Comunicațiile la distanță nu sunt specifice doar omului. Toată lumea vie, indiferent dacă este vegetală sau animală, transmite informații la distanță folosind mijloacele cu care sunt înzestrate. Informațiile sunt receptate și descifrate atât în cadrul speciei ori regnului cât și de specii ori regnuri foarte îndepărtate, de multe ori informațiile transmise la distanță ducând la simbioze din cele mai variate. Așa privind lucrurile, istoria telecomunicațiilor la nivelul oamenilor are vechimea speciei umane. Dar, spre deosebire de restul lumii vii, omul a dezvoltat pe tot parcursul existenței sale mijolace de telecomunicații din ce în ce mai perfecționate. Pentru că omul, ființă curioasă, dar nu numai el, având însă în plus un grad ridicat de comoditate, nu s-a mulțumit numai cu ce a fost înzestrat biologic ci a căutat - și caută continuu – să-și sporească gradul de confort folosind o altă zestre a sa, inteligența creatoare. De care nu a fost lipsit niciodată și tocmai acest lucru i-a permis să inoveze acumulând continuu experiența pe care a dezvolat-o în mod conștient, dar a și completat-o prin descoperirile produse de micile sclipiri de geniu, acele sclipiri care au produs salturile calitative după un lung șir de acumulări cantitative. Fără de care, de exemplu, dacă nu se descopereau curentul electric și puțin mai târziu undele electromagnetice, s-ar fi recurs doar la a perfecționa mijloacele de telecomunicații aflate în natură la îndemâna oricui și am fi rămas tot la focuri pe vârfuri de dealuri, la tobe mari cât casa, la alergători de profesie ori ștafete călare etc.
Semanlizările cu ajutorul fumului, tobelor, clopotelor chiar dacă s-ar fi făcut pe distanțe mari nu permiteau transmiterea de noțiuni abstracte ci doar a unor mesaje cu înțelesuri prestabilite. Primele sisteme care au permis transmiterea de cuvinte și fraze complete și-au făcut debutul în 2 martie 1791. Inginerul francez Calude Chappe (25 dec 1763-23 ian 1805) a făcut prima demostraţie publică cu un telegraf optic la 2 martie 1791 între Parce-sur-Sarthe şi Brulon, pe o distanţă de 14 km. În acelaşi an are loc o transmisie între Paris si Lille, la 220 km. Câteva luni mai tărziu L.A. Galvani descoperă electricitatea și curentul electric.
Telegraful lui Chappe era construit sub forma unui semafor, avea două braţe mobile (vezi figura) AC şi BD fixate la capetele unei traverse AB, mobilă şi ea. Braţele, echilibrate cu contragreutăţi, aveau câte 4 m lungime şi puteau ocupa 7 poziţii diferite. Traversa putea avea şi ea 4 poziţii diferite, rezultând astfel 196 de coduri, suficient pentru litere, cifre şi prescurtări. Pe fiecare braţ era montată o lampă pentru a se folosi şi noaptea, dar fără rezultate prea bune.
Semaforul era amplasat pe o clădire special construită, numită stație de telegraf. Traversa și brațele erau acționate cu ajutorul unor funii care coborau sub acoperișul stației, unde erau legate de o construcție la scară redusă a semnaforului și care era manevrată de un „telegrafist”. Același principiu a stat și la baza construcției telegrafului de punte pe navele propulsate de motoare termice, pentru a tranamite comenzi de la timonerie la sala mașinilor.
Folosindu-se o lunetă, distanţa maximă între două stații de telegraf era cuprinsă între 12 şi 25 km, dependentă de condiţiile meteo. Printr-o amplasare în releu se puteau acoperi sute sau mii de km. Operatorilor staţiilor releu le era interzis să cunoască codurile de trafic, fiecare staţie releu “citea” poziţie braţelor staţiei precedente şi poziţiona braţele propriului semafor într-un mod identic pentru staţia succesoare. În romanul lui Alexandre Dumas „Contele de Monte Cristo” eroul romanului, Edmond Dantes, se răzbună pe unul din dușmanii săi, devenit între timp mare bancher, mituid un „telegrafist” să transmită o știre falsă privind revenirea lui Napoleon pe tron care, publicată în presă, a dus la scăderea acțiunilor bancare și falimentarea acestui dușman.
