Реджинальд Обри Фессенден
Его наследие в области радио включает три значительных достижения: первая передача звука по радио (1900), первая двухсторонняя трансатлантическая радиосвязь (1906) и первая трансляция по радио развлечений и музыки (1906).
Ранние годы
Реджинальд Обри Фессенден родился 6 октября 1866 в Ист-Болтоне, провинция Квебек, Канада. Он был старшим из четырёх детей в семье Джозефа Элиша Фессендена и Клементины Тренхольм Фессенден. Джозеф Фессенден был священником англиканской церкви в Канаде, и на протяжении многих лет семья переезжала с места на место по провинции Онтарио. Подрастая, Реджинальд стал образцовым учеником. В 1877 году в возрасте одиннадцати лет он начал посещать занятия в Тринити колледже в Порт-Хоуп, Онтарио, и учился там два года. Когда ему было четырнадцать лет, колледж Бишопа в Ленноксвилле предложил Реджинальду должность учителя по математике. В то время колледж Бишопа был школой при университете Бишопа, располагался на той же территории и в тех же зданиях. В июне 1878 года в школе обучалось 43 мальчика. Таким образом, хотя Фессенден был ещё подростком, он уже преподавал математику для маленьких детей в школе, одновременно сам обучаясь со студентами в университете Бишопа. Общее число обучающихся в университете в 1883-84 учебном году было двадцать пять студентов (все мужского пола). В возрасте восемнадцати лет Фессенден оставил университет без присуждения степени, хотя он сделал практически все необходимые работы. Из-за отсутствия степени Фессенден пострадал позднее при устройстве на работу. Когда в Университете Мак-Гилла в США было создано электротехническое отделение, Фессендена не утвердили на должность председателя отделения, отдав предпочтение американскому коллеге со степенью.
Последующие два года он работал в качестве главного и единственного учителя в институте Уитни на Бермудских островах. В это время он был помолвлен с Хелен Тротт. Они поженились в сентябре 1890, а позже появился сын, Реджинальд Кеннелли Фессенден.
Начало трудовой деятельности
Классическое образование Фессендена не дало ему достаточный объём научной и технической подготовки. Заинтересованный в повышении своей квалификации в области электротехники, он переехал в 1886 году в Нью-Йорк, в надежде получить работу у известного изобретателя Томаса Эдисона. Как затем Фессенден рассказывал в своей автобиографии, с первой попытки он получил отказ, ибо на его слова в заявлении: "Не знаю ничего об электричестве, но быстро обучаюсь", Эдисон ответил: "У меня хватает людей, которые ничего не понимают в электричестве". Однако Фессенден проявил упорство, и до конца года был нанят на должность помощника испытателя на машиностроительный завод Эдисона, который производил оборудование для прокладки подземных электрических сетей. Он быстро доказал свою ценность и получил ряд повышений с переводом на более ответственную работу. В конце 1886 года Фессенден начал работать непосредственно под руководством Эдисона в новой исследовательской лаборатории в Западном Оранже, штат Нью-Джерси. Тематика проектов была широкой, нужно было находить решение проблем в области химии, металлургии и электричества. Тем не менее, в 1890 году, столкнувшись с финансовыми проблемами, Эдисон вынужден был уволить большинство сотрудников лаборатории, в том числе и Фессендена.
Со своим богатым практическим опытом Фессендену не составило труда найти работу в ряде компаний-производителей, а в 1892 году он получил назначение в качестве профессора в недавно созданный отдел электротехники в университете Пэрдью (Purdue) в Западном Лафайете, штат Индиана, благодаря тому, что он помог корпорации "Вестингауз" установить освещение на Всемирной Выставке в Чикаго. Вскоре после этого Джордж Вестингауз лично нанял Фессендена на вновь созданную должность председателя электротехнического отдела Западного Университета Пенсильвании, современный университет Питтсбурга.
