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工业革命正传:泰坦尼克号上的新技术尤其是无线电

news.xixik.com   2018-10-27 19:12:03 资讯来源:嘻嘻网   字号控制:[ ]

马可尼的无线电飞越了大西洋,从此大西洋两岸的通信不再完全依靠海底电缆。这对于移动性要求高的场合非常有用。比如说船舶,过去船舶开进了茫茫大海,大家就不知道这船哪里去了。直到好多天以后,船舶安全的靠岸了,人们才能再一次知道这艘船的行踪。现在有了无线电,当然对船舶通讯产生了很大的影响。

马可尼的事业可以说是风生水起,他几乎垄断了无线电通讯领域。其他的企业都无法和他竞争,尽管大家对他的无线电专利还有异议。很多人都认为是自己发明了无线电,比如说特斯拉,美国后来认定特斯拉才是无线电的发明人。俄国的波波夫号称也比马可尼要早。但是波波夫专利落在了马可尼的后面。实际上,第一个预言电磁波的是麦克斯韦,这毫无争议。第一个用实验证实了电磁波存在的是赫兹,这也是没有争议的。后来者都是在他们的基础之上去做出实用方案。很难说到底谁才是真正的“无线电之父”。但是人们往往记住了那个最后的“终结者”。这个人一出手,这门技术就可以得到大规模的应用。马可尼就是这样的人,他抓住了机遇。

赴美生子利与弊

诺贝尔奖章

1909年,马可尼获得了诺贝尔奖,诺贝尔奖创立不久。诺贝尔的本意是奖励那些本年度诞生的科学发现。因此他才规定诺贝尔奖每年颁发一次,这是一个年度奖。诺贝尔是搞技术和实业出身的。那个时代,科学发现总是很快就能转化成技术,无线电就是一个典型。但是诺贝尔没料到的是,越往后,颁发就越是延迟。现在,诺奖基本上已经成了终身成就奖了。一般来讲,获奖者都七老八十了。不过正是这种延迟颁发,使得那些投机取巧的人没了方向。你想用对付考试的办法去押题?门儿都没有。你根本猜不中几十年以后评委们是什么口味。正因为诺贝尔奖的严谨与慎重,使得这个奖项的声誉越来越高。现在已经成了自然科学界的最高奖项了。

马可尼在影响世界的人物之中的排名很靠前,据说比爱迪生还要靠前。尽管马可尼的发明专注于无线电方面,而且数量显然没有爱迪生那么多,但是无线电对人类社会的改变要比灯泡大得多,马可尼排名靠前,也可以理解。不过树大招风,无线电因为有战略意义。马可尼的公司被英国政府盯上了。他们总想把马可尼的公司国有化,马可尼当然是120个不愿意,好在英国政府也没有勉强。马可尼为了防止技术秘密外泄,采用了只租不卖的策略。形成事实上的垄断。所以当时很多商船上的电报员都是马可尼公司的人,船上的电报机也是专人负责维修,专门有发电机组。

火花间隙发报机电路图

当时船上普遍使用的发报机都是马可尼的火花间隙发报机。按下电报按键以后,电源先给电容器充电,当电压高到能击穿火花间隙,就会产生电火花。电容里的电一下都放光了。开始下一次充电循环。等充足了,再打一个火花。这个过程非常快。发报机电键往下一按,就会打出一连串的火花。接收机那边的耳机里面就能听到“滴”的声音。

矿石检波器(方铅矿)

接收机也有了改进,金属粉末检波器已经跟不上形势,被淘汰了。现在流行的是矿石检波器。一般是用方铅矿或者黄铁矿来作为核心部件。找一小块矿石。然后用针扎到矿石上。矿石本身就能完成检波的作用。但是调试矿石检波器几乎是一门玄学。因为工程师要不断的寻找探针接触的位置。针扎在哪里效果最好,这全靠人一点一点去测试。这比针灸扎穴位还难。因此矿石检波器的品控非常难。

有没有更好的办法呢?办法还是有的,1904年弗莱明发明了电子二极管。电子管可以说是一种划时代的发明。电子管的源头往上追溯,可以一直追到爱迪生那儿。他在改进灯泡的过程里,往灯泡里面添加了一根金属丝。当金属丝相对于灯丝处于负电位的时候,什么也没发生,但是当金属丝处于正电位的时候,居然测到了电流。这个电是怎么通过去的呢?这被称为“爱迪生效应”。当时爱迪生并不理解,也就搁在一边了。

等到英国的汤姆逊发现电子,这才真相大白。原来加热的灯丝会发射电子,电子带负电,会流向正极。马可尼手下的一个工程师弗莱明对此很有兴趣。他曾经是麦克斯韦的学生,听过麦克斯韦的课。理论基础还是很扎实的。马可尼1901年无线电跨越大西洋,用的发射机和发电机组还是弗莱明设计的。但是功劳都是老板的,弗莱明心里当然不舒服。而且老板也没有给奖金,也没有给股份,据说是马可尼答应过他的,但是后来给忘了。这帮当老板的,就是这种事儿容易忘,别的他都忘不了。

