П.Л. Шиллинг и Б.С. Якоби. Их вклад в развитие телеграфной связи

В Кенигсберге Якоби с головой ушел в проблемы физики, в первую очередь электромагнетизма. В свободное от работы время он уже в 1834 сконструировал (и описал) свой первый электродвигатель. В электродвигателе Якоби, первом в мире с непосредственным вращением рабочего вала, были электромагниты на подвижной и неподвижной частях двигателя и вращающийся коммутатор принципиально новой конструкции. Якоби первым обосновал преимущества вращательного и непригодность возвратно-поступательного движения для электродвигателя. Источником питания электродвигателя (15 Вт) служила батарея гальванических элементов.

Научные труды Якоби привлекли внимание В. Я. Струве, П. Л. Шиллинг, Ю. М. Бэра, и по их рекомендации он был в 1835 приглашен на должность профессора в Дерптский университет. «Первенствующая роль иноземцев», по словам В. И. Вернадского, в российской науке была простейшим способом укоренения науки на русской почве в период петровских и екатерининских реформ. Якоби же, эмигрировавшего из лоскутной тогда Германии, влекли мечты о «физическом» вечном двигателе, которые на родине, в канцелярско-чиновнической атмосфере, были совсем неуместны.

Благодаря ориентации русского правительства на использование электромагнетизма в военных целях Якоби получил в России достаточно широкие возможности для проведения исследований, связанных с применением электричества. В 1837 он был вызван в Петербург для постановки опытов по приведению в движение судов с помощью изобретенного им двигателя. С этого времени он почти безвыездно жил в России. Принял русское подданство и считал Россию «вторым отечеством, будучи связан не только долгом подданства и тесными узами семьи, но и личными чувствами гражданина». 

В период 1837—55 Якоби выполнил свои важнейшие работы по электрическим машинам, электрической телеграфии, минной электротехнике, электрохимии и электрическим измерениям. Якоби считается одним из основоположников гальванотехники (он впервые доложил об этом на заседании Петербургской АН в 1838, опубликовал полное описание процессов в 1840).

Он много занимался работами в области телеграфии. Ему принадлежат конструкции более 10 типов телеграфных аппаратов, в том числе первый буквопечатающий (1850). Он руководил прокладкой первой в России телеграфной кабельной линии между Петербургом и Царским Селом (1841—43).

Первый телеграфный аппарат Шиллинга начинает  работать  уже  в  1828 году,  но  до   публичной   демонстрации   дело   не   доходит.    Увлечение востоковедением,  совмещенное  на  этот  раз  со  служебной  необходимостью, заставляет  его  вновь  изменить  планы.  Русское  правительство   готовится направить экспедицию в  Восточную   Сибирь   для «обследования   положения местного населения  и  состояния  торговли  у  северных  и  западных  границ Китая». Естественным кандидатом на пост руководителя  экспедиции  становится чиновник Азиатского  департамента  МИДа,  видный  знаток  восточных  языков, недавно  к  тому  же  ставший  членом-корреспондентом  Академии  наук   П.Л. Шиллинг.

В основу своего  телеграфа  Шиллинг  вслед  за  Ампером  и  Фехнером положил «стрелочную» индикацию передаваемых символов.  К  1832  г.  Принципы стрелочной индикации магнитного поля были уже разработаны весьма  тщательно.

Еще в 1821 г. Андре  Ампер  предложил  удивительно  элегантную  астатическую стрелку,  состоящую  из  двух   соосно   закреплённых   магнитных   стрелок, ориентированных в  противоположных  направлениях.  Такая  стрелка  полностью нечувствительна к магнитному полю Земли. Если  разместить  одну  из  стрелок астатической пары внутри витков катушки, а другую —  над  ними,  то  стрелки отклонятся только под действием магнитного  поля  катушки  (направленного  в зонах их размещения в противоположные стороны).

