Эдисон. Электрическое освещение

ГЛАВА 2 Война телеграфов

Эдисон быстро добился успеха благодаря своей увлеченности работой и предпринимательской жилке. Это помогло ему воплотить в жизнь свою идею индустриализации научных исследований, идею мастерской-лаборатории, нацеленной на коммерческое применение результатов. Впервые он опробовал свою концепцию в Ньюарке, где добился значительного прогресса в телеграфии, втянувшись в так называемую «войну телеграфов».

Во время деятельности компании «Поуп, Эдисон и Компания» Эдисон с обычной своей увлеченностью трудился в магазине, переделанном под мастерскую-лабораторию. Он проводил за работой все дни: с шести утра до часа ночи.

За первый год своей жизни фирма получила полдюжины патентов, среди которых — на аппарат, печатающий биржевые сводки, а также на сеть аппаратов, передающих информацию о курсе золота и фунта стерлингов, сконструированных специально для импортеров и биржевых агентов.

Оба компаньона проявили недюжинные стратегические способности, когда отказались от продажи своего изобретения более крупным фирмам, а занялись прямой его реализацией. Они поставляли соответствующую аппаратуру на правах аренды, что для клиентов было более удобно, нежели ее покупка. Эта бизнес-модель оказалась весьма плодотворной. Через шесть месяцев к ним обратилась компания «Голд энд Сток Телеграф», желавшая принять участие в их бизнесе, но «Поуп, Эдисон и Компания» объединились с филиалом «Вестерн Юнион». Однако здесь пути компаньонов разошлись, потому что молодой изобретатель счел, что его обошли при разделе прибылей, и решил стать независимым предпринимателем. Возможно, на его решение повлиял тот факт, что от «Beстерн Юнион» ему давно поступали предложения выполнять работы для них за определенную комиссию.

В 1871 году Эдисон по поручению нового президента «Голд энд Сток» Маршалла Леффертса (1821-1876) разработал универсальный печатающий аппарат (см. рисунок 1). Это была улучшенная версия телеграфной печатной машины, передающей биржевые сводки, с использованием более простого механизма по сравнению с предшественниками, но в то же время отличающаяся более высокой эффективностью. Кроме того, машина была менее подвержена поломкам. Главным ее преимуществом было то, что в ней удалось решить проблему синхронизации в сети, которая в целом мешала всем системам телеграфа печатать котировки. Благодаря своим характеристикам этот аппарат стал идеальным средством для фирм, далеких от Нью-Йорка: теперь при его использовании у них отпала необходимость обращаться к техникам.

Устройство могло получать и отправлять сообщения. Для последней функции у него имелась своего рода полукруглая клавиатура, буквы на которой соответствовали буквам на печатающем колесе (см. рисунок 2). Как и в счетчике голосов, печать документа выполнялась на химически обработанной бумаге и происходила в горизонтальной плоскости. Эдисон усовершенствовал конструкцию рулона бумаги, чтобы сделать его более легким и облегчить его вращение, и использовал более тонкую бумагу, что, в свою очередь, позволило механизму работать быстрее и с меньшими затратами энергии. Как и со всеми своими изобретениями, Эдисон впоследствии многократно модифицировал начальную конструкцию аппарата, получив ряд патентов на последовательные улучшения.

Главным стержнем данного изобретения был синхронизирующий винт (см. рисунок 3), который составлял часть колеса с буквами. Часто в сети печатающих котировки устройств отдельные машины не поспевали за передающим устройством, так что некоторые буквы терялись. В сообщениях, которые появлялись на узких полосках бумаги, такие потери букв могли оказаться фатальными. Чтобы разрешить эту проблему, было испробовано много механических систем, но единственным эффективным решением оказался синхронизирующий винт Эдисона.

Этот маленький элемент помещался на оси машины (а) и представлял собой часть самого колеса с буквами (b). Когда печатающий аппарат запаздывал, свободный конец рычага отходил от винта (с) и встречался с ограничителем (d), который блокировал вращение оси и возвращал на первоначальное место колесо с буквами вплоть до следующей активации печатающего рычага. Тогда аппарат вновь приводился в действие, но уже автоматически синхронизировался со всей сетью.

