностный ток равен нулю. При таком рас-
положении рамочной антенны мы ничего не услышим.
Если к оси рамочной антенны прикрепить стрелку, то с ее
помощью можно будет отсчитывать направление на радиостан-
цию, откладывая угол поворота рамки от направления «север —
юг».
Но у рамочной антенны есть крупный недостаток: она
может обмануть. Вот мы отложили на карте направление, вдоль
которого распространяются радиоволны. Но как узнать, с
какой именно стороны они идут — спереди или сзади? Ведь
рамка одинаково хорошо или одинаково плохо улавливает
сигналы, идущие с прямо противоположных направлений!
И вот вместо того чтобы приближаться к радиостанции, мы
будем удаляться от нее!
Как же исправить рамку? Для этого нужно приставить к
ней обычную ненаправленную антенну. Иными словами, прием
надо вести одновременно на две антенны — рамку и верти-
кальный провод. И получается удивительная вещь: рамка
«двунаправлена», вертикальный провод не имеет направлен-
ности, а вместе они ведут себя, как антенна, дающая наиболь-
шее излучение в одну сторону!
Диаграмма направленности рамочной антенны — вось-
мерка. Диаграмма направленности вертикального провода —
окружность (ведь все точки окружности одинаково удалены
от центра — значит, и сила сигнала во всех направлениях одна
и та же). А общая диаграмма направленности, получающаяся
от сложения восьмерки и окружности, имеет очертание сердечка.
Поэтому ее называют кардиоидой (от слова «кардиа» — «серд-
це»).
Присмотритесь к этой диаграмме. Ее ось направлена вдоль
плоскости рамки. Но если с одного конца оси сила приема
максимальна, то с другого она равна нулю или, практически,
очень мала. Таким образом, здесь мы уже можем с полной уве-
ренностью сказать, в каком направлении расположена радио-
станция. Для этого нужно поворачивать рамку до тех пор, пока
слышимость не достигнет минимума. Радиостанция в той
стороне, куда направлена впадина кардиоиды.
137
Установим рамочную антенну на палубе корабля. Теперь
в любой туман мы можем определить местоположение судна.
Вот как это делается.
На мореходной карте помечены координаты береговых стан-
ций— радиомаяков. Приемник настраивают на одну из них и
рамку поворачи-
вают в такое по-
ложение, при ко-
тором слышимость
исчезнет. Далее по
шкале отсчитыва-
ют угол между на-
правлением на
станцию и линией
«север—юг», опре-
деляемой по ком-
пасу. На карте
проводят линию,
идущую под этим
углом через точку,
где находится пе-
редатчик. Теперь
НАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА. Рамочная антенна —
направленная. Она излучает наибольшее количество
электромагнитной энергии в двух противоположных на-
правлениях. Два других направления, перпендику-
лярные первым, получают ничтожную долю радиоволн.
Вот почему, если двигаться с приемником вокруг пере-
датчика о рамочной антенной, слышимость будет из-
меняться—то нарастать, то падать. Диаграмма направ-
ленности рамочной антенны — восьмерка.
настраивают приемник на другую станцию и делают то же
самое. На карте появится новая линпя, проходящая под най-
денным углом через точку, в которой расположена вторая
радиостанция.
Обе эти линии проходят через точку, где находится сейчас
наше судно. Пересечение линий как раз и указывает место
корабля.
Чтобы определить координаты судна с больщей точностью,
нужно засечь или, как говорят радисты, запеленговать три
береговые радиостанции. Из-за неточности, которая неиз-
бежна при измерениях, три линии, проведенные на карте,
пересекутся не в одной точке, а образуют в месте пересечения
небольшой треугольник. В центре его и расположен ко-
рабль.
Возможно и обратное — из трех пунктов на берегу за-
пеленговать корабельный передатчик. Если затем нанести
три полученных направления на карту, то также будут уста-
новлены координаты корабля. Помните замечательный кино-
фильм «Если парни всего мира...»? Маленькое рыбацкое судно
терпит бедствие. На корабле — повальная болезнь. Людям
грозит гибель. В эфир летят призывы Q помощи. Радиолюби-
тели-коротковолновики — парни всего мира — включаются в
необычную эстафету, цель которой — доставить на судно
спасительную сыворотку. Но как узнать,, где именно дрейфует
138
корабль? Вот здесь и приходит на помощь радиопеленгация.
Судовой передатчик пеленгуют с берега и к месту его нахож-
дения доставляют медикаменты.
А как быть, если судно не стоит на месте? Пока мы запелен-
говали одну радиостанцию, затем вторую, оно успевает пройти
какое-то расстояние. И в наши измерения вкрадывается ошибка.
В мореплавании эта погрешность не так велика, ведь корабли
движутся сравнительно медленно. А авиация? За время, ко-
торое требуется для пеленгации, современный самолет успеет
пролететь десятки километров. Вот и выходит, что штурман
все время будет измерять «вчерашний день» — наносить на
карту точки, далеко несовпадающие с истинным местоположе-
нием самолета.
Чтобы избавиться от подобного рода ошибок, создали
автоматический пеленгатор — радиокомпас. В нем рамка вра-
щается особым электромоторчиком, получающим «команды»
от радиоприемника.
Если рамка расположена так, что сигналы радиостанции
воспринимаются приемником, он автоматически включает элект-
ромоторчик, и рамка начинает поворачиваться. Это продолжает-
ся до тех пор, пока антенна не станет в такое положение, при
котором прием отсутствует. Приемник перестает воспринимать
сигналы, моторчик выключается, и рамка останавливается.
Но вот самолет
отклонился от задан-
ного курса. Рамка,
естественно, поверну-
лась вместе с ним и
заняла новое положе-
ние относительно ра-
диостанции. Прием-
ник снова начинает
воспринимать сигна-
лы. Сразу же вклю-
чается моторчик, ко-
торый доворачивает
рамку, пока прием
опять не прекращает-
ся. Стрелка, враща-
КАРДИОйДА. Диаграмма направленности антенны
в виде рамки и вертикального провода получается
от сложения восьмерки и окружности и имеет
очертание сердечка. Поэтому ее называют кардиои-
дой (от слова «кардиа» — «сердце»), Кардиоида имеет
одно «излюбленное» направление, куда она излучает
наибольшее количество электромагнитной энергии.
ющаяся вместе с рамкой, останавливается уже против какого-
то другого деления шкалы, и штурман видит: самолет укло-
нился в сторону.
Если соединить два таких автоматических пеленгатора, на-
строив первый из них на одну станцию, а второй на другую,
то летчик в любой момент будет знать положение машины
относительно каждой из этих станций. Построение на карте
139
Р АДИО МАЯК. Две рамочные антенны,
повернутые под углом примерно в 130
градусов друг к другу, поочередно излу-
чают телеграфные сигналы А и Н. В про-
странстве образуется невидимая дорож-
ка — равносигнальная зона, на которой обе
буквы слышны одинаково громко. Летчи-
ку важно не сбиться с этой дорожки,
и тогда он обязательно прилетит к аэрод-
рому, где расположен радиомаяк.
не займет много времени, и координаты воздушного корабля
станут близки к истинным.
Так работает важнейший радионавигационный прибор —
радиокомпас.
Но ориентироваться по радио можно и с помощью самого
обычного приемника.
Существуют специальные направленные радиомаяки. В про-
стейшем из них передача
ведется на две рамочные ан-
тенны, повернутые под углом
примерно в 130 градусов друг
к другу. Одна из них излу-
чает в пространство телеграф-
ный сигнал, соответствую-
щий букве А (точка — тире),
другая — Н (тире — точка).
Эти сигналы передаются по-
очередно.
Диаграммы направленно-
сти (восьмерки) двух рамоч-
ных антенн накладываются
друг на друга, и в простран-
стве образуются два узких и
два широких лепестка, в ко-
торых слышны обе буквы.
Обычно используются узкие лепестки, в направлении ко-
торых проходит так называемая равносигнальная зона радио-
маяка, то есть линия, на которой оба сигнала слышны одина-
ково громко.
Рамки ориентируют таким образом, чтобы равносигнальная
зона совпадала с маршрутом самолета и корабля. Если само-
лет или судно идет точно по маршруту, то буквы А и Н
слышны с одинаковой громкостью. Но стоит кораблю откло-
ниться в сторону, как одна из букв начинает звучать громче
другой, как бы предупреждая: внимание, следи за курсом!
Такие маяки указывают дорогу в прибрежных водах, об-
легчают судоходство, делают его безопасным и надеж-
ным.
Радиомаяки применяются и в авиации. В 1937 году во время
экспедиции на Северный полюс радиомаяк был установлен на
Земле Франца Иосифа. Его «дальнобойность» превышала 1000
километров. С помощью этого маяка была проложена воздуш-
ная дорога, по которой самолеты достигали полюса.
В наши дни создано много других более совершенных радио-
маяков, помогающих летчикам успешно преодолевать любые
маршруты в пургу и в туман, днем и ночью. Специальные по-
140
садочные маяки обеспечивают благополучное приземление,
даже когда земли совершенно не видно.
В будущем значение радионавигации еще более возрастет.
Пост штурмана на самолете и корабле займет быстродействую-
щая электронная машина. Она проведет самолет или судно по
самому сложному маршруту. Ее навигационному искусству
позавидует любой воздушный и морской «волк».
Как видите, будущее морского и воздушного транспорта
прочно связано с радиоэлектроникой, с ее дальнейшим прогрес-
сом.
КАК ПОДСЛУШАЛИ РАЗГОВОР ЗВЕЗД
В теплую августовскую ночь, когда с земли текут вверх струи
нагретого воздуха, а небо маняще мерцает, человек с пылкой
фантазией начинает верить, что где-то в звездных безднах идет
грандиозная перекличка, что не только в стихах, но и в дейст-
вительности «звезда с звездою говорит».
И вот четверть века назад людям удалось «услышать звез-
ды».
В начале тридцатых годов, исследуя радиопомехи, ученые
натолкнулись на один вид радиопомех, которому трудно было
дать объяснение. Помехи возникали периодически, через каж-
дые 23 часа 56 минут, то есть один раз в звездные сутки 1 2.
Это наводило на мысль, что источник помех находится вне
Земли. Дальнейшие исследования подтвердили догадку. Стран-
ные радиосигналы исходили из космического пространства,
из Вселенной. Кто посылает их?
Ответ на этот вопрос мог обрадовать и поэтов, и ученых.
Оказалось, что Земля «принимала» звезды.
1 Время, за которое Земля делает один оборот по отношению к
звездам.
142
Систематические наблюдения за небесными «радиопередача-
ми» начались в 1944 году и продолжались все более интен-
сивно в послевоенные годы. Так родилась новая наука о не-
бесных телах — радиоастрономия. Она во многом дополняет
обычную оптическую астрономию — одну из наиболее древних
наук.
Астрономия достигла исключительно высокого уровня, когда
радиоэлектроники не было и в помине, когда люди не знали об
электрическом токе. И уже в те времена астрономы открыли
законы движения планет, научились предсказывать солнечные
и лунные затмения.
Оптика вооружила ученых тончайшими астрономическими
приборами. Каждую звездную ночь в небо устремляются жерла
гигантских телескопов. Но часто случается и так: приготовит-
ся астроном наблюдать какую-нибудь редчайшую комету,
а небо, словно нарочно, покрылось тучами. К утру тучи рас-
сеялись. Тут бы и наверстать упущенное. Да где уж, теперь
мешает солнечный свет. Атмосфера, точно огромное матовое
стекло, загораживает от нас звезды. Лишь на короткое время
открывается в нем «окно», сквозь которое можно наблюдать
Вселенную.
Тысячелетия астрономы зависели от капризов природы.
И вдруг, нежданно-негаданно в астрономии произошел пере-
ворот. Выяснилось, что звезды можно не только рассматривать,
но и «слушать». Астрономы получили мощное и безотказное
оружие — радиотелескоп. «Матовое стекло» атмосферы, из-
древле мешавшее изучать Вселенную, стало прозрачным.
Радиотелескопом называют особую антенну в совокупности
с чувствительнейшим радиоприемником. Антенна устроена
так, что воспринимает электромагнитные волны только с той
стороны, куда она направлена. По углу ее поворота легко
узнать направление, в котором находится источник радиоволн.
Чаще всего антенна радиотелескопа представляет собой
огромное вогнутое зеркало из металлических кружев или
сплошного металла. Такие зеркала, диаметром иногда свыше
10—15 метров, вращаются на массивных опорах, подобно ги-
гантским прожекторам.
С помощью радиотелескопов ученые за каких-нибудь 10—12
лет собрали колоссальный материал, который по-новому ос-
ветил многие процессы, происходящие в мировом простран-
стве.
Так, методами радиоастрономии обнаружены скопления
межзвездного газа водорода, что было недоступно обычному
телескопу.
Радиоастрономы получили уже первые опытные данные о
внутреннем строении Солнца, исследовали некоторые звездные
143
ЗВЕЗДУ, КОТОРУЮ НЕЛЬЗЯ УВИ-
ДЕТЬ, МОЖНО «УСЛЫШАТЬ». Это поз-
волило сделать радиотелескоп, совершив-
ший подлинный переворот в астрономии.
Гигантская металлическая антенна и чув-
ствительнейший приемник ловят радио-
волны, излучаемые далекими небесными
телами, и дают науке новые важные све-
дения.
туманности. Такие туманности состоят из миллиардов звезд. Они
настолько далеки от Земли, что их свет идет к нам миллионы лет.
Выяснилось, что иногда мощные источники радиоизлучения
возникают в результате космических катастроф. Например,
в созвездии Лебедя ученые методами радиоастрономии обна-
ружили две сталкивающиеся звездные системы — галактики.
Исследованы также газовые туманности, возникающие вслед-
ствие огромных космических взрывов, когда сравнительно
слабая звезда внезапно ярко вспыхивает, разрастается до
огромных размеров и затем превращается в газовое облако.
Даже Луна, и та посылает на Землю радиоволны. Впрочем,
Луну можно исследовать иным, «активным» путем — с помощью
радиолокации. Лучи локаторов позволяют буквально «ощу-
пать» поверхность нашего спутника. Этим же методом изучают
движения метеоритов. Ученые собираются использовать его
и для изучения планет, в первую очередь Венеры и Марса.
Радиоастрономия дает возможность лучше познакомиться
с процессами, происходящими в земной атмосфере, предсказы-
вать магнитные бури—'бич радиосвязи.
144
УЛЬТРАЗВУК
Ультразвуки создаются спе-
циальными излучателями — пье-
зоэлектрической пластинкой
(1 — слева) или магнитострик-
ционным стержнем (1— справа).
Эти излучатели присоединяются
к мощному генератору электри-
ческих колебаний и колеблются
подобно рупору громкоговори-
теля, только беззвучно.
В жидкости мощные ультра-
звуки вызывают появление фон-
танчиков (2). Частицы жидкости
перемешиваются настолько ин-
тенсивно, что удается получать
эмульсии (однородные смеси)
таких веществ, как, например,
ртуть и вода.
Приемником ультразвука мо-
жет служить та же пьезоэлек-
трическая пластинка. Если ее
электроды подключить к осцил-
лографу (3), то на экране бу-
дут видны колебания.
С помощью ультразвука обна-
руживают скрытые дефекты в
металлических и пластмассо-
вых изделиях, „рассматривают"
на просвет непрозрачные пред-
меты, измеряют толщину лис-
товых материалов.
Ультразвуком можно обраба-
тывать твердые тела, проделы-
вать в них отверстия самой
причудливой конфигурации.
Ультразвук применяют при
пайке алюминия, для очистки
различных предметов, в метал-
лургии, судоходстве и во мно-
гих других областях народного
хозяйства.
* стр. 152—153
Новая наука пригодится и мореплавателям. С помощью
радиотелескопов, установленных на кораблях, можно ориен-
тироваться по звездам в любое время суток, независимо от
погоды. Небольшие радиотелескопы найдут применение и в
авиации.
Из этих примеров видно, какую роль начинает играть ра-
диоастрономия. Но еще больше возрастет ее удельный вес в
будущем.
Мы стоим на пороге космических перелетов. Ракетные
корабли будут управляться посредством специальных радио-
телескопов, передающих команды с Земли и принимающих
сигналы с ракеты. Первыми космонавтами окажутся не люди,
а радиоприборы. Они разведают мировое пространство, и только
тогда двери ракетного корабля раскроются для человека.
Но и во время самого первого полета ученые благодаря
телевизору смогут видеть все, что делается внутри корабля,
наблюдать показания приборов. Перед людьми, находящимися
на Земле, предстанет величественная картина мирового про-
странства, как если бы они были на борту ракеты и сами со-
вершали космический полет.
Так люди используют радио для изучения мирового про-
странства. Так радиоэлектроника помогает покорять Вселенную,
В НЕДРАХ МИКРОМИРА
Радиоэлектронике «подвластны» не только космические про-
странства. С ее помощью ученые проникают и в другой мир —
в заповедные недра вещества.
Что такое обычный микроскоп, в наше время знает любой
школьник. Этот превосходный оптический инструмент сыграл
незаурядную роль в развитии науки. Благодаря «волшебному
стеклу» люди познакомились с новым для них миром, полным
неведомой жизни, заселенным мириадами существ, распознали
причину ряда заразных болезней, разглядели строение кле-
ток, образующих живую ткань, исследовали структуру
металлов и других тел.
Заслуги оптического микроскопа неоспоримы. Но он уже
исчерпал свои возможности, не поспевает за бурным ростом
науки.
В оптический микроскоп нельзя увидеть предметы меньше
двух десятитысячных долей миллиметра.
Почему? Может быть, увеличение, обеспечиваемое микро-
скопом, удастся повысить в дальнейшем, когда его конструк-
ция будет еще и еще раз улучшена?
146
К сожалению, пет. Вся беда в том, что предел увеличения
зависит не от пороков конструкции, а от свойств самих свето-
вых лучей. Мы знаем, что видимый свет представляет собой
электромагнитные колебания с длиной волны от 4 до 7 десяти-
тысячных долей миллиметра. Значит, распространение свето-
вых лучей подчиняется законам волнового движения.
А как ведут себя волны — известно. Морская, например,
волна, встречая на пути скалу, ударяется о нее и откатывается
обратно. Если же попадается небольшой .камень, волна об-
ходит его и продолжает свой бег.
Так и свет. В одном случае световые лучи отражаются пред-
метом, в другом — огибают его. Все зависит от того, что больше:
длина световой волны или размеры предмета. Если предмет
значительно больше, чем длина волны, то луч отражается,
если меньше — луч огибает препятствие и, как ни в чем не бы-
вало, идет далее.
Поэтому-то оптический микроскоп и не позволяет рассмат-
ривать предметы меньше двух десятитысячных миллиметра.
Свет огибает их, в результате чего изображение получается
искаженным до неузнаваемости. Предметы, расположенные на
таком расстоянии друг от друга, в поле микроскопа сливаются
между собой.
Вот почему оптические микроскопы увеличивают изобра-
жения предметов не более чем в несколько тысяч раз. Пере-
шагнуть этот рубеж можно лишь с помощью прибора, основан-
ного не на использований световых лучей, а на совершенно
ином явлении.
Таким прибором и послужил электронный микроскоп.
В нем вместо световых волн используются электроны. Узкий
пучок электронов направляется на рассматриваемый предмет.
От поверхности предмета электроны отражаются по-разному,
в зависимости от ее характера. Отраженный луч как бы несет
в себе скрытое изображение исследуемого предмета. Теперь
это изображение нужно увеличить и «проявить» — только тогда
оно станет доступно зрению.
Увеличение и фокусировка изображения осуществляются
специальными электрическими или магнитными «линзами»,
почти такими же, как в обычной телевизионной трубке.
Пройдя через линзы, электроны наталкиваются на экран,
тоже как в телевизионной трубке. На экране появляется изоб-
ражение рассматриваемого предмета, увеличенное в сотни
тысяч раз.
Размеры электронов очень малы, в десятки тысяч раа меньше,
чем размеры атомов. В этом секрет колоссального увеличения,
которое дает электронный микроскоп.
Конструкция электронного микроскопа сложна. В нем есть
147
Электронная
пушка
Конденсорная
линза
Объективная
линза
Изучаемый
предмет
Промежуточ-
ное изображение
Проекционная
линза
ДЛИНА СВЕТОВОЙ волны слишком ...
ВЕЛИКА, чтобы свет мог отразиться от пред-
метов меньше двух десятитысячных миллиметра.
Такие предметы позволяет видеть электронный
микроскоп. Электронная пушка испускает поток
электронов. Он сжимается в узкий луч конден-
сорной линзой и направляется на изучаемый
предмет. Пройдя через «объектив», этот луч дает
промежуточное изображение, которое увеличи-
вается проекционной линзой и «проявляется» на
экране, как в обычной телевизионной трубке.
Окончательное
изображение
ным объяснить возникновение жизни,
и своего рода ускори-
тель заряженных ча-
стиц, и разнообразная
электронная оптика, и
светящийся экран. Для
работы прибора необхо-
дим электрический ток с
напряжением иногда
свыше 100 тысяч вольт.
Чтобы воздух не мешал
движению электронов,
его приходится все вре-
мя откачивать. Этим за-
нимаются особые ваку-
умные насосы, создаю-
щие в камере электрон-
ного микроскопа не-
обходимое разреже-
ние.
Электронный микро-
скоп сразу же завоевал
признание ученых. Его
стали широко приме-
нять в медицине, био-
логии, химии, кристал-
лографии, металлур-
гии. С помощью этого
замечательного прибора
можно непосредствен-
но наблюдать молекулы
некоторых веществ. Ис-
следование белковых
молекул поможет уче-
превращение мертвого
вещества в живую ткань.
Изучение процессов, связанных с возникновением и ростом
кристаллов, приведет к созданию сверхпрочных, не боящихся
коррозии сплавов. В конечном счете это даст большой эконо-
мический эффект, сохранит многие тонны металла.
Увеличение, получаемое в электронных микроскопах, в
сотни раз больше, чем в оптических. Но и оно имеет предел.
Как показали исследования, электронные лучи также не ли-
шены волновых свойств, в том числе способности огибать
ничтожно малые предметы.
