Телеграф Кука и Уитстона

Двухигольный телеграф Кука и Уитстона, используемый на Великой Западной железной дороге.

Телеграф Кука и Уитстона — ранняя электрическая телеграфная система, датируемая 1830-ми годами, изобретенная английским изобретателем Уильямом Фотергиллом Куком и английским ученым Чарльзом Уитстоном . Это была разновидность игольчатого телеграфа и первая телеграфная система, введенная в коммерческую эксплуатацию. Приемник состоял из нескольких игл, которые можно было перемещать с помощью электромагнитных катушек, указывая на буквы на доске. Эта функция понравилась первым пользователям, которые не хотели изучать коды, и работодателям, которые не хотели вкладывать средства в обучение персонала.

В более поздних системах от доски с буквами отказались, и код считывался непосредственно по движению игл. Это произошло потому, что количество игл было уменьшено, что привело к более сложным кодам. Изменение было мотивировано экономической необходимостью сократить количество используемых телеграфных проводов, что было связано с количеством игл. Это изменение стало более актуальным, поскольку изоляция некоторых ранних установок ухудшилась, в результате чего некоторые исходные провода стали непригодными для использования. Самой успешной системой Кука и Уитстона в конечном итоге стала одноигольная система, которая продолжала использоваться до 1930-х годов.

Телеграф Кука и Уитстона сыграл свою роль в задержании убийцы Джона Тавелла . Как только стало известно, что Тауэлл сел на поезд, идущий в Лондон, по телеграфу просигнализировали о конечной остановке в Паддингтоне и арестовали его там. Новизна использования телеграфа в борьбе с преступностью вызвала широкую огласку и привела к увеличению общественного признания и использования телеграфа.

Изобретатели

Уитстон (слева) и Кук (справа)

Телеграф возник в результате сотрудничества Уильяма Фотергилла Кука и Чарльза Уитстона , наиболее известного школьникам по одноименному мосту Уитстона . Их сотрудничество не было удачным, поскольку их цели различались. Кук был изобретателем и предпринимателем, который хотел запатентовать и использовать свои изобретения в коммерческих целях. Уитстон, с другой стороны, был ученым, не интересовавшимся коммерческими предприятиями, и он намеревался опубликовать свои результаты и позволить другим свободно использовать их. Эта разница во взглядах в конечном итоге привела к ожесточенному спору между двумя мужчинами по поводу претензий на приоритет изобретения. Их разногласия были переданы в арбитраж, где Марк Исамбард Брюнель представлял интересы Кука, а Джон Фредерик Дэниел представлял интересы Уитстона. В конце концов Кук выкупил долю Уитстона в обмен на гонорары.

Еще до партнерства с Уитстоном у Кука были некоторые идеи по созданию телеграфа, и он обратился ученому Майклу Фарадею за советом к . В 1836 году Кук построил экспериментальную электрометрическую систему и механический телеграф, включающий часовой механизм с электромагнитным фиксатором . Однако большая часть научных знаний, использованных в этой модели на практике, была получена от Уитстона. От более ранних идей Кука практически отказались.

История

Пятиигольный шестипроводной телеграф Кука и Уитстона.

В январе 1837 года Кук предложил директорам Ливерпульско -Манчестерской железной дороги проект 60-кодового механического телеграфа. Это было слишком сложно для их целей; насущной необходимостью была простая сигнальная связь между станцией Ливерпуля и машинным отделением канатной дороги на вершине крутого склона через длинный туннель за пределами станции. В то время канатная транспортировка на главные станции была обычным явлением, чтобы избежать шума и загрязнения, и в этом случае уклон был слишком крутым, чтобы локомотив мог подняться без посторонней помощи. Все, что требовалось, — это несколько простых сигналов, например, указание машинному отделению начать буксировку. Куку было предложено создать более простую версию с меньшим количеством кодов, что он и сделал к концу апреля 1837 года. Однако железная дорога решила использовать вместо него пневматический телеграф, оснащенный свистками. Вскоре после этого Кук стал партнером Уитстона.