РИС. 1

РИС. 2

РИС.З

В мастерской в Ньюарке Эдисон впервые воплотил в жизнь свою концепцию промышленной лаборатории — фабрики по производству научных исследований, где производство поддерживало бы исследовательскую деятельность и наоборот. Мастерская функционировала 24 часа в сутки; возглавлявший ее команду Эдисон следил за работой своих механиков, посвящая остальное время экспериментам и разработке новых изобретений. В конце концов он получил возможность подбирать талантливых людей, разделяющих его взгляды на работу. Среди них выделялся молодой англичанин по имени Чарльз Бэчлор (1845-1910), способный рисовальщик и механик, научившийся этому ремеслу на текстильной фабрике. Он остался рядом с Томасом на долгие годы. Команда Эдисона была интернациональной, потому что изобретатель принимал в нее разных талантливых европейцев, таких как чертежник Джон Отт (1850-1931), соотечественник Бэчлора, швейцарский часовщик Джон Крузи (1843-1899) и немецкий механик Зигмунд Бергман (1851-1927). Все эти люди под руководством своего американского учителя добились больших результатов и со временем уже самостоятельно сделали блестящую карьеру. Некоторые вернулись в Европу и основали там фирмы, которым предстояло стать крупнейшими в Старом Свете компаниями по производству электрического оборудования. Несмотря на молодость, Эдисон в это время уже считался выдающимся специалистом в телеграфном деле, и его сотрудники гордились тем, что они работают у него.

Здание, вмещавшее мастерскую Эдисона в Ньюарке, в архитектурном отношении интереса не представляло, но оно располагалось на одной из центральных улиц, Вард-Стрит, и прекрасно подходило для размещения там 300 человек, занятых производством.

Успех эдисонова винта заключался в том, что он не был сконструирован как отдельная деталь машины, а был полностью интегрирован в механизм самого печатного аппарата. Автор понимал суть своего изобретения именно так: «интегральная система моментальной связи». Синхронизирующие винты контролировали каждую из осей печатающих аппаратов.

Эдисон взялся за это дело, не обсудив ни величину своего гонорара, ни то, кому будут принадлежать права на патенты. В конце работы генерал Леффертс спросил его, сколько он хочет. Молодой изобретатель не знал, что ему отвечать, и, не желая брать на себя решение, спросил, сколько ему готовы предложить. Ответом прозвучало 40 тысяч долларов — невероятное по тем временам состояние для Эдисона, — однако с условием: любое изобретение или улучшение, связанное с печатным аппаратом, станет собственностью «Голд энд Стокс». Через месяц полученный капитал закончился (он весь был истрачен на оборудование), но с этого момента звезда Эдисона начала свое стремительное восхождение.

От «Вестерн Юнион» изобретатель получил заказ на 1200 аппаратов общей суммой в полмиллиона долларов. В это время он располагал мастерской с 18 сотрудниками. Для выполнения заказа требовалось увеличить число работников хотя бы в три раза, поэтому компания «Вестерн Юнион» предложила ему в коммерческие партнеры Уильяма Унгера. Эдисон был осведомлен о сомнительной репутации гигантского треста: все знали, что телеграфные магнаты не церемонятся в выборе методов конкуренции, так же как и крупные железнодорожные компании. И все же, хотя принять в компаньоны Унгера означало поступиться своей нынешней самостоятельностью, потому что он стал бы защищать интересы «Вестерн Юнион», нельзя было отрицать, что это поспособствует активизации исследований, а значит, любое изобретение и малейшее улучшение, сделанное Эдисоном, гораздо быстрее попадет на рынок. Таким образом, изобретатель принял предложение основать товарищество, хотя в некоторых его биографиях утверждается, что у него просто не было выбора. В любом случае патенты Эдисона привели к тому, что «Вестерн Юнион Телеграф Компани» заняла лидирующее положение на рынке.

Печатающий аппарат без синхронизирующего винта [Эдисона] был бы бесполезным, и его никто бы не покупал.

Эдвард Калахан, изобретатель первого аппарата, печатающего котировки

Новое акционерное общество «Эдисон и Унгер* сняло офис на третьем этаже здания на Вард-Стрит в Ньюарке, штат Нью- Джерси. Там Эдисон организовал свою первую серьезную мастерскую, воплотив идею мастерской-лаборатории, которую он уже давно вынашивал. Так начался активный период его жизни в качестве изобретателя и производителя электрической техники, когда Эдисон мог свободно развивать свой талант и подбирать сотрудников по собственному усмотрению. Всего год назад Томас приехал в Нью-Йорк никому не известным, без гроша в кармане и без перспектив на получение работы, и вот он уже успешный предприниматель.

Весной 1871 года дела Эдисона в Ньюарке шли прекрасно. Он не появлялся дома три года и отправил родителям письмо, в котором рассказывал о своих удачах, предлагал деньги и сообщал, что хочет вскоре их навестить. Уже собираясь в дорогу, Эдисон получил телеграмму о смерти матери. После похорон он вернулся в Ньюарк и погрузился в работу, стараясь ни о чем больше не думать. Потеря матери надолго вывела его из равновесия.

РИС. 4

Компания «Аутоматик Телеграф» была основана в Нью- Йорке с целью использовать патенты на автоматический телеграф британца Джорджа Литтла.

