/
Author: Гладков К.А.
Tags: электроника электротехника телевидение техника для детей детгиз теле радиотехника
Year: 1954
Text
К.ГЛАДКОВ
К.ГЛАДКОВ
ТЕЛЕВИДЕНИЕ
РИСУНКИ Е.ТРУНОВА
Государственное Издательство Детской Литературы
Министерства Просвещения РСФСР
МасквА 19М Ленинград
К ЧИТАТЕЛЯМ
Издательство просит отзывы об
этой книге присылать по адресу:
Москва 47, ул. Горького, 43. Дом
детской книги.
Для старшего возраста
Ответственные редакторы Г. Л е в е н ш т е й н и Н. Максимова.
Художественный редактор О. Демидова.
Технический редактор М. Кутузова.
Корректоры Е. Кайрукштис и Р. Мишелевич.
Сдано в набор 30/1Х 1953 г. Подписано к печати 11/1 1954 г. Формат
84ХЮ8 "'.и —4,125 булг. = 13,55 печ. л. (13,01 уч.-изд. л.). Тираж 30 0000.
А01125. Заказ № 395.
2-я фабрика детской книги Детгиза Министерства просвещения РСФСР.
Ленинград, 2-й Советская, 7.
1—имае
«Одна картинка может сказать
больше, чем 10 тысяч слов».
(Старинная китайская пословица)
Введение
«.. . Незнакомец подошел к столу и нажал одну из
многочисленных кнопок. Бесшумно раздвинулись шторы,
и на скрытом за ними большом зеркале появились какие-
то неясные тени, вскоре перешедшие в четкое
изображение морского дна. Но это не было окно, выходящее на
дно моря. Дно находилось под нами на страшной глу*
бине. Это был «электрический глаз» — аппарат, при
помощи которого наш хозяин мог по желанию видеть все,
что делалось вокруг корабля на больших расстояниях...»
Гулко бьют часы: один, два, три... восемь.
Настольная лампа мягко льет свет на открытую книгу,
и трудно сразу сбросить с себя очарование, навеянное
любимой повестью о дерзости человеческой мысли,
подвигах, труде и упорстве.
Только что вместе с героями повести вы поднимались
на высочайшие вершины земного шара, погружались на
дно океана, взрывали и передвигали на новое место
целые горы, парили над материками, отправлялись в
путешествие к центру земли или в межзвездное пространство.
И, кажется, ничто не могло бы в этот тихий вечер
оторвать вас от такого увлекательного и захватывающего
путешествия, которое совсем еще недавно считалось
фантазией и очень далеким будущим.
Однако — время! Вы торопливо отодвигаете книгу,
поглубже надвигаете на лампу абажур, отчего в комнате
воцаряется полумрак, протягиваете руку к аппарату,
а
внешне очень похожему на большой радиоприемник, и
поворачиваете ручку выключателя.
Проходит минута... И вот на передней стенке
аппарата начинает светиться мерцающим голубовато-белым и
немного таинственным светом прямоугольный экран.
Яркие полоски, будто начерченные очень тонким
светящимся карандашом, дрожа бегут друг под другом, от
одной стороны экрана к другой.
Еще несколько секунд — и неожиданно на экране
появляется четкое и ясное изображение живого человека.
Обращаясь прямо к вам, он говорит, что вы сейчас
увидите.
И действительно, через мгновение вы оказываетесь
в лучшем театре страны, а на сцене — подлинные,
любимые всеми артисты. Но вы находитесь не просто в театре.
Вы видите сцену не так, как обычно, с одной и той же
точки — иногда откуда-то сверху или сбоку.
Нет, вы видите актеров то прямо спереди, то с боков,
издалека или, наоборот, очень близко, а иногда и сзади.
Вы даже можете видеть одни руки, лицо или только
глаза. Ничто не мешает во всех тонкостях следить за игрой,
жестами, мимикой артистов.
Или вы оказываетесь в самой середине футбольного
поля. Буквально в нескольких шагах от вас
популярнейший в стране нападающий одной прославленной команды
забивает под сплошные овации болельщиков мяч в
ворота, защищаемые столь же любимым всеми вратарем
другой, не менее знаменитой команды. Вы даже можете
поймать выражение торжества на лице одного и
огорчение на лице другого игрока.
При этом вы с невероятной скоростью и легкостью
поочередно переноситесь от одних ворот к другим. Никаким
волшебством и ни за какие деньги на свете нельзя
приобрести билета на такое место стадиона, с которого
можно было бы видеть игру одновременно глазами зрителей,
судей, любого из игроков, счастливых
фотокорреспондентов, расположившихся почти в самых воротах, и, если
хотите, с «точки зрения» самого мяча! И это чудесное место
находится в вашей комнате, у аппарата, расположенного
за много километров от стадиона.
Наконец, вы можете увидеть кинокартину, только что
появившуюся на экранах столицы, концерт, цирковое
4
представление и много других волнующих событий. И не
только видеть. Мягко, с кристальной чистотой, без помех
и тресков, присущих обычному радиоприемнику, вы
слышите малейшие оттенки речи оратора или актера,
мастерского исполнения музыки, шума толпы.
Таинственный аппарат, при помощи которого герой
фантастической повести всего несколько минут назад
наблюдал далекое морское дно, как по мановению
волшебной палочки перенесся со страниц книги в вашу
сегодняшнюю действительность.
Перед вами телевизор — аппарат, при помощи
которого, используя радиоволны, можно видеть на
расстоянии.
Величайшее творение человеческого гения и
напряженнейшего труда — телевидение основано на достижениях
современной науки и техники. Оно стало возможным
благодаря трудам целой плеяды русских ученых,
инженеров и изобретателей: А. Г. Столетова, П. И. Бахметьева,
А. С. Попова, Б. Л. Розинга, и в советское время —
А. А. Чернышева, В. А. Гурова, П. В. Шмакова, С. И.
Катаева, П. В. Тимофеева, Г. В. Брауде и многих других.
Телевидение возникло благодаря потребности человека
жить и трудиться в обществе таких же, как он сам,
людей, общаться с ними сначала в непосредственной
близости, а затем и на далеких расстояниях.
Человек всегда был любознательным существом. Он
постоянно стремится знать, что делается вокруг него,
в городе или колхозе, в родной стране, наконец на всем
земном шаре и даже в далеких звездных мирах.
Он всегда стремился заглянуть за запертую на самые
хитроумные запоры дверь природы, чтобы познать ее
тайны. Но раскрытие законов природы давалось в тяжелом
научном труде.
Давно человек хотел того, что ему не могли сулить
даже тысячи мудрецов и самые могущественные
волшебники древних сказок.
Он хотел быть в одно и то же время повсюду. А если
не быть, то хотя бы видеть все, что делается там, где его
самого сейчас нет. Короче говоря, он хотел видеть на
далеком расстоянии.
И человек этого добился. Позавчерашняя сказка и
вчерашняя научная фантастика стали сегодняшней дей*
5
ствительностью. Путь к ней оказался и очень длинным и
очень трудным.
Что же такое телевидение? Как оно зародилось,
развивалось и достигло своего чудесного воплощения?
Как оно служит человеку сейчас и как оно может
служить ему в будущем?
Какие изменения вносит оно в жизнь и деятельность
человека?
На все эти вопросы мы и попытаемся ответить в этой
книге.
рщпттгшттттщшшшффчушштуыштщгш
Г л л в а I
ДАЛЕКИЕ ПРЕДКИ ТЕЛЕВИДЕНИЯ
С ЧЕГО ЖЕ НАЧАТЬ?
На протяжении всей многовековой истории развития
человеческого общества и его цивилизации мы неизменно
встречаемся со стремлением людей находить всё новые
и новые средства связи друг с другом.
Как только человеческое общество делало в своем
историческом развитии очередной шаг вперед, делался
шаг и в способах связи.
Поэтому и телевидение, являясь в первую очередь
средством связи, прошло свой длинный путь развития от
первых сигналов, переданных нашими предками самыми
примитивными средствами, до венца своего современного
развития — телевизора.
Телевидение становилось более совершенным по. мере
накопления человечеством новых знаний. Современный
телевизор невозможно было бы создать, если бы до этого
человек не обнаружил явлений магнетизма и
электричества, не открыл законов оптики, не изучил устройства и
функций человеческого глаза и уха, не изобрел
телеграфа, телефона, кино, а потом и радио, предварительно не
разработал способа передачи на расстояние неподвижных
изображений. Понадобилось громадное число великих и
малых открытый и изобретений, одно перечисление
которых заняло бы несколько страниц. Поэтому нельзя
говорить о современном телевидении, не упомянув, хотя бы
7
очень кратко, о тех областях человеческих знаний,
которые определили возможность его осуществления.
Часто можно слышать такой вопрос: а сколь ново это
последнее достижение науки и техники?
Широкие круги трудящихся нашей страны
познакомились с телевидением в последние 5—6 лет. Более узкий
круг радиолюбителей впервые увидел передачи неясных
и маленьких изображений около 25 лет назад.
Специалисты систематически работали в этой области не менее
40 лет, а отдельные >ченые и изобретатели — свыше
50 лет. Первые же проекты установок для передачи
изображений на расстояние были предложены еще... 75 лет
назад!
Но раньше, чем начать наше повествование,
познакомимся с тем, что в конце концов является главной целью,
лежащей в основе техники телевидения.
Оказывается, все усилия человека в этой области были
направлены на то, чтобы создать искусственный глаз, то-
есть придумать такой прибор, который был бы даже
лучше человеческого глаза — видел на таком расстоянии,
куда не достанет никакая зрительная труба или телескоп:
за горами и каменными стенами, под водой и под
землей, за облаками и в темноте.
Следовательно, нам и придется в первую очередь
начать с того, что же представляет собой глаз, как при его
помощи человек видит, и выяснить, можно ли
искусственно создать аппарат, хотя бы в отдаленной степени
похожий на глаз.
Поскольку свою мечту о сверхчутком ухе — радио —
человеку удалось осуществить намного раньше, чем
телевидение, попутно необходимо будет ознакомиться и со
строением уха человека и его функцией — слухом.
ГЛАЗ ЧЕЛОВЕКА
На рис. 1 дана схема глаза, которая лишь в общих
чертах передает устройство и действие этого
удивительного творения природы.
Поток света освещает дерево. От каждой, даже самой
микроскопической его точки лучи света отражаются во
все стороны. Небольшая часть этих лучей попадает в глаз
а
Рис. 1.
Наверху — схема работы человеческого глаза. Внизу — схема
работы фотоаппарата.
наблюдателя и вызывает в нем зрительное ощущение.
Следовательно, видеть окружающие нас предметы мы
можем только тогда, когда они освещены. В полной
темноте мы их видеть не можем.
Глаз имеет форму шара или яблока и состоит из
нескольких оболочек. Плотная, непрозрачная наружная
оболочка белого цвета — белковая оболочка — защищает
глаз от внешних воздействий и сохраняет его круглую
форму.
При помощи мышц, прикрепленных к этой оболочке,
глаз может свободно поворачиваться в глазной впадине.
Передняя небольшая часть наружной оболочки
прозрачна и называется роговицей. Под ней находится
другая, окрашенная оболочка, называемая радужной. В за-
9
Рис. 2.
Размеры зрачка при разной освещенности рассматриваемого
предмета.
висимости от ее цвета и говорят о глазах человека, что
они голубые, серые или карие.
В центре радужной оболочки имеется отверстие —
зрачок. Сквозь это отверстие лучи света и проникают
внутрь глаза. Зрачок наделен замечательной
способностью— он автоматически регулирует количество
проникающего в глаз света.
Когда снаружи темно, то, чтобы пропустить внутрь
глаза как можно больше света, зрачок расширяется.
Когда же свет чересчур ярок, то зрачок сужается до
крошечной дырочки (рис. 2).
Непосредственно за отверстием зрачка расположено
прозрачное тело, по форме напоминающее
увеличительное стекло, или линзу. Это хрусталик глаза. Его
назначение — наводить сильно уменьшенное изображение
рассматриваемого предмета на чувствительную к свету
внутреннюю поверхность дна глазного яблока — сетчатку.
Хрусталик похож на объектив фотоаппарата, при .помощи
которого фотографируемое изображение наводится на
светочувствительную пластинку.
У фотоаппарата наводка на резкость, или на фокус,
изображений предметов, находящихся на разных
расстояниях от объектива, производится приближением или уда-
ю
лением объектива от пластинки. С хрусталиком глаза это
сделать невозможно. Поэтому, чтобы навести
изображение на сетчатку глаза так, чтобы оно было как можно
более резким, хрусталик при помощи крошечных мышц
становится то более выпуклым, то более плоским. От
этого угол преломления лучей света в нем изменяется,
благодаря чему резкое изображение внешних предметов
все время остается на поверхности сетчатки независимо
от расстояния, на каком находится от глаза сам
рассматриваемый предмет.
В сетчатке глаза находится множество мельчайших
разветвлений зрительного нерва (рис. 3). Сами нервные
волокна к свету нечувствительны. Они служат лишь для
передачи световых раздражений в мозг человека.
Чувствительны к свету только кончики этих волокон,
имеющие форму колбочек и палочек. Всего в сетчатке глаза
насчитывается несколько сотен миллионов палочек и
около 7 миллионов колбочек.
Каждая колбочка имеет свое отдельное нервное
волокно. Палочки же, наоборот, соединены большими
группами по 100 штук и больше на одном нервном
волокне (рис. 4). Различно и назначение этих
мельчайших светочувствительных
элементов сетчатки глаза.
Колбочки позволяют глазу
различать наиболее мелкие
предметы. Достаточно, чтобы
упавшее на сетчатку глаза
изображение захватило только
одну колбочку, равную по
площади всего шести-семи
миллионным долям квадратного
миллиметра, чтобы в мозг
передалось ощущение света.
Одновременно колбочки также
чувствительны и к цвету; именно
благодаря им глаз ощущает
окраску предметов.
Недостатком колбочек является их
слабая чувствительность к свету —
они, следовательно, нуждаются
Роговая
оболочка
Радуэ/сная
о&олоч/са
Хрусталик
Стекловидное тело
Сетчатка
Слепое пятно
Ствол Зрительного нерва
Рис. 3.
В хорошем освещении. Только Так устроен человеческий глаз.
Рис. 4.
Устройство сетчатки глаза.
тогда с их помощью можно различать мельчайшие детали
изображения и тончайшие оттенки цвета.
Палочки же благодаря их многочисленности особо
чувствительны к свету. Они дают возможность видеть
весьма слабо освещенные предметы. Поэтому в сумерках
глаз видит только палочками. Но зато палочки
нечувствительны к цвету, они видят все в сером цвете. Отсюда и
поговорка — «ночью все кошки серы». Но так как
палочки соединены на одном нервном волокне большими
гроздьями, они значительно хуже, чем колбочки,
различают мелкие предметы.
В колбочках и палочках находится особое вещество,
которое под действием света изменяет свой химический
состав; в результате чего в них возникают ничтожно
малые заряды электричества, величина которых зависит от
степени раздражения сетчатки светом, то-есть от яркости
рассматриваемого изображения. В результате всего этого
по волокнам зрительного нерва от отдельных колбочек и
12
гроздьев палочек к головному мозгу непрерывным
потоком бегут электрические сигналы (рис. 5). Огромное
количество этих одновременно поступающих сигналов
человеческий мозг складывает в изображение
рассматриваемого предмета.
В тот момент, когда вы смотрите на страницу этой
книги, часть отраженного от нее света попадает внутрь
Олсутсюбие Сла&ое Яркое Отсутствие
освещения ос&ещение освещение освещения
Рис. й.
Кривая записи электрических колебаний, проходящих по глазному
нерву кошки, в зависимости от яркости падающего на глаз света
глаза и воспроизводит на его сетчатке сильно
уменьшенное изображение страницы. Во столько же раз
уменьшается и размер каждой отдельной буквы или запятой.
Если при этом изображение печатного знака захватывает
на сетчатке лишь одну колбочку, мозг получает
впечатление не буквы, а только точки. Если же изображение
буквы получается намного меньше, чем размер колбочки,
то глаз уже ничего не ощущает — страница книги будет
казаться чистой. Только когда изображение буквы
захватывает достаточно большое количество колбочек, в мозгу
создается впечатление буквы или рисунка.
Как только темные и светлые места крошечной копии
страницы книги попадут на сетчатку глаза, мгновенно
начинают работать миллионы крошечных химических
генераторов электрического тока. Такое же множество
сильных и слабых электрических сигналов передается по
нервным волокнам, сливается в один общий поток в
зрительном нерве и по нему передает возбуждение в головной
мозг.
Здесь необходимо еще раз подчеркнуть важное для
всего дальнейшего изложения обстоятельство — все это
громадное число сигналов передается в мозг параллельно
и одновременно, не смешиваясь друг с другом.
Размер изображения страницы, отпечатавшейся на сет-
13
Рис. 6.
Что такое угол зрения.
чатке, естественно зависит от расстояния ее до глаза. Чем
это расстояние больше, тем изображение страницы на
сетчатке меньше, и наоборот.
Здесь мы имеем дело с так называемым углом зрения.
Предположим, что мы смотрим на вертикально
расположенную линейку. Линии, идущие к глазу от самой
верхней и самой нижней точек линейки, и составляют угол
зрения. Если линейку придвигать ближе к глазу, то этот
угол будет непрерывно увеличиваться. Если же линейку
отодвигать от глаза все дальше и дальше, то, наоборот,
угол зрения будет становиться все меньше и меньше.
Когда этот угол дойдет до величины, меньшей 1 минуты,
то глаз видеть линейку перестанет, на каком бы
расстоянии от глаза она ни находилась (рис. 6). Вместо нее он
увидит неясную точку. Почему? Да просто потому, что
сильно уменьшенное изображение линейки, падающее
на сетчатку глаза, окажется равным размеру колбочки.
Следовательно, любой предмет — независимо от того,
на каком расстоянии он находится от глаза, — мы
перестанем различать, если угол зрения станет меньше 1
минуты. Поэтому маленькая линейка превратится в точку
уже на сравнительно близком расстоянии, тогда как
заводскую трубу мы перестанем различать только на
расстоянии многих километров.
14
Й в том и в другом случае в момент исчезновения
линейки и трубы угол зрения будет меньше 1
минуты. А их изображение, падающее на сетчатку,
становится столь крошечным, что не может уже возбудить
достаточного количества светочувствительных элементов
глаза.
Все вышесказанное относится и к мелким частям
какого-либо большого предмета. При удалении от него мы
перестаем различать сначала мелкие детали, затем более
крупные, потом самые крупные, и, наконец, мы перестаем
различать и сам предмет.
Преодолеть этот порог чувствительности глаза, или
остроты зрения, можно, применив оптические линзы, или
увеличительные стекла. Рассматриваемого предмета они,
конечно, не увеличивают, но, преломляя, то-есть изменяя,
направление лучей света, увеличивают угол зрения
(рис. 7), благодаря чему устраняется необходимость
подносить предметы очень близко к глазу. А раз угол зрения
при этом увеличивается, то увеличивается и размер изо-
Рис. 7.
Почему увеличивает двояковыпуклая линза.
бражения на сетчатке, которое охватывает теперь
большее число светочувствительных элементов.
Такова очень краткая, но далеко не такая простая,
как хМы ее описали, картина устройства и работы
человеческого глаза — этого чудесного фотографического
аппарата, в котором наводка на резкость и установка
светосилы объектива производятся автоматически и
непрерывно. Это настолько изумительный прибор, что только
о нем одном написано очень много интересных книг.
И это тончайшее творение природы человек дерзко
осмелился воспроизвести своими руками.
УХО
Когда мы смотрим передачу телевидения,
одновременно с изображением мы слышим все то, что происходит
в том месте, откуда идут передачи, — речь, музыку,
шумы. Таким образом телевидение, то-есть
дальновидение, одновременно является и «дальнослышанием».
Ухо является тоже весьма интересным и очень
чувствительным органом, а процесс слуха своей сложностью
и совершенством не уступает зрению.
Прежде чем говорить о слухе, надо сперва создать
звук или шум. Ударим по куску железа или клавише
рояля — и мы получим звук. Ударим палкой по столу —
получим шум. Когда мы ударили по струне, она стала
колебаться с определенной частотой, зависящей от длины,
веса и степени натяжения струны. Колеблющаяся струна,
в свою очередь, привела в колебание окружающий ее
воздух. Колебания воздуха стали распространяться во все
стороны от струны, почти так же как распространяются
круги по поверхности воды от брошенного в нее камня.
Часть этих колебаний воздуха или звуковых волн
попадает в наружное ухо (рис. 8).
Его назначение — собрать как можно больше энергии
звуковых колебаний и направить ее по слуховому проходу
внутрь черепа. Когда мы что-либо плохо слышим, то
прикладываем к уху согнутую ладонь Ухо как бы вырастает
в размере и естественно захватывает больше звуковых
волн; вследствие этого мы начинаем лучше слышать.
Поперек слухового прохода, в его конце, туго натянута
16
Рис. 8.
Схема устройства человеческого уха.
тонкая, но очень прочная пленка, как на барабане. Ее так
и называют — «барабанная перепонка». Когда звуковые
волны достигают этой перепонки, она начинает
колебаться. К внутренней стороне перепонки прикреплены
связанные между собой небольшие косточки, расположенные
в среднем ухе. Другим концом эта цепочка косточек
прикреплена ко второй перепонке, отгораживающей среднее
ухо от внутреннего. Через эту цепочку колебания
барабанной перепонки в точности передаются внутренней
перепонке.
Внутреннее ухо устроено еще более сложно. Оно
представляет собой канал, свернутый в виде улитки и
заполненный жидкостью. В эту жидкость выходит
множество крошечных окончаний слухового нерва. Улитка
имеет переменное сечение: в начале она широкая, а
затем, по мере свертывания, сечение ее уменьшается.
Благодаря этому различные ее участки чувствительны только
к звуковым колебаниям, частота которых согласуется
с размерами этого участка улитки: широкая часть —
к более низким звукам, узкая часть — к более высоким.
Звуковые волны, исходящие от колеблющейся
внутренней перепонки, расцр^етр-амтнотся^ внутри улитки.
Энергично колеблющая^жй^^^р^эдрв^ает большее или
2 Телевидение
17
меньшее количество определенных нервных окончаний,
и в них, так же как и в светочувствительных элементах
глаза, создаются электрические импульсы, которые
передаются по слуховому нерву все одновременно головному
мозгу и вызывают в нем ощущение звука.
Так мы слышим. И здесь на самом деле все обстоит,
конечно, значительно сложнее.
Создать «электрический глаз» и «электрическое ухо»
было делом большого научного подвига.
Над этим работали не покладая рук несколько
поколений людей — ученых, инженеров и изобретателей.
И поэтому рассказ о том, как человек открыл способ
сначала слышать, а затем и видеть на далекие расстояния,
является одним из самых увлекательных и удивительных
в истории человеческой культуры.
ЧУДЕСНЫЕ КАМНИ
Наш рассказ об истории телевидения мы начнем
с того, что было на земле несколько тысяч лет назад,
когда человек впервые сознательно столкнулся с
оптическими, магнитными и электрическими явлениями.
Оптика, магнетизм, электричество — вот три
главнейшие отрасли науки, на которых основана вся техника
современного телевидения.
В течение многих веков они оставались почти без
движения. Застой этот продолжался до тех пор, пока
развитие производительных сил общества не создало условий,
при которых стало возможным соединить вместе
некоторые достижения оптики, магнетизма и электричества.
И тогда начали получаться удивительные вещи,
наслаивавшиеся друг на друга, как снежный ком.
С оптическими явлениями люди были знакомы давно.
Первобытные люди, подходя к воде, видели в ней свое
отражение. Сначала это их4безусловно пугало, затем они
поняли, что это их собственное изображение, появившееся
каким-то чудесным образом, и вместо страха оно стало
вызывать даже удовольствие. И, видимо, не один древний
щеголь примерял, стоя над природным зеркалом, новый
наряд, головной убор или любовался раскраской своего
тела.
18
Много позднее, когда появились металлические
изделия, одним из первых предметов роскоши стало
зеркало — отполированная до блеска медная или бронзовая
пластинка, обычная принадлежность именитых людей
того времени. Зеркало позволило получать световой
зайчик, и люди заинтересовались этим явлением. Сначала
они относились к нему как к веселому развлечению,
а затем стали серьезно изучать его.
В сравнительно короткий срок были найдены законы
отражения и преломления света и объяснены такие
простые явления, как кажущийся перелом палки,
погруженной наполовину в воду.
В конце прошлого столетия ученые-археологи
производили раскопки на месте царского дворца, когда-то
стоявшего в Ниневии — столице древней Ассирии. Из
числа редких находок их особенно поразила одна. Это
был кусок кварца — горного хрусталя, отполированный,
несомненно, руками человека таким образом, что он имел
вид двояковыпуклой чечевицы или линзы. Проходя
сквозь такой кристалл, лучи света в нем преломляются и
собираются вместе в одной точке, называемой фокусом.
Если собранные такой линзой лучи солнца направить на
легко воспламеняющийся материал, то он быстро
загорится. Каждый из вас, вероятно, многократно
проделывал этот опыт с увеличительным стеклом.
Разбираясь в таких тонкостях, как преломление света
и изготовление линз, ассирийцы, видимо, уже
основательно знали и другие свойства света и законы оптических
явлений. Но в течение веков Ассирия была ареной
ожесточенных войн — одни завоеватели сменяли других,
каждый из них дотла разорял завоеванное, и со временем
все, что создали ассирийцы, было уничтожено и забыто.
Погибли в развалинах царского дворца солнечные стекла,
были забыты знания, приобретенные народом этого
когда-то большого и могущественного государства.
Однако идея солнечных стекол не пропала. То ли
легенда о них или древний документ какого-либо другого
государства случайно сохранил описание этого
ассирийского «чуда», то ли они еще раз были вновь открыты, как
это многократно случалось в истории человечества, но
с законами оптики и солнечными, или зажигательными,
стеклами мы снова встречаемся уже у древних греков.
2*
19
Теперь перенесемся дальше на запад — в провинцию
Магнезия в древней Греции, расположенную недалеко от
Эгейского моря. В 800 году до нашей эры жители этой
богатой провинции наряду с прочими товарами широко
торговали и «чудесами», вернее — чудесными камешками.
В горах этой провинции они иногда находили камни,
которые отличались от всех других камней на свете
Стоило приблизить к такому камню какой-либо железный
предмет, как он с силой притягивался к нему, и
требовалось иногда большое усилие, чтобы оторвать его о г
камня. Столь необычное свойство этих камней так
поражало воображение людей, что вокруг этих камней
зародились самые фантастические сказки и поверья, весьма
помогавшие торговле ими.
Тут была и известная легенда о пастухе, ноги которого,
обутые в сандалии с железными гвоздями, прилипли
к скале, и он не мог сойти с места, пока не догадался
разуться. Среди моряков было распространено поверие
о том, что в море есть скала, мимо которой нельзя
плавать кораблям с обшивкой, скрепленной железными гвоз
дями. Стоит только неосторожно приблизиться к этой
скале, как все железные предметы и гвозди с силой
вырываются и летят к скале, а корабль рассыпается на
мелкие кусочки.
То, что находили греки, конечно не было камнем.
Это был магнетит — природное железо; точнее — окись
железа, или железная руда. Гора, содержащая такую
руду, есть и у нас на Урале. Потому что эти камни
находили в то время только в провинции Магнезия, их с тех
пор стали называть магнитами.
Необыкновенные свойства магнита казались
волшебными величайшим мыслителям древней Греции. Гомер,
Платон, Аристотель неоднократно с восхищением писали
о них. А великий римский ученый Лукреций Кар воспел
магнит в своей бессмертной поэме «О природе вещей»:
Видеть случалося мне, как прыгают в медных сосудах
Самофракийские кольца с железа опилками вместе,
Бурно бушуя, когда под сосудом камень магнитный,
Словно скорей убежать они жаждут от этого камня.
Пока греческие философы и ученые пытались
осмыслить столь чудесные свойства магнита или просто раз-
20
влекались им, в древнем
Китае магнит, оказывается, уже
долгое время служил тем,
чем он верно служит и
поныне, — компасной
стрелкой, по которой
мореплаватели и путешественники
в любое время могут
правильно определить север или
юг. Сохранились древние
китайские рукописи,
относящиеся примерно к 1100 году
до нашей эры. В них
встречаются описания дорожных
колесниц, у которых
маленькая фигурка человека всегда
показывала рукой на юг
(рис. 9). Внутри фигурок
были вделаны кусочки
магнита, и назывались они по-
китайски «чи-нан» —
указатель юга.
Именно от китайцев и
узнали европейцы о
существовании и свойствах
магнитного компаса. И чтобы
быть справедливым, вместо «магнита» чудесные камни
следовало бы назвать «чи-нан», или «чи-нан-тин»
(«стрелка, указывающая на юг»), а место открытия магнетизма
перенести на родину великого китайского народа и по
крайней мере на несколько веков раньше, чем магнит был
обнаружен в Греции.
Как бы там ни было, но на использовании магнитных
явлений сейчас основана важнейшая часть всей
электротехники, науки, родившейся, правда, много позже — почти
30 столетий спустя.
За все время, прошедшее между XI веком до нашей
эры и примерно до конца XVI века нашей эры, о
магнетизме были известны всего только три вещи: первое —
магнит притягивает некоторые металлы, например
железо; второе — когда кусок железа прикасается к
магниту, то на короткое время он сам становится магнитом
Рис. 9.
Магнитный указатель юга «чи-
нан», изобретенный китайцами
за 1100 лет до нашей эры.
21
и начинает притягивать другие железные предметы;
третье — стрелка, сделанная из магнита, всегда одним
концом показывает на север, а другим — на юг. И всё.
Греки сделали еще одно открытие. Так же как
и магнит, оно первое время было окружено ореолом
таинственности и волшебства.
В городе Милете в VI веке до нашей эры родился,
жил и учил знаменитый ученый — математик, астроном
и философ — Фалес Милетский, один из мудрейших
людей древней Греции.
Интересуясь явлениями природы, Фалес и его ученики
занимались также поисками чудесных камней, вроде
магнита. И они их находили. Но эти камни не были похожи
на магнитные. Прозрачные, красивого
желтовато-коричневого цвета, они были столь легки, что плавали в воде, но,
попав в огонь, горели. Чаще всего они применялись как
украшения.
Больше всего их находили у моря. Их выбрасывало
на берег из воды.
Весьма странные были эти камни. Очищая найденные
камни от грязи и песка, Фалес вытирал их о шерстяную
ткань своей одежды, и тогда начинались настоящие
чудеса. Ниточки и ворсинки одежды, пылинки и кусочки
сухой травы начинали прыгать на камень и приставать
к нему. Все это было похоже на магнит. Но только
к камню приставали такие частички, которые магнит не
притягивал. Греки назвали этот камень электроном.
Теперь мы называем такой камень янтарем и чаще
всего применяем его в качестве украшений. Иногда
внутри янтаря оказываются мушки и другие насекомые, как
будто они попали в кусок коричневого льда. Это и
понятно, так как янтарь является не камнем, а смолой
растений, когда-то покрывавших буйным и сплошным
покровом землю. Мушки, не подозревая грозившей им
опасности, садились на выступавшую из растений смолу,
прилипали и тонули в ней. В окаменевшей с веками
смоле мушки сохранились такими, какими они были
миллионы лет назад.
Будучи натертым, янтарь приобретал электрический
заряд и благодаря этому притягивал к себе легкие
предметы.
Знакомые нам слова: «электричество» и «электрон» —
22
происходят от слова «электрон». Так называли древние
греки около трех тысяч лет назад янтарь. Подмеченные
ими явления служат другой важнейшей основой всей
современной электротехники.
С 1891 года словом «электрон» стали называть самую
маленькую из известных тогда на свете частиц материи,
носящую один элементарный отрицательный
электрический заряд и являющуюся, в свою очередь, составной
частицей атома.
СРЕДНИЕ ВЕКА
На целое тысячелетие распростерлась над Европой
мрачная ночь Средневековья, наступившая после распада
и падения древней Римской империи. Только костры
инквизиции, на которых католическая церковь сжигала
своих противников, боровшихся против религиозного
изуверства и мракобесия, тягостно озаряли эту
многовековую тьму.
И только к концу этой всеобщей ночи ослепительным
светом засияли подвиги великих просветителей и борцов
науки — Леонардо да Винчи, Галилея, Джордано Бруно,
Сервета, Яна Гуса и многих других титанов человеческой
мысли, смело вступивших в бой с самой черной и
реакционной силой в истории человечества и подготовивших
приход нового, еще более яркого расцвета цивилизации —
эпохи Возрождения.
В эпоху Средневековья центр мировой науки и
культуры переместился на Восток, в арабские страны, в
Хорезм и Фергану.
Создав большое и культурное государство на Востоке
в VII веке, арабы сохранили для нас многое из того, что
оставила после себя греческая и римская культура, а во
многом и приумножили это наследство.
Особенно многим обязана человеческая культура
великим ученым: Хорезми, Фергани, Авиценне и многим
другим мыслителям, выходцам из стран Средней Азии,
ныне входящих з пределы нашей великой Родины.
И у арабов мы можем найти то, что вошло в пред-
историю стремления человека видеть на расстоянии.
Поэтому нам придется остановиться на одном
событии, имевшем место около 1000 года нашей эры.
23
Примерно в это время в городе Басра, стоящем
недалеко от слияния двух величайших рек Ближнего
Востока — Тигра и Евфрата, — жил и творил знаменитый
арабский ученый Абу-Али Аль-Хайтам ибн Аль-Хазен,
или, как он вошел в историю, Альгазен.
Из своего богатого научного наследства Альгазен
оставил кое-что интересное и для нас. В частности, он
был первым ученым, изучившим строение и работу
человеческого глаза и нашедшим по тому времени
правильное объяснение процесса зрения.
До него люди думали, что глаз постоянно излучает из
себя невидимые лучи, которые как бы ощупывают
окружающие предметы, наподобие усиков у некоторых
насекомых, и благодаря этому получает впечатление
о внешнем мире.
Альгазен установил ошибочность этого
представления и доказал, что все происходит как раз наоборот.
Лучи света, отражаясь от окружающих нас предметов,
попадают в глаз и там создают зрительное впечатление
этих предметов. Именно это утверждение и явилось
основой, на которой в дальнейшем было построено весьма
сложное, неоднократно рушившееся, но тем не менее
непрерывно поднимавшееся из лесов здание телевидения.
От Альгазена люди впервые узнали об устройстве
чудесного органа, копию которого несколько веков спустя они
решили создать своими собственными руками, и не
только воспроизвести, но и сделать еще более совершенной,
чем подлинник.
Но не только изучением глаза и процесса зрения мы
обязаны Альгазену.
В своих трудах он впервые упомянул об
увеличительных стеклах — очках, которые только через 250 лет
впервые водрузил на глаза своих современников знаменитый
английский философ и физик Рожер Бэкон.
И только в 1270 году в Европе был написан первый
труд по оптике. Вышел он из-под пера польского
ученого Вителло, который составил его на основе работ
грека Птоломея и Альгазена.
Из того, о чем написал и что сделал английский
ученый Бэкон, кое-что впоследствии оказалось нужным и
в телевидении. Например волшебный фонарь для
проекции на большой экран неподвижных изображений, очки
24
и ряд других хороших изобретений и идей в области
оптики.
Из ученых, творивших в средние века, мы должны
отдельно остановиться на великом ученом и художнике
Леонардо да Винчи. Мы уже писали о том, каким
чудесным и совершенным органом является человеческий глаз.
А вот Леонардо да Винчи в 1470 году обнаружил и
исследовал некоторые совершенно неожиданные
особенности глаза человека.
И каких только недостатков не насчитал он в этом,
казалось бы, идеальном органе человека! Оказалось, что
глаз не способен следить за быстрым перемещением
предмета. Он видит дольше, чем нужно, поэтому и
сливаются в один сплошной круг быстро вращаемая рука
с огнем и колесо повозки. Чувствительность глаза
неравномерна.
Ночью и в сумерки глаз не различает цвета. Правда,
в темноте он становится необычайно чувствительным,
различает самые ничтожные изменения в освещенности
и может увидеть свечу на очень значительном
расстоянии. Из всего изображения глаз различает ясно только
одну небольшую центральную его часть. Остальное же
хотя и видит, но не различает, и чтобы видеть все
изображение, он должен непрерывно его как бы ощупывать.
Поэтому глаз после языка, пожалуй, самый подвижной
орган человека.
И еще много недостатков обнаружил великий ученый
у глаза, который не шел ни в какое сравнение с точными
оптическими приборами.
И все исправления в этот чудесный и в то же время
физически столь несовершенный оптический прибор,
оказывается, вносит наш мозг. Поэтому и видим мы всё как
будто правильно и совершенно не замечаем его
недостатков. Неизвестно, как бы все выглядело, если бы
в один прекрасный день человеческий глаз избавился от
всех этих своих недостатков. Пожалуй, вряд ли мы
согласились бы на это, особенно узнав о том, что отныне
не будем иметь кино, телевидения и многих других
современных достижений. Лучше уж пусть остается
наше зрение таким, каким оно приспособилось к
деятельности человеческого организма на протяжении миллионов
лет!
25
ЧТО ВЫШЛО ИЗ ПОИСКОВ ФИЛОСОФСКОГО КАМНЯ
Весьма часто в книгах мы встречаем упоминание об
алхимиках — средневековых химиках, основной целью
которых было найти философский камень — средство,
при помощи которого можно было бы превратить в
золото любой, самый невзрачный булыжник на дороге.
Значительная часть этих поисков была связана со
всякого рода «волшебством», которое очень помогало
обманывать непосвященных и разжигать жажду овладеть
желанным камнем, но ни на волос не приближало
бесчисленную армию неудачников к заветной цели.
Зато в поисках неуловимого камня алхимики попутно
открыли большое число полезных вещей, положивших
начало современной науке — химии.
Очень большой интерес проявляли алхимики к
фосфору, так как все, что было с ним связано, светилось,
горело, дымило и взрывалось. И, действительно, было
подмечено много важных свойств фосфора,
оправдывающих столь глубокий интерес к нему. Например, в
темноте фосфор светился, причем в нем ничего не горело.
По тем временам этого было более чем достаточно,
чтобы подозревать в фосфоре какие-то таинственные
силы, способные сделать многое на пути к желанному
золоту.
Правда, свечение некоторых веществ было подмечено
много раньше. Еще в XIII веке было известно, что
алмаз, будучи нагрет до определенной температуры,
начинает светиться в темноте. Явление свечения сейчас
называется фосфоресценцией.
После того как около 1603 года было открыто
свечение некоторых других веществ, повседневной заботой
всех алхимиков мира на протяжении долгого времени
стало добывание новых фосфоров — веществ, способных
светиться самыми различными цветами. Для этого,
например, кипятили морскую раковину в сере. Полученная
смесь давала слабое фиолетовое свечение, но быстро
разлагалась во влажном воздухе и обладала недриятным
запахом.
Много позже для осуществления телевидения
потребовались светящиеся составы, чтобы покрыть ими
поверхность экрана телевизора. Для этой цели и были
26
использованы вещества, которые по своему значению,
а также и по труду, затраченному поколениями
алхимиков на их превращение в золото, стоили значительно
дороже любого, самого драгоценного металла на свете.
К середине XVII века бургомистр города Магдебурга
в Германии Отто Герике прославил и себя и имя своего
города знаменитыми опытами с «магдебургскими
полушариями», описанными в любом учебнике физики. Из
двух плотно прижатых друг к другу металлических
полусфер с хорошо притертыми краями, так что они вместе
составляли шар, выкачивали воздух при помощи
воздушного насоса, тоже изобретенного Герике. Тогда даже
несколько лошадей, тянувших полушария в разные
стороны, не могли их разорвать: столь велико было
давление наружного воздуха, прижимающее полушария друг
к другу.
Много-много лет спустя вакуум — пространство, из
которого выкачан воздух, — стал неотделимым
спутником любого электровакуумного прибора: фотоэлемента,
усилительной лампы, передающей и приемной катодных
трубок и многих других приборов, применяемых в
современном телевидении. Без этой «пустоты» современным
ученым никогда не удалось бы создать таких вещей, как
телевидение.
Однако созданием вакуума не исчерпалась научная
деятельность ученого градоначальника. Он много
работал над вопросами магнетизма и первый построил
машину для получения электричества трением. Не
удовлетворяясь примитивными опытами своих предшественников
по извлечению электрических искр из мелких предметов,
скорее напоминавшими детскую игру, Герике задался
целью построить большую машину, с тем чтобы получить
как можно больше «электрической невидимой
жидкости», присутствием которой тогда объясняли мало
изученную еще способность некоторых тел притягивать
к себе мелкие предметы.
Поэтому Герике отлил из расплавленной серы шар
величиной с детскую голову, насадил его на манер
точильного камня на ось с рукояткой и установил этот шар
в деревянном станке. После того как шар приводился
в быстрое вращение и его натирали ладонью руки, он
сильно наэлектризовывался, притягивал к себе частицы
27
более тяжелые, чем пушинки, и из него можно было
извлекать большие искры.
Это была первая электростатическая машина для
получения электрических зарядов большого напряжения,
но пока еще с ничтожной энергией.
Еще одно важное событие имело место примерно
в это же время. В 1666 году Исаак Ньютон завершил
свое классическое исследование цветного спектра белого
света, пропущенного сквозь стеклянную призму. Он
открыл, что, войдя в стеклянную призму, пучок лучей
белого света неожиданно распадался на все цвета
радуги. Это привело Ньютона к заключению, что белый
солнечный свет на самом деле представляет собой
смешение лучей всех этих цветов. Стеклянная призма была
здесь ни при чем. Она только разделяла белый свет на
его составные части. Если же все эти цветные лучи света
удавалось при помощи второй призмы, поставленной
основанием в противоположную сторону, собрать снова
в один пучок, то получался опять белый цвет. Мы
сумеем полнее оценить важность этого открытия позже,
когда будем разбирать главу о цветном телевидении.
Конец XVII века дал еще целый ряд других
примечательных открытий. В 1676 году было установлено, что
свет распространяется с очень большой, но определенной
скоростью. На основании многочисленных опытов своих
предшественников известный ученый Гюйгенс
сформулировал теорию света, согласно которой свет, так же как
и звук, является некоторой формой волнового
колебательного движения.
Чтобы перевернуть наконец страницу, посвященную
XVII веку, нам, пожалуй, необходимо будет остановиться
^ще только на одном достопримечательном моменте.
Наблюдая, как кусочек натертого янтаря излучает
маленькие потрескивающие искорки, изучая затем это же
явление, только в большом масштабе, на электрических
машинах, у которых искры были сочнее и длиннее,
потрескивание громче, а свечение ярче, некоторые ученые
начали смутно высказывать предположения, не является
ли это маленькой копией того, что почти ежеминутно
происходит на земле, только в миллионы раз более
крупном масштабе. То-есть не являются ли маленькие искор-
28
ки, соскакивающие с поверхности янтаря, миниатюрной
молнией, тихое потрескивание — громом. Доказательство
правильности этой догадки было получено только в
следующем веке, и дал его великий русский ученый
Михайло Ломоносов.
ЛОВЦЫ МОЛНИЙ
Электрические заряды, получающиеся на поверхности
натертого янтаря или стеклянного шара, судя по
слабому потрескиванию и свечению, а также по силе, с
которой они притягивали пушинки, были ничтожно слабы.
Чтобы изучить эти неведомые заряды, узнать наконец,
что такое электричество, требовалось собрать какое-то
ощутимое количество этой неуловимой «жидкости» и
попытаться взвесить или измерить ее. Но для этого нужен
был какой-то сосуд, форму которого и вид не мог
указать ни один ученый того времени. Причем было еще
неясно, удастся ли собрать это неуловимое электричество
во что-либо и получится ли вообще толк из всей этой
затеи.
Тем не менее такой сосуд в 1745 году был построен
в Лейденском университете (Голландия). Назвали этог
сосуд «лейденская банка». Это
была обыкновенная стеклянная
банка, на внутренней и
наружной сторонах которой
были наклеены обкладки —
тонкие листки свинца, отделенные
друг от друга слоем стекла
(рис. 10).
Соединяя обкладки
лейденской банки с полюсами
электрической машины, можно было ее
зарядить, то-есть удержать в
ней на сравнительно долгий
промежуток времени
электрический заряд. Обкладки банки
начинали притягивать к себе
мелкие пушинки. Замыкая об- рис 10
кладки проводником, можно на- Лейденская банка.
29
блюдать те же искры и потрескивания, как и от
электрической машины.
Таким образом, лейденская банка была
прапрабабушкой современного конденсатора. Вскоре было
установлено, что вместимость, или емкость, такой банки для
электрических зарядов была тем больше, чем больше
были ее размеры, вернее — площадь ее обкладок, и чем
тоньше было разделяющее их стекло, то-есть чем ближе
были расположены обкладки друг к другу.
Соединив параллельно несколько лейденских банок,
удалось накопить заряд такой величины, который
позволил передать его по проводнику на расстояние свыше
3 километров. При этом было замечено, что передача
этого заряда происходила мгновенно.
Значительно позже было установлено, что скорость
распространения света и скорость передачи
электрических зарядов была одинаковой — 300 тысяч километров
в секунду.
Но, даже соединяя вместе целые батареи лейденских
банок, ученые все еще получали электрические разряды
очень малой силы. И все чаще и чаще они обращали
свои взоры на небо, к грозовым тучам, из которых порой
на землю сыпались тысячи грозных и величественных
молний, очень напоминающих искры гигантской
природной лейденской банки.
Середина XVIII века застает величайшего ученого —
русского академика Михаила Ломоносова — за работой
по извлечению электрических искр большой силы из
изолированного металлического стержня, один конец
которого был выставлен высоко над крышей лаборатории,
а другой — находился в комнате. Во время грозы из
этого стержня можно было извлекать ослепительно яркие
искры. При этом раздавался оглушительный треск, как
будто палили из ружей.
Свои работы по изучению атмосферного
электричества Ломоносов вел совместно с ученым Георгом Рихма-
ном. В 1753 году во время одной очень сильной грозы
Рихман был убит вылетевшей из стержня шаровой
молнией. Русская наука лишилась талантливого ученого,
Ломоносов — друга и деятельного помощника.
Сравнивая собранную в лейденские банки
электрическую «жидкость» (в то время всё — электричество, свет
30
и тепло — считали жидкостями), полученную от
электрических машин и извлекаемую из стержня во время
грозовых разрядов, М. В. Ломоносов первый, на целое
столетие опережая своих современников, пришел к
твердому убеждению, что молния и электрические явления,
получаемые учеными при помощи электрических машин,
имеют явно одну и ту же природу. Разница заключалась
только в величине электрических зарядов.
В 1753 году М. В. Ломоносов написал и представил
в Академию наук работу: «Слово о явлениях
воздушных, от електрической силы происходящих», в которой он
отверг распространенное до него учение о существовании
особых «жидкостей»: тепла, света и электричества. Он
первый высказал убеждение, что теплота, так же как
и электрические явления, есть следствие движения
мельчайших частичек материи.
БОЛОНЬСКИЕ ЛЯГУШКИ
Конец XVIII века в нашей истории истоков
человеческих знаний, лежащих в основе создания телевидения,
должен быть отмечен особо. Заглянем на одно
мгновение в итальянский город Болонью. Здесь в своей
лаборатории работал профессор медицины Луиджи Гальвани.
Изучая строение тела лягушек, Гальвани и его
ученики однажды с удивлением обнаружили, что когда они
касались ножом бедерного нерва препарированной
лягушки, ее лапки вдруг начинали судорожно
подергиваться, как у живой.
Поиски причин столь неожиданного явления привели
их к стоявшей очень близко электрической машине.
Подергивание лапок лягушки при прикосновении
ножа к нерву появлялось каждый раз, когда кто-либо из
присутствовавших извлекал из электрической машины
искры.
Занявшись этим открытием, Гальвани скоро
установил то, что сейчас хорошо известно всем: при действии
электрического тока на нервы мускулы животных резко
сокращаются.
Вероятно, это хорошо знакомо всем, кому случалось
коснуться руками голых электрических проводов или
31
приборов, находящихся под током. Но не это, правда
важное, открытие Гальвани мы имели в виду в начале главы.
Правильно установив причину открытого им явления,
Гальвани вскоре столкнулся с новым явлением, в
толковании которого он сделал ошибку. Этой его ошибке и
обязана дальнейшими своими успехами и развитием
наука об электричестве.
Сокращение лапок лягушек Гальвани стал наблюдать
и тогда, когда он подвешивал их на медных крючках
к железной ограде дома. Электрическая машина в это
время не работала и не было грозы. На основании этих
опытов Гальвани пришел к неверному убеждению, что
источником электричества, повидимому, является не
электрическая машина, а сама лягушка и что вообще
животное может передвигаться только благодаря
вырабатываемому в его теле электричеству.