Немецким ученым  И.  Швейгером  был  изобретен  прибор,  усиливающий отклонение  стрелки  и  получивший  название  мультипликатора  (умножителя). Итальянец Нобили на основе мультипликатора  и  астатической  стрелки  создал

прибор, в  котором  угол  отклонения  стрелки  был  пропорционален  значению электрического тока. Все эти технические решения в  какой-то  мере  повлияли на  конструкцию  телеграфа  Шиллинга,  не   лишив   его,   тем   не   менее,оригинальности.

В   основной   конструкции    телеграфа    Шиллинга    было    шесть мультипликаторов. Седьмой мультипликатор служил для  приведения  в  действие вызывного звонка с часовым механизмом. В  этой  конструкции  передатчик  был выполнен уже в форме клавишного манипулятора, состоящего  из  восьми  клавиш (4 белые и 4 черные).  Линия  передачи  имела  восемь  проводов.  Шесть  пар клавиш были связаны проводами с соответствующими  шестью  мультипликаторами, одна пара — с вызывным устройством. Имелась еще  одна  „общая  пара"  клавиш для переключения полярности гальванической батареи. Порядок расположения клавиш в передающем приборе и мультипликаторов в приемном был один и тот  же.  Работа  телеграфа  Шиллинга проходила следующим  образом.  Если  нужно  было  передать  сигнал  „белое", оператор   нажимал   белую   клавишу,    соединенную    с    соответствующим мультипликатором. При этом  следовало  также  нажать  белую  клавишу  „общей пары". Соответственно при нажатии  черной  клавиши  (и  такой  же  в  „общей паре")  передавался  сигнал  „черное".  Ненажатые  клавиши   соответствовали положению «нейтральное». Однако Шиллинг не просто привесил черно-белый диск  к  стрелкам  для облегчения визуальной индикации — он впервые в мире  применил  для  передачи информации бинарный код. Каждый из шести индикаторов  мог  принимать  одно  из  двух  рабочих положений; сочетание этих положений позволяло передать  26  кодовых  единиц, т.е. 64 единицы, что с избытком хватало для обозначения всех букв  алфавита, цифр и специальных знаков. Заметим,  что  Шиллинг  «забыл»  о  промежуточном («обесточенном») положении дисков: вместе с ними в  шести  индикаторах  было «заложено» уже З6 сочетаний, или кодовых  единиц  (т.  е.  для  практической телеграфии  хватило  бы  и  четырех  индикаторов),  однако  и  по  сей  день существуют только  одно-  и  двухполюсная  системы  телеграфирования.  Пауза используется только  в  первой  из  них,  в  двухполюсной  системе  меняется полярность   (фаза)   сигнала,   который   по-прежнему   остается   двоично-кодированным.

 Шиллинг создал для нужд телеграфии бинарный код, но  вслед  за своими предшественниками упорно пытался передавать  символ  «единовременно», придерживаясь пространственного, а не временного сочетания кодовых  посылок. В  этом  варианте  он,  бесспорно,  достиг  идеала:  далее  уменьшить  число проводов можно было только за  счет  общего  провода,  что  и  сделал  через несколько лет Якоби, заменив его Землей. Первая публичная демонстрация электромагнитного  телеграфа  Шиллинга была проведена осенью 1832  г.  в  его  квартире  на  Царицыном  лугу  (ныне Марсово поле, дом 7).  Присутствовавший  на  одной  из  первых  демонстраций телеграфа видный ученый Б. С. Якоби, сам вскоре  прославившийся  работами  в области электромагнетизма, так оценил вклад П. Л.  Шиллинга:  «Шиллинг  имел то особое преимущество, что по своему служебному  положению  он  был  хорошо осведомлен о потребностях страны  в  средствах  связи.  Удовлетворение  этих потребностей  и  составило  задачу,  которую  он  стремился   разрешить   на протяжении всей своей жизни, с одной стороны,  привлекая  на  помощь  успехи естествознания, с другой стороны, направляя свой исключительно острый ум  на создание и составление простейшего кода.  В  последнем  деле  ему  послужило значительным подспорьем специальное знание восточных языков. Два  совершенно различных  направления  знаний  –  естественные  науки  и  востоковедение – слились вместе, чтобы помочь возникновению телеграфа...»

