Телеграфний зв'язок

Телегра́фний зв'язо́к, Телеграфія (англ. telegrafy), Телегра́ф — вид зв'язку, що забезпечує швидке передавання і приймання повідомлень на віддаль електричними (з початку XIX століття, зокрема з 1830-их років) чи оптичними сигналами.

Віки розвитку

Техніка телеграфного зв'язку удосконалювалася на основі раніше створених систем електричних телеграфів: мультиплікаторних телеграфних апаратів П.Шилінга, мультипликаторного апарату, що пише, К. А. Штейнгеля, електромагнітних апаратів, що пишуть, Якобі Б. С. і С. Ф. Морзе. Слідом за друкарськими було винайдено безліч стрілочних апаратів, які діяли за принципом примусового синхронізму. Спроби застосувати цей принцип у літеродрукуючому пристрої не мали успіху.

Практично придатне рішення для розробки літеродрукуючого апарату знайшов Д. Юз, поклавши в основу його принцип роботи синхронно-синфазного руху механізмів передавача і приймача (1855). Апарати Юза витримали випробування часом і зникли з експлуатації тільки до кінця першої третини цього століття.

Телеграфна апаратура досягла такого рівня досконалості, який відповідав вимогам зручності роботи і найкращого використання дактилографічних можливостей телеграфіста. Проте із зростанням світового телеграфного обміну до цього часу вже виникли інші вимоги. Спочатку швидке зростання телеграфного обміну компенсувалося підвищенням майстерності телеграфістів, вдосконаленням телеграфної апаратури, раціоналізацією телеграфної служби. Але незабаром подальше зростання телеграфного обміну зажадало підвіски додаткових проводів.

Величезний розмір матеріальних витрат, яких вимагала підвіска кожного зайвого проводу на таких довгих магістралях, як, наприклад, лінія Петербург — Варшава (1200 км), змусив винахідників напружено шукати засоби більш раціонального використання вже існуючих дротів або, висловлюючись сучасною мовою, спонукав їх до розробки способів ущільнення телеграфних ліній.

Разом з тим розвиток телеграфії сприяло відкриття і вивчення законів поширення струму в електричних ланцюгах. З цього приводу Дж. К. Максвелл у 1873 р. писав, що «важливі додатки вчення про електромагнетизм до телеграфії справили вплив на чисту науку, надавши комерційну цінність точним електричним вимірам і надавши електрикам можливість користуватися апаратами в таких масштабах, які перевершували масштаби будь-якої звичайної лабораторії».

Експлуатація перших довгих телеграфних ліній, і особливо морських кабелів, дозволила вивчити і досить глибоко засвоїти суть дійсних процесів, що протікають в електричних ланцюгах при телеграфуванні. Досвід експлуатації телеграфів зміцнив правильні уявлення про розподіл струмів і напруг в електричних ланцюгах, відкриті Омом і Кірхгофом.

Коли ж були прокладені перші морські кабелі, в повній мірі стала зрозумілою залежність процесу телеграфування від електричної ємності проводів. Ця залежність виявилася настільки сильною, що навіть по першим підводним кабелям телеграми доводилося передавати в уповільненому темпі. Для роботи ж по трансатлантичному кабелю довжиною 3240 км, який вдалося успішно прокласти до 1866 р. (після чотирьох невдалих спроб на протязі 1857–1865 рр.), існуючий пишучий апарат виявився взагалі не придатним, так як його приймач міг реагувати на сигнали силою не менше 10 мА.

Цю перешкоду було усунуто В. Томсоном (Кельвіном), який створив в 1867 р. пишучий апарат високої чутливості, відомий під назвою сифон-рекордера, для надійної роботи якого був потрібний лише вхідний струм порядку 0,02 мА. По суті в сифон-рекордері Томпсона Кельвіна отримала подальший розвиток ідея телеграфного апарату Шилінга. Труднощі, що зустрілися при перших спробах телеграфування по довгих морських кабелях, спонукали найбільших фізиків (Якобі, Ленца, Максвелла, Гельмгольца, Поггендорфа, Уїтсто — на та ін) зайнятися вивченням ролі самоіндукції і ємності в перехідних процесах, що протікають в електричних ланцюгах при телеграфуванні. Відкриті при цьому закономірності показали, що повітряний телеграфний дріт допускав значно більш високу швидкість телеграфування порівняно з тією, яка визначалася продуктивністю існуючих на кінець 19 сторіччя телеграфних апаратів.