В мае 1837 года Кук и Уитстон запатентовали телеграфную систему, в которой использовалось несколько игл на доске, которые можно было перемещать, указывая на буквы алфавита. В патенте рекомендовалась система с пятью иглами, но можно было использовать любое количество игл в зависимости от количества символов, которые необходимо было закодировать. Четырехигольная система была установлена ​​между Юстоном и Камден-Тауном в Лондоне на железнодорожной линии, построенной Робертом Стивенсоном между Лондоном и Бирмингемом . Он был успешно продемонстрирован 25 июля 1837 года. Это было похоже на проект Ливерпуля. Вагоны были отсоединены в Камден-Тауне и под действием силы тяжести отправились в Юстон. Требовалась система, которая подавала бы сигнал машинному отделению в Камден-Тауне о начале подъема вагонов обратно по склону к ожидающему локомотиву. Как и в Ливерпуле, от электрического телеграфа в конце концов отказались в пользу пневматической системы со свистками.

Пятижильный телеграфный кабель Кука и Уитстона в деревянной проставке

Кук и Уитстон добились своего первого коммерческого успеха с телеграфом, установленным в 1838 году на Великой Западной железной дороге на протяжении 13 миль (21 км) от станции Паддингтон до Вест-Дрейтона . Действительно, это был первый коммерческий телеграф в мире. Это был пятиигольный шестипроводной провод. система. Первоначально кабели прокладывались под землей в стальном коробе. Однако вскоре кабели начали выходить из строя из-за ухудшения изоляции. В качестве временной меры была использована двухигольная система с тремя оставшимися рабочими подземными проводами, которые, несмотря на использование только двух игл, имели большее количество кодов. Поскольку новый код нужно было выучить, а не просто прочитать с дисплея, впервые в истории телеграфа потребовались квалифицированные телеграфисты.

Когда в 1843 году линия была продлена до Слау, была установлена ​​одноигольная двухпроводная система. Кук также перешел от прокладки кабелей в подземных свинцовых трубах к менее дорогой и простой в обслуживании системе подвешивания неизолированных проводов на опорах из керамических изоляторов, системе, которую он запатентовал. и который быстро стал наиболее распространенным методом. Это расширение было сделано за счет Кука, поскольку железнодорожная компания не желала финансировать систему, которую она все еще считала экспериментальной. До этого момента Great Western настаивала на эксклюзивном использовании и отказывала Куку в разрешении открыть общественные телеграфы. Новое соглашение Кука предоставило железной дороге бесплатное использование системы в обмен на право Кука открывать государственные учреждения, впервые создав общественную телеграфную службу. Фиксированная ставка взималась (в отличие от всех более поздних телеграфных служб, которые взимали плату за слово) в размере одного шиллинга , но многие люди платили эту сумму только для того, чтобы увидеть странное оборудование.

С этого момента использование электрического телеграфа начало расти на новых железных дорогах, строящихся из Лондона. Железная дорога Лондона и Блэкволла (еще одно канатное транспортное средство) была оборудована телеграфом Кука и Уитстона, когда она открылась в 1840 году, и за ней последовали многие другие. Расстояние по железной дороге Блэкволл (четыре мили) было слишком большим для паровой сигнализации, и инженер Роберт Стивенсон решительно поддержал электрическое решение. была завершена линия длиной 88 миль от Найн-Элмса до Госпорта В феврале 1845 года вдоль Лондонской и Юго-Западной железной дороги , что намного длиннее, чем любая другая линия того времени. Адмиралтейство оптический заплатило половину капитальных затрат и 1500 фунтов стерлингов в год за частный двухстрелочный телеграф на этой линии, чтобы соединить его со своей базой в Портсмуте , заменив, наконец, телеграф . В сентябре 1845 года финансист Джон Льюис Рикардо и Кук основали компанию Electric Telegraph . Эта компания выкупила патенты Кука и Уитстона и прочно основала телеграфный бизнес. В 1869 году компания была национализирована и вошла в состав Главпочтамта . Одноигольный телеграф оказался очень успешным на британских железных дорогах, и в конце девятнадцатого века все еще использовалось 15 000 таких телеграфов. Некоторые оставались в эксплуатации в 1930-е годы.