Телеграф П. Л. Шиллинга

Описанный выше аппарат барона П. Л. Шиллинга «о шести индикаторах  и восьми проводах» позволил технике телеграфирования сделать  огромный  скачок— от нескольких десятков пар проводов, несущих информацию,  всего  к  шести. Дата 21 октября 1832 года и  вошла  в  историю  техники  как  день  рождения первой  практической  конструкции  электромагнитного   телеграфа,   а   сама конструкция навеки прославила изобретателя. 1825  году им была разработана система с одним индикатором и, самое главное, одной парой проводов. Бинарный код Шиллингом к тому времени уже был  изобретен,  и в  своей  первой  конструкции  автор  решил  осуществлять  передачу  кодовых символов последовательно. Значит, для распознавания каждой буквы  или  цифры требовалось прочтение кодовой  последовательности  из  5—6  черных  и  белых бинарных символов. На сегодняшний взгляд — несложная задача,  выигрыш  же  в количестве проводников, в упрощении прокладки самой линии — огромен. Путь  к практическому  использованию  телеграфа   был   открыт.   Но   автор   долго воздерживался от публичной демонстрации этой конструкции. Почему? Дело  в  том,  что  у  предшественников  Шиллинга,  среди   путаницы проводов, собственно  определение  буквы  было  предельно  простой  задачей. Появление  пузырька  в  электролите,  движение  стрелки  в   соответствующем индикаторе четко указывали на передаваемую букву. Своеобразный  стереотип  в пусть небольшой  еще  компании  тогдашних   телеграфистов   уже   сложился: распознавание буквы должно быть мгновенным и простым. В системе же  Шиллинга оператору приемной станции требовалось  сначала  зарегистрировать  (записать или запомнить) шестисимвольную кодовую посылку,  а  затем  расшифровать  ее. При  весьма  критическом  анализе  своей  первой  системы  П.   Л.   Шиллинг предположил, что  сложность  запоминания  посылки  перекроет  многочисленные достоинства данной системы. И  в  угоду  стереотипу  он делает  шаг  назад: усложняет  свой  телеграф,  доводя  число  мультипликаторов   и   сигнальных проводов  до  шести.   К   сожалению,   именно   этот,   более   громоздкий, «ушестеренный» вариант  телеграфной  системы  и  стал  для  истории  техники «первым практическим электромагнитным телеграфом П. Л.  Шиллинга»,  послужил отправной   точкой   для   последующих   усовершенствований   телеграфа. Не один еще изобретатель после Шиллинга прославился, уменьшая  число линейных проводов до двух, на том пути, на  котором  сам  барон  добровольно сделал шаг назад. Ведь остановись он на одноиндикаторном варианте системы  с последовательной передачей символов, от аппарата Морзе его отделял  бы  лишь один шаг – решение вопроса о графической регистрации сигналов.  (В  середине 30-х годов Шиллинг начал работать и над этой проблемой.) Шиллинг и Морзе — две основные начальные вехи в истории телеграфа. А правильно ли расставлены акценты в оценках их вклада в  телеграфию?  Отметим область деятельности каждого. Еще в школе нас убедили, что  Шиллинг  изобрел телеграфный аппарат, а Морзе —  азбуку.  Но  оказывается,  что  практическая телеграфия началась с «азбуки Шиллинга»,  в  которой  уже  были  реализованы основные принципы, использованные затем Морзе.  Телеграфный  код  к  моменту переквалификации  Морзе  из  живописца  в  изобретатели  уже  был  создан  и использовался  Шиллингом  и  его  последователями.  Морзе  сделал  на   пути развития телеграфии следующий, но очень важный  шаг,  разработав  и  внедрив графическую регистрацию кодовых посылок. Так что преуспел-то он больше не  в азбуке, а в модернизации конструкции телеграфного аппарата.