Однако средства и возможности радиоэлектроники столь
разнообразны и неисчерпаемы, что можно не сомневаться:
148
в будущем ученые создадут новые типы микроскопов, осно-
ванные, быть может, на каких-то иных, пока неизвестных
принципах. Эти «ультрамикроскопы» будут обладать еще более
высоким «потолком» увеличения. И тогда мы сможем наблю-
дать своими глазами мир атомов.
НА СТРАЖЕ ВРЕМЕНИ
Представьте себе на минуту: проверка часов во всем мире
прекратилась, сигналы точного времени не звучат более в
эфире, напоминая и машинисту паровоза, и трактористу, и
директору театра, и врачу, и студенту: «Проверьте ваши часы!»
Придя на вокзал, вы не застанете поезда: ваши часы отстали,
а вокзальные ушли вперед. Нарушится работа всех предприя-
тий, так как каждый будет приходить и уходить по своим
часам. Школьник, придя на занятия, с удивлением узнает,
что идет уже второй урок. Корабли будут блуждать по морям,
так как штурманы не сумеют точно определить свое местонахож-
дение, на железных дорогах наступит хаос, прервется связь,
словом, нарушится, если не замрет совсем, нормальная жизнь
во всем мире. Вот что такое время для человеческого общества.
Без точного времени немыслима жизнь современного человека.
Как узнают точное время? Как добиваются, что часы на
улице и на вокзале, в автомашине и на руке прохожего пока-
зывают одинаковое время. Правильнее сказать: примерно оди-
наковое. И причем здесь радиоэлектроника?
За единицу времени издавна принимают сутки, потому что
они имеют определенную продолжительность и регулярно по-
150
вторяются. За сутки земной шар совершает один оборот вокруг
своей оси.
Но Земля вращается вместе со всем, что на ней находится,
в том числе и с нами. Поэтому-то мы и не можем почувство-
вать ее вращения. Так, пассажир, сидящий в каюте спиной
к иллюминатору, не чувствует движения парохода. Лишь
взглянув в окно, он заметит, как уплывают во тьму огни фо-
нарей на берегу. В небе тоже есть такие «фонари». Это — звезды.
Нам кажется, что мы стоим на месте, а.небосвод, или, как го-
ворят астрономы, небесная сфера вместе со звездами безоста-
новочно вращается вокруг невидимой оси. В действительности
же вращаются не звезды, а Земля. Вращается плавно и рав-
номерно, как часовая стрелка, и совершает за сутки полный
оборот. Но как пользоваться такими «часами»?
Возьмите картонную трубку, диаметром около сантиметра
и длиной с полметра, прибейте ее прочно к столбу во дворе,
предварительно направив на какую-нибудь яркую звезду. За-
метьте время, а назавтра придите и посмотрите в это же время
на вашу звезду. Вы вновь увидите ее на том же месте.
Примерно так же поступают ученые-астрономы. За «облю-
бованной» звездой они наблюдают через специальные зритель-
ные трубы. В тот момент, когда звезда проходит через избран-
ную точку, пускают часы. Так судья на спортивных состя-
заниях засекает момент, когда бегун касается ленточки на
финише. Назавтра астроном вновь засекает прохождение звезды
и высчитывает, на сколько ушли или отстали его часы. Таким
образом астрономы узнают время по ходу колоссальных «часов»,
на которых живем мы с вами,— по вращению Земли.
— Позвольте,— скажете вы,— а как быть в промежутках
между наблюдениями, то есть днем? Или еще: как быть, если
подряд несколько ночей небо будет закрыто тучами?
Значит, мало только узнать точное время — надо его еще
и сохранить от наблюдения до наблюдения. Современная наука
и техника предъявляют к точности определения времени чрез-
вычайно высокие требования. Штурмана корабля дальнего
плавания или геодезиста, составляющего географическую кар-
ту, уже не удовлетворяют часы главного кондуктора скорого
поезда. Их часы — хронометр — должны быть намного точнее.
От чего же зависит точность хода часов? Почему наш до-
машний будильник спешит или отстает на одну-три минуты
в сутки, а хронометр за это время допускает ошибку в десятую
долю секунды? Все дело в маятнике, управляющем ходом часов.
Маятник обыкновенных ходиков — это небольшой жестя-
ной кружок. Передвинем кружок вниз. Этим мы как бы удли-
ним сам маятник. Прислушайтесь, как идут теперь часы: маят-
ник стал качаться реже, часы пошли медленней. Если
151
же двинуть кружок вверх, то маятник, наоборот, зачастит, и
часы побегут.
Изменяя ход часов, мы двигали кружок рукой. А может ли
маятник «сам по себе» стать длинней? Конечно, может. Ведь
он металлический, а металл при изменении температуры сжи-
мается или расширяется. Стало быть, еслш после того, как мы
отрегулировали часы, температура изменилась, то изменилась
и длина маятника, и вся наша регулировка пошла насмарку.
Как и всякое тело, движущееся в воздухе, маятник испы-
тывает его сопротивление. Но воздух не остается всегда неиз-
менным. С повышением атмосферного давления он становится
плотней, маятник испытывает большее сопротивление. Когда же
давление падает, происходит обратное. Поэтому отрегулиро-
ванный при определенном давлении воздуха маятник при
перемене давления будет качаться иначе, и часы опять-таки
пойдут неточно.
Не менее опасны для часов изменение влажности воздуха,
трение в частях механизма, толчки и т. д. Как же сохранить
точное время? Такой вопрос встал перед учеными и конструк-
торами.
Зная «врагов» точного времени, ученые и конструкторы на-
чали искать и средства борьбы с ними. В самых точных часах,
по которым проверяют время между астрономическими наблю-
дениями, сделали маятник из специального сплава — инвара,
что в переводе с латинского означает «неизменный». Длина
такого маятника, а следовательно, и частота, с которой он ко-
леблется, почти не зависит от температуры. Чтобы на ход этих
часов не влияло атмосферное давление, их помещают в цилиндр,
из которого затем откачивают воздух. А для устранения ма-
лейших толчков часы опускают глубоко под землю в специаль-
ные бетонированные подвалы. Показания этих часов передаются
специальном устройством в другое помещение, так что на
сами часы смотреть вовсе не нужно.
Благодаря всем этим мерам точность часов-хранителей вре-
мени очень высока: за сутки они уходят или отстают всего
лишь на тысячную долю секунды. Казалось, большего и желать
нельзя, но и такая точность теперь недостаточна. Астро-
ном, вычисляющий движение небесных тел, и геофизик, рас-
крывающий тайпы строения Земли, и ученый, изучающий ход
ядерных процессов, потребовали еще более точных часов.
Возможностичасов скачающимся маятником были исчерпаны.
Значит, надо вовсе отказаться от старой конструкции, совершен-
но по-иному решить задачу.
И вот тогда-то конструкторов выручила радиоэлектроника.
На помощь пришел камешек, который называется кварцем.
Происхождение слова «кварц» связано со старинными не-
*52
мецкиМи легендами, а в переводе на русский оно звучит лас-
ково — «гномик», «лилипутик». Свойства кварца оправдывают
происхождение его названия, они чудесны.
Кварц встречается повсюду в разных обличьях — в виде
обыкновенного песка, округлой гальки, красивых многогран-
ных кристаллов. Одна из разновидностей кристаллического
кварца — прозрачный, как родниковая вода, горный хрусталь.
Из него делают вазы, бокалы, люстры.
Кварц очень прочен. Необходим многотонный груз, чтобы
раздавить кубик кварца с ребрами в 1 сантиметр. Кварц очень
тверд — тверже его только алмаз, корунд и топаз. При нагреве
он почти не расширяется, воздействию кислот (за исключением
плавиковой кислоты) не поддается.
Какое, однако, отношение имеет этот камешек к радио-
электронике, а оба они — к измерению времени?
Здесь придется рассказать еще об одном чудесном свойстве
кварца.
Вырежем из кварцевого кристалла плоскую пластинку и
вложим ее между двумя металлическими пластинками-электро-
дами, к которым подключим электрометр — прибор для обнару-
жения электрического заряда. А теперь сдавим пластинку
кварца и посмотрим на стрелку прибора. Стрелка отклонится.
Значит, на гранях кварцевой пластинки при сдавливании воз-
ник электрический заряд.
И наоборот, если подключить электроды к электрической
батарее, то пластинка сожмется или растянется — это будет
зависеть от того, на какой ее грани скопились положительные
и на какой отрицательные заряды.
Такое свойство кварцевых кристаллов назвали пьезоэлектри-
ческим эффектом от греческого слова «пьезо», что значит «да-
вить». Как видите, кварцевая пластинка благодаря этому
свойству может превращать электрическую энергию в меха-
ническую и обратно.
А что произойдет, если подключить электроды не к батарее,
где течет постоянный ток, а к осветительной сети, направле-
ние тока в которой все бремя меняется? Тогда положительный
и отрицательный заряды будут поочередно накапливаться то
на одной, то на другой грани пластинки. Она начнет поочередно
сжиматься и растягиваться, то есть колебаться. Сколько раз
изменится направление тока, столько раз сожмется и растянется
пластинка. Но это еще не все. Кварцевая пластинка, как
и маятник часов, обладает собственной частотой: после толчка
она очень точно сохраняет частоту колебаний, которая зависит
от размеров самой пластинки. А так как размеры кварца при
изменении температуры изменяются ничтожно мало, то и ча-
стота его колебаний остается почти постоянной. Например,
153
если пластинку нагреть или охладить на один градус, то ча-
стота ее изменится всего лишь на несколько десятитысячных,
а иногда даже стотысячных долей процента! Что может быть
лучше такого маятника для сверхточных часов!
Если вы увидите кварцевые часы впервые, то едва ли дога-
даетесь, что это часы, до того необычен их вид. Вы не найдете
здесь ни пружины, ни гирь, ни мерно раскачивающегося маят-
ника. Маятником в этих часах служит кварцевая пластинка.
Колебания ее поддерживаются с помощью лампового генера-
тора. Генератор — своеобразная пружина кварцевых часов,
которая черпает энергию от электрических батарей и возбуж-
дает колебания кварцевой пластинки.
Но нужен еще зубчатый механизм, связывающий маятник
со стрелками. Роль такого механизма в кварцевых часах играет
особый электромотор, у которого скорость вращения (число
оборотов в минуту) зависит от частоты переменного тока. Чем
чаще изменяется направление тока, тем быстрее вращается
вал мотора. Частота тока, вырабатываемого ламповым гене-
ратором, в точности равна собственной частоте кварца, по-
следняя же остается почти неизменной, поэтому строго по-
стоянно и число оборотов мотора в минуту.
Соединив подобный электромотор с механизмом, вращаю-
щим часовые стрелки, мы получим чрезвычайно точные часы.
Такие часы могут отставать или спешить всего лишь на десяти-
тысячную долю секунды в сутки, то есть в десять раз меньше,
чем лучшие маятниковые часы. За тридцать лет кварцевые
часы, если их не регулировать, могут допустить ошибку всего
на одну секунду.
Когда кварцевые часы были построены и выверены, то ученые
пришли к очень интересному выводу. Оказалось, что земной шар
не так уж равномерно вращается вокруг своей оси. На протя-
жении года продолжительность суток меняется на несколько
десятитысячных долей секунды. Так с помощью часов, создан-
ных человеческим разумом, был проверен ход «часов», рож-
денных самой природой!
Кварцевые часы имеются во многих научно-исследователь-
ских институтах и обсерваториях. Ими располагают, напри-
мер, Центральный научно-исследовательский институт геоде-
зии, аэрофотосъемки и картографии, Астрономический институт
имени Штернберга, Всесоюзный научно-исследовательский ин-
ститут физико-технических и радиотехнических измерений.
Мы только что назвали кварцевые часы сверхточными.
Но точность — понятие относительное. Уже сейчас ученые
нуждаются в еще более точных часах, с помощью которых
можно было бы осуществить то, что до сих пор делать не уда-
валось: например, заранее предсказать землетрясения по пич-
154
тожным колебаниям скорости, с которой вращается Земля.
Сколько бедствий удалось бы предотвратить тогда! Вспомните
Крымское землетрясение 1927 года или недавнее Ашхабадское
землетрясение. Они застали нас врасплох. А ведь им пред-
шествовали какие-то нарушения — «перебои» в движении
Земли! Вот где пригодились бы ласы, идущие с точностью, ска-
жем, до одной миллионной доли секунды в сутки. Они помогли
бы вовремя обнаружить грозные перебои.
Да возможны ли вообще такие часы?
Ученые отвечают на этот вопрос утвердительно.
Несколько лет назад зародилась новая область науки —
радиоспектроскопия. Подобно тому как обычная спектроскопия
изучает спектры световых лучей \ радиоспектроскопия зани -
мается спектрами радиоволн, преимущественно миллиметро-
вых. Новая наука установила, что электромагнитные колеба-
ния различных частот, проходя через газы, поглощаются,
причем по-разному. Каждый газ наиболее сильно поглощает
колебания определенной частоты, как бы резонирует на них.
Отчего так получается? Дело в том, что атом или молекула
газа — это тоже упругое тело, обладающее определенной соб-
ственной частотой. Поскольку в одном и том же веществе
все атомы или молекулы одинаковы, совпадают и их собствен-
ные частоты. Эти частоты обладают поразительным постоян-
ством, они практически не зависят от внешних влияний — тем-
пературы, атмосферного давления и т. п. Вот почему так за-
манчиво использовать колеблющийся атом или молекулу в
качестве часового маятника.
Здесь опять-таки не обойтись без радиоэлектроники. Ведь
колебания молекул надо как-то усилить, преобразовать в пере-
менный электрический ток, заставить ток двигать часовые
стрелки.
Вот как устроены простейшие молекулярные часы. В резер-
вуаре, из которого откачан воздух, находится сосуд с разрежен-
ным газом — аммиаком. В стенке сосуда сделана Щель, сквозь
которую молекулы аммиака вылетают наружу. При этом они
не только движутся вперед, но и колеблются. Поток колеб-
лющихся молекул направляется в так называемый объемный
резонатор — радиоэлектронную колебательную систему, на-
строенную на их частоту. В резонаторе возникают электриче-
ские колебания. Они усиливаются ламповым усилителем и
после ряда преобразований приводят в действие часовые стрел-
ки, как это делается в кварцевых часах.
Точность молекулярных часов баснословна. Чтобы они ушли
вперед или отстали на секунду, потребуется 3 000 лет!
1 О спектре см. раздел «Проводник наполовину».
ЗВУКИ, КОТОРЫХ НЕ слышно
В годы первой мировой войны известный французский
физик Ланжевен, впоследствии коммунист, работал над созда-
нием прибора, позволяющего издали обнаруживать вражеские
подводные лодки. Для этой цели он решил использовать неслы-
шимые ультразвуковые волны.
Если на пути звуковой волны возникает препятствие: горы,
скалы, лес, то волна отражается от него и возвращается назад
в виде эха.
Это свойство звуковых волн Ланжевен и решил использо-
вать для дальнего обнаружения подводных лодок. Зная ско-
рость распространения волны в воде, а также время между
посылкой короткого ультразвукового сигнала — импульса —
и его возвращением, можно подсчитать расстояние до подвод-
ной лодки или другого препятствия, отразившего звук.
На этом же принципе основана радиолокация, только там
используются не звуковые, а электромагнитные волны.
В качестве источника ультразвуковых волн Ланжевен при-
менил уже знакомую нам пьезокварцевую пластинку. Пластин-
ка подключалась к мощному генератору электрических коле-
баний и вследствие пьезоэффекта начинала интенсивно ко-
156
лебаться. При этом она «подкачивала» воду, и в воде появ-
лялся узкий, направленный под прямым углом к пластинке
пучок ультразвуковых волн.
Кварцевая пластинка служила и приемником ультразвука.
Звуковая волна, встречая такую пластинку на пути, застав-
ляет ее колебаться (вспомните, как колеблются на волнах
мелкие щепки, клочки бумаги и т. п.). В результате пьезо-
эффекта пластинка преобразует энергию ультразвуковых волн
в энергию электрических колебаний, которые затем воспри-
нимаются специальным радиоприемником.
Таким образом, излучение и прием ультразвука основаны
на радиоэлектронике. В любой ультразвуковой установке вы
найдете мощный генератор электромагнитных колебаний, а в
некоторых устройствах — и чувствительный радиоприемник.
Какое же применение находит ультразвук в народном
хозяйстве?
Начнем с мореплавания. На многих судах имеется эхо-
лот— ультразвуковой прибор, позволяющий определять глу-
бину моря, промерять рельеф морского дна, обнаруживать
подводные скалы и затонувшие корабли.
Недавно ученые сделали интересное открытие. Оказывает-
ся, в океане, на определенных глубинах, проходит подводный
звуковой канал, по которому звук может распространяться
на огромные расстояния. Предположим, судно терпит аварию.
Необходима помощь. И вот, чтобы сигнализировать об этом,
сбрасывают в океан небольшую бомбочку, которая автомати-
чески взрывается, достигнув «подводного канала». На побе-
режье в нескольких местах расположены наблюдательные
пункты, поддерживающие между собой радиосвязь. От каждого
наблюдательного пункта идет линия к приемнику ультразвука,
погруженному в воду. В момент, когда приемник уловил
аварийный сигнал, автоматически засекается время. На разных
наблюдательных пунктах оно, естественно, будет несколько
различным — ведь пункты находятся не на одинаковом рас-
стоянии от места аварии. Сопоставив по радио моменты приема
аварийного сигнала на каждом из пунктов, очень точно опре-
деляют координаты корабля, терпящего бедствие, и направ-
ляют к месту кораблекрушения спасательные суда и самолеты.
В будущем подводная сигнализация, бесспорно, получит
большое распространение.
А вот как применяется ультразвук в промышленности.
В 1928 году советский ученый С. Я. Соколов изобрел ультра-
звуковой дефектоскоп — прибор для обнаружения трещин и
.раковин в металлических изделиях и твердых пластмассах.
Принцип действия такого прибора прост. Узкий пучок ульт-
развука проходит сквозь исследуемое изделие. Если в толще
157
изделия скрыта трещина или раковина, то звук частично от-
ражается и идет обратно, где улавливается приемником. Прием-
ник соединен со специальным радиоэлектронным прибором —
осциллографом, на экране которого, напоминающем экран
телевизора, появляется светящаяся кривая — осциллограмма.
По ее виду судят о характере дефекта.
Мощные ультразвуки обладают способностью дробить твер-
дые тела. На этом основаны ультразвуковые буры и сверла.
С их помощью можно быстро проделывать отверстия любой
конфигурации даже в телах, обладающих очень большой твер-
достью, например, в кварце, что не удается сделать никаким
иным способов.
Этой особенностью ультразвука воспользовались... зубные
врачи. Сколько мучений причиняет бормашина человечеству!
А что если вместо нее использовать ультразвуковой бур? Блес-
тящая мысль! Первые же опыты показали, что он обрабатывает
дупло и быстрее, и деликатнее. Видно, бормашине суждено
скоро отойти в область преданий.
Многие знают, как трудно паять алюминий. На его поверх-
ности имеется плотная пленка окиси, препятствующая пайке.
Был создан ультразвуковой паяльник. Его стержень колеб-
лется с достаточно высокой частотой и сдирает пленку, так что
припой ложится на чистый металл.
В ультразвуковом паяльнике пьезоэлектрической пластин-
ки нет. Там колебания возникают за счет другого — магнито-
стрикционного — эффекта. Если вокруг стального стержня
намотать изолированную проволоку и подключить ее концы
к электрическому генератору, то стержень, периодически на-
магничиваясь и размагничиваясь, начнет колебаться — пооче-
редно удлиняться и укорачиваться. Это и есть магнитострикция.
Ультразвуковые устройства очень распространены в химиче-
ской промышленности. Ультразвук ускоряет многие химические
превращения, разлагает некоторые сложные вещества. С его
помощью получают однородные смеси жидкостей, которые
обычно не смешиваются и не растворяются друг в друге. На-
лейте в стакан ртуть и воду. Тяжелая ртуть сразу окажется
на дне. Как бы вы ни пытались размешать или взболтать жид-
кость, капельки ртути будут быстро опускаться на дно и со-
бираться вместе. Но пропустите через жидкость мощный
ультразвук — вода и ртуть смешаются в однородную, серого
цвета массу. Такое подобие раствора называют эмульсией.
Благодаря ультразвуковым колебаниям удается получать эмуль-
сии различных масел, парафина и других веществ.
Вот, например, майонез — распространенная приправа к
самым разнообразным кушаньям. Он изготовлен с помощью
ультразвука. То же можно сказать и о маргарине. А фотолю-
158
бителям будет небезынтересно узнать, что в приготовлении
фотоэмульсии также участвует ультразвук. Он позволяет по-
лучать «мелкое зерно» на изображении, так как измельчает
и тщательно перемешивает частицы эмульсии.
Таковы некоторые современные применения ультразвука.
А что можно сказать о его будущем? Перспективы исключи-
тельно богаты и многообразны. Ведь создан даже ультразвуко-
вой микроскоп, позволяющий рассматривать микроскопические
предметы, скрытые в толще непрозрачных тел. Мало ли по-
добных «чудес» принесет будущее!
Кое-что можно предугадать и теперь.
Ученые полагают, что при помощи ультразвука удастся
очищать воздух от дыма, рассеивать туманы. Дым и туман —
скопления мельчайших частиц сажи или воды, висящих в
воздухе. Если через пространство, наполненное туманом, про-
пустить достаточно мощную ультразвуковую волну, то ка-
пельки воды начнут метаться из стороны в сторону. При
этом они должны неизбежно сталкиваться, сливаться друг
с другом и оседать на землю.
Установив ультразвуковые устройства в заводских трубах,
можно будет очистить воздух в городах и рабочих поселках
от дыма и копоти, еще более оздоровить быт трудящихся.
Пройдет несколько лет, и в наших домах появятся ультра-
звуковые машины для стирки белья. Вибрационный стираль-
ный прибор, в котором колебания происходят с низкой звуко-
вой частотой, уже освоен промышленностью. Применив неслы-
шимые звуки, мы значительно повысим эффективность этого
прибора.