На эту тему им и был выпущен в 1791 году трактат,
вызвавший волнение среди ученых всего мира. Многие из
них бросились повторять и совершенствовать опыты
Гальвани.
В числе этих ученых оказался и другой итальянский
ученый, Александро Вольта. Он, так же как и Гальвани,
наблюдал подергивание лапок лягушки от весьма
слабых зарядов лейденской банки. Но, кроме этого, он
обратил внимание на то, что лапки лягушки содрогались
и тогда, когда к ним прикасались только металлическими
лредметами.
Дальше Вольта усомнился в выводах Гальвани. Он
заметил, что во всех опытах самостоятельное сокращение
мышц наблюдалось только тогда, когда применяемые
инструменты были из разнородных металлов.
Тщательно проверив это на ряде опытов, Вольта
пришел к выводу, что источником электричества в
предыдущих опытах Гальвани являлась не сама лягушка,
а контакт разнородных металлов.
Это вызвало страстные споры между Гальвани и
Вольта и между их многочисленными сторонниками.
Вскоре Вольта установил, что если взять два диска —
цинковый и медный — и проложить между ними суконку,
смоченную слабым щелочным раствором, то пластинки
становятся самостоятельным, постоянно действующим
источником электричества, в отличие от лейденских банок,
32
требующих после мгновенного разряда каждый раз новой
зарядки от электрической машины.
Соединяя большое число таких парных дисков
последовательно, Вольта получал источник электричества
большого напряжения. Соединяя их параллельно, он
получал источник электричества большой силы.
Таким путем впервые после открытия электрических
свойств натертого янтаря был изобретен источник
постоянного электрического напряжения, непрерывно
вырабатываемого двумя разнородными металлами,
помещенными в щелочной раствор. Этот прибор был назван
«вольтов столб».
Что же касается ученых споров, то правыми и
неправыми оказались оба: и Гальвани и Вольта. Мышцы
лапок лягушки могли сокращаться как под действием
электрического напряжения, получаемого от электрических
машин или лейденской банки, так и от электричества,
возникающего вследствие контакта между двумя
разнородными металлами.
Много позже было установлено, что, сокращаясь,
мышцы животного, в свою очередь, вырабатывают ела*
бый электрический ток, но не тот, который имел в виду
Гальвани.
И еще одна ошибка — при соприкосновении двух
разнородных металлов действительно появлялось
электрическое напряжение, от которого дергались лапки
лягушек, но сконструированный Вольта на основании этого
открытия «столб» действовал совершенно по-другому —
не как контактный, а как химический источник
электрического тока. Позднее он был назван гальванической
батареей.
Однако эти взаимные и счастливые ошибки двух
великих ученых дали в руки науки в первую очередь новый
постоянный источник электричества — гальваническую
батарею, а много позже — контактный источник
электричества, термоэлемент.
В короткий срок все это позволило сделать еще
более важные открытия в области электричества, а
самое главное открыть дорогу новой науке —
электротехнике.
3 Телевидение
Глава II
ВЕК ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
ПЕРВЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИК - АКАДЕМИК В. В. ПЕТРОВ
XIX век по праву считается веком электричества.
Во всех предыдущих опытах с электрическими
явлениями ученые имели дело главным образом с
электрическими зарядами, которые хотя иногда и достигали
большого напряжения — например, при соединении
последовательно многих лейденских банок или при извлечении
искр из металлического стержня во время грозы, — но
мгновенно исчезали, как только обкладки банок
замыкались между собой проводником или соединялись с землей.
Изобретение в начале XIX века вольтова столба,
способного непрерывно вырабатывать электричество, резко
изменило характер всех последующих опытов. Теперь
было окончательно установлено, что по проводам,
соединяющим медную и цинковую пластинки столба, что-
то непрерывно «течет». Это «что-то» было способно
нагреть и даже расплавить тонкую металлическую
проволочку. Следовательно, как и тепло, электричество обладало
энергией, способной совершать определенную работу.
Разработанные еще Ломоносовым и Рихманом
электрические указатели позволяли начать измерения этой новой
и еще мало изученной силы.
Подобно воде, электрическая энергия, вырабатываемая
вольтовым столбом, непрерывно «текла», поэтому ее
назвали током. Вслед за этим неминуемо должны были
появиться и такие понятия, как сила тока, сходная с силой
потока воды; напряжение электрических зарядов, подобное
высоте, с которой начинала свой ток вода и от которой
зависело, тихий ли это ручеек или бешеная стремнина;
сопротивление, оказываемое току проводниками из
различных материалов и разных сечений, схожее с
сопротивлением скал и узких берегов, препятствующих течению
воды; и, наконец, понятие о мощности тока, так же как
понятие о мощности ручья, полноводной реки или ветра,
вертящих колеса водяных и ветряных мельниц.
Великая честь первым заставить электрический ток
служить человеку выпала на долю знаменитого русского
34
физика, позже академика, Василия Владимировича
Петрова (1761—1834).
Едва узнав об опытах Гальвани и Вольта, Петров
тотчас же начал работу в этой новой области. Но
первые успешные результаты не удовлетворили кипучей
натуры ученого. Полученные им из-за границы вольтовы
столбы были слишком слабыми. Не прошло и года, как
Петров сам построил самый большой в мире вольтов
столб, составленный из 4200 медных и цинковых
кружков.
23 ноября 1802 года, работая со своей «огромной
наипаче» батареей, он сделал изумительное открытие.
Когда, замкнув на мгновение проводники, идущие от
концов батареи, вместе, он затем развел их немного
в стороны, между концами проводников образовалось
ослепительно яркое «светоносное явление» — длительный
электрический разряд, называемый теперь электрической
дугой. Особенно хорошо получалась дуга, когда вместо
быстро сгоравших проводников применялись угли. По
яркости свет открытой Петровым дуги уступал только
солнцу.
Петров вскоре установил, что прохождение
электрического тока между электродами значительно
облегчается, если дугу поместить в сосуд, из которого откачан
воздух. Он первым придумал электрическую изоляцию
проводов как средство против короткого замыкания. В его
лаборатории зародилась современная электрическая
сварка металлов, затем метод получения при помощи
электрического тока чистых металлов из их окислов и
многое другое. Это было начало новой науки —
электротехники.
Пользуясь открытием Петрова, в 1812 году русский
ученый П. Л. Шиллинг провел опыты по взрыву мин при
помощи электрического тока. Изолированный
каучуковыми лентами провод был проложен по дну реки Невы.
Так появился первый в мире подводный кабель.
На Западе подводный кабель, соединяющий Англию
с Европейским материком, появился только через 33
года — в 1845 году.
Начало XIX века примечательно еще одним
открытием.
В 1802 году на химически обработанной бумаге под
3*
35
действием солнечных лучей был отпечатан силуэт листа
дерева. Это была первая в мире силуэтная фотография.
Из нее впоследствии выросла новая область науки —
фотохимия.
РОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
В течение многих веков знакомства с магнитными
и электрическими явлениями люди не видели никакой
связи хмежду этими двумя необычайными явлениями
природы, кроме общего для них свойства что-нибудь
притягивать. Магнит притягивал железо, а наэлектризованные
предметы — легкие пушинки.
,-<►*, Один действовал постоянно,
другой — только в то время,
пока был заряжен. И только
отдельные умы иногда
задумывались над тем, нет ли
более глубокой и прочной связи
между этими загадочными
явлениями.
Первым из этих ученых
был М. В. Ломоносов,
которому были известны случаи,
когда после удара молнии в
металлические предметы
последние намагничивались.
Изобретение постоянного
источника электрического
тока помогло решить и этот
вопрос.
В 1819 году
копенгагенский профессор — физик
Ганс Эрстед, давно
пытавшийся установить наличие
связи между магнитными и
электрическими явлениями,
Рис. п. сделал удивительное откры-
Изменение направления маг- тие: при пропускании элек-
нитного поля вокруг провод- г ^ ^
ника в зависимости от направ- тричесКОГО тока ПО проводни-
ления тока в проводнике. ку стоявшая тут же рядом
36
магнитная стрелка неожиданно повернулась своим острием
в сторону проводника. Когда ток был выключен, стрелка
возвратилась в свое первоначальное положение.
Исследовав это явление, Эрстед обнаружил, что во время
прохождения тока по проводнику вокруг него появляется
круговое магнитное поле одного направления. При
перемене направления тока меняется и направление этого
поля (рис. 11).
Электрический ток рождал магнетизм!
Долго подозреваемая связь между этими двумя
явлениями природы была наконец установлена.
Рис. 12.
Как из проволочной катушки, по которой проходит электрический
ток, и железного сердечника получается сильный электромагнит.
Итак, стена, которой природа окружила одну из своих
сокровенных тайн, пала, и в образовавшуюся брешь
ворвалась армия пытливых ученых и изобретателей.
Тремя годами позже было открыто, что если
пропустить по проводу, намотанному вокруг куска мягкого
железа, электрический ток, то кусок железа превратится
в сильный магнит (рис. 12). При выключенном токе
сердечник снова становился простым куском железа.
Перемена направления тока в обмотке меняла
полярность магнита: северный полюс становился южным,
37
а южный полюс — северным. Свернутый в спираль
провод превращался в магнит даже без сердечника.
Так родился электромагнит, имеющий важное
значение в современной технике телевидения.
18 сентября 1820 года в Парижской Академии наук
французский ученый Андре Ампер доложил результаты
некоторых своих опытов с проводниками, несущими
электрический ток. В частности, им было установлено, что
два параллельных проводника, по которым проходит
электрический ток в одном и том же направлении,
притягиваются. Если же ток в проводниках направлен в
разные стороны, то проводники отталкиваются друг от
Друга.
Электрический ток, оказывается, не только создавал
вокруг себя магнитное поле и превращал свернутый
в спираль провод в магнит, но и вызывал движение. Два
свернутых в спираль проводника вели себя по
отношению друг к другу как два магнита.
Открытия Ампера вызвали сенсацию.
Помимо своего исключительно важного научного
значения, они вселили надежду со временем создать
магнитный двигатель.
Так, шаг за шагом, ученые упорно вытягивали начало
длинной цепи фактов о природе электрических явлений и
электрическом токе. Многое сделал в этом трудном
соревновании с природой один из крупнейших физиков
своего времени, английский ученый-самоучка, Михаил
Фара дей.
Начав с того, на чем остановился Эрстед, Фа-
радей задался противоположной целью: превратить
магнетизм в электричество. Если при прохождении тока в
проводнике появляются магнитные свойства, то почему бы не
ожидать, что можно получить электрический ток при
помощи магнита.
В течение десятка лет Фарадей последовательно
перепробовал все, какие только можно было придумать,
опыты, для того чтобы доказать правильность своей
догадки.
Упорный, методический труд, направленный к одной
цели, восторжествовал. Вводя как-то постоянный магнит
в катушку из провода, соединенную с измерительным
прибором, Фарадей заметил, что стрелка прибора на ко-
38
Рис. 13.
Появление электрического тока в катушке при введении и
извлечении из нее постоянного магнита.
роткое мгновение отклонилась, а затем вернулась в
исходное положение.
При извлечении магнита из катушки явление
повторилось, только стрелка прибора на этот раз отклонилась в
обратную сторону (рис. 13).
В следующем опыте он вместо стального магнита взял
уже электромагнит, то-есть катушку, через которую
проходил электрический ток от батареи. При вдвигании этой
катушки в другую, соединенную только с измерительным
прибором, стрелка прибора вела себя точно так же, как
если бы в катушку вводился обыкновенный магнит.
Магнетизм рождал электричество!
Правда, это рождение требовало непрерывного
движения магнита. Отклонение стрелки прибора значительно
усиливалось, когда внутрь подвижной катушки
вставлялся сердечник из мягкого железа.
Дальше открытия следовали одно за другим уже
с баснословной скоростью.
Затратив около 10 лет на исследования магнитных и
электрических явлений, Фарадей, найдя нужное звено,
буквально в течение 10 дней открыл ряд законов, в даль-
39
нейшем составивших основу электротехники — науки
о практическом применении электричества.
Эти открытия наконец свели вместе нити нашего
рассказа: историю магнита, зародившуюся в древнем Китае
за 1100 лет до нашей эры, и историю электричества,
начавшуюся с натертого янтаря в VI веке до нашей эры.
Соединившись вместе, они теперь позволяют показать, как
при помощи электричества, магнетизма и многих других
столь же важных явлений и открытий люди смогли
наконец приступить к осуществлению своей мечты — создать
электрический прибор, чтобы с его помощью видеть на
расстоянии.
Последующие опыты уточнили, что образование
электрического тока в катушке происходило вследствие того,
что ее витки пересекались силовыми линиями магнита
при его движении взад и вперед внутри катушки. А раз
так, то Фарадей поставил опыт, при котором магнит
оставался неподвижным, а двигались только одни магнитные
линии.
Для этого на кольцо из мягкого железа наматывались
две отделенные друг от друга обмотки Через одну
обмотку пропускался ток от батареи, другая замыкалась
на измерительный прибор. Когда цепь первой обмотки
размыкалась или замыкалась, во вторичной обмотке,
ничем не соединенной с первой, возникал электрический
ток Этот ток при замыкании первой обмотки протекал
в одном направлении, при ее размыкании — в обратном
(рис. 14).
Движущееся магнитное поле, появляющееся вокруг
первой обмотки в момент замыкания тока и исчезающее
в момент размыкания тока, пересекали витки второй
обмотки и создавали в ней электрический ток, текущий в
разных направлениях.
Так было открыто хорошо известное теперь явление
величайшей важности — электромагнитная индукция.
Опыты Фарадея были повторены в десятках
лабораторий мира. Вскоре появился вращающийся генератор —
машина, вырабатывающая электрическую энергию на
основе электромагнитной индукции.
В 1837 году русский академик Борис Семенович
Якоби сконструировал и построил первый
электрический «магнитный» двигатель. Лодка, на которой он был
40
Рис. 14.
Явление электромагнитной индукции. При размыкании и замыкании
тока в левой обмотке, в правой обмотке, изолированной от первой,
появляется электрический ток.
установлен, прошла вверх по течению реки Невы
в Петербург, имея на борту 14 пассажиров. После этого
опыта ученый выразил надежду, что «Нева раньше
Темзы или Тибра покроется судами с магнитными
двигателями».
За электрическими машинами и двигателями
появились трансформатор, изобретенный русским
изобретателем Иваном Филипповичем Усагиным, машины и
двигатели трехфазного переменного тока — Михаила Осиповича
Доливо-Добровольского, передача энергии на далекое
расстояние — Дмитрия Александровича Лачинова,
электрические свечи для освещения — «русский свет» — Павла
Николаевича Яблочкова и электрические лампы
накаливания — Александра Николаевича Лодыгина.
Эти важнейшие открытия и изобретения, а их перечень
можно было бы намного увеличить, свидетельствуют о той
выдающейся роли в прогрессе электротехники, которую
играла блестящая плеяда русских ученых.
Интересы бурно развивавшегося в XIX веке
капитализма, расширение заморской торговли и мореплавания,
требовали новых и более совершенных средств связи.
Все достижения в области электротехники немедленно
и
находили свое применение в технике связи, куда они, как
правило, переносились всегда в первую очередь. Уже
в 1831 году Павел Львович Шиллинг изобрел и
установил в Петербурге первый в мире электрический телеграф.
Русский академик Якоби, в свою очередь, в 1850 году
изобрел буквопечатающий телеграфный аппарат,
повторенный только через два года французом Бодо, имя
которого он, кстати сказать, до сих пор незаслуженно
носит.
Наконец в 1876—1877 годах появились
электромагнитный телефон, затем фонограф для записи звуков на
восковой валик и кинематограф. До этого, в 1836 году,
была снята первая фотография, для получения которой
вначале человек должен был неподвижно сидеть
несколько десятков минут.
В исключительно короткий срок земной шар
покрылся густой сетью телеграфных линий.
Подводные кабели, проложенные по дну морей и
океанов, соединили между собой целые континенты — Европу
с Америкой и Африкой.
Но во многих случаях проволочные линии были
неприменимы — например, ими нельзя было соединять
корабли в море с берегом, а также корабли между собой.
Как и сотни лет назад, моряки вынуждены были вести
переговоры и передавать команды с одного корабля на
другой при помощи флагов, фонарей, солнечного зайчика.
Все эти приспособления действовали крайне медленно,
в ряде случаев ненадежно, а главное — могли
применяться только на весьма коротком расстоянии. В туман
и бурю такая связь и вовсе прерывалась.
Интересы быстро развивающегося торгового
мореплавания, а также военного флота настоятельно требовали
создания новых средств связи, и в первую очередь —
беспроволочных.
Поэтому мысль ученых и изобретателей все чаще и
чаще стала обращаться к догадке, высказанной Фара-
деем еще в 1838 году, после открытия им
электромагнитной индукции, — догадке о том, что при этом явлении
электрическое воздействие распространяется без всяких
проводников — повидимому, в виде колебаний, которые
представляются наиболее вероятным объяснением
световых явлений.
42
В МИРЕ НЕВИДИМОГО
Совершая одно за другим важнейшие открытия,
ученые в то же самое время зачастую не могли дать ответа
на казалось бы простые вопросы: например, отчего огонь
греет, что такое свет, из чего состоят окружающие нас
предметы, что такое электричество?
Все эти вопросы были тесно связаны с основной
загадкой естествознания: что такое материя, из чего она
состоит?
Еще мыслители древности — Фалес из Милета, Лев-
кипп, Демокрит — высказывали убеждение, что вещества
окружающего нас мира составлены из мельчайших»
недоступных нашему глазу, неделимых частичек —
атомов.
Поэтому вполне естественными оказались
предположения Ломоносова, что и электричество состоит из
отдельных частичек размером даже меньше атомов, вслед^
ствие чего они и оказались способными проникать внутрь
частиц других веществ.
В этой связи интерес ученых вызвали попытки
заставить электрический ток проходить через пустоту или раз-)
реженные газы, так как было известно, что при
нормальном давлении ток через воздух и газы не проходил. Здесь
исследователи сразу столкнулись с целым рядом новых
загадочных явлений.
В 1858 году немецким ученым Г. Гейслером была
изготовлена стеклянная трубка, в концы которой были
впаяны металлические проводники, оканчивавшиеся
металлическими пластинками. Трубка имела отросток с краном,
через который из нее можно было откачать воздух.
Присоединив к электродам трубки полюса
электрической машины, дающей высокое напряжение, и откачивая
из нее воздух, можно было заметить, что около пластинки,
соединенной с положительным полюсом машины —
анодом, появлялось слабое свечение, цвет которого зависел
от того, какой газ наполнял трубку. При дальнейшем
откачивании свечение сначала заполняло всю трубку, а
затем около отрицательной пластинки появлялась все
увеличивающаяся темная область, и постепенно свечение в
трубке прекращалось (рис. 15).
Оказалось, что как только трубка начинала светиться,
43
через нее начинал проходить
небольшой ток,
увеличивавшийся по мере откачки
трубки.
При дальнейшей откачке
газа из трубки появлялось
новое, уже яркозеленое
свечение части поверхности
стекла трубки,
расположенной против катода. На этом
основании было
высказано предположение, что из
катодной пластинки исходят
какие-то не видимые глазом
лучи, которые
распространяются прямолинейно и,
ударяясь о поверхность трубки,
вызывают свечение
(флюоресценцию) стекла.
Если между катодом и
светящимся участком трубки
помещалась какая-либо
фигурка, то лучи давали тень
(рис. 16).
Эти лучи могли даже
производить механическую
работу — например, вращать
поставленную у них на пути
маленькую вертушку. В тех
местах трубки, на которые
падал поток частиц,
выделялось тепло. Если катоду
придавалась форма вогнутого
зеркала, то в его фокусе можно было расплавить самые
тугоплавкие металлы и сплавы. Новые лучи способны
были даже проходить через очень тонкие алюминиевые
пластинки. Объяснение этому явлению дал в 1879 году
английский физик В. Крукс, установивший, что при
прохождении электрического тока высокого напряжения через
трубку с сильно разреженным газом из ее катода
излучаются катодные лучи, то-есть поток материальных
частиц, летящих с громадной скоростью к аноду.
Рис. 15.
Последовательные стадии
свечения разреженного газа в
трубке Гейслера при
прохождении через нее
электрического тока высокого
напряжения.
44
Рис. /6.
Электронная тень в трубке Гейслера.
Дальше было установлено, что неизвестные лучи
можно отклонять в сторону при помощи магнита. Под
действием вновь открытых лучей некоторые вещества
светились, и эти лучи можно было обнаруживать при
помощи стеклянного экрана, на который наносился слой
таких веществ.
По мнению Крукса, эти лучи и являлись потоком
частиц отрицательного электричества, входящих в состав
атомов любого вещества, существование которых было
предсказано еще Ломоносовым.
В 1891 году эти частицы отрицательного
электричества были названы электронами. Но об истинной их
природе и происхождении еще почти ничего не было известно.
8 ноября 1895 года немецкий ученый Вильгельм
Рентген изучал прохождение катодных лучей, излучаемых
трубкой Гейслера, сквозь некоторые материалы,
наблюдая за их изображением на фосфоресцирующем экране,
установленном перед трубкой. Как и следовало ожидать,
экран светился ярким зеленым светом даже на довольно
значительном расстоянии от трубки.
При этом лучи проходили сквозь довольно толстый
слой бумаги, дерева и даже сквозь металлическую
фольгу. И только свинцовая пластина толщиной в 2
миллиметра оказалась непроницаемой.
Когда же Рентген между трубкой и экраном поставил
руку, то, к своему величайшему изумлению, ясно увидел на
экране светлую тень и темный скелет руки!
45
Вокруг одной из костей была видна черная полоса —
это была тень золотого кольца, которое он носил на
пальце.
В кожаном кошельке можно было увидеть силуэты
ключа и монет. Поднесенный к трубке электромагнит не
оказывал на лучи никакого действия. Зато
фотографическая пластинка оказалась весьма к ним чувствительна, и
с большим удовлетворением Рентген сделал на нее снимок
своей прозрачной руки с кольцом на пальце и ключа.
Все это было ново и совершенно не похоже на
катодные лучи, столь хорошо изученные и описанные Крук-
сом.
Большим благодеянием оказались новые лучи для
медицины. Был сконструирован аппарат для
просвечивания внутренних органов человека, для обнаружения
инородных тел, переломов костей, осколков снарядов и пуль,
застрявших в теле раненых. Уже в 1896 году русский
физик Александр Степанович Попов, будущий
изобретатель радио, ознакомившись с описанием аппарата
Рентгена, по просьбе своей жены — Раисы Александровны, по
профессии врача, построил первый в России такой
аппарат и оборудовал для врачебной работы с ним
специальный кабинет в Кронштадтском госпитале.
То, что открыл Рентген, были знаменитые
рентгеновские лучи, или, как их назвал он сам, икс-лучи. И хотя
их можно было получать в трубке Гейслера, они не имели
ничего общего с катодными лучами Крукса.
Замечательное открытие взбудоражило ученых.
Появилась еще одна новая загадка: что такое лучи
Рентгена? Какая существует связь между строением вещества
и электричеством, электричеством и этими лучами?
Объяснить происхождение и природу новых лучей
удалось много позднее, в XX веке, и только после
того, как была раскрыта новая сокровенная тайна
природы — строение вещества, а вместе с ней — и загадка
электрона.
За лучами Рентгена вскоре появились новые, не
похожие на все предыдущие лучи. Не успев еще
разобраться в прежних открытиях, ученые вынуждены были
ломать голову над новыми, еще более разительными
явлениями.
В 1896 году французский физик Анри Беккерель, по-
46
лагая, что лучи, открытые Рентгеном, вызываются ярко*
зеленым свечением того участка стекла трубки, который
расположен против катода, решил, что любое другое
вещество, способное флюоресцировать, также излучает лучи
Рентгена.
Для первого своего опыта он взял кусочек соли урана,
способной светиться под действием солнечного света.
Действительно, на завернутой в толстую черную бумагу
фотопластинке, выставленной им на свет, отпечаталось
изображение взятого кусочка урана. Готовый уже опубликовать
результаты своего открытия, ученый решил еще раз
проверить себя, но погода стояла пасмурная, и кусочки соли
урана несколько дней лежали вместе с пластинками в
ящике стола. Проявив для контроля перед опытами одну
из пластинок, Беккерель с удивлением увидел, что кусочки
соли отпечатались на пластинке еще лучше, чем в
предыдущем опыте. А ведь соль находилась с пластинками
в темном ящике стола да еще в пасмурные дни и
флюоресцировать под действием света никак не могла.
Следовательно, соль урана излучала какие-то свои собственные
лучи.
Серия новых опытов подтвердила первоначальную
ошибку ученого. Сообщение Беккереля снова всполошило
ученых.
Вновь открытые лучи вели себя странно до тех пор,
пока позже не было обнаружено, что они состоят
фактически из трех различных видов лучей. Одни из них
отклонялись магнитом и оказались такими же, как и лучи
Крукса, то-есть потоком электронов (они были названы
бэта-лучами). Другие, отклонявшиеся меньше, чем
первые, и притом в противоположную сторону, оказались
положительно заряженными ядрами атомов газа гелия
(альфа-лучи). Третьи лучи оказались сходными с лучами
Рентгена, но намного мощнее (гамма-лучи).
Заинтересовавшись новым открытием, молодой,
талантливый польский физик Мария Складовская-Кюри и
ее муж, французский физик, Пьер Кюри открыли, что
лучи Беккереля, помимо урана, излучают и некоторые
другие вещества, в частности торий, а еще больше
излучает их урановая руда из рудников вблизи чешского
города Иоахимсталя.
После нескольких лет колоссального труда, перера-
47
ботав горы руды, они открыли новое вещество в виде
ничтожной примеси к урану. Это был новый химический
элемент — радий.
Вслед за радием было открыто и другое, похожее на
него вещество, названное полонием. Вещества, способные
испускать новые лучи, Мария 'Кюри назвала
радиоактивными.
Открытие новых лучей еще раз подтвердило
предположение о том, что атом не является неделимым. Атомы
некоторых, самых тяжелых, радиоактивных веществ —
радия, тория, полония, урана и других — без всякого
внешнего воздействия непрерывно распадаются, выбрасывая
из себя осколки — частицы, из которых они состоят
сами.
Такое обилие новых фактов и свойств приковали
к себе внимание ученых. Именно здесь и должна лежать
разгадка и объяснение всех удивительных открытий
электрического века, ведущие наконец к раскрытию тайны
строения вещества. Явление радиоактивности не только
рассказало ученым о том, что делается в самой глубине
атома, но и дало им в руки мощное средство проникнуть
туда.
ЭЛЕКТРОН - САМЫЙ МАЛЕНЬКИЙ СЛУГА ЧЕЛОВЕКА
Но далась эта тайна в руки человека не сразу и не
легко.
Ученые успели открыть еще массу других важных
явлений: что электрическое воздействие может передаваться
на расстояние в виде электромагнитного излучения или
волн и что электромагнитным излучением является как
видимый, так и не видимый глазом свет. Изучение
электромагнитных волн привело к изобретению радио и т. д. Обо
всем этом мы более подробно расскажем в следующих
главах книги.
Только в начале XX века обрисовалась более или
менее ясная картина строения вещества и сущность
электричества.
Любой химический элемент состоит из атомов —
ничтожно маленьких частичек, имеющих тем не менее очень
сложное строение. В центре атома находится ядро, со-
48
стоящее из протонов — частиц, заряженных
положительным электричеством, и нейтронов — таких же частиц, но
не имеющих никакого заряда. Вокруг ядра, на некотором
расстоянии от него вращаются электроны — частицы, не*
сущие на себе элементарный отрицательный
электрический заряд.
Отрицательный заряд электрона в точности равен
положительному заряду протона, но только противоположен
ему по действию.
Каждый элемент отличается от любого другого весом
атома, а также числом частиц с положительным зарядом,
плотно «упакованных» в ядре, и таким же числом
вращающихся вокруг ядра электронов. Вокруг ядра
водорода с одним протоном вращается всего один электрон,
вокруг ядра гелия с двумя протонами и двумя
нейтронами— два электрона, у ядра кислорода — восемь
протонов и восемь нейтронов, и вращается вокруг него восемь
электронов, и т. д. Вокруг ядра урана вращаются 92
электрона.
Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре;
у атома водорода она почти в 1840 раз больше массы его
единственного электрона. В то же самое время ядро
занимает только одну квадрильонную часть объема всего
атома — так плотно «упакованы» частицы, из которых
оно состоит. Поэтому атом практически представляется
пустым.
Ядро атома чрезвычайно устойчиво. Никакие внешние
воздействия не могут оторвать от него даже одной
положительно заряженной частички или нейтрона. Ядро
можно разбить на части, только если попасть в него ядром
другого атома, отдельным протоном или нейтроном,
летящим с огромной скоростью. Такие частицы, например,
непрерывно выбрасывают из себя радиоактивные
вещества. Но для этого надо еще попасть в ядро атома, а это
вследствие малости размеров ядра и громадной пустоты
между атомами вещества (конечно, сравнительно с их
размерами) сделать чрезвычайно трудно. Нужны
миллиарды атомных снарядов.
Если в результате такого попадания в ядро атома от
него удается оторвать один или несколько протонов, то
этот атом превращается в атом другого вещества —
такого, у которого в ядре столько же частиц с положитель-
4 Телевидение
49
ными зарядами, сколько их осталось у пострадавшего от
обстрела атома.
Окружающие ядро электроны расположены
организованно, в несколько слоев или оболочек. В зависимости от
количества электронов в самых внешних оболочках, от
ядра сравнительно легко оторвать один, а иногда и
несколько электронов, или, наоборот, он может захватить
электрон, залетевший от соседнего атома.
Когда атом теряет электроны, число положительных
зарядов в нем превышает число отрицательных, и атом
в целом оказывается заряженным положительно. При
лишних электронах атом оказывается заряженным
отрицательно.
Легче всего отнять электрон у атома, у которого во
внешней оболочке вращается всего один или два
электрона.
Под влиянием внешнего воздействия — например,
электрического напряжения, создаваемого электрической
машиной или батареей, — можно эти электроны, легко
покидающие свои атомы, заставить двигаться в одном
направлении — к положительному полюсу батареи. Такая
масса движущихся в одном направлении электронов и
является электрическим током. В одних веществах это
движение осуществляется легко; такие вещества являются
проводниками тока. В других их движение затруднено;
это полупроводники или изоляторы. При достаточно
высоком напряжении их тоже можно заставить пропускать
электроны. Тогда изолятор «пробивается» и, разрушаясь,
превращается в проводник.
Атомы некоторых веществ, например металлов, имеют
много легко отнимаемых электронов. Поэтому в них даже
без особых внешних воздействий вечно циркулирует
некоторое количество свободных электронов.
Небольшого напряжения, приложенного к металлам,
достаточно, чтобы через них стал проходить весьма
сильный ток. Благодаря этому свойству многие чистые
металлы обладают ничтожно малым сопротивлением
электрическому току, например серебро, медь, алюминий. Из них
чаще всего и делают электрические провода.
Многие элементы и вещества, если их нагреть,
начинают терять свои электроны. Например, раскаленная нить
накала электрической лампочки непрерывно выбрасывает
50
под влиянием высокой температуры множество электронов.
Так как поблизости нет положительно заряженных тел, то
электроны остаются вблизи нити, образуя вокруг нее как
бы электронное облачко.
Помимо того, что электрон вращается вокруг ядра
атома, он еще вращается с колоссальной скоростью
вокруг своей оси. Это вращение и создает явление
магнетизма. Каждый электрон является как бы крошечным
магнитиком.
Про вращающийся электрон говорят, что он обладает
магнитным моментом, направление действия которого
совпадает с осью вращения электрона.
Складываясь вместе, в одном направлении, огромное
количество таких магнитиков придает веществу
магнитные свойства. Складываясь в разных направлениях — они
взаимно гасят друг друга.
Магнитное поле создается еще и движением электрона
вокруг ядра атома. Движущийся прямолинейно,
свободный электрон создает магнитное поле вокруг оси своего
движения. Вот почему при прохождении электрического
тока по проводнику вокруг него появляется магнитное
поле.
И еще одной особенностью отличается электрон. Если
воздействовать на атом вещества очень энергично —
например, сильно нагреть его или подвергнуть действию
света, то он «возбуждается». Его электроны, поглотив
извне строго определенную порцию избыточной энергии,
перескакивают из ближайшей к ядру оболочки на
следующую, более отдаленную.
По прошествии ничтожно малого промежутка времени
электроны перескакивают обратно на свои прежние места.
В этот момент полученные электронами порции излишней
энергии излучаются в виде новых материальных частиц —
квантов света, являющихся в одно и то же время
электромагнитными волнами.
Чтобы закончить это далеко не полное описание
природы вещества, электрона и электрического тока,
рассмотрим, что же имеет место в современной рентгеновской
трубке (рис. 17).
Нить лампы (катод), разогретая до высокой
температуры, излучает большое количество электронов. Под
влиянием очень большого положительного напряжения на
4*
51
аноде трубки эти электроны с большой скоростью
устремляются к аноду. В этой части рентгеновская трубка
сходна с трубкой Крукса. Ударяясь с громадной силой
о материал анода, электроны теряют в результате этих
столкновений всю свою кинетическую энергию. Часть этой
энергии преобразуется в колебания атомов вещества ано-
Рис 17.
Схема действия рентгеновской трубки.
да, то-есть превращается в тепло. В то же самое время
каждый раз, когда электрон ускоряет свое движение или
замедляется, он испускает электромагнитные волны.
Чем резче замедляются электроны при ударе об анод,
тем короче длина излучаемых ими электромагнитных волн,
исходящих от анода трубки.
О всех этих интересных вещах можно было бы
написать десятки толстых томов, и их уже много написано.
Поэтому читателю, желающему разобраться во всем том,
что мы здесь опустили, а опустили мы очень многое,
рекомендуется прочесть ряд книг из списка литературы,
приведенного в конце книги. Сейчас же, сделав и так
очень большое количество необходимых отступлений, мы
попытаемся вернуться к основной цели нашего
повествования — телевидению.
Глава III
„ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЛАЗ"
„ЛУННЫЙ МЕТАЛЛ"
С тех пор как были открыты электрические явления,
самые точные практические измерения всегда и
неизменно подтверждали несколько законов, лежащих в основе
электротехники.
Например, было точно установлено, что сопротивление,
оказываемое любым проводником проходящему через
него электрическому току, при неизменных
температурных условиях зависит только от вещества этого
проводника и его размеров. Проводники из одного и того же
материала и равные по размеру имеют одно и то же
сопротивление. Проводники одинаковых размеров, но
сделанные из разных материалов, имеют различное
сопротивление. Чем проводник толще, тем меньше его
сопротивление. Чем меньше сечение проводника, тем выше его
сопротивление. Сопротивление проводника растет и при
увеличении его длины.
На основании опытов был выведен один из основных
законов электротехники — закон Ома. Этот закон гласит,
что сила тока в проводнике прямо пропорциональна
напряжению на концах проводника и обратно
пропорциональна его сопротивлению.
Чтобы увеличить силу тока, проходящего через
проводник, вдвое, надо напряжение на концах проводника
увеличить тоже в два раза, или же, не меняя напряжения,
вдвое уменьшить сопротивление проводника, укоротив его
наполовину, или проложить вместо одного — два
проводника одинакового сечения. Можно делать проводники из
материала с большим или меньшим сопротивлением.
Так вот, история электрического телевидения и
началась с таинственных и непонятных явлений, идущих,
казалось бы, вразрез с законом Ома.
Служащие телеграфной усилительной станции,
расположенной в небольшом ирландском городке, в один
холодный февральский день 1873 года были взволнованы.
Без всякой видимой причины сигналы, передаваемые по
подводному кабелю, соединяющему Европу с Америкой,
53
стали то пропадать, то резко увеличиваться, нарушая
работу чувствительных аппаратов. И чем больше
измученные телеграфисты старались установить причину
неполадок, тем больше у них создавалось неприятностей.
После долгих поисков один служащий заметил, что
больше всего нарушений в линии получалось, когда он
открывал дверцы шкафчика, в котором стояла батарея
сопротивлений, сделанная из селена (химического
вещества, близкого по свойствам к металлам) и
предназначенная для регулирования силы сигналов, подаваемых в
кабель. Провозившись еще долгое время с капризным
ящиком, телеграфист наконец заметил, что стоило ему
открыть дверцу шкафа, когда на него падал яркий
солнечный свет, как сила тока в кабеле увеличивалась чуть ли не
вдвое. Когда же он закрывал дверцу шкафа, то сила тока
в цепи возвращалась к нормальной величине. Ничего этого
не замечалось в ночное время. Выходило, что под
влиянием яркого света сопротивление стоящих там селеновых
стержней уменьшалось, а в темноте оно снова
возвращалось к норме.
Так впервые было обнаружено, что селен, в отлично
от всех других проводников, заметно меняет свое
сопротивление в зависимости от того, находится ли он в
темноте или на свету. Достаточно было направить на селен
сильный луч света, чтобы его электрическое
сопротивление резко уменьшилось и через него стал проходить
значительно больший ток, чем в темноте. При этом, если
переход от полной темноты к яркому свету происходил
постепенно, так же постепенно менялась и сила тока,
протекающего через селен.
Столь необычайное поведение селена — «лунного
металла», как он был назван открывшим его в 1816 году
шведским химиком Берцелиусом, — вызвало среди ученых
того времени большое волнение.
И было отчего волноваться. Впервые, наконец, был
переброшен мостик, связывающий световые явления
с электрическими, и это обещало многое.
Это многое не замедлило появиться.
Прежде всего данное открытие положило начало
совершенно новой отрасли науки, которая изучает
электрические явления, вызываемые действием света, или
фотоэлектрические явления.
54
Свойство селена менять свое электрическое
сопротивление под влиянием падающего на него света было
названо внутренним фотоэлектрическим эффектом, или,
просто, фотоэффектом.
В распоряжении ученых вскоре появился прибор,
позволяющий применять новый эффект в ряде самых
разнообразных и порой неожиданных областей исследований, —
фотоэлемент. Он представлял собой небольшую и тонкую
пластинку кристаллического селена, помещенную в
стеклянную колбочку, из которой удален воздух (рис. 18).
Электрический ток от батареи проходит
последовательно через фотоэлемент и измерительный прибор,
показывающий силу протекающего в цепи тока. Пока
фотоэлемент закрыт от действия света, электрический ток
через цепь имеет величину, определяемую целиком
нормальным сопротивлением селеновой пластинки. Но стоит на-
Рис. 18.
Схема включения и действия селенового фотоэлемента.
править на фотоэлемент луч света, как стрелка прибора
тотчас же покажет возросшую силу тока. Сила тока будет
возрастать в зависимости от яркости падающего на
фотоэлемент света.
Едва только были изучены свойства селена, как,
словно из рога изобилия, посыпались проекты «электрического
зрения». К тому времени уже можно было передавать на
большие расстояния при помощи электрического тока
сигналы азбуки Морзе, а вскоре удалось впервые
передать по проводу и настоящую живую речь. Поэтому
многим стало казаться, что всесильное и вездесущее
электричество, все еще таинственное и таящее в себе
бесчисленное количество чудес, могло дать средство для
осуществления давнишней мечты человека — видеть на
расстоянии.
Эти проекты порой были самыми фантастическими.
Некоторые утверждали, что — не дальше как через
несколько лет — все слепые могут быть обеспечены
электрическими глазами, что при помощи электрических
аппаратов можно будет рассмотреть обратную сторону Луны,
что можно будет читать в темноте и т. д.
Под влиянием этих фантастических проектов
наивными были и первые опыты. Например, при помощи
фотографического объектива пробовали наводить изображение
какого-либо предмета на пластинку из селена и ожидали,
что удастся подметить какие-либо закономерности или
изменения в силе протекающего через фотоэлемент тока,
которые позволили бы осуществить передачу изображений
на расстояние.
Но из этих попыток, конечно, ничего не получалось.
Удалось установить только то, что селен был
чувствителен лишь к общему количеству падающего на него
света и никак не отзывался на то, что находится перед
ним — человек, дерево или дом, если количество света,
отражаемого на фотоэлементы от любого из них, было
одинаковым. Селен мог еще обнаружить, какой был перед
ним предмет: светлый или темный, светлее или темнее.
Вновь открытый «электрический глаз» пока еще
ничего не видел и никак не поддавался этим наивным, но
упорным усилиям первых неудачников.
После всех этих неуспехов стало ясно, что решить
задачу сразу, «кавалерийским наскоком» не удастся. Да и
56
решать, видимо, нужно было как-то по-другому. Снова
стали изучать устройство человеческого глаза и сам
процесс зрения, и вскоре ученые пришли к выводу, что
искусственный, «электрический глаз» надо строить примерно
так же, как устроен человеческий глаз. Предстояла очень
большая, тяжелая и, главное, длительная работа.
Предположение, что «электрический глаз» должен
быть похожим на человеческий, было вполне
обоснованным. Чувствительный к свету селен казался подходящей
заменой сетчатке глаза. Трудно было только создать
большое число отдельных чувствительных элементов, из
которых она состоит. Увеличительное стекло, или линза,
в первом приближении вполне заменяло хрусталик глаза,
а пучок электрических проводов — зрительный нерв.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ ТЕЛЕВИДЕНИЮ...
БОЛЬШЕ 75 ЛЕТ!
Первая попытка видеть на расстоянии при помощи
электрического зрения была предпринята в 1875 году, и,
как вы, безусловно, догадываетесь, главным действующим
героем явился «лунный металл» — селен.
Один изобретатель рассуждал примерно так, как мы
писали выше, и предложил свой проект «электрического
глаза». По его проекту, установка имела два больших
экрана: один передающий и другой приемный.
Передающий экран состоял из большого количества
отдельных селеновых фотоэлементов, собранных
наподобие пчелиных сот. Поверхность этого экрана и являлась
«сетчаткой» «электрического глаза». Только вместо
миллионов чувствительных колбочек и палочек она имела
всего несколько десятков довольно объемистых
фотоэлементов. Приемный экран собирался из такого же
количества электрических ламп накаливания, размещенных
в том же порядке и на одинаковых местах, что и
фотоэлементы передающего экрана. Каждый фотоэлемент
последовательно соединялся проводами со своей
электрической лампочкой, установленной на приемном экране, и
с электрической батареей, составляя таким образом
замкнутую электрическую цепь, по которой мог
протекать электрический ток.
Ы
Схема этой установки показана на рис. 19.
Теперь посмотрим, как должна была действовать
такая установка.
Передаваемое изображение — какая-нибудь очень
простая и легко различимая фигура (круг, крест, елочка
и т. п.) —при помощи фотографического объектива
наводится на поверхность передающего экрана так, чтобы
это изображение занимало по возможности всю площадь
экрана.
На одну часть фотоэлементов падает свет от самых
светлых участков изображения. Под действием света
сопротивление селеновых пластинок уменьшается, и
электрический ток, протекающий от батареи через эти
пластинки, должен увеличиться.
Но так как фотоэлементы соединены последовательно
со своими электрическими лампочками на приемном
экране, то увеличившийся ток будет также протекать и через
эти лампочки, отчего они должны загореться ярким
светом.
Фотоэлементы, на которые падает свет от самых
темных участков изображения, сколько-нибудь заметно свое
сопротивление не изменяют. Поэтому протекающий через
них ток будет тоже небольшим, и соединенные с ними
электрические лампочки останутся темными.
Наконец, на некоторые фотоэлементы будет
одновременно падать свет как от самых светлых, так и от самых
темных участков изображения. Сила электрического тока,
проходящего через такие фотоэлементы, будет зависеть
от общего количества падающего на них света, и
соответствующие лампочки на приемном экране будут светиться
или сильнее, или слабее.
Сочетание таких ярко светящихся, темных и
светящихся в полнакала лампочек на приемном экране и
воспроизводит передаваемое изображение. Только вместо
очень четкого и резко очерченного изображения,
наведенного на передающий экран, на приемном экране
получается нечеткое изображение с размазанными краями как
раз в тех местах, где на одни и те же фотоэлементы попал
свет одновременно от двух участков изображения:
светлого и темного.
Когда наведенное на передающий экран изображение
предмета движется (например, начинает вращаться
58
передатчик
Рис. 19.
Первая установка для передачи изображений на расстояние.
колесо), то будет вращаться и его изображение,
принимаемое на другом экране.
В скверах наших городов летом можно увидеть
изумительно красивые и очень точные портреты, сделанные
искусными садовниками из живых цветов. Глядя на них
издали, кажется, что это хорошая фотография — видны
отдельные морщинки и детали знакомых всем лиц.
Подойдя же к клумбе совсем близко, вы видите, что
изображение резко меняется — вместо деталей портрета
оказываются только большие группы одинаковых цветов.
Порой даже не верится, что можно из таких больших
цветов создавать и передавать столь тонкие детали
(рис. 20).
Или возьмем, например, мозаики — картины из
разноцветных камешков или стекол. Такими мозаиками
увлекался наш великий русский ученый М. В. Ломоносов.
Они столь совершенно передают изображение, что только
на очень близком расстоянии удается рассмотреть, что
самый маленький камешек в них все же не меньше
почтовой марки.
Нетрудно, конечно, заметить, что чем мельче камешки,
стекла мозаики, или отдельные цветы клумбы, тем точнее
можно передать рисунок, тем с более близкого
расстояния перестают быть видимыми и сливаются в одно целое
отдельные элементы изображения. А раз размеры цветов
или камешков меньше, то, следовательно, для целой
картины их и надо взять больше. Такова одна из многих
особенностей нашего зрения — сливать в целое изображение,
составленное из многих отдельных точек, если оно
находится от нас на некотором расстоянии.
Но возвратимся к нашему описанию первой
установки.
В принципе такая установка могла бы и действовать,
но стоит только представить себе размеры, какие в те
времена имели первые селеновые фотоэлементы и
электрические лампочки и какого они были качества, чтобы понять,
почему этот проект так и остался на бумаге.
Но если бы даже кому-нибудь и удалось осуществить
такую установку, то передать с ее помощью изображение
на расстояние все равно не удалось бы — электрический
ток, проходящий через фотоэлементы, был слишком
слабым, чтобы зажечь электрические лампочки того времени.
60
Рис. 20.
Мозаичный портрет А. М. Горького.
А средств усилить эти ничтожно малые токи еще не было
изобретено.
Однако эти первые, хотя и неудачные, попытки
создать электрический аппарат для передачи
изображений на расстояние все же сослужили свою полезную
службу.
Если раньше, наводя на единственную селеновую
пластинку все изображение, изобретатели надеялись каким-
то неведомым способом передать его на расстояние, то
теперь это предлагалось делать совершенно по-другому.
Все изображение дробилось на небольшие части —
элементы, и только после этого полученные маленькие
кусочки передавались на расстояние все вместе и
одновременно, так же как это делает человеческий глаз.
Была установлена первая из важнейших основ в
телевидении: необходимость расчленения целого изображения
на возможно большее количество маленьких участков —
элементов. Только после этого свет, отраженный от каж-
61
дого такого участка, превращался в электрический ток
определенной величины, или, что то же самое, в
электрические сигналы. Эти сигналы передавались на расстояние
к таким же отдельным элементам на приемном экране,
превращаясь там в световые пятна определенной
яркости. Благодаря свойству глаза — на определенном
расстоянии сливать отдельные элементы в одно целое —
получалось полное слитное изображение.
Казалось, это было удачное по идее решение задачи,
но все же вскоре обнаружилось несовершенство и этого
способа.
Для того чтобы получить изображение хотя бы самого
низкого качества, то-есть такое, которое можно было бы
только узнавать, нужно было устанавливать большое
количество фотоэлементов на передающем экране и
лампочек на приемном и прокладывать между ними толстый,
многожильный кабель. С таким кабелем еще можно было
бы кое-как примириться при первых опытах в
лаборатории, где для проверки конструкции его надо иметь всего
несколько метров. Ну, а если бы мы захотели передать
изображение на большое расстояние — на десятки и
сотни километров, да еще не к одному, а к большому
числу приемных экранов? Тогда всех вырабатываемых
в мире проводов не хватило бы даже на несколько сотен
приемников. А в описываемое время хороший медный
провод был в большой цене, и к тому же вырабатывали
его очень мало. Значит, надо было искать какие-то
другие, обходные пути для решения задачи.
В науке часто бывает так: по ряду причин та или
иная новая идея не может быть осуществлена в то время,
когда она предложена, так как еще не открыты другие
звенья, позволяющие ее осуществить. И лишь когда
появляются эти недостающие звенья цепи, первоначально
предложенная идея снова возрождается и осуществляется
на этот раз уже с большим успехом.
Идея «электрического глаза» не имела
непосредственных потомков. Для решения поставленной задачи наука
пошла обходным путем.
Много лет спустя появились внуки и правнуки, снова
воскресившие принцип «электрического глаза». Но то
были уже другие времена, другие люди и друше
средства.
