Грозоотметчик

Грозоотметчик А. С. Попова из коллекции Центрального музея связи (1895)

Грозоотме́тчик, называемый также дете́ктор мо́лний — прибор для регистрации возникающих молний^[1].

История создания

См. также: Хронология радио

В 1887 году Генрих Герц опубликовал статью — «Об очень быстрых электрических колебаниях»^[2], где впервые в мире описал опыты с передатчиком и приёмником электромагнитных колебаний. Приёмник представлял собой проволочную петлю с небольшим зазором между концами, где мог возникать искровой разряд при электромагнитном воздействии.

В 1889 году Оливер Лодж, экспериментируя с приборами из опытной установки Герца, использует в качестве приёмника не петлю, а вибратор, как в передатчике. Для повышения чувствительности приёмника он так уменьшает искровой промежуток, что после электромагнитного воздействия электроды вибратора приёмника замыкаются (сцепляются). Для размыкания электродов требовалось лёгкое встряхивание. Подключив к электродам вибратора источник питания и электрический звонок, Лодж обеспечил звуковую индикацию принятой электромагнитной волны^[3][4].

В 1890 году Э. Бранли изобрёл прибор для регистрации электромагнитных волн, включавший в себя эбонитовую трубку с электродами на концах, внутри которой находились металлические опилки («трубка Бранли»). Под воздействием удалённого электрического разряда многократно уменьшалось электрическое сопротивление трубки, включённой в цепь источника питания и гальванометра. Для возвращения «трубки Бранли» в первоначальное состояние и обнаружения нового воздействия требовалось встряхивание, нарушающее контакт между опилками. Бранли назвал свой прибор «радиокондуктор», что впервые ввело в научный оборот корень «радио» в современном его значении^[5].

В 1890 году Оливер Лодж признал «трубку Бранли» наиболее подходящим индикатором «волн Герца» из имеющихся на то время. Он дал ей наименование «когерер» (лат. cohaerere — сцепляться) и ввёл в свою схему с приёмным вибратором Герца вместо искрового промежутка, получив более устойчивую и надёжную работу приёмника^[3]. В 1894 году Лодж прочёл лекцию, посвящённую памяти скончавшегося незадолго до этого Г. Герца, где рассказал об использовании «трубки Бранли» в своём новом варианте приёмника электромагнитных колебаний с непрерывным встряхиванием «радиокондуктора». Для встряхивания использовалась «звездочка» на постоянно вращающейся оси^[6]. В том же 1894 году на заседании Британской ассоциации содействия развитию науки в Оксфордском университете Лодж впервые публично демонстрирует опыты по передаче и приёму радиоволн. В ходе демонстрации радиосигнал был отправлен из лаборатории в соседнем Кларендоновском корпусе и принят аппаратом на расстоянии 40 м — в театре Музея естественной истории, где проходила лекция^[7]. Показанный Лоджем «прибор для регистрации приёма электромагнитных волн» содержал когерер, источник тока, гальванометр и электрический звонок. Под действием электромагнитных колебаний сопротивление цепи, в которой стоял когерер, многократно уменьшалось, и ток от батареи приводил в действие звонок и отклонял стрелку гальванометра. В том же году все эти сведения были опубликованы. Статья вызвала интерес и обратила внимание многих учёных на возможность использования устройства для исследования волн, распространяющихся во время грозы^[8].

Этой работой заинтересовался А. С. Попов, прочитав в марте 1895 года статью в журнале «Electrician». Вместе со своим ассистентом П. Н. Рыбкиным они усовершенствовали приёмник Лоджа^[9]. Во-первых, в схему было добавлено электромагнитное реле, которое управляло цепью звонка и повышало чувствительность приёмника. Во-вторых, для встряхивания когерера использовался молоточек звонка, а не часовой механизм, как у Лоджа. Кроме того, в своих опытах А. С. Попов использовал мачтовую антенну, изобретённую в 1893 году Н. Теслой^[10].

7 мая (25 апреля по старому стилю) 1895 года, позже названным «Днём радио», в ходе лекции на заседании Русского физико-химического общества (РФХО) в Санкт-Петербургском университете А. С. Попов представил созданный прибор. Тема лекции была: «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» — её материал был опубликован в журнале РФХО в августе 1895 года. Полная схема и подробное описание прибора, который получил название «прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний», были опубликованы в журнале РФХО в январе 1896 года (статья датировалась декабрём 1895 года)^[11][12].