Большую помощь окажет ультразвук слепым. Портативные
звуковые локаторы в какой-то мере смогут заменить глаза.
Ведь летучая мышь — «живой эхолот» — прекрасно обходится
без зрения: она ориентируется в пространстве, испуская ко-
роткие ультразвуковые импульсы и улавливая их эхо. Модели
звуковых локаторов уже имеются. Одна из них «видит» даже
тонкую бечевку, натянутую в нескольких метрах. Возможности
для усовершенствования «ультразвукового глаза» в сочетании
с «электрическим глазом» — фотоэлементом и быстродействую-
щей электронной машиной почти безграничны.
ЗАКОНСЕРВИРОВАННЫЙ ЗВУК
«Говорит Москва. Передаем русские народные песни в ис-
полнении Федора Ивановича Шаляпина...»
И вот машина времени уносит нас на десятки лет назад. Мы
слышим раскаты бархатного шаляпинского баса, давным-давно
прозвучавшие неповторимые звуки.
Но отчего же неповторимые? Ведь мы слышим их вновь
и вновь. Хотя уже много лет, как не стало великого певца,
а его песня, широкая, раздольная русская песня, живет,
бунтуцт, наполняет сердца волнением и гордостью.
Пройдет еще не одно столетие, а наши потомки по-прежнему
будут наслаждаться этими чудесными звуками, над которыми
пе властно время.
До нас дошли изумительные скульптуры, изваянные за
тысячи лет до нашей эры, великолепные произведения Рафаэля,
Тициана, Рублева. Эти шедевры искусства пережили века.
А где же вы, звуки волшебной скрипки Паганини? Разве не
заслуживали вы бессмертия?
Увы! Они исчезли бесследно. Только в конце прошлого
столетия люди научились «консервировать» звуки. В феврале
1878 года знаменитый американский изобретатель Эдисон взял
160
патент на фонограф (от греческих слов «фоне» — звук и «гра-
фо» — пишу). Что же представлял собой этот аппарат, впервые
позволивший поймать зыбкий, мгновенно тающий звук, превра-
тить его в самую обыкновенную вещь, которую можно взять
в руки?
Фонограф представлял собой... Впрочем, пусть лучше рас-
скажет о нем современник Эдисона, редактор американского
журнала «Сайентифик Америкэн»:
«Я только что явился в контору, когда мне доложили о
приходе мистера Эдисона... Войдя в мой кабинет, он поставил
передо мной сверток, который до того времени бережно дер-
жал в руках. В то время как он снимал упаковку, я спросил,
что это такое. «Сейчас увидите»,— отвечал Эдисон. С этими
словами он придвинул ко мне странный аппарат. При виде
длинного цилиндра, снабженного на одном конце тяжелым
колесом и небольшой ручкой на другом, я, естественно, взялся
за ручку и повернул ее. Каково же было мое удивление, когда
из трубки прибора, напоминающей телефонную, явственно
послышались слова: «Здравствуйте! Скажите, что вы думаете
о фонографе?» Если бы я сказал, что был изумлен, это совер-
шенно не соответствовало бы испытанному мною тогда чувству...»
Неудивительно, что многим людям того времени фонограф
казался либо «чертовщиной», либо ловким жульничеством.
Во время демонстрации фонографа на заседании Парижской
академии наук один из академиков заявил, что не желает при-
сутствовать при сеансах чревовещателя.
А между тем ничего сверхъестественного в работе фоно-
графа не было. Вот что рассказывает о своем изобретении сам
Эдисон:
«Я был занят прибором, который автоматически передавал
азбуку Морзе... причем лента с оттисками букв проходила
через валик... Пуская в ход этот прибор, я заметил, что при
быстром вращении валика, по которому проходила лента с
оттисками, слышался жужжащий ритмический звук... Я при-
строил к аппарату диафрагму с особым приспособлением, ко-
торое могло бы воспринимать звуковые волны моего голоса
и выдавливало бы их на каком-нибудь мягком материале,
укрепленном на валике. Я остановился на пропитанной пара-
фином бумаге и получил прекрасные результаты. При быстром
вращении валика оттиснутые на нем знаки... повторяли вибра-
ции моего голоса, и через особый передающий прибор с другой
диафрагмой явственно различались слова, как будто говорила
сама машина...»
Вскоре на смену фонографу пришел граммофон. По сути дела
граммофон — тот же фонограф, только валик заменен здесь
плоским диском — граммофонной пластинкой.
6 А. Плонский
161
Вот она перед вами — обыкновенная грампластинка, какие
найдутся в любом доме. Взгляните на ее извилистую бороздку.
Извилины этой бороздки напоминают застывшие гребни мор-
ских волн. Игла граммофона, следуя по извилинам, вибри-
рует, трясется, как телега на ухабистой дороге. Там, где
они расположены ближе друг к другу, частота колебаний выше,
а там, где реже, игла колеблется с меньшей частотой.
Колебания граммофонной иглы передаются упругой мембра-
не — тонкой, туго натянутой металлической пластинке, а от
нее, через рупор — окружающему воздуху.
Как же звук записывается на пластинку?
Представьте плоский диск из твердого воска. Диск этот
может вращаться подобно граммофонной пластинке. Вдоль
радиуса диска равномерно перемещается особый резец, оставляя
на диске гладкую бороздку. Поскольку диск не стоит на месте,
а вращается, бороздка имеет вид спирали.
Представьте еще, что резец, как игла граммофона, прикреп-
лен к мембране. Мембрана, в свою очередь, соединена с ру-
пором, улавливающим звуки. Если крикнуть в рупор, мембра-
на задрожит, и резец тоже начнет колебаться. Спиральная
бороздка на диске покроется рябью извилин. Звук «пойман»!
Далее воск в специальных ваннах покрывают слоем металла.
Получается форма. Ею затем и штампуют те грампластинки,
которые все вы много раз видели.
Стало быть, записать звук можно и без радиоэлектроники.
Но такая запись полна искажений.
Даже современный патефон имеет много недостатков. Он
воспроизводит музыку и речь с заметными искажениями, из
рупора слышится неприятное шипение. Громкость воспроиз-
ведения недостаточно велика, регулировать ее в соответствии
с желанием слушателя невозможно. Вдобавок пластинка быстро
изнашивается.
Гораздо лучшие результаты получаются при электрической
записи и воспроизведении граммофонных пластинок. Резец
современного звукозаписывающего аппарата соединяется с элек-
тромагнитным рекордером, действующим подобно телефонному
наушнику или громкоговорителю. Рекордер включается на
выход усилителя. На вход усилителя подаются колебания,
которые нужно записать. Усиление и тембр регулируются так,
чтобы звук при воспроизведении получался естественным, а
искажения были бы незаметны.
В «радиограммофоне» колебания иглы при ее движении по
бороздке грампластинки передаются адаптеру, или звукосни-
мателю, преобразующему их в электрические колебания. Затем
происходит усиление этих колебаний и преобразование их
в звук с помощью громкоговорителя.
162
Наиболее распространены звукосниматели, действие кото-
рых основано на пьезоэлектрическом эффекте. В них механи-
ческие колебания иглы передаются пьезоэлектрической плас-
тинке и превращаются ею в переменный электрический ток»
Следовательно, и
здесь пьезопластинка
выступает в обычной
для нее роли преоб-
разователя энергии.
Запись на граммо-
фонную пластинку —
не единственный и
далеко не лучший вид
звукозаписи. В кино,
например, звук за-
писывается в виде
зазубренной дорожки
на краю киноленты.
Сквозь эти зазубрины
пробивается узкий
пучок света, падаю-
щий на фотоэлемент,
который включен во
входную цепь радио-
усилителя. В зависи-
мости от характера за-
зубрин освещенность
фотоэлемента изме-
няется, стало быть,
меняется сила элек-
трического тока. На
входе усилителя воз-
"НРГ'КЯТОТ электпичр- ** BEKOBE4EHI1E ЗB^ К\. 1 — пьрзоэффвкт;
F 2—собранный звукосниматель с пьезопластпн-
СКИе колебания, И кой; 3 — звукозапись с помощью ренордера,
„ л__ 4 — 5 — воспроизведение звука,
в громкоговорителе F
слышится звук.
Но самый замечательный звукозаписывающий аппарат —
магнитофон.
Тонкая пленка шириной в несколько миллиметров покрыта
с одной стороны ровным слоем коричневого вещества. Это
лак, содержащий частички ржавчины — окиси железа. Но
обыкновенная ржавчина, оказывается, обладает необыкновен-
ными свойствами — она способна говорить!
Возьмите стальной брусок и приложите его к магниту. Те-
перь уберите магнит. Брусок успел намагнититься — сам стал
магнитом, приобрел способность притягивать железные пред-
6*
163
ЭЛЕКТРОМАГНИТ ЗАПИСЫВАЕТ ЗВУК.
Перед нами схема магнитофона. С катушки
на катушку перематывается тонкая пленка,
покрытая слоем ржавчины. Пленка проходит
мимо электромагнитов 3, 4 и 5. Это так
называемые стирающая, записывающая п
воспроизводящая головки. Стирающая голов-
ка 3 подключена к генератору переменного
тока высокой частоты 1. Электромагнитные
колебания, циркулирующие 5 головке, сти-
рают старую, ненужную запись. Чистая
пленка движется дальше к записывающей
головке 4, которая соединена с выходом лам-
пового усилителя 2. К этой головке пере-
даются от усилителя колебания звуковой
частоты. Они намагничивают пленку то силь-
нее, то слабее — в такт звука. Если теперь
включить усилитель 6, вход которого сое-
динен с воспроизводящей головкой 5. в гром-
коговорителе будет слышно то, что мы запи-
сали на пленке.
меты. Такое явление называется остаточным намагничиванием.
В магнитофоне используется специальный электромагнит —
катушка из провода, намотанного вокруг сердечника из мяг-
кого железа. Притягивающая сила такого электромагнита за-
висит от величины тока в его обмотке. Электромагнит подклю-
чается на выход усилителя вместо наушников. Вы говорите
в микрофон, а притягивающая сила электромагнита то воз-
растает, то падает — в такт звуку.
Начнем перематывать пленку, покрытую ржавчиной, с одной
катушки на другую так, чтобы лента проходила вблизи нашего
электромагнита. Пленка будет все время намагничиваться,—
то сильнее, то слабее в зависимости от силы звука.
Быстро перемотаем намагниченную пленку обратно на пер-
вую катушку. Теперь повторим все с начала, но электромагнит
переключим на вход усилителя, а к выходу присоединим
наушники или громкоговоритель. Мы услышим звуки, только
что произнесенные перед микрофоном.
Дело в том, что магнитное поле вокруг движущейся пленки
все время меняется, так как в разных местах пленка намагни-
чена неодинаково.
Это изменяющееся поле воздействует на электромагнит и
по закону электромагнитной индукции «наводит» в его об-
мотке ток, который после
усиления и приводит в дей-
ствие громкоговоритель.
По такому принципу ра-
ботает миниатюрный «за-
вод» , консервирующий
звук. Чтобы магнитофон
работал хорошо, пленка
должна перематываться с
катушки на катушку стро-
го равномерно, с постоян-
ной скоростью. Электро-
магнит (его называют маг-
нитной головкой) обычно
делается в виде кольца с
поперечной щелью шири-
ной менее сотой доли мил-
лиметра. Щель концентри-
рует магнитное поле. Ведь
для того, чтобы перо хо-
рошо писало, его нужно
заострить. Магнитная го-
ловка играет роль такого
остро отточенного пера.
164
Магнитофон обладает многими замечательными достоинств
вами. Записанную пленку можно проигрывать тысячи раз —
качество звучания не ухудшится. Но вот запись нам надоела.
Что же, выбросить ее? Вовсе нет. Записанное легко стереть —
для этого нужно пропустить через головку электрический ток
ультразвуковой частоты. Он размагнитит пленку, и на ней
снова можно записывать все, что угодно.
Но вот пленка оборвалась. Пострадает ли запись? Нет!
Пленку нетрудно склеить, и вы даже не заметите на слух, что
был разрыв. А треснувшая грампластинка издает неприятный
щелчок всякий раз, когда игла проходит через трещину.
Магнитофон все более становится неотъемлемой частью на-
шей жизни. Передачи по радио очень часто даются в записи
на магнитную пленку. Мы слышим выступление знаменитого
артиста, думаем, что он сейчас перед микрофоном радиостудии,
а исполнитель тем временем сидит возле радиоприемника и
слушает собственный голос.
Десятки тысяч картонных папок с катушками магнитной
пленки хранятся в фонотеке Всесоюзного радио — в сокро-
вищнице звуков. Звуки надежно «законсервированы», и спустя
много лет наши потомки смогут услышать голос двадцатого
века, голос людей, строивших для них счастливое будущее.
РАДИОМУЗЫКА
Разговор будет не о музыке, передаваемой по радио, а об
инструментах, в которых вместо струн — электронные лампы
и колебательные контуры.
Всякий музыкальный звук характеризуется высотой, гром-
костью, тембром.
Мы знаем, что высота звука это выражение частоты звуко-
вых колебаний, громкость зависит от их размаха, амплитуды.
А вот тембр... Знаете ли вы, что это такое?
Тембр — своеобразная окраска звучания. Каждый музы-
кальный инструмент звучит по-своему, обладает собственным,
неповторимым тембром. Одна и та же нота на разных инстру-
ментах получается как-то неодинаково. В чем тут дело?
Оказывается, любой музыкальный звук представляет собой
целую «семью» звуков. Помимо «главы» этого «семейства» — ос-
новного, наиболее громкого тона, имеется еще масса гармо-
ник — «подголосков». Высота каждой гармоники в то или иное
число раз больше высоты основного тона.
В разных инструментах гармоники распределены по-раз-
ному. В одних они громче, в других — тише. Гармоник может
быть больше или меньше. Иногда к этому стройному «хору»
166
присоединяется стук клавишей или скрип смычка. Скрипач
тратит годы, прежде чем научится извлекать приятные звуки
из своего капризного инструмента.
Скрипка вообще загадочный инструмент. Его нельзя рас-
считать, как рассчитывают машины или приборы. Даже сам
скрипичный мастер заранее не знает, что у него получится.
Знаменитые мастера, такие, как Страдивариус или Гварнери,
уносили свои секреты в могилу.
Хорошие скрипки уникальны.
То же можно было бы сказать о многих других музыкаль-
ных инструментах. Получается парадокс: с одной стороны,
высокая музыкальная культура современного общества, с дру-
гой — кустарные методы изготовления музыкальных инстру-
ментов, работа вслепую, труд, лучшими образцами которого
служат творения чуть ли не средневековых мастеров!
Этот парадокс заинтересовал радиоинженеров. Они попы-
тались сравнить возможности обычных, механических источни-
ков звука, в том числе и музыкальных инструментов, с возмож-
ностями электрических генераторов. И сравнение оказалось
не в пользу первых. Электрические генераторы способны
давать намного более чистый, устойчивый звук, чем музыкаль-
ные инструменты. С помощью электронных ламп и колебатель-
ных контуров можно получить любые созвучия. Управлять
высотой и громкостью звука здесь значительно проще, чем в
обычных инструментах.
Прообраз радиомузыкального инструмента — громоздкий
аппарат под названием телехрон <— появился еще в конце
прошлого века. В этом инструменте музыкальные тоны созда-
вались машинными генераторами, такими, как на обычных
электростанциях, только менее мощными и вырабатывающими
токи различных звуковых частот, например, 1000 колебаний
в секунду, 2 500, 4800 и др. Для каждой ноты имелся свой
комплект генераторов. Все генераторы, дающие какую-либо
одну ноту, имели общую ось и включались одновременно.
Но один из них «вырабатывал» основной тон, второй — гар-
монику, скажем, вдвое большей высоты, третий — еще более
высокую и т. д.
Громкостью звучания управляли с помощью множества эле-
ктромагнитных реле и регулируемых электрических сопро-
тивлений — реостатов. И хотя телехрон был весьма несовер-
шенен, музыкантов изумляла легкость игры на этом инстру-
менте, чистота его тона.
Конечно, сложный и чересчур громоздкий телехрон не
получил распространения. Но когда появились электронные
лампы и ламповые генераторы, стало возможным создать радио-
музыкальные инструменты, не уступающие обычным не только
167
в красоте звучания и легкости управления, но и в конструк-
тивных качествах. Возьмем, к примеру, такой инструмент,
как орган. В нем звук одного и того же тона, но разной ин-
тенсивности создается различными трубами. Отдельная труба
не может звучать то громко, то тихо. Громкость же генератора
легко изменяется в больших пределах. Поэтому каждый гене-
ратор может заменить значительное число труб. Изменяя на-
стройку его колебательного контура, легко получать звуки
разной высоты. Вот почему электронный орган приобретает
сейчас все большее распространение. В одном из таких ин-
струментов около девяноста генераторов обеспечивают как
основные, т"ак и гармонические тоны большинства музыкаль-
ных нот.
• Помимо электронного органа, создано много других радио-
музыкальных инструментов — контрабас, кларнет и др. Неко-
торые из них уже используются в оркестрах, например, в Бос-
тонском симфоническом оркестре.
Существуют радиомузыкальные инструменты, способные
подражать голосу своих собратьев. С помощью такого ин-
струмента нетрудно воспроизвести тембр скрипки, виолончели,
рояля. Здесь удается регулировать звучание каждой отдель-
ной гармоники, что в простых инструментах сделать невозмож-
но. Электроника позволяет синтезировать звук, складывать
его из составных частей-гармоник, подбирать тембр, который
соответствовал бы замыслам автора музыкального произве-
дения.
В газете «Советская культура» от 19 июня 1958 года по-
мещена заметка о электромузыкальном многотембровом инстру-
менте «Экводин», созданном на московском радиозаводе инже-
нером-конструктором А. Володиным. «Экводин» имеет гриф,
клавиши для переключения тембров и другие регуляторы. Ин-
струмент издает звуки, напоминающие звуки скрипки, рояля,
гобоя, кларнета. Весь он умещается в двух чемоданах. «Эк-
водин» — один из экспонатов Советского павильона • на Все-»
мирной выставке в Брюсселе.
Можно представить также инструмент, способный заменить
собой целый оркестр. Один музыкант будет играть на нем ор-
кестровые произведения.
Не является фантастическим и такое предположение. В
запоминающее устройство электронной машины вкладывают
специально обработанные ноты музыкального произведения,
и вы слышите изумительно чистое и богатое оттенками звуча-
ние... Здесь уже невозможны промахи и шероховатости. Ука-
зания композитора на партитуре или клавире будут выпол-
нены с математической точностью. Большего от машины, ко-
нечно, требовать нельзя.
ПОЙМАННЫЕ ВИБРАЦИИ
Почти любое движение сопровождается вибрациями. Виб-
рируют движущиеся части п основания станков, крылья само-
летов, вращающиеся роторы электродвигателей, паровых тур-
бин и гидрогенераторов, дрожат мосты, когда по ним проходят
поезда, колышутся на ветру ветви деревьев.
Вибрации возникают под действием сил, направление
которых почему-либо меняется. Такие нагрузки, называемые
знакопеременными, представляют грозную опасность для ме-
ханизмов и сооружений. Известны случаи, когда в результате
знакопеременных нагрузок разрушались массивные стальные
валы, лопатки турбин, разваливались на части самолеты.
Особенно опасны явления резонанса, того самого резонанса,
который служит основой современной радиотехники. Так,
не особенно сильная вибрация грунта, вызываемая работой
бензинового движка, благодаря резонансу перерастает в на-
стоящее землетрясение, способное раскачать многоэтажное зда-
ние; строевой шаг взвода солдат может разрушить мост.
Частота вибраций лежит в широких пределах — практи-
чески от десятой доли до сотен и даже тысяч колебаний в се-
кунду. Амплитуда (размах) вибраций также бывает разной,
причем она может то возрастать, то уменьшаться.
169
Мы способны почувствовать вибрацию, наконец, увидеть
ее, если она достаточно велика. Но наблюдать картину коле-
баний, рассмотреть, как именно вибрирует тело, не так-то
просто.
Можно, например, прикрепить к поверхности вибрирую-
щего предмета пишущее перо. Если теперь перематывать с
одного барабана на другой бумажную ленту так, чтобы перо
касалось бумаги, па ленте сама собой будет рисоваться кар-
тина вибрации.
Однако амплитуда иногда бывает настолько мала, что перо
оставит на ленте прямую линию. Кроме того, барабан с лентой
не на каждой машине пристроишь.
В этих случаях незаменимую помощь оказывает радио-
электроника. Она позволяет получить точную фотографию
исследуемых вибраций, независимо от их частоты и амплитуды.
Невидимую простым глазом картину вибраций воспроиз-
ведет так называемый датчик — крошечный приборчик, для
которого найдется место в любом механизме. Датчик преобра-
зовывает механические вибрации в электрические колебания.
А уж их совсем нетрудно передать по проводам на любое рас-
стояние, усилить сколь угодно, и, наконец, увидеть на экране
электронно-лучевой трубки.
Существует много различных датчиков. В качестве датчика
можно применить, например, конденсатор. Во время вибрации
расстояние между пластинами конденсатора меняется. Изме-
няется, стало быть, и его емкость. Включим такой конден-
сатор в колебательный контур генератора, и при вибрациях
частота генерируемых колебаний будет скакать. А если теперь
настроить на частоту этого генератора приемник, то напря-
жение на его выходе станет меняться в соответствии с виб-
рациями.
Еще лучший датчик — пьезоэлектрическая пластинка.
Вспомните звукосниматель радиограммофона. Граммофонная
игла, следуя по бороздке пластмассовой пластинки, все время
вибрирует. Вибрации иглы передаются пьезоэлектрической
пластинке, превращающей их в колебания электрического
тока. С помощью пьезопластинки можно «поймать» и любую
другую вибрацию. А дальше путь ясен: обыкновенный усили-
тель, электронно-лучевой осциллограф — и вот перед нами за-
зубренная светящаяся кривая. Это и есть пойманная виб-
рация.