Телеграф Кука и Уитстона в основном ограничивался Соединенным Королевством и Британской империей. Однако какое-то время его также использовали в Испании. После национализации телеграфного сектора Великобритании почтовое отделение постепенно заменило унаследованные ею разнообразные системы, включая телеграф Кука и Уитстона, на телеграфную систему Морзе.

Арест Тавелла

Джон Тауэлл на суде

Подозреваемый в убийстве Джон Тауэлл был задержан после использования игольчатого телеграфа из Слау в Паддингтон 1 января 1845 года. Считается, что это первое использование телеграфа для поимки убийцы. Сообщение было:

В Солт-Хилле БЫЛО СОВЕРШЕНО УБИЙСТВО, И ПОДОЗРЕВАЕМЫЙ УБИЙЦА БЫЛ ВИДЕН ВЗЯТЫМ БИЛЕТ ПЕРВОГО КЛАССА В ЛОНДОН НА ПОЕЗДЕ, КОТОРЫЙ ОТПРАВИЛСЯ В 19:42. ЕГО НОГИ ОН В ПОСЛЕДНЕМ КУПЕ КУПЕ ВТОРОГО КЛАССА.

Система Кука и Уитстона не поддерживала пунктуацию, строчные буквы и некоторые буквы. Даже в системе с двумя иглами не было букв J, Q и Z; отсюда и ошибки в написании слов «справедливый» и «квакер». Это вызвало некоторые трудности у принимающего оператора в Паддингтоне, который неоднократно запрашивал повторную отправку после получения KWA, что, по его мнению, было ошибкой. Так продолжалось до тех пор, пока маленький мальчик не предложил оператору-отправителю закончить слово, после чего оно было понято. По прибытии детектив преследовал Тавелла до ближайшего кафе и арестовал его. Газетное освещение этого инцидента привлекло широкую огласку к электрическому телеграфу и сделало его известным общественности.

Широко разрекламированный арест Тавелла был одним из двух событий, которые привлекли к телеграфу большее внимание общественности и привели к его широкому использованию за пределами железнодорожной сигнализации. Другим событием стало сообщение по телеграфу о рождении Альфреда Эрнеста Альберта , второго сына королевы Виктории . Новость была опубликована в The Times с беспрецедентной скоростью — через 40 минут после объявления.

Железнодорожный блок работает

Система сигнализации - это система безопасности поездов, которая делит путь на блоки и использует сигналы для предотвращения входа другого поезда в блок до тех пор, пока поезд, уже находящийся в блоке, не покинет его. Система была предложена Куком в 1842 году в книге «Телеграфные железные дороги» или «Единый путь» как более безопасный способ работы на отдельных линиях . Раньше разделение поездов основывалось только на строгом расписании, которое не могло учитывать непредвиденные события. Первое использование блочной обработки произошло, вероятно, в 1839 году, когда Джордж Стивенсон установил телеграф Кука и Уитстона в туннеле Клэй-Кросс железной дороги Норт -Мидленд . Инструменты, предназначенные для работы с блоками, были установлены в 1841 году. Обработка блоков стала нормой и остается таковой по сей день, за исключением того, что современные технологии позволили заменить неподвижные блоки подвижными блоками на самых загруженных железных дорогах.

Операция

Пятиигольный телеграф, получающий Г. букву

Телеграф Кука и Уитстона состоял из ряда магнитных игл, которые можно было заставить поворачиваться на небольшое расстояние по часовой стрелке или против часовой стрелки за счет электромагнитной индукции от возбуждающей обмотки. Направление движения определялось направлением тока в телеграфных проводах. Доска была отмечена сеткой в ​​форме ромба с буквой на каждом пересечении сетки и устроена таким образом, что при подаче напряжения на две иглы они указывали на определенную букву.

