Гелиограф: Солнечная телеграфная связь

Введение

Устройство связи, отражающее солнечный свет – сигнальное устройство.

Гелиограф – это система солнечного телеграфа, передающая сигналы вспышками солнечного света (обычно с использованием кода Морзе), отражаемыми зеркалом. Вспышки создаются кратковременным поворотом зеркала или прерыванием луча с помощью затвора. Затем поднимали визир, который закрывал перекрестия нитей с диаграммой креста, и выравнивали зеркало с помощью тангенциальных и высотных винтов, чтобы небольшая тень, являвшаяся отражением незеркальной области отверстия, находилась на прицельной метке. Зеркало гелиографа Корпуса связи США не наклонялось. Этот тип создавал вспышки с помощью затвора, установленного на втором штативе (Рис. 4). Гелиограф обладал определенными преимуществами. Он позволял осуществлять связь на большие расстояния без стационарной инфраструктуры, хотя его также можно было объединять в стационарную сеть, простиравшуюся на сотни миль, как, например, сеть «форт-форт», использовавшаяся во время кампании против Джеронимо. Он был очень портативным, не требовал источника питания и был относительно безопасным, поскольку был невидимым для тех, кто находился вне оси луча, а луч был очень узким, рассеиваясь всего на 15 метров на километр дальности. Однако любой, находящийся в луче и обладающий необходимыми знаниями, мог перехватывать сигналы, оставаясь незамеченным. Во время Бурской войны, когда обе стороны использовали гелиографы, для уменьшения рассеяния луча иногда применялись трубы. Однако в других случаях узкий луч затруднял поддержание выравнивания с движущейся целью, например, при связи с берега с движущимся кораблем, поэтому британцы разработали рассеивающую линзу для увеличения ширины луча гелиографа с его естественного диаметра в 0,5 градуса до 15 градусов. Дальность действия гелиографа зависит от прозрачности воздуха и эффективной площади зеркал. Размеры зеркал гелиографов варьировались от до и более. Станции, расположенные на большей высоте, выигрывают от более чистого и разреженного воздуха и, в любом случае, необходимы для больших расстояний, чтобы преодолеть кривизну Земли. Хорошее приближение для дальности в том, что вспышка круглого зеркала видна невооруженным глазом на расстоянии 16 километров на каждый дюйм диаметра зеркала, и дальше – с помощью телескопа. Мировой рекорд был установлен отрядом сержантов Корпуса связи США путем одновременной работы станций на горе Эллен (Юта) и горе Ункомпагре (Колорадо), расположенных на расстоянии 295 километров друг от друга 17 сентября 1894 года, с использованием гелиографов Корпуса связи с зеркалами размером всего 20 сантиметров.

A heliograph is a solar telegraph system that signals by flashes of sunlight (generally using Morse code) reflected by a mirror. The flashes are produced by momentarily pivoting the mirror, or by interrupting the beam with a shutter. They then turned up the sighting vane, which covered the cross wires with a diagram of a cross, and aligned the mirror with the tangent and elevation screws so the small shadow that was the reflection of the unsilvered spot hole was on the cross target. The U. S. Signal Corps heliograph mirror did not tilt. This type produced flashes by a shutter mounted on a second tripod (Fig 4). The heliograph had certain advantages. It allowed long distance communication without a fixed infrastructure, though it could also be linked to make a fixed network extending for hundreds of miles, as in the fort to fort network used for the Geronimo campaign. It was very portable, did not require any power source, and was relatively secure since it was invisible to those not near the axis of operation, and the beam was very narrow, spreading only 50 feet per mile of range. However, anyone in the beam with the correct knowledge could intercept signals without being detected. In the Boer War, where both sides used heliographs, tubes were sometimes used to decrease the dispersion of the beam. In some other circumstances, though, a narrow beam made it difficult to stay aligned with a moving target, as when communicating from shore to a moving ship, so the British issued a dispersing lens to broaden the heliograph beam from its natural diameter of 0.5 degrees to 15 degrees. The range of a heliograph depends on the opacity of the air and the effective collecting area of the mirrors. Heliograph mirrors ranged from to or more. Stations at higher altitudes benefit from thinner, clearer air, and are required in any event for great ranges, to clear the curvature of the Earth. A good approximation for ranges of is that the flash of a circular mirror is visible to the naked eye at a distance of 10 mile (16 km) for each inch of mirror diameter, and farther with a telescope. The world record distance was established by a detachment of U. S. signal sergeants by the inter operation of stations on Mount Ellen, Utah, and Mount Uncompahgre, Colorado, 183 mile (295 km) apart on September 17, 1894, with Signal Corps heliographs carrying mirrors only 8 inches square.