În 1792 invenţia primeşte denumirea de “telegraf” (de la tele=departe şi graphein=scriere, se vede că destinația sa a fost de la bun început să transmită informații de pe un text scris și care se puteau remite tot ca text scris destinatarului, făcând acest lucru cu o viteză care întrecea orice alte căi de a transmite mesajul scris). Din 1793 apar linii telegrafice stabile, cu funcţionare continuă, de serviciile lor beneficiind instituţiile publice, administrative şi presa. Prima pilă electrică funcțională este creată de Al. Volta abia șase ani mai târziu, în 1799.
Încep să apară și construcții de telegraf care să folosească curentul electric creat de surse chimice cum este cel din 1809 al lui Samuel Thomas von Soemmerring sau telegraful cu cadran electrostatic din 1816 al lui Fr. Rolands, dar care au rămas în stadiul de experiment. Abia după fundamentarea electromagnetismului de către H.C. Oersted în 1820, urmată de descoperiri succedate în ritm rapid precum legea fundamentală a electrodinamicii (A.M. Ampere 1822), electromagnetul cu miez de fier (W. Sturgeon 1825), principiul telegrafiei cu ace magnetice (P.L. Silling 1832) s-au pus bazele transmiterii de informații prin telegraf acționat electric și folosind linii electrice între stații. Toate acestea duc în 1837 la telegraful electric cu cod Morse (Samuel Finley Breese Morse pictor și inventator, 27 aprilie 1791 – 2 aprilie 1872). Recepționarea semnalelor (puncte, linii și pauze) se făcea pe un dispozitiv electromecanic cunoscut mai târziu sub denumirea de Morsă, scrierea lor se făcea la început cu o mină de grafit apoi cu tuș pe o bandă de hârtie acționată de un mecanism de ceasornic care asigura o viteză uniform a benzii. Astfel de aparate se mai văd și azi prin unele stații de cale ferată, cu decnii în urmă oficiile poștale le foloseau exclusiv.
În 1887 fizicianul german Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) a pus în evidenţă undele radio descoperite teoretic în 1864 de James Clerk Maxwell (1831-1879) în cunoscutele-i ecuaţii. Pentru asta a folosit un emiţător cu scântei acordat pe o frecvenţă de cca 100 MHz şi, ca receptor, un dipol în semiundă îndoit în formă de cerc, terminat cu un eclator cu reglaj micrometric al distanţei dintre electrozi. Când în eclatorul emiţătorului se produceau scântei se observau descărcări electrice în eclatorul receptorului, ceea ce a arătat că energia descărcărilor din emiţător se transmitea prin mediu la receptor. Singurul mod de a le detecta era, la acea vreme, eclatorul micrometric cu scântei. Distanţa acoperită a fost de ordinul zecilor de metri, suficientă pentru a fi cercetate reflexia şi refracţia acestor unde precum şi trecerea lor prin pereţi din lemn.
În 1890 Edouard Branly (1844-1940) perfecţionează coherorul, un detector de unde electromagnetice, alcătuit dintr-un tub de sticlă umplut cu pilitură de fier. Sub influenţa undelor electromagnetice pilitura de fier îşi creştea conductivitatea electrică. Guglielmo Marconi (1874-1937) îl ataşează receptorului de tip Hertz, neechipat încă cu circuite acordate. Punerea în evidenţă a semnalului recepţionat se făcea folosind o sonerie. În felul acesta a reuşit în 1895 să realizeze o recepţie telegrafică în vila Griffone la cca 2 km, peste un obstacol natural (colina Celestini). Emiţătorul era identic cu cel folosit de Hertz.
