«Мне казалось желательным, даже необходимым, чтобы у означенного телеграфа знаки на конечной станции отмечались сами собой (автоматически), в быстрой последовательности, в удобочитаемом, несложном, правильном и чистом виде, чтобы вместе с тем сигналы для возможной их проверки обозначались и ощутительным для слуха образом, сильным ударом звонка, чтобы следовательно, даваемая депеша разом и писалась, и диктовалась; чтобы манипуляция при подаче сигналов, а также необходимое изменение и восстановление различных соединений производилось верно и просто; чтобы система цифровых комбинаций была приспособлена к удобному и быстрому употреблению; чтобы, наконец, батареи без вреда для их отношений к телеграфу и для его контроля над их действием устанавливались в совершенно отдельном помещении, по возможности в подвальном этаже», – так сам Б. С. Якоби описывал телеграф с электромагнитами, к разработке которого приступил.
В 1839 году предшественником Якоби профессором Форсельманном де Геером был создан первый телеграф на так называемом электрическом ударе. Однако этот способ создания конструкции был слишком громоздким для практического использования аппарата. Мориц описывал изобретение так: «Форсельманн де Геер устроил на каждой станции род клавиатуры из 10 двойных клавишей. Как тот, который дает депеши, так и тот, кто их принимает, держит на этих клавишах свои десять пальцев. Когда первый нажмет две какие-либо клавиши, то образуется соединение между батареею и проводом, и тогда другой ощутит сотрясенье в своих двух пальцах, лежащих на соответствующих, соединенных проволоками клавишах того же обозначения. Этим способом могут быть даны при посредстве целесообразных комбинаций 45 различных сигналов, а этого более чем достаточно для телеграфирования. Если бы в предложенном способе имелись в виду сильные электрические удары, то следовало бы прямо отвергнуть подобный проект или же признать такую телеграфную службу тяжким наказанием». Вновь о данной конструкции ученый высказался на публичном собрании академии наук, предлагая свои методы ее усовершенствования:
«Я беру саму идею под свою защиту, потому что имел случай убедиться в ее пригодности. Только необходимо дать делу иной оборот. Нужно отказаться от употребления такого множества проволочных проводников и вместо обеих рук с 10 пальцами довольствоваться двумя из них. Чтобы получить те два знака, которые необходимы в качестве основ для комбинационных сочетаний, производят клавишей либо однократный, либо двукратный удар, чем вызываются на другой станции два резко отличные друг от друга ощущения. Удобнее всего пользоваться для этой цели средним и указательным пальцами левой руки, покоящимися на двух приведенных в должную связь металлических пластинках, так что правая рука остается свободною и может служить для отметки сигналов так же быстро, как они получаются. При некотором навыке можно даже легко отличить троекратный удар от двукратного, но при действии четырехкратным ударом ощущения начинают, по-видимому, спутываться. Прошлой зимой при некоторых опытах, производившихся на льду Невы на расстоянии почти 9 верст и требовавших сношений посредством телеграфных сигналов, я пользовался с большим успехом таким физиологическим телеграфом вследствие его простоты и удобства. Такой телеграф представляет действительно нечто в высшей степени чудесное и таинственное. Чувствуешь себя в некоторой степени как бы в непосредственном соприкосновении с корреспондентом, состоящим с нами в подобном таинственном общении, несмотря на отдаляющее нас громадное расстояние. Среди многолюднейшего общества можно при надлежащем устройстве прибора передавать и получать известные условные знаки без того, чтобы кто-нибудь из присутствующих мог это заметить. В век всяких интриг такие физиологические телеграфы могли бы оказать большие услуги, и даже теперь странствующие артисты или физики могли бы из сего извлекать значительную выгоду, если бы этих людей нельзя было упрекнуть в том, что они весьма мало прогрессируют с наукою».