Этот аппарат был сконструирован, чтобы передавать сообщения с гораздо большей скоростью, чем та, которая достигалась с помощью телеграфа Морзе, и он претендовал на то, чтобы заменить своего предшественника. Оператор ручного телеграфа мог передавать от 25 до 40 слов в минуту, в то время как английские автоматические телеграфы достигали скорости 60-120 слов.

Основной принцип работы автоматического («быстрого») телеграфа состоял в перфорации бумаги (см. рисунок 4). Используя клавиатуру, сходную с клавиатурой пишущей машинки, или же вручную, в бумажной ленте пробивались последовательности точек и тире, соответствующие сообщению, передаваемому азбукой Морзе. Когда лента с большой скоростью проходила через передатчик, возникали электрические импульсы в соответствии с этими точками и тире. Передатчик состоял из вращающегося цилиндра (А) и металлической иглы (В). Когда при прохождении бумаги игла попадала на точку или тире, она вступала в электрический контакт с цилиндром под лентой, замыкая цепь. На другом конце провода автоматический приемник получал эти «скоростные» сигналы, и они подавались на другую металлическую иглу (С). Последняя касалась бумажной ленты, обработанной химическими реактивами, так, чтобы реагировать на контакт с иглой, которая оставляла после себя точки и тире, образующие буквы азбуки Морзе.

РИС. 5

И все-таки, хотя быстрота передачи была выше, автоматические телеграммы нуждались в длительной подготовке текста на перфорированной бумаге, а после получения их приходилось расшифровывать и переводить из азбуки Морзе в обычный текст. Аппарат оказался отлично приспособленным для передачи длинных текстов, например новостей «Ассогииэйтед Пресс». А вот с короткими сообщениями лучше было обращаться к ручным операторам, которые могли читать недлинные написанные клиентом фразы и тут же переводить их в азбуку Морзе. Несмотря на существующие проблемы, руководители «Аутоматик Телеграф» пребывали в убеждении, что в целом будущее — за автоматической телеграфией и аппаратом Литтла. Должным образом доработанное, это устройство могло изменить правила игры в мире телеграфии, и поэтому его привезли в Ньюарк.

Реостат — это электрический прибор, назначение которого — изменять сопротивление в цепи. Таким образом, его функция подобна потенциометру, но в данном случае речь идет о приборе с двумя клеммами, который может выдерживать значительно большие напряжение и силу тока, но не выполняет функции делителя напряжения. Он используется для запуска двигателей или любого действия в пределах электрического контура, требующего изменения сопротивления при условиях высокого напряжения и силы тока.

Основой аппарата Литтла был электрохимический механизм. Так как химически обработанная бумага была очень непрочной, ее реакцию могли вызвать самые слабые импульсы. В таком телеграфе электрические импульсы были слишком мощными и оставляли на бумаге слишком размазанные следы, поэтому символы не различались или же «налезали» друг на друга. Эдисон придумал систему, которая регулировала количество тока, протекающего через бумагу, и обеспечивала регулируемое изменение тока в конце импульса, что устраняло любые искажения и гарантировало ясное различение любого отображенного символа.

Эта цель была достигнута с помощью цепи (см. рисунок 5), в которой батарея (а) связывалась через передатчик (b) с линией (с) с обычным заземлением (d). Между линией и приемником (е) было сделано ответвление цепи с реостатом, то есть переменным сопротивлением (ƒ), и батареей (А). Ответвление отводило часть электрического сигнала, а реостат регулировал количество тока, который должен пройти через него, с учетом сопротивления бумаги. Полюса батареи А располагались так, чтобы проводить электрический ток в направлении, противоположном основной линии, через цепь 1, е, 2, ƒ и 3. Это ослабляло мощность сигнала, и с уменьшением перфорации бумаги символ становился ясно виден. Второй реостат (ƒ) был подключен к полюсам батареи А, чтобы на бумагу подавался только необходимый для произведения нужного эффекта ток.

РИС. 6

Еще одной проблемой телеграфа Литтла являлась значительная длина проводов на линии. Быстрая телеграфия подразумевала очень интенсивный трафик, который перегружал линию. Перегруженная линия, то есть такая, где циркулирует слишком много носителей электрического заряда (электронов), производила слишком большой заряд статического, «паразитного» электричества в проводе. Статическое электричество вело к искажению символов, отпечатывающихся на бумажной ленте приемника. Единственный способ избежать этого заключался в снижении скорости передачи, что уничтожало идею быстрой связи, которой хотелось достичь.

Во время работы над совершенствованием автоматического телеграфа Эдисон жил в съемных комнатах. Именно тогда он познакомился с Мэри Стиллвелл, 16-летней девушкой из бедной семьи, работавшей учительницей в воскресной школе и разнорабочей в одной из мастерских Ньюарка. Пара поженилась 25 декабря 1871 года.

Изобретатель купил большой дом с восемью комнатами в Ньюарке, где планировалось разместить будущую семью, которая, как ожидали оба супруга, должна быть многочисленной.