Демонстрации действия телеграфной системы в доме на  Царицыном  лугу продолжались почти каждый  день  в  течение  нескольких  месяцев,  привлекая огромное внимание не только учёных, но и образованной  публики.  Изобретение действовало безотказно, пора было  сделать  следующий  шаг  к  практическому использованию.  Необходимо  было   выбрать   наиболее   подходящую   систему прокладки линии — и  Шиллинг  проводит  сравнительные  испытания  воздушных, подземных и подводных линий. Здесь у изобретателя уже есть  опыт  (работа  с электрозапалом  во  время  русско-турецкой  войны).  Наиболее   эффективными окажутся  линии  с  воздушной  прокладкой  проводов.   Сравнивая   различные варианты,  ученый  пишет,  что  «...если  устройство  подводного   телеграфа составляет некоторое затруднение в отношении хорошей изоляции проводников  и дороговизны их изготовления, то для устройства телеграфных линий на  больших расстояниях по  сухому  пути  он  не  видит  никаких  препятствий,  так  как полагает для этой цели  установить  деревянные  шесты  и  на  них  подвесить совсем не изолированную проволоку, изолируя ее только  в  точках  привеса  к столбам...» Для исторической точности нельзя не упомянуть,  что  параллельно  со своими  востоковедческими  занятиями  и  телеграфными  разработками  он   не забывал о своих «подрывных» делах,  продолжая  совершенствовать  конструкции электрических мин. Новые образцы регулярно испытывались Шиллингом  вместе  с генералом Шильдером на летних сборах в Красном  Селе.  На  испытаниях  1832, 1834, 1835 и 1837 годов присутствовал Николай I,  сохранивший  благосклонное отношение своего брата к  Шиллингу.  Участие  августейшей  особы  в  опытных испытаниях  не  обошлось  без  инцидента  —  в   1837   году   при   подрыве электрической миной моста взрыв  оказался  настолько  сильным,  что  обломки посыпались к ногам царя. В ту пору это прошло безнаказанно...

Между  тем  наступает  очередь  промышленных   испытаний   телеграфа конструкции Шиллинга. На  изобретение,  получившее  высокую  оценку  русских естествоиспытателей (среди них можно  назвать,  например,  академика  К.  М. Бэра), обращает внимание и  правительство.  Первая  линия  соединяет  Зимний дворец и  Министерство  путей  сообщения.  Вторая,  в  которой  используется восьмижильный  кабель,  прокладывается  длиною  в  пять  верст  и  соединяет крайние помещения Адмиралтейства, пройдя по окрестным  улицам  и,  частично, по дну  канала.  При  испытаниях  Шиллинг  использует  одномультипликаторный аппарат и, соединив две пары проводов в конце кабеля,  увеличивает  реальную длину линии до 10 верст.

В  мае  1837  года  Николай  I  организует   особую   комиссию   для строительства телеграфной линии между Петергофом и Кронштадтом. В  письме  к возглавившему ее морскому министру  князю  А.  С.  Меньшикову  Шиллинг,  дав подробное  описание  конструкции   своего   телеграфа   и   перспектив   его применения, замечает: «Описав мой телеграф, остается мне  поставить  на  вид некоторые преимущества оного перед ныне употребляемыми: 1) Что быстрота  его несравненно больше. 2) Что он действует в дождливые и туманные погоды...  3) Что он во время действия не  возбуждает  внимания  публики.  4)  Что  он  не требует постройки особых высоких башен  и  содержится  весьма  малым  числом людей и, наконец, 5) Что первоначальное заведение оного стоит меньше, чем  в обыкновенных телеграфах». Изобретатель предлагал отказаться от подземных проводов и поместить их над землей на шестах. Члены комиссии буквально  его  осмеяли.