62
„ПТИЧКА В КЛЕТКЕ"
Вы едете ночью в поезде. За окнами ничего не видно;
только изредка мимо проносятся огненные полоски.
Зарождаясь у паровоза, они длинными лентами несутся
к концу поезда, пока не растворятся где-то во мраке
ночи. Однако на самом деле никаких длинных огненных
полос не существует. Из трубы паровоза вырываются
лишь маленькие частицы раскаленного угля, которые
силой встречного потока воздуха отбрасываются и летят
к концу поезда.
Или начните быстро вращать руку с зажженным
электрическим фонариком. Вы увидите сплошной светящийся
круг. Так же, как и искры из трубы паровоза, отдельные
положения фонарика для глаза сливаются в один
сплошной светящийся круг. Но не всегда. Если вращать
лампочку очень медленно или когда раскаленная искра
летит не быстро, то глаз никакой сплошной линии не вадит,
а видит лишь то, что есть на самом деле — светящуюся
точку, которая перемещается в пространстве.
Есть одна очень
любопытная старинная игрушка
—«птичка в клетке». Делается она
весьма просто. Нарисуйте и
наклейте на кусочке картона два
изображения: на одной стороне
птичку, а на другой стороне —
клетку (рис. 21). Прикрепите
картонку к веревочке и начните
ее быстро вращать.
Птичка тотчас же окажется
в клетке.
Это происходит потому, что
наш глаз способен удерживать
полученное впечатление, даже
мгновенное, в течение
приблизительно 7к) доли секунды, после
того как световое воздействие
на глаз уже прекратилось. Эта
особенность глаза сохранять
некоторое время полученное зри- рис 21.
тельное впечатление называется Игрушка «птичка в клетке».
63
инерцией глаза. Мы уже указывали, что многие ученые
считают это большим недостатком глаза. Действительно,
за любым быстрым движением: летящей искрой,
вращающимся колесом и т. д., даже при небольшой их скорости,—
глаз уже не в состоянии уследить, и оно сливается в
сплошное, неясное пятно. С этим мнением ученых можно
и согласиться и не согласиться. Для человека было бы
в ряде случаев выгодно, если бы он мог различать более
быстрые движения, чем на это способен наш глаз. Но этот
недостаток часто бывает и полезным. Например, если бы
его не существовало, то вряд ли удалось бы создать кино
и тем более телевидение.
Инерция глаза и навела ученых позже на такую
мысль: раз глаз человека способен удерживать даже
мгновенные зрительные впечатления в течение 7ю доли
секунды, тогда совершенно необязательно, чтобы на
приемном экране описанной выше установки телевидения
одновременно горели все до одной лампы.
Ведь если в течение 7ю доли секунды каждая из всех
лампочек экрана успеет на очень короткое время
поочередно вспыхнуть, а затем снова погаснуть, глаз человека
все равно этого не заметит. Ему попрежнему будет
казаться, что на экране как ни в чем не бывало одновременно
горят все лампочки.
Чем же система с такими поочередно вспыхивающими
лампочками лучше, чем с постоянно горящими? А вот
чем. Когда у прежнего экрана одновременно горели все
лампочки, то для этого между приемным и передающим
экраном нужно было иметь столько же пар проводов,
сколько в экранах было фотоэлементов и лампочек
(рис. 19). Если же в каждое отдельное мгновение
работает всего одна лампочка, то оба экрана можно соединить
только одной парой проводов. Для этого около экранов
надо лишь поставить специальные вращающиеся
переключатели (рис. 22).
Переключатели, вращаясь в такт друг с другом, или,
как говорят, синхронно, на мгновение соединяют одним и
тем же проводом по очереди какой-либо один
фотоэлемент передающего экрана с определенной лампочкой
приемного экрана. Когда в первом переключателе
подвижной контакт скользит по пластинке, соединенной,
например, с пятым фотоэлементом второго сверху ряда
64
Рис. 22.
Установка с приемным экраном из неподвижных лампочек,
загоравшихся на короткое время одна за другой.
передающего экрана, то в это же самое мгновение
подвижной контакт второго переключателя должен
скользить по пластинке, соединенной с пятой же лампочкой
второго ряда сверху приемного экрана. Проще всего этого
можно достигнуть, насадив оба переключателя на одну и
ту же ось, что, например, делается, когда установка
работает в лаборатории. Но много труднее заставить оба
переключателя вращаться в такт друг другу на далеком
расстоянии.
Однопроводная линия, хотя тоже требовала много
провода, все же позволила бы поставить нарождающееся
открытие на одну доску с телеграфом или
телефоном. Но...
Многие знают, что обычная электрическая лампочка
накаливания начинает излучать свет не мгновенно после
ее включения, а через некоторый промежуток времени,
необходимый для того, чтобы волосок лампочки успел
раскалиться.
Гаснет она тоже не мгновенно — нужно некоторое
время, для того чтобы волосок успел остыть. Поэтому такая
лампочка не успевала бы вспыхивать и гаснуть за тот
короткий отрезок времени, когда она присоединялась
к контактам вращающегося переключателя.
5 Телевидение
65
Вот если бы удалось изобрести лампочку, которая
вспыхивала бы и гасла мгновенно и для зажигания
которой требовался бы незначительный ток! Но такой
лампочки еще не было, и такую установку осуществить не
удалось.
Так идеи, порой весьма талантливые, далеко
опережали уровень техники своего времени.
К каким бы действительно остроумным ухищрениям
ни прибегали изобретатели всех этих систем, идеи их
гибли из-за отсутствия главного — средства усиливать
слабые сигналы, получаемые от фотоэлементов и
мгновенно загорающихся, так называемых безинерционных,
лампочек. И только через 40 лет, в 1927 году, впервые
была построена установка, целиком основанная на
приведенном выше последнем принципе. Но в ней уже
применялись новые, очень чувствительные фотоэлементы,
усилительные устройства и газосветные лампочки
мгновенного свечения.
Мы нарочно подробно описали устройство с
поочередно загорающимися лампочками, для того чтобы
показать, как ученые пришли к следующей, весьма
плодотворной и важной идее, ставшей еще одной основой
телевидения. Благодаря инерции глаза световые вспышки,
поочередно возникающие в разных местах приемного
экрана, если все они успевают возникнуть и исчезнуть в
течение примерно Ую доли секунды, сливаются в одно
целое изображение.
Чтобы передать при помощи электрических сигналов
изображение, нам приходится сперва разбить его на
большое число маленьких участков, превратить свет,
отраженный от каждого такого участка, в импульсы
электрического тока, или сигналы. Эти сигналы и надо передать
последовательно один за другим по одному проводнику на
приемный экран. Здесь эти сигналы последовательно
один за другим снова превращаются во вспышки света,
которые, следуя друг за другом достаточно часто,
создают у нашего глаза впечатление целого, неделимого
изображения.
Правда, при передаче такого изображения на
приемном экране мы получим сильно искаженную его копию,
так же как это получается на мозаике из крупных
камней (рис. 23). Наши картины явно несовершенны.
66
11III 111111111111
1 'I 1 1 I 1 1 1 1 1 I 1 1 1 I 1
♦а
Рис. 23.
Как выглядит изображение, составленное из отдельных
элементов: слева —на экране передатчика; справа— на приемном экране.
И только разбив изображение на большее число
элементов, мы можем рассчитывать получить уже более
совершенное изображение.
ДИСК НИИКОБА
Уже к концу XIX века теоретически было
установлено, что нужно делать, чтобы осуществить передачу
изображений на расстояние. Но установки с большими
экранами, даже если бы и удалось их построить, были бы
все же чересчур громоздкими, сложными и капризными.
Самое же главное — их размеры ставили пределы всем
попыткам увеличить число фотоэлементов и лампочек
в них. А получить хотя бы узнаваемое изображение,
составленное из нескольких сотен лампочек, было делом
явно безнадежным.
Поэтому, не оставляя попыток решить задачу
описанными выше путями, ученые продолжали поиски новых
механизмов для разбивки изображения на элементы в
передатчике и складывания их снова в целое в приемнике.
Возможность обойтись при работе приемника в
каждое отдельное мгновение всего только одной лампочкой,
если передавать сигналы не сразу, а по очереди, навела
на такую мысль: нельзя ли при такой последовательной
передаче элементов изображения и в передатчике
обойтись тоже всего лишь одним фотоэлементом? Ведь
в только что описанном передающем экране в каждое
отдельное мгновение работает только один фотоэлемент,
а остальные бездействуют. Отойти от подобия глаза?
Оказалось, что это можно.
Эту задачу в 1894 году после длительных опытов
весьма остроумно разрешил польский инженер П. Нип-
ков. Он изобрел весьма простое и удобное устройство для
разбивки (или как ее после этого стали называть —
«развертки») изображения на отдельные элементы, пользуясь
в передатчике только одним фотоэлементом, а в
приемнике— лишь одной лампочкой.
Что же представляет собой развертка изображения?
Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, как вы
читаете книгу?
Некоторые утверждают, что они читают сразу целыми
68
страницами — взглянул на нее и сразу прочитал все, что
на ней напечатано. Большинство читает, «пробегая»
глазами строку за строкой. Школьники первых классов
читают ее по буквам.
Если внимательно присмотреться к процессу чтения,
то мы установим, что наш взгляд пробегает строку текста,
буква за буквой, слева направо. Затем взгляд очень
быстро возвращается снова налево, но только строкой ниже,
совершая в этот момент одновременно два движения —
справа налево и сверху вниз. Получается косая линия.
Дойдя до последней буквы самой нижней строки
страницы, наш глаз совершает уже более сложное
движение. Взгляд должен теперь переместиться не налево и
вниз, а наоборот, налево и высоко вверх, к началу
следующей страницы, которую заботливая рука уже успела
придвинуть на место первой.
Таким образом, читая книгу, мы незаметно для себя
непременно развертываем ее по элементам, буква за
буквой, строка за строкой, страница за страницей,
причем с разной скоростью: буквы — быстро, строки —
помедленнее, а страницы — совсем медленно.
И как бы ни уверяли нас сверхбыстрые чтецы, что
они «глотают» книги сразу целыми страницами, глаз при
чтении непрерывно делает известные, правда незаметные,
усилия, чтобы не читать соседних букв и слов, хотя он
их и видит.
Любой аппарат, который мы могли бы придумать для
чтения, конечно таких усилий совершать не может.
Поэтому в каждый отдельный момент он должен видеть
только один элемент. В нашем случае таким элементом
является отдельная буква, или, говоря точнее, площадь,
занимаемая каждой буквой, включая и пустые
промежутки.
Представьте себе, что мы закрыли страницу книги
длинной лентой. Над тем местом, где стоит первая буква
самой верхней строки, мы сделали в ленте квадратное
отверстие, вмещающее только одну букву (рис. 24).
Начнем тянуть ленту вправо, так чтобы это отверстие
скользило вдоль верхней строки. Тогда мы можем по буквам
прочесть всю строку, хотя читать таким образом
оказывается очень трудно.
Дойдя с этим отверстием за последнюю букву строки,
69
мы останавливаемся и делаем пониже в ленте второе
отверстие, на том месте, под которым находится первая
буква второй строки, и протягиваем ленту дальше.
Так мы повторяем каждый раз, до тех пор пока не
дойдем до последней буквы самой нижней строки. Таким
оОразом мы сделали столько отверстий в ленте, сколько
у нас было строк в странице. Теперь, собственно говоря,
надо менять страницу и продолжать все сначала.
Но можно и не делать новых отверстий в ленте,
а склеить ее кольцом. Тогда наша лента с отверстиями,
расположенными как бы ступеньками, окажется
пригодной и для развертывания всех остальных страниц книги.
Теперь, если мы при помощи какого-либо механизма
начали бы вращать ленту вокруг страницы со скоростью
не менее 10—12 раз в секунду, то вместо отдельных букв,
видимых при медленном продвижении ленты только
сквозь одно отверстие, мы увидели бы всю страницу
целиком, как будто бы лента ее вовсе и не закрывала.
Хотя наш глаз фактически в каждое отдельное
мгновение видит только по одной букве, инерция глаза нас
обманывает. Мы видим каждую букву дольше, чем она
на самом деле была перед глазами. К изображению
первой буквы добавляется впечатление от второй буквы,
затем от третьей и т. д.; и когда по истечении 7ю доли
секунды в глазу отпечатается изображение последней
Рис. 24.
Развертка страницы книги по элементам (буквам) при
помощи ленты с отверстиями,
Рис. 25.
Диск Нипкова.
буквы последней строки, тогда только исчезнет из глаза
впечатление от самой первой буквы первой строки.
Это объясняет и то, почему нам легче читать книгу,
видя все ее буквы, а не отдельно одну за другой. Глаз
видит буквы задолго до того, как их фактически читает,
и продолжает видеть их некоторое время после того, как
уже прочел.
Однако для развертки изображения таким способом
не обязательно иметь бесконечную ленту. Нипков нашел,
что для этого много удобнее применить диск, отверстия
в котором размещены по окружности в виде спирали
(рис. 25). Отверстия эти должны быть сделаны друг от
друга на расстоянии, равном ширине развертываемой
страницы, а начало и конец спирали — на расстоянии,
равном высоте страницы. Число отверстий в диске,
естественно, должно равняться числу строк в книге.
Если такой диск наложить на страницу книги и начать
его быстро вращать, то, так же как и в примере с
бесконечной лентой, мы увидим всю страницу. Только в этом
случае наш диск должен быть очень большим — выше
человеческого роста. Кроме того, изображение страницы
будет казаться не прямоугольным, а несколько шире
вверху, чем внизу.
И
Рис. 26.
Схема установки для передачи изображений с помощью диска
Нипкова.
Рассмотрим теперь, как будет действовать такой
способ развертки для передачи изображения при помощи
всего только одного фотоэлемента. Схема такого
устройства показана на рис. 26.
При помощи объектива сильно уменьшенное
изображение передаваемого предмета наводится на
чувствительную к свету поверхность фотоэлемента. Между
объективом и фотоэлементом ставится диск Нипкова. При
вращении диска лучи света, идущие от объектива, могут
попадать на фотоэлемент, только проходя по очереди
через отверстия спирали: сначала через самое верхнее,
72
затем следующее, и так далее — до самого нижнего.
Двигаясь непрерывно, каждое отверстие диска как бы
прочертит по поверхности фотоэлемента узенькую
световую черточку. Этим самым каждое отверстие диска
разбивает изображение на отдельные строки (рис. 27).
Фотоэлемент «видит» не все передаваемое
изображение, а только узенькую полоску его и то не всю
одновременно, а как бы скользя вдоль нее взглядом.
Так как при этом каждый, даже самый небольшой,
участок передаваемого изображения может отличаться от
соседнего по яркости, то естественно, что и отражаемые
от них лучи света, поочередно попадающие на
фотоэлемент, будут иметь разную яркость, отчего электрический
ток, проходящий через фотоэлемент, будет также
изменяться.
Здесь может возникнуть вопрос: как же все-таки
производится дальнейшее деление строки изображения на
элементы?
Нис. 27.
Последовательность развертки изображения отверстиями диска
Нипкова.
Это деление скрыто непрерывным движением
отверстия диска вдоль каждой строки. Предположим, что для
передачи развертывается изображение шахматной доски,
состоящее из чередующихся черных и белых
квадратиков. Пусть для ясности размер одного элемента
развертываемого изображения доски точно равняется квадрату
в диске, то-есть нам надо при помощи диска Нипкова,
имеющего восемь отверстий, разбить на элементы и
передать изображение 64 квадратов доски.
Если бы диск Нипкова с квадратными отверстиями
двигался не равномерно, а маленькими скачками и
каждое его отверстие всегда останавливалось точно против
квадрата шахматной доски, то все обстояло бы очень
просто. На фотоэлемент каждый раз падал бы свет,
отраженный только от одного квадрата — или от белого,
или от черного. В Этом случае каждый элемент
изображения был бы отделен от своего соседа по строке слева
и справа так же четко, как и строка от строки сверху
и снизу. Нетрудно видеть, что в каждой строке
уложилось бы точно восемь квадратов, или элементов
изображения (рис. 28).
Электрический ток фотоэлемента также изменялся бы
просто. При остановке отверстия диска против черного
квадрата доски ток через фотоэлемент практически будет
отсутствовать. При остановке же отверстия против белого
квадрата доски ток будет максимальным. За время
прохождения отверстия диска вдоль всей строки ток будет
изменяться ступеньками так, как показано на кривой
в нижней части рис. 28, слева.
Такой ток называется пульсирующим.
Когда же диск вращается, то его отверстия движутся
вдоль строки не скачками, а непрерывно. Поэтому свет,
отраженный от каждого квадрата доски, целиком
попадает на фотоэлемент только в тот коротенький момент,
когда отверстие диска оказывается как раз против
квадрата. В остальное время на фотоэлемент попадает свет,
исходящий одновременно от двух квадратов доски:
одного — по мере движения диска непрерывно
уменьшающегося, а другого — непрерывно увеличивающегося.
Вместо четкой световой границы, отделяющей каждый
элемент от соседнего, ,мы получим искаженные, не резкие
световые переходы, такие, как показано на рис. 28
74
(справа, вверху). Кривая силы тока фотоэлемента примет
совсем другую форму — как на рисунке справа, внизу.
Вместо 64 четких квадратов изображения непрерывно
движущийся диск Нипкова развернул и передал на
фотоэлемент весьма искаженную картину, состоящую из
64 размытых и как бы изогнутых полос, на которых
четкими являются только горизонтальные линии,
разделяющие эти полосы. Вместо ступенек электрический ток
Рис. 28.
Развертка диском Нипкова изображения шахма1Ной доски: слева —
скачками; справа — при плавном вращении диска. На кривых под
рисунками показана форма тока фотоэлемента, получающаяся в
результате развертки различных участков диска.
фотоэлемента стал похож на волны. А ведь это только
начало пути наших электрических сигналов. Что же
с ними произойдет дальше, раз уж в них сейчас трудно
узнать первоначальное изображение?
Совсем устранить этот недостаток в системах,
применяющих плавную развертку изображения — элемент за
элементом, — нельзя. Его можно только сгладить,
значительно увеличив число элементов развертки, то-есть число
отверстий в диске. Для этого надо либо очень
увеличивать размеры диска, либо делать отверстия в нем очень
маленькими. И то и другое значительно усложняет дело,
но об этом мы скажем дальше. Пока же на рис. 29 дано
изображение шахматной доски, развернутой на большое
число элементов. Правда, и здесь переходы между
элементами в строках немного размазаны.
Для того чтобы не повторяться дальше, условимся,
75
I * * 5
га а
I « * ж
» ш ш т
в т ж *
Рис. 29.
Так выглядит шахматная
доска, развернутая диском Нип-
кова с большим числом
отверстий.
что, говоря о числе элементов
в строке, мы всегда имеем в
виду количество отверстий
диска, которое уместилось бы
в этой строке.
Нипков пошел дальше
всех своих предшественников
и сильно упростил всю
установку для передачи
изображений. В ней на
один-единственный фотоэлемент в
каждое отдельное мгновение
воздействует всего лишь один
элемент изображения. Но
зато передатчик должен
передавать электрические
сигналы, создаваемые
фотоэлементом друг за другом очень
быстро: как
сверхскорострельный пулемет —
выстрел за выстрелом.
Теперь рассмотрим, как при помощи диска Нипкова
решается задача на приемном устройстве.
Здесь тоже вместо целой батареи стоит всего лишь
одна-единственная лампочка. Но эта лампочка имеет
особое устройство, резко отличающее ее от обычной
лампочки накаливания. Это так называемая газосветная
лампочка мгновенного свечения. В ней светится не
раскаленная добела нить, излучающая, помимо света, еще и
большое количество тепла, а небольшое количество газа. Газ
впускается в лампу после того, как из нее тщательно
выкачан весь воздух. Обычно для этого берется один из
инертных газов — неон, аргон или же их смесь.
По своему внешнему виду (рис. 30) лампочка
несколько напоминает обыкновенную лампочку
накаливания, но вместо нити в ней помещены две пластинки —
электроды, стоящие параллельно на расстоянии 2—3
миллиметров и хорошо изолированные друг от друга. Для
лучшей видимости одну из пластин заменяют прямоугольной
рамкой.
Если к электродам такой лампы подвести постоянное
напряжение, то при строго определенной его величине,
76
г^
лам-
например 100 вольтах, ближайший к
электродам слой газа сразу начинает
ярко светиться. Оба электрода при этом
кажутся раскаленными докрасна, если
лампа наполнена неоном, или добела,
если в лампе находится аргон. На
свечение газа расходуется столь
ничтожная энергия, что лампа остается все
время холодной, отчего ее часто
называют лампой холодного света.
Такая лампочка обладает одной
замечательной особенностью: яркость ее
свечения теперь будет резко изменяться
даже от самого незначительного
увеличения или уменьшения напряжения.
Поэтому достаточно подвести к ней
пульсирующее напряжение слабых
сигналов, принятых от фотоэлемента
передатчика, чтобы под действием только
этого добавочного напряжения
лампочка стала вспыхивать то ярче, то слабее,
чутко отзываясь на малейшее изменение
в силе приходящих сигналов.
И еще одним достоинством обладает такая лампочка:
как бы быстро ни изменялись приходящие сигналы,
лампочка столь же быстро на них отзывается.
Газосветная лампочка не теряет даже и миллионной
доли секунды на свое разогревание или охлаждение. Это
выгодно отличает ее от любых ламп накаливания,
особенно при приеме сигналов телевидения.
Маленькая светящаяся пластинка (электрод)
лампочки и является экраном нашего приемника. Перед
лампочкой устанавливается диск Нипкова. В нем столько
же отверстий и то же расположение, как и у диска на
передатчике. Оба диска должны вращаться строго в такт
друг другу, как одно целое, настолько точно, чтобы одни
и те же отверстия проходили перед фотоэлементом
передатчика и перед экраном газосветной лампочки
приемника в одну и ту же долю секунды.
Оба диска вращаются так называемыми синхронными
моторчиками переменного тока. Для согласования их
одновременной работы передатчик наряду с сигналами
Рис. 30.
Газосветная
почка мгновенного
свечения.
77
изображения посылает еще и сигналы, поддерживающие
вращение этих моторов в такт друг другу.
По мере вращения приемного диска перед газосветной
лампочкой каждое его отверстие по очереди открывает
глазу наблюдателя один участок поверхности светящейся
пластинки за другим. Сначала первое отверстие
развертывает первую, самую верхнюю строку, за ним второе
отверстие — вторую строку ниже первой, и так далее —
по строке за раз. Какой бы участок пластинки ни
открыло отверстие диска, в эго мгновение лампочка будет
светиться с яркостью, соответствующей силе света,
падающего на фотоэлемент передатчика только от
передаваемой в этот момент точки изображения.
И хотя сквозь отверстие диска мы в каждое
мгновение видим только, одну небольшую точку пластинки,
вспыхивает понапрасну вся лампочка. Но зато здесь все
получается очень просто. Если диск совершает свой
полный оборот за 7ю долю секунды, то наш глаз сольет
впечатление, полученное от всех светившихся по-разному
отдельных точек лампочки, в одно целое, и мы увидим
передаваемое изображение целиком.
С чем это можно сравнить? Есть рассказ о том, как
однажды группа ребят хотела посмотреть на футбольное
состязание, но билетов достать не сумела. На беду
футбольное поле оказалось огороженным высоким забором,
а щели между досками забора были настолько узки, что
как ребята ни старались, сквозь них ничего, кроме
узенького участка поля, видно не было. А посмотреть
состязание очень хотелось. Пробегая быстро мимо забора,
один из них сделал открытие, что ему почему-то стало
видно все поле. Ребята начали бегать вдоль забора, и,
действительно, им стало видно все поле, а не маленький
его участок, видимый сквозь любую щель. Их приятели,
которые стали ездить вдоль забора на велосипедах,
устроились совсем хорошо — для них забора как бы не
существовало. Быстро мелькающие доски создавали лишь
легкую дымку. Забор стал как бы невидимым благодаря
инерции глаза. В течение 7ю доли секунды глаз успевал
удерживать каждый видимый через щели отдельный
участок поля, а все эти участки, сливаясь вместе, давали
уже изображение всего поля.
Но вернемся обратно к вопросу качества изображения.
78
Шахматную доску
на рис. 28 мы получили,
развертывая
изображение на восемь строк по
восемь элементов в
строке, а всего на 64
элемента, и получили
что-то вроде корзины.
Доску на рис. 29 мы
развернули уже на-
сотни элементов, и она
стала напоминать что-
то более определенное.
Первые передатчики
телевидения с дисками
Нипкова развертывали
изображение на 30
строк. У них ширина
изображения
относилась к высоте, как 4 к 3,
следовательно в каждой
строке укладывалось
около 40 поперечников
отверстий диска.
Значит, все изображение
составлялось или
развертывалось на 30 X
X 40 = 1200 элементов.
При 60 отверстиях в
диске изображение
развертывается уже на 60
строк по 80 элементов в
каждой, а всего на
4800 элементов. Если,
наконец, в диске
сделать 120 отверстий, то-
есть развертывать
изображение на 120 строк, то число переданных элементов
будет уже равно 120 X 160 = 19 200 и т. д.
Как с числом строк и элементов развертки растет
четкость получаемого изображения, видно на рис. 31.
Но, производя очень много делений и упрощений, мы
Рис. 31.
Зависимость четкости изображения
от числа элементов развертки: А —
30 строк—1200 элементов; Б —
60 строк —4800 элементов; В —
120 строк— 19 200 элементов.
79
незаметно для себя с передачи непрерывно движущихся
изображений, как это было в первой установке с
многоячеечными экранами, перешли к передаче серии
неподвижных изображений в установке с поочередно
загорающимися лампочками или с диском Нипкова. Когда же и
как это произошло? Очень просто. Когда на экране
передатчика действовали одновременно все
фотоэлементы, то при перемещении наведенного на него
изображения переставали работать одни, но зато начинали
работать другие фотоэлементы. Так же действовали и
соединенные с ними лампочки. С последующими установками
этого сделать было уже нельзя. Там за Ую долю секунды
каждый фотоэлемент подключался к передающей линии
только по одному разу. Остальное время он только
дожидался своей очереди развертки. Тогда в приемнике за
Ую долю секунды, то-есть за один полный оборот
переключателя или диска, получалось только одно слитое и
целое изображение, но оно — увы! — было хотя и
мгновенным, но неподвижным, то-есть таким, каким его
схватил бы фотоаппарат с выдержкой в Ую долю секунды.
У читателя сразу же возникает и решение этой
задачи — раз один оборот диска за Ую долю секунды
передает целое, но неподвижное изображение, то,
следовательно, надо сделать так, чтобы диск вращался
непрерывно.
Тогда, если в промежуток времени между двумя
оборотами диска изображение успело переместиться,
следующий оборот диска ловил и развертывал уже это
новое, изменившееся положение, и так далее—10 раз
в секунду.
Конечно, к этому выводу вы пришли столь легко и
быстро потому, что знакомы еще с одним гениальным
открытием человеческого ума — кинематографом. Если вам
до сих пор и не приходилось задумываться над тем, как
он точно работает, то уж какие-то отрывочные сведения
вы о нем имеете и хоть раз да видели или держали в
руках кусочки киноленты.
А ученые занимались вопросами передачи
изображений на расстояние еще до изобретения кино и догадались
они о том, что же им делать дальше, только после многих
неудач и разочарований.
Здесь мы подошли к другой важной задаче телевиде-
80
ния: как же теперь, упростив всё до предела, передать
движущееся изображение?
Тот, кто хорошо знаком с фотографией, знает, что,
например, снять с длительной выдержкой движущегося
человека нельзя. На пластинке получится размазанное
пятно. А вот если снять этого же человека с очень
короткой выдержкой, то можно получить хороший снимок.
Только время выдержки в каждом отдельном случае и
в зависимости от характера движения будет различным.
Если человек выполняет быстрые спортивные движения
и перемещается вдоль пластинки, выдержку приходится
брать очень короткой — от х/2ъо До Уюоо секунды.
Медленные движения можно снять при выдержке
в 7юо и даже в 7бо секунды.
Но это все будут неподвижные изображения одного
определенного положения объекта съемки, мгновенно
схваченного фотоаппаратом.
Предположим теперь, что мы поставили в ряд
несколько десятков заряженных фотоаппаратов и сняли
движение человека, например ходьбу, так, что сначала
его со скоростью 725 секунды снял первый аппарат,
сразу же за ним — второй, затем — третий, и так далее —
до конца. Получится ряд снимков, вроде тех, которые
показаны на рис. 32, то-есть на каждом из них окажется
снятой только часть движения.
Здесь мы разложили на элементы уже само
движение. Если теперь эти снимки наклеить на страницы книги
по одному снимку на лист и, согнув книгу, быстро
выпускать страницы из-под пальца одну за другой, то
отдельные элементы движения сольются вместе, и мы
увидим, что ноги зашевелились и наш человечек зашагал.
На два элемента мы фактически разложили и движение
птички, влетающей в клетку (см. рис. 21). Из-за этого
видим птичку, сразу оказавшуюся в клетке, но не видим,
как она это проделывает. Разложив же это ее движение
на большое число элементов, мы увидели бы, как она
влетает в клетку. На свойстве нашего глаза сливать
отдельные части движения вместе и основано кино.
Продолжая наши опыты с книгой, легко заметим, что
слитность движения получается только тогда, когда
перебрасывание страниц из-под пальца происходит достаточно
быстро. Если же это движение замедлить, то наступит мо-
6 Телевидение
81
9 Ю // /2
Рис, 32,
Ряд последовательных снимков движения человека.
мент, когда слитность движения вдруг исчезает и видно
уже не плавное, а скачкообразное перемещение рук и ног
человека.
В кино на пленку снимается 25 раз в секунду ряд
последовательных положений движущихся предметов.
Конечно, скорость съемки каждого отдельного снимка
должна быть несколько большей, например Уюо секунды.
Затем при помощи аппарата, называемого проектором,
эти снимки один за другим проектируются на экран.
Однако если бы пленка в аппарате двигалась плавно,
82
тогда мы опять ничего бы не увидели на экране.
Слитности движения в этом случае не получилось бы.
Каждый снимок, или, как его называют иначе, кадр, на
короткое мгновение должен постоять неподвижно, затем
очень быстрым движением, почти рывком, его нужно
сменить следующим кадром, за ним — третьим и т. д. Только
при неподвижном стоянии кадра глаз успевает
запечатлеть изображение на время до наложения впечатления от
следующего кадра. Чтобы в момент смены кадров глаз
не видел размазанного изображения, на это время луч
света от проектора перекрывается специальной
заслонкой вроде вентилятора, которая открывает изображение
и снова закрывает его только тогда, когда кадр стоит
неподвижно.
Получается как будто все очень просто. А чтобы
изобрести кино, людям понадобилось несколько десятков лет
упорной работы. Следовательно, и в телевидении, для
того чтобы после развертки на отдельные элементы
передать на расстояние уже движущееся изображение,
необходимо разбить, в свою очередь, на некоторое
количество отдельных положений или кадров и само движение,
точно так же, как это делается в кино. Быстрое
чередование друг за другом отдельных кадров и позволит
получить слитное движение.
Опыт кино показал, что число сменяющихся кадров
должно быть по крайней мере 10 в секунду. При
меньшем числе кадров изображение уже становится плохим,
движение получается отрывистым, а не плавным,
быстрые движения размазываются. Глаза зрителей при этом
сильно утомляются.
По техническим причинам развертку изображения
диском Нипкова стали производить со скоростью 12,5
оборота в секунду.
Теперь подведем итоги и подсчитаем, какая же
предстоит работа, чтобы передать на расстояние движущееся
изображение при помощи диска Нипкова.
Если каждый неподвижный кадр изображения состоит
из 1200 элементов, а всего таких кадров надо передать
12,5 в секунду, то по проводу от передатчика к
приемнику в каждую секунду должно проходить 1200 X 12,5 =
= 15 000 отдельных электрических сигналов.
Применение диска Нипкова было следующим и весь-
6*
83
ма важным шагом на пути к созданию современного
телевидения.
На передатчике вместо сложного и громоздкого экрана
с множеством отдельных фотоэлементов диск позволил
оставить всего лишь один фотоэлемент, а в приемнике
вместо такого же количества электрических лампочек
осталась тоже одна лампочка. И, наконец, передатчик
и приемник соединились всего одним проводом, причем
отпала даже необходимость в каких-либо вращающихся
переключателях.
Однако такое, казалось бы очень удачное, решение
вопроса повлекло за собой и новые осложнения. Дело
в том, что свойство человеческого глаза удерживать
зрительный образ в течение приблизительно Ую доли
секунды вовсе не означает, что для глаза безразлично,
воздействовал ли на него свет в течение нескольких секунд
или только в течение ничтожных долей секунды. Когда
это воздействие длительно, то зрительный образ будет
ярким. Когда же воздействие непродолжительно, то образ
получается бледным.
Приемный экран, состоящий из 1200 одновременно,
но с разной яркостью светящихся лампочек, дает более
яркое изображение, чем экран, в котором в каждое
отдельное мгновение по очереди светится лишь одна
лампочка.
При разбивке движущегося изображения диском Нип-
кова на 1200 элементов в глаз зрителя попадает света
в 15 тысяч раз меньше, чем от экрана с неподвижными
лампочками. Выгадав в простоте передачи, мы явно
проигрываем в количестве света. Оказывается, наш аппарат
снимает с сильной недодержкой.
Но, к счастью, человеческий глаз, помимо способности
сохранять некоторое время зрительное впечатление,
обладает еще одним замечательным «недостатком», без
которого не бывать бы вообще телевидению, к каким бы
остроумным ухищрениям люди при этом ни прибегали.
Это так называемая адаптация, или приспособляемость,
глаза к различным яркостям света.
Когда свет становится слишком ярким, помимо того,
что зрачок глаза уменьшается, почти мгновенно
снижается и чувствительность самой сетчатки.
В темноте же — наоборот: кроме того, что зрачок
84
сильно расширяется, чувствительность сетчатки к свету
через некоторое время сильно обостряется (рис. 33).
Все это ведет к тому, что действительное уменьшение
яркости в 15 тысяч раз глаз воспринимает как
уменьшение всего в несколько десятков раз.
#
/
^растает
/
Чг/ест^
' к) ВО ЗО 40 ~ 60 60 минут
/Зрел*я нсхйсоэ+сденар о 7г>&л4/*о77?&
Рис. 33.
Как растет чувствительность глаза в зависимости от времени
нахождения его в темноте.
Но даже и это счастливое обстоятельство уже не
могло выручать, когда для повышения четкости и
качества изображения число элементов, на которое оно
разбивалось, требовалось увеличить в десятки или сотни раз.
Создавался как бы заколдованный круг — при малом
числе элементов развертки изображение могло быть
достаточно ярким, но становилось недостаточно четким;
при увеличении числа элементов увеличивалась четкость,
но в результате уменьшения общего количества света
изображение получалось бледным и трудно различимым.
Поистине, как в пословице: нос вытащишь — хвост
увязнет, хвост вытащишь — нос увязнет.
Еще задолго до появления диска Нипкова выявилось
85
Рис. 34.
Знаменитый русский физик А. Г. Столетов.
и другое, на этот раз совсем серьезное препятствие,
грозившее теперь уже полной гибелью телевидению — этому
еще только пробивающему себе дорогу слабому ростку.
Было установлено, что сопротивление селена —
сетчатки нашего искусственного глаза — изменялось не
сразу после того, как изменялась яркость падающего на
него света, а с некоторым отставанием. Селен не успевал
следовать за очень быстрой сменой ярких и темных
участков изображения и «видел» дольше, чем это было
нужно для получения четкого изображения. В этом
отношении он был столь же несовершенным инструментом,
как... человеческий глаз. При очень быстрой развертке
изображения сопротивление селена переставало
изменяться вовсе. Поэтому для дальнейшего развития
телевидения селен оказался уже непригодным.
Выходом из этого очередного тупика телевидение
обязано знаменитому русскому физику Александру
Григорьевичу Столетову.
86
ФОТОЭЛЕМЕНТ А. Г. СТОЛЕТОВА
Исследуя связь между светом и электричеством,
Столетов в 1888 году проделал серию опытов, ставших с тех
пор основой совершенно новой отрасли науки —
фотоэлектроники.
Один из этих опытов и привел к чрезвычайно
важному открытию.
Перед хорошо отполированной цинковой пластинкой,
соединенной с отрицательным полюсом электрической
батареи, А. Г. Столетов поместил металлическую сетку,
соединенную с положительным полюсом той же батареи.
Между сеткой и положительным полюсом батареи
включался чувствительный измерительный прибор —
гальванометр (рис. 35). Как известно, электрический ток
хорошо проходит только через проводники. Поскольку
в опыте Столетова между сеткой и пластинкой имелся
значительный воздушный промежуток, ток через него
проходить не мог, и стрелка гальванометра стояла на нуле.
Когда же цинковая пластинка освещалась сквозь
сетку сильным светом от электрической дуги, стрелка
прибора неожиданно отклонялась в сторону, показывая,
что в собранной цепи, несмотря на наличие в ней разрыва,
проходит небольшой электрический ток.
Рис. 35.
Опыт Столетова, приведший к открытию законов фотоэлектрического
действия света.
Как только свет выключался, электрический ток не*
медленно исчезал и стрелка прибора возвращалась
обратно к нулю.
Свет порождал электричество!
Чем сильней был свет, падающий на цинковую пла-
стинку, тем больше отклонялась стрелка прибора, тем,
следовательно, больший ток создавался этим совершенно
новым и необычным путем.
Правильно объяснить сущность этого явления удалось
много позже, после того как были подробно изучены
строение вещества, природа света и их взаимная связь.
В чем же суть нового явления, изученного А. Г.
Столетовым?
Поток света, падая на металлическую пластинку,
вырывает из атомов, расположенных на ее поверхности,
электроны. Чем ярче свет, тем больше вырывается
электронов.
Вырванные таким образом из поверхности металла
электроны можно заставить двигаться в определенном
направлении и тем самым получить электрический ток,
являющийся, как известно каждому, потоком
электронов. Для этого рядом с освещаемой пластинкой
помещается другая, имеющая сравнительно высокий
положительный заряд. Так как разноименно заряженные
тела всегда притягиваются друг к другу, то легкие
электроны устремляются к положительно заряженной
пластинке, или аноду, а от нее идут обратно в батарею. Таким
образом, через нашу цепь, имеющую разрыв,
устанавливается круговорот электронов, или, что то же самое,
электрический ток. Еще лучше этот эффект наблюдается, если обе
пластинки поместить в стеклянную колбу, из которой хо*
рошо откачан воздух. Тогда молекулы воздуха не мешают
электронам, выбиваемым из отрицательно заряженной
пластинки, достигать положительно заряженной.
Это явление впоследствии было названо внешним
фотоэлектрическим эффектом.
На рис. 36 показано устройство основанного на этом
явлении фотоэлемента, впервые сконструированного
А. Г. Столетовым.
На внутреннюю поверхность небольшой стеклянной
колбочки, из которой тщательно удален воздух, нанесен
слой химического вещества, из которого свет особо легко
8а
выбивает электроны, например цезия, циркония и т. п.
Чтобы луч света мог свободно проникать внутрь
колбочки, часть ее оставляется прозрачной. Вместо сетки внутри
колбочки укреплено круглое металлическое колечко —
анод. Анод имеет форму колечка, для того чтобы не
заслонять собой светочувствительный слой.
Анод и светочувствительный слой колбы хорошо
изолированы друг от друга, и отводы от них выведены
наружу: каждый — к своей ножке. К аноду
присоединяется провод, идущий от положительного полюса бата-
Рис. 36.
Фотоэлемент.
реи; к светочувствительному слою — провод, идущий
к отрицательному полюсу.
Раз оба электрода не соединены друг с другом, а
лишенное воздуха пространство внутри колбы не
пропускает тока, то в темноте электрического тока между
чувствительным слоем и анодом практически возникнуть
не может.
Но достаточно осветить внутреннюю поверхность
колбы хотя бы самым слабым светом, как он начнет выбивать
из светочувствительного слоя электроны; последние
полетят к аноду, и в цепи фотоэлемента появится
электрический ток, текущий одновременно через фотоэлемент,
измерительный прибор и батарею.
Этот ток будет уменьшаться или увеличиваться, то-
есть пульсировать, в зависимости от того, ослабляется
89
или усиливается свет, падающий на светочувствительный
слой фотоэлемента.
Подведя такой пульсирующий ток к чрезвычайно
чувствительной газосветной лампочке, можно было бы
получить в ней световые вспышки тоже переменной
яркости.
Оказалось, что фотоэлемент такого типа обладает и
другим исключительно важным для нас свойством. С
какой бы быстротой ни изменялся падающий на него поток
света, вызванный им электрический ток в точности
следует за всеми самыми тонкими изменениями силы света.
Новый фотоэлемент оказался совершенно свободным от
инерции, с которой так не повезло селену.
Это и открыло наконец дорогу для дальнейшего
развития телевидения. Вместо селеновых фотоэлементов в
передатчике теперь можно было установить новые
фотоэлементы с внешним фотоэффектом. При их помощи можно
было легко передавать сигналы не только с частотой 15
тысяч импульсов в секунду, но в сотни и даже тысячи раз
более быстрые.
Но... и этого снова оказалось недостаточно.
Газосветных лампочек, которые могли бы достаточно ярко
светиться от слабых сигналов, создаваемых
фотоэлементом передатчика, в то время не существовало, а средств
усилить ничтожно малые сигналы, получаемые с
передатчиков, ученые не имели.
Поэтому, хотя диск Нипкова и создавал
принципиальную возможность передачи изображений на расстояние,
он в течение более чем 30 лет практического применения
найти не мог.
Вся дальнейшая судьба телевидения теперь зависела
только от одного — удастся ли найти способ усиливать
получаемые от передатчика слабые сигналы так, чтобы
газосветная лампочка приемника светилась достаточно
ярко.
Толчком к решению этой и множества других проблем,
препятствовавших дальнейшему развитию телевидения,
послужило создание радио великим русским ученым
Александром Степановичем Поповым.
Глава IV
ЧУТКОЕ УХО - РАДИО
ВОЛНЫ, КОЛЕБАНИЯ, СВЕТ
Еще в XVII веке ученые могли объяснить целый ряд
необычайных свойств света, только предположив, что он
распространяется в виде волн или колебаний. До этого
уже с полной достоверностью было установлено, что звук
распространяется в воздухе и в твердых телах в виде
колебаний, или звуковых волн.
Дальше в книге мы будем часто встречаться с этой
новой формой распространения и передачи энергии;
поэтому нам необходимо несколько задержаться и
подробнее рассмотреть эту, пожалуй самую важную, основу
телевидения.
Сначала вспомним, что такое волны и так называемое
волновое движение.
Самый простой вид волнового движения — это волны
на поверхности воды. Опишем наиболее характерные
особенности этого движения и установим некоторые
термины, которыми нам придется пользоваться в
дальнейшем.
Бросим на середину гладкой поверхности пруда
камень. Под его давлением вода сначала вытеснится в
стороны и вверх, пропустит камень вглубь себя, а затем
снова сомкнётся над ним.
Тотчас же от того места, куда упал камень,
постепенно расширяющимися кругами побегут во все стороны
волны. И если на далеком расстоянии от этого места
в воде плавает шепка, то, добежав до нее, волны начнут
ее раскачивать. Таким путем часть энергии упавшего
в воду камня при помощи волн передалась щепке.
Расстояние от гребня одной волны до гребня другой, или от
впадины до впадины, мы называем длиной волны. Число
полных волн, проходящих мимо какой-либо неподвижной
точки в секунду, называется частотой колебаний (рис. 37).
Легко найти скорость движения волн. Для этого надо
длину волны умножить на число волн, проходящих в
секунду мимо данной точки. Так, например, если расстояние
между гребнями волн равняется 10 сантиметрам, а число
91
Рис. 37.
Образование волн на воде.
волн, проходящих в секунду, равно 30, то скорость
движения, или, как говорят, распространения, волн равна
30 X 10 = 300 сантиметрам в секунду.
Эти термины применяются и для всех других видов
волнового движения.
Вы, вероятно, сами замечали, что поверхность
большой морской волны никогда не бывает ровной и гладкой,
а, в свою очередь, состоит из нескольких волн меньшей
величины и колеблющихся с другой, более высокой
частотой. Нам редко приходится над этим задумываться
только потому, что много раз всё это мы видели,
достаточно к этому привыкли и трудно убедить нас в чем-либо
противном. Однако на самом деле это, казалось бы,
хорошо знакомое и до предела ясное явление оказывается
весьма сложным.
Например, нам кажется, что после падения камня
вода в пруду с большой скоростью устремляется во все
стороны от центра возмущения. Однако вода не
затопляет берегов и не оставляет глубокой ямы в том месте,
куда мы бросили камень. Плавающие на поверхности
воды, по пути распространения волн, щепки не
устремляются к берегу вслед за волнами, а попросту начинают
качаться на одном и том же месте — вверх и вниз.
92
Волны движутся, а вода остается на месте и в
горизонтальном движении волн во все стороны не участвует.
Такие же волны можно возбудить в длинной веревке,
если держащий ее за конец человек взмахнет рукой
вверх и вниз. Тотчас же по веревке побежит волна, хотя
ни один кусочек ее материала при этом не сдвинется ни
на сантиметр в сторону движения волны (рис. 38).
Энергия колебания передается в длину потому, что
в нашем примере с водой сначала начинает колебаться
вверх и вниз одна группа частиц воды, затем — соседние
с ними частицы и т. д. Волны будут зарождаться и
уходить вдаль, до тех пор пока энергия брошенного камня не
израсходуется целиком.
Если мы примем это объяснение волнового процесса,
то должны будем сделать и следующий весьма важный
вывод: для того чтобы волны могли распространяться,
должна существовать материальная среда, которую
можно привести в колебание. Возьмем к примеру звук,
который достигает наших ушей в виде волнового движения
в воздухе.
Стоит удалить воздух, и мы ничего не услышим.
Среда, в которой распространялись звуковые волны,
исчезла. Здесь как будто бы все более или менее ясно.
Перейдем к свету. Конечно, волны на воде или в
воздухе и световые волны — это не одно и то же. Если свег
Рис. 38.
Распространение волны вдоль веревки
распространяется в виде волн, то точно так же должна
существовать и ореда, которая могла бы колебаться. На
первый взгляд это кажется понятным и не вызывает
сомнений в тех случаях, когда свет распространяется
в воздухе, стекле или воде. Но что мы можем сказать
относительно распространения света в вакууме —
безвоздушном пространстве, например между звездами или
между нашей Землей и Солнцем? Ведь здесь отсутствуют
частицы воздуха, стекла, воды и т. п.
Как же тогда свет распространяется в пустоте? И
ученые сначала предположили, что существует прозрачное,
эластичное, бесцветное, невесомое вещество, которое
пронизывает все другие вещества и заполняет все «пустое»
пространство вселенной, — так называемый эфир.
«Изобретение» эфира помогло объяснить, как
распространяется свет и что именно «волнуется» и колеблется
в его луче.
Эта теория первое время столь удовлетворительно
объясняла все непонятные явления в области
распространения света, что ученые в течение нескольких веков
вынуждены были сохранять ее. И только в XX веке после
большого числа новых открытий, которые на этот раз не
могли быть удовлетворительно объяснены
существованием прозрачного, пластичного, бесцветного вещества,
ученые отказались от теории эфира, сохраняя, однако,
понятие о наличии некоей материальной физической
среды, в которой и распространяются световые волны.
Об этом мы расскажем несколько позже.
Как оказалось, излучение и поглощение света носят
прерывистый характер.
В одно и то же время свет ведет себя и как волна и
как поток мельчайших материальных частиц. Излучение
света происходит не непрерывным потоком, а как бы
отдельными порциями, которые называются квантами света.
Излучается и поглощается свет, как частица, а
распространяется, отражается и преломляется, как волна.
В вакууме световые волны распространяются с
постоянной скоростью, равной 300 тысячам километров
в секунду. Следовательно, даже при такой громадной
скорости процесс передачи световых колебаний не
мгновенный, а постепенный. Это лишний раз доказывает, что
в течение некоторого времени, до того как волны от
94
источника света достигнут места назначения, световая
энергия существует и распространяется в какой-то
материальной физической среде. Когда свет переходит из
воздуха в другое прозрачное вещество, то скорость его
распространения уменьшается, если это вещество, как,
например, стекло, имеет большую плотность, чем воздух.
Если световая волна падает на поверхность стекла
под любым углом, кроме прямого, часть волны, которая
уже вошла в стекло, замедляет скорость своего
движения, в то время как остальная ее часть продолжает
двигаться с прежней скоростью. В результате такого тормо-
жеция одной части волны весь ее фронт повертывается в
сторону этого торможения, точно так же, как
поворачивается шеренга пионеров, когда один ее фланг идет
полным шагом по дороге, а другой попал на рыхлую почву
(рис. 39)
Рис. 39
Наверху рисунка — последовательные стадии изменения скорости и
направления распространения световой волны, входящей в стекло
Можно отшлифовать стекло таким образом, что лучи
света, попавшие в него из воздуха, изменят направление
движения и по выходе из стекла соберутся все в одной
точке. Таким стеклом и является обыкновенная линза.
