Сегодня все уже привыкли, что можно просто скачать объемный фильм или другой контент, даже если файлы хранятся в другой стране. Однако для этого технологии прошли длинный путь развития, причем началось это задолго до появления электричества. Далекие предки часто сталкивались с необходимостью передавать информацию на значительные расстояния, поэтому им приходилось импровизировать. Использовались различные схемы – барабаны, дым, сигнальные костры. В настоящее время это кажется просто примитивным, однако именно это запустило процесс поиска более современных технологий, что в дальнейшем привело к появлению телеграфа и радиосвязи.
В данной статье будут подробно раскрыты ключевые этапы развития глобальной коммуникационной сети. Отдельно будут рассмотрены научные открытия, которые приблизили развитие данного направления.
Что такое телеграф
Телеграф представляет собой простое устройство для отправки закодированной информации. Термин образован от двух греческих слов, которые переводятся как «далеко» и «писать».
В конце 17 века телеграфами было принято называть семафорные и оптическими системы, которые в то время массово использовались для передачи информации на значительные расстояния. Несмотря на простоту, развернутая сеть позволяла достаточно быстро передать данные на сотни километров.
Только с конца 19 века термин телеграф начал применяться к электрическим устройствам, которые выполняли аналогичную функцию – передавали информацию в закодированном виде по радиоканалу или проводам. В процессе отправки оператор при помощи простого ключа последовательно замыкал и размыкал цепь. Для надежности передачи использовалось только два вида сигнала – короткий и длинный импульс. Это ограничивало пропускную способность, но снижало вероятность ошибки. После приема сигнала выполнялась обратная операция, что позволяло получить исходный текст.
Общепринято было для кодирования сигнала использовать азбуку Морзе, которая быстро стала популярной и использовалась во многих странах мира. В наборе представлены буквы алфавита, цифры и необходимые служебные символы. Этого вполне достаточно для передачи текстовых сообщений.
Что использовали до изобретения телеграфа
Люди научились передавать информацию на большие расстояния еще в древние времена, используя для этого подручные средства – отражение солнечного света, ритуальные барабаны, костры или дым от них. При этом заранее подготавливался набор необходимых сигналов. К примеру, один клуб дыма обозначал приближение незнакомцев, серия из таких клубов – большую группу чужаков. При хорошей погоде такой сигнал был отчетливо виден на десятки километров. Если требовалось передать сигнал на большие расстояния – он просто дублировался при помощи промежуточных элементов.
В древнем Китае сообщения о приближении опасности в светлое время суток передавали при помощи столбов густого дыма, ночью для этого использовали сигнальные факелы. Были периоды, когда активно использовали звуковое оповещение – артиллерийские залпы, которые также было хорошо слышно на много километров.
Очевидно, что такие системы имели большое количество недостатков, включая ограниченное количество доступных сигналов. Передать произвольный текст было просто невозможно, хотя такая потребность была.
Изобретение оптического телеграфа
Семафорный (оптический) телеграф в общих чертах представлял собой цепочки башен, последовательно расположенных на возвышенностях для увеличения дальности действия. Сам принцип передачи информации мог отличаться в разных странах.
Первая система, получившая широкое распространение, был семафор, разработанный братьями Игнатием и Клодом Шаппами (Франция). Первая публичная демонстрация была проведена в 1791 году. В качестве передающего устройства использовались вращающиеся рычаги, которые могли занимать разное положение. Это позволяло отображать определенные символы из набора, которые сопоставлялись буквам алфавита. Конструкция позволяла передавать примерно три символа в минуту, что на то время было неплохим результатом.
Технологию быстро оценили военные, проект начал быстро развиваться. Уже к 1794 году была обеспечена связь между городами Лиллем (северная граница) и Парижем, цепочка состояла из 15 башен. Последовательная передача 36 букв занимала порядка 32 минут.
На тот момент это была самая совершенная система, которая продолжила бурное развитие. Достаточно быстро линии связи были проложены между всеми крупными городами. Также опыт переняли другие страны, при этом была обеспечена возможность передавать сообщения через границу, поскольку использовался общепринятый набор символов. На пике развития сеть включала 534 башни, общая протяженность составляла более 5 тысяч километров.
Система функционировала успешно много лет, особенно полезна была при проведении боевых действий, поскольку позволяла оперативно доставлять важную информацию.
Английская версия оптического телеграфа
Об изобретении братьев Шапп быстро узнали в других странах, включая Великобританию. Оценив потенциал таких каналов связи, британцы также приступили к разворачиванию собственной системы коммуникации.