Автоматичне телеграфування

Досягнута до кінця першого періоду розвитку телеграфії продуктивність телеграфних апаратів була не далека від межі, перевершити яку не могла б рука навіть найкращим чином натренованого телеграфіста.

За даними сучасних дактилографічених спостережень, найдосвідченіший телеграфіст в змозі довести середню швидкість передачі при тривалій роботі тільки до 240–300 букв в хвилину. Навіть при короткочасній (протягом не більше 3 хв) роботі рекордсменів на міжнародних змаганнях швидкість передачі не перевищує 600 букв в хвилину.

Ці обставини породили ідею замінити ручну роботу телеграфіста за безпосередньої передачі сигналів в лінію.

Численні спроби здійснити цю ідею звелися до розробки Двох типів передавачів:

• 1) з механізмом для попереднього накопичення кодових комбінацій,
• 2) з управлінням не рукою телеграфіста, а заздалегідь підготовленої ним перфорованою стрічкою.

Різні варіанти передавачів з механізмами для попереднього накопичення кодових комбінацій пропонувалися ще в середині XIX століття Сіменсом, Потсом, Клейншмідтом, Мурреєм, Смітом, Ерхардом і десятками інших винахідників. По конструкції вони були дуже різноманітні, але загальний принцип цих пристроїв був єдиним, і полягав у тому, що набір телеграфістом кодових комбінацій попередньо фіксувався і сама передача вже здійснювався спеціальним механізмом з постійною швидкістю, що не залежала від нерівномірної роботи телеграфіста. Подібні пристрої могли накопичувати не більше б-8 знаків.

Попередня підготовка перфорованої стрічки підвищила швидкість телеграфної передачі, так як на неї вже не накладалися які б то не було дактилографічні обмеження. Тому в подальшому отримала широке застосування і розвиток саме ця система, а спроби ввести в експлуатацію пристрої з механічним нагромадженням кодових комбінацій, зрештою, припинилися.

Перший практично придатний пристрій для телеграфування з попередньою підготовкою перфорованої стрічки за нерівномірного коду було розроблено Ч. Уїтстоном у 1858 р. Проте винахіднику не вдалося його відразу ввести в експлуатацію. Істотно більш складним було створення приймального апарату. Тільки після того як Уїтстон створив спеціальний приймач (ресивер) з двополюсним швидкодіючим поляризованим електромагнітом, йому вдалося довести всю систему в цілому до придатного для експлуатації стану і в 1867 р. вперше встановити її для обслуговування діючої лінії. У 60-70-х роках XIX ст. на винахід автоматичного телеграфу Ч. Уїтстон отримав в Англії ряд патентів.

Апарати Уїтстона дозволяли регулювати швидкість механізмів в дуже широких межах, і на перших порах продуктивність апарата обмежувалася виключно характеристиками телеграфної лінії. До початку XX ст. найкращі зразки апарату Уїтстона дозволяли доводити його продуктивність до 1500 знаків в хвилину, що відповідало просуванню перфорованої стрічки через трансмітер зі швидкістю 36 м/хв.

Однак швидкодіючі апарати відрізнялися складністю конструкції, що ускладнювало експлуатацію і вимагало постійної присутності висококваліфікованих механіків. Швидкодія механізмів досягалося ціною їх швидкого зносу, що в свою чергу викликало необхідність їх частого ремонту. Для експлуатації швидкодіючої апаратури потрібний численний персонал. Наприклад, головне управління пошт і телеграфів в Росії розкладом, затвердженим у 1901 р., передбачало для обслуговування штат, який складався з 5-8 чоловік: одного апаратника (телеграфіста, керуючого апаратом), двох перфувальників (тобто осіб, що набивали на перфораторну стрічку тексти телеграм), одного копіїста (тобто особи, яка списувала текст прийнятої телеграми в розкодованому вигляді) і одного журналіста (особи, яка вела апаратний журнал). Якщо навантаження перевищувало 80 двадцятислівних телеграм на годину, додавався ще один перфувальник і один копіїст, а при дуплексній роботи — помічник до апаратника.