Взглянув на экран осциллографа, конструктор сразу видит,
опасны ли вибрации, на какой частоте машина дает резонанс,
что нужно в ней переделать.
Радиоэлектронные датчики применяются также для изме-
рения давлений и ускорений.
170
Необходимость в измерении давлений возникает очень часто.
Машинист паровоза должен знать, каково давление пара в
котле. Если оно слишком мало — поезд остановится, если
слишком велико — может взорваться котел. Метеоролог, не
зная атмосферного давления, не составит прогноз погоды.
Врачу для определения болезни нередко требуется определить
давление крови в кровеносных сосудах больного.
Измеряют давление с помощью манометров. Но обычные
жидкостные и механические манометры не всегда пригодны.
Жидкостным манометром измеряется лишь сравнительно не-
большое давление. Кроме того, на быстрые изменения дав-
ления он не успевает реагировать.
Механический манометр тоже недостаточно совершенен. Его
чувствительность низка, поэтому им нельзя обнаружить слабых
давлений. Непригоден он и при определении очень больших
давлений, например, в цилиндре двигателя.
Всех этих недостатков лишен пьезоэлектрический манометр.
Им можно измерять и мизерные, и гигантские давления, ре-
гистрировать изменения, происходящие в кратчайшие мгно-
вения.
Кварцевая пластинка очень прочна, она выдерживает колос-
сальные нагрузки. Величина электрического заряда на ее
электродах строго зависит от давления: чем оно выше, тем
больше и заряд. Благодаря высокой упругости кварца пластин-
ка под давлением сжимается незначительно. Именно поэтому
манометр мгновенно отзывается на малейшее изменение дав-
ления. Наконец самый незначительный заряд на электродах
пластинки может быть усилен в нужное число раз.
Благодаря этим преимуществам пьезоманометры приме-
няются во многих отраслях народного хозяйства. На железнодо-
рожном транспорте с их помощью исследуют давление, которое
оказывает на рельсы проходящий поезд. В станкостроении
определяют усилия, возникающие при работе станков. Пьезо-
электрические манометры помогают ученым изучать про-
цессы, происходящие в стволах орудий в момент выстрела,
или в цилиндрах двигателей.
А вот как действуют радиоэлектронные акселерографы —
приборы для измерения ускорений.
Между массой тела, его ускорением (приростом скорости
за одну секунду) или замедлением (потерей скорости за одну
секунду) и силой инерции существует прямая зависимость.
Чем больше масса тела и его ускорение (или замедление), тем
больше эта сила. Такой закон механики иногда формулируют
следующим образом: сила равна произведению массы на ус-
корение.
Вот с высоты отвесно пикирует самолет. У самой земли
171
летчик берет штурвал на себя, машина резко теряет скорость,
переходит в горизонтальный полет. В этот момент детали само-
лета и организм летчика подвергаются громадной нагрузке,
которая вызвана инерцией. Инерционную нагрузку легко рас-
считать, зная ускоренйе. Чтобы исключить возможность ги-
бели человека и разрушения машины, нужно знать величину
допустимого' ускорения: Ее устанавливают во время испыта-
тельных полетов. Для этой цели и служат акселерографы.
Пьезоэлектрический акселерограф — это та же кварцевая
пластинка, на поверхность которой посредством пружинного
устройства давит груз. Масса этого груза заранее известна.
Акселерограф устанавливается на самолете.
Когда самолет резко снижается, на груз акселерографа,
как и на все, находящееся в машине, давит инерционная сила.
Давление передается пьезоэлектрической пластинке. Осталь-
ное нам уже известно. Чем больше ускорение (или замедление),
тем сильнее давит груз на пластинку. Значит, по величине
давления легко судить об ускорении. Радиоэлектронные мано-
метры и акселерографы приобрели добрую славу в машино-
строении и на транспорте.
172
РАДИО ПЕЧАТАЕТ КНИГИ
— Тут уж автор явно потерял чувство меры,— подумает
иной читатель, взглянув на заголовок.— Разве имеет отноше-
ние одно к другому?
Оказывается, имеет. В типографиях будущего мы не встретим
ни громоздких полиграфических машин, ни наборных касс,
ни травильных и фоторепродукционных устройств. Их заменит
новейшая радиоэлектронная аппаратура, позволяющая обой-
тись без традиционных печатных форм, берущих начало со
времен первопечатника Ивана Федорова.
Трудно поверить, что книгу в 1500 страниц можно напе-
чатать всего лишь за одну минуту! Но именно с такой
скоростью — 25 оттисков в секунду — будут работать радио-
электронные печатные машины. Современные же ротационные
аппараты дают один оттиск за две секунды. По какому же
принципу действует радиоэлектронная печатная машина?
Представьте себе особый телевизор, в котором роль экрана
играет лист бумаги. Конечно, в этом случае изображения мы
не увидим, но оно будет существовать в скрытом виде. Ведь
электронный луч, двигаясь по бумаге, оставляет на ней электри-
ческий заряд. Величина заряда, как и яркость обыкновенного
173
телевизионного экрана, в разных местах неодинакова. Стало
быть, на бумаге появляется невидимое электрическое изобра-
жение. Его нужно проявить.
Мы знаем, что электрически заряженные тела притягивают
мелкие частички, пушинки, пыль. Чем больше заряд, тем
сильнее это притяжение. Распылим в воздухе типографскую
краску. Частицы краски осядут на заряженные участки бу-
маги, и на ней возникнет отчетливое изображение, как если бы
оно было отпечатано обычным способом.
В типографском «телевизоре» луч движется только по го-
ризонтали -7 взад и вперед. Вертикальное движение луча от-
сутствует. Зато в этом направлении перемещается сама бумага.
Перед трубкой проходит бумажная лента. Скорость ее движе-
ния очень велика — 8 метров в секунду! Электронный луч
рисует на ленте невидимое изображение, которое затем про-
является. Скорость такой печати равна скорости, с какой
следуют друг за другом кадры при обычной телевизионной
передаче — 25 кадров в секунду!
Таким методом можно печатать и текст, и иллюстрации,
причем последние нетрудно делать трехцветными.
Телевизионная аппаратура для быстродействующих печат-
ных устройств уже разрабатывается кафедрой физической химии
Московского полиграфического института в содружестве с ка-
федрой телевидения Ленинградского электротехнического ин-
ститута связи имени М. А. Бонч-Бруевича.
Существуют и другие методы радиоэлектронной печати.
Изображение может фиксироваться не только электрическим,
но и магнитным полем. Многим известен школьный опыт: на
листок бумаги, помещенный между полюсами магнита, насы-
пают мелкие железные опилки. Частички железа распола-
гаются не как подало, а вдоль так называемых силовых линий,
соединяющих полюсы. На бумаге возникает целый сноп таких
линий. Если вместо опилок взять распыленную магнитную
краску, то линии окажутся напечатанными, словно на ти-
пографской машине.
По такому принципу можно создать радиоэлектронное
устройство, наносящее на бумагу «магнитные» буквы или изоб-
ражения.
Как видите, радио не довольствуется ролью газеты без
бумаги. Печатание самых обыкновенных, бумажных газет,
книг и журналов — это в будущем тоже станет делом радио-
электроники. И уже близок день, когда мы сможем развер-
нуть газету, которую напечатало радио.
РАДИОПРИЕМНИК! ОТПЕЧАТАННЫЙ
В ТИПОГРАФИИ
Полированный деревянный ящик, внутри — металлическая
коробка, или шасси, на ней множество различных радио-
деталей — трансформаторов, конденсаторов, колебательных кон-
туров, покрытых алюминиевой броней, между ними — пута-
ница проводов, красных, желтых, голубых, и каждый проводник
скреплен с деталью капелькой олова...
Десятки рук, вооруженных паяльниками, выполняли кро-
потливую, требующую большой аккуратности и терпения ра-
боту — монтаж радиоприемника.
Подумайте только: радиоэлектронное устройство, эта основа
современной автоматики, монтируется вручную, чуть ли не
кустарным способом! Разве можно с этим мириться?
Нет, инженеры вовсе не примирились с необходимостью
собирать радиоприемники вручную.
Долой паутину проводов! Пора отказаться от хрупких,
пожирающих львиную долю труда паек! Но одно дело слова,
а другое — практическое решение. Как избавиться от «пере-
житков прошлого»? Какую замену найти для устаревшего,
неудобного способа монтировать приемники?
175
Тут-то и возникла мысль печатать. радиоприемники типо-
графским способом. Никаких паек, никаких проводников. Их
заменит краска. Только не обычная, а содержащая в себе
мельчайшие частички металла.
Так родились «печатные схемы».
Перед нами плоская пластина из картона, пропитанного
особыми смолами и ставшего благодаря этому хорошим изоля-
тором. Кладем ее в печатную машину — и вот. на пластине отпе-
чатывается весь монтаж будущего радиоприемника. Теперь
нужно закрепить отпечаток. Для этой цели служит гальвани-
ческая ванна. Опускаем пластину в электролит — раствор
металлической соли. Метнулись вправо стрелки.электроизме-
рительных приборов — через электролит начал течь .ток. Пол-
чища ионов устремились к затейливому токопроводящему узо-
ру, отпечатанному на пластине. Буквально на глазах контуры
печатного монтажа стали обрастать металлом.
Монтаж готов. Остается укрепить детали, для которых в
пластине предусмотрительно приготовлены отверстия, затянуть
контакты, вставить радиолампы, и приемник собран.
Печатные схемы — пока еще новинка радиопромышленности.
На практике совсем не так легко втиснуть трехмерный, про-
странственный монтаж в плоскую пластину. Вот почему боль-
шинство радиоприемников делается еще по старинке. Но есть
уже и образцы печатных приемников. Их отличие — компакт-
ность и внешняя простота, за которой скрывается результат
долгих и упорных поисков, блестящая победа конструкторской
мысли, овеществленное стремление к новому.
Один из таких приемников и назван символически: «Новь».
Этот приемник уже освоен или, как говорят производствен-
ники, запущен в серию. А в лабораториях разрабатываются
новые, еще более компактные и совершенные печатные схемы.
Типографская машина становится принадлежностью радио-
завода. Конечно, это не совсем та машина, которая печатает
книги, но, во всяком случае, ее ближайшая родственница.
Полиграфия и радиопромышленность установили тесный кон-
такт.
ПЕЧЬ „ЧУДО"
Речь будет идти не о том «чуде», в котором домашние
хозяйки пекут пироги. Имеется в виду совсем другая печь,
гораздо более заслуживающая названия «чудо». С ее помощью,
например, ничего не стоит совершить такой фокус: кусок сыро-
го мяса, вмерзшего в глыбу льда; сварить, не растопив лед.
Каким образом — вы скоро узнаете. Но прежде побеседуем
о более важном — о том, как радиопечи применяются в про-
мышленности и народном хозяйстве.
Еще в древности было замечено, что кусок стали при на-
греве до высокой температуры и последующем быстром охлаж-
дении становится более твердым. Такой процесс назвали за-
калкой.
Для повышения прочности стальной детали особенно важно,
чтобы поверхностные слои сделались очень твердыми, • а серд-
цевина осталась без изменений. Если же закалить металл
насквозь, то он станет хрупким, будет легко ломаться. В
обычных печах нагрев происходит сравнительно медленно,
и металл успевает прогреться вглубь. Советский ученый
В. П. Вологдин предложил нагревать металл перед закалкой
токами высокой частоты. Такой нагрев имеет свои особенности.
177
Когда по проводу идет постоянный ток, электроны
движутся с одинаковой скоростью, равномерно заполняя
все поперечное сечение проводника, когда переменный —
электроны движутся то быстрее, то медленнее, то в одну
сторону, то в другую. Электрические поля, создаваемые та-
кими электронами, непрерывно изменяются. А мы знаем, что
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЗАКАЛКА.
Превосходная мысль! Сейчас мы полу-
чим «вечное перо»!
В катушке колебательного контура
циркулирует мощное магнитное поле
высокой частоты. Мы поместили
внутрь катушки металлический пред-
мет. Благодари электромагнитной ин-
дукции в нем возникают вихревые то-
ки. Поверхностный слой мгновенно
раскалился. Теперь самое время опу-
стить перо в холодную воду. Снаружи
оно сделается твердым, износоустойчи-
вым, а толща останется по-прежнему
вязкой. Таков эффект ваналии тонами
высокой частоты!
по закону электромагнитной
индукции всякое изменение эле-
ктрического поля влечет за со-
бой соответствующее изменение
поля магнитного. И оказывает-
ся, что изменение магнитного
ноля одного электрона мешает
двигаться другому электрону,
тормозит его. Чем выше часто-
та переменного тока, тем более
резко меняются магнитные по-
ля и тем «теснее» становится
электронам. Сопротивление про-
вода как бы возрастает. Больше
всего это сопротивление в цен-
тре проводника, где каждый
электрон окружен другими эле-
ктронами. На поверхности про-
вода электроны находятся в
более выгодном положении —
они окружены не со всех сто-
рон. Поэтому поверхностный
слой проводника оказывает то-
ку высокой частоты меныпее
сопротивление. Неудивительно,
что высокочастотный ток пред-
почитает течь до поверхности
провода.
В Московском политехническом музее показывают эффект-
ный опыт, основанный на этом явлении. Экскурсовод берется
рукой за цоколь осветительной лампочки, а вторым ее контак-
том дотрагивается до катушки мощного лампового генератора.
Лампочка ярко загорается. По телу экскурсовода течет доволь-
но сильный ток, а человек цел и невредим. Между тем
гораздо более слабый постоянный ток или ток низкой частоты,
текущий в осветительной сети, оказывается смертелен.
Все дело в том же «поверхностном эффекте». Высокочастот-
ный ток протекает по коже человека и не оказывает действия
на внутренние органы (конечно, в небольшой дозе, как при
нашем опыте). Постоянный же ток или переменный ток низкой
178
частоты проникает в глубь человеческого тела и наносит тяже-
лые травмы.
Для высокочастотного нагрева стальных изделий нужен
очень мощный генератор, такой, как в радиовещательной
станции. В катушке колебательного контура нашего генератора
циркулирует мощное магнитное поле высокой частоты. Внесем
в катушку кусок стали. Благодаря электромагнитной индукции
в нем возникнут вихревые токи. Они будут течь по поверхности.
Поверхностные слои металла мгновенно раскалятся, а серд-
цевина в первый момент останется холодной. Если теперь быстро
охладить кусок стали, то его поверхность закалится, сделается
твердой, износоустойчивой, а толща металла будет по-преж-
нему вязкой.
Регулируя частоту колебаний генератора, можно изменять
режим закалки, ее глубину. Ясно, что с понижением частоты
глубина закалки увеличивается.
Закалка токами высокой частоты в наша дни завоевала все-
общее признание и широко применяется на современных ме-
таллообрабатывающих заводах.
Высокочастотный нагрев используется и в деревообраба-
тывающей промышленности. Здесь с помощью токов высокой
частоты осуществляют быструю сушку древесины.
Чтобы высушить деревянное изделие прежними способами,
требовалось довольно много времени, так как при ускоренном
и неравномерном нагреве древесина коробилась и трескалась.
Благодаря радио этот сложный и длительный процесс упрос-
тился и сократился во много раз.
Высокочастотный нагрев дерева отличается от нагрева ме-
таллов. Во-первых, металл — проводник, а дерево — изолятор,
хотя и неважный. Во-вторых, при закалке стали мы стремились
разогреть только поверхность, а при сушке древесины необхо-
дим строго равномерный нагрев.
Вспомним, что в колебательном контуре нашего генератора,
кроме катушки индуктивности, есть конденсатор. Между плас-
тинами конденсатора действует мощное электрическое поле
высокой частоты. Если внести в него кусок дерева, то энергия
поля будет расходоваться. Дерево, как мы уже говорили, пло-
хой изолятор. Оно все-таки проводит электрический ток, хотя
и оказывает ему большое сопротивление. Энергия, запасенная
конденсатором, расходуется на то, чтобы преодолеть это со-
противление, и выделяется в виде тепла.
Чем выше частота колебаний генератора, тем больше электри-
ческой энергии переходит в тепло и тем интенсивней нагрев.
Поскольку потери энергии одинаковы по всей толще дерева
и нагрев идет равномерно, древесина не трескается и не ко-
робится.
179
Вот теперь мы можем вернуться к вопросу: как сварить
мясо, не растопив лед, в который оно вмерзло.
Поместим глыбу льда между пластинами конденсатора.
Лед — прекрасный изолятор. Потери энергии в нем очень
малы. Кусок мяса в какой-то мере проводит ток. Естественно,
что лед и мясо в электрическом поле высокой частоты по-
ведут себя по-разному. Мясо начнет нагреваться, а лед — так
льдом и останется. Кушанье будет готово настолько быстро,
что тепло не успеет передаться льду, и тот не растает.
Цыпленок, сваренный в кастрюльке из льда... Типичное
чудо. Находка для сказочника, блестящая идея для фокус-
ника-иллюзиониста !
Однако шутки шутками, а повара приобрели поистине
чудесного помощника «в лице» высокочастотной печи. В элек-
трическом поле высокой частоты кушанья разогреваются мгно-
венно, не пересыхая и не теряя вкуса. Одна минута —
и обед готов! Токи высокой частоты уже сейчас используются
для приготовления компотов, сохраняющих вкус свежих
фруктов.
А некоторые из вас, сами того не зная, отведали «высоко-
частотный» шоколад.
Раньше бобы какао — сырье для производства шоколада —
сушились в специальных аппаратах. Сквозь поток падающих
бобов продувался дым, нагретый до 160°С. Поверхность бобов
при такой сушке обжаривалась, а сердцевина оставалась сы-
рой. Кроме того, дым уносил с собой
КУРИЦА В ПОЛЕ ... ВЫ-
СОКОЙ ЧАСТОТЫ. В элек-
трическом поле высокой
частоты кушанья разогрева-
ются мгновенно, не пересы-
хая и не теряя вкуса.
некоторые ароматические вещества, со-
держащиеся в бобах. Все это ухудшало
вкус шоколада.
И вот в 1952 году доцент Мос-
ковского технологического института
А. Т. Птушкин предложил использовать
для сушки и обжарки бобов какао то-
ки высокой частоты. В Московском
энергетическом институте была изготов-
лена опытная установка для сушки бо-
бов по методу Птушкина. На ней об-
работали партию бобов какао весом в
2 тонны. Кондитерская фабрика «Крас-
ный Октябрь» изготовила из них
отличный шоколад.
В 1958 году на «Красном Октябре»
будет запущена мощная промышленная
высокочастотная установка. Она обеспе-
чит первосортным сырьем поточную ли-
нию, на которой производится шоколад.
180
Так радио стало «штатным сотрудником» кондитерской
фабрики.
Высокочастотный нагрев применяется также в медицине
для лечения некоторых заболеваний, и в биологии для уничто-
жения бактерий.
А не так давно он нашел новое «занятие». В одной из библио-
тек большое количество книг было поражено особым клещем,
разрушающим бумагу. Книги спасли, уничтожив паразитов
токами высокой частоты.
Итак, на этот раз — закалка стали, сушка древесины, спа-
сение книг, приготовление компотов и прочих блюд... Да есть
ли вообще на свете отрасль человеческой деятельности, ко-
торая не входила бы в «сферу влияния» радиоэлектроники? —
спросит читатель.
Не существует такой отрасли. Радиоэлектроника — всюду*
181
ЦЕЛЕБНЫЕ ВОЛНЫ
Много тысячелетий, не прекращаясь ни на час, идет великая
битва за жизнь человека.
Люди одержали в ней немало побед над болезнями. Чело-
вечество навсегда запомнило имена прославленных героев —
от Гиппократа и Авиценны до Пастера и Пирогова, возглав-
лявших в разные времена священную битву со смертью.
Она и сейчас в полном разгаре. Но позиции человека ныне
значительно крепче. Армия врачей стала многочисленнее и
сильнее. В ее арсенале — мощное современное вооружение,
основанное па последних достижениях науки. На службе
у медицины и многие новинки радиоэлектроники. Возникла
даже новая отрасль медицины — радиотерапия. Она исполь-
зует в качестве лечебных средств электромагнитные волны
и токи.
Радиоволны, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, рент-
геновское и радиоактивное излучение оказывают большое влия-
ние на живые организмы. В зависимости от дозы оно может
быть или губительным, или целебным.
Токи высокой и сверхвысокой частоты излечивают язвы
и ожоги, воспаления легких и плевриты, способствуют расса-
182
сыванию нагноений, убивают бактерии и мелких насекомых-
паразитов.
Многих больных направляют на прогревания. К различным
участкам тела прикладывают электроды, соединенные с радио-
генератором — источником электромагнитных колебаний. Эти
колебания, проходя через живую ткань, вызывают ее нагрев,
так же как обычный переменный ток нагревает спиральку
в электроплитке. Особенно хороший результат во многих
случаях дают ультракороткие волны. В медицине они приме-
няются уже свыше четверти века.
Токи более низкой частоты используются для лечения
электросном. Еще в прошлом веке ученые заметили, что пре-
рывистый ток оказывает на нервную систему животных свое-
образное влияние. Под воздействием такого тока животные
впадали в состояние оцепенения, переходившее в сон. В даль-
нейшем было найдено, что сильнее всего влияет ток в виде
так называемых прямоугольных импульсов.
Обычный переменный ток, текущий в осветительной сети,
нарастает и спадает плавно, по закону волнистой линии —
синусоиды. Иначе ведет себя импульсный ток. Его сила воз-
растает или спадает очень резко, почти мгновенно. Какую-то
долю секунды в цепи вообще нет тока. Затем он молниеносно
появляется, некоторое время течет, снова исчезает. Полу-
чается нечто вроде телеграфных сигналов, только более быстрых:
пауза—импульс, пауза—импульс... Если зарисовать на бумаге,
как меняется сила такого тока с течением времени, то полу-
чится ломаная линия, состоящая из ряда П-образных высту-
пов. Поэтому импульсы такого тока и называют прямоуголь-
ными.