Deoarece nu existau generatoare de ton, semnalele telegrafice transmise prin fir sau prin unde radio s-au pus în evidență multe decenii folosindu-se un imprimator pe bandă de hârtie (Morsa) pe care erau trasate punctele şi liniile. Recepţionarea sonoră folosind o sonerie cu clopoţel nu era destul de fidelă. De aceea Marconi a adăugat la receptor, în 1896, un imprimator Morse, înlocuind astfel soneria. Cu un astfel de aparat a efectuat şi primele comunicaţii peste Canalul Mânecii în 1899 şi peste Oceanul Atlantic în 1901.
Transmiterea vocii nu se putea face încă prin unde radio, telegrafia în cod Morse rămânând singura posibilitate. Înregistrarea informațiilor (textul transmis) era posibilă tot numai în cod Morse, chiar dacă se foloseau liniile telefonice și telegrafice. Deoarece viteza de transmitere prin cod Morse este destul de redusă, ceea ce ocupa liniile telegrafice destul de mult timp și mărea costul trimiterii, au fost inventate aparte de telegrafiat cu viteză mare. Doi electrotehnişti unguri, Pollak şi Birag, au perfecţionat în 1870 telegraful pe fir introducând banda perforată pe care se scria iniţial textul de transmis în cod telegrafic. Banda avea două piste, una pentru linii, alta pentru puncte. Ea era trasă cu mare viteză (100.000 cuvinte pe oră) prin dreptul a două perii de contact. Deoarece se folosea linie telefonică simplă, cu două fire, deosebirea dintre punct şi linie se făcea prin polarităţi diferite. Acestea acţionau la recepţie un releu polarizat care comanda scrierea pe banda imprimatorului Morse a punctelor sau liniilor.
După ce a apărut cunoscutul cod Baudot pe 5 piste în 1874, Siemens şi Halske folosesc o bandă cu 11 piste pe care se puteau codifica mult mai multe caratere grafice, permiţând transmiterea cu mare viteză a textelor în clar pe o linie telegrafică simplă.
Dar transmiterea de texte nu mai satisfăcea, lumea voia să transmit și imagini. Transmiterea fotografiilor pe liniile telegrafice cu două fire a fost realizată de Herbert Palmer şi Thomas Mills în ultimul deceniu al secolului XIX. Originalul, înfăşurat pe un cilindru, era “citit” pe o traiectorie elicoidală (asemenea unui filet cu pas fin), folosind o fotocelulă cu seleniu. Construcția electromecanică a aparatului era identică cu construcția primelor înregistratoare de sunet ale lui T.A. Edison, apărând în plus fotocelula cu selenium. La recepţie un vârf de grafit apăsa mai mult sau mai puţin, funcţie de intensitatea semnalului primit, pe o coală înfăşurată pe acelaşi tip de cilindru şi care se rotea sincron cu originalul. În imaginile de mai jos se arată aparatul lui Palemr şi Mills precum şi o fotogramă transmisă pe acesată cale. Fotograma îl reprezintă pe preşedintele SUA McKinley (asasinat în 14 sept. 1901) şi este de fapt o transpunere prin corodare pe zinc a imaginii recepţionate, astfel încât să fie folosită la tipărire în ziar.
Inginerul francez Edouard Belin a realizat un aparat perfecţionat, la care fotografia era proiectată pe o placă prevăzută cu fotoreceptori din seleniu (pixelii de azi), semnalul generat de aceştia era baleiat şi transmis pe o linie telegrafică cu două fire. În 1907 a transmis primul “telefoto” între Paris, Lion şi Bordeaux.
În imaginile de mai jos se vede aparatul Belin (aflat în uz până prin deceniul 7 al secolului XX) şi prima imagine transmisă. A fost aparatul folosit exclusive de agențiile de presă pentru telefoto. În urmă cu cca 15 ani, pe când mai trăia, colegul de club YO4BBZ îmi povestea multe despre performanțele acestui aparat pe care l-a folosit în timpul serviciului său.