Рис. 40.
Изменение хода световых лучей в стеклянной линзе, позволяющее
собрать лучи света в одну точку: а — более выпуклая линза —
короткое фокусное расстояние; б — менее выпуклая линза —
длинное фокусное расстояние.
Следовательно, используя особенности стекол и
других прозрачных тел, мы можем, по желанию, управлять
ходом лучей света: изменять их направление, собирать
лучи в одну точку, или, наоборот, рассеивать их.
Этим же путем объектив фотоаппарата изгибает лучи,
идущие от снимаемого предмета, и фокусирует их в виде
уменьшенного изображения на чувствительной к свету
пластинке, а прозрачный двояковыпуклый хрусталик глаза
проектирует его на чувствительной к свету сетчатке глаза.
96
НА ПОРОГЕ ВЕЛИКОГО ОТКРЫТИЯ
В главе II мы уже рассказали, как многолетние и
упорные поиски способа превращения магнетизма в
электричество привели к открытию явления
электромагнитной индукции.
Многим ученым в те времена казалось, что этим
открытием уже блестяще венчалось сооружение
величественного здания новой науки об электричестве и в этой
области открыто зсе, что еще можно было открыть. Но
это заблуждение продолжалось недолго. Появление
электрического тока в изолированном проводнике, только
расположенном рядом с проводником, по которому
проходил переменный ток, было столь загадочно и
необъяснимо, что этот опыт сперва вызвал бурю сомнений и
возражений. Однако ученые вскоре были вынуждены прийти
к заключению, что при некоторых условиях электрические
явления могут передаваться на расстояние и без проводов
и что в процессе такой передачи громадную роль играет
окружающая среда.
Реальное физическое существование этой среды
теперь уже не вызывало никаких сомнений и подтверждало
обоснованность догадки, высказанной еще Фарадеем,
правда в очень осторожной форме, что та же самая среда,
которая участвует в распространении света, может быть
также средой, в которой происходят и электромагнитные
явления. Только наличие такой среды позволяло
объяснить и совершенно очевидное существование и
проявление электрических и магнитных полей вокруг заряженных
тел и магнитов.
Все это вместе взятое значительно позднее позволило
разработать более совершенную теорию, согласно
которой электрическая энергия переменного тока может
распространяться и передаваться через окружающую
физическую среду в виде электромагнитных колебаний, или
волн.
Забегая немного вперед, попробуем ответить на
вопрос: что же в таком случае представляют собой
электромагнитные колебания, или волны?
Мы уже знаем, что вокруг любого электрического
заряда существует электрическое поле. Такой заряд
напоминает волосатый комок, бесчисленные отдельные во-
7 Телевидение
97
лоски которого — линии поля — можно представить себе
простирающимися во все стороны окружающего его
пространства на бесконечно большое расстояние.
Весь окружающий нас физический мир заполнен
бесконечным количеством таких электрических зарядов.
Линии полей, исходящие из всех этих зарядов,
переплетены друг с другом в самых разнообразных и столь
же бесчисленных комбинациях, пронизывая все
необъятное пространство вселенной. И достаточно в каком-то
месте пространства, заполненного бесконечным
количеством таких линий, вызвать местное возмущение, как это
возмущение неминуемо должно передаться и на все
окружающее пространство.
Предположим, что в какой-то точке пространства
перемещается или непрерывно колеблется электрический
заряд — например, отдельный электрон. Вслед за этим
зарядом естественно перемещается или колеблется
окружающее его электрическое поле (рис. 41).
При появлении в любой точке пространства
непрерывно изменяющегося электрического поля в ней неминуемо
^ Направление т
Т колебания I
Ч1У \/'\г\/"\/м
/ I N. V.' ч^' у ' чЬ'
# I Направление
\ колебания I
Рис. 41.
Колеблющийся заряд и окружающее его электрическое поле.
должно появиться такое же переменное магнитное поле,
только перпендикулярное электрическому полю.
Непрерывно изменяясь, это вновь появившееся
магнитное поле, в свою очередь, вызовет в соседней точке
пространства появление переменного электрического поля,
а последнее вызовет опять появление переменного
магнитного поля и т. д. Переменное электрическое поле сна-
98
чала как бы переливается в магнитное поле, а то, в свою
очередь, вновь переливается в соседнее электрическое
поле с той только разницей, что если колебания одного
совершаются, например, в горизонтальной плоскости, то
колебания другого поля проявляются в вертикальной
плоскости. В то время когда электрическое поле нарастает,
магнитное поле уменьшается, и наоборот — когда электри-
Рис. 42.
Взаимно перпендикулярные плоскости колебания электрического и
магнитного полей, вызывающие распространение электромагнитной
волны вдоль этих плоскостей.
ческое поле уменьшается, то магнитное поле
увеличивается. Очень упрощенное представление об этом процессе
дано на рис. 42.
Эти непрерывно изменяющиеся и взаимно
создающие друг друга переменные поля, или электромагнитные
колебания, распространяются от места их возникновения
с громадной скоростью, равной 300 тысячам километров
в секунду, то-есть со скоростью света. При этом
физическая среда, в которой эти колебания распространяются
(состоящая из бесконечного переплетения электрических
полей), все время остается неподвижной, так же как
остается неподвижной вода, передающая на расстояние
волновое движение. Созданные таким образом
электромагнитные волны не исчезают, а постепенно рассеиваются
в пространстве.
:*
99
Когда в проводнике течет переменный электрический
ток, вокруг проводника поочередно создается переменное
магнитное и электрическое поле.
Такой провод может излучать в окружающее его
пространство электромагнитные колебания.
Чем чаще меняет свое направление ток в проводе,
тем выше частота излучаемых волн.
Одно полное колебание переменного тока в
проводнике, то-есть его изменение от нуля до максимума
сначала в одном направлении, а затем точно такое же
изменение в обратном направлении, вызывает излучение
в окружающее пространство одной электромагнитной
волны. Через секунду после начала излучения эта волна
оказывается уже на расстоянии 300 тысяч километров от
проводника. Вслед за этой волной непрерывным потоком
друг за другом следуют точно такие же волны. Чем
больше волн излучается в секунду, тем меньше будет
длина каждой отдельной волны.
Когда в секунду излучается миллион волн, то длина
л ( 300 000 000 метров \
каждой волны будет равняться (гобо б0,Т1^^ба17йй) =
= 300 метрам. Если же число излучаемых волн, или
частоту колебаний тока, увеличить до 300 миллионов
в секунду, то длина отдельной волны станет равной уже
, / 300 000 000 метров - \
1 МеТРНжшТ001^е-баний = Х МеТРУ)
Когда электрический ток в проводнике меняет свое
направление с небольшой частотой, например только
50 раз в секунду, то в окружающее пространство в виде
электромагнитных колебаний излучается лишь ничтожная
часть проходящей по проводнику электрической энергии
Почему?
Для того чтобы проводник хорошо излучал энергию,
его длина должна быть не меньше 7г длины излучаемой
волны. Для переменного тока, совершающего 50
колебаний в секунду, такой провод должен иметь длину, равную
*'■ ( 3005ГкоГб7нийРОВ ) = 3 00° километров. Столь
длинные линии проводов найти трудно, и поэтому проводник
с током такой частоты практически ничего не излучает.
По мере повышения частоты колебаний тока размер
100
длины волны, соответствующей этой частоте, начинает
приближаться к практически существующим линиям
проводов, и тогда количество излучаемой проводником
в окружающее пространство электромагнитной энергии
начинает расти. При частоте в сотни тысяч колебаний
в секунду, то-есть когда длина излучателя может быть
порядка сотен метров, для излучения создаются столь
благоприятные условия, что в излучение будет переходить
более половины всей проходящей по проводнику
электрической энергии. Особенно, если этот проводник поднят
на большую высоту над землей и хорошо от нее
изолирован.
Это вы, вероятно, замечали и сами. Стоит только
включить в квартире свет или электрический прибор при
работающем радиоприемнике, как в громкоговорителе
раздается громкий щелчок. Небольшая электрическая
искра, появившаяся в выключателе, возбуждает колебания
очень высокой частоты и на мгновение становится
миниатюрным радиопередатчиком.
Сравнив все известные теоретические и опытные
данные, ученые сделали вывод, что и свет и
электромагнитные колебания имеют одну и ту же природу. И те и
другие распространяются в одной и той же среде с
одинаковой скоростью, равной 300 тысячам километров в секунду,
и отличаются друг от друга только своей частотой или
длиной волны. Единственная разница между ними
заключается только в том, что длина электромагнитных волн,
лежит в пределах от нескольких километров до долей
миллиметра (от 100 тысяч до 300 миллиардов колебаний
в секунду); длина же световых волн, которые способен
различать человеческий глаз, лежит в пределах от 400 до
800 миллионных долей миллиметра, то-есть в миллион раз
короче. Человеческий глаз, оказывается, является
приемником чрезвычайно коротких электромагнитных волн.
В пределах своего участка волн глаз различает их
по-разному: волны длиной от 380 до 450 миллионных
долей миллиметра вызывают впечатление фиолетового
света, 450—510 — сине-голубого, 510—550 — зеленого,
550—585 — желтого, 585—780 — оранжево-красного.
Но и это оказалось еще не всё. И открытые в 1895
году рентгеновские лучи, способные «просвечивать»
внутренние органы человека, и обнаруженные позже гамма-
101
лучи, испускаемые радиоактивными веществами, и многие
другие, существующие в окружающей нас природе виды
излучения являются электромагнитными колебаниями,
отличающимися друг от друга частотой (длиной волны).
Некоторые виды этих излучений с указанием частоты,
длины волны и характера излучения приведены в таблице
(рис. 43). Следует, однако, учесть, что твердой границы
между этими излучениями не существует.
Знаменитому русскому ученому П. Н. Лебедеву
удалось получить световые лучи в инфракрасной области
спектра с длиной волны в несколько миллиметров. Эти же
волны оказалось возможным получить и способом,
каким получают очень короткие — миллиметровые —
радиоволны.
Известному русскому физику А. А. Глаголевой-
Аркадьевой, в свою очередь, удалось возбудить
радиоволны такой же длины, как у инфракрасных световых
лучей.
Однако вернемся назад, к нашему повествованию.
Получить электромагнитные колебания очень высокой
частоты, то-есть превратить энергию электрического тока
в энергию электромагнитных волн, впервые удалось
в 1886—1888 годах немецкому физику Генриху Герцу.
В его честь единицу частоты переменного тока — одно
полное колебание в секунду — стали обозначать словом
«герц». Килогерц — это тысяча колебаний в секунду,
мегагерц— миллион колебаний и т. д.
Каким же образом ему удалось получить
электромагнитные волны очень высокой частоты?
Примерно в 1860 году при фотографировании искры,
получаемой от разряда заряженной лейденской банки,
когда ее обкладки на короткое мгновение замыкались
проводником, было установлено, что этот разряд имеет
колебательный характер. На протяжении очень короткого
отрезка времени электрический ток успевает переходить
большое число раз от одной обкладки к другой,
перезаряжая их по очереди, до тех пор пока постепенно не
затухнет, затратив на многократные пробои небольших
воздушных промежутков между проводником "И
обкладками банки и на нагрев самого проводника всю
накопленную в банке электрическую энергию. Этот разряд
происходит с весьма большой частотой, зависящей от
102
Гамма-лучи
Длина от 0,1 до 0,001 мм к
Частота от 3*10^ до 3*/02-;
Рентгеновские мучи
Длина от 10ммк до 0,1 ммн
Частота от 3* 10'-$ до 3*10'А
Ультрафиолетовь/е л</ии
Длина от ЮОммк до 10ммн
Частота от 3* 10 & до 3* /О (2
'ХЛДЛЛЛЛЛ;
Видимый свет
Длина от 1мн до 100м ми
Частота от 3*10'У до 3*Ю&
Л/\А/\у
Инфракрасные лучи
Длина от 100 до 1мн
Частота от 3*10'-* до 3<Ю^
Радиоволны
Л ли на от 60 км до 1мм
Частота от 30.000 до 3*10'&
Звуковые волны
Длина от 6.000 нм до 60мм
Частота от 16 до 16.000
Рис. 43.
Таблица колебательных процессов, существующих в природе.
величины накопленного электрического заряда, что, в свою
очередь, зависит от размеров самой лейденской банки,
вернее — ее емкости.
Такой электрический колебательный процесс
напоминает движение маятника. Если маятник отвести на
некоторое расстояние в сторону и отпустить, то он не
остановится в самой низкой точке, а неминуемо будет двигаться
дальше. Достигнув наивысшей точки подъема на
противоположной стороне, он на мгновение остановится, пойдет
обратно, снова пройдет низшую точку и почти дойдет до
своего первоначального положения. Это колебательное
движение будет повторяться до тех гюр, пока на трение
в подшипниках и на преодоление сопротивления воздуха
не растратится до конца вся потенциальная энергия,
полученная маятником, когда он был отведен в сторону в
первый раз. Тогда, постепенно уменьшая размах своих
колебаний, маятник остановится на самой низшей точке.
Чтобы заставить маятник снова колебаться, ему надо
придать новую порцию энергии. Такие колебания
маятника называются затухающими.
Для получения электромагнитных колебаний Герц
построил специальный прибор (рис. 44).
На концах двух медных стержней было укреплено по
два металлических шара: один диаметром 3 сантиметра,
другой — 30 сантиметров. Стержни располагались по
прямой линии так, чтобы расстояние между маленькими
шарами было равно 5—7 миллиметрам. К стержням
присоединялись проводники, идущие от трансформатора
высокого напряжения, питаемого от батареи с прерывателем.
Этот прибор, названный вибратором, и был излучателем
электромагнитных колебаний, или волн.
Роль лейденских банок, или конденсаторов, в нем
играют большие шары, заряжаемые трансформатором до
высокого напряжения. Когда напряжение накопленных на
этих шарах электрических зарядов достигнет величины,
способной пробить воздушный промежуток между
маленькими шарами, между последними проскакивает искра,
через которую большие шары разряжаются. В этот момент
вибратор и излучает порцию электромагнитной энергии.
Но, как мы уже знаем из примера с лейденской банкой, за
время разряда шары успевают перезарядиться через
искру очень большое число раз — до тех пор пока раз-
104
Генератор и приемник электромагнигныч волн, сконструированным
Герцем. Волны, излучаемые вибратором Герца. При каждом
замыкании прерывателя ток от электрической батареи через катушку
высокого напряжения заряжает шары вибратора, после чего между
малыми шарами проскакизает искра, состоящая на самом деле из
большого числа отдельных искр.
ность^ потенциалов между ними не окажется настолько
малой, что не будет уже способна поддерживать искру
между маленькими шарами. Тогда искра прерывается,
и большие шары начинают заряжаться до напряжения,
способного снова пробить искрой воздушный промежуток
между малыми шарами. Этот промежуток назывался
искровым промежутком.
Глазу кажется, что искра появляется между малыми
шариками только один раз и видна в течение малой доли
секунды. На самом деле искра, оказывается, состоит из
такого же числа повторяющихся отдельных искр и
проскакивает между маленькими шарами столько раз,
сколько за это время зарядились и разрядились большие
шары. Форма волн, излучаемых таким вибратором, пока-
зана на рис. 44, внизу.
105
От раЗхМеров больших шаров зависит частота
электрических колебаний вибратора. В опытах Герца частота
колебаний составляла около 60 миллионов раз в секунду,
то-есть вибратор излучал электромагнитные волны
длиной около 5 метров. Чтобы удлинить волну, шары надо
было брать большего размера. Тогда время, требуемое
на взаимную зарядку и разряд шаров, увеличивалось
Наоборот, чтобы укоротить длину волны, размеры шаров
нужно было брать меньшими.
Для приема электромагнитных волн Герц
использовал явление резонанса, или созвучия. Напомним, что
означает это понятие. Возьмем две одинаковые струны и
натянем их с одной и той же силой. Тогда обе струны
будут издавать один и тот же звук, то-есть будут
колебаться с одинаковой частотой. Поместим их рядом и
извлечем звук только из одной струны. Под воздействием
воздушных волн, излучаемых первой струной, вторая
сама придет в движение и тоже зазвучит. Вторая струна
будет продолжать звучать даже после того, как мы
прекратим звучание первой.
В результате многократных опытов Герц нашел и
приемник для обнаружения колебаний, излучаемых
вибратором. Это был кусок проволоки, согнутый в круг
диаметром около 70 сантиметров. На концах этой
проволоки, так же как и у вибратора, были прикреплены два
шарика, расстояние между которыми являлось тоже
искровым промежутком, только меньшей длины, чем
у излучателя.
Когда начинал работать излучатель, то между
шариками проволочного кольца, если его подносили на
достаточно близкое расстояние к вибратору, начинали
проскакивать маленькие искорки. Следовательно, излучаемые
вибратором электромагнитные волны, пересекая
проводник кольца, возбуждали в нем электрический ток,
колеблющийся с такой же частотой, как и в вибраторе.
Эти электрические колебания, в свою очередь, заряжали
шарики, и накопленное на них напряжение пробивало
искровой промежуток кольца.
Последующими опытами Герц установил, что
полученные- им электрические волны во многих случаях веду г
сйб&также, как световые волны,—они могут
отражаться от металлической поверхности, как от зеркала, соби-
106
раться вогнутыми поверхностями в узкие лучи, легко
проходить через не проводящие электрический ток
вещества и т. д.
В некоторой степени электромагнитные волны могли
и огибать препятствия.
Один известный физик того времени назвал этот
резонатор Герца «электрическим глазом» за то, что он играл
в отношении электромагнитных волн ту же роль, что наш
глаз играет по отношению к световым волнам.
Однако дальше этих опытов Герц не пошел. Больше
того, он даже считал, что, помимо чисто научного
интереса, эти волны никакого практического значения или
применения иметь не могут, а предположения других
ученых о возможности их использования для целей связи он
находил беспочвенными.
Действительно, электромагнитные колебания
удавалось обнаружить только в непосредственной близости от
вибратора. Сколько-нибудь существенного расстояния они
не перекрывали. Это и понятно. Чтобы пробить при этом
даже ничтожно малый искровой промежуток у приемного
кольца, требовалась все же довольно большая энергия,
которой вибратор Герца обеспечить не мог.
ВЕЛИКИЙ РУССКИЙ УЧЕНЫЙ, ИЗОБРЕТАТЕЛЬ РАДИО
АЛЕКСАНДР СТЕПАНОВИЧ ПОПОВ
Человек, который в слабом потрескивании еле
заметных искр резонатора Герца разглядел возможность
создания совершенно нового, небывалого способа
передачи электрических сигналов на расстояние без проводов
и смело осуществил эту идею, был великий русский
ученый, изобретатель радио Александр Степанович Попов.
В то время, когда Герц без четко сформулированной
цели проводил свои опыты, Александр Степанович пре
подавал физику в Кронштадтской офицерской минной
школе Военно-морского флота, физическая лаборатория
которой тогда была одной из лучших в России. Он был
чрезвычайно увлечен опытами с электромагнитными
волнами,, В^оЪлшше от Герца, Попов был твердо уверен, что
именно при помощи электромагнитных волн возможно
осуществить. даано вынашиваемую им цель, о которой
107
Рис. 45.
Александр Степанович Попов.
многие ученые даже и не мечтали, — создать новое
средство беспроволочной связи, в первую очередь
необходимое для русского морского флота.
На одной из своих лекций, еще в 1889 году, он
сказал:
«Человеческий организм еще не имеет такого органа
чувств, который замечал бы электрические волны в эфире;
если бы изобрести такой прибор, который заменял бы
нам электромагнитные чувства, то его можно было бы
применить к передаче сигналов на расстоянии».
Поискам этого прибора и посвятил всю свою
дальнейшую жизнь гениальный труженик науки.
Твердо зная цель своих исканий, Попов проводил бес-
108
конечное количество опытов и испробовал множество
комбинаций приборов. Ему приходилось работать сразу
в нескольких направлениях, для того чтобы пробиться
дальше того безрадостного, в общем, состояния, на
котором прекратил свои работы Герц.
Упорный, нечеловеческий труд скоро стал давать
обнадеживающие результаты.
Для того чтобы электрическая искра могла пробить
даже небольшой воздушный промежуток в кольце
резонатора, отнесенного на более далекое расстояние,
требовалась электромагнитная энергия очень большой
величины — много больше той, которую можно было даже
надеяться когда-либо получить от обычного излучателя
Герца. Сдвигать шарики резонатора еще ближе друг
к другу уже нельзя было. Надо было искать что-то
совершенно новое.
Незадолго до этого французский физик Эдуард Бран-
ли сделал очень интересное открытие. Если в небольшую
стеклянную трубочку насыпать очень мелкие железные
опилки, присоединить к ним источник тока, соединенный
последовательно с измерительным прибором, и облучить
опилки электромагнитными волнами, то под действием
этого излучения электрическое сопротивление такого
порошка заметно уменьшается и через порошок начинает
проходить увеличенный ток. Это явление напоминало
уменьшение сопротивления селена от яркого света. Бранли
правильно предположил, что когда через порошок
проходят электромагнитные волны, то между отдельными
мелкими крупинками железа возникают
микроскопические искорки, слегка спекающие эти крупинки вместе,
отчего общее сопротивление трубки с опилками заметно
уменьшается. Но стоило слегка встряхнуть трубку, как
спекшиеся вместе крупинки снова разъединялись и
сопротивление порошка восстанавливалось до первоначальной
величины. При прохождении новой группы
электромагнитных волн образование искр возобновлялось, крупинки
спекались вновь, сопротивление порошка снова
уменьшалось и т. д.
Этот прибор, названный когерером, А. С. Попов
и применил вместо искрового промежутка в приемном
резонаторе. Электрический разряд в когерере возникал
при значительно меньшей силе сигнала, отчего повыша-
109
ласв общая чувствительность резонатора. Присутствие
сигналов теперь обнаруживалось по колебаниям стрелки
чувствительного прибора, последовательно включенного
в цепь резонатора. Позже Попов обнаружил, что если
к концу стрелки прибора приделать очень легкое перо, то
принимаемые сигналы можно записывать на движущейся
бумажной ленте.
При помощи когерера электромагнитные колебания
можно было обнаруживать на значительно большем
расстоянии, чем при старом резонаторе Герца. Но беда была
в том, что опилки в трубке спекались от первых сигналов
и когерер надо было непрерывно потряхивать. Это
страшно надоедало, и очень скоро Александр Степанович
приспособил для этой цели обыкновенный электрический
звонок, установив его на место измерительного прибора.
Принимая сигналы, звонок звонил, а язычок его ударял
по трубочке и автоматически встряхивал опилки.
Следующим на очереди стоял вопрос о повышении
мощности колебаний, излучаемых вибратором. Все
известные до этого способы особо заметных улучшений не
давали, и дальность действия установки оставалась
незначительной. О практическом применении
электромагнитных волн для связи без проводов при таком
положении дела думать не приходилось.
Тогда Попов обратил внимание на то, что самым
сильным из известных ему электрических разрядов,
несомненно вызывающих мощный поток электромагнитных
волн, является... молния. Действительно, какой же
мощностью должен был обладать этот природный вибратор,
если его искра пробивает воздушный промежуток в
несколько километров длиной!
Поэтому вместо электромагнитных колебаний от
вибратора Герца Попов стал ловить колебания, вызванные
разрядом молнии. Дальность обнаружения сигналов резко
увеличилась. Но и это не удовлетворило пытливого
ученого. Ведь он ставил задачей превратить
электромагнитные колебания в средство связи, а разве можно было
захватить с собой на военный корабль в качестве
передатчика молнию!
И в сотый раз ученый принимался за
совершенствование своего капризного изобретения.
Во время одного из опытов Попов открыл, что если
ПО
к резонатору присоединить длинный провод, к тому же
еще поднятый высоко над землей, то грозовые разряды
обнаруживаются на очень .большом расстоянии, а сила
сигналов, идущих даже от слабосильного вибратора
Герца, резко увеличивается.
Вчерне задача была решена. Прибор, названный
Поповым из скромности, а также с целью сохранения
военной тайны грозоотметчиком, вскоре приобрел все черты,
присущие современному радиоприемнику, в том числе
приспособление для настройки на любую требуемую
длину волны, а также приемную антенну.
7 мая 1895 года в Петербурге на заседании Русского
физико-химического общества великий ученый впервые
в мире демонстрировал свой аппарат — грозоотметчик,
принимавший электромагнитные волны и записывавший
их на ленте. Передатчиком их была пока еще молния.
Свой доклад Александр Степанович закончил
следующими словами:
«В заключение могу выразить надежду, что мой
прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, сможет
быть применен к передаче сигналов на расстояние при
помощи быстрых электрических колебаний, как только
будет найден источник таких колебаний, обладающий
достаточной энергией».
А 12 марта следующего года, на заседании того же
общества, на аппарате Попова были приняты слова
«Генрих Герц», переданные по азбуке Морзе
слабомощным вибратором из здания, находящегося на расстоянии
более 250 метров от места приема. Трудно было описать
восторг, охвативший присутствовавших на заседании
известных русских физиков и электротехников, после того
как на доске мелом была записана последняя буква этой
первой в мире радиограммы.
Так родилось одно из величайших изобретений
современности — радио.
50 лет спустя советский народ в честь своего великого
ученого-патриота 7 мая, день рождения радио, сделан
государственным праздником.
Насколько важное значение имело это открытие для
человечества и какой переворот в средствах связи, а
также в науке и технике вообще оно вызвало,
свидетельствует хотя бы то, что вот уже свыше 50 лет многие капи-
111
талистические страны непрерывно пытаются оспаривать
у Попова честь открытия радио.
В свое время великий русский ученый с негодованием
отверг попытки иностранцев купить его изобретение.
«Я горд тем, — заявил он, — что родился русским.
И если не современники, то, может быть, потомки наши
поймут, сколь велика моя преданность нашей родине
и как счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто
новое средство связи».
Дальнейшие работы А. С. Попова велись столь
успешно, что уже в начале 1900 года им была построена
первая в мире линия радиосвязи между островами Гогланд
и Кутсало для обслуживания спасательных работ по
снятию севшего на камни русского броненосца «Генерал-
адмирал Апраксин», вышедшего в свое первое
кругосветное плавание.
Благородные традиции русской науки проявились и
при рождении этого нового ее детища. По составленному
церемониалу открытия линии, предполагалось первой
послать приветственную телеграмму по случаю какого-то
торжества в царской семье. До этого дня пользоваться
связью не разрешали. Однако, по настоянию А. С.
Попова, первая радиограмма, посланная им по линии
Гогланд — Кутсало, извещала командира ледокола
«Ермак» о том, что в Финском заливе шторм оторвал
и унес в море льдину с большой группой рыбаков.
Принятыми немедленно мерами все рыбаки были спасены.
С этого благородного дела спасения человеческих
жизней началось в нашей стране мирное применение
радио, вскоре достигшее невиданного расцвета.
ЧУДЕСНАЯ ЛАМПОЧКА
Но. . . Снова трагическое «но», которых в истории
телевидения было, пожалуй, больше, чем в любой другой
отрасли техники.
Изобретение радио на первых порах ничего для
телевидения дать не могло. Первые радиопередатчики были
слабомощными и могли передавать только знаки азбуки
Морзе. Сигналы, достигающие радиоприемников, не
имевших никаких средств усиления, были ничтожно сла-
112
быми. С большим трудом их можно было обнаружить
и принять только при помощи чувствительных
телефонов — наушников.
Совершенно очевидной стала необходимость в первую
очередь найти способ усиливать очень слабые
электрические сигналы принимаемых радиопередач. Этого
настоятельно требовали бурно развивавшаяся связь на
радиоволнах и многочисленные новые области применения
колебаний высокой частоты. Этого же особенно ждали
ученые, пробивавшие дорогу своему детищу — телевидению.
В результате объединенных усилий очень многих
ученых был изобретен удивительно остроумный прибор —
электронная усилительная лампа, или радиолампа.
Каким же образом при помощи электронной лампы
люди ухитрились усиливать ничтожно слабые
радиосигналы?
Мы уже знаем, что свет, действуя на
светочувствительную поверхность фотоэлемента, выбивает из нее
электроны. Было обнаружено, что раскаленная нить
обыкновенной электрической лампочки излучает
электроны еще лучше, чем фотоэлемент. Однако эти
электроны далеко от нити не улетают. Вырвавшись с ее
поверхности, они вскоре снова возвращаются на нее
обратно. Но стоит поместить внутри лампочки
заряженную положительным электричеством пластинку, как
картина сразу в корне меняется. Большая часть электронов,
вылетевших из раскаленной нити накала, теперь обратно
на нее уже не возвращается, а с большой скоростью
устремляется к положительно заряженной пластинке.
В безвоздушном пространстве между нитью накала и
пластинкой, называемой анодом, появляется электрический
ток (рис. 46).
Величину этого тока можно изменять, увеличивая или
уменьшая напряжение, подведенное к аноду или, в
меньшей степени, к нити накала.
Сила тока, протекающего в такой лампочке между
нитью и анодом, довольно велика. Поэтому часто ученые
задумывались над задачей: нельзя ли как-нибудь
приспособиться к этому электронному потоку, найти способ
воздействовать на него слабыми электрическими
сигналами так же, как слабая рука рулевого управляет
движением мощного океанского парохода?
8 Телевидение
ИЗ
Рис. 46.
Образование тока между нитью и анодом электронной лампы.
Наконец был найден способ осуществить и это
стремление: в баллончике лампы между нитью накала и
анодом поместили третий электрод в виде тонкой
металлической спирали, называемой «сеткой».
К этой сетке и стали подводить электрическое
напряжение сигнала, изучая его действие на поток электронов,
исходящий из нити накала (рис. 47).
Пока на сетке нет никакого напряжения, электроны
свободно проходят через нее к аноду. Сила этого тока,
называемого анодным, при этом остается неизменной
(рис. 47, А). Но стоит придать сетке хотя бы слабый
отрицательный заряд, как картина резко меняется. Так
как одноименные заряды друг от друга отталкиваются, то
только небольшому числу электронов, стремящихся
к аноду, удается прорваться сквозь невидимый барьер,
созданный отрицательным зарядом сетки. Остальные
электроны возвращаются обратно на нить накала.
Электрический ток, протекающий в цепи: нить накала —
анод— источник питания, резко уменьшается (рис. 47, Б).
Но если, наоборот, придать сетке положительное
напряжение, то тогда даже незначительного заряда будет
достаточно, для того чтобы поток электронов, летящих
114
к аноду, резко увеличился. Положительный заряд сетки
подстегивает задержавшиеся у нити накала электроны
и посылает их все к аноду. Ток, проходящий через цепь:
нить накала — анод — источник питания, резко
увеличивается (рис. 47, В).
Кривая изменения силы анодного тока в зависимости
от напряжения, приложенного к сетке лампы, показана
на рис. 48.
Что же получится, если к сетке усилительной лампы
подвести переменное напряжение, например сигналы
телевидения?
Естественно, сила тока, протекающего через лампу от
нити накала к аноду, будет изменяться в точной
зависимости от формы этих сигналов.
Менять силу тока лампы можно и другим способом.
Например, напряжение на сетке оставить неизменным,
а менять только напряжение на аноде лампы. Тогда
увеличившееся напряжение на аноде станет притягивать
к себе больше электронов, а если это напряжение, на-
Рис. 47.
Как при помощи сетки можно управлять потоком электронов,
летящих от нити накала к аноду электронной лампы: А — заряда на
сетке нет; Б — сетка заряжена отрицательно; В — сетка заряжена
положительно.
Рис. 48.
Усилительное действие электронной лампы.
оборот, уменьшить, то число электронов, летящих к аноду,
уменьшится.
Например, напряжение, подведенное к сетке лампы
и равное всего 7юо вольта, оказывает на протекающий
через лампу ток такое же управляющее действие, как
увеличение или уменьшение анодного напряжения ча
целый вольт. В таком случае получается, что лампа
усиливает проходящий через нее сигнал в 100 раз. Таким
образом, подведенные к сетке радиолампы радиосигналы
с ничтожно малой энергией могут управлять уже
значительно большим током, то-есть гораздо большей энергией.
Первые усилительные лампы усиливали радиосигналы
всего в несколько раз. Но и это для того времени было
громадным достижением. Современные радиолампы,
например применяемые в радиоприемниках, могут
усиливать сигналы в несколько тысяч раз каждая. А ведь
можно составить схему, в которой одна за другой стоят
подряд несколько таких ламп. Тогда первоначальные сигналы
можно усиливать в миллион раз.
Усилительная лампа вдохнула совершенно новую
жизнь во все области работы с телевидением. Снова перед
учеными открылся желанный широкий путь к
дальнейшему его совершенствованию и развитию. Искусственным
116
зрительным нервом, несущим сигналы изображения от
«электрического глаза» до приемника изображений,
теперь могли свободно стать и радиоволны.
Значительно облегчилась передача электрических
сигналов и по проволоке.
Мы уже отметили раньше, что все существовавшие
ранее приборы для получения, или генерирования,
электромагнитных волн имели целый ряд коренных
недостатков: они были слабомощны и создавали волны,
пригодные только для передачи знаков азбуки Морзе.
Происходило это потому, что основой такого генератора был
разряд большого конденсатора через искровой промежуток.
Образовавшиеся при разряде колебания по прошествии
небольшого срока постепенно уменьшались, и разряд
прекращался. Каждое последующее колебание у них на
какую-то долю было меньше предыдущего (рис. 49, а).
В силу этого передать при помощи таких затухающих
колебаний звуки речи или музыку было невозможно.
Вскоре после изобретения усилительной лампочки
ученые обнаружили, что из нее при некоторых условиях
получается чудесный генератор незатухающих колебаний,
который к тому же мог создавать колебания почти любой
_к_
тире /почка тире
11111111'
Рис. 49.
Форма затухающих (а) и незатухающих (б) колебаний, и как из
них составляются знаки телеграфной азбуки Морзе.
высокой частоты и весьма значительной мощности
(рис. 49, б).
Генераторная лампа, вырабатывающая незатухающие
колебания, позволила передавать по радио музыку и
речь, а позднее — и сигналы телевидения.
„ВЕРХОМ" НА РАДИОВОЛНАХ
Мы уже установили, что электромагнитные колебания
очень высокой частоты — то-есть радиоволны — можно
передавать на большие расстояния. Но нам важно
передать без проводов не сами эти колебания, которые наши
органы чувств непосредственно обнаружить никак не
могут, а сигналы, воспринимаемые нашими органами
чувств, но которые сами по себе — отдельно — на такие
расстояния передать невозможно.
Например, человека, обладающего самым мощным
голосом, можно услышать на расстоянии не дальше
километра. С рупором, в тихую погоду и над водой его можно
услышать дальше — допустим, на расстоянии 2
километров. А как передать голос человека без проводов на
десятки, сотни или тысячи километров? Ну, а если мы
превратим звуковые колебания в электрические? Все равно эти
колебания вследствие слишком низкой их частоты
проводник излучать не сможет. А мы знаем, что сейчас без
особого труда по радио можно передать речь и музыку на
расстояние нескольких тысяч километров.
Для этого применяются радиоволны очень высокой
частоты. Они нам нужны, потому что колебания высокой
частоты очень легко излучаются в пространство. Тогда их
можно будет использовать и для того, чтобы при их
помощи передать на большие расстояния какие-то другие
сигналы — условные знаки, речь или музыку, — обычно
лежащие в области низких частот.
При передаче изображений такими сигналами будут
импульсы тока переменной величины, получаемые от фото*
элемента передатчика.
ОКак же осуществляется такая передача?
Для большей наглядности предположим, что мы
решили использовать электромагнитные колебания
световых волн.
И8
Самые простые сигналы мы можем передать, если
будем включать на короткие и длинные промежутки
времени свет от электрического фонарика, то-есть
передавать точки и тире. Из различных комбинаций этих
знаков составлена телеграфная азбука Морзе.
Можно поступить и иначе: не прерывая потока света
от лампочки, будем менять только яркость ее свечения.
Рис 50.
Схема действия угольного микрофона.
Тогда при помощи света мы сможем передавать
значительно более сложные сигналы. Для этой цели в
провода, питающие током лампочку фонарика, включим
обычный угольный микрофон — прибор, преобразующий
звуковые колебания в колебания электрического тока
(рис.50).
Звуковые колебания, падающие на микрофон, с
переменной силой давят на легкую подвижную пластинку —
мембрану, которая, в свою очередь, то сильнее, то слабее
давит на угольный порошок, через который проходит
ток, питающий лампочку фонарика. В зависимости от
того, насколько он сжат, порошок меняет свое
электрическое сопротивление. От этого проходящий через порошок
ток меняет свою силу в точном соответствии со звуковым
давлением, действующим на микрофон.
В результате всех этих преобразований лампочка
будет поочередно светиться то ярче, то темнее.
Действующие на микрофон звуки речи становятся как бы
видимыми.
Теперь остается только принять такие переменные
световые сигналы и превратить их обратно в звуковые коле-
119
бания. Для этого мы улавливаем свет, идущий от
лампочки, и направляем его на фотоэлемент. Фотоэлемент
снова превратит колебания яркости падающего на него
луча света в колебания мощности электрического тока,
которые после необходимого усиления можно будет
подвести к телефону или громкоговорителю, и мы услышим
точное воспроизведение звуковых колебаний,
первоначально действовавших на микрофон (рис. 51).
Что же мы в конечном счете получили?
Звук голоса, который в лучшем случае был бы слышен
на расстоянии не больше километра, с помощью
подобных ухищрений мы можем передать и принять, учитывая,
что свет распространяется прямолинейно, на расстоянии
нескольких десятков километров.
Здесь нам потребуется ваше особое внимание. При
помощи электромагнитных колебаний очень высокой ча-
Схема передачи звуков речи (низкой частоты) при помощи луча
света (высокой частоты).
стоты (свет) нам удалось передать колебания низкой
частоты (звук), которые отдельно от первых нам
передать никак бы не удалось. Луч света перенес на себе
звуковые сигналы. Световые колебания в таком случае
называют несущей частотой, а перенесенные при их
помощи колебания более низкой частоты называют
управляющими или частотой модуляции.
120
Читателя, желающего более подробно ознакомиться со
всеми этими интересными явлениями, мы должны
отослать к списку литературы, приведенному в конце книги.
С еще большим успехом звуковые колебания могут
управлять электрическими колебаниями с более низкой,
чем у света, частотой, то-есть радиоволнами. Тогда звуки
речи или музыки можно перенести несравненно дальше.
Приемник световых волн, или радиоволн, получает эти
двойные колебания вместе — несущую частоту с
наложенной на нее частотой модуляции. Дальше ему нужно
отделить их друг от друга. Частоту модуляции он должен
превращать в звуковые колебания, а сделавшую свое
дело и больше не нужную несущую частоту — отсеять.
Для того чтобы при помощи одной несущей частоты
(например, луча света, невидимых электромагнитных волн
или других несущих энергию колебаний) передать какое-
либо сообщение, мы можем -воздействовать на нее или
одной частотой — тогда получим только знаки азбуки
Морзе, — или целой полосой частот, начиная от самых
низких и кончая самыми высокими, — тогда получим
человеческую речь и музыку. С таким же успехом можно
посадить на радиоволны «верхом» и сигналы
телевидения.
„ЧУТКОЕ УХО"
В введении к этой книге мы писали, что человек,
желая осуществить свою вековую мечту — видеть на
расстоянии, задался целью — создать искусственный глаз
и искусственное ухо.
Однако до сих пор мы больше писали об его усилиях
по созданию искусственного глаза. Об искусственном ухе
мы даже как будто забыли. Поэтому сейчас наступила
очередь описать и эту часть работы человека над
созданием телевидения, ибо оно никогда не мыслилось немым.
Разобравшись в волнах, частотах и некоторых других
вещах, мы коротко рассмотрим, что такое «электрическое
ухо», как оно работает и все, что связано с его
применением, в частности с радио.
Человек уже давно подметил, что очень сильные
звуковые колебания вызывают колебания расположенных
вблизи предметов. Во время грома или сильной стрельбы
121
звенят стекла в окнах, дрожит посуда на столе и
вибрируют даже отдельные части зданий. И чем сильнее звук,
тем сильнее это его действие. Поэтому, когда много позже
ученые стали изучать сопротивление различных веществ
и порошков электрическому току и обнаружили, что
мелкий порошок каменного угля меняет свое электрическое
сопротивление в зависимости от того, насколько плотно
или слабо он сжат, то, естественно, родилась мысль:
нельзя ли использовать это явление для регистрации
электрическим путем звуков, например речи человека,
действуя на порошок звуковыми колебаниями.
Так в 1876 году появился первый угольный микрофон,
способный звуковые колебания превращать в
электрические. Принцип действия угольного микрофона мы уже
описали выше.
Почти одновременно с микрофоном был изобретен
телефон, могущий, наоборот, электрические колебания
превращать в звуковые. Изобрести телефон было
значительно проще, ибо задолго до этого существовал
электрический звонок, который по сути дела уже являлся
прообразом телефона, так как он по сходному способу
превращает колебания (прерывание) тока в звук.
Если переменный электрический ток подвести к
электромагниту, перед которым укреплена легкая железная
пластинка (рис. 52), то, проходя через обмотку
электромагнита, ток будет то усиливать, то ослаблять его общее
магнитное поле. Железная пластинка, притягиваясь то
больше, то меньше к электромагниту, будет колебаться.
Эти колебания и услышит наше ухо.
Такой простой прибор и будет обычным
электромагнитным телефоном.
Теперь остановимся на несколько более сложном
вопросе, относящемся к форме сложных колебаний, таких,
в которых смешаны вместе колебания разных частот. Для
облегчения задачи рассмотрим сначала сложные
колебания низкой частоты.
Если взглянуть на кривые записи слышимых ухом
сложных звуков (такая запись получается, например, на
граммофонной пластинке или на кинопленке в звуковом
кино), то в одних случаях мы увидим очень простые
кривые. Это будут записи чистых звуков, являющихся
колебаниями одной, строго определенной частоты. В этом слу-
122
чае звуки отличаются друг от друга только числом
колебаний в секунду. На слух это отличие будет
сказываться только в высоте слышимого звука. В других
случаях кривые будут иметь очень сложную форму. Иногда
в них с первого взгляда даже трудно обнаружить
закономерность. В этом случае можно вполне законно предпо-
Переменный тон
Рас. 52.
Устройство электромагнитного телефона.
ложить, что в таком сложном звуке одновременно
присутствует сразу очень много простых однородных
колебаний, которые, смешавшись все вместе, и создали
суммарную кривую столь сложной формы.
Существуют способы любую такую сложную кривую
разложить на ее составные простые кривые. Как это
происходит, мы проследим на рис. 53. Здесь кривая а
является увеличенной здписью чистого звука какой-либо
низкой частоты, допустим 200 колебаний в секунду.
Назовем эту частоту основной. Кривая б представляет такой
же чистый звук, но уже с частотой 400 колебаний в
секунду; кривая в — еще один чистый звук с частотой
800 колебаний. Теперь смешаем вместе первых два звука:
с частотой 200 и 400 колебаний в секунду. В результате
смешения получим кривую уже новой формы — г. Рядом
с ней на кривой д показана запись звука, который
издает музыкальный инструмент гобой. Она очень похожа
123
И ВНЕ
ЯВИ ИИ
# >
ИИИИ1
Рас. 53.
1ростые колебания и результаты их сложения:
'сновной частоты, равное 200 герцам; б — колебание
оты 400 герц; в — колебание основной частоты 800
юе колебание, состоящее из основной частоты 200 г
частотой 400 герц; д — звук гобоя, очень похожий н
>ание г; е — сложное колебание, состоящее из ос
:00 герц, смешанной с частотой 800 герц; ж — звук ]
о сложным колебанием е\ з — сложное колебание
сновной частоты 200 герц, смешанной с частотой
звук флейты, сходный со сложным колебан
на предыдущую кривую г, полученную сложением
основной частоты а (200 колебаний) и ее так называемой
второй гармоникой б (400 колебаний).
Смешав звук основной частоты а (200 колебаний)
с частотой в (800 колебаний, или четвертой гармоникой),
получим кривую е, которая очень сходна с кривой ж
другого инструмента — рожка. Наконец, смешав основной тон
а (200 колебаний) с частотой з (1600 колебаний, или
восьмой гармоникой), получим новую кривую и, которая
очень похожа на звук флейты, и т. д.
Поэтому в любом очень сложном звуке, каким,
например, является человеческая речь или музыка, мы всегда
можем разложить суммарную кривую на составляющие
ее основные колебания, найти в ней очень много чистых
тонов самой различной частоты, начиная от самой низкой
основной частоты до самой высокой кратной ей частоты,
или гармоники. Так, колебания звуков человеческой речи
лежат в пределах от 16 (самый низкий бас) до 3—4
тысяч колебаний в секунду (колоратурное сопрано) и даже
выше, включая все тонкие дополнительные колебания.
Эти колебания, иногда трудно улавливаемые даже
специальными приборами, придают человеческому голосу ту
окраску, благодаря которой мы отличаем одни голоса от
других и узнаем голоса родных и знакомых.
Поэтому, передавая звуки музыки при помощи
электромагнитных колебаний высокой частоты (радиоволн),
мы на несущую частоту в несколько сот тысяч или даже
миллионов колебаний в секунду должны «посадить
верхом» все колебания, состоящие как из самых низких и
простых звуков (от 16 колебаний в секунду), так и из
самых высоких звуков (16 тысяч колебаний в секунду),
и бесконечно большое число разнообразных колебаний,
происходящих от смешения вместе всех этих звуков, то-
есть обеспечить место для сплошной полосы колебаний
от 16 до 16 тысяч в секунду.
Отсюда мы можем сделать один очень важный вывод:
чем сложнее передаваемый сигнал, тем шире должна
быть модулирующая их полоса частот.
Г лава V
ЭЛЕКТРОННОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
КАК ПРИ ПОМОЩИ РАДИОВОЛН ПЕРЕДАЮТСЯ
ИЗОБРАЖЕНИЯ
Передать первые сигналы изображения по радио
удалось только в 20-х годах нашего века.
И хотя к тому времени ученым уже было хорошо
известно, что изображения, составленные из небольшого
числа элементов, весьма несовершенны, тем не менее
первые передачи были именно такими. В них
изображение составлялось всего из 1200 элементов.
Число элементов, которое можно было вначале
передать по радио, ограничивалось полосой частот, которую
занимала радиовещательная станция.
Что же представляет собой эта полоса?
Каждая передающая радиостанция работает на одной,
установленной для нее и строго поддерживаемой частоте.
Допустим, что эта частота равна 300 тысячам герц
(длина волны 1000 метров).
Передать же при помощи этой несущей частоты нам
требуется речь и музыку, занимающую в спектре частот
определенную полосу.
В сложном процессе модуляции эта полоса звуковых
частот в некоторые моменты то складывается с несущей
частотой, то вычитается из нее. В результате этого
модулированный передатчик начинает излучать уже не одну
несущую частоту, а целую полосу частот, занимающую
место как выше, так и ниже несущей.
Ухо человека способно воспринимать звуки с частотой
примерно от 16 до 16 000 герц. И когда мы станем
передавать всю эту полосу звуковых частот при помощи
радиопередатчика, излучающего только одну несущую
частоту, равную 300 000 герц, то в результате процесса
модуляции наш передатчик начнет излучать сплошную
полосу частот начиная от частоты 284 000 герц (300 000 —
— 16 000) идо 316 000 герц (300 000 + 16 000), то-есть
полосу частот, равную удвоенной полосе модуляции
(16 000X2 = 32 000 герц).
Позже, с развитием радиовещания, было установлено,
126
что передавать всю полосу частот, которую способно
слышать ухо человека, вовсе не обязательно. Ряд частот,
особенно самых высоких, встречается редко, и их
отсутствие в целом море других частот почти не замечается.
Даже звучание большого симфонического оркестра вполне
удовлетворительно укладывается без слишком заметного
ухудшения качества в полосу частот от 50 до 5000 герц.
Это обстоятельство и позволило полосу частот,
занимаемую одним передатчиком, сузить до 10 тысяч герц, то-
есть всего по 5000 герц в каждую сторону от несущей
частоты.
Создать передатчик, способный передать даже и такую
полосу частот, в то время было большим техническим
достижением.
С развитием радиосвязи и особенно радиовещания
в эфире стало чрезвычайно тесно. Работающих
радиостанций во всем мире было в несколько раз больше, чем
имелось в диапазоне практически пригодных участков
радиоволн по 10 тысяч герц каждый. Потребовался целый
ряд международных конференций, чтобы хоть как-нибудь
навести порядок в использовании радиоволн и иметь
возможность слушать работу требуемой станции без помех
со стороны других передач.