Усовершенствованные источники импульсного тока различ-
ной частоты были созданы сравнительно недавно, уже после
того как появилась радиолампа. А в 1954 году удалось скон-
струировать первое надежное средство связи с царством кры-
латого мифического бога сна Морфея — промышленный обра-
зец прибора «электросон». Так творение рук человеческих
вторглось в область, где, как свидетельствуют сказки, до сих
пор владычествовали волшебные феи — уродливые и симпатич-
ные, злые и веселые. Из того же источника общеизвестно, что
с приближением света духи исчезают. Именно таким светом
был яркий гений Ивана Петровича Павлова, осветивший тем-
ную область сна и сновидений. А электросон явился одним
из осуществлений идей великого физиолога.
Что же представляет собой аппарат, успешно выдержавший
конкуренцию с опытными мастерами сна — волшебными феями?
Это обычный радиоаппарат с большим числом ручек, электро-
измерительным прибором и экраном вроде телевизионного,
183
только поменьше размером. От прибора идут провода, закан-
чивающиеся поясками-контактами. Поясок надевают на го-
лову, вы чувствуете еле ощутимое покалывание. Проходит
несколько минут, и незаметно наступает сон.
Механизм воздействия импульсного тока на мозг и нервную
систему полностью не изучен. Считают, что импульсы дей-
ствуют на окончания нервов в коже, воспринимаются ими и
по нервам передаются коре головного мозга. Там возникает
своего рода торможение, такое же, как и при нормальном
сне.
Аппарат «электросон» позволяет отказаться от снотворных
лекарств, приносящих вред организму. Хирурги применили
электросон во время операций. В сочетании с местным обез-
боливанием он дал прекрасные результаты. В отличие от обыч-
ного наркоза электронаркоз совершенно безвреден. Он не
ослабляет сердечную деятельность, не оставляет после себя
тошноты и головокружений.
Подобные приборы применяются при лечении параличей,
для искусственного дыхания и в ряде других случаев.
Многие из нас обращаются к радиоприборам, чтобы про-
верить деятельность своего сердца. Прибор снимает особые
кривые — кардиограммы, по которым можно судить о работе
сердца, определять характер сердечного заболевания.
Для диагностики и лечения опухолей современная медицина
использует радиоактивные вещества (меченые атомы). В ор-
ганизм человека вместе с обычной пищей вводится немного
радиоактивного иода, железа или иного химического элемента.
Меченые атомы распределяются по внутренним органам, при-
чем, как было установлено опытами, в пораженных местах на-
капливается их гораздо больше, чем в здоровых тканях.
Но как узнать, где скопились меченые атомы? Для этого
служат специальные электронные приборы, регистрирующие
радиоактивное излучение. Стрелка прибора фиксирует накоп-
ление меченых атомов.
И вот диагноз установлен: у больного злокачественная
опухоль. Необходимо срочно начинать лечение. Раньше выход
был только один — хирургическое вмешательство. Теперь вместо
него, или наряду с ним, широко применяются радиоактивное
и рентгеновское облучения, разрушающие клетки опухоли.
В рентгеновских аппаратах и специальных «ядерных пушках»,
применяемых для лечения злокачественных опухолей, видное
место занимают радиоэлектронные приборы.
Большую помощь оказывает медицинским работникам элект-
ронный микроскоп. Вот несколько примеров.
Тяжелое кишечное заболевание дизентерия возбуждается
микробами — дизентерийными палочками; их легко увидеть
184
с помощью обычного оптического микроскопа. Ученые открыли
замечательное средство против дизентерии — бактериофаг (по-
русски — «пожиратель бактерий»). Но, по достоинству оценив
новое лекарство, врачи еще не знали, какова его природа:
то ли оно содержит живые существа необычайно малых раз-
меров, то ли здесь сложное химическое вещество.
Склонялись к первому предположению. Проверить его с
помощью оптического микроскопа оказалось невозможно —
увеличение было недостаточно. Лишь электронный микроскоп
позволил подтвердить, что ученые не ошиблись. Бактериофаг —
это полчища пожирателей бактерий, каждый из которых
размером в стотысячную долю миллиметра. Пожиратели ата-
куют дизентерийную палочку, кажущуюся по сравнению с ними
громадным бревном, и быстро расправляются с ней.
До открытия электронного микроскопа были «невидимы»
и возбудители гриппа. Теперь же мы знаем, что вирусы гриппа
имеют форму шариков диаметром около восьми стотысячных
долей миллиметра.
А чем больше сведений о враге, тем легче с ним бороться.
Электронный микроскоп помог распознать причину тяжелых
легочных заболеваний, непонятно почему возникавших у ра-
бочих некоторых специальных производств. Выяснилось, что
эти болезни вызывались не микробами, а мельчайшей пылью,
содержащей ничтожно малые иголочки окиси цинка, кварца
и т. д. Некоторые из них были толщиной всего в несколько
миллионных долей миллиметра, однако они тяжело ранили
нежную ткань легких, делали людей инвалидами. Когда же
причина таких болезней выяснилась, с ними научились бо-
роться: стали применять вытяжные вентиляционные устрой-
ства, очищающие воздух от коварной пыли.
Электронный микроскоп — чудесный глаз, позволяющий
врачам подсмотреть сокровенные тайны живого организма. Но
существует столь же чудесное ухо, которое так и называют
ухом хирурга.
Во время операций врачи руководствуются зрением и осо-
бым профессиональным чувс1вом осязания, достигающим не-
обычайной остроты. Руку хирурга по ее гибкости, чуткости
и быстроте движения обычно сравнивают с рукой профессиональ-
ного музыканта.
А слух, нужен ли он для успеха операции?
В операционной, где нередко решается судьба человече-
ской жизни, царит глубокая тишина. Движение хирурга и
ассистентов совершенно бесшумны — люди понимают друг
друга без слов. Даже еле слышный звук уже отвлекает внима-
ние, ничтожный шорох раздражает. Одно единственное слово,
сказанное «под руку», может причинить серьезный вред. Вот
185
почему многие хирурги были бы, вероятно, непрочь на время
операции «выключить» собственные уши, как выключают гром-
коговоритель, когда он мешает.
Между тем богатство наших слуховых ощущений, если
его суметь использовать, сулит хирургам новые возмож-
ности.
Зрение не может проникнуть в глубокую рану, не может об-
наружить в ней осколков металла или костей. В таких случаях
хирургам приходится работать буквально на ощупь. Они ис-
следуют ранения с помощью длинных, слегка изогнутых ме-
таллических стержней — так называемых зондов. Вводя зонд в
рану, хирург медленно ощупывает ее стенки и дно в поисках
посторонних предметов, которые нужно извлечь при операции.
Когда такой предмет, например осколок снаряда или кусочек
кости, ударяется о зонд, в стержне возникает упругая волна,
и рука хирурга улавливает легкое сотрясение.
Чтобы научиться в совершенстве владеть зондом и безоши-
бочно угадывать характер инородного предмета, нужен большой
опыт. Зондирование намного облегчится, если упругую волну,
возникающую в зонде при столкновении с осколком, улавли-
вать не рукой, а чувствительным электронным прибором.
Ведь здесь мы имеем дело с обыкновенным звуком. Значит, к
нашим услугам микрофоны, улавливающие ничтожно слабую
звуковую волну, и радиоусилители, с помощью которых звук
можно усилить сколь угодно.
Был сконструирован специальный радиоэлектронный зонд,
совмещающий в себе качества обычного хирургического зонда
и миниатюрного микрофона. Радиоэлектронный зонд устроен
очень просто. Он состоит из изогнутого металлического стерж-
ня, пьезоэлемента — такого, как в граммофонных звукосни-
мателях, радиоусилителя и наушников. Толчок, воспринятый
стержнем, передается пьезоэлементу. Пьезоэлемент изгибается,
в результате чего на его электродах возникают электрические
заряды. Колебания этих зарядов усиливаются и передаются
наушникам. В наушниках слышится звук.
Радиоэлектронным зондом можно не только обнаружить
осколок, но и точно установить характер его поверхности. Если
осколок с зазубренными краями — звук в наушниках преры-
вистый, похожий на царапанье, если же поверхность гладкая,
то звук похож на шорох.
Радиоэлектронный зонд имеет и еще одно, косвенное, до-
стоинство: наушники, плотно охватывая уши хирурга, изоли-
руют его от посторонних шумов.
Возможны и другие радиохирургические инструменты,
например, нож. Разрезая мышцы различной упругости, нож
вибрирует по-разному. По характеру звука, слышимого в науш-
186
никах, врач может получить представление о том, какую
именно ткань он разрезает.
Такой «озвученный» нож будет «откликаться» на каждое
мышечное волоконце, на любой кровеносный сосудик. Хирур-
гия обогатится новым, объективным средством контроля.
Прежде чем покинуть операционную, познакомимся еще
с одним радиоэлектронным устройством, которое уже сейчас
начинает оказывать хирургам большую помощь.
Когда операцию делают под наркозом, бывает необходимо
все время следить за кровообращением в организме больного.
Успевают ли легкие снабжать кислородом кровь? Может быть,
нужно увеличить подачу кислорода?
Чтобы получить ответ, раньше прибегали к химическому
анализу крови. Это был неудобный и не особенно надежный
способ. Непрерывно следить за содержанием кислорода в кро-
ви не удавалось. Теперь на ухо больного надевают миниатюр-
ный зажимчик, с одной стороны которого расположен кро-
шечный фотоэлемент, а с другой — малюсенькая ламиочка.
Вот лампочка загорелась. Сквозь ткань ушной раковины,
сквозь густое сплетение кровеносных сосудов проникает све-
товой луч. Если кровь богата кислородом, она светлая. Света
проходит больше. Если же кислорода не хватает, кровь тем-
неет, количество света, проходящего сквозь ткань уха, умень-
шается.
В зависимости от освещенности фотоэлемент вырабатывает
больший или меньший ток. Колебания электрического тока
поступают в усилитель и, усилившись, приводят в действие
стрелку электроизмерительного прибора или перо самописца.
При этом подача кислорода регулируется автоматически.
Такие устройства, получившие название оксигемографов,
скоро займут почетное место у каждого операционного стола.
Другой подобный прибор — эритрогемометр — определяет
число красных кровяных шариков — эритроцитов. Чем их
больше, тем кровь при одинаковом содержании кислорода
темнее, тем меньше света проникает сквозь нее и попадает на
фотоэлемент.
Только что дня говорили о радиоэлектронном «ухе хирурга».
Существует еще одно радиоэлектронное «ухо». Слуховые ап-
параты с миниатюрными раДиоусилителями вернули работо-
способность тысячам людей с пониженным слухом. Радио-
электроника может возвратить слух даже людям с лопнувшими
барабанными перепонками. Барабанная перепонка восприни-
мает звуковые воздушные волны подобно мембране микрофона
и передает их слуховому нерву. Но при больших перегрузках
(например, от взрывной волны) она может выйти из строя —
повредиться или даже лопнуть. В результате наступает глухота.
187
Может ли после этого человек снова обрести слух?
Прислонитесь виском к вибрирующему корпусу станка.
Слышите гул? Звуковые колебания достигли вашего внутрен-
него уха, минуя барабанную перепонку. Говорят, что оглох-
ший Бетховен слушал игру на рояле, упершись в него концом
трости и стиснув рукоятку губами.
Услышать таким образом звук можно лишь в том случае,
если колебания очень мощны. Но мы знаем, что сравнительно
слабые звуки человеческой речи можно превращать в колеба-
ния электрического тока и усиливать в сотни и тысячи раз.
Мощные колебания поступают на специальный громкоговори-
тель. От него вовсе не требуется громкого звучания, важно
только, чтобы мембрана с силой вибрировала. Ее прижимают
не к уху, а к виску или костям, расположенным за ухом. Ко-
лебания мембраны передаются костям, а от них непосредственно
слуховому нерву.
Мы познакомились далеко не со всеми медицинскими радио-
приборами, уже существующими в наше время. А сколько их
появится в будущем!
Совсем недавно построили сложную электронную машину,
служащую моделью человеческого сердца и кровеносной сис-
темы. Эта машина переводит сердечную деятельность на язык
математики, составляет и решает математические уравнения,
отражающие работу здорового сердца и влияние различных
заболеваний и пороков. Машина вычерчивает на бумажной
ленте кривую, которую не отличишь от кардиограммы живого
человека. Врач вводит в математические уравнения поправки,
соответствующие тому или иному заболеванию. Всякий раз
характер кривой несколько изменяется. Врач сравнивает кри-
вую, вычерчиваемую машиной, с кардиограммой больного.
Если кривые совпадают, значит, диагноз правилен.
Так благодаря радиоэлектронике медицина становится
точной наукой, в которой заболевание выражается математи-
ческой формулой.
Такой метод пригоден, в частности, для диагностики нерв-
ных и психических болезней. Он позволяет по-новому оценить
многие процессы, происходящие в головном мозгу и нервной
системе человека. А ведь нервная система — регулятор жизне-
деятельности всех органов человеческого организма. Научив-
шись управлять этим регулятором, врачи смогут эффективнее
предотвращать и лечить самые различные заболевания. Будем
же надеяться, что успехи радиоэлектроники подготавливают
почву для грандиозного скачка в развитии медицинской науки,
для решающей победы в борьбе за сохранение и продление
человеческой жизни!
ПРОВОДНИК НАПОЛОВИНУ
На страницах этой книги вы встречались с двумя видами
веществ, по-разному относящимися к электрическому току.
Одни вещества хорошо проводят ток, поэтому их называют про-
водниками. Другие практически не пропускают электричест-
ва— это изоляторы.
К проводникам, например, относятся металлы. Мы уже зна-
ем, что в них много свободных электронов, оттого металли-
ческие тела и обладают большой электропроводностью. В изо-
ляторах (стекло, фарфор, пластмассы и т. д.) свободных электро-
нов ничтожно мало, можно сказать, совсем нет. Электроны проч-
но связаны с атомами. Вот почему изоляторы оказывают
электрическому току отчаянное сопротивление.
Но, кроме этих двух групп веществ, есть еще одна, занимаю-
щая промежуточное положение. Вещества, которые принад-
лежат к ней, нельзя отнести ни к проводникам, ни к изолято-
рам. Обычно они проводят электрический ток очень плохо, но
иногда с ними происходит загадочное превращение — их электро-
проводность резко возрастает. Таких веществ очень много,
они названы полупроводниками. К полупроводникам относят-
ся химические элементы: германий, кремний, селен, теллур,
189
СВОБОДНЫЕ, НЕСВОБОДНЫЕ И ОСВОБОЖДЕННЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ.
1) В куске металла (проводнике) много свободных электронов. 2) Электроны
начинают работать, когда к концам проводника подключаются заряды.
3) В полупроводнике электроны не свободны. Но связь их с атомами не-
прочна: стоило нагреть один конец полупроводника, как они ринулись прочь,
спасаясь от жары (4).
фосфор, бор и др., а также различные окислы, руды и минера-
лы. Между прочим, кристаллик в детекторе, знакомый даже
начинающим радиолюбителям,— тоже полупроводник.
Полупроводники издавна применялись в металлургии, хи-
мической промышленности, на строительных работах. Только
электротехники не обращали на них внимания. Думали: какая
может быть польза от полупроводника, если из него не сде-
лаешь ни провода, ни ролика? И чудесные вещества долгое
время оставались в забвении.
А сейчас, в наши дни, полупроводники нужны и электро-
технике и радиоэлектронике. Загадочные свойства полупро-
водниковых веществ изучены и объяснены; на этих свойст-
вах основаны тысячи остроумных приборов, совершивших
подлинный переворот в науке и технике. Познакомимся
190
с некоторыми такими приборами, но прежде разберемся
в том, что же представляет собой «проводник наполо-
вину».
В полупроводниках, как и в изоляторах, электроны свя-
заны с атомами. Только связь эта очень непрочна. При нагре-
ве, освещении и в некоторых других случаях она разрывается,
и электроны оказываются на свободе. А как только появляют-
ся свободные электроны, электропроводность, которая обычно
невелика, резко возрастает. Это явление используется в тер-
мисторах и фотосопротивлениях.
Термистором называют полупроводниковый термометр. Если
присоединить кусочек полупроводника к электрической бата-
рее, то в такой цепи будет течь слабый ток. При нагреве сила
тока начнет возрастать — ведь электропроводность полупро-
водника с повышением температуры также повышается. Если
включить в цепь чувствительный электроизмерительный при-
бор, то его стрелка отклонится тем сильнее, чем выше темпе-
ратура полупроводника. По отклонению стрелки можно, ста-
ло быть, судить о степени нагрева — перед нами полупроводни-
ковый термометр.
Внешне термисторы выглядят по-разному. Некоторые из
них делаются в виде крошечных стеклянных трубочек, из кото-
рых торчат проволочные кончики. Другие похожи на бусин-
ки, третьи напоминают миниатюрные пластинки. Агрономы
пользуются термисторами, похожими на кинжал. Такой при-
борчик вонзают в почву, чтобы узнать ее температуру. Спе-
циальный медицинский термистор напоминает заточенный ка-
рандаш. На остром кончике «карандаша» — полупроводнико-
вый шарик, покрытый тончайшей стеклянной «броней». Диа-
метр шарика составляет десятые, а иногда и сотые доли милли-
метра. Прислонишь такой карандаш к телу, и подключенный
к шарику электроизмерительный прибор мгновенно покажет
ту или иную температуру. Шарик для того и делается таким
крошечным, чтобы он нагревался и остывал буквально в один
миг. В недавно вышедшей книжке Г. Анфилова «Что такое по-
лупроводник» рассказывается, как испытывался этот необыкно-
венный градусник.
«Приглашенный на испытание прибора профессор-ме-
дик за полсекунды измерил им температуру кожи па собственной
руке! Потом профессор коснулся термистором кровеносного
сосуда — и стрелка заметно передвинулась. Прибор уловил нич-
тожную разницу температуры. Врачи, обступившие профессо-
ра, пришли в восторг».
С помощью термисторов можно измерять температуру на
расстоянии. В одном месте помещают термистор, в другом—
электроизмерительный прибор и батарею, а между ними — про-
191
вода. Таким способом можно осуществлять противопожарный
контроль. Если температура в каком-либо помещении превы-
сит определенный предел, на центральном пункте раздастся
тревожный сигнал.
А как измерить температуру... ну, скажем, Солнца? Туда
ведь не протянешь проводов. Да и термистор, очутившись на
Солнце, тотчас превратился бы в пар. И все же измерить темпе-
ратуру Солнца можно. Сделать это помогает солнечный свет.
Кто из нас не любовался красивой многоцветной радугой,
появляющейся иногда на небе после дождя? Секрет радуги был
раскрыт еще в семнадцатом веке чешским ученым Марци, про-
делавшим такой опыт. В темную комнату через небольшое от-
верстие проникал узкий солнечный луч. Он падал на одну из
стен, образуя на ней световой зайчик. Марци поместил на пути
луча стеклянную призму — кусок стекла с тремя гранями. И
вдруг на стене вместо зайчика появилась искусственная радуга—
многоцветная полоса, в которой красная полоска сменялась
оранжевой, за ней виднелась желтая, затем зеленая, голубая,
синяя и фиолетовая. Радуга — это те же световые лучи, прошед-
шие через призму, но только роль призмы играют здесь дожде-
вые капли.
Великий английский ученый Ньютон нашел, что если на пу-
ти светового луча поставить две призмы, одну вниз ребром, дру-
гую — вверх, то радужная полоса снова превратится в обыкно-
венный солнечный зайчик. Стало ясно, что белые солнечные
лучи состоят из ряда цветных. Совокупность этих лучей, обра-
зующих радужную полосу, Ньютон назвал спектром. Сейчас
мы знаем, что лучи разного цвета представляют собой электро-
магнитные волны различной длины. Волны длиной 0,7 микро-
на — это лучи красного цвета; 0,6 — желтого; 0,5 —зеленого;
0,4 — фиолетового.
Выяснилось, что в зависимости от температуры светящего-
ся тела характер спектра несколько изменялся. Если источник
света имел температуру, положим, 1 000 градусов, красные лучи
несли больше всего энергии. Тело, нагретое до 2 000 градусов,
сильнее испускало лучи желтого цвета, а когда температура
достигла 3 000 градусов, в спектре преобладали голубые лучи.
А как узнать, какие именно лучи несут в себе наибольшее
количество энергии? Вот здесь-то и оказал неоценимую помощь
миниатюрный термистор. Его перемещали по спектру, и при-
бор показывал разную температуру. После ряда опытов уче-
ные установили закономерность, по которой изменяется энер-
гия лучей в спектре, и научились пользоваться спектром, как
своеобразной термометрической шкалой.
Теперь уж было нетрудно «прощупать» термистором спектр
солнечного света. Сравнивая его со спектрами тел, нагретых до
192
различных температур и определили температуру поверхности
Солнца. Она оказалась равной 6 000 градусов Цельсия.
Известно, что больше всего лучистой энергии поглощают
предметы, окрашенные в черный цвет. Вот почему летом мы пред-
почитаем белую одежду — в ней прохладнее. Ученые «одели»
термистор в черную одежду и поместили в стеклянный бал-
лон, из которого затем откачали воздух. Колебания температуры
окружающего воздуха передавались термистору очень медлен-
но: пустота плохо проводит тепло. Зато к лучистой энергии
такой прибор (его назвали болометром) оказался чувствите-
лен необычайно. Черпая краска жадно поглощает лучи, при
этом их энергия превращается в тепло, и термистор нагревается.
Чувствительность болометров поистине баснословна. Если
поместить болометр в фокус металлического рефлектора, напо-
минающего по форме антенну радиотелескопа или сильно уве-
личенную автомобильную фару, то получится прибор, реаги-
рующий на ничтожно слабые излучения. Такой прибор обнару-
живает спичку, зажженную на расстоянии в несколько кило-
метров. «Отзывается» он и на невидимые инфракрасные лучи,
испускаемые всеми нагретыми телами. Летит, скажем, само-
лет. И глазом-то его не различишь,— такая высота, но стоит
«нащупать» самолет нашим рефлектором, как чуткий болометр
тотчас уловит крупицу лучистой энергии, испускаемой рабо-
тающим двигателем. На этом принципе построены приборы, по-
зволяющие не только обнаружить самолет, летящий на высоте
до 8 километров, но и установить, сколько у него двигателей.