最早的真空二极管,就是灯泡的衍生品

1904年,弗莱明利用爱迪生效应,搞出了一个真空二极管。真空二极管的诞生标志着电子学的开端。真空二极管,顾名思义就是一个抽成真空的玻璃管。内部封装两个电极。一个用灯丝加热,一个是冷的。热的电极能发射出电子,从热端跑到冷端没问题。但是反过来就不行了,冷电极没有发射电子的本事。所以二极管起到的作用就是单向阀门。所以也叫做“弗莱明阀门”。

那么二极管为什么能实现检波呢?无线电波就是电磁振荡。天线接收到无线电信号,产生感应电流。但是无线电频率很高,一秒钟振荡几十万次以上。感应电流总是正负正负高速来回折腾,一正一负平均下来就是0。耳机子里什么也听不到。利用二极管的单向导电性。裁掉了其中的一半。要么全要正的,要么全要负的,电流方向都一样,有劲往一个方向使,就能推动耳机子了。这就是二极管检波器的原理。

检波器原理,砍掉正弦波的负半周,过滤掉高频,获取包络音频

实际上,矿石检波器也是起到一个二极管的作用。但是内部原理和真空管完全不同。矿石实际上是个天然半导体,这在当时是没人知道怎么回事儿的。半导体的发明要等到半个世纪以后了。矿石的好处是不需要加热,经久耐用。真空管总是要用灯丝加热阴极,假如灯丝烧坏了。管子也就坏了。容易坏,而且又贵。当然推广起来就难了。不过真空管使用起来倒是简单。矿石检波器,需要用针扎到合适的地方。这一针扎到什么地方,基本上靠一点一点去试,太花时间了。万一探针松动了,移位了,就麻烦了,反正各有利弊。

菲利普斯和哈罗德

1912年,马可尼公司派驻的两位电报员登上了白星航运公司最新的一艘豪华邮轮泰坦尼克号。船上的电报机是马可尼公司租给白星航运公司的,连人带机器一起出租。年长的这位叫杰克·菲利普斯,年轻的这位叫哈罗德·布莱德。他们都在不同的船上当过报务员。他们这是第一次随着泰坦尼克号出航。

泰坦尼克号,就不用我多说了。大家已经熟悉得不能再熟悉了。这艘船拥有2台往复式三胀蒸汽机,还有一台蒸汽轮机。蒸汽轮机和蒸汽机都是外燃机。需要另外的锅炉来烧开水。船上一共有29台锅炉。白星航运公司主打豪华牌,因此泰坦尼克也弄得富丽堂皇,如同一座海上宫殿,总吨位4.6万吨,巡航速度39公里/小时。白星公司经过资产重组,已经是摩根旗下的一员,摩根这个老家伙可是无处不在的。

复原的泰坦尼克号电报机房

船上的无线电室一共有三件。一间是宿舍,一间是发电机房,一间是电报机房。为了怕吵,发电机房是有隔音措施的。发电机用的是内燃机带动,与船上本身的电源无关。这艘船非常的先进,用的无线电设备叫做旋转式火花间隙发射机,功率高达5千瓦,在当时算是最先进的无线电发报机了。别的发报机发出的信号都是模糊不清的,这种旋转式火花间隙发报机的信号极为清晰。别人在耳机子里面听到的是清清楚楚的滴滴滴声音,一点没有抖动和拖泥带水。这是为什么呢?

我们前面讲述了火花间隙发报机的基本原理。就是电容充电充足了就打一个火花,形成一个脉冲,然后等电容再次充电,然后再来一下。脉冲信号按理说也应该是清晰稳定的。实则不然,因为电极老是打电火花,会变得滚烫甚至发红。温度一高,什么都不对了。空气也被加热了,变得更加容易电离。电极也是热的,变得容易发射电子。电容器的电压还没充到额定数值呢,这边已经忍不住“早泄”了,火花提前打出来了。电火花变得不稳定,发射功率也打折扣。于是旋转火花间隙发射机也就应运而生。发报机发出的脉冲完全取决于电动机转动的有多快,而且功率可以更大。

旋转火花间隙原理(慢镜头)

船上的无线电电报员有两项基本职责。一项是收发天气、海况信息,一向是为客人提供收发报通讯服务。既然你这艘船是豪华邮轮,当然服务也要高端大气上档次。所以船上提供最先进和现代化的通讯服务。泰坦尼克号无线电发射机的频率大概是500K,可以和周围500公里半径内的人进行无线电通讯联系。船上配备的接收机是最新的真空二极管检波器。为了防止损坏,这台接收机配备了两个真空管,算是做了充足的准备了。