И все равно на одну волну приходилось по нескольку
станций. Пришлось давать одну и ту же волну странам,
находящимся подальше друг от друга, ограничивать
время их работы и т. п.
По этим причинам конструкторы первых
практических установок телевидения были вынуждены с самого
начала приспосабливаться к самым неблагоприятным для
себя условиям, лишь бы «втиснуться» в полосу частот,
отводимую тогда одной радиостанции и равную 10
тысячам герц. 1200 элементов было самым низким пределом
разбивки изображения, дающим возможность хотя бы
только узнавать передаваемые крупным планом
изображения. Повторение их 12,5 раза в секунду позволяло видеть
слитное движение.
И тем не менее после всех этих жертв и хирургических
операций передавать в эфир надо было все-таки полосу
частот никак не меньше 15 тысяч герц, то-есть в 1,5 раза
больше, чем отводилось каждой радиовещательной
станции по плану распределения частот.
127
Для передачи изображения, составленного из 4800
элементов (60 строк), потребовалась бы полоса частот
модуляции, равная 60 тысячам герц, то-есть такая
полоса, которая отводится шести радиовещательным
станциям.
Телевидение врывалось в тесный, забитый
радиостанциями до отказа эфир.
Именно по этой причине в первые годы практического
осуществления телевидения приходилось так тщательно
экономить на всем: на числе элементов, на повторяемости
кадров, и ограничиваться более чем скромным качеством
изображения.
В период 1926—1936 годов в Советском Союзе и
в главнейших странах мира передачи телевидения велись
с четкостью, равной только 30—40 строкам. Дороговизча
и сложность оборудования, небольшое число имевшихся
в стране приемников, главным образом самодельных,
позволяли иметь на всю страну не более одной-двух
радиостанций телевидения.
В СССР первые опытные передачи телевидения по
радио были начаты в Москве 29 апреля 1931 года на
волне 56,6 метра, а с 1 октября 1931 года они уже
велись для массового приема через мощную по тем
временам (1 киловатт) станцию МГСПС на волне 379
метров.
Пионерами, проложившими своими трудами дорогу
телевидению в СССР, были ученые: Б. Л. Розинг,
М. А. Бонч-Бруевич, С. Н. Кокурин, М. В. Шулейкин
и многие другие.
Будучи родиной радио, Советский Союз раньше
многих капиталистических стран поставил на службу
советскому народу и телевидение.
Первые советские передачи велись с четкостью
1200 элементов (30 строк). Как на передатчике, так и
в приемниках применялись диски Нипкова или
зеркальные винты. В организации и проведении этих передач
активное участие приняли советские специалисты:
В. И. Архангельский, И С. Джигит, И. Е. Горон, В. А.
Гуров, П. В. Шмаков, П. В. Тимофеев, А. Ф. Шорин и
многие другие.
Ученые твердо верили в то, что со временем удастся
успешно решить все затруднения и передавать в эфир не
128
то, что позволяла временная обстановка, а то, что
требовалось от телевидения развитием техники связи и
запросами населения. И со временем они оказались правы.
Волшебное зеркальце русских сказок стало реальной
действительностью в Советской стране.
ЭЛЕКТРОННЫЙ КАРАНДАШ
'К каким только ухищрениям не прибегали первые
любители телевидения, чтобы выжать из своих приемников
то, чего в них фактически не было!
Перед небольшим квадратиком экрана ставились
увеличительные линзы; от этого изображение казалось
больше, но зато оно становилось бледнее, и на нем
явственнее проступали отдельные точки — элементы (рис. 54).
После первого периода увлечения и радиозрители и
специалисты перестали удовлетворяться все же весьма
низким качеством изображения, получающимся при
разбивке его на 1200 элементов (30 строк).
Помочь делу могло только одно — увеличение числа
элементов.
Каким же путем можно
было этого добиться,
применяя методы и аппаратуру,
известные нам из предыдущих
глав?
Чтобы увеличить число
строк, нужно было на диске
Нипкова прибавить
отверстий. Но чтобы при этом не
увеличивать размеров самого
диска, сами отверстия надо
было уменьшать, отчего
сокращалось количество
проходящего на фотоэлемент через
каждое такое отверстие
света. А его и без того не
хватало. Следовательно, идти по Рм. 54.
этому пути очень далеко бы- Увеличенный участок переда-
•* •* тт ^ ваемого изображения, состав-
ло невозможно. Чтобы как- ленного из небольшого числа
то возместить потери света, элементов.
9 Телевидение
129
Рис. 55.
Профессор Б. Л. Розинг.
вызванные уменьшением размера отверстий в
передающем диске, приходилось сильно увеличивать освещение
в студиях, откуда велись передачи телевидения.
Исполнители не выдерживали чрезмерно яркого света и жары и
зачастую отказывались участвовать в передачах.
Можно было бы поступить наоборот: размер
отверстий в диске оставить без изменений, а увеличить
размеры самого диска. Но и это имело свои пределы. Уже при
120 строках развертки диаметр диска достигал 1,5 метра.
Вращаясь со скоростью 1500 оборотов в минуту, он
представлял собой довольно сложное, капризное и опасное
сооружение. Создавался очередной заколдованный круг,
в который столь часто попадало телевидение на всем
пути своего развития.
Кроме этого, передача большого числа элементов
требовала полосы частот, отводимой нескольким
радиовещательным станциям. Создать аппаратуру, передающую
130
или принимающую сколь-либо широкую полосу частот,
техника того времени еще не могла.
В то же самое время проводимые в лабораториях
опыты с разверткой изображения на 60, 120, а затем и
на 180 строк показали, что и в этом случае качество
изображения получается весьма неудовлетворительным и все
еще далеко уступает самой посредственной кинопроекции
даже с узкой пленки.
Ученым и специалистам стало ясно, что
высококачественное телевидение, требующее для своего
существования еще большего числа элементов, явно не может
быть получено при старых и сложных системах
механической развертки. Нужно было найти совершенно новые
способы. Как это часто бывало и раньше, решение задачи
и при том совершенно необычным путем было снова
найдено русским ученым.
В 1907 году профессор Петербургского
технологического института Б. Л. Розинг после многолетних
исследований предложил совершенно новую систему приема
изображений на расстоянии при помощи электронно-лучевой,
или катодной, трубки (рис. 56). Трубка, которой
пользовался профессор Розинг, в то время была весьма
несовершенной, поэтому мы опишем эту трубку в том виде,
в каком она применяется в настоящее время, тем более
что основы ее работы остались одни и те же.
Представляет она собой электронный прибор, сходный
по своему устройству с обычной усилительной радиолам-
Рие. 56.
Устройство приемной электронно-лучевой (катодной) трубки.
пой, но только помещенный в большую стеклянную
колбу, сильно напоминающую графин. Из этой колбы
воздух откачан до высокой степени разрежения. В
горлышке трубки собран весь ее механизм, состоящий из
электронной «пушки» и нескольких управляющих
электродов.
Конечно, никакой пушки в трубке нет. Так называют
часть устройства трубки, содержащую нить накала
(катод), из которой излучаются электроны. Пушкой ее
назвали только потому, что электроны вылетают из нити
накала с большой скоростью и сравнительно узким
пучком, а не рассеиваются по сторонам.
На некотором расстоянии от нити расположен
электрод, называемый ускоряющим анодом, к которому
подводится высокое положительное электрическое
напряжение, порядка нескольких тысяч вольт. Попадая в
электрическое поле положительного заряда анода,
излученные нитью накала электроны устремляются к нему,
разгоняясь до очень больших скоростей. Но так как анод
имеет форму полой трубки, то электроны пролетают
сквозь анод дальше и ударяются о поверхность экрана,
нанесенного на внутреннюю стенку дна колбы.
Экраном служит тонкий слой особого вещества — вил-
лемита, светящегося под действием ударяющихся об него
электронов. Яркость этого свечения зависит от количества
электронов в пучке, то-есть от силы тока. Как только
действие электронов на вещество экрана прекращается,
почти мгновенно прекращается и его свечение. Свечение
виллемита происходит во всей глубине слоя, поэтому
появляющиеся на экране трубки световые вспышки
наблюдаются снаружи, то-есть со стороны дна колбы.
На пути электронного пучка, между катодом и
ускоряющим анодом, стоит второй фокусирующий электрод,
тоже имеющий форму трубки. К этому электроду
подведено небольшое отрицательное напряжение. Так как
одинаковые электрические заряды друг от друга
отталкиваются, то пролетающие через этот электрод с большой
скоростью электроны отжимаются от стенок внутрь
трубки, вследствие чего весь пучок электронов сжимается
в очень тоненький луч. При ударе об экран такой луч
возбуждает на нем уже не большое и расплывчатое
светлое пятно, а маленькую, но яркую точку.
132
Сжать пучок электронов в тонкий луч можно и при
помощи магнитного кольца, надеваемого снаружи на
горлышко трубки. Создаваемое им магнитное поле действует
на пучок электронов внутри трубки так же, как
стеклянная линза на луч света, то-есть собирает их в одну точку
на экране.
Таким образом, в катодной трубке мы имеем экран,
на котором можно получать световые знаки, и
«карандаш» — тонкий электронный луч, при помощи которого
эти знаки можно писать на экране. Остается только
найти способ управления этим необычным карандашом,
чтобы получить на экране трубки любой рисунок.
Выше мы уже говорили о том, что электроны очень
чувствительны к влиянию на них электрических зарядов.
Если вблизи электронного луча поместить пластинку,
заряженную положительным электричеством, то луч очень
легко изогнется в сторону этой пластинки и отклонится
в сторону от нее, если пластинка заряжена отрицательным
ч
Рис. 57.
Отклонение летящего электрона магнитным полем.
электричеством. Будучи электрическим зарядом,
движущийся электрон в то же самое время представляет собой
и небольшой электрический ток. А если это так, то на
него должно действовать и магнитное поле. Магнитное
поле отклоняет электрический ток, то-есть каждый
движущийся электрон, от своего пути в сторону,
перпендикулярную как к полю, так и к направлению, в котором
движется электрон (рис. 57).
133
Рис. 58.
Устройство электродов, управляющих движением электронного луча
в катодной трубке.
И тот и другой способ управления лучом с успехом
применяется в современных катодных трубках.
Теперь осталось найти способ развертки изображения.
Для этого надо заставить электронный луч двигаться по
экрану в каком-то строго определенном порядке —
например, так, как мы пишем: слева направо и сверху вниз,
строка под строкой, страница после страницы.
С этой целью на пути электронного пучка, после того
как он уже приобрел под влиянием анода большую
скорость, а фокусирующее кольцо сжало его в тоненький
луч, ставится еще две пары управляющих электродов
в виде пластинок, образующих как бы коридор: одна
пара по бокам, а другая — сверху и снизу от луча. Пара
электродов, образующая боковые стенки коридора,
управляет горизонтальным движением луча, вторая пара —
пол и потолок коридора — управляет вертикальным его
движением (рис. 58).
Каждая пара пластин соединяется с отдельным при-
134
бором — генератором, вырабатывающим колебания
электрического напряжения специальной, пилообразной
формы (рис. 59). '
Напряжение, получаемое от этих генераторов, не
остается все время постоянным, а изменяется особым
образом. Сначала оно медленно нарастает, например от О
до 100 вольт или до какой-либо другой величины; затем
почти мгновенно спадает обратно до нуля; потом снова
медленно нарастает и резко обрывается, повторяясь так
все время.
Теперь посмотрим, что произойдет с электронным
лучом, когда он проходит в коридоре между двумя
боковыми пластинками, соединенными с генератором
пилообразных колебаний.
В тот момент, когда напряжение на обеих пластинках
отсутствует вовсе, то-есть равно нулю, электронный луч,
никуда не отклоняясь, проходит прямо к центру экрана.
Но как только на одной из пластинок появляется и
начинает увеличиваться положительное напряжение,
электронный луч тотчас же начинает отклоняться в сторону этой
пластинки, отчего светящаяся точка на экране тоже
начинает перемещаться от центра к краю экрана. Чем
выше напряжение на отклоняющей пластинке, тем
дальше в сторону отойдет электронный луч, а с ним — и
светящаяся точка на экране. Обычно это напряжение
выбирается такой величины, чтобы светящаяся точка доходила
только до края экрана. Как только напряжение генера-
строли
кадры
Рис. 59.
Колебания электрического напряжения, имеющие пилообразную
форму.
тора, достигнув максимума, мгновенно спадет до
исходного напряжения, электронный луч также скачком
возвратится на середину экрана. Затем в том же самом
порядке все повторяется снова и снова. Поменяв напряжение
на пластинках, можно заставить луч двигаться и в другую
сторону экрана.
Практически устройство управления лучом действует
намного сложнее. Схема генератора пилообразных
колебаний устроена так, что когда на одной из пластин
трубки растет положительное напряжение, притягивающее
электронный луч к себе, в то же самое время
противоположная пластина заряжается отрицательно и отталкивает
этот луч от себя. Под действием обеих пластин
электронный луч управляется значительно лучше, чем только
одной из них, и требуемое для этого напряжение может
быть уменьшено.
Чтобы использовать не половину, а всю поверхность
экрана, напряжение генератора начинает нарастать не от
нуля, а от некоторой отрицательной величины, благодаря
чему свое исходное движение электронный луч начинает
не с середины экрана, а с одного, например левого, края,
для чего луч предварительно смещают в сторону.
Требуемое для этого постоянное отрицательное напряжение
называется смещающим напряжением.
Если колебания генератора будут достаточно
частыми, например не меньше 12—16 раз в секунду, то, глядя
на экран трубки, мы увидим на нем сплошную
горизонтальную светящуюся линию. Во время своего медленного
движения слева направо светящаяся линия на экране
трубки получается сочной и яркой. Во время обратного,
быстрого хода луча виллемит достаточно возбудиться не
успевает, и луч дает бледную и мало различимую линию
(рис. 60, а).
Точно такая же картина наблюдается, когда на
электронный луч действует пара вертикальных пластин —
верхняя и нижняя. Луч, а с ним и светящаяся точка на
экране сначала медленно движутся сверху вниз, а затем
скачком возвращаются вверх. При достаточно частом
повторении на экране получается яркая вертикальная
светящаяся линия (рис. 60, б).
Ну, а что произойдет, если одновременно будут
включены оба генератора, вырабатывающие колебания с оди-
136
Рис. 60.
Получение светящихся линий на экране катодной трубки при
включении: а — электродов, управляющих горизонтальным движением
луча; б — электродов, управляющих вертикальным движением луча;
в — обеих пар управляющих электродов с одинаковой частотой
генераторов развертки; г — обеих пар электродов с разными
частотами для развертки изображения.
наковой частотой, и на электронный луч начнут
действовать сразу обе пары отклоняющих пластин? На экране
трубки получится наклонная светящаяся линия,
равнодействующая двух перпендикулярных друг другу линий
(рис. 60, в).
Если подобрать частоту колебаний обоих генераторов
так, что частота горизонтальной развертки будет
высокой, а частота вертикальной — низкой, то под
влиянием горизонтальных пластин электронный луч будет не-
137
прерывно чертить на экране горизонтальные линии, а под^
влиянием вертикальных пластин эти линии будут
ложиться не одна на другую, а медленно перемещаться сверху
вниз и ложиться одна под другой (рис. 60, г).
Если принимаемое на трубку изображение
развертывается так, как в самой лучшей в мире советской системе
телевидения — на 625 строк, и повторяется, так же как
в кино, 25 раз в секунду, то электронный луч за 725
долю секунды должен успеть прочертить поперек экрана
625 горизонтальных линий и только один раз совершить
полное движение сверху вниз.
Следовательно, генератор горизонтальной развертки
должен давать в секунду 625X25=15 625
пилообразных колебаний, или зубчиков, а генератор вертикальной
развертки — только 25. Практически, для увеличения
четкости, передаваемое изображение развертывается два
раза: сначала за 7бо долю секунды развертываются
312 четных строк — 2, 4, 6 и т. д., а затем за другую
7бо долю секунды все 313 нечетных строк — 1, 3, 5 и т. д.
Так как человеческий глаз воспринимает движение,
повторяющееся больше 10—12 раз в секунду, уже как
непрерывное, то, включив трубку и оба генератора
разверток одновременно, мы увидим на экране яркий
сплошной светящийся прямоугольник. Только внимательно
присмотревшись, можно разобрать, что он состоит из
большого числа тонких, слегка наклонных и как бы
непрерывно бегущих вдоль экрана светящихся ниточек.
Таким образом, в катодной трубке развертка
принимаемого изображения на основные элементы
осуществляется весьма простым путем. В ней нет ни единой
движущейся механической детали, ни одного
переключателя. Все управление движением тоненького электронного
луча производится только электрически. Следовательно,
отпадают почти все ограничения, о которых мы писали
выше и которые создавались старыми механическими
системами развертки.
Точно так же можно управлять движением
электронного луча, если вместо двух пар пластин внутри трубки
поместить две пары электромагнитов снаружи горлышка
трубки (рис. 61).
Создаваемые этими электромагнитами поля тоже
отклоняют электронный луч в сторону, только в несколько
138
ином порядке, чем пластинки; горизонтально
расположенные электромагниты управляют вертикальным
перемещением луча, а вертикально расположенные —
горизонтальным.
Степень отклонения луча в сторону зависит от силы
магнитного поля, создаваемого каждой парой
электромагнитов, а это поле, в свою очередь, зависит от силы
тока, протекающего по обмоткам электромагнитов.
Рис. 61
Способ управления движением луча при помощи внешних
электромагнитов
В этом случае у генераторов разверток пилообразно
изменяется не вырабатываемое ими напряжение, а сила
тока.
Пока что мы узнали только, как электронный луч
производит развертку, или разбивку, изображения на его
элементы. Однако никакого изображения, кроме
светящегося прямоугольника, на экране трубки у нас еще не
получается, хотя уже осуществлена очень важная часть
работы. Необходимо теперь, чтобы приходящие от
передатчика сигналы могли оживить поверхность экрана и
создать на нем изображение, как известно состоящее из
темных и светлых участков и большого числа
промежуточных состояний — от самого темного до самого яркого,
то-есть на поток электронов надо воздействовать каким-
то еще способом.
139
Для этого почти вплотную к нити накала помещается
еще один электрод, называемый, по аналогии с
обычными радиолампами, сеткой, хотя он тоже имеет форму не
сетки, а трубочки, через которую свободно проходит
электронный луч. К этому электроду и подводятся принятые
от передатчика сигналы телевидения.
Так же как и в обычной усилительной радиолампе,
влияние на поток электронов небольшого напряжения,
приложенного к сетке, во много раз сильнее действия
значительно большего напряжения, приложенного к
более удаленному аноду.
Благодаря тому что сетка расположена очень близко
к источнику электронов, приложенное к ней
незначительное отрицательное напряжение может резко затормозить
пролетающие сквозь нее электроны и даже возвратить
часть их обратно к нити накала, а значит, уменьшить силу
тока луча. К тому же в этом месте электроны, только что
покинувшие нить накала, еще не успели под влиянием
анодного напряжения приобрести достаточную скорость,
чтобы преодолеть противодействие небольшого
отрицательного напряжения близко стоящей сетки и проскочить
сквозь нее к аноду и экрану. В этом случае поток
электронов, достигших экрана, будет слабым, а вызываемое
им на экране светящееся пятно—бледным.
Наоборот, если отрицательное напряжение на сетке
уменьшится до нуля или станет положительным, то число
электронов резко увеличится, так как сетка теперь будет
уже не противодействовать, а помогать пролету к экрану
всех излучаемых нитью накала электронов.
Ударясь об экран, такой более плотный луч создаст
и более яркую светящуюся точку. А поскольку
принимаемый сигнал состоит из отдельных импульсов напряжения
самой различной величины и формы, то и свечение экрана
в разных его точках будет неодинаковым. Вот теперь на
нем и должно появиться передаваемое изображение,
но опять-таки при одном важном условии: если движение
развертывающего устройства передатчика будет с
большой точностью согласовываться с движением луча в
катодной трубке; иначе все точки принятого изображения
окажутся не на своих местах, и оно будет искажено до
неузнаваемости.
В старых механических системах оба диска — и пере-
140
датчика и приемника — можно было бы еще посадить на
одну и ту же ось. Здесь электронный луч ни на какую
ось не посадишь.
Чтобы добиться этого, генератор разверток как у
передатчика, так и приемника, во-первых, делают
стабильным; частота колебаний поддерживается строго
постоянной. Обычно в качестве основы берется частота
переменного тока (равная 50 герцам) электрической сети того
города, где расположены передатчик и приемник. Во-
вторых, вместе с сигналами изображения передатчик
посылает специальные сигналы согласования
(синхронизации). Под действием этих сигналов электронный луч
приемника не может начать развертку каждой строки и
каждого кадра ни мгновением раньше, ни мгновением
позже, чем это делается на передатчике.
Если, проходя по строке, он забежит немного вперед,
го сигнал управления заставит его ждать, прежде чем
позволит начать развертывать новую строку. Если же он
отстанет, то сигнал его немного подгонит, с тем чтобы
опять-таки новая строка началась и на передатчике и на
приемнике одновременно.
В 1911 году Б. Л. Розингу удалось построить
лабораторную модель, на которой он впервые в мире получил
изображение, нарисованное электронным лучом на
экране катодной трубки. Передача велась на очень коротком
расстоянии — в одной и той же комнате.
В передатчике Б. Л. Розинг в то время был вынужден
еще применять механическую развертку изображения при
помощи двух зеркальных барабанов, действующих точно
так же, как и развертка диском Нипкова.
С тех пор электронно-лучевая трубка быстро
завоевала свое место в телевидении и сейчас является
«сердцем» любого телевизора, причем возможности, которые
она дает для приема изображения, далеко еще не
исчерпаны, а скорее всего их использование еще только
начато.
Изобретение Б. Л. Розинга не было счастливой
случайностью. Работая в течение многих лет над проблемой
передачи изображений на расстояние, он намного раньше
своих современников и ученых других стран пришел
к твердому убеждению в том, что добиться передачи
высокочастотного изображения с помощью любых механи-
141
ческих систем невозможно и что единственно правильный
путь всего дальнейшего развития телевидения — это путь
применения электрических систем и электронных
приборов. Надо только как следует поработать с ними и
усовершенствовать их в требуемом направлении.
Насколько далеко опередил этот талантливый и
прозорливый ученый европейскую науку, показывает
следующий факт. Одиннадцать лет спустя — в 1922 году, когда
в ряде стран уже стало широко развиваться
радиовещание, известный немецкий ученый Д. Михали в своей книге
«Видение на расстоянии» все еще утверждал, что
«применение катодной трубки для целей телевидения
практически неосуществимо».
Не побоявшись столь категорического утверждения
видного авторитета, Б. Л. Розинг уже через год,
в 1923 году, нашел и подсказал способ электронной
развертки изображения и в передающем устройстве, тем
самым положив основание всем современным, полностью
электронным системам телевидения.
Самая маленькая и самая легкая частица вещества —
электрон начал победоносно прокладывать дорогу в
будущее телевидения.
НАЗАД К „ЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ ГЛАЗУ"
Пока механические системы телевидения, доведенные
с помощью диска Нипкова до предельной простоты,
получив долгожданную газосветную лампочку мгновенного
свечения, затем радиоволны, при помощи которых
сигналы могли быть переданы на далекие расстояния, и,
наконец, радиолампу для усиления ничтожно слабых сигналов,
совершали свое победное движение вперед во всех
странах, стали давать ростки семена нового, посеянные
Б. Л. Розингом еще в 1907 году.
Катодная трубка, несмотря на противодействие всяких
иностранных авторитетов, пробила себе дорогу и
доказала свою жизненность и громадные преимущества для
приема сигналов телевидения. С каждым годом в ее
конструкцию вносилось что-либо новое, делающее ее все
более и более совершенной.
Труднее было создать электронные приборы для пере-
142
дающих устройств. Здесь еще долго не могли обойтись без
вращающихся барабанов, дисков и зеркал.
А все предлагаемые новые механические системы
в конечном счете приводили всегда к одному и тому же
первоначальному результату — чтобы увеличить число
элементов изображения, требовалось увеличить число
отверстий в диске, барабане и в чем угодно другом. Но
неизменно настолько же уменьшалось количество
попадающего на фотоэлемент света. Мало помогали делу и новые,
более чувствительные фотоэлементы. Надо было искать
другие, более существенные способы преодоления этих
затруднений.
И мысль ученых и изобретателей все чаще и чаще
стала возвращаться к искусственному «электрическому
глазу» изобретателей 1875—1880 годов.
Нельзя ли теперь, используя все новое, что дала
наука, и особенно радиотехника, снова попытаться
сделать экран из большого числа очень маленьких
фотоэлементов? Не из нескольких десятков штук, как это
пытались сделать когда-то, а из многих десятков тысяч,
а может быть, даже и сотен тысяч, и при этом не
повторить те же принципиальные ошибки, какие делали
первые изобретатели несколько десятилетий назад. Для этого
надо было найти такой способ, в котором одновременно
сочетались бы преимущества экрана, составленного из
множества фотоэлементов и воспринимающего все
элементы изображения одновременно, как это было в самых
первых системах телевидения, с поочередной передачей
друг за другом сигналов от каждого фотоэлемента — так,
как сделано во всех последующих системах. Видеть, как
глаз, всё целиком, а передавать по очереди!
Решить обе эти задачи одновременно можно было бы
только в том случае, если бы удалось электрические
заряды, возникшие под действием света на каждом
отдельном фотоэлементе передающего экрана, не посылать
к приемнику сразу, а удерживать или накапливать в
каких-то хранилищах, или аккумуляторах, до тех пор пока
не наступит их очередь для развертки, и только после
этого производить саму посылку, поочередно подключая
провод или радиопередатчик к этим аккумуляторам.
Тогда на каждый фотоэлемент свет от передаваемого
участка изображения действовал бы не в течение ничтож-
143
но малой доли секунды, как это было при развертке его
диском Нипкова, а непрерывно, отчего величина заряда
на нем увеличилась бы, следовательно резко возросла бы
и сила сигнала.
Например, при разбивке изображения на 1200
элементов, при числе оборотов диска Нипкова 12,5 в секунду
свет, исходящий от каждого отдельного участка
изображения, освещает фотоэлемент в течение лишь 715 ооо доли
секунды.
При экране же, составленном из 1200 одновременно
действующих и накапливающих электрические заряды
фотоэлементов, на каждый из них свет будет действовать
уже в течение 2/г5 долей секунды, то-есть в 1200 раз
дольше.
Не увеличивая чувствительности уже существующих
фотоэлементов, можно было бы в 1200 раз увеличить
либо силу передаваемых сигналов, либо во столько же
раз увеличить число элементов, на которое разбивается
изображение.
Идею создания высококачественного электронного
передатчика телевидения, основанного на указанном выше
совмещении преимуществ экрана, составленного из
большого числа фотоэлементов, имеющих аккумулятор для
накапливания зарядов, впервые высказал в 1923 году
Б. Л. Розинг. Он же подсказал и путь к осуществлению
такого передатчика, используя для этого
электронно-лучевую трубку.
Честь практического осуществления этой идеи
принадлежит советским ученым: А. П. Константинову и С. И.
Катаеву, которые в 1930—1931 годах разработали
электронно-лучевые трубки с так называемым мозаичным катодом,
способным накапливать или аккумулировать
образующиеся на нем электрические заряды. Эти трубки,
своеобразные «световые копилки», впоследствии стали
называться «иконоскопами».
Недостающее в цепи дальнейшего развития
телевидения звено наконец было найдено.
На чем же основано устройство трубки Катаева?
В стеклянной колбе, из которой выкачан воздух и
которая по своему устройству несколько похожа на
катодную трубку, помещена очень тонкая пластинка из слюды,
являющейся, как известно, хорошим изолятором.
144
Рис. 62.
Схема действия светочувствительной мозаики.
На одну сторону этой пластинки, размером примерно
10 X 12 сантиметров, нанесен светочувствительный
материал, но только не сплошным слоем, как у обыкновенных
фотоэлементов, а в виде мозаики, состоящей из
множества отделенных друг от друга мельчайших крупинок или
капелек (рис. 62). Каждая из этих крупинок и является
крошечным фотоэлементом, хорошо изолированным от
таких же соседних фотоэлементов.
Вместо большого и громоздкого экрана, составленного
всего из нескольких десятков фотоэлементов, здесь, на
пластинке площадью в 120 квадратных сантиметров, их
умещается несколько миллионов.
По своим размерам и действию они напоминают
палочки и колбочки, из которых состоит сетчатка глаза
Если теперь при помощи объектива передаваемое
10 Телевидении
145
изображение навести на поверхность мозаики, то под
действием света из светочувствительного слоя каждого
такого крошечного фотоэлементика будут непрерывно
выбиваться электроны (рис. 62). Количество таких
электронов, выбитых из разных участков мозаики, будет не
одинаковым, а соответствовать яркости падающего на них
света. Потеряв некоторое количество электронов,
крупинки мозаики окажутся заряженными положительно. Там,
куда света падало больше, заряд будет сильнее; там,
куда света пришлось меньше, заряд будет слабее.
Выбитые из мозаики электроны оседают на стенках колбы,
откуда затем стекают по специальному проводящему слою
обратно к источнику питания. Таким путем на капельках
мозаики в скрытом виде создается точная электрическая
«копия» изображения, состоящая из разных
положительных зарядов. Исчезнуть с мозаики эти заряды уже не
могут, так как капельки ее со всех сторон изолированы
друг от друга.
Если бы мы теперь взяли щепотку очень тонкой сажи
и обсыпали ею нашу мозаику, то, пожалуй, это
изображение сразу же «проявилось» и стало видно, так как
в зависимости от величины заряда к разным участкам
мозаики прилипло бы разное количество частиц сажи.
Как видите, задача создания многоячеечного
фотоэлемента-экрана и получения на нем электрического
изображения была решена весьма остроумно и довольно
простым способом. Но это была пока еще только часть дела.
Однажды зарядившись, наши маленькие фотоэлементы
дальше отзываться на падающие на них потоки света
уже не будут. Если же передаваемое изображение при
этом будет еще непрерывно передвигаться по экрану, то
дело кончится тем, что заряды всех фотоэлементов в
какой-то степени выравняются, то-есть более слабые доза-
рядятся до уровня самых сильных, и скрытое в мозаике
изображение исчезнет. Точь-в-точь как при фотосъемке,
когда вместо мгновенной выдержки затвор фотоаппарата
по ошибке оказывается открытым на значительное время.
В этом случае вместо удачного снимка, к огорчению
горе-фотографа, на негативе получается сплошное черное
пятно. Из этого следует, что, образовав на поверхности
мозаики непрерывно накапливающееся электрическое
изображение, надо, чтобы оно затем не погибло, превра-
146
тить заряды в электрические сигналы, потом их каким-то
способом с мозаики убрать, а освободившееся место
использовать для «приемки» следующего кадра
изображения, которое за это время могло измениться —
например, передвинуться с места на место, увеличиться или
уменьшиться.
Этому новому изображению, в свою очередь, тоже
нужно некоторое время, чтобы накопить свои заряды, —
так же как это делает в школе учитель: написал на
доске мелом формулу, подождал, пока ученики ее
спишут, а затем стер тряпкой, чтобы освободить место для
следующей формулы.
Как же теперь решить остальные три задачи:
превратить заряды всех фотоэлементов в электрические
сигналы, передать их по очереди дальше, а затем стереть
старое, уже использованное, изображение?
Оказывается, со всем этим успешно справляется точно
такое же электронное устройство, как и у приемной
катодной трубки. Только здесь электронный луч скользит
не по экрану, покрытому светящимся составом, а по
поверхности мозаичного фотоэлемента, вычерчивая на нем
уже знакомый нам порядок развертки — элемент за
элементом, строка за строкой, слева направо, сверху вниз.
Положительно заряженные крупинки мозаики, едва на
них упадет электронный луч, в одно мгновение
выхватывают из него ровно столько электронов, сколько они до
этого потеряли, после чего снова становятся
нейтральными.
Пока электронный луч обегает оставшиеся нижние
участки мозаики, нейтрализуя по очереди их заряды,
верхние крупинки мозаики под действием света начинают
заряжаться снова. Следовательно, пока наша электронная
«тряпка», стирающая изображение, еще занята в
нижней части мозаики, наверху свет уже начинает писать
новое изображение — опять как в школе, когда учитель,
написав, скажем, десятую формулу в самом низу доски,
верхнюю, уже списанную учениками, стирает, а на
освободившемся месте пишет новую, одиннадцатую. Итак,
стирание старого изображения как будто тоже разрешается
успешно (рис. 63).
Осталось последнее дело: как все наши заряды
превратить в электрические импульсы, то-есть сигналы?
10*
147
Рис. 63.
Процесс образования и стирания скрытого электронного
изображения на мозаике иконоскопа
Для этого нам придется немного отвлечься в сторону
и вспомнить кое-что из того, что мы знаем об
электрических конденсаторах. Обычно конденсатор представляет
собой две пластинки (обкладки) из проводящего
электрический ток материала, разделенные слоем изолятора, или
диэлектрика. Такой конденсатор можно зарядить
электричеством, если обе его обкладки на некоторое время
подключить к источнику электрического тока, например
к батарее. Тогда на одной обкладке конденсатора
образуется положительный заряд, равный напряжению
батареи, а на противоположной — такой же величины
отрицательный заряд. Физически это будет означать, что из
вещества одной обкладки конденсатора в батарею ушло
некоторое количество свободных электронов и обкладка
оказалась заряженной положительно, а в веществе
второй обкладки создался некоторый избыток электронов,
пришедших в него из батареи, отчего эта обкладка
оказалась заряженной отрицательно, то-есть конденсатор
способен вмещать в себя некоторое количество
электричества.
И хотя через конденсатор постоянный ток проходить
не может, в момент его зарядки в течение ничтожно
короткого отрезка времени ток все же существует. Если
поверхность обкладок конденсатора при этом достаточно
велика, то его электрическая емкость становится
большей, а мгновенный ток, существующий во время зарядки,
становится еще заметнее.
148
Благодаря именно этой способности конденсатора —
вмещать в себе некоторое количество электронов, то-есть
на короткое время впускать, а затем выпускать их из
себя, быстро меняющий свое направление переменный
ток получает возможность как бы проходить через
конденсатор. Сила этого тока будет тем больше, чем
больше емкость конденсатора и выше частота переменного
тока.
Посмотрим теперь, что представляет собой наш
мозаичный фотоэлемент. Сторона, противоположная
светочувствительному слою, покрыта сплошным слоем металла,
хорошо проводящим ток. Этот металлический слой, или
обкладка, соединен с сеткой усилительной лампы,
способной усиливать самые ничтожные колебания напряжения.
Взятые вместе, светочувствительный слой, слюдяная
пластинка и сплошная металлическая обкладка
мозаичного фотоэлемента составляют конденсатор,
отличающийся от обычного только тем, что у него одна обкладка не
сплошная, а состоит из миллионов отдельных обкладочек,
образуемых каждым отдельным фотоэлементом.
Емкость такого конденсатора равна сумме емкостей
всех маленьких конденсаторов. На схемах это
изображается так (рис. 64).
Рис. 64.
Как складываются емкости конденсаторов.
Когда на поверхности нашей светочувствительной,
мозаичной обкладки конденсатора под влиянием света
образовалось скрытое электрическое изображение, состоящее
из множества изолированных друг от друга
положительных зарядов, то на противоположной (сплошной) обкладке
появилось равное по сумме количество противоположных
зарядов. После того как скользящий по крупинкам
светочувствительного слоя электронный луч начал как бы
сбивать один за другим образовавшиеся на них заряды,
такими же скачками стали исчезать с противоположной
обкладки конденсатора и собравшиеся там отрицательные
заряды. А так как эта обкладка соединена с сеткой
усилительной лампы, то все изменения напряжения на сетке
тотчас же изменяют и протекающий через лампу ток,
в точности повторяя всю игру появляющихся и
исчезающих зарядов, происходящую на поверхности мозаики.
Это похоже вот на что. Если бить тяжелым молотком по
одной стороне толстого листа железа, а к другой его
стороне приложить руку, то можно весьма точно ощущать
и место ударов и их силу.
Проследим теперь за работой всей нашей цепочки
(рис. 65). На участок / мозаики пришлась яркая точка
изображения. Каждый фотоэлементик этого участка
потерял, допустим, по десятку электронов, вследствие
чего он приобрел положительный заряд, равный десяти
единицам. На соседний участок, 2, упало меньше света,
и он потерял по пяти электронов с каждой крупинки,
которые тем самым приобрели заряды, равные пяти
единицам. Участок 3 принял луч света от темного места
изображения, и его крупинки потеряли всего по электрону,
получив заряды, равные одной единице. Участок 4
остался без изменения.
Теперь мы начали обстрел мозаики из нашей
электронной пушки. Бах! Пучок электронов ударился о цель /.
В каждой крупинке нашей мишени застряло по десяти
электронов — маленьких, но мощных снарядов нашей
артиллерии; положительный заряд с нее тут же
мгновенно исчез. В то же самое мгновение на десять единиц
изменилось напряжение на другой обкладке пластинки,
тут же передавшееся на сетку электронной усилительной
лампы. В ее анодной цепи побежал импульс тока какой-
то определенной величины.
150
Рис. 65.
Как под действием электронного луча скрытое изображение на
мозаике иконоскопа, состоящее из положительных зарядов,
превращается в электрические сигналы, управляющие усилительной
лампой.
Бах! Наши снаряды попали теперь на участок 2
и сбили с каждой крупинки по пяти положительных
зарядов; столько же зарядов исчезло с противоположной
обкладки конденсатора. Сетка лампы изменила свое
напряжение теперь только на пять единиц, и сигнал,
появившийся в анодной цепи лампы, сейчас оказался вдвое
меньше предыдущего.
При ударе нашего луча по участку 3 сила сигнала
оказалась равной всего единице, а при падении его на
участок 4 она осталась без изменения.
Таким образом в трубке Катаева решается и
последняя задача — превращение накопленных каждым
фотоэлементом зарядов в электрические импульсы, которые
уже можно передать и использовать дальше.
151
Конечно, картина, которую мы нарисовали, является
только приблизительной и весьма упрощенной. На самом
деле все происходит значительно сложнее. При этом
следует учесть еще и то, что все описанное протекает
с огромной скоростью, иногда в десятимиллионные доли
секунды.
Что же нового дала трубка Катаева для дальнейшего
развития телевидения?
Во-первых, она позволила полностью избавиться от
движущихся механических частей и деталей в
передающих установках. При этом размеры передатчика резко
сократились. Не считая некоторых вспомогательных
аппаратов, весь он свелся к сравнительно небольшой
трубке.
Во-вторых, громадное число микроскопических
фотоэлементов, из которых состоит мозаика, позволяет без
большого труда передать изображение с любой
четкостью: 343 строки (довоенный стандарт советских
передач), 405 строк (английские передачи), 525 строк
(американский стандарт), 625 строк (передачи Московского
телецентра) и больше.
Наконец, благодаря своей способности непрерывно
накапливать и тем самым многократно усиливать свои
заряды передающие трубки с мозаичным катодом более
чувствительны к свету, чем любые передатчики с
механической разверткой изображения. Их применение сразу
же позволило довести освещение передаваемых из студий
сцен до уровня, обьТчно применяемого при съемках
кинокартин. Это значительно облегчило условия работы
исполнителей и одновременно дало возможность передавать
сцены, которые вследствие недостаточной освещенности
невозможно было бы осуществить раньше. Мозаика
обладает как бы электрической «памятью», дающей очень
большой выигрыш в силе электрических сигналов.
Успех советского ученого С. И. Катаева, по сути дела,
явился не только завершением многолетней работы
ученых над созданием совершенных систем телевидения, но
и первым толчком для целого ряда новых идей и
направлений работы в этой области. Если раньше можно
было еще считать, что поставленная цель — видеть на
расстоянии легко узнаваемое изображение — наконец
достигнута, то только сейчас, получив в свои руки новые
152
электронные приборы, ученые убедились в том, как еще
мало сделано в этой области и, наоборот, как много
можно еще сделать того, о чем до этого не решались даже
мечтать.
Изобретенная С. И. Катаевым трубка с мозаичным
катодом, способным накапливать электрические заряды,
была примерно в тысячу раз более чувствительной, чем
обычный фотоэлемент. Но и она для своей нормальной
работы требовала все еще такого количества света, какое
могло быть обеспечено только в специальных студиях.
Вкусив прелесть высококачественных передач,
радиозрителям не терпелось проникнуть своим взором в театры,
в концертные залы, на Красную площадь в дни
празднований и парадов, на спортивные стадионы в обычную
погоду и даже в дождь, на съезды, конференции,
в цирк — в общем, всюду, где ежедневно совершаются
тысячи волнующих советских людей событий.
А для этих-то передач света как раз и не хватало. То,
что для глаза человека казалось даже чрезмерно ярким,
светлым днем, для «электрического глаза» было в
лучшем случае сумерками. Получалось, что «электрический
глаз» был намного хуже человеческого, который, кстати
сказать, несмотря на свою огромную чувствительность,
все же к ночному видению приспособлен довольно плохо.
Очень многие животные и птицы в сумерки и ночью
видят гораздо лучше, чем человек. А раз так, то и
«электрический глаз» должен видеть по крайней мере не хуже
человеческого, а то и лучше.
И снова советские ученые после упорных поисков
и трудов нашли способы заставить «электрический глаз»
видеть не хуже человеческого.
Дальнейшие работы самого С. И. Катаева, С. А. Век-
шинского, П. В. Шмакова, П. В. Тимофеева и многик
других советских ученых, идущих к одной цели разными
путями, позволили резко повысить чувствительность
передающих трубок. В чем же заключались эти нововведения?
В 1933—1935 годах советскими учеными, ныне
лауреатами Сталинской премии, П. В. Тимофеевым и независимо
от него Л. А. Кубецким были разработаны особо
чувствительные вакуумные приборы — трубки, совмещающие
в себе одновременно и фотоэлемент и усилитель ничтожно
малых фототоков. Работа этих трубок была основана на
153
совершенно новом явлении — вторично-электронном
умножении.
Суть этого явления заключается в следующем.
Давно было замечено, что электроны из
металлической поверхности могут выбиваться не только под
действием света, но и от ударов достаточно быстро летящих
электронов. При этом количество таких вторично
появившихся электронов может значительно превышать число
электронов, первоначально бомбардировавших
поверхность металла. Летящий с большой скоростью электрон
при некоторых благоприятных условиях может выбить
два, три, пять и больше электронов.
Это замечательное явление и было использовано
П. В. Тимофеевым и Л. А. Кубецким в созданных ими
трубках вторично-электронного умножения.
Схема действия трубки Л. А. Кубецкого дана на
рис. 66. Электроны, вырванные действием света из
сверхчувствительной поверхности фотоэлемента, с большой
скоростью летят к первому аноду трубки. Ударяясь о
поверхность анода, эти электроны выбивают из него уж»?
увеличенное количество вторичных электронов. Эти
вторичные электроны, в свою очередь, попадают в
электрическое поле второго анода трубки, разгоняются в этом
поле до большой скорости и, ударяясь о поверхность
второго анода, выбивают из него новые вторичные
электроны, число которых снова увеличивается по сравнению
с первоначальными. Эти электроны таким же порядком
устремляются к третьему аноду, затем к следующему
и так далее, до последнего. Выходящий из катода
первоначально слабый поток электронов, нарастая как
снежный ком, превращается в ток, который в обычных
условиях можно получить только от нескольких включенных
друг за другом усилителей с большим числом ламп.
Маленькая трубка, длиной с обыкновенный карандаш,
заменяет целую гору аппаратуры!
Соединив передающие трубки с трубкой вторично-
электронного умножения, удалось получить весьма
чувствительные передатчики изображения, к тому же
занимающие мало места, что особенно важно при съемках
вне обычных студий.
Для передачи вполне четкого изображения теперь
стало достаточно света... луны или даже зажженной спички!
154
Создавались новые передающие трубки тоже не сразу.
Сначала они «видели» даже хуже, чем иконоскоп, и
только после того, как в них были соединены преимущества
ряда открытых в разное время устройств, каждое из
которых добавляло свою долю в общую чувствительность
трубки, она могла состязаться в чувствительности с
человеческим глазом.
Внешний вид и устройство одной из последних
конструкций такой передающей трубки показаны на
4-й ашод 2-к дмод Фотоэлемент
Рас. 66.
Трубка вторично-электронного умножения (усиления)
Л А Кубецкого.
рис. 67. Состоит она из трех частей: секция переноса
изображения, секция развертки изображения и
электронный умножитель.
Передаваемое изображение при помощи объектива
фокусируется на пластинку светочувствительной мозаики,
которая, в отличие от иконоскопа, сделана прозрачной,
и ее чувствительные к свету крупинки обращены не
наружу, а внутрь трубки. Как и у иконоскопа, под
действием света из каждой такой крупинки выбивается
некоторое число электронов, зависящее от яркости
падающего на разные участки мозаики света.
Вместо того чтобы в беспорядке оседать тут же на
стенках трубки, а затем без пользы стекать к источнику
питания, эти электроны в строгом порядке,
параллельно оси трубки, с большой скоростью направляются к так
называемой мишени, расположенной дальше, в глубине
155
Рис. 67.
Устройство современной сверхчувствительной трубки.
трубки. Лететь туда их заставляет сравнительно высокое
положительное напряжение, приложенное к тонкой сетке,
помещенной перед самой поверхностью мишени. Летят
же они строго' параллельно друг другу под действием
магнитного поля, создаваемого сильным магнитом,
помещенным снаружи вокруг этого участка трубки. Это
похоже на то, если бы мы картинку, сложенную из
кубиков, зажали со всех сторон руками, так чтобы она не
рассыпалась, и перенесли на другое место (рис. 68).
Благодаря такому устройству в трубке сразу
достигаются две цели: первая — скрытое электрическое
изображение, получающееся на мозаике, не остается и не
накапливается на ней, а непрерывным параллельным
156
электронным потоком целиком переносится дальше на
мишень; вторая — благодаря тому что выбитые светом из
мозаики электроны все отправляются в свое путешествие
к мишени, а не падают частично обратно на мозаику,
как это имеет место в иконоскопе, чувствительность
мозаики в целом оказывается значительно выше, чем
у иконоскопа.
Мишень в такой трубке выполняет целый ряд
сложных и хитроумных операций. Прежде всего она должна
быть сделана из вещества, способного под ударами
летящей на нее от мозаики тучи электронов непрерывно
излучать вторичные электроны уже в увеличенном
количестве. Эти вылетающие из мишени вторичные электроны
оседают на сетку и стекают по ней к источнику питания.
Потеряв таким путем много вторичных электронов,
мишень начинает свою внутреннюю перестройку (рис.69).
Электроны вещества с задней стороны мишени начинают
двигаться в сторону тех атомов, которые только что
потеряли свои электроны, — в сторону, ближнюю к сетке
и к мозаике.
Это движение должно удовлетворять двум важным
условиям: первое — передвижение электронов с одной
Перенос целого изображения, составленного из множества
отдельных элементов.
стороны на другую не должно быть ни слишком
быстрым, ни слишком медленным. Точнее — оно должно
происходить в течение 1/25 доли секунды, то-есть
длительности развертки одного кадра изображения.
Во-вторых, электроны должны и здесь двигаться строго
организованно — с одной стороны мишени на другую, а отнюдь
не туда, куда им «вздумается», например вдоль
плоскости пластины. Поэтому вещество мишени должно
быть проводником, но с большим сопротивлением
прохождению тока, то-есть полупроводником. Естественно,
что в таком случае перебраться по короткому пути —
с одной стороны тонкой пластинки мишени на другую, да
еще с помощью электрического поля сетки, — электронам
куда легче, чем, например, из одного угла пластинки до
другого.
После того как туча электронов, летящих из мозаики,
пролетела сквозь сетку и ударилась о наружную
поверхность мишени, выбив из нее примерно пятикратное
количество вторичных электронов, скрытое изображение
передаваемого предмета через 725 долю секунды как бы
перебралось на заднюю сторону мишени. На этот раз оно
уже состоит из положительных зарядов. Это случилось
потому, что электроны покинули атомы вещества этой
поверхности мишени и бросились заполнять бреши,
образовавшиеся потерей вторичных электронов с наружной
поверхности, то-есть перенос наших кубиков совершился
как бы дважды: первый раз — от мозаики к мишени,
второй раз — внутри самой мишени, с одной ее стороны
на другую.
В результате за счет вторичных электронов, выбитых
из мозаики, чувствительность трубки по сравнению с
иконоскопом увеличилась еще примерно в пять раз. Что жр
это за вещество, из которого сделана мишень,
обладающая столь чудесными свойствами? И сколько
потребовалась времени и труда, чтобы найти его?