У Томаса и Мэри родились три сына.

Первым двум Эдисон дал «телеграфные» имена: их звали Дот и Даш (Точка и Тире). Некоторое время спустя обитателей дома стало больше — с ними стал жить отец Эдисона. Самуэль Огден Эдисон, хотя и был уже весьма пожилым человеком, все еще отличался бодростью, как и 40 лет назад, когда бежал из Канады. Через некоторое время он включился в работу сына.

Мэри Стиллвелл.

Для решения данной проблемы Эдисон предложил применить модифицированную версию своего реостата (см. рисунок 6). От главной линии (а) он устроил ряд ответвлений (с) с реостатами (d) и батареями (е), более слабыми, чем те, что использовались в передатчике (ƒ), которые вырабатывали ток противоположной полярности. Применив этот обратный электрический ток, Эдисон снизил интенсивность тока (то есть на самом деле уменьшил величину электрического заряда в единицу времени), проходившего через линию, и, следовательно, снизил излишний статический заряд, не мешая при этом прохождению сигнала от передатчика. В сущности, при направлении слабого обратного тока снижалась электрическая интенсивность входящего тока, и заряд в проводе накапливался медленнее, что снижало его воздействие.

Часто одним из главных этапов работы Эдисона и его сотрудников в ходе процесса изобретательства было исследование материалов. Команда Эдисона погружалась в долгие поиски веществ, чьи свойства подходили бы для решения нужной задачи. Поняв, что автоматический телеграф точнее передает сообщения и может работать с большей скоростью, освобождая линии, ньюаркская команда пришла к выводу: нужно получить бумагу, соответствующую скорости работы приемника. Химический раствор, которым пропитывалась бумажная лента в аппарате Литтла, реагировал с недостаточной быстротой, что заставляло снижать скорость передачи. Кроме того, он был слишком дорог.

Дайте мне задачу, отведите на ее решение шесть месяцев, и я сделаю любое изобретение.

Томас Альва Эдисон

В поисках решения этой задачи Эдисон на долгие месяцы погрузился в изучение химических свойств бумаги. Как и всякий хороший исследователь, он собрал все возможные документы и материалы, невзирая на их цену или место, где их можно было достать: Париж, Лондон, Нью-Йорк... Через несколько месяцев Эдисон прочел все, что когда-либо было опубликовано на данную тему, и поставил сотни опытов. Результатом стало применение раствора соли железа, которая вступала в реакцию очень быстро и в то же время была весьма стабильна. Кроме того, упомянутое вещество имело еще и дополнительное преимущество: раствор стоил всего пять-шесть центов за галлон. Эдисон назвал получившуюся бумагу «угольной». Со временем с помощью такого типа химической обработки стали производить парафинированную бумагу.

Джейсон «Джей» Гулд (1836-1892) был одним из главных промышленных деятелей, ответственных за развитие железнодорожной сети, и весьма непопулярным финансовым спекулянтом.

Его считают одним из «баронов-грабителей» — бессовестных и беспринципных капиталистов. Это уничижительное прозвище применялось в отношении американских дельцов XIX века, использовавших при сколачивании своих состояний сомнительные методы.

Обычная стратегия Гулда состояла в том, чтобы захватывать контроль над национальными ресурсами, использовать всеми способами политическое влияние, платить как можно меньше налогов, скупать конкурирующие фирмы с целью получить монополию и манипулировать рынком с помощью сомнительных биржевых операций. В железнодорожном секторе Гулд основал акционерное общество совместно с биржевым маклером и финансовым игроком Джеймсом Фиском. Вместе они осуществили несколько операций для захвата контроля над железными дорогами и были ответственны за «черную пятницу» 24 сентября 1869 года, которая едва не обрушила экономику США, заставив вмешаться федеральное правительство. На вершине своей карьеры Гулд диверсифицировал капитал и вложил средства в телеграфию, что привело к «войне телеграфов» против огромной компании «Вестерн Юнион», находящейся в собственности семьи Вандербильт, хотя упомянутая борьба более всего ассоциируется с именем президента этого акционерного общества Уильямом Ортоном (1826-1878).

В ходе этой работы люди из команды Эдисона сделали намного больше, чем просто усовершенствовали быстрый телеграф. Они полностью изменили его конструкцию и разработали совершенно новую систему автоматической телеграфии, способную отсылать от 500 до 1000 слов в минуту, причем все компоненты данной системы были защищены патентами. Эдисон стал главным изобретателем своего времени, показав всем, что его идея промышленной лаборатории приносит ожидаемые результаты. Группа его единомышленников, специалистов в разных областях, улучшила процесс пошагового совершенствования, который обычно длился несколько лет и сопровождался получением различных патентов, пока устройство не достигало стадии рабочей версии, готовой для выпуска на рынок.