Прежде чем Якоби занялся разработкой, мир увидел еще один вариант использования химических действий электрического тока для телеграфирования – конструкцию С. Т. Зиммеринга. Физик спустя несколько лет, после того как удалось разложить воду на составные части, воспользовался этим данным свойством для передачи сигналов на расстояние, тем самым устроив первый гальванический телеграф, приемный аппарат которого состоял из ряда сосудов с подкисленной водой соответственно количеству букв алфавита. В эти сосуды погружались концы проводов, проведенных к передаточному пункту, а источником тока служил вольтов столб – ранний образец электрохимического генератора. Когда полюсы вольтова столба замыкались на цепь, вода в сосудах разлагалась на кислород и водород. Таким методом можно было передать до 35 букв и цифр, однако на практике пользоваться таким телеграфом было бы крайне неудобно: например, он был совершенно непригоден для передачи целых депеш. При этом идея просуществовала еще очень долго и разрабатывалась, даже когда электромагнитный телеграф уже начал использоваться.
Были попытки разработок и акустического (звукового) телеграфа, которые также не принесли нужных результатов. И только после того как ученое сообщество открыло для себя новую область электромагнетизма, Якоби нашел верный путь. Первым, кто обратил внимание на возможность использовать явления электромагнетизма для передачи сигналов на расстояние, был А. М. Ампер, разрабатывавший тогда открытие Г. Х. Эрстедта – отклонения магнитной стрелки под влиянием проходящего вблизи электрического тока.
Однако А. Ампер не пошел дальше одной лишь идеи в своих исследованиях, в то время как Якоби, в первую очередь основываясь на концепции Шиллинга, занялся написанием кода, который и определил устройство изобретения. Код представлял собой посылку одного, двух, трех или четырех электрических сигналов. Разные их комбинации обозначали буквы, числа, слоги или слова, определенные специальным словарем. Между обозначениями той или иной из четырех указанных цифр нужно было выдержать интервал продолжительностью в одну посылку, а между каждой из цифровых комбинаций, обозначающих букву, число, слог или слово, выдерживался интервал в шесть посылок. Сам ученый описывал свое изобретение так: «Телеграф приводится в действие посредством электромагнитной подковы, которая намагничивается и притягивает железный якорь каждый раз, как ударяют на другой станции по клавише, устанавливая тем соединение проводника с батареею; мгновенным притяжением якоря приводится с помощью особого механизма в действие молоточек, дающий звонки. В то же время силою того притяжения отмечается карандашом черточка на доске из белого матового стекла, приводимой часовым механизмом в тихое и равномерное движение по рельсикам. Интервальные перерывы в следовании этих черточек и звонков служат для образования известным образом требуемых шифровальных комбинаций».
«Особый словарь» был составлен князем Ципиановым, назначенным для этой работы непосредственно Николаем I. Дело в том, что изначально Борисом Семёновичем задумывалась побуквенная открытая передача текста телеграммы, но внезапно последовало требование от правительства сделать телеграфирование абсолютно секретным. Поэтому состав зашифрованных слов и понятий и был так тщательно разработан и составлен в целый словарь. Сам аппарат также был сконструирован Б. С. Якоби, с внешним видом которого можно ознакомиться на рисунке.
В целом разработка пишущего телеграфа Якоби стала первой в истории техники практической реализацией накопленных теоретических знаний об электромагнитах. Напомним, что исследования в этой области велись Борисом Семёновичем и Э. Х. Ленцом уже очень долгое время и впоследствии были собраны в работы «О законах электромагнитов» и «О притяжении электромагнитов».
Однако всеобщую огласку и популярность в научных кругах идея телеграфного аппарата приобрела благодаря всем известному Сэмюэлу Морзе, который на самом деле только предложил свою модификацию пишущего телеграфного аппарата. Член Петербургской академии наук И. Х. Гамель так передал в своем исследовании историю возникновения у Морзе идеи о создании телеграфного аппарата с электромагнитом в приемнике: «Я должен напомнить, – писал он, – о непристойной претензии американского художника Морзе, который утверждал, будто он изобрел первый электромагнитный телеграф.