Труда и времени в поисках такого вещества
действительно было потрачено много. Оказалось же оно всего
навсего тончайшей пластинкой прозрачного стекла, лишь
с немного отличными от обычного свойствами. Но прежде
чем сделали это открытие, пришлось перепробовать
тысячи самых разнообразных материалов. В технике очень
часто самое хитрое оказывается и самым простым.
158
Мишень Сетка Шзаииа
Рис. 69.
Внутренняя электрическая перестройка в веществе мишени.
Но вернемся к нашей установке.
Дальше мы вступаем в секцию развертывающего
устройства трубки. Опять-таки в отличие от иконоскопа,
электронная пушка, излучающая электронный ток,
поставлена в самый далекий конец трубки, и действует она не
столько как пушка, сколько как бумеранг — оружие
австралийских туземцев, которое, после того как его
бросили, всегда возвращается обратно к ногам охотника,
если он не попал в цель.
Сначала электроны, покинув нить накала, быстро
движутся по направлению к задней поверхности мишени, но
по мере приближения к ней они все больше и больше
замедляют свой полет и, чуть-чуть не достигнув
поверхности мишени, на мгновение останавливаются, а затем,
постепенно набирая скорость, начинают лететь обратно
к катоду.
Тормозят полет электронов, а затем поворачивают их
обратно специальные кольца, помещенные внутри трубки,
к которым подводится отрицательное напряжение.
Качаясь таким образом взад и вперед, электроны
луча тем не менее делают свое обычное дело —
развертывают заднюю стенку мишени строка за строкой, элемент
159
за элементом, как в обычных электронно-лучевых
трубках, только вместо быстрого удара о мишень электроны
этого луча движутся медленно, перед мишенью
тормозятся до полной остановки и, не удержавшись там,
возвращаются обратно.
При этом с электронным лучом происходит следующее:
первое — вернувшись обратно, он попадает уже не на
катод, а несколько в сторону — на поверхность
окружающего катод диска. Этот диск является первым анодом
описанной выше трубки вторично-электронного
умножения. Попав на этот анод, электронный луч выбивает из
него вторичные электроны; те летят на второй анод,
выбивают из него еще большее количество электронов,
и так много раз, пока возросший электронный ток не
приобретет достаточной величины, чтобы привести в
действие лампу усилителя.
Второе — когда электронный луч летит первый раз
к мишени, его плотность, или число электронов в нем,
постоянна. Но едва он приблизился к тому или иному
участку развертываемой им поверхности мишени, как
положительные заряды этих участков начинают
выхватывать из луча недостающее им количество электронов,
и когда луч, остановившись, начинает свой путь обратно,
он оказывается как бы общипанным: в одно мгновение —
полнее, в другое — тоньше (рис. 70). Получив свою долю
электронов из луча, мишень в развертываемом месте
нейтрализуется и готова к приему нового изображения,
переносимого на нее — порция за порцией — с мозаики.
Таким путем скрытое электрическое изображение
с поверхности мишени постепенно, элемент за элементом,
перекочевывает в электронный луч, создав на нем как
бы выщерблины, или разрежения, а коль скоро
электронный луч представляет собой электрический ток, то этот
ток на своем обратном пути от мишени из постоянного
превращается в пульсирующий, то-есть несет на себе
сигналы изображения, которые затем многократно
усиливаются в умножителе.
Складывая одно за другим все приобретенные в
разных частях трубки усиления, получаем, что общее
усиление такой трубки становится от 100 до 1000 раз больше,
чем у иконоскопа, и равняется примерно чувствительности
человеческого глаза.
160
В настоящее время передачи телевидения
осуществляются только при помощи электронных приборов — пере*
дающих трубок с мозаичным катодом исключительно
высокого качества (для студийных передач) — или
передающих трубок с переносом изображения с дополнительным
вторично-электронным умножением (для хроникальных
установок). В приемниках применяются исключительно
катодные трубки.
Рис. 70.
Что происходит с электронным лучом, после того как он прошел
около заряженной положительными зарядами задней стороны
мишени.
Создание полной и законченной системы электронного
телевидения является достижением русской науки.
В нашей стране применяется наиболее совершенная
система телевидения. Московский телецентр передает
изображения с четкостью 625 строк, в то время как
в США самые лучшие передачи ведутся с четкостью
только 525 строк. Англия, начавшая передачи
телевидения еще раньше, чем США, остановилась на четкости
405 строк.
Вновь построенные передающие центры в Ленинграде
и Киеве и строящиеся в других городах СССР.будут
оборудованы аппаратурой, передающей изображения с той
же четкостью, что и в Москве, — 625 строк.
Все это является блестящим подтверждением пра-
11 Телевидение
161
вильности и успешности направления, взятого русскими
учеными с, самого начала работ в этой едва ли не самой
увлекательной и многообещающей отрасли техники.
Это тем более важно, что уже сейчас видны и
перспективы и пути его дальнейшего и еще более
удивительного развития.
ОБРАТНО НА УЛЬТРАКОРОТКИЕ
РАДИОВОЛНЫ
Мы уже несколько раз упоминали в книге о длинных,
коротких и ультракоротких радиоволнах. Здесь нам
придется уточнить, что означают этя понятия.
Радиоволны длиной* свыше 1000 метров (частота до
300 килогерц) обычно относят к длинным волнам, от
1000 до 100 метров (частоты от 300 до 3000 килогерц) —-
к средним и промежуточным, от 100 до 10 метров
(частоты от 3 до 30 мегагерц) — к коротким и от 10 до
1 метра (частоты от 30 до 300 мегагерц) — к
ультракоротким. Дальше волны делятся на дециметровые
(частоты от 300 до 3000 мегагерц) и, наконец,
сантиметровые (частоты от 3000 до 30 000 мегагерц).
Световые же волны имеют длину волны от 0,4 до
0,8 миллионных долей метра и частоту до 750 миллионов
мегагерц.
Свои опыты по получению электромагнитных волн
Герц проводил главным образом для научного
доказательства того, что световые волны являются теми же
электромагнитными колебаниями, только очень высокой
частоты.
Поэтому он и все его последователи всячески
старались укоротить длину получаемых ими электромагнитных
волн, с тем чтобы как можно ближе свести их со
световыми волнами. Однако ему удалось получить только
волны, лежащие в пределах от 6 метров до 60
сантиметров, то есть ультракороткие радиоволны (далее — УКВ).
И только русскому ученому П. Н. Лебедеву ещг
в 1895 году удалось получить электромагнитные волны
длиной в 6 миллиметров, а А. А. Глаголевой-Аркадьевой
и М. А. Левитской в 20-х годах нашего века — волны
короче 0,1 миллиметра.
162
В противоположность Герцу и его последователям,
А. С. Попов и его ученики стремились к использованию
электромагнитных волн для создания в первую очередь
беспроволочной связи.
Их опыты подтверждали, что при известных условиях
чем эти волны были длиннее, тем дальше они
распространялись. Поэтому сразу же после успешного
применения А. С. Поповым длинных радиоволн для целей
связи на большие расстояния все дальнейшие работы
стали проводиться именно с ними, а опыты с УКВ на
значительный отрезок времени практически
прекратились. И только начиная примерно с 20-х годов нашего
века новые работы в области распространения волн
других диапазонов привели к открытию исключительной
ценности коротких и ультракоротких волн и к широкому их
применению в области радиосвязи и других областях
техники.
И, как это уже неоднократно повторялось раньше,
совершив путешествие от ультракоротких волн к самым
длинным, наука и техника, обогатившись новыми
знаниями и достижениями, еще раз вернулась к области
ультракоротких и даже еще более коротких волн —
дециметровых и сантиметровых.
Этот возврат был вызван и требованиями телевидения.
Первые, крайне несовершенные передачи телевидения
на длинных и средних радиоволнах занимали полосу
частот только в 1,5 раза более широкую, чем
требовалось для обычной радиовещательной станции.
Современное высококачественное телевидение, с разбивкой
изображения на 625 строк, требует полосу частот шириной не
менее 6 миллионов герц. В этой полосе могли бы
свободно разместиться уже не менее 600 обычных
радиовещательных станций.
Ни одна страна мира не имеет такого количества
отведенных ей волн. Более того, во всем длинноволновом,
средневолновом и коротковолновом диапазонах — от
150 килогерц (2000 метров) до 6 мегагерц (50 метров) —
есть место лишь для размещения 585 станций.
Нельзя же во всем мире закрыть полностью всю
радиосвязь и радиовещание только для того, чтобы могла
работать одна единственная станция для передачи
сигналов телевидения!
и*
163
Но и это еше не всё. Такую Полосу частот саму по
себе одну передать невозможно, так как она содержит
все частоты, начиная от звуковых и кончая
радиочастотами, простирающимися от длинноволнового до
коротковолнового диапазонов. Электрические колебания звуковой
частоты передать на далекое расстояние, как мы знаем,
невозможно. Условия распространения длинных, средних
и коротких волн совершенно различны, и, следовательно,
передать вместе всю эту громадную полосу частот мы
можем только при помощи других радиоволн, то-есть
модулировать ею обычным порядком какую-то еще более
высокую частоту.
Установлено, что несущая частота передатчика
должна быть примерно в 8—10 раз выше, чем частота,
которой она модулируется. Поэтому для размещения и
передачи «полоски», равной 6 миллионам герц, несущую
частоту нам придется брать не ниже 60 мегагерц (длина
волны 5 метров). В таком случае полоса передатчика
займет участок или диапазон волн от 57 до 63 мегагерц,
то-есть попадет в область УКВ.
Теперь посмотрим, как обстоит дело с
«жилплощадью» для радиостанций в этом диапазоне.
Оказывается, что в нем на отрезке от 30 до 300 мегагерц
(длина волн от 1 до 10 метров) достаточно места для
размещения 27 тысяч обычных вещательных станций.
Столь огромная вместимость является самым главным
преимуществом УКВ. Здесь уже можно свободно
выкроить место даже для многих передатчиков
телевидения.
Если же взять область дециметровых волн, то
вместимость их во много раз больше УКВ. На участке от
300 до 3000 мегагерц (от 100 до 10 сантиметров) можно
разместить 270 тысяч обычных радиостанций. Полоса
частот, равная 6 мегагерцам, здесь будет казаться даже
очень узенькой.
Именно по этим причинам высококачественное
телевидение должно было целиком переселиться в диапазон
УКВ и волей-неволей мириться со всем тем, что
подкарауливало его в этой новой и до недавнего времени
мало исследованной области электромагнитных колебаний.
Оказалось, что УКВ по сравнению со всеми другими,
более длинными волнами имеют ряд очень существенных
164
недостатков, связанных главным
образом с особенностями их
распространения (рис. 71).
Электромагнитные волны,
излучаемые антенной передатчика,
обычно распространяются во все
стороны. Часть волн,
направленная прямо на землю, поглощается
в ней, часть следует вдоль
поверхности земли, и значительная доля
идет вверх.
В верхних, очень разреженных
слоях земной атмосферы под
непрерывным действием
ультрафиолетовых лучей солнечного света
образуются так называемые
ионизированные слои, состоящие из
частичек газа, потерявших под
действием этих лучей электроны,
и самих свободных электронов.
Электромагнитные волны,
встречая на своем пути такие слои,
частично поглощаются в них, а
частично, как свет от зеркала,
отражаются и возвращаются обратно
на землю.
Длинные волны поглощаются
почвой слабо. Благодаря своей
длине они способны следовать
изгибу земли и проходить вдоль ее
поверхности на большое
расстояние. Небольшая часть волн,
отраженная от ионизированных слоев
атмосферы, существенного
влияния на дальность
распространения этих волн не оказывает
(рис. 71, а).
Средние волны поглощаются
землей сильнее и вдоль ее
поверхности идут уже не так далеко, как длинные волны.
Дальность действия их, однако, увеличивается за счет
отражения довольно значительной части волн от ионизированных
Как
Рис. 71.
распространяются
радиоволны разной
длины: а — длинные и
средние; б — короткие; в —
ультракороткие.
165
слоев атмосферы. Поэтому в ночное время, когда
ионизированные слои поднимаются выше над землей, средние
волны распространяются дальше длинных волн.
Короткие волны поглощаются землей столь сильно,
что часть их, идущую вдоль поверхности земли, нельзя
обнаружить даже вблизи передатчика.
Зато короткие волны очень хорошо отражаются ог
ионизированного слоя (рис. 71,6). Придя на землю под
некоторым углом, они от земли снова отражаются вверх,
к ионизированному слою, а от него — обратно на землю,
и так много раз, пока окончательно не поглотятся при
всех этих отражениях. Следуя такими гигантскими
скачками, короткие волны распространяются на очень боль*
шие расстояния и даже могут обойти несколько раз
вокруг земного шара. Благодаря этим скачкам у
коротких волн есть зоны хорошей слышимости — хам, где
волна, отразившись от верхнего слоя атмосферы,
попадает на землю, и зоны молчания (мертвые зоны) — там,
где волны, отразившись от земли, ушли вверх, к
ионизированному слою.
Длина скачков зависит от целого ряда причин: от
длины волны, от времени года и от времени суток (день
или ночь).
Подбирая длины волн и время суток, передачи на
коротких волнах практически можно вести на любые
расстояния, правда зачастую с большими искажениями
и периодическими замираниями слышимости сигналов.
УКВ во многих отношениях ведут себя как световые
волны. Попадая на землю, здания, растительность, они
поглощаются намного сильнее, чем короткие волны.
Волны, идущие вверх, от ионизированных слоев
атмосферы обратно на землю почти не отражаются, а, пройдя
сквозь эти слои, уходят в мировое пространство. Поэтому
УКВ хорошо могут распространяться только по прямой
линии до горизонта (рис. 71, в), как и лучи света,
практически на расстояние около 30—40 километров.
И только при некоторых, особо благоприятных
условиях они могут, слегка изгибаясь вдоль поверхности
земли, пройти за линию горизонта, достигая дальности
порядка 100—200 километров.
Единственный способ увеличить и то ненамного
дальность действия УКВ — это поднять антенну передатчика
166
на большую высоту, например на высокие башни, на
горные вершины и т. п.
Мы уже говорили, что в диапазоне УКВ можно
разместить 27 тысяч обычных станций. Радиус их действия
примем равным 100 километрам. Следовательно, через
каждые 200 километров можно размещать еще по 27
тысяч новых ультракоротковолновых станций. Мешать друг
другу они уже не будут. При таком просторе нет нужды
ограничивать полосу частот, отводимую каждой
радиовещательной станции, 10 тысячами герц. Нетрудно
отводить в этом диапазоне и полосу частот для передач
телевидения любой ширины и для любого числа
станций.
Короткий радиус действия УКВ имеет и то
преимущество, что помехи на них сказываются намного меньше,
чем на волнах других диапазонов. Поэтому в сочетании
с более широкой полосой, чем у обычных
радиовещательных станций, передача музыки и речи на УКВ поражает
своей чистотой и естественностью.
Но эти свойства УКВ одновременно являются и их
недостатками. При помощи их можно одним
передатчиком, даже установив его антенну достаточно высоко,
перекрыть площадь не большую, чем площадь Москвы
или Ленинграда с их ближайшими окрестностями. В
других соседних городах и областях надо ставить уже новые
передатчики. Это резко снижает количество
радиозрителей, особенно в районах, где населенные пункты сильно
удалены друг от друга и нет больших городов. Таким
образом, у телевидения появилось новое противоречие —
добившись высокого качества передач, разместив
необходимую для этого широкую полосу частот в подходящем
диапазоне, мы оказались перед резким уменьшением
дальности действия передач. А ведь главной ценностью
телевидения вообще является возможность видеть
интересные для всех события, именно на далеком расстоянии,
самому широкому кругу зрителей.
Жители Москвы, Ленинграда, Киева и других
городов, где есть передающие центры телевидения, имеют
возможность и без этого непосредственно видеть многие
события и постановки, включаемые обычно в программы
передач телевидения.
Другое дело — жители отдаленных областей и городов,
107
особенно далеких окраин, маленьких городов и сел.
Многие события и постановки они могли бы видеть только
на экранах телевизоров. Поэтому, решив в основном
задачу получения действительно высококачественного
телевидения, главной целью ученых и изобретателей попреж-
нему остается увеличение радиуса действия УКВ. Тогда
передача изображений на расстояние в полном смысле
станет дальновидением.
О том, каких успехов можно ожидать в этой области,
мы расскажем в последней главе этой книги.
„ВНИМАНИЕ! ГОВОРИТ И ПОКАЗЫВАЕТ
М О С К В А!«
Из любой точки Москвы на далеком расстоянии
видна удивительно красивая ажурная башня. Она так
легко и стремительно уносится вверх, что кажется
совершенно невесомой. И хотя она построена почти 30 лет
назад, ее конструкция столь совершенна, что
специалисты, не знающие ее истории, нисколько не удивились
бы, если бы им сказали, что башня построена всего
только год-два назад (рис. 72).
По заданию В. И. Ленина ее строил для первой в
нашей стране мощной радиовещательной станции
талантливый русский инженер и разносторонний ученый
В. Г. Шухов.
Когда в 1936 году было начато строительство в
Москве первого мощного передающего центра телевидения,
то лучшее место для него трудно было бы найти. Самое
высокое сооружение, расположенное почти в центре
столицы, обеспечивало предельно возможную дальность дей*
ствия радиопередатчиков.
В 1937 году у самого подножия башни было закон»
чено строительство зданий центра, установлено весьма
сложное оборудование, и наши советские радиозрители
впервые начали регулярно принимать
высококачественные для того времени передачи изображения с четкостью
343 строки. После окончания войны Советская страна
намного раньше всех других стран восстановила работу
передающего центра. И в день радио, 7 мая 1945 года,
состоялась у нас первая послевоенная передача теле-
168
Рис. 72.
Московский телецентр и Шуховская башня.
видения — на год раньше, чем начал работать
передающий центр в Лондоне.
Не ограничиваясь только возобновлением
прерванных войной передач, советские ученые и специалисты
задались целью сделать передачи Московского центра
лучшими в мире по качеству и четкости
изображения.
Сразу же после восстановления центра начались ра-
169
боты по созданию новой советской аппаратуры
телевидения, рассчитанной на четкость 625 строк. Осенью 1948
года все работы по переводу Московского центра на новое
оборудование были закончены, и первыми в мире
советские радиозрители увидели высококачественную
передачу с четкостью 625 строк. Это была большая победа,
еще раз подтвердившая первенство советской науки,
сохранившей славные традиции великих русских ученых,
раньше других проложивших дорогу современному
телевидению.
Ведь речь шла о весьма большом и серьезном деле.
Современный передающий центр телевидения
представляет собой большое и сложное хозяйство, к тому же
оснащенное новейшей техникой.
По сути дела, передающий центр является
одновременно большой киностудией, театром, мощной
радиостанцией, кинотеатром, фабрикой искусственного климата и
многого другого (рис. 73).
Прежде всего здесь поражает обилие света. Его здесь
больше, чем в самый яркий солнечный день на берегу
Черного моря, где-нибудь в Сочи или в Ялте. Несмотря
на высокое совершенство обычных передающих трубок
и большую их чувствительность, они все еще требуют
обилия света, особенно если передаются большие сцены
со многими участниками. Для освещения таких сцен
требуется столько электрической энергии, сколько с
избытком хватило бы для освещения небольшого города или
для работы крупного завода.
Но это обилие света и доставляет больше всего
неприятностей работникам центра. Представьте себе, что
в жаркий летний день вас наглухо замуровывают на
несколько часов в помещение, где непрерывно горит
множество электрических ламп от четверти киловатта до
киловатта каждая. Как известно, даже в самых
совершенных лампах накаливания в видимый и невидимый
свет превращается не больше 3 процентов затраченной
в них электрической энергии. Остальные 97 процентов
превращаются в тепло, идущее на раскаливание добела
нитей этих ламп. Через несколько минут после начала
работы в таком помещении вы оказываетесь как бы рядом
с маленькой огнедышащей горой.
А закрывать наглухо помещения необходимо, для того
170
Рис. 73.
Рабочий момент в студии во время передачи телевидения.
чтобы в них не мог проникнуть ни один посторонний звук
или шум — ведь вместе с изображением из студии
передается и звуковое сопровождение передачи, а она требует,
так же как в радиостудиях или при киносъемках,
абсолютной тишины, которую с трудом удается создать
путем тщательного заделывания дверей, окон и всех
других отверстий, сложной изоляцией стен, потолков
и полов толстыми звукопоглощающими материалами.
Даже вентиляционные отверстия приходится делать
в виде длинных, многократно изогнутых каналов,
выложенных поглощающим звук материалом, с большим
числом перегородок, пропускающих поток воздуха, но
скрадывающих звук. Больше того: чтобы избежать попадания
в студию шумов, передающихся по стенам и
строительным элементам здания, вся студия подвешена на
громадных пружинах, то-есть полностью отделена от
остальной части здания.
Громадное количество тепла, мгновенно
образующегося в наглухо закрытых помещениях студий, надо
столь же быстро и убрать, иначе не только работать, но
и существовать там было бы невозможно.
Эту задачу с успехом выполняют установки искус-
171
ст венного климата, или, как говорят, кондиционирования
воздуха. Это очень большое и громоздкое коммунальное
хозяйство центра. Мощные вентиляторы непрерывно
отсасывают нагревшийся в студии воздух. Затем он
очищается от пыли, охлаждается, увлажняется до требуемой
степени влажности и снова бесшумно нагнетается в
студию. По желанию, воздуху можно придать любую
температуру и степень влажности — от сухого, жаркого
воздуха Сахары до влажного воздуха джунглей. Чтобы
воздух поступал в студию бесшумно и без вихрей,
воздухопроводы приходится делать очень большими и
сложными. Но зато, несмотря на яркое тысячеламповое
«солнце», постоянно светящее во время передач,
исполнители чувствуют себя хорошо и, при желании, могут
даже покапризничать — подайте им, например, в сцене
на курорте сочинский климат или, наоборот, в сцене
с ленинградской осенней дождливой погодой — северную
стужу. Короткий сигнал в аппаратную
кондиционирования воздуха — ив студию начинает нагнетаться
соответствующий «климат». Искусственный климат помогает
спокойно работать и с пользой творить.
Весь объем воздуха студии может быть сменен
в течение нескольких минут.
Много неприятностей и забот доставляет работа по
правильному подбору цвета всей массы света,
заливающего съемочные площадки. Казалось бы, какая
разница — при подобном обилии света он должен быть
непременно белым.
Оказывается, что не так. Различные лампы
накаливания в зависимости от температуры нити излучают свет,
отличный по спектральному составу от других ламп,
у которых нить накала имеет более высокую или более
низкую температуру. Чтобы облегчить работу, выбирают
наиболее чувствительные передающие трубки. Обычно
такие трубки оказываются несколько более
чувствительны к какому-нибудь одному узкому участку спектра,
чем к другим. Поэтому приходится либо подгонять состав
света под чувствительность трубок, либо делать наоборот.
Человек, попавший в студию первый раз, порой
бывает несказанно удивлен, увидя артистов в гриме. Этот
грим совсем не похож на тот, который мы привыкли ви»
деть в театре.
172
То же самое Приходится принимать во внимание
й при устройстве декораций, костюмов и реквизита на
сцене. Из-за такой необычной чувствительности трубок
к разным цветам на одноцветном экране все получается
не так, как можно было бы ожидать, и даже не так, как
выходит на фотографии. Например, артист, одетый в
черный костюм с черными же шелковыми отворотами, на
экране телевизора иногда кажется одетым в светлосерый
костюм с черными отворотами, вроде тех, которые носили
щеголи в XVIII веке.
Так же как и состав света, строго организуется и
качество звучания музыки и речи, или, как говорят,
акустика студии. В отличие от обычной радиопередачи,
пропускающей в лучшем случае полосу частот от 100 до
5000 герц, передатчики звукового сопровождения, равно
как и приемники у радиозрителей, пропускают более
широкую полосу частот — примерно от 50 до 8000 герц.
Поэтому акустика студий для передач телевидения
должна быть чрезвычайно совершенной. Это означает,
что во всяком диапазоне рабочих частот все звуки, от
самых низких до самых высоких, должны
воспроизводиться равномерно, без заметных ослаблений и подъемов.
Студия не должна сильно поглощать звук и тем самым
быть мертвой, как склад, набитый ватой. Не должна
она и сильно отражать звуки, то-есть не быть гулкой,
как большой зал. Иначе в передаче ничего нельзя будет
разобрать. В ней не должно образовываться эхо. Звук,
однажды в ней возникнув, должен постепенно затухать
в строго определенное время, равное примерно 1,3—
1,5 секунды. Если он исчезает быстрее, значит студия
глухая и звучание мертвое. Если дольше — то студия
гулкая. Достигается нужная длительность звучания тем,
что стены, потолок и пол покрываются пористыми
материалами, хорошо и равномерно поглощающими звуковые
колебания на разных частотах. Изменяя качество
материала, его толщину, а также общую площадь
покрываемой ими поверхности удается подобрать надлежащую
длительность звучания и характеристику акустики
студии. Дело это трудное и требует больших знаний и опыта.
Большое и удивительно интересное хозяйство имеет
цех звуковых эффектов. Ведь по ходу постановок надо
воспроизводить дождь, гром, стрельбу, топот копыт и
173
марширующих ног — в общем, самые разнообразные
шумы и звуки.
Поскольку в студиях во время передач, кроме речи
или музыки исполнителей, должна стоять гробовая
тишина, все самые сложные объяснения между
руководителями передачи и исполнителями, а также между ними
и большим числом технического персонала выполняются
посредством весьма совершенной системы сигнализации.
В отличие от обычного спектакля, радиозритель на
экране телевизора видит передаваемое изображение не
только со стороны зрительного зала, но и с любых
других точек наблюдения. Для этой цели передача ведется
не одной камерой, а несколькими. Установленные на
бесшумные тележки, камеры не только легко
передвигаются с места на место, но могут производить передачу
с движения, удаляясь или приближаясь к сцене или
двигаясь вдоль нее.
Камера (рис. 74), помимо передающей трубки, несет
на себе все устройства, связанные с ней, — генераторы
разверток, усилители и другие приборы. В разных местах
пола устроены люки со щитками, к которым
присоединяются кабели для сигналов, идущих от камеры, а также
к источникам их питания. Одновременно могут работать
несколько камер, подключаясь либо одна за другой,
например для передачи разных сцен — крупных или
мелких, — либо одновременно, когда одно изображение или
сцена накладывается на другое, как бы вливаясь друг
в друга.
Иногда между сценами включаются надписи,
пояснения диктора или отрывок кинокартины. Такое
разнообразие делает передачи телевидения более интересными,
совмещая в них преимущества театра и кино.
В отличие от театра, здесь очень редко бывают
длительные антракты. Обычно для передачи
подготавливается несколько площадок. Закончив передачу на одной
площадке, можно сейчас же начать передачу с другой
площадки.
В отдельном зале установлены аппараты,
напоминающие проекционные киноаппараты. С них ведутся
передачи кинофильмов, когда идут только
кинопрограммы, или же отдельные отрывки фильмов, требующихся
пр ходу обычных, «живых» передач.
174
Рис. 74.
Передающая камера телевидения.
Сердцем передающего центра является его аппаратная,
где сосредоточена вся сложнейшая аппаратура
управления. Здесь усиливаются и исправляются поступающие
с камер сигналы. К ним добавляются другие сигналы,
управляющие разверткой изображения в приемниках,
сигналы, управляющие сменой кадров, импульсы,
отделяющие все эти сигналы друг от друга, и т. д. (рис. 75).
Несколько обслуживающих аппаратную инженеров
и техников непрерывно следят на контрольных
приемниках за качеством передач. А следить приходится
буквально за всем: за резкостью изображения, за
правильностью границ кадров, за точностью синхронизации, за
175
качеством самого изображения, освещенностью сцен,
составом света и многим другим. Это своего рода отдел
технического контроля, охраняющий честь заводской
марки. Ведь здесь малейшую ошибку или неточность на
своих экранах видят не сотни людей, как в театре,
а сотни тысяч радиозрителей.
После того как сигналы надлежащим образом
согласованы, исправлены, или, как говорят, сформированы,
они поступают по специальному высокочастотному
кабелю к передатчикам центра.
От мощных передатчиков сигналы подаются к
антеннам, установленным на самом верху башни. Антенны
устроены таким образом, что излучаемые ими сигналы
распространяются вокруг только в горизонтальной
плоскости, наподобие зонтика. Иначе большая часть энергии
бесцельно уходила бы в пространство вверх или,
наоборот, в землю вблизи передатчика.
Изображение и звук передаются раздельно друг от
друга, но по частотам располагаются рядом, с тем чтобы
широкополосные приемники могли их принять все вместе
и на одну антенну.
Изображение передается на частоте 49,75 мегагерца
(6,03 метра), а звуковое сопровождение — на частоте
56,25 мегагерца (5,33 метра). Таким образом, общая
полоса радиоволн, занимаемая передачей телевидения,
равняется 6 миллионам герц.
Благодаря новым, особо чувствительным трубкам
сейчас передачи телевидения ведутся не только из
передающего центра, но и из обычных театров, концертных залов,
со стадионов, из цирка и многих других мест, совершенно
не приспособленных для таких передач. Как же ведутся
такие передачи? Ведь всего огромного хозяйства,
размещенного на передающем центре, например на стадион
Динамо не вытащишь, а Шуховскую башню не сдвинешь
и на сантиметр с места!
Для таких передач, называемых внестудийными,
имеются специальные передвижные трансляционные
установки, представляющие собой, по существу, небольшие
передающие центры, целиком смонтированные в большом
автобусе. В комплект такого подвижного центра входят
несколько передающих камер с усилительными
устройствами, полный комплект микрофонов, усилителей и
176
Рис. 75.
Часть аппаратной передающего центра. Сквозь большое стекло
видна студия.
Рис. 76.
Установка для передачи внестудийных программ телевидения
(со стадионов, улиц и других мест).
оборудования для передачи звукового сопровождения,
источники питания для всего хозяйства и небольшой
ультракоротковолновый передатчик с направленной антенной.
Внешний вид такой установки показан на рис. 76.
От камер, установленных в наиболее удобных для
передачи местах, сигналы подводятся к маломощному
передатчику. Сигналы передатчика при помощи
небольшой антенны, установленной в фокусе параболического
рефлектора, узким направленным лучом нацеливаются на
Шуховскую башню, на которой для этой цели
установлена такая же направленная приемная антенна, которая
178
и ловит слабые сигналы своего младшего собрата. Эти
сигналы после усиления и обработки подаются на
большие передатчики центра и уже через основную антенну
наверху башни излучаются в пространство. Режиссер,
ведущий передачу из театра или со стадиона, может
видеть все происходящее в четырех видах —
непосредственно глазами, в видоискателе своей камеры, на экране
контрольного устройства и, наконец, на экране приемника,
принимающего сигналы, излучаемые с Шуховской башни.
Благодаря этому он в каждый момент может обнаружить
любые непорядки, возникающие в любом звене этой
длинной и сложной цепи.
Некоторые трудности при такой трансляции
возникают в тех случаях, когда передачу надо вести с такого
места, откуда невозможно или трудно нацелить
направленный луч на башню передающего центра. Тогда
рефлектор приходится устанавливать в отдалении от
передатчика, а сигналы от него подводить длинным, гибким
высокочастотным кабелем, достаточный запас которого
всегда находится в передвижке.
Такая передвижка может работать на расстоянии
нескольких километров от передающего центра при
условии наличия прямой видимости между нею и приемной
антенной на башне центра.
ТЕЛЕВИЗОР-ПРИЕМНИК ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Основное назначение любого радиоприемника, будь то
простой детекторный приемник или сложнейший
телевизор, — это прием модулированных электромагнитных
колебаний, излучаемых радиопередатчиком, затем
отделение сигналов модуляции от сделавшей свое дело и
больше ненужной несущей частоты и, наконец, превращение
сигналов модуляции в звуки — в радиоприемнике — или
в световые вспышки и звуки — в телевизоре.
Физический закон, по которому этот прием
осуществляется, достаточно прост. Электромагнитные волны,
состоящие из переменных электрических и магнитных
полей, пересекают антенну приемника. Переменное поле
возбуждает в проводнике антенны переменный ток,
сильное поле — сильный ток, слабое поле — слабый ток.
12*
170
Но чтобы осуществить прием сразу громадного числа
сигналов самого разнообразного назначения, частоты и
формы, приемник приходится пока еще делать очень
сложным, применять в нем большое число деталей и ламп,
отчего он зачастую становится капризным и очень
чувствительным к малейшим отклонениям от предписанного ему
режима.
В отличие от обычного радиоприемника, телевизор
должен принимать одновременно две волны: одну, на
которой передаются сигналы изображения, собственно
телевизор, и другую, на которой передается звуковое
сопровождение. Сигналы изображения занимают полосу,
доходящую по ширине до 6 миллионов герц. Сигналы
звукового сопровождения имеют тоже значительно
расширенную по сравнению с обычным радиоприемником
полосу, доходящую до 15 тысяч герц. Следовательно, обе
части приемника должны быть широкополосными. Для
нормальной работы приемной трубки и ряда других узлов
приемника требуются высокие напряжения, поэтому
телевизор должен быть изготовлен из самых
высококачественных радиотехнических материалов, к тому же еще
специально рассчитанных на работу в области высоких
частот.
Наконец, в отличие от обычного радиоприемника,
имеющего дело только с приходящими от передатчика
сигналами, телевизор должен с особой точностью
вырабатывать целый ряд своих собственных сигналоз,
например для управления разверткой электронного луча
катодной трубки и др.
Все это вместе взятое и отличает телевизор от любого
радиоприемника.
Попробуем разобраться, как, в основном, работает
современный телевизор, общая схема которого приведена
на рис. 77.
Когда две очереди электрических сигналов, несущих
изображение и звук, соскальзывают с антенны по
проводу в ваш телевизор, они после полета в пространстве
оказываются сильно ослабленными. Ваша антенна,
длиной всего около 3 метров, сумела перехватить из волны,
идущей от передатчика во все стороны, только ничтожно
малую частицу ее энергии. Следовательно, первое, в чем
эти колебания нуждаются, — это в большом усилении,
180
I Усилитель
\Разделигельньщ
фильтр
^3 ^ |||!НИ1Щ|ИИИМЧ
| генератор
\раЗ&ертки \
. ^ „РЯ -,тттщ
^ I Ограничитель
% I сигнала
»"—•«
1 генератор '
, рши.
11||||||,Н11п11111111П111|[1
Сигнал
\санхронидаиии
Отклоняющая
система
\
а
Сигнал
звука
1
Усалитель\
/
Громкоговоритель
Рис. 77.
Общая схема передачи и приема телевидения.
с тем чтобы они могли дальше управлять
соответствующими узлами приемника. Затем «оживленные»
многократным усилением колебания попадают в своего рода
«сортировочные отделения», где полезные сигналы
модуляции отделяются от несущей частоты, которой
дальнейший путь в приемник категорически закрыт. Выполнив
свою задачу, несущая частота дальше становится
ненужной.
Пока сигналы изображения и звука путешествовали
«верхом» на несущей частоте, каждый из них
занимал свое строго определенное место, не мешая друг
другу. Попав в приемник, сигналы должны быть
немедленно отделены друг от друга и направлены
каждый своей дорогой, иначе они мгновенно перемешаются
вместе.
Эту задачу выполняет узел приемника, называемый
дискриминатором или разделителем.
Электрические колебания звуковой частоты, тщательно
отделенные от сигналов изображения, оттуда попадают
на мощный усилитель, после чего подводятся к
громкоговорителю и превращаются из электрических колебаний
в звуковые.
Сигналы изображения, отделенные от сигналов
звукового сопровождения, должны пройти еще одну
сортировку. От них надо отделить еще целую группу служебных
сигналов.
Только после этого им может быть разрешен путь
к сетке катодной трубки, где они и начнут то задерживать,
то подгонять электроны, с большой скоростью несущиеся
от катода к экрану.
Служебные сигналы, в свою очередь, тоже должны
быть разделены «по роду своих занятий» и направлены по
своим «рабочим местам». В их число входят: сигналы,
управляющие горизонтальным ходом электронного луча
катодной трубки, для того чтобы и на передатчике и на
всех приемниках электронный луч начинал и кончал свое
движение по одной и той же строке точно в один и тот
же момент; сигналы того же значения, управляющие
вертикальным ходом луча; сигналы управления точной
установкой электронного луча на одни и те же места
в начале каждого кадра.
Рассмотрим, что же представляют собой и как дей-
182
ствуют эти служебные сигналы. Чтобы иметь
возможность не путать сигналы изображения с сигналами,
обозначающими начало строки и кадра, в передатчике
и в приемнике ставятся специальные узлы, состоящие
из схемы, ограничивающей величину сигналов
изображения.
Если в приемник пришел сигнал сильнее, чем
положено быть сигналу изображения, — значит, это сигнал
управления. Он приводит в действие особую схему,
которая отзывается только на эти сигналы и управляет
началом движения электронного луча по строке. Если
этот сигнал, помимо того, что он намного сильнее всех
других сигналов, еще и в несколько раз дольше других, то
он действует уже на другую схему, которая чувствительна
только к таким сигналам и управляет началом движения
луча по кадрам. Иначе говоря, эти сигналы, благодаря
тому что они по величине больше или дольше всех
остальных, запирают на разное время ток, проходящий через
лампы генераторов строчной и кадровой разверток именно
в те моменты, когда кончаются строка и кадр, и начинают
пропускать ток только тогда, когда электронному лучу
нужно начать свое очередное движение по новой строке
или по новому кадру.
Как это все приблизительно получается, показано на
рис. 78. Здесь мы видим изображение телеграфного
столба и домика, разбитое на горизонтальные строки.
Сигналы, соответствующие трем последним строкам,
1, 2 и 3, показаны ниже рисунка. Для большего
технического удобства передача сигналов обычно ведется не
так, как написано в этой книге, а наоборот, то-есть при
передаче яркобелых участков изображения ток сигнала
бывает самым малым, а при передаче самых черных
участков — самым большим. Технически это никакой
разницы в суть явлений не вносит. Служебные сигналы,
поскольку они больше, чем сигналы изображения,
передаются как сигналы «чернее черного».
Проследим теперь за ходом луча по строке /.
Генератор строчной развертки приемника за это время
вырабатывает один импульс А пилообразной формы, отчего луч
сначала медленно движется слева направо, а затем
скачком возвращается налево, к началу строки. Серое
изображение фона неба картинки дает сигнал в виде сту-
183
Рис. 78.
Из каких сигналов состоит передача изображения.
пеньки средней высоты. Дойдя до черного столба, сигнал
увеличивается сразу до своего самого верхнего предела —
до уровня черного. Выше этой величины ему уже быть не
положено. Затем следует снова серое, черное, серое,
темно-серое и т. д.
Дойдя до белой полосы окна, сигнал уменьшается до
самой минимальной своей величины — до уровня белого,
за которым следует темносерое. Здесь строка кончается,
и электронный луч скачком возвращается к началу строки,
но за это время генератор кадровой развертки совершил
часть своего более медленного движения Бу и луч
попадает обратно не к началу строки /, а к началу строки 2
и готов для нового движения уже вдоль этой строки.
Но после окончания последнего сигнала строки еле-
дует сигнал синхронизации строки в виде ступеньки, воз-
Ш
вышающейся намного выше всех остальных сигналов.
Эта высокая ступенька соответствует сигналу,
запирающему лампу, которая держит электронный луч
положенное число миллионных долей секунды на месте. Когда это
время истекает, лампа отпирается, луч освобождается
и начинает развертывать строку 2, а затем таким же
порядком и строку 3.
Теперь мы дошли до конца последней строки. К этому
времени генератор вертикальной развертки закончил
наконец одно свое пилообразное колебание, и электронный
луч скачком возвращается обратно наверх изображения
и влево к началу строки. Но здесь появляется сигнал
синхронизации кадра с уровнем тока выше черного и
более широкий, чем сигнал строчной синхронизации. Луч
здесь должен остановиться и подождать немного дольше.
Когда запирающее действие этого сигнала кончается,
электронный луч начинает уже развертку нового кадра.
Таковы, как вы убедились, весьма сложные функции,
выполняемые служебными сигналами приемника
телевидения.
Наконец, весьма важным узлом приемника является
схема питания всех ламп и генераторов. В обычном
радиоприемнике высокое напряжение, подаваемое на аноды
усилительных ламп, редко превышает 250—350 вольт.
Для питания ускоряющего анода электронно-лучевой
трубки требуется напряжение порядка 4—5 тысяч вольт.
И это предъявляет целый ряд требований к узлу: устой-
Рис. 79.
Внешний вид советских приемников телевидения.
чивость напряжения, прочную электрическую изоляцию,
безопасность пользования приемником и т. д.
Внешний вид советских приемников телевидения
показан на рис. 79. В отличие от обычных
радиоприемников, телевизор имеет очень много ручек регулировки. Их
и надо больше, так как, по сути дела, мы имеем не
один, а два приемника. Типовой советский телевизор
имеет следующие ручки управления: / — выключатель,
совмещенный с регулятором яркости изображения; 2 —
регулятор, фокусирующий светящуюся точку на экране
трубки, отчего зависит четкость изображения; 3 —
регулятор контрастности изображения, то-есть правильности
соотношения между его черными и светлыми частями и
промежуточными тонами между ними; 4 — регулятор
громкости звука; 5 — переключатель диапазонов,
рассчитанный на прием трех разных станций.
Помимо этих основных ручек управления, приемник
имеет еще несколько вспомогательных ручек, которые
обычно приходится трогать редко. Это две рукоятки,
сдвигающие изображение в стороны и вверх и вниз; две
рукоятки, регулирующие длину и ширину строк; две
рукоятки, помогающие восстановить синхронизацию строк
и кадров, если они по каким-либо причинам сбились,
и одна рукоятка, регулирующая расстояние между
строками и т. д.
Важной частью приемника телевидения является его
антенна (рис. 80, а). Обычно она состоит из двух лучей
по !Л длины принимаемой волны каждый, что вместе
дает 7г длины волны. При этих условиях обеспечивается
максимально благоприятная форма принимаемых
сигналов.
В местах, расположенных далеко от передающего
центра, для усиления сигналов применяется антенна
с рефлектором, расположенным на расстоянии 74 волны
от антенны. Рефлектор здесь играет роль зеркала, и
отраженные от него волны, попадая снова на антенну,
возбуждают в ней дополнительные токи, усиливающие
общий уровень сигналов передачи (рис. 80, б).
Сигналы, создаваемые в антенне проходящими
электромагнитными волнами, должны быть по возможности
без потерь подведены к приемнику. Достигнуть этого
удается при помощи специального высокочастотного
186
Рис. 80.
а — обыкновенная полуволновая антенна для приема сигналов
телевидения на УКВ; б — более сложная антенна с рефлектором для
приема слабых сигналов.
кабеля, обладающего минимально возможной емкостью
между проводами. Значительная емкость приводит к
невосполнимым потерям токов высокой частоты, которые
благодаря ей легко ускользают.
Если вы приобрели телевизор и выбрались на крышу,
чтобы установить антенну, то вас наверняка удивит
обилие уже установленных там самых разнообразных антенн,
особенно если дом многоквартирный. Это является
безусловным недостатком, так как множество антенн,
установленных слишком близко друг к другу, создают помехи
в приемниках и, помимо того, загромождают и портят
крыши, нарушают архитектуру здания. Для борьбы с этим
недостатком советскими специалистами разработан ряд
устройств, позволяющих обойтись в одном здании
всего одной общей для всех телевизоров приемной
антенной.
Другая система предусматривает возможность приема
передач телевидения на один общий для всего дома
приемник. При этой системе у каждого радиозрителя
устанавливается только абонентская точка, состоящая из
приемной трубки, громкоговорителя и сравнительно не-
187
сложного устройства для регулировки качества
изображения и звука, наподобие существующей
радиотрансляции. Такая система трансляции телевидения имеет целый
ряд преимуществ: она значительно дешевле
индивидуальных установок, легче обслуживается и значительно
увеличивает массовость применения телевидения. Но это
уже можно больше отнести к проблемам телевидения
ближайшего будущего, о чем мы и побеседуем в
следующей главе книги.
Глава VI
ТЕЛЕВИДЕНИЕ БУДУЩЕГО
В предыдущих главах мы стремились показать, как из
вековой мечты человека после многих десятилетий
исканий и упорного труда телевидение стало наконец
реальной действительностью. Еще одна сказка русского
народа, сказка о волшебном зеркальце, стала былью.
Тысячи ученых и изобретателей, инженеров и рабочих
трудятся над тем, чтобы уже сегодня сотни тысяч,
а скоро и миллионы советских людей могли видеть
лучшие в мире передачи телевидения
Казалось бы, долгожданная цель достигнута, главное
и основное сделано. Осталось лишь пожинать плоды
успехов и время от времени совершенствовать и
доделывать уже созданные системы. Но, вдохнув в сказку
жизнь, русские ученые своими работами подсказали
столько новых идей для полета творческой мысли и
конструкторских дерзаний, что цель, совсем еще недавно
казавшаяся заслуженным отдыхом в конце длинного и
трудного пути, оказалась на самом деле только началом
нового и еще более увлекательного путешествия.
Волшебное зеркальце снова вернулось в сказку,
чтобы увлекать человека в чудесное будущее. Искать,
оказывается, надо еще больше, чем до сих пор было
найдено. Ведь, действительно, пока еще передается только
одноцветное, плоское изображение. А почему бы ему не
188
расцвести всеми цветами радуги и не стать объемным —
таким, что его было бы трудно отличать от настоящей,
живой природы?
В первых телевизорах мы рассматривали
изображение, перенесенное к нам на крыльях радиоволн, в
маленькое отверстие, словно в замочную скважину, одним глазом.
Сейчас открывающийся перед нами новый мир мы видим
как бы через небольшую форточку экрана, в которую
могут смотреть несколько человек.
Почему бы нам не распахнуть настежь большое окно
в этот мир, чтобы могли смотреть не единицы, а сотни
и тысячи людей одновременно?
Наконец, разве нельзя послать передатчик
телевидения туда, куда человек сам пока еще проникнуть не
может: на сотни километров над землей или вглубь нее,
в кратер вулкана, на дно океана, в головокружительный
полет на далекие планеты и в другие звездные миры?
Все эти волнующие вопросы сейчас уже не плод
досужей фантазии мечтателя. Некоторые из них уже
решены или стоят на грани возможного. Над ними и над
многими другими, не менее интересными проблемам л
работают в многочисленных лабораториях ученые,
инженеры и изобретатели.
Что же должно представлять собой телевидение
завтрашнего дня, близкого и далекого будущего? Какие
новые области применения найдет ему неутомимая
деятельность человека? Попытаемся ответить на некоторые из
этих вопросов и помечтать о других.
ЕСТЬ ЛИ ПРЕДЕЛ ЧЕТКОСТИ
ИЗОБРАЖЕНИЯ?
Мы уже говорили, что Московский телецентр передает
теперь лучшие в мире по четкости изображения. При
625 строках оно складывается примерно из 500 тысяч
отдельных элементов вместо 1200 элементов и 30 строк при
первых советских передачах в 1931 году. Что означают
и с чем могут быть сравнены эти цифры?
Сейчас уже можно сравнивать качество изображения
телевидения с изображением, получаемым в кино.
Система с 625 строками развертки позволяет получить чет-
189
кость изображения, вполне сравнимую со средней по
яркости проекцией обычного кинофильма или с хорошей
проекцией с узкопленочного киноаппарата.
Однако полностью использовать эти возможности
удается лишь в самых лучших приемниках,
пропускающих без искажений и сокращений всю полосу частот,
занимаемую передающей радиостанцией. Такой
приемник, естественно, сложен и дорог.
При обычных способах фокусировки электронного
луча катодной трубки световая точка на экране имеет
все же определенные минимальные размеры, и если
экран трубки невелик, то разместить на нем все 500
тысяч точек так, чтобы они не ложились друг на друга,
невозможно, так же как невозможно сделать очень
тонкий рисунок, пользуясь тупым и толстым карандашом.
Поэтому обычные массовые приемники
индивидуального пользования с экранами катодных трубок диаметром
18 сантиметров (7 дюймов) и 23 сантиметра (9 дюймов)
эту высокую четкость передач полностью не используют.
Лучшие образцы этих приемников воспроизводят
изображение с четкостью не выше 400—450 строк.
Следовательно, первой и, надо сказать, достаточно трудной
заботой на ближайшее время уже не столько ученых, сколько
инженеров-производственников, будет создание таких схем
и конструкций массовых приемников, которые позволили
бы без слишком больших усложнений полностью
использовать четкость современных передач телевидения.