Болометры применяются также для сигнализации и локации
инфракрасными лучами, для «видения» в темноте и т. п. Перед
этими замечательными по своей простоте полупроводниковыми
приборчиками — сказочные перспективы.
А теперь поближе познакомимся с «электрическим гла-
зом»— фотоэлементом и с фотосопротивлением.
Фотоэлемент был изобретен в конце прошлого века профес-
сором Московского университета А. Г. Столетовым. Он напо-
минает обычный диод. Это стеклянный баллончик с двумя
металлическими электродами, один из которых в простейшем
случае представляет собой небольшую пластинку, а другой —
сетку. Если замкнуть снаружи электроды проводником, в цепь
которого включены батарея и чувствительный электроизмери-
тельный прибор, то при освещении фотоэлемента стрелка при-
бора отклонится. Значит, через безвоздушное пространство на-
чал течь ток. Но ведь в фотоэлементе нет раскаленного катода,
испускающего поток электронов! Чем же объясняется возникно-
вение тока? Причина этого явления — энергия световых лучей.
Световой луч, падая на холодный катод фотоэлемента (пластин-
ку, соединенную с отрицательным полюсом батареи), выбивает
7 А. Плонский
193
из его поверхности электроны. Они-то и образуют ток, застав-
ляющий отклониться стрелку прибора.
«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЛАЗ» — фотоэлемент.
Существуют и другие типы фотоэлементов, которые не нуж-
даются в батарее, а сами служат источниками тока.
Фотоэлемент мгновенно отзывается на самые быстрые колеба-
ния освещенности. Он, как и электронная лампа, почти безы-
нерционен. Однако
чувствительность фо-
тоэлемента оставляет
желать лучшего.
К нему приходится
добавлять многолам-
повые усилители, но
это зачастую мало
что дает.
А между тем у фо-
тоэлемента есть двой-
ник, уступающий ему
в быстроте реакции,
но зато несравненно более чуткий. Это полупроводниковое
фотосопротивление. Оно было открыто пятнадцатью годами
раньше фотоэлемента.
В 1872 году английский физик Смит, исследуя материалы
с большим сопротивлением электрическому току, обнаружил,
что электропроводность полупроводникового вещества селе-
на при освещении резко возрастает. Так появились первые фото-
сопротивления. Но они работали очень неустойчиво, на них
сильно влияли колебания температуры. Неудивительно, что
до самого последнего времени фэтосопротивления не находи-
ли сколько-нибудь широкого практического применения, в то
время как обычные фотоэлементы завоевали большую популяр-
ность. И только в течение последних пяти-шести лет фотосопро-
тивлениям удалось взять реванш. Были созданы новые полупро-
водниковые материалы, которые позволили избавиться от
недостатков, присущих старым типам фотосопротивлений, со-
хранив при этом все их достоинства. Современные фотосопротив-
ления хорошо противостоят колебаниям температуры, отлича-
ются небольшими размерами (одно из таких сопротивлений
поместили прямо на стрелку электроизмерительного прибора!),
простотой изготовления, исключительной надежностью и высо-
кой механической прочностью. Да разве сравнишь хрупкий стек-
лянный панцирь фотоэлемента с легкой небьющейся пластин-
кой полупроводника!
Если добавить еще, что электропроводность современных фо-
тосопротивлений при освещении возрастает в десятки и сотни
тысяч раз, то вы получите представление о том, какой это опас-
194
ный конкурент для обычного, довольно-таки подслеповатого
электрического глаза. И действительно, фотосопротивления
приходят на смену фотоэлементам во многих автоматических
устройствах.
В типографии «Печатный двор» имени Горького (Ленинград)
фотосопротивления «наблюдают» за работой типографских ма-
шин. На различных участках машины установлены фотосопро-
тивления. Бумажная лента, поступающая в машину, загора-
живает от них свет, но стоит ленте порваться, как одно из фо-
тосопротивлений окажется освещенным и оно незамедлительно
даст дорогу электрическому току. Ток пойдет через обмотку
электромагнита, электромагнит сработает и остановит машину.
Фотосопротивления следят также за тем, чтобы в печатную ма-
шину не попало одновременно двух листов бумаги и чтобы она
не работала вхолостую. Через бумажный лист «на просвет»
проходит луч. Если в машине окажутся два слипшихся листа,
количество света, падающего на фотосопротивление, умень-
шится, а если ни одного — резко возрастет. Прибор отрегули-
рован таким образом, что в обоих случаях машина будет автома-
тически остановлена.
На ленинградском мыловаренном заводе имени Карпова
фотосопротивления с 1952 года добросовестно учитывают го-
товую продукцию, сходящую с конвейера, на Московском авто-
заводе — контролируют качество шариковых подшипников,
на Ленинградской табачной фабрике — считают папиросы и
регулируют уровень табака.
Во Всесоюзном научно-исследовательском институте авто-
генной обработки металлов сконструирован фотокопироваль-
ный станок, автоматически обрабатывающий изделия по черте-
жам. В основе этого станка-автомата лежат все те же фотосопро-
тивления.
Область применения полупроводниковых фотосопротивле-
ний необычайно широка. Они могут улавливать и ультрафио-
летовые лучи, и лучи Рентгена, и радиоактивное излучение. А
уж об инфракрасных лучах и говорить не приходится, неда-
ром фотосопротивление сродни термистору!
Конечно, нельзя утверждать, что роль обычного фотоэлемен-
та уже сыграна, что он доживает последние дни. За фотоэлемен-
том все еще сохраняется первенство во всех тех приборах, где
нужно уследить за чрезвычайно быстрыми изменениями осве-
щенности, например, в аппаратуре звукового кино. Фото-
элемент и фотосопротивление дополняют друг друга, непрерыв-
но совершенствуясь, находя все новые применения.
Термисторы и фотосопротивления — это простейшие полу-
проводниковые приборчики. Существуют и гораздо более слож-
ные. Чтобы понять, как они работают, на каких принципах
7
195
строятся, надо глубже разобраться в физических процессах,
происходящих внутри полупроводника.
Проводимость у полупроводников бывает двух видов. В од-
них случаях она, как и у металлов, объясняется наличием сво-
бодных электронов, движение которых и образует ток. В дру-
гих она носит совершенно иной характер, присущий только
полупроводниковым веществам. Представьте, что один из атомов
полупроводника в силу каких-либо причин (например, в резуль-
тате нагревания) потерял электрон и стал положительным ио-
ном. На внешней орбите его, там, где раньше был электрон,
осталось пустое место, своего рода дырка. Положитель-
ный заряд «осиротевшего» атома начинает воздействовать на
соседние атомы, стараясь в свою очередь отторгнуть от какого-
либо из них недостающий электрон. И вот в какой-то момент
один из соседних атомов «не выдерживает» и лишается электро-
на, который заполняет «дырку» в первом атоме. Но теперь уже
появилась «дырка» во втором атоме. Второй атом заряжается
положительно и отнимает электрон у третьего атома. Третий у
четвертого, четвертый у пятого и т. д. «Дырка» начинает путе-
шествовать по полупроводнику, переходя от одного атома к
другому. Вместе с ней путешествует и положительный заряд,
равный по величине заряду электрона. Такая проводимость на-
зывается дырочной.
Таким образом, проводимость полупроводника может быть
электронной и дырочной. В первом случае носителями тока
служат электроны, во втором — «дырки». Конечно, сама «дыр-
ка» никакого заряда не имеет — ведь это пустое место. Но атом,
в котором она образуется, всегда заряжен положительно, по-
скольку в нем недостает электрона. А раз так, то не проще ли
условно считать «дырку» частицей, несущей положительный
заряд? Тем более, что она во всем подражает настоящей ча-
стице.
Какие же из полупроводниковых веществ обладают электрон-
ной проводимостью и какие — дырочной? Оказывается, один
и тот же полупроводник может обладать обоими видами прово-
димости. Все дело в химическом составе примесей, которые
всегда есть в любом веществе. Одни примеси придают полупро-
воднику электронную проводимость, другие — дырочную.
Если раскалить медную проволочку, то на ней образуется
черный налет — окалина. Это соединение меди с кислородом
воздуха, так называемая закись меди.
По своим электрическим свойствам полученная нами за-
кись— типичный полупроводник, только загрязненный, содер-
жащий примеси других веществ. Там, где окалина граничит с
металлом, в ней много «посторонних», не вступивших в соеди-
нение с кислородом атомов меди. Неудивительно, что этот слой
196
проводит электрический ток лучше, чем чистая закись меди:
ведь здесь больше свободных электронов, налицо заметная
электронная проводимость. А как ведет себя закись на поверх-
ности, там, где она граничит с воздухом? В поверхностном слое
окалины имеется избыток атомов кислорода. Но мы знаем, что
кислород не проводит электрического тока. Может быть, избы-
точные, не соединившиеся с медью атомы кислорода ухудшают
и без того низкую электропроводность полупроводника? Оказы-
вается, нет. Опытным путем выяснили, что проводимость не
только не ухудшается, но, напротив, становится заметно выше.
Чем же объяснить тот факт, что кислород, будучи изолятором,
улучшает электропроводность закиси? Объяснение здесь одно:
атомы кислорода способствуют образованию «дырок». Кисло-
род не мирится с ролью посторонней примеси.Его атомы «настро-
ены» весьма агрессивно — они перетягивают к себе электроны
закиси. В атомах полупроводника то там, то тут возникают
зияющие бреши, которые уже нечем заполнить. Появляется
множество «дырок», и полупроводник приобретает дырочную
проводимость.
Отсюда мы видим, что, искусственно загрязняя полупровод-
никовое вещество теми или иными примесями, можно придавать
ему нужные электрические свойства. А для чего это нужно?
Проделаем простой опыт. Возьмем два крошечных полу-
проводниковых брусочка — один с электронной проводимо-
стью, другой с дырочной. Торцы брусочков замкнем металли-
ческой пластинкой, а два других торца с помощью проводов
подключим к электроизмерительному прибору. Теперь подне-
сем к металлической перекладине горящую спичку. От пере-
кладины тепло будет передаваться брусочкам. В полупровод-
нике с электронной проводимостью появятся свободные электро-
ны. По мере нагрева электроны начинают двигаться все быстрее,
сталкиваются все чаще, мешают друг другу все сильнее. Стре-
мясь избавиться от тесноты, они невольно перекочевывают в
более холодный конец брусочка, где гораздо «просторнее». Но
электроны несут в себе отрицательный электрический заряд.
А раз в холодном конце брусочка их становится больше, то
этот конец заряжается отрицательно по отношению к
горячему.
Похожая картина наблюдается и в брусочке с дырочной про-
водимостью. Только там в холодном конце скапливаются по-
ложительные заряды. Электронный и дырочный брусочки
становятся как бы полюсами электрической батареи, и по про-
воду, который их соединяет, начинает течь ток.
Приборчик, непосредственно преобразующий тепло в элек-
троэнергию, назвали термопарой или термоэлементом. Чем же
замечательна полупроводниковая термопара?
197
Долгие годы трудились ученые над решением чрезвычайно
важной проблемы: требовалось найти простой и экономичный
способ превращать тепловую энергию в электрическую без ка-
ких-либо промежуточных процессов. Вспомните, как работает
обычная теплдвая электростанция. В топках сжигают уголь.
I'enjib, выделяющееся во время горения, нагревает воду в паро-
вом котле, itap под высоким давлением поступает в турбину
й вращает ее. лопатки. Тепловая энергия переходит в механи-
ческую. С рабочий колесом турбины связан генератор электри-
ческого тока. Он превращает механическую энергию враще-
ния .в электроэнергию.
Как видите, тепловая энергия сначала превращается в ме-
ханическую и только затем в электрическую. А каждый такой
йёрёход энергий неизбежно сопровождается её потерями. «Но
дороге» значительная часть энергии расходуется впустую, на-
пример на совершенно бесполезный нагрев Подшипников. В
результате не более десяти процентов тепла доходит по на-
значению.
А нельзя ли вовсё обойтись без помощи машин, заменить
их куда более простыми и удобными термоэлементами? Раньше
такой Вопрос показался бы нелепым. Дело в том, что термоэле-
менты были известны еще в начале прошлого века, но делались
они тогда не из полупроводников, а из металлов. МетЯлличе-
скйё термопары имелй крайне низкий коэффициент полезного
Действия; Вырабатывая 1 ватт электрической энергии, они тре-
бовали взамен 200 ватт тейловой. Ясно, что столь неэкономич-
ный источник электричества не имел практического значения
для техники. Поэтому термоэлементы исйользовали только в
качестве термометров.
Когда в. 1929 году академик А. Ф. Йоффё выступил с утвер-
ждением, чтО «с помощью прлупровоДников можно будет полу-
чать электроэнергию с коэффициентом полезного действия от
2,5 до 4 процентов», то многие в это не поверили. Йо прошло
четвёрть века, и сама жизнь доказала правоту ученого. С полу-
проводниковыми батареями, состоящими из ряда отдельных
термопар, удалось достичь коэффициента полезного действия от
6 до 8 процентов. Но это еще далеко йе предел. Лабораторные
опыты дают основания полаТатЬ, что в будущем Термобатареи
окажутся экономичнее генераторов с паровыми машинами.
Проблема, над которой так долго трудились ученые, близка
к разрешению.
Нои теперь термогенераторы уже приносят немалую пользу.
Bot, например, один из них — миниатюрный генератор ТГК-3.
Он надевается на обыкновенную керосиновую лампу-молййю.
Тёплый воздух, Выходящий из ламповёго стекла, нагревает эле-
менты термобатереи. С другого конца они охлаждаются окру-
198
якающим воздухом. Благодаря разности температур термоге-
нератор начинает вырабатывать электроэнергию, и ее вполне
хватает на питание батарейного радиоприемника типа «Родина».
Генераторы ТГК-3 проникают на полярные зимовки и ры-
боловецкие промыслы\ на целинные земли и в геологические
экспедиции.
Разработаны также более мощные термогенераторы типа
ТГУ-1, Которые нагреваются на специальных керогазах и
питают радиостанции «Уро-
жай»;
А теперь представьте на
минуту обычную железную печь,
отапливаемую углем,торфом или
дровами. Ее тепла будет до-
стаФочно для электрического ос-
вещения квартиры, для зарядки
аккумуляторов ( ведь печь то-
пится не круглые сутки, зна-
чит, нужно запасать электро-
энергию впрок).
Сколько энергии теряется
сейчас попусту! Ученые под-
считали, что до 80 процентов те-
кла j выделяемого при топке пе-
ОДИЕМЦИК РАБОТАЕТ ОТ КЕРО-
СИНОВОЙ ЛАМПЫ. Теплый воздух,
выходящий из лампового стекла, на-
гревает элементы термобатареи, Обра-
зуется электрический ток, достаточ-
ный для питания радиоприемника.
чей, бесполезно уходит в вбздух вместе с дымом. Мы топим бук-
вально на ветер! А ведь изрядную долю этого бросового тепла
можно перехватить и использовать с помощью термобатарей.
В дымоходах, заводских трубах, каналах с горячей сточной
водой нетрудно установить термоэлементы. В скором времени
так и будет. Но для этого нужно, чтобы полупроводники преж-
де веёго стали дешевы.
Мы только что говорили об использовании бросового теп-
ла, тепловых отходов, получающихся при работе печей, тепло-
централей, домн и т. д. Но есть еще неиспользуемое даровое теп-
ло, щедро раздаваемое самой природой. Вот, например^ солнеч-
ные лучи, о которых мы уже вели разговор. Сколько в них энер-
гии, и как она не по-хозяйски расходуется! Перенеситесь на
миг в пуетыйю. Голые, раскаленные солнцем пески. Лютый
зной. Палящее солнце. Вот куда так и просятся термобатареи!
Впрочем, термобатареи из обычных, даже полупроводнико-
вых термоэлементов были бы там недостаточно эффективны.
Ведь термопара дает электрический ток лишь когда один ее
конец нагрет сильнее, чем другой. А получить достаточно
большой перепад температур на солнцепеке не так-то просто.
Вот почему солнечные батареи, преобразующие лучистую
энергию Солнца в электроэнергию, предпочтительнее делать не
199
на термопарах, а на вентильных полупроводниковых фото-
элементах. О них мы сейчас и побеседуем.
Вернемся к фотосопротивлениям. Чтобы фотосопротивле-
ние могло себя проявить, нужен внешний источник электри-
ческого тока, например, батарейка от карманного фонарйка.
Ток создается батарейкой, а фотосопротнвленпе только ре-
гулирует его силу. Если оно на свету — в цепи течет срав-
нительно сильный ток, если в темноте — очень слабый.
В отличие от фоюсопротивления вентильному фотоэлемен-
ту не нужно никакой батарейки. Будучи освещен, он сам ста-
новится источником электрического тока.
Как устроен такой приборчик? Взяли две пластиночки полу-
проводника (одну с электронной проводимостью, другую
с дырочной) и соединили. На границе между пластинками
образовался своего рода барьер — электронно-дырочный пе-
реход. При освещении в электронном полупроводнике появ-
ляются свободные электроны, а в дырочном — «дырки». Незна-
чительная часть электронов, перейдя границу, проникнет на
территорию дырочного полупроводника. Часть «дырок» в свою
очередь перекочует по ту сторону границы. А вот для основной
массы электронов и «дырок» барьер окажется непреодолимым.
Дело в том, что первые электроны, скопившись в пограничной
зоне, мешают перейти границу остальным, отталкивают их
(ведь одноименно заряженные частицы — вечные соперники).
То же происходит и с «дырками». И вот образуются два лаге-
ря. По одну сторону электронно-дырочного перехода скаплива-
ются отрицательные заряды, по другую — положительные.
Если теперь соединить извне пластиночки полупроводника
проводом, то по нему потечет ток. Не пробившись напрямик,
электрические заряды охотно воспользуются обходной доро-
гой. Таков принцип действия полупроводникового фотоэле-
мента.
Уже построены «солнечные батареи» малой мощности. За-
рождается новая важная отрасль энергетики — гелиоэнерге-
тика (от слова «гелиос» — солнце).
Например, в США было сооружено несколько телефонных
линий, питание которых осуществляется от батареи из 432
фотоэлементов, каждый размером с монетку. Элементы уста-
навливаются прямо на телефонных столбах. Днем энергия сол-
нечных лучей преобразуется фотоэлементами в электроэнергию.
Часть электроэнергии запасается на ночь с помощью ак-
кумуляторов, укрепленных рядом. Такие линии особенно вы-
годны в сельских местностях.
Созданы настольные часы, в которых пружину заводит
слабый комнатный свет. Полупроводниковый фотоэлемент от-
дает энергию аккумулятору, а тот, в свою очередь — электро-
200
моторчику, приводящему в действие заводной механизм. Побыв
день на свету, часы могут идти не одну неделю.
Но все это — не главное. Гораздо более серьезная пробле-
ма — создать мощную солнечную электростанцию, способную
снабжать энергией заводы и больницы, кинотеатры и жилые
дома. Такую электростанцию намечено построить в Армении,
в Араратской долине.
Представьте сотни гигантских щитов, расположенных пра-
вильными рядами. Каждый щит — это батарея полупроводни-
ковых фотоэлементов с коэффициентом полезного действия
свыше 10 процентов. Щиты автоматически движутся — накло-
няются и поворачиваются так, чтобы их плоскости были всегда
перпендикулярны солнечным лучам. Если общая поверхность
фотоэлементов составит 1 гектар, солнечная электростанция
будет обладать мощностью до тысячи киловатт.
Огромную роль будут играть солнечные электрогенераторы
на межпланетных станциях — гигантских искусственных спут-
никах Земли, служащих промежуточными пунктами при кос-
мических перелетах.
Там, где отсутствует атмосфера, эти новые источники элек-
троэнергии будут бесперебойно вырабатывать ток — столько,
сколько потребуется.
Среди множества различных приборов, установленных на
третьем спутнике, запущенном в Советском Союзе, есть и
солнечные батареи. Наряду с аккумуляторами они обеспечи-
вают летающую лабораторию электрической энергией.
Полупроводники найдут свое место и в мирном использо-
вании атомной энергии. Мы уже отмечали, что фотосопротив-
ления чувствительны не только к свету, но и к радиоактив-
ному излучению. Так вот, ученым удалось создать полупровод-
никовые фотоэлементы, преобразующие энергию радиоактивного
излучения в электрический ток. Такие генераторы при-
меняются в экспериментальных атомных реакторах. Принци-
пиально возможны и миниатюрные атомные батарейки, состоя-
щие из радиоактивной пластинки и полупроводникового при-
борчика. Крошечная батарейка объемом в доли кубического
сантиметра сможет питать карманный фонарик 20—30 лет.
А вот еще одна интересная область использования полупро-
водников. Мы познакомились с термопарой, как с источником
электрического тока. А что случится, если через термопару
пропускать ток от какого-то внешнего источника, скажем, от
батареи? Оказывается, с одного конца термоэлемент начнет
нагреваться, с другого — остывать.
Еще в тридцатых годах прошлого века русский ученый, ака-
демик Ленц, заморозил каплю воды, пропуская через термо-
элемент электрический ток. Но металлические термопары ма-
201
неэффективны — они дают охлаждение всего на несколько
градусов. Иное дело полупроводники. С их помощью удается
понижать температуру на 60 градусов и даже больше.
Полупроводниковые термоэлементы позволяют строить
простые, экономичные холодильники. В заднюю стенку такого
холодильника вделан радиатор, как в батареях парового отоп-
ления. К нему прикрепляются нагревающиеся концы термо-
пар. Внутри холодильника имеется другой радиатор, который
связан с охлаждающимися концами термоэлементов. Когда че-
рез термоэлементы пропускают ток, внутренний радиатор вби-
рает в себя тепло, а наружный отдает его окружающему воз-
духу. Поэтому внутри холодильника устанавливается низкая
температура.