Как бы то ни было, жизнь автоматического телеграфа длилась недолго. Когда велась подготовка к запуску его в серийное производство, «Атлантик энд Пасифик Телеграф», телеграфная компания финансиста Джея Гулда, купила «.Аутоматик Телеграф» и вместе с тем все права и патенты Эдисона. Гулд собирался развивать долгосрочную стратегию по ослаблению «Вестерн Юнион», чтобы в конце концов купить эту компанию. Он не выказал особого интереса к автоматическому телеграфу и в открытую заявлял, что будет продолжать использовать ручную отправку сообщений, несмотря на то что новое изобретение доказало свою высокую эффективность. В конечном итоге Гулд вообще отказался от него, мотивировав это недостатками в работе аппарата, хотя на самом деле в то время, когда сети автоматического телеграфа контролировал Эдисон, они работали прекрасно. В описываемый период быстрая телеграфия увеличила выручку компании. К концу 1880-х годов «Атлантик энд Пасифик» располагала 22 автоматическими станциями, которые достигли совместной скорости в 2000 слов в минуту. В то же время перфорированная бумага могла обеспечить скорость в 22 слова в минуту. Тем не менее использование автоматического телеграфа в итоге сошло на нет.

Вскоре после 1870 года объем передаваемых телеграфных сообщений начал расти с огромной скоростью, и многие изобретатели работали над созданием систем, позволяющих увеличить пропускную способность при передаче и тем самым снизить ее себестоимость. С середины века изучалась возможность отправлять несколько телеграфных сообщений одновременно по одному проводу. Эта исследовательская задача стала и одним из главных полей битвы в «войне телеграфов».

Универсальное печатное устройство биржевых котировок, разработанное Эдисоном в 1871 году.

Портрет Уильяма Ортона.

Эдисон в окружении сотрудников. Сидят, справа налево: Фред Отт, Эдисон и Жорж Гуро. Стоят, слева направо: Уильям Л. Диксон, Чарльз Бэчлор, Теодор Вангеманн, Джон Отт и Чарльз Браун.

У Эдисона всегда были прекрасные отношения с Уильямом Ортоном. Оба они неоднократно выказывали друг другу взаимное уважение, и Эдисон признавался, что именно от Ортона он узнал все, что ему известно о патентах. Незадолго до того времени «Вестерн Юнион» освоил дуплексную систему американского изобретателя Джозефа Баркера Стирнса (1831-1895), президента компании «Франклин Телеграф», которая отправляла одновременно по два сообщения или же передавала по одному сообщению сразу в двух направлениях, уменьшая или увеличивая силу тока. Такая система быстро утвердилась в Европе и США, вплоть до того, что через Атлантику был протянут дуплексный кабель, а компания «Вестерн Юнион» приобрела права на нее у Стирнса. Тем не менее в 1872 году Ортон поручил Эдисону исследовать альтернативные системы с целью получения на них патента как «защиты от конкуренции», то есть для обеспечения монополии.

Обычно дуплексные телеграфы определяют как системы, способные передавать сообщения в обоих направлениях одновременно, то есть в них передача и прием производятся по одной линии, в отличие от связи, в которой есть отдельные линии для передачи и приема. Фундаментальная проблема, стоявшая перед конструкторами дуплексного телеграфа, была отнюдь не простой. Им следовало избежать ситуации, когда сильный электрический ток на выходе, направляющийся на далекую станцию, приводит в действие зуммер (то есть звонок, делающий слышимым переключение реле, чтобы сигналы азбуки Морзе можно было воспринимать на слух), но при этом требовалось, чтобы гораздо более слабый входящий ток, пришедший с удаленной станции, активировал реле. Многие изобретатели искали решение этой задачи. К 1870 году телеграф использовался во все мире, однако никто не смог найти эффективный способ преодолеть данную трудность.

РИС. 7

Идея Стирнса состояла в применении так называемого дифференциального дуплекса (см. рисунок 7). Изобретатель использовал тот факт, что интенсивность магнитного поля, образованного катушкой, пропорциональна количеству витков обмотки, через которую пропускается электроток. Если пустить этот ток в противоположных направлениях, индуцируемые магнитные поля взаимно гасят друг друга. Стирнс разделил катушку реле зуммера на две половины, чтобы поделить ток на две равные части, направив его в одной половине через контур, где заряд временно аккумулировался в конденсаторе. Таким образом, ток на выходе был недостаточно мощным для активации реле зуммера. А вторичный контур, отходящий от ключа, приводил в действие местный зуммер, чтобы телеграфист мог слышать то, что он передает.

Система, в сущности, основывается на направлении сигнала меньшей мощности и на двух зуммерах — одном на входе, другом на выходе. Идея использовать зуммер с разделенной катушкой и ответвление цепи давно витала в воздухе, и в Европе уже было известно несколько прототипов. Заслуга Стирнса состояла в том, что он применил конденсатор.