Он два раза был в Европе для совершенствования в живописи. Когда он возвращался после последнего из этих посещений из Гавра в Нью-Йорк осенью 1832 года, он случайно попал на корабль-пакетбот «Салли», на котором находился доктор Чарльз Томас Джексон, живущий ныне в Бостоне. Но тогда он жил в Париже, посещая в Сорбонне лекции Пулье. Как известно, этому ученому удалось незадолго перед этим изготовить электромагнит очень большой подъемной силы. Иногда доктор Джексон развлекал пароходное общество экспериментами Пулье. У него были с собой на корабле купленные у Пиксии электромагнит и две небольшие гальванические батареи. Между прочим, он указал на возможность применения электромагнетизма для сигнализации и телеграфирования. Было сделано несколько беглых набросков – чертежей, некоторые из них я видел сам в дневнике доктора Джексона… В ноябре 1835 года Морзе начал думать уже серьезно о том, нельзя ли из сообщенных Джексоном во время морской поездки сведений что-либо сделать полезное для своего кармана».
Сэмуэл Морзе.
Морзе обратился к известному физику Дж. Генри, которому удалось установить условия наиболее рационального конструирования электромагнитов. Эти и другие знания, полученные от различных ученых, развивавших свою работу в области электромагнетизма, Морзе использовал в своих патентах, конечно же, не указывая источники, что привело к череде скандальных судебных процессов. Сам Дж. Генри так отзывался о неблагодарном ученике: «Я не знаю, сделал ли г. Морзе хоть одно оригинальное открытие в области электричества, магнетизма или электромагнетизма, имеющее отношение к изобретению телеграфа. Я всегда полагал, что его заслуги заключаются в комбинировании и применении чужих открытий в изобретении варианта аппарата и процесса для целей телеграфирования». Б. С. Якоби также отмечал, что, хотя Морзе и первым увидел возможность применения электромагнитов для целей телеграфирования, успешная реализация этой возможности основывалась на соблюдении выведенных им и Ленцом законами электромагнитов.
Проблема изоляции телеграфных линий стояла все так же остро, как и при Шиллинге. Так, попытки проложить телеграфные линии под землей потерпели неудачу, а предложение о воздушных линиях долгое время отвергал правительственный комитет. Якоби проводил все новые и новые опыты, направленные на решение проблемы изоляции телеграфных линий под землей. Ученый использовал стекло, кость, смолу, глину, шелк, хлопчатобумажные, шелковые и суровые нитки, бумагу, картон, волос, деготь, растительное масло, сало, квасцы. Далее он начал комбинировать все перечисленные материалы, получая изоляционные мастики. Наиболее удачной оказалась мастика, состоящая из равных частей каменноугольной смолы, мела и молотого стекла. В конце концов при прокладке телеграфного провода от Зимнего дворца к дому министра путей сообщения и публичных зданий в 1842 году Якоби нашел лучший изолятор для линий – каучук. Ранее была проложена линия между Зимним дворцом и Главным штабом. Работы прошли успешно, и Борис Семёнович принялся за проект телеграфной линии между Петербургом и Царским Селом, вдоль первой железной дороги. Новая линия была в 10 раз длиннее предыдущих. Однако здесь ученого вновь ждало множество проблем, связанных с изоляцией проводников под землей. Якоби лично проверил качество ее выполнения, но стабильной работы линии добиться так и не смог, утечка тока все росла. Под воздействием экстракока, линейный электромагнит замыкал контакты местной цепи. Чтобы компенсировать данное явление, Якоби вновь приступил к опытам и изобрел поляризационную платиновую батарею. Контрбатарея, как назвал ее ученый, посылала в линию ток, встречный экстракоку, и его воздействие нейтрализировалось. Что интересно, метод контрбатареи был признан по всему миру, а английские ученые даже использовали его при прокладке трансатлантического кабеля. Изобретение стало знаменательным и для самого Бориса Семёновича: ученый занимался его разработкой до конца своей жизни: последний свой день он провел за подготовкой статьи на эту тему, которую, к сожалению, так и не успел закончить.