Великі труднощі, пов'язані із створенням літеродрукуючої апаратури, що працює на принципі попередньої заготівлі перфорованої стрічки, були подолані винахідниками лише в XX столітті. Популярність отримала англійська система Кріда, в якій був застосований перфоратор з клавіатури друкарської машинки, спеціальний передавач, так званий трансмітер, стрічковий рекордер для прийому на перфоровану стрічку і дешифратор, який забезпечував відтворення буквеного тексту.

Система Кріда, заснована на застосуванні нерівномірного коду, була складна у своїй приймальній частини, і згодом використовувалася частіше не як літеродрукарська система, а з ондулятором на прийомі, що безпосередньо записував знаки нерівномірного коду у вигляді хвилястої лінії.

Розробка літеродрукуючої апаратури з попередньою перфорацією стрічки на основі рівномірного п'ятизначного коду була вперше успішно здійснена в 1912 р. фірмою «Сіменс і Гальске», але широкого поширення ця система також не отримала.

Перераховані вище швидкодіючі телеграфні пристрою в більшості країн назвали автоматичним телеграфом, хоча в тому вигляді автоматизація в телеграфії у сучасному розумінні цього слова ще не була досягнута, так як стрічку все одно перфорували вручну. Весь сенс винаходу тоді полягав не в автоматизації роботи, а в ущільненні телеграфної передачі з використанням передавача, що допускає високу швидкість телеграфування. З'явилася можливість забезпечити роботу телеграфного каналу з граничним навантаженням, так як необхідна для цього кількість телеграфістів могла одночасно перфорувати телеграфну стрічку.

Лише після винаходу Крідом стрічкового рекордера, який дозволяв на прийомі отримати точну копію оригінальної стрічки трансмітера, яка могла бути використана у другому трансмітері для подальшої передачі, з'явилася можливість автоматизованого (в справжньому сенсі слова) переприйому транзитних телеграм.

Але і ця можливість широко використана тільки останнім часом, а на той час (кінець 19 — початок 20 сторіччя) точний термін був прийнятий у Німеччині, де зазначені пристрої справедливо назвали машинним телеграфом.

Багаторазове телеграфування

Поряд з розробкою машинних телеграфів численні винахідники робили й інші спроби збільшити продуктивність апаратури з метою ефективніше використовувати телеграфний канал.

Ще в 1853 р. англійський винахідник Фармер вказав на те, що телеграфіст після передачі кожного сигналу робить паузу. Яка б мала не була ця пауза, вона завжди достатня, щоб в цей проміжок передати додатково ще кілька сигналів. Ґрунтуючись на цих спостереженнях, Фармер запропонував приєднати до одного дроту кілька передавачів, використовуючи цей єдиний провід для подачі телеграфної інформації від кожного передавача по черзі за допомогою спеціального пристрою — розподільника.

Перша серйозна спроба реалізувати ідею Фармера належить англійському механіку Д. Бернету. У 1860 р. він вперше розробив спеціальну клавіатуру для спільної роботи передавачів п'ятизначним рівномірним кодом через загальний розподільник.

У 1863 р. російський винахідник Струбинський і в 1872 р. німецький винахідник Б. Майєр розробили подібні системи апаратів для нерівномірного коду. Ці винаходи сприяли подальшому розвитку ідеї, але практично ще не вирішували задачу, так як, ґрунтуючись на нерівномірному коді, давали порівняно невеликий виграш в ущільненні передачі, що не виправдовувало порівняльну складність апаратури.

У 1872 р. французький механік Е. Бодо зробив спробу здійснити дворазову передачу, пристосувавши для цієї мети апарати Юза, але лише переконався при цьому, що апарати імпульсного коду в ще меншому ступені, ніж апарати нерівномірного коду, дозволяють реалізувати вигоди послідовного телеграфування. Узагальнивши отримані ним результати та досвід попередників, Бодо поклав в основу своєї подальшої роботи п'ятизначний код і в 1874 р. запатентував перший практично придатний дворазовий апарат, а в 1876 р. — п'ятиразовий апарат; в 1877 р. апарати Бодо були офіційно введені у Франції, а потім отримали широке поширення в інших країнах.