Главный элемент дуплекса Стирнса, который можно увидеть на рисунке 7, — это разделенная катушка (R) зуммера. Ток на выходе, генерируемый при замкнутой цепи с ключом (К), разделяется в катушке и течёт с одной стороны вправо, по направлению к главной линии (L), а с другой стороны влево, по направлению к ответвлению контура, где сопротивление (X) помещено параллельно конденсатору (С). Полярность катушек выбрана так, чтобы в одной половине ток тек по часовой стрелке, а в другой — против. В результате индуцированное магнитное поле взаимоуничтожается, и зуммер не реагирует на сигналы на выходе.

РИС. 8

Сложность цепи ключа определяется тем, что в нем присутствует местный зуммер (T) со своим собственным реле (RL), что образует контур с собственным сопротивлением и другими элементами. Зуммер служит для того, чтобы оператор слышал свое сообщение, в то время как вышеописанный контур — это контур входа, который активируется, только когда получает сигнал, приходящий от удаленной станции на главной линии.

В качестве альтернативы системе Стирнса Эдисон разработал «дуплексно-диплексную» систему, то есть такую, которая могла одновременно пересылать сообщения в разных направлениях или же отправлять два сообщения в одном направлении (см. рисунок 8). Изобретатель называл ее просто дуплексным телеграфом, «своим» дуплексом. Эти системы могут функционировать в двух рабочих режимах, позволяющих одновременную передачу по амплитуде (как в системе Стирнса, то есть при разной силе тока) или по частоте, то есть удваивая периодичность циклов электрических сигналов.

Обычная «диплексная» конфигурация использовала комбинацию батарей разной мощности для генерирования слабых и сильных сигналов, которые приводили в действие одно или другое приемное реле. Тем не менее на практике было очень трудно регулировать чувствительность реле так, чтобы они не реагировали на все поступающие сигналы. Эдисон попробовал применить новый подход, добавив в свою систему элемент, часто используемый им в разных своих проектах: поляризованное реле. Он не отказался от обычного, то есть нейтрального реле, реагировавшего только на силу тока, но интегрировал в систему второй приемник, снабженный поляризованным реле, то есть таким, которое реагирует на изменение направления тока.

Найти альтернативу дуплексу Стирнса было не самой трудной частью задачи. Амплитуда тока на выходе изменялась просто изменением сопротивления линии заземления, снабженной реостатом. С помощью таких изменений амплитуды оператор на этом конце управлял нейтральным реле. Последнее представляло собой простой рычажный прерыватель (однополярный, двухпозиционный), что вынудило Эдисона удвоить количество батарей и электромагнитов, пустив ток по более сложной схеме (двойная катушка, более высокий порог).

Стандартное реле состоит из электромагнита, который при прохождении электрического тока притягивает горизонтальный подпружиненный рычаг, замыкая или размыкая контакты в зависимости оттого, находятся они без тока в положении NA или NС (то есть замкнуты они или разомкнуты). Данные контакты можно считать прерывателем, позволяющим току протекать между двумя пунктами на разных концах цепи. Поляризованное реле — это конструкция, состоящая из электромагнита и постоянного магнита, который помещается между двумя катушками. На постоянный магнит приходится точка опоры рычага, который может быть наклонен влево или вправо. Рычаг — это южный полюс постоянного магнита, а катушки намотаны так, чтобы их верхний конец представлял собой противоположный полюс. Таким образом, когда подается ток, полюс электромагнита притягивает один конец рычага и отталкивает другой, когда же ток прерывается, рычаг наклоняется в другую сторону. Главное преимущество описываемого устройства состоит в том, что поскольку основная сила, отклоняющая рычаг, создается постоянным магнитом, реле может реагировать на относительно слабые токи. Поляризованное реле не имеет положений собственно NA или NС, а сила постоянного магнита удерживает рычаг в крайней позиции, если через катушки не пропущен ток.

Изменения силы тока не влияли на поляризованное реле, которое являлось сердцем системы.

Работая над данной схемой, Эдисон быстро понял, что у него в руках первый квадруплексный телеграф. Оставалось только интегрировать в дуплексный контур дуплексную схему, чтобы получить возможность пересылать сообщения в двух направлениях и иметь, таким образом, в каждом проводе по четыре телеграммы одновременно. Идея была не нова. Некоторые европейские физики, такие как голландец Иоганн Босха (1831-1911) из Лейденского университета, предлагали ее уже в середине века. Аналогично вышеописанному принципу, позволяющему передавать одновременные сигналы, можно воспользоваться тем фактом, что электрический ток отличается по силе и по направлению. Если два электрических прибора работают каждый лишь на одном из этих принципов, то есть один изменяет только направление тока, не меняя его силу, а другой наоборот, то они могут действовать совместно, не мешая друг другу, так как их реле чувствительны каждое к своей переменной — силе тока или его полярности. Однако, пока этим не занялся Эдисон, никто не смог разработать схему и компоненты, необходимые для реализации этой идеи, и довести ее до практического использования.