Принцип работы был определен в 1795 году – в качестве передающего элемента использовалась плоская панель, разбитая на шесть отдельных секций, каждая из которых имела собственную заслонку. При помощи набора веревок оператор башни мог устанавливать произвольную комбинацию, что позволяло закодировать 63 символа.
Первая телеграфная линия была запущена в 1796 году – Лондон был соединен с городами Ширнесс и Дил. Всего использовалось 15 станций, между ними было 8-16 километров. В дальнейшем к сети подключались другие крупные города.
Дальнейшее развитие оптического телеграфа
Правительства других стран начали также модернизировать и запускать такие системы, в частности собственные каналы связи были запущены в Португалии и Швеции. Велась работа и в Российской империи, причем масштабы были куда серьезные. Самый крупный проект – телеграфная линия протяженностью более 1200 километров (между Варшавой и Москвой).
Появление электрических телеграфов
Требования к объему передаваемой информации постоянно росли, поэтому возможностей оптических систем было явно недостаточно. Также они сильно зависели от погоды и времени суток – ночью или во время тумана отправка сообщений прекращалась. Обширная сеть вышек требовала значительных вложений на разворачивание и поддержку необходимой инфраструктуры.
Во многих странах инженеры пытались найти альтернативный способ передачи сигналов на большие расстояния. Основной вектор работы – передача электрических импульсов по проводам. Поскольку не было возможности обеспечить надежность при последовательной передаче, предлагалось использовать отдельный провод для каждого символа. Однако даже в этом случае не удавалось обеспечить достаточную надежность – в проводах были большие потери тока, используемые батареи не могли служить долго. Основные принципы передачи были заложены, однако требовалось еще достаточно много времени до появления надежных элементов.
В 1800 году был сделан первый шаг в данном направлении – Алессандро Вольта представил химический источник тока, который мог длительное время обеспечивать стабильное напряжение. Ранее электричество могли получать только за счет трения, что не позволяло получить стабильные параметры.
Следующий важный этап – изобретение электромагнита. В 1825 году Уильям Стержен, известный британский физик, в процессе экспериментов обнаружил необычные свойства проволоки, намотанной на железный сердечник. При пропускании электрического тока получался магнит, при этом устройство можно было включать и выключать. Эту способность в дальнейшем и применяли для генерации нужного набора импульсов перед отправкой по проводам.
В 1831 году было обнаружено и изучено свойство электромагнитной индукции. Основной вклад внес Майкл Фарадей, когда проводил собственные опыты с катушками. Он обнаружил, что при изменении магнитного поля в такой катушке индуцировался ток. Это позволило усовершенствовать телеграфные системы.
Электромагнитный телеграф Шиллинга
Первый рабочий прототип электромагнитного телеграфа был представлен в России – это произошло в 1832 году. Устройство, разработанное Павлом Львовичем Шиллингом. Блок вывода состоял из 6 стрелок, которые могли отклоняться при пропускании тока через цепь. Использовалось только два устойчивых положения, что позволяло шифровать буквы алфавита и дополнительные символы. Ввод данный был реализован достаточно необычно – для этого использовалась клавиатура, внешне напоминающая пианино.
В октябре 1832 года изобретатель провел успешную демонстрацию работы. Еще через 4 года правительственная комиссия инициировала дополнительное тестирование работы телеграфа в реальных условиях. Протяженность линии составляла 5 километров, отдельный участок проходил по дну водоема. Проверка оказалась успешной – между двумя зданиями Адмиралтейства было передано текстовое сообщение.
Доказав, что его устройство реально работает, Шиллинг предложил ряд масштабных проектов. В частности, в 1837 году он предложил правительству проложить через Финский залив телеграфную линию. Наглядно было продемонстрировано, что в качестве надежной изоляции можно использовать натуральный каучук.
Проект не успели реализовать – в этом же году ученый скоропостижно скончался. Однако его наработки легли в основу проектов от других инженеров. В частности, их активно использовал Борис Семенович Якоби. Он заметно усовершенствовал возможности телеграфа – полученные сообщения сразу печатались на бумажной ленте, что упрощало использование устройства. Такие телеграфы длительное время использовали для связи между правительственными зданиями. О работах Шиллинга знали и в других странах – аналогичные устройства начали внедряться в массовое производство.
Телеграф Морзе и новые способы кодирования
В 1835 году Альфред Вейл и Сэмюэл Морзе (изобретатели из США) представили азбуку Морзе. Она позволяла кодировать различные символы при помощи тире и точек (длинные и короткие сигналы). Также был создан простой и надежный телеграф для передачи таких сообщений.
Кодирование осуществлялось вручную при помощи ключа, который при нажатии замыкал цепь и отправлял импульс нужной длины. На принимающем устройстве осуществлялась печать полученной комбинации на длинной ленте.