Полупроводниковый холодильник легко превратить в ду-
ховой шкаф. Стоит только изменить направление тока на обрат-
ное. Тогда внешний радиатор будет охлаждаться и отбирать
тепло у окружающего воздуха, а внутренний — соответственно
нагреваться. Выходит, температура внутри шкафа повышается
не только за счет энергии электрического тока, но и за счет
тепла, отбираемого извне. Термоэлемент как бы концентрирует
тепловую энергию, втискивает ее внутрь шкафа.
Представьте теперь, что комната, в которой вы живете,
помещена в такой холодильник-обогреватель. Летом, в жару,
помещение охлаждается, зимой — нагревается. И все это дела-
ется автоматически, так что температура в комнате поддержи-
вается равной, скажем, 20 градусам. Искусственный климат,
да и только!
Пройдет десяток лет, и полупроводниковые установки ис-
кусственного климата станут столь же обычны, как телефон
или радиоприемник. Так, шаг за шагом, входят в наш быт вы-
дающиеся достижения науки и техники.
В этом разделе мы коснемся еще одного применения полу-
проводников. Часто возникает необходимость в усилении сла-
бых изображений, например, при рентгеновском просвечивании
человеческого организма. Усилить изображение — значит сде-
лать его более контрастным, сочным, ярким, выявить на нем
больше деталей. С помощью полупроводников эта задача может
быть легко решена.
Вот как работает полупроводниковый усилитель света. Два
плоских прозрачных стекла наложены друг на друга. Бла-
годаря особому составу они способны проводить слабый
электрический ток. Между стеклами нанесена тонкая полупро-
водниковая пленка сернистого цинка с примесью марганца.
К проводящим пластинам присоединена электрическая батарея.
Пластины устанавливаются перед экраном телевизора, рент-
геновского аппарата и т. д. Под действием световых лучей,
202
идущих от экрана, полупроводниковая пленка начинает све-
титься. На ней появляется такое же изображение, только го-
раздо более яркое и контрастное. Изображение удается усили-
вать до 50 раз.
Таковы некоторые применения полупроводников*
Академик А. Ф, Иоффе как-то сказал; «Стало общепри-
знанным, что развитие учения об атомном ядре призвано пере-
строить энергетику будущего, открыть новые пути к овладе-
нию природой. Столь же несомненно, хотя далеко еще и не так
широко известно, огромное значение полупроводников для тех-
ники ближайших десятилетий».
К этим словам трудно что-либо добавить.
Познакомимся теперь с еще одним, чуть ли но самым
главным применением полупроводниковых приборов.
О
СОПЕРНИК „ВОЛШЕБНОЙ» ЛАМПЫ
Электронная лампа —- первенец радиоэлектроники. Ей мы
обязаны развитием радиосвязи, появлением радиолокации и мно-
гим, многим другим. Однако у нее есть недостатки, с кото-
рыми все труднее мириться.
Радиолампа имеет ограниченный срок службы, может не-
ожиданно перегореть. А стоит испортиться одной лампе из не-
скольких тысяч, составляющих «мозг» электронно-счетной ма-
шины, и машина перестанет «соображать».
Другой недостаток радиолампы — ее сравнительно большие
размеры. Большую часть площади в приемниках и телевизорах
занимают лампы и источники питания — трансформаторы,
выпрямители и т. д. Все это раздувает габариты радиоэлект-
ронных устройств.К тому же «волшебная» лампа очень прожор*
лива, потребляет много электроэнергии.
Ученые стали искать достойного преемника электронной
лампы, обладающего всеми ее замечательными свойствами, но
свободного от недостатков. И тогда вспомнили об одном забытом
открытии.
В двадцатых годах Олег Владимирович Лосев, сотрудник
204
Нижегородской радиолаборатории и страстный радиолюби-
тель, изобрел кристадин — усилитель электрических коле-
баний, основанный не на электронной лампе, а на особом детек-
торе, состоявшем из кристалла полупроводникового вещества
цинкита и угольного стерженька.
В 1924 году открытие О. В. Лосева было отмечено не толь-
ко нашими, но и многими иностранными радиотехническими
журналами. В английских, американских, французских, испан-
ских и голландских радиожурналах описывались схемы кри-
стадина. Авторы статей говорили о «делающем эпоху изобре-
тении О. В. Лосева из Государственной радио-электрической
лаборатории в России». Редакционная статья в американском
журнале «Радио Ньюс» так и называлась: «Сенсационное радио-
изобретение». Авторы статьи утверждали, что «теперь кристалл
заменит лампу».
Но изобретение Лосева опередило радиотехнику того перио-
да. Электронная лампа вступала в пору своего расцвета, й кри-
стадин не мог с ней конкурировать. Имя изобретателя, прогре-
мевшее по всему миру, было незаслуженно забыто.
«Второе рождение» кристаллического усилителя относится
уже к сороковым годам. В это время особое внимание уделя-
ли развитию радиолокации, в связи с чем стали широко приме-
няться сверхкороткие сантиметровые волны. Оказалось, что
обычные электронные лампы на сантиметровых волнах работа-
ют очень плохо, либо вовсе не годятся. Ученые начали конст-
руировать радиолампы специально для сверхвысоких частот.
Вспомнили про кристаллический детектор. И тогда убедились,
что на этих частотах он работает лучше, чем обычная двухэлект-
родная лампа — диод^
В процессе совершенствования кристаллического детектора
были найдены новые высококачественные полупроводниковые
материалы. С их помощью удалось создать кристаллический
триод, обладавший уже способностью усиливать электрические
колебания.
Разберемся в работе полупроводникового триода. Но прежде
посмотрим, как действует более простой приборчик — кристал-
лический детектор.
Мы уже знаем, что такое электронно-дырочный переход.
Оказывается, эта пограничная зона обладает очень важным
свойством — способностью выпрямлять переменный элект-
рический ток.
Возможны два случая. Предположим, что дырочный уча-
сток подключен к положительному полюсу электрической ба-
тареи, а электронный — к отрицательному. Тогда под воздейст-
вием электрических сил «дырки» и электроны устремятся на-
встречу друг другу. Через полупроводник потечет ток.
205
Но вот мы поменяли местами полюсы батареи. Теперь дыроч-
ный участок заряжен отрицательно, а электронный — положи-
тельно. В результате «дырки» и электроны «шарахнутся» друг
от друга. Пограничная зона моментально лишится как «дырок»,
ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД. Если
к дырочному участку полупроводника присоеди-
нен положительный полюс батареи, а к электрон-
ному—Отрицательный, «дырки» и электроны дви-
жутся навстречу друг другу, возникает ток.
Если же «минус» батареи подключен к дырочно-
му участку, а «плюс» к электронному —«дырки»
и электроны «шарахаются» в разные стороны.
Переход лишается и «дырок» и электронов, прев-
ращается «в зону пустыни». При этом ток через
переход течь не может.
так и свободных
электронов, превра-
тится в своего рода
зону пустыни. Ни-
какого тока при этом
не будет.
Выходит, что
электронно-дырочный
переход пропускает
ток только в одну
сторону, подобно
двухэлектродной лам-
пе. Поэтому такой
полупровод пиковый
приборчик и называ-
ют кристаллическим
диодом. Детектор, о
котором мы не раз
говорили, — част-
ный случай полупро-
водникового диода.
Электронно - дыроч-
ный переход обра-
зуется здесь в точке
соприкосновения за-
остренной металли-
ческой пружинки с
кристаллом галена.
В большинстве же
полупроводн и к 0 в ы х
диодов и триодов
применяется кристал-
лическое вещество —
германий. Этот хими-
ческий элемент был
открыт создателем пе-
риодической системы
Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Менделеев теоретически
предсказал существование нового элемента (он был условно
назван экасилицием, так как напоминал по своим свойствам
кремний — силиций). Вскоре это вещество добыл немецкий
ученый Винклер, назвавший его германием.
206
Вот как изготовляют германиевый диод. Берут крошечную
пластинку химически чистого германия. С одной стороны в
нее вплавляют капельку индия, с другой — каплю оловянно-
го сплава. Атомы индия и олова проникают с двух сторон в
германий. Индий придает ему дырочную проводимость, а олово-
электронную. В толще кристалла образуется электронно-дыроч-
ный переход. Полупроводниковый диод изготовлен.
Современные полупроводниковые выпрямители отличаются
исключительно высоким коэффициентом полезного действия, до-
стигающим 99процен-
тов. Это значит, что
только один процент
энергии электриче-
ского тока теряется
при выпрямлении.
Теперь, когда мы
знаем, как устроен и
работает полупровод-
никовый диод, нам
будет легче разоб-
раться и в кристал-
лическом триоде.
Поместим между
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ.
двумя полупроводни-
ковыми пластинками с дырочной проводимостью пластинку,
имеющую электронную проводимость. Эту пластинку условно
назвали базой, а две другие — коллектором и эмиттером.
Мы получили простейший полупроводниковый триод. В нем
не один электронно-дырочный переход, как в диоде, а два.
Включим между базой и коллектором батарею так, чтобы про-
вод от ее отрицательного полюса шел на коллектор, а от поло-
жительного — на базу. Между эмиттером и базой также вклю-
чим батарейку, только с гораздо меньшим напряжением, и так,
чтобы ее положительный полюс соединялся с эмиттером.
Первый электронно-дырочный переход (между базой и кол-
лектором) закрыт. Здесь образовалась «зона пустыни» — ведь
«минус» батареи подключен к дырочному участку полупровод-
ника, а «плюс» — к электронному.
Второй электронно-дырочный переход (между эмиттером и
базой) открыт. К электронному участку присоединен «минус»,
а к дырочному — «плюс». Через переход течет ток. Из эмит-
тера в базу поступают «дырки». Однако, очутившись там, они
оказываются подвержены притяжению отрицательно заряжен-
ного коллектора. Часть «дырок» ответвляется и проникает в
коллектор. Но как только в «зоне пустыни» появятся пришлые
«дырки», электронно-дырочный переход откроется и для тока
207
более высокого напряжения, создаваемого батареей, которая
включена между коллектором и базой.
А что будет, если напряжение на эмиттере изменять — то
уменьшать, то увеличивать? Ясно, что при этом будет меняться
и ток в цепи коллектора. Значит, колебания напряжения на
эмиттере управляют током в коллекторе.
Включим в цепь эмиттера микрофон, а в цепь коллектора —
телефонные наушники или громкоговоритель. Вот и готов полу-
проводниковый усилитель. Мы говорим в микрофон, слабые
колебания электрического напряжения на эмиттере управляют
вылетом «дырок», те, в свою очередь, изменяют электропровод-
ность коллектора. Напряжение на громкоговорителе также ко-
леблется, но эти колебания намного мощнее, чем в цепи эмит-
тера, поскольку коллекторная батарея располагает большим
напряжением. И мы слышим усиленный, громкий звук.
Вместо микрофона и громкоговорителя можно включить
колебательные контуры. Тогда это будет усилитель высокой час-
тоты. На полупроводниковых триодах можно собрать и весь
приемник.
Полупроводниковые триоды отличаются ничтожными раз-
мерами (длина одного из таких приборчиков равна 12 милли-
метрам, диаметр — 7 миллиметрам), не имеют нити накала и
работают при пониженных напряжениях. Поэтому они во мно-
го раз экономичнее радиоламп. Обычный батарейный приемник
весит 8—10 килограммов и расходует в год до 25 килограммов
батарей, которые все вместе стоят почти столько же, сколько
стоит он сам. А полупроводниковый приемник такого класса
весит всего лишь 100 граммов. Дешевая батарейка весом в пол-
килограмма будет питать его больше года.
Полупроводниковые приборчики исключительно долговеч-
ны — они служат десятки тысяч часов. Срок службы электрон-
ных ламп в 10—20 раз меньше.
Прочность полупроводниковых диодов и триодов неизме-
римо выше прочности электронных ламп.
Полупроводниковые приборчики выдерживают сильные уда-
ры. В рекламных целях помещали полупроводниковый передат-
чик внутрь молотка, а молотком изо всех сил били по наковаль-
не. И с полупроводниками ровным счетом ничего не делалось!
Благодаря этим замечательным свойствам кристаллические
усилители все глубже проникают в современную радиоэлектро-
нику. Уже созданы миниатюрные приемники, в которых нет
ни одной лампы. Приемник на полупроводниковых триодах
может уместиться в футляре от кармацных часов. Нетрудно
представить, какое распространение получат в ближайшем бу-
дущем такие карманные радиоприемники!
Высокая экономичность полупроводниковых триодов поз-
208
ПОЛУПРОВОД-
НИКИ
Полупроводники — это
вещества, по своим элек-
трическим свойствам за-
нимающие промежуточное
положение между провод-
никами и изоляторами.
Полупроводники обла-
дают изумительнейшими
свойствами. Полупровод-
никовые приборчики (1)
при совершенно ничтож-
ных размерах могут за-
менить радиолампу. Ма-
логабаритные полупро-
водниковые выпрямители
(2) способны выпрямлять
токи, в десятки раз пре-
вышающие ток, текущий
через спираль электро-
плитки. Схема таких вы-
прямителей (3) очень про-
ста: две пластинки полу-
проводника А и Б, про-
шедшие различную хими-
ческую обработку; на
границе между ними про-
исходит выпрямление пе-
ременного тока.
Полупроводниковые при-
боры позволяют пре-
образовывать тепло не-
посредственно в электри-
ческий ток. Благодаря
этому удалось создать
холодильник, который мо-
жет быть превращен в
сушильный шкаф: нужно
лишь изменить направле-
ние тока, проходящего
через полупроводник.
Полупроводники дают
возможность получать
электроэнергию за счет
радиоактивного излуче-
ния, энергии солнечных
лучей, тепловых отходов
промышленности и т. д.
к стр. 200—201
вол-яет создать передатчики и приемники, не требующие источ-
ников питания. Для их работы используется свободная энер-
гия, которой в эфире очень много.
Безбатарейные приемники и передатчики улавливают ра-
диоволны, излучаемые мощными радиостанциями, выпрямля-
ют высокочастотные токи, а полученный в результате выпрям-
ления постоянный ток идет на питание полупроводниковых
триодов.
Разработан миниатюрный полупроводниковый радиопере-
датчик с питанием от... человеческого голоса. Мы говорим в
специальный микрофон, который под действием звуковых
волн вырабатывает электрический ток. Такие микрофоны су-
ществуют. Ток используется нашим передатчиком двояко. Во-
первых, он выпрямляется и питает полупроводниковые триоды;
во-вторых — модулирует колебания высокой частоты, созда-
ваемые генератором, то есть управляет их размахом, как опи-
сывалось в начале книги.
Такой передатчик действует на расстоянии в километр и
более. Не правда ли,— умный прибор! Он расчетливо и эконом-
но использует энергию вашего голоса, усиливает его во много
раз.
Трудно перечислить все достоинства полупроводниковых
усилителей. Но было бы неверным считать, что с электронными
лампами уже покончено, что их часы сочтены. Полупроводни-
ковые триоды наряду с достоинствами имеют и крупные, до
сих пор не преодоленные недостатки. Они не выдерживают
высоких температур (выше 70—80 градусов Цельсия), на их
работу влияют колебания температуры. «Потолок» полупровод-
никовых триодов ниже, чем у радиоламп — лампы способны
усиливать колебания гораздо более высоких частот. Даже одно-
типные полупроводниковые приборчики не вполне похожи друг
на друга, в их характеристиках всегда есть различия.
Но вспомните, сколь несовершенны были первые радиолам-
пы, и вам станет ясно, что недостатки современных полупровод-
никовых приборов — всего лишь «детские болезни» новой тех-
ники.
„МОЗГ» И „ГОЛОС» ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ
4 октября 1957 года... В этот день лексикон народов мира
пополнился новым словом — теплым и поразительно точным
русским словом «спутник».
Ученые предрекали: так будет. И все в это верили. Но вот
чудо свершилось. И тогда оказалось, что не так-то просто с ним
свыкнуться.
Миллиарды лет Луна была единственным спутником нашей
планеты. Этому холодному, серебристо-голубоватому божеству
поклонялись наши далекие предки. На протяжении столетий
поэты слагали в его честь восторженные гимны. Когда какой-
либо сказочный персонаж желал невозможного, он говорил:
«Достань Луну с неба!» Но ни в одной, самой хитроумной, са-
мой волшебной сказке вы не найдете пожелания: «Сделай, чтобы
на небе было две, три, четыре Луны!»
И вот мы узнаем, что Луна больше не одинока. Дерзновен-
ный человеческий гений создал миниатюрную Луну, пода-
рил Вселенной новое небесное тело.
Человек — покоритель и творец Вселенной!
«Сорок лет я работал над реактивным двигателем и думал,
что прогулка на Марс начнется лишь через много сотен лет,—
210
писал Константин Эдуардович Циолковский.— Но сроки ме-
няются. Я верю, что многие из вас будут свидетелями первого
заатмосферного путешествия».
И еще: «В одном я твердо уверен — первенство будет приг
надлежать Советскому Союзу».
Оба эти пророчества сбылись. В космическое пространство
руками советского человека запущен первый искусственный
спутник Земли. А спустя тридцать дней следом за ним отпра-
вился в заатмосферное путешествие второй посланец страны
Советов.
И, словно отголосок мощных ракетных двигателей, уносив-
ших спутники на орбиту, по всей Земле с молниеносной быстро-
той прокатилась волна изумления, восторга, благодарности.
«Браво, русские! — воскликнул Тор Хейердал, норвеж-
ский исследователь, прославившийся своим легендарным пу-
тешествием на плоту Кон-Тики. — Гордость первооткрывате-
лей, Колумбов России, пославших свой космический корабль
за 900 километров к неизведанным берегам науки, должен осо-
знать и разделить каждый современник этого события, перед
которым будут преклоняться потомки».
«Они сделали это, и сделали это первыми...— был вынужден
признать американский ученый доктор Джозеф Каплан.— Это
нечто фантастическое, и если они могли запустить такой спут-
ник, они смогут запустить и более тяжелые спутники».
Американцам трудно было смириться с нашим первенством.
Ведь о намерении создать искусственный спутник во всеуслы-
шание заявили две страны: Соединенные Штаты Америки и
Советский Союз. Гордое имя «Авангард» дали американцы свое-
му будущему спутнику. Они не допускали мысли, что могут
оказаться позади.
«Сейчас мы выглядим довольно глупо со всем нашим пропа-
гандистским визгом, когда мы утверждали перед всем миром,
что не верим их заявлению о том, что им удалось запустить
межконтинентальный баллистический снаряд,— сокрушенно
признала «Дейли Ньюс».— Любая страна, располагающая
научными знаниями и техническим опытом для того, чтобы
запустить искусственный спутник и заставить его вращаться,—
как это сделали русские,— может использовать «абсолютное
оружие» против своего противника».
Что верно, то верно. Любое выдающееся научное открытие
можно превратить в орудие смерти и*разрушения. В амери-
канской печати время от времени появлялись поистине людоед-
ские проекты.
Их авторы ломали головы над тем, как использовать искус-
ственный спутник в будущей войне с Советским Союзом. Не-
удивительно, что они рассматривают величайшее научное до-
211
стижение современности в первую очередь как «абсолютное ору-
жие». Но существует пословица: «Бодливой корове бог рог не
дает». Неоднократные попытки запуска крошечного американ-
ского «Авангарда» заканчивались неудачей: он взрывался.
Лишь 31 января 1958 года американцам удалось вывести
на орбиту свой спутник.
Первая советская «Луна» весила 83,6, вторая — 708,3 .ки-
лограмма, а спутники, запущенные в США,— 14 и 1,5 ки-
лограмма.
15 мая 1958 года радио сообщило о выводе на орбиту
третьего советского спутника — весом в 1327 килограммов!
Сравнивая советские и американские спутники, нетрудно
убедиться, насколько вырвалась вперед наша наука в этой
решающей области. Поистине рывок абсолютного чемпиона!
Наши спутники — это летающие научные лаборатории,
оснащенные множеством замечательных приборов.
И главная роль в работе «космических лабораторий» при-
надлежит радиоэлектронике. Можно смело утверждать: не
будь радиоэлектроники, не было бы и искусственных спут-
ников.
Первый искусственный спутник представлял собой полиро-
ванный алюминиевый шар диаметром 58 сантиметров. Внутри
шара помещались метеорологическая аппаратура и два радио-
передатчика с источниками энергопитания. Снаружи — четы-
ре «уса»-антенны.
Второй советский искусственный спутник Земли — послед-
няя ступень ракеты. В ее головной части располагались: прибо-
ры для исследования солнечного излучения, сферический кон-
тейнер с двумя радиопередатчиками, источниками питания
и другой аппаратурой, а также герметическая (воздухонепро-
ницаемая) кабина с подопытным животным — собакой. Нако-
нец, на самом корпусе ракеты были укреплены приборы для
изучения космических лучей.
Третий спутник имеет вид гигантского конуса. Он осна-
щен совершенной аппаратурой, которая одна весит почти
тонну. Сюда входит комплекс приборов для наблюдения за
составом атмосферы, космическими и солнечными излучения-
ми, количеством и энергией микрометеоров—мельчайших твер-
дых частичек, бомбардирующих поверхность спутника, — ит. д.
Специальные радиоэлектронные автоматы управляют всеми
этими приборами, преобразуют результаты измерений в элек-
трические сигналы и передают их на Землю.
Даже из этого скупого описания видно, что спутники «дру-
жат» с радиоэлектроникой. Почетное место в них отведено ра-
диопередатчикам, без которых искусственный спутник был бы
нем. Он не смог бы рассказать о том, что делается в космосе.
212
Радиосигналы, передававшиеся со спутников № 1 и № 2,—
непрерывная серия телеграфных «точек». Длительность точек
и пауз между ними в среднем равна 0,3 секунды. Она может
несколько изменяться. Дело в том, что на работу передатчика
по особой программе воздействуют приборы, установленные
на спутнике. И в зависимости от показаний того или иного
прибора, регистрирующего температуру, давление, характер
солнечной радиации и т. д., длительность «точек» и пауз
чуть-чуть изменяется. Но этого «чуть-чуть» достаточно, что-
бы ученые смогли расшифровать «телеграммы» со спутника,
зарегистрировать огромное число научных данных, проли-
вающих свет на таинственные процессы, происходящие в
космосе.
