Сто лет назад, когда начался международный конфликт, который стал известным как Первая мировая война, большинство европейцев говорили о быстрой победе [1]. В течение нескольких месяцев стало ясно, что их оптимизм был нереалистичен. Поскольку борьба распространилась и стала смертельной, роль разработок и изобретений стала самой важной. В конечном счете Первая мировая война стала известной в определённых кругах как «война изобретателей». Действительно, многие изобретения теперь ассоциируются с Первой мировой войной: субмарины, торпеды, истребитель и самолет-бомбардировщик были фактически задуманы ранее. Однако давление войны сыграло свою роль. Вот четыре военные технологии, которые всё ещё влияют на наш мир сегодня.

Гидролокатор: освоение моря, безопасного для демократии

В довоенные годы военно-морские флоты состояли из субмарин использовавшиеся, главным образом, для прибрежной защиты [2]. Германия изменила это, превратив свои подводные лодки в оружие нападения дальнего действия. Это изменение в военной стратегии заставило союзников, во-первых, принудительно начать использовать субмарины и, во-вторых, разрабатывать контрмеры, чтобы защитить Атлантический океан.

Работа Реджиналда Фессендена [3] оказалась крайне важной. После того, как в 1912 году айсберг потопил Титаник, канадский радио-пионер начал проводить под водой акустические эксперименты в поисках способа защитить суда от затопленных препятствий [4]. Это повлекло к изобретению электромеханического генератора: устройства, которое помещалось на борту судна и передавало звук через воду на указанной частоте и, затем, помогало проводить анализ обнаруженных объектов. Он разработал технологию сначала как средство связи с дружественными субмаринами и позже как устройство предупреждения, которое могло быть присоединено к навигационным бакенам, чтобы предупредить приближение судна и других опасностей. В октябре 1914 г. британский военно-морской флот купил генераторы у компании Фессендена для подводной передачи сигналов, и в ноябре 1915 г, решил оборудовать им все свои субмарины.

Французский физик Пол Лэнджевин проектировал электронную версию устройства Фессендена, которое было намного лучше в обнаружении движущихся объектов. Оно включало кварцевый передатчик и приемник, который значительно улучшил диапазон и чистоту сигнала. В феврале 1918 г. он достиг диапазона передачи 8 километров и ясного эха от субмарины.

Генераторы Фессендена продолжали использоваться уже во Второй мировой войне для обнаружения постоянных объектов, таких как мины. И изобретения Фессендена и Лэнджевина положили начало тому, что станет гидролокатором [5].

Супергетеродинный приемник: лучше настраиваемое радио

Радио-технология существовала еще до войны, но два военных изобретателя значительно улучшили её. В 1917 и 1918 г.г. соответственно, французский чиновник по имени Люсьен Леви и американский чиновник по имени Эдвин Х. Армстронг [6] независимо придумали то, что станет известно как супергетеродинный приемник [7] – способ настроить радио и улавливать отдалённые сигналы. Приемник главным образом накладывал одну радиоволну на другую и значительно усиливал и фильтровал получающуюся промежуточную частоту, которая затем демодулировалась, чтобы воспроизвести звуковой сигнал, который был в свою очередь усилен для проигрывания в громкоговорителях или наушниках.

Первоначально Леви изучал и искал способы секретной связи. Он работал в Эйфелевой башне, которую французские вооруженные силы начали использовать для радио-экспериментов, когда вспыхнула война. Леви высказал идею, что сверхзвуковую волну можно наложить на несущую частотe, которую, в свою очередь, можно самостоятельно модулировать акустической волной. Он усовершенствовал эту идею, сгенерировав сверхзвуковую волну в приемнике локальным гетеродином. 4 августа 1917 он получил французский патент.

Армстронг служил капитаном в армейском сигнальном Корпусе США незадолго до того, как его послали во Францию в 1917 г., чтобы работать над союзнической радиосвязью. К тому времени он был уже известен в радиомире его регенеративным устройством с обратной связью, которое значительно усиливало сигнал, за которое он получил первую Почетную медаль от Института Радиоинженеров. В начале 1918 г. он в Париже засёк немецкую бомбардировку. Он думал, что точность зенитных орудий могла быть улучшена, если бы существовал способ обнаружить чрезвычайно короткие электрические волны, испускаемые системами воспламенения авиационных двигателей. Это явилось толчком к изобретению супергетеродинного приемника, на который он подал заявку на французский патент 30 декабря 1918 г.

После войны конкурирующие компании Армстронга и Леви не препятствовали тому, чтобы радиоприемник широко использовался. С его помощью радио стало популярным потребительским товаром [8].

Связь класса воздух-земля: радиотехнологии распространяются на воздух

Уже в 1910 году изобретатели продемонстрировали беспроводную передачу информации между самолетом и землей. Эти испытания пилот проводил у себя на коленях, выбивая Азбуку Морзе в передатчике. Как бы то ни было, существовало несколько проблем. Шум двигателя заглушал любые полученные сообщения. Пилоты были обычно слишком заняты, чтобы использовать кодовый ключ.