Новинкой заинтересовались на уровне правительства. Оперативно был одобрен проект запуска новой телеграфной линии необходимой инфраструктуры между Балтимором и Вашингтоном, первое короткое сообщение было передано в мае 1844 года.
В процессе использования в реальных условиях оказалось, что можно просто воспринимать морзянку на слух, быстро записывая символы на бумагу. Это заметно ускоряло весь процесс общения, поэтому от бумажных лент практически полностью отказались. Вместо этого использовалось отдельное звуковое устройство для прослушивания поступающих комбинаций.
Запуск первых межконтинентальных сетей
Телеграфное сообщение быстро стало массовым, была развернута обширная сеть, которая объединяла отдельные страны. Передавать сообщения уже могли и рядовые граждане – была продумана система пунктов приема с последующей передачей получателю.
Активное развитие происходило и на территории Российской империи. На первоначальном этапе были проложены линии между ключевыми городами, в дальнейшем правительство запустило ряд масштабных проектов для продвижения нового способа связи в отдаленных районах, включая Сибирь. Возможность быстро передать информацию на огромные расстояния повлияло на многие сферы жизни. Активно развивалась торговля, освоение новых месторождений. К концу 19 века стабильной связью были обеспечены десятки городов, также были реализованы точки выхода на международную телеграфную инфраструктуру.
Была опробована технология прокладки кабелей под водой, один из крупных проектов – укладка телефонной линии по дну пролива Ла-Манш. В 1855 году Данию и Швецию связала отдельная линия через пролив Эресунн.
Однако специалисты решили еще больше масштабировать сетевую инфраструктуру. Очередной прорыв в данном направлении произошел в 1858 году – по дну океана была проложена линия, длина которой составляла 4500 километров. Это позволило наладить связь между Ирландией и США.
Несмотря на масштабы и отсутствие необходимого опыта, проект был успешно завершен. Первое сообщение доставлено 16 августа 1858 года – обменялись сообщениями Джеймс Бьюкенен (президент США) и королева Великобритании Виктория. Королева отправила сообщение в 103 слова, на полную передачу потребовалось более 16 часов. Настолько медленный режим был обусловлен большим сопротивлением кабеля, ускорить процесс на тот момент не было возможности. Сама линия проработала недолго – уже в сентябре изоляция не выдержала агрессивной среды и кабель вышел из строя.
Новый кабель между Европой и США был проложен в 1866 году, на этот раз инженеры учли основные недостатки предыдущего проекта. Далее процесс шел по нарастающей – в 1870 году был проложена новая линия между городами Бомбей (Индия) и Лондон, а к 1940 году количество действующий телеграфных линий достигло 40.
Велись работы и по усовершенствованию конечных устройств. Поскольку телеграфы активно внедрялись в массы, возникла потребность улучшить алгоритм вывода информации. Людям без опыта было очень сложно работать с азбукой Морзе, потому основная работа велась в этом направлении.
В 1846 году была представлена первая модель телеграфа, который обеспечивал полноценную печать поступающих сообщений. Для ввода использовалась удобная клавиатура с 28 клавишами. Новинка не получила распространения, поскольку сам механизм отличался низкой надежностью, а данные передавались гораздо медленнее.
В 1867 году была представлена первая модель тикерного аппарата, его создатель Эдвард Каллахан. Устройство изначально предназначалось для быстрой передачи биржевых котировок. Использовался аналогичный печатающий механизм, однако вместо привычных букв вывод осуществлялся при помощи кода Морзе, что позволило ускорить работу.
Следующую версию разработал Томас Эддисон, на этот раз использовался более сложный механизм на основе электромагнитов. Набор необходимых символов находился на общем барабане, нужный элемент прижимался к бумажной ленте для печати. Телеграф также был предназначен для передачи актуальных котировок, на тот момент это было востребовано. Ленты с коротким набором нужных символов стали своеобразным признаком биржевой торговли, поскольку обеспечивали необходимую скорость обмена информацией.
Печатающий телеграф общего назначения был представлен общественности только в 1874 году. Жан Морис Эмиль Бордо основной упор сделал на печать обычного текста, планируя сделать его общедоступным. Поскольку количество символов было гораздо больше, для кодирования каждого использовалось пять отдельных сигналов, что позволило охватить весь набор. Технология оказалась настолько удачной, что легла в основу первого общепринятого стандарта передачи информации (ITA1).
Метод шифрования получил название – код Бодо, в честь изобретателя. Также прижилась единица изменения скорости бод, которую использовали и для обозначения скорости в эпоху появления интернета. К примеру, если канал позволял передавать 900 символов за одну секунду, в качестве основной характеристики указывалась скорость 900 бод. Это позволяло достаточно наглядно описать пропускную способность.