Количество проволок, необходимое для системы Кука и Уитстона, равно количеству используемых игл. В патенте Кука и Уитстона рекомендуется использовать пять игл, и именно такое число было в их ранних демонстрационных моделях. Количество символов, которые можно получить с помощью кода, аналогичного коду, используемому в пятиигольной системе, зависит от количества доступных игл; обобщающий, с рядом $x$ иголок можно закодировать $f(x)=x(x-1)$ символы. Так:

Количество игл	Возможные символы
$2$	$2$
$3$	$6$
$4$	$12$
$5$	$20$
$6$	$30$
$7$	$42$
$8$	$56$
$9$	$72$
$10$	$90$

На передающем конце было два ряда кнопок, по паре кнопок на каждую катушку в каждом ряду. Оператор выбрал по одной кнопке из каждого ряда. Это подключило две катушки к положительному и отрицательному концам батареи соответственно. Другие концы катушек подключались к телеграфным проводам, а затем к одному концу катушек на приемной станции. Остальные концы приемных катушек в режиме приема были объединены вместе. Таким образом, ток протекал через одни и те же две катушки на обоих концах и подавал напряжение на одни и те же две иглы. В этой системе иглы всегда подавались под напряжением попарно и всегда вращались в противоположных направлениях.

Пятиигольный телеграф

Пятиигольному телеграфу с двадцатью возможными положениями игл не хватало шести кодов, чтобы закодировать весь алфавит. Пропущенные буквы: C, J, Q, U, X и Z. Преимуществом этого телеграфа было то, что он был прост в использовании и не требовал особого обучения оператора. Никакого кода для изучения не требуется, поскольку отправляемое письмо было видно как отправителю, так и принимающему оператору.

В какой-то момент была добавлена ​​возможность самостоятельного перемещения одной иглы. Это требовало дополнительного проводника для общего возврата, возможно, посредством заземления . Это значительно увеличило доступное кодовое пространство , но использование произвольных кодов потребовало бы более обширной подготовки операторов, поскольку дисплей нельзя было прочитать сразу же по сетке, как это было с простыми буквенными кодами. Из-за этого дополнительная функция использовалась только для добавления цифр путем направления иглы на нужную цифру, отмеченную по краю доски. Экономическая необходимость уменьшить количество проводов в конечном итоге оказалась более сильным стимулом, чем простота использования, и побудила Кука и Уитстона разработать двухигольные и одноигольные телеграфы.

Принципиальная схема пятиигольного телеграфа, передающего букву А.

Двухигольный телеграф

Для двухигольного телеграфа требовалось три провода: по одному на каждую иглу и общий обратный. Кодировка несколько отличалась от пятиигольного телеграфа, и ее нужно было изучать, а не читать с дисплея. Иглы могли двигаться влево или вправо один, два или три раза в быстрой последовательности или один раз в обоих направлениях в быстрой последовательности. Любую иглу или обе вместе можно было перемещать. Всего получилось 24 кода, один из которых занимал код остановки. Таким образом, были опущены три буквы: J, Q и Z, которые были заменены на G, K и S соответственно.

Первоначально телеграф был оснащен звонком, который звонил, когда другой оператор требовал внимания. Это настолько раздражало, что его удалили. Было обнаружено, что щелчка иглы по ее концу было достаточно, чтобы привлечь внимание.

Одноигольный телеграф

Эта система была разработана для замены вышедшего из строя многопроводного телеграфа на линии Паддингтон — Вест-Дрейтон. Для этого требовалось всего два провода, но более сложный код и более низкая скорость передачи. В то время как для двухигольной системы требовался трехзначный код (то есть до трех движений игл для обозначения каждой буквы), в одноигольной системе использовался четырехзначный код, но кодов было достаточно для кодирования всего алфавита. Как и предыдущая система с двумя иглами, кодовые единицы состояли из быстрых отклонений иглы влево или вправо в быстрой последовательности. Игла ударилась о столб, когда тот двигался, и тот зазвенел. Для движений влево и вправо были предусмотрены разные звуки, чтобы оператор мог слышать направление иглы, не глядя на нее.