Работы в области радио
В конце 1890-х годов в печати стали появляться сообщения об успехах Гульельмо Маркони в разработке практических радиоприёмников и передатчиков. Фессенден решил тоже поэкспериментировать в этой области, и вскоре пришёл к выводу, что он может разработать гораздо более эффективную систему, чем передатчик на искровом разряднике в сочетании с приёмником типа когерер, за которые боролись Оливер Лодж и Маркони.
Контракт с Бюро Прогнозов Погоды и первая передача звука по радио
В 1900 году Фессенден покинул Питтсбургский университет и перешёл на работу в Бюро Прогнозов Погоды с целью доказать практичность использования сети прибрежных радиостанций для передачи информации о погоде, и тем самым избежать необходимости использования существующих телеграфных линий. Бюро Прогнозов по контракту получало доступ к любым устройствам, изобретённым Фессенденом, но он оставался владельцем своих изобретений. Фессенден быстро достиг существенного прогресса, особенно в конструкции приёмника, поскольку он поставил целью приём звуковых сигналов. Его первый успех пришёл с детектором типа бареттер, за ним последовал электролитический детектор, который состоял из тонкой проволоки, окунутой в азотную кислоту. Через несколько лет электролитические детекторы стали стандартом для чувствительного радиоприема. Продолжая эксперименты, Фессенден разработал также гетеродинный принцип, в котором два сигнала объединяются вместе для получения третьего. Однако, гетеродинный метод в течение десятилетия после изобретения не получил в должной мере практического применения, поскольку для него требуется стабильный вспомогательный сигнал, который стал возможен только с развитием генераторов на электронных лампах.
Начало работ в Бюро Прогнозов проходило в Кобба-Айленде, штат Мэриленд, расположенном на реке Потомак в 80 километрах (50 миль) от Вашингтона вниз по течению. Именно здесь 23 декабря 1900 Фессенден, экспериментируя с высокочастотным искровым передатчиком, провёл успешную передачу речи на расстояние 1,6 км (одна миля), которая, судя по всему, была первым в мире сеансом звуковой радиопередачи. Качество звука было сильно искажённым и непригодным для практической коммерции, но как тестовое испытание эта передача показала, что после технических доработок скоро будет вполне возможно передавать звук с помощью радиосигнала.
Поскольку эксперименты расширялись, были построены дополнительные станции вдоль атлантического побережья в штатах Северная Каролина и Вирджиния. Однако, в разгар многообещающих продвижений, Фессенден был вовлечён в спор со своим спонсором. По его утверждениям, начальник Бюро Уиллис Мур претендовал на половинную долю в разработанных патентах, но Фессенден не согласился, в результате его работа в Бюро Прогноза Погоды закончились в августе 1902 года.
Создание компании NESCO
В этот период два богатых питтсбургских бизнесмена, Хэй Уокер-младший и Томас Гивен, финансировали создание Национальной Электрической Сигнальной Компании (NESCO). Они пригласили Фессендена в эту компанию для проведения научных исследований по разработке как мощных искровых передатчиков для дальней радиотелеграфной службы, так и маломощных передатчиков непрерывной волны для телеграфии и аудиовещания. Новая компания располагалась в Брант Роке, штат Массачусетс.
Роторно-искровой передатчик и первая двусторонняя трансатлантическая связь
В январе 1906 Фессенден провёл первую успешную двустороннюю трансатлантическую радиосвязь, осуществив обмен кодами Морзе между станцией, построенной в Брант Роке, и идентичной станцией в Мачриханише, Шотландия, с использованием своего роторно-искрового передатчика. Маркони в это время достиг только односторонней связи. Однако, передатчики Фессендена не могли посылать сигнал на такое большое расстояние в светлое время суток, как и в летний сезон, так что работа была приостановлена до конца года. А 6 декабря 1906 года "из-за неосторожности одного из подрядчиков, работающих по замене силовых кабелей", радиобашня в Мачриханише рухнула, внезапно оборвав работу по трансатлантической связи, прежде чем она смогла перейти в стадию коммерческой эксплуатации.