Продуктивність дворазового апарату Бодо досягала 360 знаків в хвилину. Продуктивність чотирьох — і шестикратних апаратів, які будували згодом, відповідно була вдвічі і втричі більше.

Бодо присвятив телеграфії все своє життя. Він не тільки зумів блискуче вирішити завдання послідовного багаторазового телеграфування, але і створив дешифратори, друкуючі пристрої та розподільники.

Якщо Шилінг ввів в телеграфію рівномірний п'ятизначний код, а Гаусс показав його раціональність, то Бодо вперше повністю практично реалізував переваги рівномірного п'ятизначного коду.

Нарешті, Бодо знайшов такі способи підтримки синхронізму між передавачем однієї станції і приймачем іншого, які забезпечували надійну роботу літеродрукуючих апаратів на лініях значної протяжності.

Таким чином, роботи Бодо склали найважливіше досягнення телеграфії у другій половині XIX ст.

Визнаючи високі заслуги Жана Еміля Моріса Бодо, Міжнародний комітет з телеграфії в 1927 р. присвоїв одиниці швидкості телеграфування назва бод.

Дуплексне телеграфування

Майже одночасно з винаходом послідовного багаторазового телеграфування був розроблений метод ущільнення телеграфного каналу за допомогою так званого дуплексного телеграфування.

Першими висунули ідею дуплексного телеграфування чеський електрик Ф. Петржина і австрійський механік Ю. Гінтль, ще в 1853 р. Вони запропонували врівноважити опір телеграфного дроту за допомогою балансів. Це дозволяло домогтися такого режиму в схемі двох станцій, щоб приймач кожної з них не реагував на роботу власного передавача, але завжди був готовий до прийому сигналів, що надходять від іншої станції.

Аналогічні схеми були запропоновані в 1854 р. Сіменсом і Фришеном і рядом інших винахідників.

Ідея диференціальної схеми дуплексного телеграфування сама по собі не викликала сумнівів. Проте перші ж спроби її здійснення зустріли труднощі. Виявилося, що звичайний ключ передавача телеграфу, що пише, практично непридатний. В процесі телеграфування при переході із стану спокою в робочий і назад обидва контакти ключа на деякий час залишались роз'єднаними одночасно. Це так званий перехідний час, коли диференціальна схема виявлялася порушеною.

Крім цієї, суто технічної перешкоди, виявилися і експлуатаційні труднощі. При звичайному телеграфуванні персонал телеграфних станцій всі службові довідки, пояснення і переговори при необхідності міг здійснювати негайно, перериваючи передачу чергової телеграми. Значення такої можливості можна зрозуміти, якщо врахувати відносно невисокий рівень майстерності телеграфістів того часу.

Відомий російський математик 3. Я. Слонімський перший зумів розробити в 50-х роках XIX ст. систему зустрічного телеграфування (квадруплексна система), що виключала зазначені вище труднощі.

У 1871 р. американський інженер Д. Стірнс вперше ввів в експлуатацію спрощену диференціальну схему дуплексного телеграфування. Щоб уникнути застосування спеціального телеграфного ключа, Стірнс ввів в ланцюг звичайного телеграфного ключа допоміжне реле з перехідними контактами.

Ідея квадруплексного телеграфування була практично реалізована тільки в 1874 р. відомим американським винахідником Т. А. Едісоном, який спільно з інженером Джорджем Прескоттом розробив так звану мостову схему, дія якої ґрунтувалася на закономірностях відомого моста Уїтстона

До кінця 70-х років квадруплексне, дуплексне і диплексне телеграфування широко поширилося в усіх країнах, особливо в Англії і США.

Таким чином, у другій половині XIX століття у зв'язку з інтенсивним будівництвом телеграфних ліній значної протяжності назріла нагальна завдання підвищити ефективність використання телеграфних проводів. У відповідності з рівнем науково-технічних знань та виробничої технології розробка методів ущільнення телеграфного каналу пішла за трьома самостійними напрямками і привела до винаходу і практичного застосування машинного, багаторазового послідовного та дуплексного телеграфування.

Незважаючи на чудові успіхи телеграфії, цей вид зв'язку не завжди міг задовольнити потребували ньому. В першу чергу не влаштовував він морський флот, який з часів великих географічних відкриттів був першим претендентом на нові засоби зв'язку. Потрібна була нова система бездротового зв'язку.