История

Немецкий профессор Карл Фридрих Гаус из Геттингенского университета разработал и использовал предшественника гелиографа (гелиотропа) в 1821 году. Его устройство направляло контролируемый луч солнечного света на удалённую станцию для использования в качестве маркера при геодезических работах и было предложено как средство телеграфной связи. Это первое достоверно задокументированное гелиографическое устройство, несмотря на многочисленные предположения о возможных древних случаях сигнализации солнечными зайчиками и задокументированное существование других форм древней оптической телеграфии. Например, в 1919 году один автор «высказал предположение», что сигналы с материка, которые римский император Тиберий наблюдал с Капри, были зеркальными вспышками, но признал, что «в древних текстах нет упоминаний об использовании зеркал для сигнализации», и что документально подтвержденным средством древней визуальной связи на большие расстояния были сигнальные костры и дым, а не зеркала. Подобным образом, история о том, что щит использовался как гелиограф в битве при Марафоне, является современным мифом, возникшим в XIX веке. Геродот никогда не упоминал о каких-либо вспышках. Он писал, что кого-то обвинили в том, что тот «поднял щит в качестве сигнала». В 1900-х годах усилились подозрения, что теория вспышки маловероятна. После проверки теории был сделан вывод: «Никто не подавал сигналы щитом в битве при Марафоне». В письме от 3 июня 1778 года Джон Норрис, верховный шериф Бакингемшира, Англия, отметил: «Сегодня гелиограф передал сообщение от доктора [Бенджамина] Франклина из Парижа в Уайкомб». Однако мало что указывает на то, что «гелиограф» здесь не является опечаткой слова «голограф». Термин «гелиограф» для солнечной телеграфии вошёл в английский язык только в 1870-х годах — даже слово «телеграфия» не было придумано до 1790-х годов. Генри Кристофер Мэнс (1840–1926), из Департамента телеграфа британского правительства в Персидском заливе, разработал первый широко принятый гелиограф около 1869 года, находясь в Карачи, в Бомбейском президентстве Британской Индии. Мэнс был знаком с гелиотропами благодаря их использованию в Великой тригонометрической съёмке Индии. Во время экспедиции Джоваки Африди, отправленной британским индийским правительством в 1877 году, гелиограф впервые был испытан в боевых условиях. Простой и эффективный прибор, изобретённый Мэнсом, должен был стать важной частью военной связи более чем на 60 лет. Полезность гелиографов ограничивалась дневным временем с ярким солнечным светом, но они были самым мощным известным типом визуального сигнального устройства. В дорадиоэпоху гелиография часто была единственным средством связи, которое могло охватывать расстояния до 100 миль с помощью лёгкого портативного прибора. В 1886 году генерал Нельсон А. Майлз создал сеть из 27 гелиографических станций в Аризоне и Нью-Мексико во время поисков Джеронимо. В 1890 году майор В. Дж. Волкмар из армии США продемонстрировал в Аризоне и Нью-Мексико возможность связи с помощью гелиографа через сеть, охватывающую 2000 миль. Сеть связи, начатая генералом Майлзом в 1886 году и продолженная лейтенантом В. А. Глассфордом, была усовершенствована в 1889 году на расстояниях 85, 88, 95 и 125 миль в пересечённой и гористой местности, которая была оплотом апачей и других враждебных индейских племён. В 1888 году Служба сигналов США рассмотрела все эти устройства, а также телеграф Финли Helio. В 1893 году для Службы сигналов США было изготовлено 133 гелиографа. Расцвет гелиографа, вероятно, пришёлся на Вторую бурскую войну в Южной Африке, где его широко использовали как британцы, так и буры. Красная Армия во время Гражданской войны в России использовала серию гелиографических станций для эффективного распространения информации о движениях басмачей в Туркестане в 1926 году. Во время Второй мировой войны южноафриканские и австралийские войска использовали гелиограф в боях с немецкими войсками в Ливии и Египте в 1941 и 1942 годах. Сигнальные зеркала до сих пор входят в комплекты для выживания для аварийной сигнализации поисково-спасательным самолётам. Аппарат Мангина с гелиостатом всё ещё находился в эксплуатации в 1917 году. Предложения по автоматизации модуляции солнечного луча (с помощью часового механизма) и обнаружения (электрическими фотодетекторами на основе селена или фотографическими методами) восходят как минимум к 1882 году. В 1961 году ВВС США работали над космическим гелиографом для передачи сигналов между спутниками.