Как и в кино, в телевидении важное значение имеет
то, движется ли изображение, которое мы рассматриваем,
или же оно стоит неподвижно. Ведь наблюдая в кино
какое-либо быстрое движение, мы часто бываем
полностью удовлетворены качеством изображения и даже не
подозреваем, что на отдельных кадрах это изображение
сильно размазано. Например, всякий, кто занимается
фотографией, хорошо знает, что для получения четкого
снимка какого-либо быстрого спортивного движения
часто требуется выдержка в 7юоо или 71250 долю секунды,
которую дают только специальные фотоаппараты. А
затвор обычного киноаппарата производит съемку каждого
кадра этого же движения (всего 24 кадра в секунду) со
скоростью, равной только Убо доли секунды, то-есть
получает такие снимки заведомо смазанными. Тем не менее
190
при быстрой проекций этих кадров друг за другом в кино,
опять-таки благодаря уже известной нам инерции глаза,
мы этого смазывания просто не успеваем заметить.
Движение нам кажется совершенно четким и разборчивым.
И вряд ли мы заметим какое-либо существенное
улучшение в качестве изображения, если затвор киноаппарата
будет снимать каждый 01дельный кадр, скажем, со
скоростью VIооо или !/125о доли секунды.
Нужно сказать, что после некоторого предела, равного
примерно 400—500 строкам, одним только увеличением
числа элементов разложения добиться значительного
улучшения четкости изображения становится уже очень
трудно. Тут даже удвоение числа строк вызывает
видимое улучшение четкости всего на несколько процентов
Следовательно, добиваясь получения максимальной
четкости изображения, следует в первую очередь учитывать
эти особенности и, в частности, способность нашего глаза
по-разному воспринимать неподвижное и движущееся
изображение. А подавляющее большинство передаваемых
изображений в телевидении именно движущееся.
В последнее время были проведены успешные
лабораторные опыты по передаче изображений с разбивкой их
на 1050 строк. Такое изображение уже содержит почти
1,5 миллиона элементов. По четкости оно равняется яркой
проекции с хорошо отпечатанного кинофильма.
А есть ли предел количеству элементов, на которое
требуется разбивать передаваемое изображение? Ведь
сетчатка глаза состоит из почти 130 миллионов палочек
и 7 миллионов колбочек!
И здесь этот предел устанавливается самим нашим
глазом. Дело в том, что когда мы рассматриваем какой-
либо предмет, то в поле наиболее ясного видения глаза
находится только небольшая часть этого предмета.
Остальную его часть, равно как и все окружающее, мы
видим смутно, только в общих чертах. И чтобы увидеть
ясно весь предмет, мы его должны буквально
«ощупывать» взором, то-есть рассмотреть по частям или как бы
развертывая его по отдельным элементам (рис. 81).
Тот участок сетчатки, который эту развертку
непрерывно совершает, то-есть поле ясного зрения глаза,
охватывает всего около 2 миллионов чувствительных
к свету нервных окончаний.
191
Рис. 81.
Поле ясного видения человеческого глаза. Четко и
хорошо глаз видит только небольшой участок
рассматриваемого предмета. Остальные участки он различает
тем хуже, чем дальше они расположены от поля ясного
видения.
Если разбить изображение на число элементов
большее, чем их имеется в поле ясного зрения глаза, то
видимая четкость изображения не увеличится — глаз ее все
равно не сумеет воспринять. Поэтому передача
изображений с четкостью 1000—1200 строк — это та цель, к
которой, вероятнее всего, и будут в ближайшие годы
стремиться ученые и изобретатели, работающие в области
телевидения.
БОЛЬШОЙ ЭКРАН
Прадедушкой современного кино была игрушка
«стробоскоп» (рис. 82), вращая которую можно было увидеть
необычные движущиеся картинки, если смотреть на них
192
сквозь маленькую щелочку. Только после многолетних
упорных поисков удалось превратить этот нехитрый
прибор в кинопроектор, приспособленный к проекции на
большой экран. В телевидении все происходило наоборот.
Как мы помним, самые первые попытки передачи
изображений на расстояние делались с большими экранами.
Только претерпев большое число неудач, ученые и
изобретатели вынуждены были заново начать с очень
маленьких изображений, на первое время не превышавших
размеров почтовой марки.
Но едва добившись успеха в разрешении какой-либо
отдельной части основной задачи, они каждый раз
неизменно возобновляли свои попытки получить изображение
сразу на большом экране.
Сперва это было простое
увеличительное стекло, которое
устанавливалось перед
неоновой лампочкой.
Изображение от этого казалось
увеличенным. Но так как света,
излучаемого неоновой
лампочкой через непрерывно
бегущие перед ней отверстия
диска Нипкова, было всегда
недостаточно, то во сколько
раз линза увеличивала
изображение, во столько же раз
уменьшалась его видимая
яркость. Поэтому чаще
предпочитали смотреть
маленькое, но яркое изображение,
чем большое, но темное.
В электронных системах
телевидения четкость и
яркость передаваемых
изображений значительно
повысились, и поэтому почти сразу
же наметилось несколько
новых путей получения
большого экрана. Один — путь
прямого увеличения
получаемого изображения.
Рис. 82.
Старинная игрушка
«стробоскоп», ставшая основой
современного кино. При
одновременном вращении обоих кружков
рисунки отдельных
последовательных движений человечка со
скакалкой, рассматриваемые
через щели первого кружка,
сливаются, и фигурка начинает
двигаться, как живая.
13 Телевидение
193
Проще всего это получается при помощи той же
увеличительной линзы, ке оправдавшей себя в прежних
системах.
Современные катодные трубки дают достаточно яркое
изображение. Поэтому уменьшение его общей яркости,
происходящее за счет видимого увеличения размеров
экрана линзой, легко восполняется рядом способов:
увеличением скорости и плотности пучка электронов, более
чувствительными и яркими фосфорами и т. д.
Поскольку размеры экранов трубок, выпускаемых
промышленностью, из года в год непрерывно увеличиваются,
ставить перед ними громадные стеклянные линзы было
бы сложным и очень дорогим делом. Поэтому сейчас их
делают из легкой прозрачной пластмассы
штампованными и склеенными из двух половинок, между которыми
наливается дистиллированная вода, минеральное масло
или глицерин (рис. 83). Такие линзы увеличивают
видимый размер экрана в 2—2,5 раза.
Дальше можно увеличить размер самой трубки.
Современная техника позволяет изготовлять катодные
трубки с диаметром экрана, доходящим до 75 сантиметров
Рис. 83.
Наполненная прозрачной жидкостью увеличительная линза,
устанавливаемая перед экраном телевизора с небольшой трубкой.
(30 дюймов). Однако такие
грубки очень громоздки. Их
трудно производить, и они
чрезвычайно дороги. Для
более рационального
использования площади экрана
больших трубок их начинают
выпускать с прямоугольной
колбой (рис. 84).
Имея трубки столь
крупных размеров, можно уже
создать приемники
коллективного пользования для рис 84.
большой семьи, ШКОЛЬНОЙ Современная приемная трубка
или клубной установки, спо- с экраном прямоугольной
собной обслужить группу формы,
зрителей в 200—250 человек.
В последнее время были
проведены успешные опыты изготовления трубок с колбой,
штампуемой из очень тонкого листового железа. Из
стекла у таких трубок делается только горлышко и дно колбы,
на которое наносится слой фосфора. Такие трубки более
удобны для массового производства и много дешевле
стеклянных, что особенно важно для трубок больших
размеров.
Большой экран можно получить, применяя
специальные проекционные катодные трубки с маленьким (5—
8 сантиметров), но чрезвычайно ярким экраном.
Повышение яркости здесь достигается за счет очень сильного
ускорения электронов, бомбардирующих экран трубки.
Если напряжение на ускоряющем аноде у обычных
трубок редко превышает 6—8 тысяч вольт, то у
проекционных трубок оно может достигать 50 тысяч и больше
вольт. Экраны этих трубок покрываются светящимся
составом, способным выдерживать без разрушения столь
интенсивный обстрел его электронами.
Изображение, получаемое на экране такой трубки,
столь ярко, что его можно свободно спроектировать на
обычный киноэкран при помощи объектива (рис. 85, а)
или вогнутого зеркала (рис. 85, б). Однако срок службы
таких трубок невелик, и для отвода тепла они требуют
энергичного водяного или воздушного охлаждения. Поэто-
13*
195
Рис. 85.
Изображение, получаемое на экране особо яркой трубки малого
диаметра, проектируемое на большой экран при помощи объектива
(а) или вогнутого зеркала (б).
му такие установки пока еще слишком сложны и дороги.
Проектируемые ими изображения по размеру и качеству
мало отличаются от кинопроекции в хорошем кинотеатре.
Хороших результатов для небольших коллективных
установок массового типа можно ожидать от приемника
с катодной трубкой, но не с максимальной, а только с не-
196
много повышенной яркостью. Для этого при проекции на
экран можно было бы применить оптическую систему,
разработанную в свое время для телескопов советским
ученым, лауреатом Сталинской премии, профессором
Д. Д. Максутовым.
Для того чтобы зеркало обычного, отражательного
телескопа не давало больших искажений, ему необходимо
придавать сложную параболическую форму.
Производство таких зеркал, особенно для больших телескопов, —
дело весьма сложное и кропотливое. Их изготовляют,
шлифуют и выверяют годами. Зато очень просто и
дешево изготовить сферическое зеркало, имеющее шаровую
поверхность. Но у такого зеркала слишком велика так
называемая сферическая аберрация. Это значит, что
лучи, отраженные от боковых участков зеркала, сходятся
в фокусе ближе к поверхности зеркала, чем лучи,
отраженные от его центральной части. Фокус такого зеркала
представляет собой размазанное пятно (рис. 86).
Поэтому для изготовления телескопов сферические зеркала
ранее никогда не применялись.
Рис. 86.
Устройство отражательного менискового телескопа системы
профессора Д. Д. Максутова. Ход лучей, отраженных от простого
сферического зеркала без менисковой линзы (а) и с менисковой линзой (б).
Чтобы в этом случае лучи, после того как они
отразились от зеркала, могли сойтись в одну точку,
профессор Максутов поставил перед зеркалом обыкновенную
выпукло-вогнутую, так называемую менисковую, линзу.
В обычных условиях она тоже искажает ход лучей и
поэтому для применения в телескопах также непригодна.
Но здесь именно менисковая линза и оказалась к месту.
Слегка искажая ход лучей, до того как они достигают
зеркала, она в то же самое время позволяет свести лучи
после отражения их от зеркала все в одну точку.
«Врожденные» недостатки мениска и простого сферического
зеркала взаимно погасили друг друга. Получился весьма
совершенный оптический прибор малых размеров,
свободный почти от всех оптических недостатков, присущих
как линзовым, так и зеркальным телескопам. Как
говорят, клин клином вышибается! (рис. 86, б).
Само сферическое отражательное зеркало просто и
дешево для массового производства, а корректирующая
менисковая линза столь же легко прессуется из листа
прозрачной пластмассы. Схема установки для проекции
изображений телевидения на большой экран с трубкой
повышенной яркости, использующая оптическую систему
по принципу профессора Максутова, показана на рис. 87.
Основоположником другого пути был академик
А, А. Чернышев, который еще в 1925 году предложил
проектировать изображения телевидения на большой
экран с помощью светового клапана. Этот путь
косвенного усиления получаемых сигналов с каждым годом
получает все большее и большее признание и развитие.
В отличие от рассмотренных выше способов прямого
усиления яркости самого источника световых сигналов,
здесь полученные сигналы непосредственно в свет не
преобразуются. Они только управляют клапанным
устройством, через которое пропускается поток света, идущий
на экран от мощного внешнего источника постоянной
яркости—от электрической дуги или лампы
накаливания. Под действием клапана проходящий через него
постоянный световой поток меняет свою яркость в точном
соответствии с силой принимаемых сигналов телевидения.
Самым простым световым клапаном является обычная
кинопленка. В кинотеатре она управляет ослепительно
ярким лучом света, идущим на экран от дуговой лампы
198
кинопроектора. Поэтому
мысль о проекции
изображений телевидения на большой
экран с помощью кинопленки
возникла раньше всех других,
еще в дни распространения
механических систем
телевидения.
В своем самом
законченном виде эта система
выглядит так: изображение,
принятое на маленький, но яркий
экран катодной трубки,
снимается на очень
чувствительную кинопленку обычным
киноаппаратом. Затем пленка
проявляется в усиливающем
составе, чтобы в какой-то
мере устранить неизбежную
в таких случаях сильную
недодержку. После промывки,
закрепления и сушки пленка
пропускается через обычный
кинопроектор, и снятое на нее
изображение проектируется
на большой экран. Путем
полной автоматизации всего
процесса съемки и обработки
пленки разницу во времени
между приемом изображения и началом его проекции на
экран можно свести к 1—2 минутам.
Этот способ при всей его принципиальной простоте
и сравнительно удовлетворительных результатах,
достигнутых в лабораториях, экономически крайне невыгоден.
Чтобы принимать таким путем передачи телевидения,
нужно на каждую из них затрачивать в большом
количестве дорогую кинопленку, химические материалы и
использовать громоздкое и сложное оборудование.
Однако все это не обескуражило сторонников такого
способа проекции на большой экран. Вскоре
конструкторы разработали установку, в которой одна и та же
кинопленка, вернее — ее основа, непрерывно движется
Плоское Экран •^-с^Т!
зеркало ^~*' Ж
Рис. 87.
Способ получения увеличенного
изображения в приемнике с
малогабаритной трубкой
повышенной яркости и оптической
системой по принципу
профессора Максутова.
199
сквозь аппарат в виде бесконечного кольца. После съемки
изображения, обработки пленки и проекции на экран
полученной кинокартины пленка проходит через
дополнительную часть установки, где с нее смывается старый,
уже использованный, светочувствительный слой и
наносится новый. Далее на восстановленную таким способом
пленку снова производится съемка, затем она
проявляется, фиксируется, проектируется на экран, с нее
смывается старая и наносится новая эмульсия, и так
далзе — до полного износа целлулоидной основы
(рис. 88).
Такой автоматический «комбайн», совмещающий
з сзбе не только телевидение, но в придачу к нему и всю
технику современной кинематографии, несмотря на
весьма остроумный замысел, из стен лабораторий до сих пор,
конечно, не вышел.
Рис. 88.
Скема установки для проекции изображений телевидения на
большой экран при помощи непрерывного кольца кинопленки.
Целый ряд систем светового клапана основан на
весьма интересных и сложных процессах, возникающих
в некоторых кристаллах под действием падающего на
них пучка электронов.
Наиболее характерным примером такого клапана
является кристалл хлористого кальция. Тонкая пластинка
или слой этой соли, нанесенный на стекло, помещается
в колбе передающей трубки на месте мозаичного
фотокатода. Луч от яркого внешнего источника света
пропускается сначала через эту пластинку, а затем, как
и в обычном кинопроекторе, проектируется при помощи
объектива на большой экран. Короче говоря, слой соли
или пластинка из хлористого кальция в такой системе
играет роль неподвижной кинопленки.
Луч электронной пушки строка за строкой обегает
поверхность пластинки, развертывая ее точно в таком же
порядке, как и мозаику передающей трубки. Кристалл
хлористого кальция в тех местах, где на него падает
электронный луч, становится темнее. Степень его
потемнения зависит от плотности электронного луча. Те
участки, на которые попало больше электронов, становятся
более темными, чем те, на которые пришлось меньше
электронов.
Места, на которые упало совсем мало электронов,
остаются попрежнему прозрачными.
Обежав в 725 долю секунды всю поверхность
кристалла, электронный луч, модулированный и
управляемый сигналами передатчика, на короткое мгновение
превращает пластинку, ранее бывшую прозрачной, в
маленькое видимое изображение — как бы в отдельный кадр
кинофильма. Увеличенное изображение этого кадра и
появляется на большом экране. После того как
электронный луч закончил развертку пластинки, появившееся нз
ней изображение постепенно исчезает, и спустя некоторое
время пластинка снова готова для приема следующего
кадра изображения (рис. 89).
Но световой клапан из хлористого кальция обладает
и серьезными недостатками. Разница между самыми
светлыми и самыми темными участками изображения на
кристалле оказывается не слишком большой, и
проходящий через пластинку световой поток не дает на экране
достаточно сочного или контрастного изображения — оно
201
Рис. 89.
Проекция на большой экран при помощи светового клапана из
кристаллов хлористого кальция.
получается бледным и похожим на сильно
недодержанный фотоснимок.
Другой недостаток еще более неприятен для
телевидения. Когда при слабом сигнале на кристалл
воздействует и слабый электронный луч, потемневший участок
после ухода с него луча светлеет сравнительно быстро.
При сильном же сигнале и плотном луче потемнение
продолжается значительно дольше. Чтобы ускорить
просветление кристалла, его надо каким-то образом быстро
подогревать. Хотя до сих пор практически пригодной
установки для проекции телевидения на большой экран
с помощью клапана из кристалла хлористого кальция
получить все еще не удалось, явление местного
потемнения кристаллов некоторых солей под влиянием
электронной бомбардировки представляет исключительно большой
интерес как для телевидения, так и для целого ряда
других областей техники.
Если бы удалось получить кристаллы вещества,
свободного от недостатков, присущих хлористому кальцию
и некоторым другим солям, пластина такого вещества
была бы, пожалуй, самым простым и совершенным
световым клапаном. Тем более, что известны вещества,
кристаллы которых способны окрашиваться под действием
электронной бомбардировки в разные цвета, а это в
будущем может иметь важное значение для цветного
телевидения.
202
Очень оригинальным и резко отличным от всех
других известных идей получения большого экрана является
световой клапан, работающий отраженным светом.
Экран в этой системе состоит из большого числа
крошечных ячеек, каждая из которых напоминает коробочку
с дверцей (рис. 90).
Коробочка изготовляется из хорошего изоляционного
материала и имеет дно полукруглой формы, выложенное
хорошо проводящей ток обкладкой. К этой обкладке —
сигнальному электроду — и подводятся принимаемые
сигналы телевидения.
Дверцей, или заслонкой, у каждой ячейки служит
листик очень тонкой и легкой фольги, который свободно
качается, уходя внутрь коробочки или возвращаясь
обратно. Наружная сторона фольги тщательно
полируется, так как она должна хорошо отражать свет. Сам
листик фольги заземляется, для того чтобы на нем не
могли скапливаться электрические заряды.
Если теперь к обкладке на дне коробочки подвести
электрический заряд, то-есть принимаемый сигнал, то,
действуя на легкую, подвижную фольгу, он втянет ее
внутрь коробочки, и листик станет под некоторым углом
к своему нормальному вертикальному положению. Этот
угол, естественно, будет зависеть от силы сигнала,
подведенного к обкладке, — листочек или чуть-чуть сдвинется
с места или, наоборот, целиком уйдет вглубь коробочки.
Рис. 90.
Устройство отдельной ячейки большого экрана с подвижными за-
слоночками, отражающими различное количество направленного на
них потока света в зависимости от угла наклона заслоначек.
Снаружи на коробочку направляется луч яркого света.
Теперь, в зависимости от положения фольги, ее
поверхность будет попеременно казаться то ослепительно яркой,
когда листик стоит вертикально и весь падающий на него
свет отражается обратно, то почти черной, когда листик
уйдет целиком внутрь коробочки и свет обратно
отражаться не будет. При других, промежуточных углах
наклона листика количество отраженного света будет плавно
изменяться, и поверхность заслонки будет казаться или
светлее или темнее. По сути, мы имеем здесь дело с
хорошо известным школьным электроскопом, расходящиеся
в стороны листочки которого служат для определения и
измерения величины электрических зарядов.
Для того чтобы листочек мог вернуться в свое
исходное положение, а не оставаться втянутым на долгое
время внутрь ячейки, после того как электрический заряд
с ее сигнальной обкладки снят, снаружи ячейки, так
сказать «на ее пороге», ставится другая, восстановительная
обкладка. Когда вслед за сигналом к ней на очень
короткое время подводится достаточно высокое постоянное
напряжение, то запавший внутрь коробочки листочек фольги
мгновенно выскакивает обратно.
Читатель уже, очевидно, догадался, как действует
такая система телевидения. Приемный экран собирается из
такого числа коробочек, вернее — перегородочек, на
какое разбивается все передаваемое изображение. Провода
о г сигнального и восстановительного электродов
подводятся к довольно сложным, вращающимся
коммутаторам. Один из них подключает провода, идущие от
приемника к ячейкам экрана, другой — высокое напряжение
к восстановительным электродам.
В течение 725 доли секунды коммутаторы
последовательно распределяют поступающие сигналы изображения
каждый по своей ячейке. Эти сигналы в зависимости от
их силы, то-есть от напряжения, втянут листочки фольги
на разный угол внутрь каждой ячейки. Под ярким светом
прожектора, направленным снаружи на экран, каждая
ячейка будет отражать обратно разное количество света,
и глаз зрителя увидит передаваемое изображение,
состоящее из сотен тысяч ярких, темных и полусветлых
точек-листиков.
В промежутках между кадрами изображения на на-
204
ружные электроды подается постоянное напряжение,
вытягивающее все листочки из коробочек в исходное
вертикальное положение, тем самым подготовляя их для
приема сигналов следующего кадра.
Это, пожалуй, единственная система, сочетающая
в себе как электрическую, так и механическую развертку,
которая имеет кое-какие шансы конкурировать с чисто
электронными системами.
Можно было бы привести множество столь же
любопытных и остроумных, а часто и неожиданных идей
подобного рода.
Так, свойствами светового клапана обладает тонкий
стеклянный сосуд, наполненный вязкой жидкостью
(глицерином, маслом и т. д.), в которой взвешен очень
тонкий порошок какого-либо диэлектрика, имеющего форму
плоских лепестков, например слюды.
В обычном состоянии эти лепестки располагаются
в жидкости беспорядочно и препятствуют лучу света
проходить сквозь клапан.
Если же к стенкам сосуда приложить достаточно
высокое электрическое напряжение противоположных
знаков, то все лепестки, как по команде, вытянутся вдоль
линий электрического поля и луч света станет свободно
проходить сквозь клапан (рис. 91).
Теперь начнем развертывать стенку клапана, к
которой приложено положительное напряжение, электронным
лучом. В тех местах, куда на короткое время падает
электронный луч, положительное напряжение
уменьшается, электрическое поле между стенками сосуда
ослабевает, и расположившиеся вдоль них лепестки теряют свой
строго горизонтальный строй и начинают поворачиваться
вертикально.
Чем больше электронов в какое-либо мгновение
находится в луче, тем сильнее разрушается поле и,
следовательно, больше лепестков, становясь вертикально, мешает
лучам света проходить в этом месте сквозь клапан.
Обежав один раз поверхность стенки клапана, элек*
тронный луч устанавливает лепестки взвешенного в
жидкости порошка под самыми различными углами наклона
к потоку света, однако в каждое отдельное мгновение
в строгом соответствии с силой сигнала, управляющего
плотностью электронного луча.
205
Рас. 91.
Световой клапан из взвешенных в вязкой жидкости лепестков слюды.
Внутри клапана на некоторое время образуется скрьь
тое изображение — кадр, — созданное лепестками, по-
разному пропускающими и отражающими проходящий
сквозь клапан на экран луч света.
В промежутках между кадрами к стенкам клапана
подводится дополнительное высокое напряжение,
помогающее лепесткам снова расположиться горизонтально.
Еще более хитроумно действует световой клапан,
основанный на свойстве некоторых тонких пленок
жидкости, например масла, менять угол отражения света под
действием электрического напряжения, приложенного
к поверхности пленки.
Такое обилие интересных и многообещающих
возможностей, какие дают разнообразные системы световых
клапанов, естественно привлекает к себе все
возрастающее внимание ученых и изобретателей, ищущих новые,
еще не проторенные пути решения проблемы большого
экрана для телевидения. Это особенно важно в связи
с другими задачами — например, цветным и объемным
телевидением.
В развернувшемся соревновании идей решающую
роль будет иметь то, какая система в конечном счете
окажется проще и дешевле в производстве и в работе,
долговечнее и выше по качеству. А пока все они
продолжают еще оставаться в стенах лабораторий.
МОЖНО ЛИ ВИДЕТЬ ДАЛЬШЕ ГОРИЗОНТА?
Первые передачи телевидения с четкостью всего
30 строк еще кое-как можно было втиснуть в полосу
частот, занимаемую одной-двумя радиовещательными
станциями, и то только в диапазоне длинных или
средних волн. Это позволяло передать изображение
действительно на далекие расстояния, измеряемые тысячами
километров.
Необходимость улучшить качество изображения
потребовала резко увеличить число элементов изображения,
а это привело к тому, что каждому передатчику
телевидения пришлось отводить полосу частот, занимаемую
сотнями вещательных радиостанций. Такой простор
можно было найти только в диапазоне УКВ. Но УКВ
207
распространяются прямолинейно и, так же как лучи
светового прожектора, на очень небольшие расстояния.
Всевозможные преграды — такие, как горы, леса, высокие
здания и т. п., — мешающие распространению луча
прожектора, одинаково препятствуют и
распространению УКВ.
Преодолев огромные трудности и добившись наконец
создания высококачественного телевидения, ученые как-тэ
незаметно для себя, с разбегу, попали в новый круг
противоречий.
Высококачественное дальновидение превратилось з
«близковидение». В «волшебное» зеркальце стало видно не
дальше, чем в хорошую подзорную трубу.
Раз УКВ передатчика телевидения способны
перекрыть площадь всего в радиусе 40—60 километров, то
число людей, могущих видеть такие передачи, резко
ограничено.
Многочисленными аудиториями могли стать только
такие города, как Москва, Ленинград, Киев и некоторые
другие. А передачи телевидения хотят видеть всюду:
и в городе и на селе, в столице и на далекой окраине.
И чем дальше живет человек от центра, тем большее
значение имеют для него такие передачи.
Как бы обогатилась и украсилась жизнь советских
людей, работающих в самых глухих и отдаленных местах,
если бы, включив телевизор, они в любой момент могли
перенестись в ту область полнокровной жизни Советской
страны, от которой они временно или надолго оторваны.
Поэтому от того, удастся ли разрешить и это новое
противоречие, зависело и будущее телевидения: быть ему
средством связи, общения и культурного развития для
самых широких масс, средством, проникающим во все
уголки нашей страны, или же остаться средством общения
ограниченного круга радиозрителей.
Снова ученым пришлось искать обходные пути и за
решением обращаться к смежным отраслям науки, а
иногда и возвращаться назад, к, казалось бы, давно
устаревшим средствам. Так случилось и здесь. По началу
пришлось пойти на поклон к старушке-проволоке, давно уже
изгнанной из телевидения.
Известно, что равномерно по всему сечению
проводника может проходить только постоянный ток. Перемен-
208
ный ток ведет себя совершенно иначе. Чем выше его
частота, тем больше он «выжимается» к поверхности
проводника. Для переменного тока большой силы и очень
высокой частоты это вызывает большие затруднения.
Чтобы создать путь току, приходится сильно увеличить
диаметр проводников, отчего они из проводов
превращаются в тяжелые стержни. Вся середина таких
стержней никакого участия в передаче тока не принимает.
Поэтому высокочастотный переменный ток стало удобнее
и выгоднее передавать по трубкам.
На очень высоких частотах ток не проходит даже и
по трубке. Он только скользит по ее поверхности, не
испытывая заметных потерь в материале самого
проводника. При этом электрическая энергия не столько
распространяется в длину, вдоль провода, сколько
излучается в окружающее пространство. Чтобы избежать этого
вредного излучения, передачу приходится вести по двум
параллельным проводам, расположенным на расстоянии
хи длины волны один от другого. Тогда окружающие
оба провода электромагнитные поля, действуя взаимно
друг на друга, не позволяют энергии излучаться в
пространство. То, что излучает один проводник, поглощает
соседний, и наоборот. Короче говоря, на такой
двухпроводной линии образуются электромагнитные волны,
которые, не имея возможности ускользнуть в окружающее
пространство, вынуждены распространяться со скоростью
радиоволн уже вдоль проводников.
По мере повышения частоты колебаний, особенно
применяемых для телевидения, такую передающую линию
стало возможным сделать не из двух рядом
расположенных проводников, а помещая один из них внутри другого.
Получается так называемый концентрический, или
коаксиальный, кабель, у которого внутренняя поверхность
гибкой полой трубки является наружным проводником,
а проходящий точно в ее центре провод — вторым,
внутренним проводником. Точное расстояние между обоими
проводниками сохраняется при помощи изоляторов в виде
бус или дисков (рис. 92).
Теперь электрическая энергия тока очень высокой
частоты может распространяться, уже скользя внутри такого
кабеля и, главное, не излучаясь наружу. В связи с малыми
потерями в материале проводников по такому кабелю
14
Телевидение
209
можно передать и всю
необходимую для прохождения
сигналов телевидения весьма
широкую полосу частот.
Но эта полоса частот не
является чем-то единым. Она, в
свою очередь, содержит разные,
далеко отстоящие друг от друга
частоты, например от 50 герц
до 7 миллионов герц, одни из
которых испытывают в силу
сложных и менее
благоприятных условий прохождения
значительно большие потери, чем
другие. Пройдя примерно 25-
30 километров,
первоначальная форма различных участков
полосы сигналов сильно
искажается, и ее надо восстанавливать и исправлять до
исходного состояния.
Поэтому, чтобы при помощи такого кабеля передать
на большое расстояние сигналы телевидения, надо через
каждые 25—30 километров устанавливать небольшие
автоматические станции, усиливающие эти сигналы и
исправляющие полученные в пути искажения.
Таким способом без существенных искажений про-
Рис 93.
Схема передачи сигналов телевидения на далекое расстояние при
помощи коаксиального кабеля.
Рис. 92.
Устройство
высокочастотного коаксиального
кабеля: а — наружный
проводник, одновременно
являющийся и оболочкой кабеля;
б — внутренний проводник;
в — изолирующие диски,
обеспечивающие точное
расположение проводников по
отношению друг к другу.
граммы телевидения из какого-либо одного передающего
центра можно передавать на весьма большие расстояния.
В конце такой трансляционной линии устанавливается
свой дополнительный радиопередатчик, который и ре-
транслирует в эфир полученную программу (рис. 93).
Соединив центральный передатчик телевидения такими
линиями со многими городами и населенными пунктами
страны и установив в каждом из них собственный
ретрансляционный узел, можно одной программой
перекрыть уже значительно большую территорию.
Покрыв всю страну сетью передающих центров и
трансляционных линий, можно уже в значительной
степени вернуть телевидению его самую ценную
особенность — радиодальность действия.
Однако прокладка линий коаксиального кабеля,
установка трансляционных станций и местных передатчиков
и изготовление самого кабеля — дело все еще весьма
трудоемкое, сложное и очень
дорогое, и в короткое время
выполнить его будет нелегко,
если не будет найдено других
способов обойти эти
практические трудности.
Другой путь решения
задачи обещает уже сама
радиотехника, если передачу
сигналов телевидения вести
на совсем коротких волнах —
дециметровых или
сантиметровых.
Такие волны совсем
похожи на световые — их легко
собрать в узкий, как у
прожектора, пучок при помощи
вогнутого металлического
рефлектора и направить на
такой же приемный
рефлектор, установленный на
расстоянии 30—50 километров
от первого (рис. 94).
Если такие рефлекторы
установить на горах или хол-
II
Рис. 94.
Передающая и приемная
антенны, установленные в фокусе
металлического рефлектора
(зеркала).
14*
211
мах, на очень высоких башнях или зданиях, то это
расстояние может быть увеличено до ста и даже больше
километров (рис. 95).
Посланные в виде узкого луча сигналы улавливаются
приемным рефлектором, усиливаются, исправляются,
подаются на новый передатчик и таким же направленным
лучом снова передаются дальше.
В отличие от коаксиального кабеля, где проходящие
сигналы все же несут некоторые потери в материале про-
Рис 95.
Передача сигналов телевидения на далекое расстояние при помощи
направленного радиолуча.
водников, радиоволны в узком луче никаких потерь
практически не имеют. Каждый раз усиливать сигналы
приходится потому, что в какой бы узкий луч ни сжимал
передающий рефлектор электромагнитные волны, к
приемному рефлектору они подходят все же довольно широким
пучком, из которого рефлектор может захватить лишь
небольшую их часть.
Применение рефлектора в антенне передатчика
позволяет собрать в узкий направленный луч большое
количество энергии.
Например, на волне длиной 20 сантиметров (1500
мегагерц), используя параболический рефлектор диаметром
около 250 сантиметров, можно получить усиление луча
больше чем в 3000 раз по сравнению с той же антенной
без рефлектора.
Мощность передатчика, равная всего 1 ватту, как бы
вырастает сразу до 3 к^товатт.
212
Примерно такой же выигрыш в усилении можно
получить, если установить рефлектор и на приемной антенне.
Небольшая мощность, требуемая для передачи
сигналов при помощи таких прожекторных линий, позволяет
применить аппаратуру очень небольших размеров, а сами
радиотрансляционные станции полностью автоматизи
ровать.
Такой способ передачи имеет целый ряд существенных
преимуществ и в первую очередь исключает
необходимость применения' многих тысяч километров дорогого и
сложного в производстве коаксиального кабеля и
большие расходы и трудности по его прокладке.
Так как каждый из описанных выше способов
трансляции имеет как свои достоинства, так и недостатки, то
наиболее вероятным будет использование их обоих в
зависимости от характера местности, плотности населения,
расстояний между населенными пунктами и прочих
условий.
Еще большую концентрацию луча, а следовательно,
и степень усиления можно получить, укорачивая длину
волны, то-есть применяя волны от 10 до 5 сантиметров»
и короче.
Опыты по связи на УКВ между самолетом, летящим
в стратосфере на высоте 10—12 километров, и землей
показали, что сигналы, посылаемые с самолета, хорошо
слышны на расстоянии в несколько сот километров,
причем мощность самолетных передатчиков может быть в
десятки раз меньше, чем у передатчиков, применяемых для
связи на земле.
Столь резкое увеличение дальности действия
объясняется тем, что расстояние прямой видимости, или линия
горизонта, с высоты 10—12 километров значительно
увеличивается и составляет круг радиусом 150—200
километров.
Было также замечено, что при этом большая часть
искажений, обычных при приеме сигналов от наземных
станций, отсутствует. Это происходит потому, что в
данном случае сигналы поступают сверху и почти ничто им
не мешает. Непрерывное перемещение самолета
устраняет мертвые зоны, многократные или неправильные
отражения сигналов, свойственные горизонтально
распространяющимся радиоволнам, что особенно часто наблдо-
213
Рис. 96.
Передача сигналов телевидения с самолета, летающего в
стратосфере. Для перекрытия такой же территории необходимо
значительное число наземных станций большой мощности.
дается в крупных городах, где большие здания заслоняют
маленькие, а металлические крыши отражают сигналы
в разные стороны.
Учитывая все эти преимущества, еще в 1936 году
советским ученым, профессором П. В. Шмаковым было
предложено передачи сигналов телевидения вести с летящего
в стратосфере самолета по принципу радиотрансляционной
линии. Сигналы телевидения из передающего центра на
земле при помощи узкого радиолуча направляются на
летящий в стратосфере самолет, там они принимаются,
усиливаются и сравнительно маломощным передатчиком
посылаются в виде широкого конуса обратно на землю
(рис. 96).
На первый взгляд такая система передачи кажется
сложной и ненадежной. Однако самолет, летящий в
стратосфере, не боится воздушных бурь, обледенения и
нелетной погоды, столь обычных в более низких слоях
атмосферы.
Современная техника позволяет посылать такой само-
214
лег без людского экипажа, управляя им с земли по
радио, тем более что и летать он должен в
ограниченном пространстве по кругу. Расходы по содержанию
самолета-передатчика должны быть значительно ниже,
чем строительство и содержание нескольких десятков
наземных передатчиков и соединяющих их трансляционных
линий, необходимых для перекрытия одинаковой по
площади территории.
О том, как мало поглощаются УКВ, когда они
распространяются в пространстве, не имеющем препятствий,
особенно если их еще собрать в узкий луч, можно судить
по следующему интересному опыту, осуществленному
несколько лет назад. Очень мощный сигнал радиолокацион-
Рис. 97.
Как можно было бы передавать радиосигналы на большие расстояния
путем отражения их от поверхности Луны или искусственного
спутника Земли.
ной станции, собранный в узкий луч, был послан... на
Луну. Спустя 2,5 секунды этот импульс, отразившись от
поверхности Луны, был принят на земле очень
чувствительным радиоприемником той же радиолокационной
станции.
Вскоре после этого события, было высказано
предположение о возможности в будущем передавать сигналы
УКВ, а возможно, и сигналы телевидения на очень
далекие расстояния, используя поверхность Луны в качестве
своеобразного... зеркала. Тогда, отразившись от
поверхности Луны, УКВ могли бы попасть, например, на
противоположную от передатчика сторону земного шара
(рис. 97).
Вместо Луны для этой цели можно было бы
использовать и искусственный спутник Земли, «запущенный» на
более близкое расстояние от Земли, чем Луна.
„КУСОЧЕК РАДУГИ" (ЦВЕТНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ)
Ярким солнечным днем выйдите на просторы чудной
природы нашей Родины.
Какое обилие цветов и красок! Темнозеленая листва
деревьев и бирюзовый ковер сочной травы, усыпанный
множеством цветов самой причудливой раскраски,
чередуются с золотом волнующегося моря пшеницы, а ря
дом — ослепительно серебристая лента реки. На ярко-
голубом небе — стаи облаков, такие белые, что, кажется,
ничто на свете не может быть белее их. И все это
непрерывно меняется, переливается красками, играет
оттенками света и тени.
Но вот на какое-то мгновение набежала тучка и
закрыла солнце. Все вокруг как-то побледнело и посерело,
стало скучнее. А ведь, казалось бы, ничего особенного не
случилось — просто немного изменилась яркость света,
исчезли резкие переходы от света к тени.
Теперь представьте себе, что вдруг в природе исчезли
все краски и цвета, и вокруг себя вы видите громадные,
художественно сделанные черно-белые живые
фотографии. Как безрадостно было бы жить в таком
одноцветном сером мире! Чтобы представить это, попробуйте
достаточно долго рассматривать окружающий вас пейзаж
216
сквозь синее или красное стекло. Тогда легко станет
понятным, почему пещерный человек, едва научившийся
выцарапывать на камнях свои первые наивные рисунки,
стал их старательно раскрашивать. Его еще примититз-
ный ум не мирился только с очертаниями знакомых ему
предметов и животных. В своей темной и холодной
пещере он хотел видеть кусочек внешней природы такой,
какова она была на самом деле, и в первую очередь —
в красках.
Позднее, когда люди еще не знали пара и
электричества, художники писали картины, вызывающие и теперь
восхищение посетителей музеев своей яркостью и
сочностью красок. Так, на протяжении многих веков
живопись красками являлась неизменным спутником человека,
было ли это мрачное Средневековье или периоды
блистательного расцвета древних цивилизаций.
Когда после долгих исканий, во второй половине
XIX века, человеку удалось наконец получить первое
фотографическое изображение, то тотчас же его
следующим стремлением стало сделать фотографию цветной. Но
лишь в 20-х годах нашего века появились первые
практические способы получения цветных фотографий и
кинокартин.
И то и другое оказалось делом столь сложным и
несовершенным, что и до сих пор целая армия ученых
и специалистов все еще бьется над задачей получения
цветных кинокартин и фотографий столь же простым
путем, как и обычных одноцветных, точнее — черно-белых
кинофильмов и фотографий.
Все это повторилось и с телевидением. Буквально на
следующий день после того, как ученый провел
последнюю бессонную ночь у телевизора и, получив наконец
первое одноцветное изображение, мог разогнуть спину, он
тут же снова склонился над новой, еще более
кропотливой работой по созданию цветного телевидения. И
каждый раз, когда рождалась какая-нибудь новая система
передачи изображений, параллельно с ней обязательно
появлялся и ее цветной вариант.
Особенна много и напряженно стали работать ученые
над проблемой цветного телевидения, после того как было
создано современное, действительно высококачественное
и чисто электронное телевидение.
217
Но для того чтобы поподробнее ознакомиться с этой
увлекательной проблемой теперь совсем уже недалекого
будущего, нам придется немного вернуться назад.
Из физики известно, что трехгранная стеклянная
призма разлагает луч белого цвета на все цвета радуги, или,
как говорят, на его спектр. В полученном таким способом
спектре можно различить красную, оранжевую, желтую,
зеленую, голубую, синюю и фиолетовую полосы,
постепенно переходящие одна в другую.
Каждая из этих полос, в свою очередь, имеет еще
множество самых различных оттенков. Человеческий глаз
способен различить их в спектре больше 160.
Несмотря на отмеченное выше богатство различных
оттенков спектра, в нем преобладает всего три главных
участка, или зоны, — красный, зеленый и синий
(табл. I, а).
Если же на пути луча белого света поставить не одну,
а две призмы, основаниями в разные стороны, как
показано на рис. 98, то, пройдя первую призму, свет, как
обычно, разложится на спектр. Вторая же призма, собрав
все лучи спектра вместе, превращает их снова в белый
свет.
Следовательно, видимый человеческим глазом белый
свет является смесью лучей самых различных цветов — от
тёмнокрасного до темнофиолетового.
Когда мы, например, видим какой-либо предмет
красного или зеленого цвета, то это означает, что из всего
спектра белого света этот предмет отражает или
пропускает только красные или зеленые лучи, а все остальные
поглощает (табл. I, б).
Художники хорошо знают, что в живописи почти все
цвета и оттенки окружающей нас природы можно
получить, смешивая в разных количествах всего три краски:
красную, желтую и синюю.
Точно так же любой цвет светового спектра или его
оттенок можно получить, смешивая только красные,
зеленые и синие лучи. Так, из разных количеств красных и
зеленых лучей можно получить любые оттенки желтого
цвета, из красных и синих — голубого цвета и т. д.
В этом отношении законы смешения световых лучей
несколько отличаются от законов смешения красок.
Эти три цвета спектра — красный, зеленый и синий —
218
условились считать основными, а пурпурный, желтый
и голубой — дополнительными. Смешав вместе
лучи всех цветов, можно получить белый цвет (табл. I, в).
Весьма сложный процесс цветного зрения — почему
именно наш глаз различает цвета — впервые объяснил
великий русский ученый М. В. Ломоносов. Согласно вы-
1. фиолетовый 2. Зеленый 5 Красный
Рис. 98.
Схема опыта разложения луча белого света в спектр и обратного
превращения спектра в белый свет при помощи двух поставленных
друг за другом стеклянных призм.
сказанной им теории, все цветочувствительные элементы
сетчатки глаза (колбочки) делятся на три группы,
каждая из которых чувствительна только к какому-либо
одному главному участку светового спектра — красному,
зеленому или синему. Эти элементы хорошо перемешаны
друг с другом: почти в любой, самой маленькой точке
сетчатки можно найти элементы всех трех сортов.
Белый цвет, являясь смесью лучей всех цветов,
возбуждает в одинаковой степени все цветочувствительные
элементы сетчатки, и посылаемые ими отдельные нервные
импульсы, складываясь вместе, создают в мозгу
зрительное ощущение белого цвета. Но когда на глаза
воздействуют только одни синие лучи, то они возбуждают лишь
элементы, чувствительные к синему участку спектра, и
почти не действуют на другие. Точно так же действуют
и красные лучи. Зеленые лучи, помимо своих зеленочув-
ствительных элементов, частично действуют и на красно-
чувствительные элементы.
Лучи света, не имеющие в сетчатке глаза своих
отдельных чувствительных элементов, воспринимаются по-
другому. Например, фиолетовые лучи одновременно
возбуждают элементы, чувствительные как к синему, так и
219
к красному цвету, отчего создается новое, сложное
впечатление фиолетового цвета. При этом в зависимости от
того, каких основных лучей и цветочувствительных
элементов в таком смешанном воздействии участвует больше,
таков будет и оттенок этого цвета — или ближе к синему,
или же к красному. Голубые лучи возбуждают все три
группы цветочувствительных элементов сетчатки глаза
почти поровну, что в сумме и создает впечатление
голубого цвета. Если голубые лучи при этом имеют еще
какой-то дополнительный оттенок, то это означает, что
какие-то цветочувствительные элементы были возбуждены
несколько больше остальных. Желтые лучи одинаково
возбуждают зеленые и красные элементы, оранжевые
действуют главным образом на красные и несколько
меньше на зеленые и т. д.
Степень чувствительности глаза к лучам различного
цвета показана на рис. 99.
Благодаря такой удивительной способности глаза
любой оттенок цвета, падающий на его сетчатку,
правильно воспринимается мозгом человека, несмотря на то
что для этого сетчатка обходится всего тремя сортами
цветочувствительных элементов.
Современные способы цветной фотографии и
кинематографии и основаны на учете этих особенностей глаза.
Сначала рассмотрим упрощенную схему получения
цветных изображений вообще. С фотографируемого
предмета делаются одновременно три снимка; каждый —
в лучах только одной из трех основных зон спектра:
красных, зеленых или синих. Для этого перед каждой
пластинкой устанавливается светофильтр—особо
приготовленное цветное стекло, пропускающее только лучи
своей зоны. В результате съемки получаются три
отдельных черно-белых негатива, заметно отличающихся друг
от друга по степени потемнения одних и тех же участков;
то, что получалось темным в одних лучах, оказывается
светлым или даже белым в других лучах, и наоборот.
После этого с негативов печатаются три отдельных
прозрачных позитива, тоже отличающихся друг от
друга различной степенью потемнения одних и тех же
мест.
Затем каждый из таких снимков, называемых цвето-
деленными, окрашивается в один из трех основных цве-
220
Таблица I
6 III V
[ г
,ЯИс2
т
\^/
\
1 \
Нрасноощущающий
шмен/п глаза
Зеленоощущающий
элемент глаза
Синаощщамщии
элемент глаза
Ч§> 5* $» <ь
I
^)
I 11II1
1
I
Рис. 99.
Кривые восприимчивости цветочувствительных элементов глаза
к лучам различного цвета.
тов: красный, синий и зеленый. После этого снимки
устанавливаются в три отдельных проектора и все
проектируются на один общий экран так, чтобы они точно совпали
друг с другом. Смешавшись в должном соотношении
вместе, одноцветные изображения основных цветов
превращаются в единое многоцветное изображение
(табл. I, г).
Этот самый простой способ получения цветного
изображения называется аддитивным или способом
сложения. Но если мы решим вместо смешивания трех цветных
лучей на экране смешать сами снимки, то-есть сложим
их вместе в пакет и посмотрим на свет, то мы ничего не
увидим — он будет казаться черным. Почему?
Да очень просто. (Каждая из пленок может пропустить
лучи света только одной своей зоны и задержит все
221
остальные цвета. Сложенные все вместе, они не пропустят
ни одного. Следовательно, при получении цветных
фотографий или кинофильмов только что описанный способ
ввиду его явной громоздкости и сложности мало
пригоден и поэтому практически не применяется. Желательно
пользоваться не тремя отдельными снимками и тремя
проекторами, смешивая одноцветные лучи света лишь на
экране, а только одним, уже готовым многоцветным
изображением и пользоваться им, как обычным
фотоснимком или фильмом.
Для этого все три отдельных позитивных снимка
окрашиваются не в основные цвета, а в дополнительные
к ним, то-есть снимок, сделанный в синих лучах (через
синий светофильтр), окрашивается в желтый цвет,
снятый в зеленых лучах — в пурпурный, снятый в красных
лучах — в голубой цвет. Тогда, совместив три таких
одноцветных прозрачных снимка точно все вместе и
посмотрев сквозь них на свет, мы увидим полное цветное
изображение снятого предмета.
Окрашивание отдельных снимков не в основные,
а в дополнительные к основным цвета в данном случае
потребовалось, ввиду того что полученное этим способом
окончательное трехслойное изображение необходимо
рассмотреть «на просвет», то-есть пропуская луч белого света
сквозь весь пакет.
Первая пленка, окрашенная в желтый цвет, а желтый
цвет состоит из смеси красных и зеленых лучей,
поглотит (вычтет) из белого цвета все или необходимую часть
синих лучей (в зависимости от плотности снимка)
и пропустит остаток этих лучей, а также без особых
изменений зеленые и красные лучи дальше. Вторая пленка,
окрашенная в пурпурный цвет, в свою очередь состоящий
из смеси красных и синих лучей, пропустит остаток синих
лучей, задержит целиком или частично зеленые лучи
и полностью пропустит красные лучи. Наконец, третья
пленка, окрашенная в голубой цвет, тоже являющийся
смесью зеленых и синих лучей, задержит все или часть
красных лучей и пропустит дальше все остальные лучи,
уже прошедшие сквозь два предыдущих слоя. Ход
световых лучей через такой многослойный пакет показан на
табл. II, а.
Склеив теперь вместе все три пленки, мы получим
222
многоцветную фотографию, главным недостатком которой
является только то, что ее приходится рассматривать
«на просвет». Если же для этой цели используется
кинопленка, то для нее это недостатком уже не является, так
как она именно и предназначена для проекции «на
просвет» (табл. II, б).
Способ цветной фотографии, основанный на
пропускании белого света последовательно через три окрашенных
в дополнительные цвета слоя, называется субстрактив-
ным, или способом вычитания. В современной цветной
фотографии и киносъемках применяется, как правило, способ
вычитания, а в телевидении — оба эти способа.