24 ноября 1843 года эксплуатация телеграфной линии между Петербургом и Царским Селом была передана персоналу лейб-гвардии саперного батальона. Все линии были предназначены для правительственного использования, а телеграфные аппараты оформлены в виде дорогих изящных конторок: из карельской березы для Николая I и из красного дерева для сановников.
Телеграфная башня Зимнего дворца.
При этом пишущий телеграф не годился для устройства телеграфной связи с воинскими частями, полицейскими частями и т. п. – для этого требовался более простой и дешевый аппарат с устройством, прямо указывающим на переданную букву, слово или цифру. Тогда, 3 марта 1840 года, Якоби был назначен в инженерное ведомство «для занятий по применению гальванизма в военном деле».
Научный опыт в разработке подобного проекта был довольно обширен, но Борис Семёнович сразу обратил внимание, что предложенные ранее варианты механизмов не соответствовали специфичным требованиям телеграфирования. И в этой работе Якоби показал себя как гениального ученого: им была создана уникальная конструкция «гальванических маятниковых часов» (что стало первым шагом и в электрификации часовых разработок в целом), ставших основой механизма телеграфов шаговой системы. Стрелочные телеграфы были просты по конструкции и имели переносной вид, что позволяло использовать их в армии. Изобретение не только стало работать на пользу воинских частей, но и поспособствовало созданию специальных гальванических команд в саперных войсках, занимающихся также применением электрических мин, – эта сфера также вошла в деятельную жизнь неутомимого ученого, как мы увидим далее.
Множество экземпляров стрелочного телеграфа было создано ученым. В 1845 году он, используя все свои знания, накопленные в опытах над данным устройством, разработал стрелочный аппарат канцелярского типа, который предназначался для правительственных учреждений. Данный аппарат, названный горизонтальным, был настолько удачным, что Николай I выказал желания иметь два экземпляра для личного использования, которые пришлось «выполнить с надлежащей роскошью». Кроме того, идея данного изобретения приобрела огромную популярность в Европе. И вновь последовали попытки отнять право на первенство в данной разработке у Якоби. Ученый писал:
«Между прочим, я посетил моих давнишних друзей в Берлине. Одному из них я показал эскиз моего нового аппарата, объяснил ему действие прибора и просил никому не рассказывать об этом до тех пор, когда я сам издам его описание. В момент моего ухода вошел господин Сименс, который тогда, если я не ошибаюсь, носил еще форму прусского артиллерийского офицера и который, насколько мне известно, в то время еще не занимался телеграфами… Мой рисунок оставался на столе. Я передаю лишь факт, не обвиняя никого в плагиате. Известно, что телеграф с синхронным движением составил славу и богатство г. Сименса»
Сименс же, использовавший идею Якоби, с гордостью писал своему брату Вильгельму: «Своим изобретением я сделал большой шаг вперед. Возможно, мне удастся взять на себя сооружение государственного телеграфа».
Последней работой Якоби в сфере конструирования телеграфных аппаратов стало изобретение первого в мире корабельного электромагнитного телеграфа, который служил для связи между капитаном и машинистом парохода. Впервые такой телеграф был установлен на паровом фрегате «Полкан» в 1855 году, однако до наших дней конструкция не дошла и узнать о ней стало возможным только после кончины Николая I, после чего запрет на публикацию описаний телеграфов Якоби был отменен.
Сам ученый так прокомментирует в 1857 году свою работу в области телеграфии: «Я даже не вынес из этой работы чувства удовлетворения побежденных затруднений. Так что о всевозможных усилиях и заботах, вложенных мною в эти работы, я вспоминаю только с горечью. В значительной степени причиною этих неудач были различные обстоятельства, побороть которые мне не удалось и которые лишили меня плодов многолетних моих трудов».