The German professor Carl Friedrich Gauss of the University of Göttingen developed and used a predecessor of the heliograph (the heliotrope) in 1821. His device directed a controlled beam of sunlight to a distant station to be used as a marker for geodetic survey work, and was suggested as a means of telegraphic communications. This is the first reliably documented heliographic device, despite much speculation about possible ancient incidents of sun flash signalling, and the documented existence of other forms of ancient optical telegraphy. For example, one author in 1919 chose to "hazard the theory" that the mainland signals Roman emperor Tiberius watched for from Capri were mirror flashes, but admitted "there are no references in ancient writings to the use of signaling by mirrors", and that the documented means of ancient long range visual telecommunications was by beacon fires and beacon smoke, not mirrors. Similarly, the story that a shield was used as a heliograph at the Battle of Marathon is a modern myth, originating in the 1800s. Herodotus never mentioned any flash. What Herodotus did write was that someone was accused of having arranged to "hold up a shield as a signal". Suspicion grew in the 1900s that the flash theory was implausible. The conclusion after testing the theory was "Nobody flashed a shield at the Battle of Marathon". In a letter dated 3 June 1778, John Norris, High Sheriff of Buckinghamshire, England, notes: "Did this day heliograph intelligence from Dr [Benjamin] Franklin in Paris to Wycombe". However, there is little evidence that "heliograph" here is other than a misspelling of "holograph". The term "heliograph" for solar telegraphy did not enter the English language until the 1870s—even the word "telegraphy" was not coined until the 1790s. Henry Christopher Mance (1840–1926), of the British Government Persian Gulf Telegraph Department, developed the first widely accepted heliograph about 1869 while stationed at Karachi, in the Bombay Presidency in British India. Mance was familiar with heliotropes by their use for the Great Trigonometrical Survey of India. During the Jowaki Afridi expedition sent by the British Indian government in 1877, the heliograph was first tested in war. The simple and effective instrument that Mance invented was to be an important part of military communications for more than 60 years. The usefulness of heliographs was limited to daytimes with strong sunlight, but they were the most powerful type of visual signalling device known. In pre radio times heliography was often the only means of communication that could span ranges of as much as 100 miles with a lightweight portable instrument. In 1886, General Nelson A. Miles set up a network of 27 heliograph stations in Arizona and New Mexico during the hunt for Geronimo. In 1890, Major W. J. Volkmar of the US Army demonstrated in Arizona and New Mexico the possibility of performing communication by heliograph over a heliograph network aggregating 2,000 miles in length. The network of communication begun by General Miles in 1886, and continued by Lieutenant W. A. Glassford, was perfected in 1889 at ranges of 85, 88, 95, and 125 miles over a rugged and broken country, which was the stronghold of the Apache and other hostile Indian tribes. In 1888, the US Signal Service reviewed all of these devices, as well as the Finley Helio Telegraph, In 1893, the number of heliographs manufactured for the US Signal Service was 133. The heyday of the heliograph was probably the Second Boer War in South Africa, where it was much used by both the British and the Boers. The Red Army during the Russian Civil War made use of a series of heliograph stations to disseminate intelligence efficiently about basmachi rebel movements in Turkestan in 1926. During World War II, South African and Australian forces used the heliograph while fighting German forces in Libya and Egypt in 1941 and 1942. Signal mirrors are still included in survival kits for emergency signaling to search and rescue aircraft. The Mangin apparatus with heliostat was still in service in 1917. Proposals to automate both the modulation of the sunbeam (by clockwork) and the detection (by electrical selenium photodetectors, or photographic means) date back to at least 1882. In 1961, the US Air Force was working on a space heliograph to signal between satellites

В мае 2012 года роботизированные зеркала «Солнечный маяк», разработанные в Калифорнийском университете в Беркли, были установлены на башнях моста Золотые Ворота, и был создан веб-сайт, где общественность могла планировать время для подачи сигналов солнечными зайчиками, указывая время, широту, долготу и высоту. Позже «солнечные маяки» были перенесены в башню Сатер в Калифорнийском университете в Беркли. К июню 2012 года общественность могла указать «индивидуальное шоу» из до 32 периодов включения или выключения продолжительностью 4 секунды каждый, что позволяло передавать несколько символов азбуки Морзе. Разработчик описал «Солнечный маяк» как «гелиостат», а не «гелиограф». Он стал финалистом конкурса Broadcom MASTERS.