Розвиток ідеї частотного телеграфування

З усіх технічних ідей, спрямованих на підвищення ступеня використання дорогої телеграфної лінії, найважливішою була ідея телеграфування струмами різної частоти. Шляхи її здійснення виявилися досить складними, але її розвиток принесло результати, значення яких вийшло далеко за межі телеграфії або навіть взагалі техніки зв'язку.

Перші передумови для виникнення ідеї частотного телеграфування з'явилися дуже давно. Ще в 1837 р. американський інженер Ч. Пейдж зауважив, що вмикання та вимикання струму, що протікає через соленоїд, підвішений між полюсами підковоподібного магніта, викликають звук. В подальшому це явище вивчали багато фізиків, в тому числі О. Де ла Рів і Р. Вертгейм, що показали в 1849 р., що замикання і розмикання ланцюга обмотки електромагніта викликають поздовжні коливання його осердя. Застосовуючи як сердечник електромагніта м'яке залізо, вони встановили, що тон одержуваних при цьому звуків строго залежить від частоти замикань і розмикань електричного кола.

У найближчі роки було створено безліч конструкцій так званих вібраторів (зумерів), що представляли собою електромагніт, якір якого, приходячи в коливання, автоматично замикав і розмикав електричний ланцюг його обмотки. У 1852 р. чеський фізик Ф. Петржина використовував вдосконалений ним вібратор як телеграфного приймача. У розробленій ним системі звукового телеграфування передаються букви позначалися комбінаціями коротких і довгих звукових сигналів.

Всі ці відкриття і винаходи підготували ґрунт для розвитку ідеї одночасної передачі декількох телеграм з одного і того ж проводу струмами різної частоти. Перша спроба здійснити цю ідею належить французькому вчителю фізики Е. Лаборду, сказав про свій винахід в 1860 р. Паризької Академії наук

Передавач у пристрої Лаборда складався з металевої пластинки, один кінець якої був затиснутий, а до іншого кінця припаяний мідний стрижень. При коливаннях пластинки цей стержень опускався в чашку з ртуттю, замикаючи телеграфний ланцюг. Електромагніт приймача мав якір, який представляв копію металевої пластинки передавача, а отже, мав однакову з нею власну частоту коливань. Ґрунтуючись на явищі резонансу, Лаборд включав в загальний телеграфний дріт кілька пар описаних пристроїв, прагнучи домогтися незалежної дії кожної пари, тобто вибірковості роботи кожного приймача відносно чинного в парі з ним передавача.

Значний крок вперед у розвитку частотного телеграфування був зроблений професором Харківського університету Ю. В. Морозовим, який вперше відмовився від сигналізації змінним струмом. У 1869 р. він розробив передавач, який представляв собою скляну посудину, наповнений струмопровідною рідиною з двома опущеними в неї електродами. Один з електродів був нерухомим, інший виготовлений у вигляді металевої пластинки з жорстко закріпленим кінцем. При коливаннях металевої пластинки електричний опір між нею і нерухомим електродом змінювався за синусоїдальним законом і відповідно змінювався струм в ланцюзі. Частота цього струму відповідала частоті власних коливань металевої пластинки. Передавач Морозова являв собою прообраз мікрофона.

Винахід рідинного мікрофона поклав початок цілій серії дослідів над «гармонійним» телеграфом і в кінцевому рахунку призвело до відкриття дійсної можливості передачі людської мови.

Повне ж практичне здійснення ідея частотного телеграфування отримала лише з розвитком радіоелектроніки.

Розвиток телеграфу в Російській імперії

У Росії апарати Бодо були вперше встановлені у 1904 р. для телеграфного зв'язку між Петербургом і Москвою. Однак одразу з'ясувалося, що у російських умовах до цих апаратів пред'являються додаткові вимоги. Так як в російському алфавіті літер більше, ніж у латинському, неможливо було розмістити їх на одному тільки буквеному регістрі і менш уживані щ, ю, е, ъ, є довелося помістити на цифровому регістрі.

Прогалини при переході посеред слова з одного регістра на інший нерідко призводили до неприпустимих спотворень сенсу телеграми. У 1908 р. механік Петербурзького телеграфу А. П. Яковлєв винайшов дотепне пристосування, що усунуло цей недолік.