Прибор использовался А. С. Поповым в лекционных целях. В одной из модификаций во вторичную цепь реле параллельно звонку была подключена пишущая катушка братьев Ришар — получился научный прибор для регистрации электромагнитных колебаний в атмосфере. Сразу за этим, по инициативе основателя кафедры физики Петербургского Лесного института Д. А. Лачинова, грозоотметчик (первоначальное название у Лачинова — разрядоотметчик^[9]) установили на институтской метеостанции, где он работал на постоянной основе до 1927 года, после чего был передан Центральному музею связи им. А. С. Попова^[13]. Кроме того, известна судьба ещё нескольких подобных устройств. Так, с одним из них, в Томске проводил исследования профессор физики Ф. Я. Капустин. Его прибор сохранился и экспонируется в местном музее. Ещё два образца демонстрировались и были отмечены почетными дипломами на выставках: Нижегородской художественно-промышленной (в 1896 году, под наименованием «Прибор для записи электрических разрядов в атмосфере») и Парижской всемирной, посвященной смене столетий (1900). Во всех случаях производством грозоотметчиков по специальному заказу занималась Кронштадтская водолазная мастерская братьев Колбасьевых^[14][15].

Таким образом завершился процесс создания первого грозоотметчика. Он стал, хотя и достаточно «грубым», но надёжным прибором, пригодным для длительной эксплуатации без необходимости в постоянном наблюдении и регулировках. По сути, это устройство явилось в полной мере действующим промышленным образцом, тогда как предшествовавшие ему приборы могли служить лишь для лекционных демонстраций. Надежность грозоотметчика Попова определилась также его применением: значительная мощность излучений грозовых разрядов делала ненужной высокую чувствительность^[16].

Мобильный грозоотметчик (2007)

Виды современных грозоотметчиков

В зависимости от вида принимаемого сигнала грозоотметчики разделяют на акустические, оптические и электрические, отмечающие, соответственно, гром, вспышки света и изменения электромагнитного поля. Наибольшее распространение получили электрические грозоотметчики. Они, в свою очередь, делятся на приборы, фиксирующие изменения либо магнитного, либо электростатического поля, или приборы, воспринимающие порождаемое молнией электромагнитное излучение (радиоволны)^[1].

В зависимости от места размещения грозоотметчики разделяют на стационарные наземного базирования, мобильные, часто использующие направленные антенны, и космические системы, расположенные на орбите Земли^[1].

Практическое использование

Обычно грозоотметчики используют сети метеорологических служб, подобных Росгидромету. В этом случае появляется возможность определения координат мест ударов молний методом триангуляции. Их своевременное обнаружение позволяет оперативно реагировать на возможные связанные с молниями угрозы — такие, как лесные и торфяные пожары, выход из строя электросетей и т. п.^[17]

Примечания

1. Имянитов Н. М. Грозоотметчик // Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия 1969—1978  (неопр.). Дата обращения: 31 марта 2015. Архивировано 2 апреля 2015 года.
2. Heinrich Hertz Ueber sehr schnelle electrische Schwingungen. In: Annalen der Physik. Band 267, Nummer 7, 1887, S. 421—448.
3. Работы Оливера Лоджа. Виртуальный компьютерный музей  (неопр.). Дата обращения: 10 января 2018. Архивировано 13 июня 2018 года.
4. Lodge О. The history of coherer // Electricien. 1897. 12 Nov.
5. Бранли Э. Изменения проводимости под различными электрическими воздействиями // Из предыстории радио. М., 1948. С. 353—355.
6. Лодж О. Творение Герца // Из предыстории радио. М., 1948. С. 424—443.
7. Sungook Hong Wireless: From Marconi’s Black-box to the Audion, MIT Press, 2001, pages 30-32
8. Заметка в «Nature». 1894. V. 50. Р. 305 // Из предыстории радио. М., 1948. С. 358.
9. Шапкин В. И. Радио: открытие и изобретение. / Наука. Техника. Социум. — Москва : ДМК Пресс, 2005. — С. 57—66.
10. Никольский Л. Н. Кто «изобрёл» радио? // Сайт Oldradioclub.ru, 26.03.2004  (неопр.). Дата обращения: 31 марта 2015. Архивировано из оригинала 22 января 2008 года.
11. Попов А. С. Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний // «Журнал русского физико-химического общества», часть физическая, январь 1896, т.28, NI.
12. Попов А. С. Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний // Изобретение радио А. С. Поповым / Под ред. Берга А. И. М.; Л., 1945. С. 57.
13. Грозоотметчик А. С. Попова // Официальный сайт Центрального музея связи им. А. С. Попова Архивная копия от 24 сентября 2015 на Wayback Machine
14. Золотинкина Л. И., Урвалов В. А. Производство радиостанций и грозоотметчика системы А. С. Попова // Сайт Uchit.net  (неопр.). Дата обращения: 31 марта 2015. Архивировано 24 июня 2021 года.
15. Колбасьев Евгений Викторович // Биографический указатель Хронос  (неопр.). Дата обращения: 31 марта 2015. Архивировано 19 февраля 2020 года.
16. Из истории изобретения и начального развития радиосвязи: Сб. док. и материалов / Сост. Л. И. Золотинкина, Ю. Е. Лавренко, В. М. Пестриков; под. ред. проф. В. Н. Ушакова. СПб.: изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), 2008. 288 с. ISBN 5-7629-0932-8
17. Richard Kithil. An Overview of Lightning Detection Equipment  (неопр.). National Lightning Safety Institute (2006). Дата обращения: 31 марта 2015. Архивировано 11 сентября 2019 года.