Передатчик-альтернатор и первое радиовещание
Разработка роторно-искровых передатчиков было временной мерой, до появления более совершенных устройств. Фессенден чувствовал, что, в конечном счёте, передатчик с непрерывным излучением, который производит чисто синусоидальный сигнал на одной частоте, будет гораздо более эффективным, в частности потому, что его можно использовать для качественной передачи звука. Его конструкторская идея состояла в том, чтобы использовать электрический генератор (альтернатор). Альтернаторы, как правило, работают на таких скоростях, при которых производится переменный ток частотой не более нескольких сотен герц, а нужно разогнать его так, чтобы он создавал токи частотой в десятки килогерц. Таким образом, высокоскоростной альтернатор будет производить стабильный радиосигнал при подключении его к антенне. Затем, вставив угольный микрофон в передающую линию, можно ожидать, что выходной сигнал будет изменяться в соответствии с громкостью звука перед микрофоном, другими словами, будет использована амплитудная модуляция для наложения звука на радиосигнал передатчика. Однако, пройдёт много лет напряжённых экспериментов, пока прототип альтернатора не будет готов, и затем ещё через несколько лет появятся мощные передатчики, необходимые для передачи радиосигнала на большие расстояния.
Фессенден заключил контракт с "Дженерал Электрик" с целью помощи в проектировании и производстве серии альтернаторов высокой частоты. В 1903 г. Чарльз Штейнметц из "Дженерал Электрик" представил альтернатор на 10 кГц, который показал пригодность для экспериментов, но в качестве радиопередатчика его нельзя было использовать. Запрос Фессендена на более быстрый и более мощный альтернатор был передан Эрнсту Александерсону, который в августе 1906 г. создал усовершенствованный образец, работающий на частоте около 50 кГц, хотя и с гораздо меньшей мощностью, чем роторно-искровой передатчик Фессендена.
С помощью альтернатора достигалась цель по передаче звуковых сигналов, но не было никаких способов усиления сигнала, сигнал был слишком слабым. 21 декабря 1906 года Фессенден сделал обстоятельную демонстрацию альтернатора в Брант Роке, показав его возможности для беспроводной телефонной связи, в том числе для соединения участков проводной телефонной сети между собой.
Через несколько дней состоялись ещё две демонстрации, на которых были сделаны первые радиопередачи музыки для широкой аудитории. (Начиная с 1904 года ВМС США ежедневно передавали в эфир сигналы точного времени и сообщения о погоде, но они использовали искровые передатчики, а информацию передавали в коде Морзе). Вечером 24 декабря 1906 года накануне Рождества Фессенден использовал альтернатор для передачи короткой радиопрограммы, которая включала песню O Святая ночь в собственном исполнении на скрипке, а также чтение отрывка из Библии. 31 декабря, в канун Нового года состоялась вторая короткая передача. Основной аудиторией этих передач было неизвестное количество судовых радиооператоров вдоль атлантического побережья. Хотя в настоящее время эти два эфира рассматриваются как важная веха в истории радио, в то время им не придали особого значения и вскоре о них забыли. Лишь 29 января 1932 года Фессенден упомянул об этом в письме своему бывшему коллеге Самуэлю Кинтеру. Ни в судовых журналах, ни в периодической печати тех дней об этом событии не найдено никакой информации. Кроме того, Фессенден, судя по всему, больше не делал новых радиопередач, предназначенных для широкой аудитории, он вообще рассматривал альтернатор прежде всего в качестве средства для беспроводной телефонной связи. Тем не менее, в ретроспективе было важно заглянуть в будущее радио.