Abatele Luigi Cerebotani a realizat în 1895 un aparat cu care se puteau transmite pe linii telegrafice desene făcute de mână “on line” sau semnături. Aparatul avea două mese: una cu un creion acţionat de mâna operatorului, alta cu un ploter 2D care reproducea desenul transmis de la alt aparat. Desenele sau textele scrise de mână se puteau transforma la scară. A mai dezvoltat, printre altele, telegrafia multiplă. Luigi Cerebotani a lucrat şi împreună cu Marconi la Londra dar şi în Germania, ocupându-se în cele din urmă de emigranţii italieni.
Dar, de ce să se transmit numai imagini statice? Omul se gândea deja la televiziune. Fără tuburi electronice, fără camera de luat vederi. Mulți cunosc încercările cu disc Nipkov, dar cele mai bune rezultate le-a obținut inginerul german Friedrich Lux care a dezvoltat în 1895 un sistem electromecanic de televiziune perfect funcțional. Fotocelulele din seleniu ale aparatului lui Belin puteau excita un număr corespunzător de tije metalice, desenul din stânga jos. Alimentând bobine aflate la baza tijelor, tijele începeau să vibreze, amplitudinea vibraţiilor depindea de intensitatea curentului, deci de iluminarea fotocelulei. Capetele tijelor, sub forma unor mici discuri vopsite în alb, descriau astfel o pată albă uşor vizibilă, un fel de pixel cum i se spune azi. În dreapta jos se vede originalul şi imaginea transmisă la distanţă pe linie telegrafică. Ulterior Friedrich Lux s-a dedicat construcţiilor de automobile.
Dar recent descoperitele unde radio nu au așteptat prea mult pentru a fi folosite din plin. Marconi răspândește în toată lumea cu stațiile construite de el, toate funcționând în telegrafie. În 1905 funcţiona la Constanţa o staţie radio de coastă tip Marconi, cu o rază de acţiune de cca 600 km. Câţiva ani mai târziu a fost modernizată în sensul că emiţătorul cu scântei (stânga jos) folosea circuite acordate, circuite pentru adaptarea antenei şi circuite pentru sesizarea acordului optim. Receptorul (dreapta jos) folosea şi el circuite acordate şi de adaptare precum şi un detector modern, cu cristal de galenă sau o diodă cu vid. Cu mulți ani înainte de Primul Război Mondial aramata română era dotată cu echipamente TFF fixe, mobile şi portabile.
Stațiile fixe foloseau la emisie puteri de sute de kW. Stațiile mobile erau amplasate pe două trăsuri trase de cai, o trăsură cu generatorul de curent de câțiva CP și aparatura de emisie-recepție, o altă trăsură cu catargele și antenele care trebuiau să funcționeze pe frecvențe de sute de kHz. Stațiile portabile cu puteri de zeci de W, formau patru pachete purtate de patru oameni: emițătorul, receptorul, catargele, antena. O stație portabilă avea o rază de acțiune redusă la maxim zeci de km și era justificată numai dacă timpul de instalare și punere în funcțiune era mai scurt decât timpul în care o ștafetă călare parcurgea distanța acoperită de raza de acțiune.
Astfel de sisteme de comunicații la distanță au funcționat fără niciun element activ cum ar fi tuburile electronice sau semiconductorii. Din deceniul al doilea al secolului trecut, deci acum 100 de ani, au apărut tuburile electronice. Trioda inventată în 1906 de Lee de Forest a intrat în construcția stațiilor de emisie-recepție după prima conflagrație mondială, după care au urmat rapid tuburile multigrilă, tuburile de mare putere (zeci de kW), lucruri cunoscute și chiar folosite de mulți dintre noi. Dar nimeni nu mai folosește azi echipamente fără niciun element activ ca acum peste 100 de ani. Prin apariția tuburilor electronice sau a semiconductorilor s-a schimbat ceva din punct de vedere fundamental?
Dacă vom compara cele de mai sus cu ce există astăzi se poate constata un singur lucru: ce folosim azi nu este altceva decât rezultatul unui lung şir de perfecţionări tehnologice. Comunicațiile digitale, emisiunile stereofonice, televiziunea 3D deși par a fi salturi spectaculoase nu sunt la nivelul saltului produs de descoperirea și utilizarea undelor radio față de telegraful optic ori comunicațiile pe fir. Aparatele lui Birag, Pollac, dar mai ales ale lui Palmer, Mills, Belin foloseau deja elemente de codare-decodare digitală. Sistemul de televiziune al lui Lux funcționa și color, dar cu o rezoluție slabă.