РИС. 9

Принцип работы квадруплексного телеграфа был основан на использовании мостового контура — схемы, которая иногда применялась как альтернативная форма дуплексного телеграфа (см. рисунок 9). Смысл ее был в том, чтобы изолировать зуммер, расположив его на мосту между основной линией и ответвлением. Мост аккуратно соединялся с источником тока, так чтобы ток на выходе не оказывал воздействия на зуммер. Когда ключ замыкал контакт, отправляя сигнал, то зуммер не работал. Такая альтернатива не очень широко применялась в дуплексных телеграфах, поскольку из-за меньшей чувствительности данная схема была менее надежной. Ключевой идеей, позволившей Эдисону соединить в своем устройстве дуплекс по амплитуде/полярности с мостовым дуплексом Стирнса, заключалась в том, что любой элемент, размещенный на хорошо отрегулированном мосту, был не в состоянии реагировать на напряжение на выходе. Таким образом, изобретатель вставил в цепь зуммер с поляризованным реле и нейтральное реле с повышенным порогом регулировки. В этой схеме резонатор был изолирован от тока на выходе, но на входе получал ток, который приходил от ответвления моста. Данная схема работала как дуплекс, поскольку не допускала локального возбуждения зуммера, позволяя отправлять два сообщения в противоположных направлениях, и, как и дуплекс, могла пропускать два сообщения одновременно в одном направлении — одно с изменением полярности, другое с изменением амплитуды. Используя такую систему с двух концов линии, можно было отправлять одновременно по два сообщения в обоих направлениях. Естественно, полноценно функционирующий квадруплекс требовал и напряженной работы целой команды операторов. И тем не менее использование инверсии тока в качестве фильтра тоже не обошлось без проблем. Так как перемена полярности вызывала кратковременное снижение напряжения, это приводило к бездействию нейтрального реле как раз тогда, когда оно должно было действовать. Эдисон решил бороться с упомянутым эффектом электромеханическим способом, чтобы он не нарушал сигнала. Вместо того чтобы препятствовать отключению нейтрального реле в тот момент, когда при инверсии напряжение падало до нуля, Эдисон использовал его для активации местного реле, расположенного между ним и реле ключа. Это местное реле было отрегулировано так, чтобы реагировать на сигнал медленней. В сущности, Эдисон не устранил проблему падения напряжения, а просто обошел ее (как он часто делал, когда сталкивался с серьезными затруднениями), применив каскад электромагнитов.

Квадруплексный телеграф позволил «Вестерн Юнион» получить огромное преимущество, резко повысив пропускную способность передающих линий, то есть количество сообщений, которые по ним можно было передавать, не протягивая дополнительных проводов. Система представляла собой также решение части традиционных проблем телеграфной связи, таких как «узкие места», перегрузка линий, возникающая в случае экстренных событий или в определенное время года, когда увеличивалось количество сообщений. В скором времени самые важные линии были заняты квадруплексными телеграфами, и в 1878 году «Вестерн Юнион» располагала уже 20 900 км линий квадруплексной связи, где на каждом конце линии сидели по четыре телеграфиста — два на передаче и два на приеме. Но даже в таком виде квадруплекс не являлся столь же эффективным средством связи, как четыре отдельных провода.

Принцип так называемого электромотографа Эдисон в дальнейшем будет с успехом использовать в различных областях, однако сначала он применил его именно в телеграфии. В 1874 году самым часто используемым в телеграфах типом реле была модель, разработанная Чарльзом Графтоном Пейджем (1812- 1868), ученым и исследователем электромагнетизма, современником Майкла Фарадея и Джозефа Генри. Несмотря на то что повсеместное распространение этого устройства во всех телеграфных системах сделало его важнейшей деталью телеграфа, права на него долгие годы лежали нетронутыми в патентном бюро, пока адвокаты Гулда не обратили его внимание на данное обстоятельство. Финансист немедленно выкупил патент.

Гулд подал в суд на «Вестерн Юнион» за использование реле Пейджа. В результате Ортон поручил Эдисону найти альтернативу, с помощью которой можно избежать использования этого патента (а значит, и платы за него). Задание получилось не из легких, так как единственным на тот момент известным способом привести в действие рычаг реле считалось использование магнита. Эдисон принялся заново изучать свойства материалов, в результате чего появилось реле с меловым барабаном, которое он назвал «электромотографом».

РИС. 10

Еще ранее изобретатель обратил внимание на интересное явление: если кусок металла, подключенный к батарее, натереть влажным мелом и положить на другой металлический предмет, соединенный с другим полюсом батареи, то действие тока значительно снижает силу трения между двумя кусками металла. И наоборот, если изменить полярность тока, то трение возрастает.