泰坦尼克号上的真空管检波器接收机

1912年4月10号,泰坦尼克离开了英国南安普顿港,开往美国的纽约。这一路上,电报机就在不断的收发信息。都是客人们的付费电报。人家花了钱的,当然不敢怠慢。他们两个电报员拼命干,一晚上估计收了250封电报。发出去了的恐怕不比这个数字少。结果电报机烧坏了,必须马上修理,一下耽误了很多时间。

菲利普斯只好加班加点的干,前一天因为设备坏了,积压的了大量的付费电报。他必须尽快把付费电报处理完,才能处理其他的事情。他是老手,那个哈罗德是个新手,速度没他快。任务全都压倒他一个人的头上。哈罗德在隔壁的舱室里睡觉。等半夜12点,两个人换班儿。晚上21:40分,菲利普斯收到梅萨比号发来的海况报告,通知他们前方有大量浮冰。而且一个比一个大,要他们小心。菲利普斯忙的焦头烂额,正帮人家派发付费电报呢。结果对这条海况报告没注意,根本就没有通知驾驶室。

晚上22:55分,加州人号发来电报,告诉菲利普斯前面都是冰山。菲利普斯正在仔细分辨远方发来的微弱信号,耳机音量开到了最大。加州人号用的发报机和泰坦尼克是一样的,功率也很大。这等于是突然在菲利普斯耳朵边上喊了一嗓子。菲利普斯顿时火冒三丈,让他马上闭嘴。等菲利普斯处理完手头的事儿,再去问加州人号,刚才要说什么来着?加州人号的发报员洗洗睡了,电报机早关了,根本没有回应。

事后,很多人的回忆是有矛盾之处的。菲利普斯到底有没有及时把海况报告交给驾驶室,现在说法不一。但是毫无疑问,大家没引起足够的重视。23:40分,大船和冰山相撞了,这时候菲利普斯刚好交班准备睡觉。船长来到发报机房,告诉他们做好发送求救信号的准备。过了几分钟,船长再次来到发报机房要他们赶快发信号求救。这来回的犹豫、反复和折腾,显示出船长已经乱了方寸。

爱德华·约翰·史密斯船长

泰坦尼克是首航,船长当然是从别处调来的,船员们也是。这位爱德华·约翰·史密斯船长是一位资深船长,口碑很不错,很多百万富翁专门坐他开的船。船员们也都是这位老船长的老部下了。他们对船长无比的信任,但是他们都没有经历过这样的事情。

接到船长的命令以后,菲利普斯开始拼命发送求救信号。英国的标准求救信号是CQD。后来德国人组织国际会议,商讨统一无线电呼救代码,最后选来选去,选中了SOS,但是英国人什么时候买过别人的账啊,他们还是习惯发送CQD。

哈罗德提醒菲利普斯,最好是两种信号都发,毕竟新的代码SOS更有优势。在摩尔斯电码之中,CQD三个字母,每个都是有点有划,有长有短的。为了区别这三个字母,必须在字母之间加上间隙。发送就比较麻烦。SOS三个字母,恰好是3短3长再3短。不需要添加间隔,而且非常容易辨认,容易记忆。这是最优化的电报呼救信号了。

一直到电报机房进水之前,两个电报员还在拼命往外发求救信号。沉船前两分钟,他俩跑了出来。两个人就此分手。跑向了不同的方向,据说两人都上了救生艇。但是只有哈罗德活了下来。菲利普斯连轴转了好几天没好好休息,体力不支。救生艇翻了,他掉进了水里死掉了。但是也有人说再没见到这个人,甚至是尸体也没见到。很多人在那种情况下,记忆会不准确。以为是确定无疑的消息,其实只是道听途说。恐怕大家未必是亲眼看见的。

赴美生子多少钱

很多人相信,菲利普斯可能死于这条救生艇的翻覆

不管怎么说,两个电报员之中的一个告诉大家,有附近的船只收到了求救信号,这给了大家生存的希望。至于是菲利普斯还是哈罗德,这已经不重要了。最终有700人获救。这一场悲剧被文艺作品反复渲染表现了很多次。想必大家都很熟悉了。

到现在还有很多人在分析,当时到底能不能避免这样的悲剧发生。冰海沉船到底是偶然的还是必然的。我想说,重大事故就像是冰山的一角,是各种疏忽各种问题汇集到一起造成了这起悲剧。有的时候真的很难说这起悲剧到底是天灾还是人祸。这个世界就这么复杂,有些事,你也不知道自己在做什么,你也不知道这件事到底会带来什么样的后果。

祸兮福所倚。天才总想用科技造福人类,但是,他们手中握的到底是剑还是犁,恐怕是很难分辨的,我们下回再说。

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