Avem impresia că transmisiile radio, de la unde lungi la microunde, acoperă toate cerințele omenirii. Este doar o impresie deoarece au apărut deja și dezavantajele. Cum se va putea comunica cu o expediție pe alte planete dacă timpul scurs dintre apel și răspuns ajunge la zeci de minute sau ore? Dacă cu secole în urmă cineva voia să rezolve problema transmiterii de informații rapid și pe distanțe mari pe suprafața Pământului nu avea alte posibilități decât să perfecționeze tot mai rafinat ce se cunoștea la acea vreme și așa a apărut telegraful optic, posibil de folosit deoarece tocmai se perfecționase luneta. Azi cunoaștem și exploatăm undele radio, ne-am obișnuit atât de mult cu ele încât ne este la fel de greu să ne închipuim că ar exista și altceva mult mai eficace, așa cum pe vremea lui Chappe era la fel de greu să se gândească cineva la undele electromagnetice. Acum problema rapidității s-a extins da la nivelul planetei la cel cosmic. Nu cumva undele radio de azi au devenit deja un fel de „ștafetă călare” arătată mai sus, care trebuie să fie înlocuită de altceva? Cu ce? Unde este sclipirea de geniu?
Se spune că viteza undelor electromagnetice în vid (deci și a luminii) nu poate fi depășită. Îndrăznesc să afirm că nu poate fi depășită de undele electromagnetice conform formulei de calcul a acestei viteze, care depinde numai de permeabilitatea și permitivitatea mediului. Iar fizica relativistă construită de Einstein folosindu-se de teoriile lui Lorenz sau de experimentele de tip Michelson are la bază tocmai viteza finită cu care se propagă undele electromagnetice în vid precum și un postulat, enunțat de Einstein, care spune că viteza luminii în vid nu poate fi întrecută de niciun corp în mișcare. Este deci un postulat, care nu se demonstrează, el doar se enunță, pentru a putea construi o teorie care să fie în total accord cu realitatea observată la acel moment. Se pot întâlni demonstrații corecte matematic care arată că viteza luminii este viteza maximă în Univers, numai că aceste demonstrații folosesc teoriile dezvoltate în fizica relativistă construită exact pe acest principiu, așa că este firesc să ajungă la un rezultat în deplin accord cu principiul de la care au plecat. Din păcate mulți nu observă acest detaliu și rămân tributari convingerii că viteza luminii în vid este cea mai mare viteză din Univers. Dar, dacă ne gândim că dezvoltarea cunoștințelor despre electricitate, de la Galvani la Ampere sau Oersted, nu au arătat nicio posibilă legătură cu ce au descoperit mai târziu Maxwell și Hertz, dar au creat baza teoretică și materială a producerii și utilizării undelor electromagnetice, este posibil ca multe alte fenomene cercetate azi, cum ar fi cele din universul cuantic sau dezvoltarea teoriei informațiilor, să ducă la revoluții și în domeniul telecomunicațiilor. Deja s-a putut teleporta un foton iar rezultatele sunt impresionante: se pare că teleportarea se face cu viteze mai mari decât viteza luminii.
Bibliografie
[1] Emanuel Mueller: Bibliothek des algemeinen und praktischen Wissens, Band III, Deutsches Verlaghaus Bong & Co, Berlin 1912
[2] Stoenescu I, căpitan din geniu: Noţiuni de telegrafie fără fir cu descrierea staţiunilor de telegrafie fără fir din serviciul armatei. Bucureşti, Editura SOCEC & Co, 1914.
[3] Gheorghe Oproescu: Why there are yet radioamateurs. ECAI 2015 Electronics, Computers and Artificial Intelligence 25 June -27 June, 2015, Bucharest, ROMÂNIA
[4] Corespondenţă privată a autorului.
- Gheorghe Oproescu - Tavi YO4BKM
-