Інша додаткова вимога була наслідком значної протяжності російських телеграфних ліній. Апарат Бодо міг працювати на лінії довжиною не більше 600 км. Цей недолік був усунутий А. П. Яковлєвим, який розробив телеграфну трансляцію для апаратів Бодо, яка збільшила можливу дальність телеграфування в чотири рази. Трансляція А. П. Яковлєва була успішно випробувана в 1915 р. на лінії Петроград-Ростов. У наступні роки російські вчені внесли чимало значних удосконалень в апарат Бодо, серед яких особливо важливою була розробка системи Бодо-радіо.

На землях України

На українських землях телеграфний зв'язок почався у 1840-их роках у Галичині (1846 року встановлено телеграфний зв'язок Львова з Віднем) і в 1850-их роках на центральних і східних землях (1855 між Києвом і Петербургом, згодом між Києвом і Москвою). Розвиток телеграфного зв'язку в Україні (у межах УРСР) видно з таблиці (у дужках для всього СРСР):

Відправлено телеграм	1913	1928	1940	1960	1970	1975
У млн	9,2	4,5	23,3	36,4	57,6	68,8 (943)
На 100 осіб	2,6	11	58	84	123	140 (174)

Визначення

Для передачі дискретних сигналів можуть бути використані аналогові канали зв'язку.

Сигнали, що відображають дискретні повідомлення називаються дискретними, а канал зв'язку, що забезпечує передачу цих повідомлень, називають дискретним каналом.

Тональне телеграфування — частотне телеграфування, при якому частота змінного струму знаходиться в смузі 300 — 3400 Гц.

Надтональне телеграфування — частотне телеграфування, при якому частота змінного струму вище 3400 Гц.

Підтональне телеграфування — ЧТ, при якому частота змінного струму нижче 300 Гц.

Використання каналу ТЧ для передачі телеграфної чи фототелеграфної інформації називають вторинним ущільненням.

Швидкістю телеграфування називається максимальне число елементарних посилок, яке може бути передано телеграфним апаратом за 1 секунду, вимірюється в бодах.

n=(N*K)/t=(400*7.5)/60=50 Бод, де:

•  — n — швидкість телеграфування
•  — До — число елементарних імпульсів в комбінації
•  — N — швидкість друку знака

Якщо в 1 сек. передається одна елементарна посилка, то швидкість телеграфування дорівнює одному боду.

Під пропускною здатністю ТГ апарата розуміється максимальна кількість слів, яка може бути передана і прийнята в одну годину.

Коди бувають нерівномірні (код Морзе), і рівномірні (п'яти елементний міжнародний код № 2).

В рівномірному коді будь знак позначається за допомогою струмових і неструмових посилок однакової тривалості.

Телеграфним кодом називається умовне позначення знаків (букв, цифр, розділових знаків) певними комбінаціями посилок електричного струму.

Спосіб передачі ТГ інформації може бути однополюсними посилками або двополюсного посилками.

Кількість різних комбінацій п'ятиелементного коду визначається формулою:

P=m^n, де:

•  — Р — число комбінацій
•  — m — число видів імпульсів
•  — n — кількість елементарних імпульсів в комбінації.

Так як: m=2, n=5, P=2^5=32

Службові комбінації

•  — повернення каретки
•  — перенос рядка
•  — пробіл і т. д.

МКТ-2 економніше коду Морзе на 30-35% (7,5 -> 9).

Див. також

• Телеграф
• Телеграфний апарат
• Бод
• Бодо Жан Еміль
• Азбука Морзе
• Перфострічка

Література

• Енциклопедія українознавства : Словникова частина : [в 11 т.] / Наукове товариство імені Шевченка ; гол. ред. проф., д-р Володимир Кубійович. — Париж — Нью-Йорк : Молоде життя, 1955—1995. — ISBN 5-7707-4049-3.

Посилання

• bibliotekar.ru/spravochnik-185-tehnika/105.htm — РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕЛЕГРАФНОЙ СВЯЗИ
• Телеграфный аппарат ЛТА-8 Общее устройство и принцип действия стартстопных телеграфных аппаратов.