Коды

Оригинальные коды для одно-, двух- и пятиигольного телеграфа. Наклоненная влево черта указывает на то, что игла повернута против часовой стрелки, то есть ее вершина направлена ​​влево. Штрих, наклоненный вправо, означает, что игла направлена ​​вправо. Для кодов с несколькими штрихами первое движение осуществляется в направлении короткого штриха. Например, в коде с одной иглой E — это лево-право-лево, L — право-лево-право-лево, а U — лево-лево-право.

Коды уточнялись и адаптировались по мере их использования. К 1867 году к пятиигольному коду были добавлены цифры. Это было достигнуто за счет наличия шестого провода для общего возврата, позволяющего перемещать только одну иглу. С первоначальными пятью проволоками можно было перемещать иглы только парами и всегда в противоположных направлениях, поскольку общего провода не было. Теоретически возможно гораздо больше кодов с общей обратной сигнализацией, но не все из них можно удобно использовать с отображением индикации сетки. Цифры были нанесены путем нанесения их по краю ромбовидной сетки. Иглы с 1 по 5, когда на них подано напряжение, вправо указывают на цифры с 1 по 5 соответственно, а влево — на цифры с 6 по 9 и 0 соответственно. На телеграфных аппаратах были предусмотрены две дополнительные кнопки, позволяющие подключить общий возврат к положительной или отрицательной клемме батареи в зависимости от направления, в котором было желательно переместить иглу.

Также к 1867 году коды для Q ( ) и Z ( ) были добавлены к одноигольному коду, но, видимо, не для J. Однако коды для Q ( ), С ( ) и J ( ) отмечены на пластинах более поздних игольчатых телеграфов вместе с шестизначными кодами для сдвига номера ( ) и сдвиг буквы ( ). Многочисленные составные коды были добавлены для элементов управления оператора, таких как ожидание и повтор . Эти соединения аналогичны прознакам, встречающимся в азбуке Морзе , где два символа идут вместе без пробела в символах. Коды сдвига цифр с двумя иглами и сдвига букв также являются составными, поэтому они написаны с чертой.

Общие и цитируемые ссылки

• Бошан, Кен, История телеграфии , IET, 2001 г. ISBN   0852967926 .
• Бауэрс, Брайан, сэр Чарльз Уитстон: 1802–1875 гг. , ИЭПП, 2001 г. ISBN   0852961030 .
• Боулер, Питер Дж.; Морус, Иван Рис, Создание современной науки: исторический обзор , University of Chicago Press, 2010 г. ISBN   0226068625 .
• Бернс, Рассел В., Коммуникации: международная история лет становления , IEE, 2004 г. ISBN   0863413277 .
• Кук, Уильям Ф., Телеграфные железные дороги или однопутный путь , Симпкин, Маршалл и компания, 1842 г. OCLC   213732219 .
• Даффи, Майкл К., Электрические железные дороги: 1880–1990 , IEE, 2003, ISBN   9780852968055 .
• Гиймен, Амеде, «Применение физических сил» , Macmillan and Company, 1877 г. OCLC   5894380237 .
• Хуурдеман, Антон А., Всемирная история телекоммуникаций , John Wiley & Sons, 2003 г. ISBN   0471205052 .
• Киев, Джеффри Л., Электрический телеграф: социальная и экономическая история , Дэвид и Чарльз, 1973 г. OCLC   655205099 .
• Мерсер, Дэвид, Телефон: история жизни технологии , Greenwood Publishing Group, 2006 г. ISBN   031333207X .
• Шаффнер, Талиаферро Престон, Руководство по телеграфу , Падни и Рассел, 1859 г.