Продолжение работ и увольнение из NESCO
Технические достижения, полученные Фессенденом, не были подкреплены финансовыми успехами. Уокер и Гивен надеялись продать NESCO крупным компаниям, таким как AT&T, но не смогли найти покупателя. Создание Фессенденом своей Компании Беспроводной Связи в Монреале возможно привело к подозрению, что он пытается блокировать Уокера и Гивена как потенциально прибыльных конкурентов. Возрастающее напряжение между Фессенденом и владельцами компании привело к тому, что в январе 1911 года он был уволен из NESCO. Он, в свою очередь, подал в суд иск за нарушение NESCO контракта. Фессенден выиграл судебный процесс и получил компенсацию, однако владельцы NESCO подали на апелляцию. Чтобы сохранить имущество, NESCO пошла на банкротство, правовой тупик продолжался более 15 лет. В 1917 году NESCO вышла из банкротства, и вскоре была переименована в Межденародную Радиотелеграфную Компанию. В 1920 году её купила фирма «Вестингауз», а в следующем году её активы, в том числе многочисленные патенты Фессендена, были проданы RCA, которая также унаследовала судебные иски от Фессендена. Наконец, 1 марта 1928 года Фессенден урегулировал отношения с RCA, полученив крупные денежные выплаты.
Влияние на последователей
После того, как Фессенден покинул NESCO, Александерсон продолжал совершенствование альтернаторов в General Electric, в основном с целью применения их для дальней радиотелеграфной связи. Он потратил много лет, но он в итоге разработал мощный альтернатор Александерсона, способный передавать сигнал через Атлантику. К 1916 году альтернатор Фессендена-Александерсона являлся более надёжным для трансатлантической связи, чем искровая аппаратура. После 1920 года широко распространившееся радиовещание стало использовать не альтернаторы, а генераторы на электронных лампах, но в их основе лежит генерация непрерывной волны с амплитудной модуляцией — то, что Фессенден помогал освоить, начиная с 1906 года. В 1921 году Институт Радиоинженеров наградил Фессендена Медалью Почета, а в следующем году город Филадельфия присудил ему медаль Иоанна Скотта и денежный приз в размере 800 долларов за изобретение "телеграфной и телефонной связи непрерывной волны", и отдала дань уважения ему, как "Человеку, чьи труды оказали большую пользу".
Последние годы
Хотя Фессенден прекратил свою деятельность в области радио после увольнения из NESCO в 1911 году, он продолжал работать в других сферах. Ещё в 1904 он помогал в сооружении электростанции на Ниагарском водопаде, работая в гидроэнергетической комиссии провинции Онтарио. Но самый большой вклад он сделал в области гидролокационных систем. Он разработал так называемый генератор Фессендена для подводных лодок, с помощью которого подводные лодки могут посылать сигналы друг другу. Он предложил метод для обнаружения айсбергов, позволяющий избежать новых катастроф, типа трагедии "Титаника". После начала Первой мировой войны Фессенден предложил свои услуги канадскому правительству, и был отправлен в Лондон, где он разработал устройство для обнаружения артиллерии противника. Другой прибор он разработал для поиска вражеских подводных лодок.
Фессенден в конечном итоге стал владельцем более 500 патентов. Его часто можно было найти на реке или озере, плавающим на спине, с сигарой, торчащей изо рта и шляпой, сдвинутой на глаза. У себя дома он любил лежать на ковре, с кошкой на груди. В этом состоянии расслабленности Фессенден воображал, изобретал, прокладывал пути к новым идеям. Он разработал вариант микрофильма, который помог ему сохранить компактные записи своих изобретений, проектов и патентов. Он запатентовал основные идеи в сейсмологии, имеющей важное значение в разведке нефти. В 1915 году он изобрел эхолот — гидролокаторное устройство для определения глубины до подводного объекта с помощью звуковых волн. За это изобретение он получил золотую медаль журнала Scientific American в 1929 году. Фессенден также получил патенты на трассирующие пули, пейджинг, телевизионные аппараты, турбоэлектрический привод для судов и на многое другое.
После урегулирования иска к RCA, Фессенден приобрёл небольшой дом на Бермудских островах. Он умер там в 1932 году, и погребён на кладбище местной церкви Святого Марка. Газета Нью-Йорк Геральд Трибюн в редакционной статье после его смерти написала:
Цитаты
Изобретатель — это тот, кто может видеть применимость чего-либо на практике за пять лет до того, как это станет очевидным всем специалистам данной отрасли.
"The Inventions of Reginald A. Fessenden". (January, 1925). Radio News, p. 1142.