Данный принцип Эдисон использовал при разработке реле, работающего без магнита, заменив этот элемент меловым барабаном, который вращался при помощи небольшого электродвигателя и связывал зуммер с металлическим язычком, приделанным над барабаном. Меловое реле представляло собой первый пример использования в электротехнике этого материала. Рисунок 10 показывает разрез электромотографа по вертикали. Меловой барабан (а) движется, продвигая бумажную полоску с помощью ролика (b). Металлическая головка (с) давит на бумагу так, что от трения вибрирует. Чтобы такая вибрация стала возможной, головка удерживается рычагом (d) с натяжным механизмом (е). Когда меловой барабан двигается в направлении, указанном стрелкой 1, трение перемещает головку в направлении стрелки 2. При пропускании электрического тока между а и с трение уменьшается таким образом, что сила натяжного механизма его преодолевает и головка сдвигается назад. Если ток прекращается, с снова смещается в направлении 2. Таким образом, вместе с возрастанием или уменьшением силы трения в зависимости от наличия тока в цепи вибрирующий элемент сдвигается в одну сторону или в другую. Пружина (ƒ) и два контакта (g, h) замыкают контур, поэтому движение вибрирующей головки можно использовать как реле в любой электрической системе. Осознавая, что Эдисон спас его империю от краха, Ортон предложил ему 100 тысяч долларов за патент, с уплатой по 6000 долларов ежегодно в течение 17 лет.

В конце 1874 года скупка долей собственности, прав, а также мелких компаний со стороны крупных телеграфных корпораций вылилась в финальную схватку. Не слишком задумываясь, Эдисон подписал много запутанных договоров и завязал деловые отношения с обеими конкурирующими в области телеграфии фирмами, иногда в беспорядке смешивая изобретения. Конфликт разразился, когда изобретатель заявил о просрочке платежа за квадруплексный телеграф со стороны «Вестерн Юнион», а эта компания, испытывавшая трудности в связи с упадком в делах, не спешила с уплатой, несмотря на то что данная система принесла ей миллионные прибыли. Так, из-за недостатка наличности изобретатель вынужден был отправиться на поклон к Гулду.

За то, чтобы получить половину прав на квадруплексный телеграф, Гулд предложил ему соблазнительные условия: 30 тысяч долларов, акции на сумму 250 тысяч и пост главного инженера-электрика. Хотя при продаже прав положение Эдисона становилось весьма шатким, ему отчаянно не хватало денег. В 1875 году дошедшие до «Вестерн Юнион» слухи о предложении Гулда вызвали в компании панику, и ее акции обвалились до минимальной стоимости. Только на этом, говорят, Гулд заработал в 30 раз больше, чем он заплатил молодому изобретателю.

«Вестерн Юнион» запоздало отреагировала, предложив Эдисону выплатить ему задолженную сумму, но он отказался. Тогда компания подала в суд на Гулда, добиваясь, чтобы тот отказался от прав на квадруплексный телеграф. На процессе Эдисон оказался под перекрестным огнем адвокатов обеих сторон, его объявили беспринципным дельцом и мошенником, способным продать свои права много раз разным контрагентам. В конце концов в проигрыше оказались все, кроме Гулда: Эдисон не получил ничего из оговоренного ранее, все акционеры «Аутоматик» потеряли свои капиталы, а компаньон изобретателя сбежал в Англию с деньгами, которые предназначались для уплаты долгов кредиторам. Эдисон определенно потерпел крах как предприниматель.

Через несколько лет Гулду удалось захватить контроль над телеграфной связью. После смерти Уильяма Ортона в 1881 году «Атлантик энд Пасифик» и «Вестерн Юнион» слились путем обмена акциями. К этому времени Эдисон понял, что прогресса в телеграфном деле ожидать не стоит, так как Гулд вел свои дела вовсе не ради общественного блага — его интересовали только деньги и власть. Вместе с другими пострадавшими он подал против финансиста иск, который ждал своего вердикта 30 лет, и судебное решение последовало уже тогда, когда виновник был давно мертв. Правосудие решило дело в пользу истцов. Эксперт оценил ущерб потерпевших в 1 доллар.

Плачевное состояние финансовых дел Эдисона привело его к решению сконцентрироваться на изобретательстве и ни в каком виде не заниматься более производством. Он выстоял в эти бурные годы, что удалось далеко не всем, и теперь чувствовал все возрастающее желание закрыть данный период своей жизни, уйдя из сферы телеграфной связи. Эдисон начал интересоваться «акустической телеграфией», которой занимались в это время американец Илайша Грей (1835-1901) и шотландец Александр Грэхем Белл (1847-1922). В тот период изобретатель обратил внимание на маленький городок в 20 км от Нью-Йорка. Он назывался Менло-Парк.