В 1857 году Б. С. Якоби в докладе Петербургской академии  наук  писал:  «Это благоразумное    предложение     было     встречено     членами     комиссии недоброжелательными  и  насмешливыми  возгласами.  Позднее  один  из  членов комиссии  сказал  ему  в  моем  присутствии:  «Любезный   друг   мой,   ваше предложение — безумие, ваши воздушные проволоки поистине смешны». К сожалению, приступить к строительству линии Петергоф  –  Кронштадт Шиллинг не успел. Неожиданная  смерть  6  августа  1837  года  оборвала  его планы... В один год с Пушкиным. «...Утрата нашего друга была бы совершенно невознаградимой, –  писал Б. С. Якоби, – если бы, по счастью, его наследие не встретило  бы  поддержки в требованиях времени...  Имя  Шиллинга  не  может  быть  забыто  в  истории изобретений, да  оно  и  не  будет  забыто,  ибо  распространение  телеграфа послужит памятником его неутомимой деятельности». Еще при жизни Шиллинга изобретенная им  телеграфная  система  быстро завоевывает умы европейских  ученых.  В  1833  году  К.  Гаусс  и  В.  Вебер устраивают  по   шиллинговскому   образцу   в   Гейдельберге   связь   между обсерваторией  и  физическим  кабинетом.  1835  год  —  после   демонстрации Шиллингом своего телеграфа на Боннском съезде  немецких  естествоиспытателей и врачей  изобретение  из  России  обсуждается  широкими  кругами  тогдашней научной общественности. 1836 год — профессор  Гейдельбергского  университета и    почетный    член    Петербургской    Академии    наук     Г.     Мунке, председательствовавший в отделении физики Боннского съезда, вводит  описание и демонстрацию телеграфа Шиллинга в свои лекции. 1838 год — по  рекомендации Гаусса его ученик К. Штейнгель берется  за  реализацию  высказанной,  но  не осуществленной  идеи  Шиллинга  и  изготавливает  пишущий  мультипликаторный аппарат. 1839 год — первый пишущий аппарат с  электромагнитом  изобретен  Б.С. Якоби. Англичанин У. Кук, присутствовавший в 1836 году на одной  из  лекций Мунке, посвященных телеграфу Шиллинга, сразу же  понял  широкие  возможности нового  средства  связи  для  быстро  развивавшейся  на  своей  родине  сети железных дорог.  Он  снимает  копию  с  упрощенной  демонстрационной  модели шиллинговской системы и привозит ее в Англию. С помощью опытного  физика  Ч. Уитстона  эта  система  после  нескольких  неудачных  попыток  доводится  до промышленного  образца  —  и  в  1839  году  начинает  работать  первая  21- километровая  линия  с  пятимультипликаторными  аппаратами  между  станциями Паддингтон и Вест-Драйтон. По  мере  подготовки  кадров  в  1840—1845  годах появились и двух-, а затем  и  дномультипликаторные  аппараты  (практически соответствовавшие первой системе Шиллинга 1825 года). Именно телеграф  Кука- Уитстона, а по сути — Шиллинга, начал опутывать земной шар первыми  тысячами километров проводов. Якоби, не уставая защищать приоритет  П.  Л.  Шиллинга,  писал,  что «следит за прогрессом телеграфии для того только, чтобы предъявить права  на первенство моего покойного друга». Вереницы телеграфных столбов — традиционных спутников путешественника — и сегодня  несут  вдоль  дорог  бесконечные  цепи  гудящих проводов. Пожалуй, именно эти  миллионы  кило  метров  телеграфных  линий  и являются  самым  достойным  памятником   изобретателю   и   путешественнику, обаятельному и жизнерадостному человеку — Павлу Львовичу Шиллингу.