Современная наука установила, что Солнце испускает ши-
рокий спектр электромагнитных волн,— от рентгеновских лу-
чей до метровых радиоволн. Но что могли знать ученые о под-
линном характере солнечной радиации, если ее коротковолно-
вая часть — рентгеновские и ультрафиолетовые лучи — почти
начисто «съедалась» земной атмосферой, которая для нее не
прозрачна.
Между тем коротковолновое излучение Солнца оказывает
самое сильное влияние на земную атмосферу. Оно ионизиру-
ет молекулы воздуха, рассеянные в верхних слоях атмосферы.
Так образуется ионосфера, которая, как мы знаем, играет
важную роль в распространении радиоволн.
Состояние ионосферы, концентрация заряженных частиц в
ней все время изменяется в зависимости от интенсивности
ультрафиолетовых лучей, которая в свою очередь связана с
процессами, происходящими на Солнце. Известно, например,
что с деятельностью Солнца связаны полярные сияния и маг-
нитные бури — этот бич радиосвязи.
Долгое время процессы, происходящие в ионосфере, не под-
давались детальному изучению. Ученые пытались проникнуть
в эту область — они посылали в ионосферу ракеты с метеоро-
логическим оборудованием, однако высотные ракеты приноси-
ли отрывочные, в значительной мере случайные сведения. Вто-
рой искусственный спутник впервые дал возможность провести
систематические исследования, позволившие проследить за ко-
лебаниями интенсивности ультрафиолетового и рентгеновского
излучений.
Прибор, улавливающий эти излучения, содержит особые
фотоэлементы со светофильтрами из тончайших металли-
ческих и органических пленок. Электрические сигналы,
создаваемые прибором, после усиления воздействовали на
передатчик и в зашифрованном виде передавались на
Землю.
213
Для экономии энергии питания прибор включался только
тогда, когда на один из фотоэлементов падали солнечные лучи.
Включение осуществлялось автоматически с помощью вспо-
могательного фотосопротивления, соединенного с источником
питания. При освещении фотосопротивления его электропро-
водность резко возрастала, и цепь автоматически замыкалась.
Спутник № 2 оказал неоценимую помощь и в изучении кос-
мических лучей. Космические лучи — это потоки атомных ядер
различных химических элементов, несущихся со скоростью,
близкой к скорости света.Ученые предполагают, что они возни-
кают при взрывах на Солнце и звездах, но точного происхожде-
ния космических лучей никто не знает.
Посланцы Вселенной — первичные космические лучи —
обладают колоссальной энергией — в миллиарды, десятки, сот-
ни и тысячи миллиардов электроновольт, а иногда и еще боль-
шей. Вонзаясь в атмосферу,космические частицы наталкивают-
ся на атомы воздуха и отдают им часть своей энергии. Так
образуется вторичное космическое излучение. Вторичные ча-
стицы — потомки первичных — в свою очередь не гаранти-
рованы от столкновений. Иногда образуется настоящая эста-
фета — несколько поколений космических лучей передают
друг другу энергию, полученную в наследство от первичного
излучения. Конечно, энергия космических лучей при этом
постепенно падает. Но предположим, что первичная космиче-
ская частица счастливо избегает столкновений. Бывает и так.
Что тогда? Чаще всего и в этом случае частица не достигает
поверхности нашей планеты. Землю окружает энергетический
барьер, защищающий нас от губительного действия космиче-
ских лучей. Этот барьер — магнитное поле Земли. Оно откло-
няет космические частицы и нередко отбрасывает их обратно
в мировое пространство. Только те частицы первичного кос-
мического излучения, которые обладают самой большой энер-
гией, преодолевают энергетический барьер и достигают земной
поверхности. Но их не столь много, чтобы причинить нам вред.
Итак, на поверхности Земли мы не можем изучать первичное
излучение. Чтобы исследовать его, нужно подняться за пределы
атмосферы. До создания искусственного спутника сделать это
было невозможно. И ученым оставалось только строить догадки
о природе космических лучей.
Второй искусственный спутник позволил исследовать пер-
вичные космические лучи в их первозданном виде, не иска-
женном «кривым зеркалом» атмосферы.
На спутниках № 2 и № 3 имеются электронные приборы —
счетчики заряженных частиц. Когда такая частица проходит
сквозь счетчик, в нем возникает электрическая искра, создающая
импульс на входе усилителя с полупроводниковыми приборами.
214
На выходе этой схемы имеется элемент «памяти», который как
бы накапливает усиленные пмцульсы до тех пор, пока их не
наберется определенное число, Тогда схема срабатывает, и по
радио передается сигнал. Затем счет начинается сызнова. После
того, как опять накопится то же количество импульсов, подает-
ся новый сигнал и т, д.
Зная, сколько заряженных частиц заставляют срабатывать
схему, зная и время между двумя срабатываниями, легко
подсчитать число частиц, проходящих сквозь счетчик в течение
секунды, или интенсивность первичных космических лучей.
До запуска искусственных спутников не было ясного пред-
ставления и о том, как проходят через ионосферу радиоволны.
Измеряя силу сигналов в разные моменты времени, ученые
смогли оценить поглощение радиоволн в ионосфере. Результа-
ты этих измерений, бесспорно, дадут новый толчок развитию
теории распространения радиоволн.
Нельзя не упомянуть о том, что искусственный спутник № 2
впервые позволил исследовать состояние живого организма в
космическом полете. Как влияет на организм невесомость?
До сих пор это состояние удавалось создать лишь на корот-
кое время, исчисляемое секундами и минутами. Исследования,
проведенные над первой космической путешественницей — со-
бакой Лайкой, предоставили в распоряжение ученых цен-
нейший материал о жизнедеятельности организма в условиях
длительной невесомости.
А вот еще одно открытие, сделанное благодаря спутникам.
Оказывается, на высотах более 200 километров значительно
теплее, чем думали ученые. Теперь перед геофизиками встала
новая задача —найти источники этого загадочного нагрева
верхних слоев атмосферы.
Важные сведения добудет спутник № 3. Ведь он, кроме
всего прочего, исследует магнитное и электрическое поля
Земли на больших высотах, измеряет свой собственный элек-
трический заряд и т. д.
Специальные обсерватории наблюдают за движением спут-
ника, ловят его радиосигналы. Быстродействующие электрон-
ные машины в предельно короткие сроки обрабатывают ог-
ромное количество поступающих данных.
Радио — «мозг» и «голос» искусственных спутников.
Даже в запуске их на орбиту главная забота ложится на
цлечи радиоэлектроники.
Проследим для начала полет межконтинентальной ракеты.
Она состоит из нескольких ступеней, работающих поочередно.
Со стартовой площадки ракета поднимается вертикально.
Работает двигатель первой ступени. Спустя строго определен-
ное время первая ступень сбрасывается—в ней не осталось
215
ни километров! Из чего же он сделан?
горючего, она больше ненужна. Автоматически включается дви-
гатель второй ступени. Траектория полета начинает искрив-
ляться. Ракета, на которой нет ни одного человека, повора-
чивает по заранее рассчитанному маршруту. Израсходовано
топливо и на второй ступени, ее постигает та же участь, что и
первую. Двигатель третьей ступени выносит ракету на наклон-
ную прямую.
Можно себе мысленно представить невидимый ствол гигант-
ского орудия, пронизывающий атмосферу и заканчивающийся
в космическом пространстве. Ракета несется по нему, набирая
скорость. Вот сброшена третья ступень, начинает работать
последняя — четвертая. Наконец нужная скорость достигну-
та. Двигатель автоматически выключается. Далее ракета дви-
жется как балли-
стический сна-
ряд — по парабо-
лической траекто-
рии.
Как же устро-
ен такой ствол?
Какие силы вы-
нуждают ракету
двигаться строго
вдоль него, не от-
клоняясь в сторо-
ну? Само собой,
ни сталь, ни ка-
кой-либо другой
материал здесь
не годится. Ведь
длина «ствола» сот-
Этот невесомый и вместе с тем необычайно прочный матери-
ал... — радиоволны.
Вспомните радионавигацию. Там радиоволны образуют в
пространстве невидимую дорожку, по которой летит само-
лет — равносигнальную зону. Нечто подобное происходит и
здесь.
Несколько радиостанций направляют под одинаковыми уг-
лами узкие пучки радиоволн. Эти пучки служат как бы стен-
ками ствола, внутри которого проносится снаряд — раке-
та. В центре ствола — равносигнальная зона. Стоит ракете
уклониться в сторону, как интенсивность радиоволн изменится.
Приемник, находящийся в ракете, сигнализирует об этом при-
борам автоматического управления. Последние мгновенно
«сработают», и ракета возвратится на центральную линию.
216
Чтобы «выстрел» межконтинентальной ракетой оказался то-
чен, нужно не только тщательно ее нацелить, но и вовремя,
когда будет достигнута нужная скорость, выключить двига-
тель последней степени. Это делается таким образом.
Вслед за ракетой направляется еще один радиолуч. А на
ракете имеется ретранслятор, принимающий сигнал с Земли и
тотчас посылающий его обратно. Остальное нам объяснит
так называемый эффект Допплера. Это физическое явление
состоит в том, что длина волн, излучаемых движущимся источ-
ником, изменяется.
Когда мимо железнодорожной платформы с ревом проносит-
ся сквозной поезд, тон гудка паровоза резко изменяется.
Поезд приближается — высота звука растет, состав удаляет-
ся — тон гудка пони-
жается. С этим можно
сравнить изменение
частоты принимае-
мых колебаний; оно
тем больше, чем быст-
рее движется источ-
ник колебаний. Зна-
чит, по величине это-
го изменения можно
судить о скорости, с
какой движется ис-
точник волн. Именно
так измеряется ско-
рость межконтинен-
тальной ракеты.
Автоматическая
аппаратура следит за
скоростью ракеты и
в нужный момент подает радиосигнал, выключающий двига-
тель последней ступени.
Траектория полета межконтинентальной ракеты рассчиты-
вается быстродействующими электронными машинами. Радио-
ствол наводится с колоссальной точностью. Большую часть
пути ракета проводит в космическом пространстве, где ее дви-
жение не тормозится воздушной средой.
В результате достигается такая меткость,которая немыслима
при стрельбе из обычных артиллерийских орудий.
Вот что такое межконтинентальная ракета.
А искусственный спутник — это один из возможных со
«пассажиров». Ракета со спутником выводится на орбиту теми
же самыми радпометодами. Только здесь разгон происходит
не по наклонной прямой, а по горизонтали.
217
Ракета взмывает вертикально на полную высоту и ужё за
проделали земной атмосферы круто переходит в горизонталь-
ный полёт.
Создать такой «ствол» намного трудней. Для этого нужйа
сложная система радиостанций С движущимися лучами, рас-
положённый на некотором расстоянии друг от друга. Лучи
перекрещиваются В Точкё, где находится в данный момент ра-
кета. Нечто подобное можно наблюдать, когда несколько про-
жектЬрОй ОДНОйреМейПо «поймают» самолет. Только лучи про-
жекторов перемещаются вслед за самолетом, а радиолучи ве-
дут ракёту^ управляют ее разгоном. Представляете, кДкая
здесь требуется точность и согласованность!
В Америке йисалй. что «построенный русскими электронный
мозг работал безупречно в моменты полета, корректируя любые
отклонения, и бес-
перебойно отделял
различные части
ракеты - носителя.
По общему мне-
нию , создание спут-
ника навеки унич-
тожило западное
представление о
том, что русские
не могут сравнить-
ся с Соединенны-
ми Штатами в об-
ласти электрони-
ки».
Максимальное удаление второго искусственного спутника
от поверхности Земли превышало 1500, а третьего —1880 ки-
лометров. Время одного полного оборота соответственно было
около 1 часа 42 Минут й 1 чае 46 минут. Вокруг света менее
чем за два часа! Трудно свыкнуться с этими цифрами. Но и
онйнё предёл.Мк в состояний послать более тяжелые спутники
на бблыйую вйСОТу. Недалеко тО время, когда будет осуществ-
лен облет Луны, и с помощью телевидения человек впервые
увидит ее обратйуй сторону, дотоле скрытую от наших глаз.
Наконец, скоро мЫ научймся возвращать искусственные
спутники на ЗёмлЮ. Вёдь из радйОвОЛй можно построить не
только ствол, НО и воронку, в которую будут «закатывать»*
мпнпаыорную Луну$ кЬГДа это потребуется.
А затем начнётся эра мёЖплайёТНЫх Перелетов. Космичёские
корабли пойёсутся Но дорогам, Проложенным радиоволнами.
Наконец в боЛее отдаленном будущем человек создаст «звез-
долет» и вырвется за Пределы солнечной системы. Ученые уже
218
вынашивают идею фотонной ракеты, движущейся со скоростью
света. Раз существует световое давление (мы говорили об «том
в начале книги), значит, его в принципе можно использовать
для создания особого ракетного двигателя. Скорость ракеты тем
больше, чем быстрее истекают из ее сопла газы, образующиеся
при сгорании топлива. В фотонной ракете роль газовой струи
будет играть поток фотонов — частичек света. Отсюда и басно-
словная скорость.
Когда и как удастся осущес!вить фотонную ракету, мы еще
не знаем.
Завоевание космоса — одно из самых ярких звеньев в
триумфальном каскаде открытий, сделанных благодаря радио-
электронике.
ПОСЛЕСЛОВИЕ
В фантастической повести «451° по Фаренгейту» американ-
ский писатель Рей Бредбери пытается представить свою родину
в XXI веке.
...Технический уровень здесь необычайно высок. Примеча-
тельна деталь: в Америке XXI века давно забыли о пожа-
рах, как о стихийном бедствии — дома покрыты огнезащитным
слоем; между тем по улицам городов с ревом носятся пожар-
ные машины. Дело в том, что пожары стали здесь необходи-
мостью, разжиганием их занимаются «пожарники». Что же
подвергается огню? Книги. Америка XXI века панически боит-
ся печатного слова. Книги, впитавшие по каплям океан мыс-
лей, книги, реально воплотившие многовековую человеческую
культуру, заставляют думать! Правители страны отлично со-
знают это.
«Книга — это заряженное ружье в доме у соседа. Сжечь
ее! Разрядить ружье! Надо обуздать человеческий разум»,—
заявляет один из них.
В головы простых американцев сызмальства вдалбливается:
«Жизнь коротка. Что тебе нужно? Прежде всего — работа, а
после работы развлечения, а их кругом сколько угодно, на
220
каждом шагу, наслаждайтесь! Так зачем же учиться чему-ни-
будь, кроме умения нажимать кнопки, включать рубильники,
завинчивать гайки, пригонять болты?»
... Миллионы американцев, заткнув уши миниатюрными
радиоприемниками-ракушками, предаются наркотическому
дурману, исторгаемому радиостанциями. Экраны телевизоров
распластались во всю ширину стен. Объемное, многокрасоч-
ное изображение уводит зрителя в призрачный мир.
«На одной из трех телевизорных стен какая-то женщина
одновременно пила апельсиновый сок и улыбалась ослепитель-
ной улыбкой... На другой стене видно было в рентгеновских
лучах, как апельсиновый сок совершает путь по пищеводу той
же дамы... Вдруг гостиная ринулась в облака на крыльях ра-
кетного самолета; потом нырнула в мутно-зеленые воды моря,
где синие рыбы пожирали красных и желтых рыб. А через ми-
нуту три белых мультипликационных клоуна уже рубили друг
другу руки и ноги под взрывы одобрительного хохота. Спустя
еще две минуты стены перенесли зрителей куда-то за город,
где по кругу в бешеном темпе мчались ракетные автомобили,
сталкиваясь и сшибая друг друга».
А по ту сторону телевизорных стен, в небе проносятся
стрелы реактивных бомбардировщиков, парят полицейские
геликоптеры, и на пустынных улицах механические псы со
смертоносным жалом — потомки безобидной кибернетической
черепахи—охотятся за «преступниками».
«Наш пес,— замечает брандмейстер Битти (один из гла-
варей и идеологов «пожарников»),— это прекрасный образ-
чик того, что может создать человеческий гений. Усовершен-
ствованное ружье, которое само находит цель и бьет без про-
маха».
Вот о таких роботах, в которые можно вложить любой пре-
ступный замысел, мечтал Адольф Гитлер.
Этим роботам фантазия Бредбери отводит ведущую роль
в американском образе жизни будущего.
Один заокеанский мракобес от науки разработал недавно
целый «проект» превращения людей в кибернетические устрой-
ства: он предлагал вводить в мозг новорожденного особый
электрод и подавать на него комбинации импульсов...
Но не людям-роботам и не кибернетическим псам принад-
лежит будущее! Оно принадлежит человеку-творцу.
Мы знаем, что любое научное открытие может быть исполь-
зовано во имя добра или зла, в целях разрушения или, наобо-
рот, созидания.
Атомная энергия может сметать города или воздвигать их.
Кибернетическая собака способна охотиться за людьми или
служить провожатым для слепого.
221
Межконтинентальная ракета может нести смертоносный во-
дородный заряд или мирную, полезную для всего человече-
ства ношу — искусственный спутник Земли.
Все зависит от самих людей. А большинство их хотят мира.
Люди хотят наслаждаться плодами своих великих побед над
природой.
Но над крышами миллионов мирных жителей на Западе
летают груженные ядерными бомбами американские само-
леты.
Выдающиеся открытия современности тупой и алчный им-
периализм жаждет превратить в пистолет, направленный против
свободы и счабтья народов. Нужно вовремя перехватить руку,
которая потянется к страшному курку. Вот почему страстный
призыв Юлиуса Фучика: «Люди, будьте бдительны!» — звучит
в наши дни подобно набату.
Пусть же все, о чем писал Бредбери, останется лишь пре-
достережением — вроде черепа со скрещенными костями, изо-
бражаемого на дверях трансформаторных будок. Так не долж-
но быть! И, мы верим,— не будет.
Мир будущего — это мир, в котором все — для человека!
Телевизорные стены? Ну что же, мы от них не откажемся.
Все дело в том, как их использовать. Они помогут нам и раз-
влечься, и познать красочное многообразие мира. Но разве
телевидение, каким бы совершенным оно ни стало, заменит
книгу? Книгу-друга, книгу — источник знаний, сокровищницу
мысли. Может быть, на смену обычной, напечатанной на бу-
маге книге придет новая, более совершенная, радиоэлектрон-
ная книга. Но Все же это будет книга. Она донесет до наших
потомков и «Одиссею» Гомера, и «Слово о полку Игореве», и
незабываемые пушкинские строки.
Было бы нелепо думать, что научные открытия, техниче-
ский прогресс со временем избавят людей от необходимости тру-
диться,что роль человека сведется к нажиманию кнопок кибер-
нетической машины. Нет, труд всегда останется в человеческой
жизни самым главным, самым благородным делом.
Когда-то высказывалось опасение, что с годами музыкаль-
ные мелодии иссякнут. И что же? Каждый день приносит нам
новые, своеобразные, свежие напевы. Говорили о вырожде-
нии шахматной игры, о том, что шахматы ожидает «ничейная
смерть». А у нас, что ни год, появляются новые гроссмейстеры,
развивается шахматная теория.
Нет, «ничейная смерть» нам не грозит. Формы труда все
время совершенствуются, труд становится все более творческим.
От землекопа требовалась лишь мускульная сила, выносли-
вость, а машинист экскаватора обязан в совершенстве знать
сложную машину. Неудивительно, что, например, студентам
222
год от года приходится труднее. Объем знаний растет, да п сами
знания непрерывно углубляются.
Открытия, о которых рассказывает эта книга, показались
бы человеку относительно недавнего прошлого невероят-»
ными.
Но мы-то с вами знаем, что эти открытия — реальная действи-
тельность, что наши предки попросту не могли предвидеть ко-
лоссальных успехов науки.
То же скажет о нас человек будущего.
Потому что никогда не остановится поступь науки.
Потому что человеческое познание беспредельно!
СОДЕРЖАНИЕ
От автора .............................................. 3
Как человек приручил волну
О чем эта книга.......................................... 9
Рождение эпохи...........................................11
Быстры, как волны........................................17
«То же, только без кошки»................................26
Недвижимый маятник.......................................31
Волшебная лампа..........................................35
Разговор на весь мир.....................................47
Вторая «метаморфоза»................................... 55
Путешествие по эфиру.....................................61
Потомок картонного диска.................................70
Сквозь туман и метель ...................................86
Радиоэлектроника всюду
Из пушки по ядру.........................................95
Человек и его слуги.....................................102
Сто профессий «мыслящей» машины.........................109
Радио странствует.......................................127
Радио указывает дорогу..................................135
Как подслушали разговор звезд...........................142
В недрах микромира......................................146
На страже времени.......................................150
Звуки, которых не слышно................................156
Законсервированный звук.................................160
Радиомузыка.............................................166
Пойманные вибрации......................................169
Радио печатает книги....................................173
Радиоприемник, отпечатанный в типографии................175
Печь «чудо».............................................177
Целебные волны..........................................182
Проводник наполовину....................................189
Соперник «волшебной» лампы..............................204
«Мозг» и «голос» искусственных спутников................210
Послесловие.............................................220
Александр Филиппович Плонский
КАК ЧЕЛОВЕК ПРИРУЧИЛ ВОЛНУ
Редактор Ю. Э. Беренсон. Худож редактор В. В. Щукина
Технический редактор Н. Л. Ю с ф и н а. Корректор А. Н. Рябов
Сдано в набор II/Ш-58 г. Подписано к печати 8/IX-58 г.
Формат бумаги 60 х 92/\в. Физ. печ. л. 14 + 4 вкл
Уч.-изд. л. 12,55. Изд. индекс НП.-61. АО 8516. Тираж 50 000 экз.
Заказ № 1764. Цена 7 р. 20 к. в переплете
Издательство «Советская Россия», Москва, проезд Сапунова, 13/15.
Отпечатано с матриц типографии издательства «Советская Россия»,
Москва, Г-19, ул. Маркса и Энгельса, 14, на Книжной фабрике им. Фрунзе
Главиздата Министерства культуры УССР,
Харьков, Донец-Захаржевская, 6/8.