Телеграфные аппараты Бодо были гораздо удобнее в эксплуатации, поскольку внешне они напоминали обычные пишущие машинки. Пользователям было намного проще привыкнуть к набору текста, что и способствовало широкому распространению новых устройств.
В 1897 году ряд специалистов совместными усилиями модифицировали систему Бодо, в машинки был добавлен отдельный блок для работы с перфолентами. Это позволило отказаться от прямого ввода символов, вместо этого клавиатура обеспечивала пробивание нужных отверстий в перфоленте. Такой подход позволил оптимизировать всю систему, появилась возможность отправлять сразу несколько сообщений параллельно.
Активная работа вышеупомянутых изобретателей в дальнейшем стала основой для создания телетайпа. Такое название получил новый электромеханический аппарат, который обеспечивал удобную отправку текстовых сообщений. Общий принцип работы остался прежним – текст набирался на клавиатуре и отправлялся получателю, далее полученный набор декодировался и печатался в виде удобного текста на бумаге.
Работу в данном направлении одновременно вели сразу несколько известных инженеров, однако первый рабочий прототип был представлен только в конце 1890-х годов, автор – Дональд Мюррей, инженер из Великобритании. Новых компонентов практически не было – в основе системы лежал уже проверенный временем код Бодо, печатная машинка и телеграф.
Резкий скачок популярности телетайпов произошел в 1926 году, их начали активно внедрять в Германии. Массовое внедрение привело к появлению сети «Телекс», которая позволяла подключать телетайпы к существующим телефонным сетям. В телетайпы был интегрирован обычный дисковый номеронабиратель, что позволяло абоненту сразу набрать нужный номер для отправки очередного сообщения.
К 1970 году была развернута глобальная сеть телексной связи, к ней было подключено свыше 100 стран. Активно использовались во многих сферах, включая СМИ, биржевую торговлю, дипломатию, управление армией. В процессе дальнейшей модернизации появились факсы, на смену которым пришла электронная почта.
Новый этап: появление радиотелеграфа
Телеграфы длительное время передавали информацию по проводам. Поскольку объем данных постоянно рос, странам приходилось тратить огромные ресурсы на расширение и обслуживание инфраструктуры. Кабеля периодически выходили из строя или просто переставали соответствовать современным требованиям, приходилось параллельно прогладывать новую линию. Очевидно, что требовался переход на использование радиоволн для передачи информации. Это не только бы позволило резко сократить расходы, но и развернуть сеть в труднодоступных местах, где прокладка классического кабеля просто нецелесообразна.
Первые удачные эксперименты принадлежат Гульельмо Маркони, инженеру из Италии. В 1896 году он провел публичную демонстрацию работы радиотелеграфа в Лондонском благотворительном институте. Это было достаточно простые устройства – два черных ящика, если на одном нажималась кнопка, на другом срабатывал звонок. Несмотря на простой функционал, устройство позволило доказать, что переход на радиосвязь вполне возможен.
Первое радиосообщение было отправлено в 1901 году – текст был отправлен через Атлантику, связь была устойчивой при разных погодных условиях. Уже через три года была развернута обширная коммерческая сеть для передачи свежих новостей на корабли, которые осуществляли доставку грузов между США и Великобританией.
По очевидным причинам новая технология наибольшее распространение получила в сфере обеспечения связи на море и в воздухе. Возможность постоянно поддерживать связь с наземными станциями заметно повысили безопасность мореплавания. Можно было оперативно передавать предупреждения и сигналы бедствия.
Очередной скачок в развитии произошел во время Первой мировой войны. Для успешного ведения боевых действий требовалась надежная связь между центром управления и отдельными подразделениями. Инженеры активно тестировали новые частоты для повышения эффективности и стабильности передачи. Получил распространение метод шифрования данных, чтобы защитить сообщения от перехвата. В середине 20 века наступила эпоха радиосвязи, радиотелеграф начал терять актуальность.
Закат эпохи телеграфов
В 1876 году Александр Грэм Белл оформил новый патент на телефон – устройство для передачи голоса на большие расстояния. Это был первый шаг к очередному технологическому прорыву. Новая система обеспечивала более широкие возможности, поэтому начала быстро вытеснять телеграфы.
Первой от данной технологии отказалась Великобритания – это произошло еще в 1982 году, основной оператор официально прекратил отправлять телеграммы. Постепенно услугу отключали и другие Европейские страны, но резкого отказа не было. Франция отказалась от телеграфов только в 2005 году, в пределах Германии пользователи могли отправлять телеграммы вплоть до 2022 года. В России отправить телеграмму можно и сегодня – в режиме онлайн или через любое отделение почты.