Для практической цветной фотографии в настоящее
время применяются специальные пленки и бумага, у
которых светочувствительный слой состоит из трех
отдельных цветочувствительных слоев, нанесенных один на
другой, каждый из которых одновременно является и
фильтром для нижележащего слоя. Снятые на такую пленку
и бумагу изображения оказываются уже заранее
совмещенными.
Вооружившись результатами первых опытов получения
цветных фотографий, советский изобретатель И. А. Ада-
миан еще в 1925 году разработал систему цветного
телевидения, применительно к существовавшей тогда
механической развертке изображений диском Нипкова.
По его проекту, как на передающем, так и на
приемном дисках вместо одной спирали с 30 отверстиями
делались три отдельные спирали. Размеры дисков при этом,
естественно, приходилось значительно увеличивать.
Отверстия каждой спирали закрывались стеклами или
пленками — красными, зелеными и синими. За один оборот
диска изображение теперь развертывалось не один раз,
как раньше для одноцветного изображения, а три раза —
по очереди через каждую цветную спираль.
Чтобы правильно передать соотношение цветов
изображения, применяемый фотоэлемент должен был
обладать одинаковой чувствительностью ко всем участкам
спектра.
В той же последовательности, как и развертка,
передавались и сигналы — сначала те, какие прошли на
фотоэлемент через красные, затем зеленые и, наконец, синие
стекла.
223
В приемнике перед газосветной лампочкой, которая
должна была обязательно излучать белый свет, вращался
точно такой же диск, как и на передатчике. Через него
и воспроизводились полученные сигналы изображения:
сначала через спираль с красными, затем с зелеными и,
наконец, с синими светофильтрами.
В силу уже знакомой нам инерции глаза все эти
следующие друг за другом с достаточной быстротой
отдельные цветные изображения сливаются в единое
многоцветное изображение (табл. II, в).
Несмотря на кажущуюся простоту, практически
организовать передачи цветного телевидения по такой схеме
в свое время все же не удалось. И вот почему.
Количество света, попадающего на фотоэлемент, из-за развертки
изображения вместо одной — тремя спиралями,
уменьшалось в три раза. Сверх этого оно уменьшалось еще в во-
семь-десять раз за счет потерь в довольно темных стеклах
светофильтров. А света, как мы уже знаем, не хватало
даже для обычной одноцветной передачи. Помимо этого,
в то время непреодолимую трудность представляла
необходимость трехкратного расширения полосы частот
передатчика, то-есть полоса частот, занимаемая одной
такой станцией, должна была равняться полосе частот,
отводимой шести обычным радиовещательным
станциям.
Сразу же после появления первых высококачественных
электронных систем телевидения повсеместно начались
работы над превращением их в цветные. Первая такая
система была предложена в 1929 году советским
инженером Ю. С. Волковым. По его проекту, в передатчике
развертка изображения производилась, как и у Адамиана,
трехспиральным диском Нипкова, только с несколько
увеличенным числом отверстий в каждой спирали (60 строк).
Прием изображений производился на катодную трубку,
экран которой был разделен на три горизонтальные
полосы, покрытые фосфорами различного свечения:
красного, зеленого и синего. На каждом таком участке экрана
трубки по очереди и появлялось свое одноцветное
изображение.
Затем каждое такое изображение при помощи
отдельного объектива проектировалось на один общий экран.
Накладываясь точно друг на друга, эти три одноцветных
224
Таблица II
=■+!
Таблица III
изображения — красное, зеленое и синее — сливались
в одно многоцветное (табл. III, а).
В свое время эту систему передачи практически
организовать также не удалось. Изготовлять трубки с нескольким
ми цветными слоями фосфора для вакуумной техники того
времени было делом еще очень трудным. Не имелось и
достаточно совершенных цветных фосфоров. Кроме того,
очень трудно было получить все три изображения
одинаковыми по размеру и на одних и тех же местах
экрана трубки. Столь же затруднительно было затем
совместить их все точно в одно изображение на общем
экране.
Чаще всего принимаемые изображения раздваивались,
а вследствие этого правильное сочетание цветов резко
нарушалось. Серьезным препятствием являлись и общие
недостатки, присущие всем механическим системам
развертки: большие потери света и тысячи других, столь же
неприятных причин.
Переход с механических систем телевидения на
высококачественные, полностью электронные системы
потребовал совершенно иных способов получения цветных
изображений, особенно на передатчике. И хотя установки
современного высококачественного телевидения появились
почти 15 лет назад, только в последние годы были
разработаны первые, пока еще лабораторные системы
цветного, полностью электронного телевидения.
Это и понятно. Слишком много дополнительных
вопросов пришлось решать ученым зачастую в областях,
очень отдаленных от телевидения, — в оптике, химии,
электротехнике, радиотехнике, физиологии зрения и
многих других.
Первая из этих систем основана на идее, очень схожей
с системой, разработанной в свое время Адамианом.
В ней перед передающей трубкой, мозаика которой
должна быть одинаково чувствительной ко всем цветам
спектра, вращается диск, состоящий из трех цветных
секторов: красного, зеленого и синего (табл. III, б).
Свет от передаваемого изображения попадает на
мозаику, проходя по очереди через эти цветные секторы.
Вследствие этого на мозаике одно за другим создаются
скрытые электрические изображения, заряды которых по
величине отличаются друг от друга, ибо, как мы узнали
15 Телевидение
225
выше, одно и то же изображение, рассматриваемое через
разные цветные фильтры, дает совершенно различную
картину распределения светлых и темных участков.
А сила тока обычного фотоэлемента, как известно,
изменяется не от цвета, а от общей яркости падающего на
него света.
И в данной системе каждый кадр изображения
должен передаваться трижды: сначала в красном, затем
в зеленом и, наконец, в синем свете.
В приемнике все происходит в обратном порядке.
Перед экраном приемной трубки, который в данном
случае должен светиться чистым белым светом, вращается
такой же, как и на передатчике, диск с тремя цветными
секторами. Если в обычном, черно-белом телевидении
каждый полный кадр передается в течение 725 доли
секунды, то здесь за тот же отрезок времени надо передать
уже три цветных кадра или каждый цветной кадр в
течение 775 доли секунды.
Полоса частот, занимаемая передатчиком,
передающим цветное изображение по этой системе, тоже должна
равняться утроенной полосе, занимаемой черно-белой
передачей. Если передавать таким способом цветное
изображение, например, с четкостью 625 строк, то
потребуется полоса частот, равная 19 миллионам герц. Чтобы
уложиться в полосу частот, отводимую теперь станции черно-
белого телевидения, равную всего 6 миллионам герц,
приходится идти на известные жертвы и уменьшать число
элементов изображения. Вместо 500 тысяч элементов теперь
можно передать лишь около 100 тысяч элементов, что по
четкости соответствует лишь 185—200 строкам. При этом
приходится еще уменьшать число полных кадров с 25 до
10 в секунду и т. д., то-есть сокращать все качественные
стороны телевидения почти втрое.
Необходимость уложиться в полосу, занимаемую
черно-белым телевидением, в первую очередь вызывается
следующими соображениями: при наличии в стране
большого числа приемников черно-белого телевидения
владельцы их должны иметь возможность принимать и
станции, ведущие цветные передачи, хотя их они смогут
видеть не цветными, а только черно-белыми.
Впоследствии безусловно могут быть разработаны несложные и
недорогие приспособления, которые позволят перевести эти
226
приемники и на прием цветных передач. Наконец, должна
остаться обратная возможность — принимать на цветные
приемники черно-белые передачи.
При разных полосах частот нецветного и цветного
телевидения ничего этого осуществить было бы
невозможно.
Поскольку вышеописанная система оказалась на
первое время проще всех других разрабатываемых систем,
то она и была претворена в жизнь раньше всех других.
Теперь ученые и специалисты наконец-то смогли
собственными глазами увидеть, что собой представляет
высококачественное цветное телевидение, оценить все его
достоинства и недостатки и лишний раз убедиться в том,
как много еще предстоит сделать в этом направлении.
Эта первая опытная система оставила нерешенным
или решенным пока еще неудовлетворительно целый ряд
весьма существенных моментов. Например, присутствие
каких-либо вращающихся механизмов и дисков в
приемнике всегда было крайне нежелательным. И если такой
диск кое-как еще мог быть терпим в приемниках с
катодными трубками малых размеров, то с непрерывным
увеличением размеров приемных трубок размеры диска
должны в конце концов стать столь большими, что это
почти исключает его дальнейшее применение. Эта
трудность лишь частично устраняется применением
вместо диска вращающегося вокруг трубки кольцевого
барабана.
Несмотря на свою сложность, уменьшение числа
элементов и прочие недостатки, первые опыты цветного
телевидения дали много утешительного. Они показали
такую жизненность и естественность изображений, против
которых черно-белые передачи не могут идти ни в какое
сравнение. Кроме того, оказалось, что при равном числе
элементов разложения цветное изображение кажется во
много раз лучше черно-белого. Например, по четкости
цветное изображение при 185 строках кажется
равноценным 525-строчному черно-белому. Специалисты считают,
что если впоследствии число строк цветного телевидения
будет увеличено до существующего стандарта черно-
белого, то-есть до 525 или 625 строк, то тем самым по
четкости оно будет равняться 900—1000-строчному черно-
белому телевидению. И здесь «виновником» оказывается
15*
227
наш глаз, который очень сложным путем способен
передать мозгу больше сведений об изображении, если он
видит его в цветах. Поэтому усилия ученых, работающих
в настоящее время в области телевидения, направлены
главным образом на окончательное преодоление
препятствий, ставших на пути осуществления этого нового, еще
более увлекательного дела.
Но нам снова надо вспомнить о том, что
принципиально верный и наиболее многообещающий, хотя пока еще
и самый трудный путь создания действительно
высококачественного цветного телевидения лежит в получении
цветных изображений чисто электронным путем.
Да и способов решения задачи здесь можно будет
найти гораздо больше, чем с любыми механическими
приспособлениями, какими бы остроумными они ни казались.
Сейчас уже существует несколько вариантов
лабораторных установок чисто электронного цветного телевидения,
наиболее простую из которых мы и опишем (табл. III, в).
В ней вместо одной применяются три отдельные
передающие трубки, каждая из которых чувствительна к
одной из трех главных зон светового спектра — красной,
зеленой или синей.
Передаваемое изображение при помощи объектива и
вспомогательного оптического устройства наводится
одновременно на светочувствительные мозаики всех трех
трубок. Вспомогательное оптическое устройство состоит из
двух полупрозрачных зеркал — фильтров, поставленных
под некоторым углом к лучу света, идущему от
изображения.
Сначала свет попадает на первое, желтое
полупрозрачное зеркало, которое отражает на расположенную
сбоку трубку, чувствительную к синим лучам, лишь лучи
синей зоны, а все остальные лучи пропускает дальше.
Второе полупрозрачное зеркало, пурпурного цвета,
отражает на расположенную сбоку трубку, чувствительную
к зеленым лучам, только лучи зеленой зоны спектра.
Оставшиеся лучи красной зоны проходят прямо на
трубку, чувствительную к красным лучам.
Как мы видим, это устройство по принципу сходно
с описанной нами раньше цветной фотографией,
снимаемой по способу вычитания цветов.
Разделенные таким образом лучи света создают в
228
своих трубках сигналы, соответствующие каждому
отдельному цвету.
Эти сигналы затем усиливаются и передаются не друг
за другом, как у предыдущей системы, а одновременно
занимая в спектре частот передатчика каждый свой
отдельный участок.
На приемном устройстве эти сигналы снова
разделяются на три части, раздельно усиливаются и затем
подводятся к трем отдельным трубкам, экраны которых
светятся красным, зеленым и синим светом. При помощи
довольно сложного оптического устройства одноцветные
изображения, получающиеся на экранах всех трех трубок,
совмещаются в одно многоцветное изображение, а оно
уже затем проектируется на большой белый экран.
Выше мы привели только общую схему передачи
цветных изображений по этой системе. Практически все
происходит гораздо сложнее описанного.
Принципиально такая система имеет целый ряд
существенных преимуществ. Все процессы в ней совершаются
электрическим путем, что полностью устраняет какие-
либо вращающиеся механизмы. Кроме того, она дает
широкие возможности для любых усовершенствований и
нововведений, которые каждодневно порождают
современная наука и техника.
При ней размеры получаемого изображения не
ограничиваются, и она может быть осуществлена с трубками
любых размеров, включая и установки для проекции на
большой экран.
Наконец, параллельная передача цветных сигналов
позволяет за счет ряда технических мероприятий сжать
общую полосу частот передатчика до 6 мегагерц, и,
следовательно, отпадает необходимость уменьшения числа
элементов изображения.
Преимущество полностью электронных систем цветного
телевидения подтверждается следующим фактом: не так
давно были предложены проекты двух трубок,
позволяющих получать полное цветное изображение на экране
только при помощи одной трубки вместо трех, требовавшихся
раньше.
От обычных трубок они отличаются тем, что у них
светящийся состав на экран нанесен не сплошным слоем,
а небольшими точками, в виде правильных треугольни-
229
ков. В каждом таком треугольнике одна точка под
действием пучка электронов светится красным, вторая —
зеленым, а третья — синим светом. Всего на экране
размещается примерно 200 тысяч треугольников, или 600
тысяч разноцветных светящихся точек.
Непосредственно перед таким экраном ближе к катоду
помещается тонкий металлический диск с 200 тысячами
отверстий. Размер каждого отверстия приблизительно
равен размеру одной светящейся точки экрана. Диск
поставлен так, чтобы его отверстия приходились против
центра каждого треугольника.
Электронная пушка вместо одного катода имеет три,
и при развертке на экран трубки, вернее — на
металлический диск, вместо одного сразу направляются три
электронных луча. Эти лучи фокусируются так, что все они
попадают точно в одно и то же отверстие диска. Но так
как эти лучи исходят из разных точек (катодов), то,
пройдя сквозь отверстие диска под несколько разными
углами, они дальше немного расходятся по сторонам
и попадают каждый на свою светящуюся цветную точку,
например один луч на красную, другой — на зеленую и
третий луч — на синюю точку (табл. III, г).
Такой тройной электронный луч при развертке
скользит по поверхности диска, как один луч. Передатчик
в этой системе развертывает по цветам уже не целые
кадры, как было описано раньше, а элемент за
элементом, сначала в одном, затем в другом и после в третьем
цвете, при помощи специального электронного
переключателя.
Управляющее устройство такой трубки сделано так,
что пока общий тройной луч проходит сквозь одно
отверстие диска, сигнал, поступивший в данное мгновение
от красной точки изображения, действует только на то!
электронный луч, который нацелен на точку экрана,
светящуюся красным светом.
Остальные лучи в это время запираются и не
действуют.
'Когда приходит сигнал от синей точки изображения,
он действует на луч, попадающий только на синюю
точку экрана, от зеленой — на луч, освещающий лишь
зеленую точку треугольника. Поэтому на экране трубки
с разной яркостью друг за другом светятся сначала все
230
три цветные точки одного треугольника, потом все три
точки другого треугольника, и так далее — до конца,
пока электронный луч не обойдет все 200 тысяч
треугольников, то-есть развертка изображения идет точка за
точкой, треугольник за треугольником, строка за строкой.
Действуя в очень короткий промежуток времени, эти
разноцветные вспышки и создают у зрителя
впечатление полного цветного изображения. С такой трубкой
сразу отпадает сложная работа по совмещению на одном
общем экране изображений от трех отдельных трубок
и масса прочих недоразумений, свойственных всем
описанным ранее системам.
Этот шаг вперед к осуществлению еще более простой
системы цветного электронного телевидения, как это
часто бывает, оказался не последним. В самом деле,
ведь здесь должны обязательно быть три отдельных
излучающих электроны катода, три отдельных электронных
луча, сложное переключающее устройство, управляющее
тройкой быстрых и капризных «коней». ..
Нельзя ли упростить все дело так, чтобы обойтись,
например, только одним лучом? Сделать так, чтобы один
и тот же луч, пройдя отверстие диска, сам
изгибался и попадал на нужную, светящуюся цветную точку
экрана?
Оказывается, можно. И вот появляется проект трубки,
у которой вместо трех имеется лишь один катод и
работает всего один электронный луч. Металлический экран и
треугольники из цветных точек, разумеется, остаются те
же. Но зато управляется электронный луч теперь много
хитрее. Вместо того чтобы лететь к экрану прямо, он при
помощи специальной магнитной системы закручивается
в виде штопора (рис. 100).
Пролетев сквозь отверстие в диске, такой
закрученный электронный луч может по очереди попадать на
любую из трех цветных точек треугольника.
Скорость вращения электронного луча по спирали
автоматически регулируется таким образом, что когда
электронный луч управляется сигналом от красной точки
изображения, то он непременно попадает только на
красную точку.
Когда же через мгновение на луч действует сигнал,
пришедший от зеленой точки изображения, то скорость
231
закручивания луча немного изменяется, и он, пройдя
диск, попадает уже на зеленую точку экрана, и т. д.
Наконец, совсем недавно был разработан проект еще
более простого устройства цветной приемной трубки
с одним электронным лучом (табл. III, д).
Экран такой трубки составлен из очень тоненьких
вертикальных полосок разноцветного фосфора шириной
0,5 миллиметра каждая, расположенных в следующей по-
Рис. 100.
Устройство приемной трубки цветного телевидения, использующей
только один электронный луч, имеющий дополнительное,
«штопорное» вращение.
следовательности: красная, зеленая, синяя, зеленая,
красная, зеленая, синяя и т. д. Иными словами, между красной
и синей полосками всегда располагается зеленая.
Всего на экране размещено 400 зеленых, 300 красных
и 300 синих полосок.
Вплотную к внутренней поверхности экрана
поставлена сетка, или растр, из тоненьких вертикальных
проволочек таким образом, что каждая проволочка стоит как
раз против середины каждой красной и синей полосок
фосфора. Против зеленых полосок проволочек нет.
Все нечетные (красные) и все четные (синие)
проволочки соединены с соответствующими контактами
электронного переключателя цветов.
Этот переключатель по очереди подает на одни про-
232
волочки положительное, а на другие — отрицательное
напряжение, равное 350 вольтам.
Когда напряжение на проволочках равно 0 вольт, то
электронный луч, развертывающий экран, проходит на
него прямо, не изгибаясь ни в одну сторону, и попадает
на зеленые полоски экрана. Когда же, например, на
нечетные проволочки (красные) подается положительное
напряжение, равное 350 вольтам, а на соседние, четные,
проволочки (синие) — 350 вольт отрицательного
напряжения, то под действием совместного напряжения,
равного 700 вольтам, электронный луч, пройдя вплотную
к экрану, будет изгибаться в сторону проволочек,
стоящих против красных полосок фосфора, и, попадая на
них, вызывать свечение красного цвета.
Если же напряжение на проволочках меняется
наоборот и положительно заряженными становятся синие
проволочки, а отрицательными — красные, то
электронный луч будет отклоняться в сторону синих проволочек и,
попадая на синие полоски фосфора, вызовет на них
световые вспышки синего цвета.
Так как на передатчике каждый элемент
передаваемого изображения при помощи электронного
переключателя по очереди развертывается сначала красной, потом
зеленой и, наконец, синей передающей трубкой, то и
в приемнике точно такой же переключатель сначала
подключает дополнительное положительное напряжение на
красные проволочки; потом напряжение снимается совсем,
и луч проходит на экран не изгибаясь; затем это
напряжение подается на синие проволочки. Получается, что
во время развертки экрана электронным лучом кончик
этого луча имеет еще дополнительное движение: он то
составляет с лучом прямую линию, то немного отстает
назад или, наоборот, обгоняет его, изгибаясь немного
вперед. Все эти поочередно вспыхивающие разноцветные
точки на поверхности экрана трубки, складываясь вместе,
создают впечатление единого многоцветного изображения.
Следует всегда помнить, что у любой из описанных
выше трубок каждая цветная точка экрана светится
только тогда, когда на нее попадает сигнал, пришедший от
точки изображения точно того же цвета. Здесь, конечно,
все зависит от исключительной точности и быстроты
работы всех сложных управляющих устройств.
233
Достаточно сигналу на какую-то одну
десятимиллионную долю секунды запоздать или, наоборот, забежать
вперед, как электронный луч заскочит уже на соседнюю
светящуюся точку экрана, и все пойдет «шиворот-навыворот».
Однако электроны — эти чудесные маленькие слуги
человека — настолько чутки, исполнительны и податливы,
что могут в точности следовать за приказами, в десятки
и сотни раз более быстрыми, чем те, которые отдаются
в этой системе, и все же не сбиваться с установленного
для них порядка.
В этом и заключается несравнимое преимущество всех
электронных систем телевидения, особенно цветного.
На чем наконец остановят свой выбор ученые, сейчас
еще трудно предсказать, но одно несомненно, что в
ближайшем будущем цветное телевидение выйдет из стадии
лабораторных опытов и станет таким же достоянием
радиозрителей, как цветное кино.
ОБЪЕМНОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Все окружающие нас предметы мы обычно
рассматриваем двумя глазами. Поскольку глаза человека
находятся на некотором расстоянии друг от друга, каждый
предмет воспринимается ими по-разному: левый глаз
видит его под несколько другим углом, чем правый. В
зависимости от положения рассматриваемого предмета
в пространстве какой-либо один глаз обязательно видит
его более удаленную часть, а другой — ближнюю.
Складываясь в мозгу, эти два отличных друг от друга
Рис. 101.
Как глаз видит объемные предметы.
Рис. 102.
Устройство обычного стереоскопа.
зрительных образа создают впечатление объема, или
глубины, пространства (рис. 101).
Если рассматривать окружающий нас мир только
одним глазом, то ощущение глубины, или объемности,
пространства исчезает, и в ряде случаев глазу становится
трудно различить, какой предмет расположен ближе,
какой дальше.
Попробуйте, закрыв один глаз, свести вместе острия
двух карандашей, держа их на вытянутых руках. Вряд
ли вам это скоро удастся.
Любое плоское изображение, например фотография,
даже если ее рассматривать обоими глазами, как бы мы
ни старались, не создает ощущения объема, или глубины,
пространства.
Однако впечатление объемности легко получается на
так называемых стереоскопических снимках — двойных
фотографиях, снятых аппаратом с двумя объективами,
расставленными друг от друга на расстояние, равное
расстоянию между глазами человека. Хотя обе фотографии
даже при самом внимательном их изучении кажутся
совершенно одинаковыми, почти незаметной разности
в углах зрения вполне достаточно, чтобы, рассматривая
235
их через особое устройство — стереоскоп (в котором
каждый глаз видит только одно отдельное изображение), мы
неожиданно получили исключительно четкое, как бы
осязаемое ощущение глубины предмета (рис. 102).
Отсутствие впечатления глубины у обычных
фотографий и вызвало появление стереоскопа вскоре же после
изобретения фотографии.
Однако изобрести объемное кино ученым не
удавалось в течение многих десятилетий.
То, что легко получалось для простой фотографии,
требовало исключительно сложной аппаратуры и
приспособлений в кино — например, особых очков для каждого
зрителя. И только советскому изобретателю, лауреату
Сталинской премии С. П. Иванову в 1941 году после
многих лет упорной работы удалось создать первую,
практически осуществимую безочковую систему
объемного кино.
В столице нашей Родины уже несколько лет работает
единственный в мире кинотеатр для демонстрации
объемных фильмов, изготовляемых на советских кинофабриках.
Как и можно было ожидать, с появлением первых
установок телевидения тотчас же стали делаться попытки
найти способы передавать и принимать объемные
изображения. И то, что потребовало десятилетий работы и с
таким огромным трудом далось кинематографии, для
первых систем телевидения не представило больших
затруднений.
Секрет этого обстоятельства оказался очень
простым — первые системы объемного телевидения
представляли собой, по сути дела, обыкновенный стереоскоп,
рассчитанный на одного человека. Для этой цели на
передающем диске Нипкова вместо одной размещались
две спирали: одна — ближе к центру, а другая — к краю
диска. Одна спираль развертывала изображение,
соответствующее углу зрения левого глаза, а другая — правого.
Следовательно, на фотоэлемент по очереди действовал
свет, проходящий то через внешнюю, то через
внутреннюю спираль.
В приемнике устанавливался точно такой же двух-
спиральный диск с двумя отдельными газосветными
лампочками. Принимаемое изображение рассматривалось
через стереоскоп, в котором левый глаз видел свет от
236
левой лампочки, проходящий через одну спираль, а
правый глаз — от правой лампочки, проходящий через
соседнюю спираль (рис. 103).
Естественно, что при этом приходилось передавать
двойное число элементов изображения. Последнее
обстоятельство, а также то, что, пользуясь стереоскопом,
передачу мог видеть всего только один человек, причем
Рис. 103.
Схема устройства для передачи и приема объемных
(стереоскопических) изображений при помощи двухспирального диска Нипкова
и обычного стереоскопа.
прикованный к прибору в неудобной позе, надолго
затормозили работы в этом направлении. После появления
электронных систем высококачественного телевидения
диском Нипкова пользоваться было уже невозможно,
и перед учеными стала задача, как при новых условиях
получить высококачественное объемное изображение.
Для начала пришлось снова обратиться к стереоскопу.
Для этой цели на передатчике устанавливается
оптическое устройство, фокусирующее на одной половине
мозаики передающей трубки изображение, соответствующее
точке зрения левого глаза, на другой — правого, то-есть
вместо одного передаются два нормальных изображения.
При этом размеры и четкость каждого изображения,
естественно, уменьшаются вдвое.
В приемнике такое двойное изображение
воспроизводится на экране одной и той же трубки и
рассматривается через обычный, неподвижный, стереоскоп. Однако
такое изображение может наблюдать только один
человек, обязанный сидеть перед прибором неподвижно в
одном и том же положении.
Другая система значительно сложнее, но зато она
позволяет человеку, рассматривающему изображение,
некоторую свободу движений.
В этой системе изображение для каждого глаза
принимается на свою отдельную трубку (рис. 104).
Наружная поверхность трубок покрывается специальным,
двоякопреломляющим, кристаллическим составом
(например, исландским шпатом), который световые колебания,
излучаемые фосфором экрана, поляризует, то-есть
пропускает только в какой-либо одной плоскости —
вертикальной или горизонтальной.
При помощи полупрозрачного зеркала световые лучи
от обеих трубок совмещаются в одно общее изображение,
у которого, однако, лучи, исходящие от каждой трубки,
остаются поляризованными каждый в своей плоскости.
Наблюдатель рассматривает это совмещенное
изображение через специальные очки, стекла которых покрыты
таким же кристаллическим составом, пропускающим
лучи, поляризованные только в какой-либо одной
плоскости. Например, лучи света, исходящие от экрана
левой трубки и поляризованные горизонтально, могут
пройти только через левое стекло очков. Через правое
238
Рис. 104.
Схема устройства двух приемных трубок, изображения которых
поляризованы в разных плоскостях.
стекло очков они пройти уже не могут, так как оно
покрыто составом, пропускающим лучи, поляризованные
вертикально, но зато их пропускает слой, покрывающий
правую трубку. Таким образом, зритель видит слитное
изображение, составленное из двух отдельных
изображений, каждое из которых соответствует точке наблюдения
левого и правого глаза на передатчике.
Применение очков дает возможность зрителю
рассматривать передачу в пределах некоторого небольшого
угла — немного перемещаться вперед и назад, вверх и
вниз, а также позволяет наблюдать изображение
нескольким человекам. Практически обе эти системы
объемного телевидения, кроме специальных случаев, для
массового применения пока еще непригодны.
Несмотря на все затруднения, препятствующие
созданию объемного телевидения, пригодного для массового
зрителя, можно ожидать, что решение и этого вопроса
будет найдено советскими учеными, уже сумевшими
успешно разрешить задачу объемного кино. В последнее
время у объемного телевидения появился серьезный
соперник. При первых пробных передачах цветного
телевидения обнаружилось, что в силу небольших различий
239
в оттенках и яркости цветов, создается впечатление
глубины пространства, то-есть цветное телевидение
оказывается в некоторой степени еще и стереоскопическим.
Поэтому работа по созданию систем чисто объемного
телевидения, повидимому, снова несколько отодвигается,
по крайней мере до успешного завершения работ по
цветному телевидению с проекцией цветного изображения на
большой экран.
НОВЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Оставляя длинный огненный след, вырвалась из
земной атмосферы раскаленная докрасна стальная сигара.
С нарастающей скоростью понеслась она в межпланетное
пространство, удаляясь от Земли полуспиралью, конец
которой был нацелен на Луну — вечного и холодного
спутника Земли, в течение веков привлекавшего к себе
симпатии и внимание главным образом астрономов и поэтов.
Когда в конце своего пути ракета наконец
приблизилась к ночному светилу, взору наблюдателя открылось
волшебное зрелище.
Из небольшого светлого круга Луна сейчас
превратилась в громадный шар, занимающий почти весь небосвод
(рис. 105). Но никто не бросился стремительно к окнам
кабины пилота, чтобы с волнением взглянуть на никогда
еще не виданную человеческим глазом картину. Людей
в ракете не было. В первую космическую разведку вместо
себя они послали пока лишь творение своих рук —
металлическую ракету, снабдив ее совершеннейшими
механизмами.
Как только ракета покинула пределы земной
атмосферы, соскочили предохранительные запоры и пришли в
движение самые разнообразные автоматы,
вычислительные машины, сложнейшие измерительные и контрольные
приборы — все, что необходимо не только для того,
чтобы довести ракету до Луны, но и вернуть ее обратно на
Землю, плавно опустив на парашюте ставшую теперь
драгоценнейшей вещью кабину ракеты с приборами.
Изучив их записи, люди снова пошлют в пространство те же
приборы, которые поведут космический корабль в
следующий рейс, на этот раз уже с пассажирами.
240
ишодны
Рис. 105.
Полет космического корабля, управляемого при помощи установок
телевидения.
16 Телевидение
Едва раскаленная оболочка ракеты остыла,
раскрылись многочисленные люки, и в них алмазами засияли
зрачки объективов. Выползли сложные многоярусные
кольца антенн, и на Землю полетел дождь
радиосигналов с показаниями автоматических приборов и
передатчиков телевидения.
Далеко на Земле, в затемненном помещении
командного пункта управления полетом, ярко засветилось
несколько больших экранов, и все присутствующие как бы
сразу очутились внутри бешено мчащейся в пространстве
ракеты.
На одном экране громадной, с каждым моментом все
расширяющейся и как бы углубляющейся чашей уходила
назад Земля с ее голубыми морями, белыми стадами
облаков, снеговыми шапками высочайших горных хребтов.
На противоположном экране медленно увеличивался
диск Луны.
Среди совершенно черного, усыпанного яркими
звездами неба странным, никогда не виденным на Земле
светом ослепительно сияло фиолетово-голубое Солнце.
Ученые, сутками не выходящие из командного пункта,
так свыклись с видом, открывающимся им на экранах
приемников, что, казалось, жили уже не на Земле, а там,
далеко, где-то около поверхности Луны.
По мере изменения направления полета ракеты одни
объективы передатчиков и антенны убирались внутрь
ракеты, а взамен их выдвигались новые, снова ловящиэ
в свои широко раскрытые зрачки поверхность Луны,
Землю и Солнце.
И не только люди следят за малейшими деталями
этого фантастического полета. Мерно жужжат
кинокамеры, снимающие с экранов на пленку величественную
картину первого полета в мировое пространство
управляемой ракеты, главным грузом которой являются
многочисленные установки телевидения. Руководствуясь ясно
видимой картиной поверхности Луны и теперь уже очень
далекой Земли, находящиеся пока еще на Земле
космические капитаны шлют мощные направленные лучи
радиоволн с сигналами, подправляющими полет ракеты,
пускающими одни и останавливающими другие приборы
и аппараты, выводящие ракету в обратный полет на
Землю.
242
А за всей этой картиной пока еще безопасного и тем
не менее смелого полета, затаив дыхание, следят у своих
телевизоров миллионы людей свободной и богатейшей
в мире страны коммунизма...
Этого пока еще нет. Но совсем не так уж далеко ог
нас то время, когда, раскрыв утренние газеты, мы с
волнением прочтем скупые и мудрые слова решения,
согласно которому в точно установленный срок советские
ученые, а с ними и вся страна пошлют в звездный рейс свой
космический корабль.
Сегодня это нельзя даже назвать фантазией. Теория
и техника межпланетных космических полетов были
давно от начала и до конца разработаны трудами русских
ученых.
Осуществить наблюдение глазами человека всего
полета на Луну или на другую планету позволят
автоматические установки телевидения. Собранные в узкие
пучки, направленные УКВ донесут драгоценные сигналы
до экранов телевизоров командных пунктов на Земле,
а сигналы управления — обратно на ракету. К тому
времени эти изображения будут уже цветными, объемными
и по качеству предельно совершенными. Больше того,
чувствительные к невидимым ультрафиолетовым,
инфракрасным или другим лучам передающие трубки
передатчиков донесут на Землю картины, которые человеческий
глаз непосредственно увидеть не может. Эти приборы
будут сопровождать человека и тогда, когда он сам
отправится в свой первый полет.
Так будет! Но уже сейчас камеру и передатчик
телевидения можно поднять в стратосферу, унести ее в ракете
на сотни километров над Землей, чтобы оттуда изучить
ее поверхность. Или, направив объективы камеры вверх,
посмотреть на небесные тела, не затянутые дымкой
земной атмосферы, изучить явления, зарождающиеся в
верхних слоях атмосферы, видеть показания и работу
приборов, улавливающих космические лучи, и многое другое.
И в ряде других случаев установки телевидения могу г
оказать неоценимые услуги человеку, особенно в тех
областях, которые направлены на прогресс науки, на
создание светлого, мирного и счастливого будущего для
человечества.
Рассмотрим некоторые наиболее интересные области,
16*
243
в которых именно телевидение может быть использовано
с наибольшей эффективностью в самом ближайшем
будущем, если уже не сегодня.
С детских лет мы помним одну из историй о
похождениях лгуна — барона Мюнхаузена, когда он за косу
вытащил из болота сам себя, да еще и коня. Но ни единого
слова неправды не было бы в рассказе о том, как летчик,
пытаясь посадить свой самолет на закрытый туманом
аэродром, видит все происходящее так, как если бы он
сам находился не в самолете, а стоял на посадочной
площадке, а в самолете приземлялся кто-то другой.
Сверху через туман очень трудно определить границы
посадочной площадки, точнее — расстояние самолета от
земли, направление стран света. Наблюдателю на
земле, так сказать со стороны, все это видно намного
лучше.
Но как стоящий на земле двойник подскажет самому
себе, находящемуся в этот момент в воздухе, как
избежать той или иной опасности? Не получится ли вроде
поднимания самого себя за волосы?
Оказывается, таким двойником-доброжелателем
может быть аппарат телевидения.
В разных точках аэродрома устанавливаются
передающие камеры с трубками, чувствительными к
невидимым инфракрасным лучам, которые намного легче
проходят через туман, чем видимые лучи. То, что видят
объективы камер, передается вверх, на самолет, и летчик
на экране самолетного телевизора сам может во всех
деталях видеть посадку своего самолета, определить
расстояние колес до земли, во-время внести нужные
поправки и избежать опасности (рис. 106).
Капитан океанского парохода со своего командного
мостика не может видеть целиком весь свой корабль.
А это особенно важно при подходе к причалу или при
выходе в море. И здесь на помощь ему может прийти
телевидение (рис. 107).
Выше мы упомянули о невидимых инфракрасных
лучах. Применяя трубки, чувствительные к этим лучам и
освещая предметы прожектором, излучающим
инфракрасные лучи, мы можем видеть, что делается вокруг нас
ночью. Такой невидимый сторож может, например,
охранять какой-либо важный объект. Будучи сам невидим, он
244
Рис. 106.
Наблюдение за посадкой своего собственного самолета при помощи
телевидения.
Рис. 107.
Управление громоздким кораблем с помощью телевидения.
видит все, что делается вокруг него. А если надо, то он
может привести в действие ряд сигнальных и других
механизмов.
Очень часто далекие предметы скрыты от глаза
наблюдателя туманом или дымкой, проникнуть сквозь которые
не помогают даже бинокли или зрительные трубы.
Инфракрасные лучи легко проходят сквозь туман и
дымку.
Пользуясь установкой телевидения, чувствительной
к инфракрасным лучам, можно увидеть очень далекие
246
объекты так, как если бы ни тумана, ни дымки вовсе не
было.
Перенесемся теперь мысленно на другой конец
спектра — в область ультрафиолетовых лучей.
В обычный, даже самый мощный микроскоп мы
можем наблюдать только такие частицы, размеры
которых не меньше, чем длина волны света, в лучах которого
мы рассматриваем такую частицу.
Поэтому увеличение микроскопа в фиолетовых лучах
будет значительна большим, чем в красных. Еще
большего увеличения можно добиться, освещая частицы
ультрафиолетовыми лучами, длина волны которых
намного короче волн видимого света. Но беда в том, что
человеческий глаз их не видит.
И здесь установка телевидения с трубкой, чувстви-
Рис. 108.
Совмещение телевидения с микроскопом.
тельной к ультрафиолетовому свету, позволит наблюдать
частицы, недоступные прежним микроскопам. При этом
нет необходимости даже смотреть в окуляр микроскопа.
Изображение частиц может быть спроектировано на
большой экран приемника, наблюдать который сможет
большое число людей (рис. 108).
Аппарат телевидения может намного облегчить труд
водолазов. Обычно самый лучший водолаз может
пробыть на предельной глубине очень недолго. Большинство
его драгоценного для работы времени тратится на очень
длительное опускание и столь же медленный подъем. Это
необходимо для постепенного приспособления организма
к повышению и понижению давления. Хорошо, если,
опустившись на дно, он сразу попадет в нужное место и
сможет за короткое время своего пребывания внизу
совершить какую-то полезную работу. Обычно большая часть
усилий водолаза под водой сводится именно к поискам.
Эту малопродуктивную часть работы может с успехом
выполнить камера телевидения. Ее можно держать под
водой сколько угодно долго и опускать на любую
глубину. Пользуясь ею, можно управлять работой различных
захватов, крючков, магнитов и других механизмов,
заменяющих руки людей. Можно даже производить некоторые
работы без помощи водолазов, а их использовать только
для самых ответственных и решающих операций
(рис. 109).
Никакие, даже самые блестящие описания редких и
трудных хирургических операций не передадут молодому
студенту и сотой доли того, что он может почерпнуть,
непосредственно наблюдая работу своих учителей или
хирургов, имеющих большой опыт. Но находиться вокруг
операционного стола может лишь очень ограниченное
количество людей.
Происходит это потому, что наблюдать операцию во
всех подробностях, не мешая хирургу и его помощникам,
могут в лучшем случае три-пять человек. Остальные, если
им и посчастливилось попасть в операционную, видят
очень мало. Будущему же хирургу необходимо видеть как
можно больше самых разнообразных операций,
выполняемых лучшими врачами страны. И здесь делу может
помочь телевидение. Над операционным столом
устанавливается камера передатчика под углом, соответствующим
248
Рис. 109.
Применение телевидения в подводных работах.
углу зрения хирурга, ведущего операцию. Камера
снабжается автоматически вращающейся головкой с
установленными на ней объективами, позволяющими передать
изображение любых размеров.
В соседних с операционной помещениях
устанавливаются приемники телевидения, и любое число людей может
наблюдать за течением операции.
В нужные моменты изображение может быть показано
увеличенным, во всех его самых сложных деталях
(рис. ПО).
Находящиеся возле этих экранов опытные
преподаватели могут давать подробные объяснения, необходимые
для понимания видимого. В самой операционной
зачастую этого делать нельзя. В моменты, когда жизнь
человека висит на волоске, порой бывает не до слов.
Неоценимые преимущества здесь должно иметь цветное
телевидение, а затем и объемное.
В последние годы широко применяется управление
приборами и механизмами на расстоянии. Особенно
важно, когда показания таких приборов, расположенных
иногда в самых отдаленных друг от друга цехах заводч
или иного предприятия, передаются на центральный
пункт управления не в виде условных сигналов, а в виде
изображений самих этих приборов.
В ряде же случаев крайне желательно, а часто и
настоятельно необходимо наблюдать не только показанич
приборов, но и видеть течение самого процесса.
Например, надо изучить, как ведет себя какая-либо машина или
ее детали, когда ее разгоняют до предела прочности и она
начинает разрушаться. Наблюдать это непосредственно
было бы опасно для окружающих. Иногда надо заглянут»
внутрь какой-либо установки с очень высокой
температурой или тогда, когда внутри ее происходит какая-либо
сложная химическая или физическая реакция — взрыв
и т. п. (рис. 111).
И здесь «электрический глаз», чувствительный к
любым лучам спектра, действующий с любой скоростью,
может заменить глаз человека, обеспечив вместе с тем
полную безопасность ученым или рабочим.
А разве не заманчиво, сняв трубку телефона и набрав
нужный номер, на небольшом экранчике, устроенном
где-нибудь в корпусе телефонного аппарата или рядом,
250
шШь.
^^с
-^5>
Рис. НО.
Как при помощи телевидения большое число студентов-медиков
может наблюдать операцию.
увидеть изображение того лица, с которым
разговариваешь?
Наконец, телевидение может быть увлекательной
школой для самых широких масс радиозрителей.
И сейчас очень часто передаются по радио самые
251
Рис. 111,
Наблюдение за сложными химическими реакциями при помощи
установки телевидения.
разнообразные лекции, беседы, уроки. Во сколько раз
интереснее, привлекательнее и доходчивее станут эти
передачи, когда они будут сопровождаться показом всего
того, о чем говорится во время урока.
Перечень того, что может дать телевидение, какую
роль ему суждено играть во всей жизни человека, можно
было бы продолжить. Но и сказанного вполне достаточно,
для того чтобы оценить важность этого самого молодого
достижения современной науки и техники.
Заключение
Сколько радости доставляет труд ученому, когда,
занимаясь своей любимой наукой, он прокладывает дорогу
в пока еще незримое, но увлекательное будущее. Это
будущее обещает дать ему в руки более совершенные
средства познания природы, с помощью которых он еще
успешнее станет искать новые пути для дальнейшего,
никогда не останавливающегося прогресса науки. В нашей
стране этот труд, радостен еще и потому, что если даже
одному ученому и не удалось достигнуть желанной цели,
на помощь ему приходит коллектив других ученых, а дело
его жизни продолжают многочисленные ученики.
Беззаветно отдаваясь своей работе, каждый честный
ученый всегда мысленно представляет себе это
увлекательное будущее. Своим умственным взором он видит
колоссальный расцвет науки и техники, прекрасные,
залитые солнцем и утопающие в зелени и цветах города
будущего. Видит счастливых людей, пользующихся богатыми
плодами своего труда, и безмятежное детство грядущих
поколений. Эти благородные мечты и стремления
неотделимы от жизни и всей практической деятельности ученых
лагеря социализма.
Но рядом еще существует другой мир, в котором
большинство ученых никогда не испытывает этих
радостных и возвышенных чувств.
Этот мир — лагерь капитализма.
Труд ученых этого лагеря безрадостен и угрюм,
потому что направлен не на счастье и прогресс человечества,
а прежде всего на подготовку самого страшного бедствия
и несчастья для огромного большинства человечества —
на подготовку новых войн.
Перед мысленным взором таких ученых встают только
картины уничтоженных городов, выжженных сел и
вытоптанных полей. Их усилия направлены на поиски
средств истребления миллионов людей, порабощения
целых государств и народов. Вместо радости и
человеческой гордости их труд оставляет после себя толпы
бездомных и голодных сирот, у которых безвозвратно
похищено их детство. Те же из ученых, которые не работают
непосредственно на войну, гнут свою спину над столь же
безрадостным делом — поисками еще более безжалост-
253
ных способов гнета и эксплуатации людей — только ради
того, чтобы небольшая кучка капиталистов могла
присваивать себе еще большую долю плодов труда
подвластных им народов.
Правящие круги стран капиталистического лагеря с
лихорадочной поспешностью и бешеной злобой ко всему
новому и передовому непрерывно понуждают своих ученых
и инженеров превращать все свои новые открытия и
изобретения в орудия истребления людей.
Энергия атомного ядра, реактивная техника, химия,
биология, телевидение — нет такой отрасли науки,
которая не ставилась бы в капиталистическом мире прежде
всего на службу войне.
Когда советский ученый работает над задачей, как
при помощи телевидения спасать человеческие жизни,
ученый в лабораториях капиталистических монополий
приспосабливает телевидение для военной разведки,
наведения на цель «зрячих» торпед и ракет, управления
самолетами и танками, действующими без людского экипажа,
и прочими орудиями смерти.
Советские специалисты стремятся к тому, чтобы
радиозрители могли видеть постановки лучших в мире
театров, слышать самых лучших в мире артистов и
музыкантов, видеть самые важные события на фронте труда и
созидания.
Капиталистические же ученые превратили телевидение
в орудие самой оголтелой пропаганды
человеконенавистничества и войны, в средство морального разложения
населения своих стран.
Совсем недавно одна из буржуазных газет сообщила,
что только в течение одной недели телевизионными
компаниями США было показано в общей сложности
167 убийств, 112 самоубийств и 356 покушений на
человеческую жизнь, не считая огромного числа катастроф,
поджогов, ограблений, мошенничества и других подобных
явлений, присущих капиталистическому быту и образу
жизни. Две трети этих уголовных преступлений
демонстрировались в программах для детей.
Ученым нашей страны — родины великих
родоначальников и творцов радиотехники и телевидения: Столетова,
Попова, Розинга и многих других — хорошо известны все
попытки поджигателей войны использовать телевидение
254
в качестве нового оружия для истребления мирных
людей. Советская наука располагает достаточными
средствами и возможностями, чтобы своевременно «ослепить»
и остановить все эти «зрячие», летающие, ездящие,
ползающие и прочие средства войны — плоды гниющей науки
капиталистического мира.
Занятые гигантской созидательной работой, советские
ученые поставили науку на службу народу, на цели
прогресса, на дело борьбы за мир во всем мире. И такое
мощное средство общения людей и связи, как
телевидение, в первую очередь используется для поднятия
культурного уровня миллионов трудящихся нашей Родины,
мобилизуя их на достижение великой цели, которая
вдохновляет каждого гражданина нашей страны, — на
построение нового, коммунистического общества.
% ^ ^
Читателям, желающим более подробно ознакомиться
с областями техники, тесно связанными с телевидением,
мы рекомендуем прочесть следующие книги:
В. И. Г а п о н о в, Электроны, Научно-популярная
библиотека, Гостехиздат, 1949.
В. А. Мезенцев, Электрический глаз,
Научно-популярная библиотека, Гостехиздат, 1950.
М. И. Ивановский, Покоренный электрон,
«Молодая гвардия», 1952.
Ф. Честно в, В мире радиоволн, Детгиз, 1951.
В. С. Сухоруких, Микроскоп и телескоп, Научно-
популярная библиотека, Гостехиздат, 1949.
Э. С. 3 е л и к о в и ч, Свет и цвет, Госкультиздат,
1950.
С. Д. Клементьев, Электронный микроскоп,
Детгиз, 1949.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
I п Я Д Я I
ДАЛЕКИЕ ПРЕДКИ ТЕЛЕВИДЕНИЯ
С чего же начать? 7
Глаз человека 8
Ухо 16
Чудесные камни 18
Как при помощи радиоволн
передаются изображения. . 126
Электронный карандаш ... 1^9
Назад к «электрическому глазу» 142
Обратно на ультракороткие
радиоволны 162
Есть ли предел четкости
изображения? 189
Большой экран 192
Можно ли видеть дальше
горизонта? 2^7
7 Средние века 23
8 Что вышло из поисков фило-
софского камня 26
ь Ловцы молний 29
8 Болоньские лягушки .... 31
«Внимание! Говорит и
показывает Москва'* 168
Телевизор — приемник
телевидения 179
«Куочек радуги-» (цветное
телевидение) 216
Объемное телевидение . . . д>4
Новые области применения
телевидения 240
Глава П
ВЕК ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Первый электротехник — ака- В мире невидимого 43
демик В В Петров ... 34 Электрон — самый маленький
Рождение электротехники . . 36 слуга человека 48
Г л я ч * П ]
«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЛАЗ»
«Лунный металл» ЬЗ «Птичка в клетке» 63
Электрическому телевидению... Диск Нипкова 68
больше 75 лег! 57 Фотоэлемент А. Г. Столетова. 87
Глава IV
ЧУТКОЕ УХО - РАДИО
Волны, колебания, свет ... 91 Чудесная лампочка 112
На пороге великого открытия. 97 «Верхом» на радиоволнах . . 118
Великий русский ученый, изо- «Чуткое ухо» 121
бретатель радио Александр
Степанович Попов .... 107
Глава V
ЭЛЕКТРОННОЕ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Глава VI
ТЕЛЕВИДЕНИЕ БУДУЩЕГО
Заключение
253