Ясно, что голосовое радио было бы необходимо для радиосвязи, чтобы его могли использовать в воздухе. Но голосовые передачи потребовали более высоких частот, чем Азбука Морзе, и радио и их источники энергии были слишком крупными и тяжелыми, чтобы их вместить в самолёт.

Инженеры с обеих сторон конфликта преуспели в том, чтобы улучшить передатчик. В 1916 французы успешно проверили голосовое сообщение класса воздух-земля во время Верденского сражения. Год спустя они продемонстрировали передачу голосового сообщения воздух-воздух в Коублее. Передатчики стали стандартным оборудованием на борту немецкого самолета в 1916 г., и к концу того же года ими стали также и приемники. Впервые 17 мая 1918 г. американской эскадрильей самолетов успешно командовал голос с земли [9].

Аналоговые калькуляторы для борьбы с лесными пожарами: предшественники цифровых вычислений

Поскольку радиус поражения оружия большого калибра увеличился, нацеливание их стало более трудным. В Первую мировую войну военно-морские предприятия Коронел (недалеко от берега Чили), Банка Доггер и Шотландии (оба в Северном море) имели полигоны для стрельбы по наземным целям от 13000 до 15000 метров. Стрельба по другим судам с тех же расстояний потребовала точных вычислений координат и скорости судна, курса, а также скорости и направления ветра, которые в свою очередь использовались, чтобы определить высоту и направление орудия.

В 1912 г. британский Королевский флот ввел систему, в которой все орудия на судне было нацелены от одного положения (обычно самая высокая часть судна). Чиновники для борьбы с лесными пожарами использовали T-образный оптический дальномер, содержащий призмы, чтобы установить расстояние, отношение и изменение цели посредством триангуляции. Служащие по борьбе с лесными пожарами тогда общались обычно по телефону, но с голосовыми трубками как резервным оборудованием. Эта информация была доступна матросам в судне. Они, в свою очередь, перемещали рукоятки и рычаги, чтобы ввести информацию в большие механические калькуляторы. Размер некоторых достигал трех или четырех холодильников. Калькуляторы использовали эти постоянно изменяющиеся данные, чтобы подготовить решения для настройки орудий.

В течение войны военно-морские флоты союзников Дружеского соглашения между государствами сделали существенные улучшения у этих калькуляторов для борьбы с лесными пожарами. Но все еще существуют академические дебаты про то, у какого военно-морского флота была самая продвинутая система. Система британского военно-морского флота Дрейер [10] была, вероятно, лучшей зарегистрированной системой, в то время как немецкая система линейного крейсера Дерфлингер [11] была расценена как лучшая для точности артиллерийских операций в море. Дерфлингер был уничтожен в Скапа-Флоу в 1919 году, и то, что известно о его системе борьбы с лесными пожарами, появилось в печати, главным образом, из-за союзнических переговоров разведки с его служащими в артиллерии.

Во время Первой мировой войны также значительно увеличился диапазон поражения земли. К концу войны, например, немцы бомбардировали Париж оружием большого калибра, установленным на железнодорожном вагоне. Известное как Парижское Оружие кайзера Вильгельма Гешюца, у этого оружия был диапазон поражения 130 километров. Хотя оно не отличалось большой точностью, но оно могло поразить объект площадью в целый город. Таким образом, его эффект был прежде всего психологическим.

Аналог механического калькулятора использовался не тлько в артиллерии, он стал прообразом знаменитого электронного компьютера Эниак [12].

Партийная литература [13]

[1] Robert Colburn. "World War I: The War of the Inventors" // Spectrum, IEEE, 28 Jul 2014.
http://spectrum.ieee.org/tech-talk/geek-life/history/world-war-i-the-war-of-the-inventors
[2] http://www.submarine-history.com/NOVAtwo.htm
[3] http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Reginald_A._Fessenden
[4] http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Inventors%E2%80%99_Responses_to_the_Sinking_of_the_RMS_Titanic
[5] Inventors' Responses to the Sinking of the RMS Titanic
http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Inventors%E2%80%99_Responses_to_the_Sinking_of_the_RMS_Titanic
[6] http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Edwin_H._Armstrong
[7] http://antiqueradios.com/superhet/
[8] Who Invented the Superheterodyne? http://antiqueradios.com/superhet/
[9] Moments and Milestones: Can You Hear Me Now?
http://www.airspacemag.com/history-of-flight/moments-and-milestones-can-you-hear-me-now-10947/
[10] http://dreadnoughtproject.org/tfs/index.php/Dreyer_Fire_Control_Table
[11] http://www.dreadnoughtproject.org/tfs/index.php/Derfflinger_Class_Battlecruiser_%281913%29#Fire_Control
[12] http://www.upenn.edu/almanac/v42/n18/eniac.html
[13] Ленин В.И. Партийная организация и партийная литература. - Полн. собр. соч. - Т. 12. - С. 101-115.