Джон Стоун Стоун: Американский математик, физик и изобретатель

Введение

Американский математик и изобретатель

Джон Стоун Стоун (24 сентября 1869 – 20 мая 1943) – американский математик, физик и изобретатель. Он начал свою карьеру с исследований в области телефонии, а затем внес значительный вклад в разработку ранних радиотехнологий, особенно в совершенствование настройки приемников. Несмотря на часто передовые конструкции, компания Stone Telegraph and Telephone Company обанкротилась в 1908 году, и он посвятил остаток своей жизни работе в качестве инженерного консультанта.

Ранние годы

Стоун родился в деревне Довер (ныне Манакин), в округе Гучленд, штат Вирджиния, в семье Чарльза Помероя Стоуна, генерала и инженера армии Союза во время Гражданской войны в США, и Энни Джинни [Стоун] Стоун. С 1870 по 1883 год генерал Стоун занимал должность начальника штаба египетского хедива, и, будучи воспитанным в Каире, Джон Стоун овладел арабским, французским, немецким и испанским языками, помимо английского. Его отец давал ему уроки математики, а после возвращения семьи в Соединенные Штаты Стоун учился в Колумбийской грамматической и подготовительной школе в Нью-Йорке, затем два года изучал гражданское строительство в Школе горного дела Колумбийского университета, а затем еще два года в Университете Джона Хопкинса, где изучал математику, физику, теоретическую и прикладную электротехнику.

Телефонная работа

После окончания учебы в 1890 году он начал работать в American Bell Telephone Co. в Бостоне, штат Массачусетс, в экспериментальном отделе ее лаборатории исследований и разработок. Там, опираясь на работы Оливера Хевисайда, он провел строгий математический анализ разработки компанией системы дальней телефонной связи между Нью-Йорком и Чикаго. Его последующие работы были посвящены электрическому резонансу, который он изначально исследовал с целью его потенциального применения в автоматической телефонной станции. В 1892 году он предпринял попытку беспроводной передачи звука с использованием "высокочастотных передач". Эта попытка оказалась неудачной, но результаты работы нашли применение при разработке "проводной беспроводной" связи (также известной как "передача по несущей частоте") по телефонным линиям, хотя его патентная заявка впоследствии была признана запатентованной ранее майором Джорджем О. Скьером. В 1893 году он разработал систему "общего питания" для телефонной связи, которая обеспечивала электрическим током, необходимым для работы телефонов абонентов, от центрального источника. С 1896 по 1906 год он также ежегодно читал краткий курс по электрическому резонансу в Массачусетском технологическом институте для выпускников факультетов физики и электротехники.

Развитие радио

В 1899 году Стоун ушёл с должности в телефонной компании и начал работать в Бостоне в качестве независимого инженера-консультанта, хотя его бывший работодатель также оставил за ним должность "Консультанта и эксперта по патентным делам". Его первым клиентом был Герман В. Лэдд, который пытался усовершенствовать свою систему "Телелокографа" для использования радиосигналов в качестве "беспроводных маяков" и для определения навигационного направления. Подход Лэдда оказался непрактичным, но работа дала Стоуну представление о трудностях, с которыми сталкивалась зарождающаяся технология радиотелеграфной сигнализации, и он пришёл к выводу, что его предыдущая работа над резонансными цепями в телефонных линиях может быть применена для улучшения конструкции радиопередатчиков и приемников. Более того, в отличие от большинства других ранних радиоэкспериментаторов, Стоун обладал математической подготовкой, необходимой для полного анализа электрических цепей. В конце 1900 года в Бостоне был создан Синдикат беспроводной телеграфии Стоуна с первоначальным финансированием в размере 10 000 долларов для проведения экспериментальных работ по разработке коммерческой системы. Стоун использовал свои знания в области электрической настройки для разработки подхода "высокой селективности" с целью уменьшения количества помех, вызванных статическими помехами и сигналами от других станций. Начиная с электрических трансформаторов с открытым сердечником в стиле Теслы, он разработал регулируемую "селективную настройку четырех контуров", которая использовала "слабую связь" для обеспечения работы передатчика и приемника на одной общей частоте. (В некоторых случаях для дополнительной селективности добавлялась дополнительная промежуточная схема "отсеивания". В отличие от этого, передатчики, используемые большинством других компаний, использовали "тесную связь", которая генерировала сигналы на двух отдельных частотах). Он также уделял особое внимание математическому анализу конструкций передатчиков и приемников для повышения эффективности и снижения потерь. В начале 1900 года он подал заявку на патент США на свою работу по настройке, который был разделён на три патента, выданных в 1901 и 1902 годах. В середине 1902 года была создана Stone Telegraph and Telephone Company, также базирующаяся в Бостоне, для начала коммерческой деятельности. Стоун был назначен главным инженером, и две станции, расположенные на расстоянии шестнадцати километров друг от друга, были построены в Кембридже и Линне, штат Массачусетс. Начиная с 1905 года, для оценки ВМС США были установлены демонстрационные радиотелеграфные станции, использующие искровые передатчики и электролитические детекторы. К концу 1906 года правительство приобрело пять судовых и три наземных установки. Первая коммерческая радиотелеграфная линия компании соединяла остров Шоалс и Портсмут, штат Нью-Гэмпшир, и функционировала летом 1905 года, заменив вышедший из строя телеграфный кабель Western Union. В 1907 году Стоун основал и возглавил Общество инженеров беспроводной телеграфии (SWTE), которое было создано в качестве образовательного ресурса для сотрудников его компании. (Эта организация была объединена с нью-йоркским "The Wireless Institute" в 1912 году, образовав Институт радиоинженеров). В 1906 году компания испытала судовой "пеленгатор", разработанный Стоуном, который, хотя и был достаточно точным, оказался непрактичным, поскольку для получения показаний требовалось поворачивать весь корабль. Работая как небольшая независимая компания, Стоун обнаружил, что не может угнаться за прогрессом в отрасли, и в 1908 году его компания приостановила деятельность и была передана под внешнее управление. Её активы, включая ценный портфель патентов, были проданы радиотелефонной компании Ли Де Фореста за 10 000 долларов наличными и 300 000 долларов акциями. В начале 1911 года он переехал в Нью-Йорк, вновь занявшись консультационной деятельностью. Он также получил известность как независимый эксперт, выступая в качестве свидетеля во многих патентных делах в области радиосвязи. В 1912 году он выступил посредником, организовав демонстрацию ранней версии трехэлектродной вакуумной лампы аудиона, разработанной Ли Де Форестом, инженерам AT&T, которые переработали устройство в усилитель, способный обеспечить трансконтинентальную телефонную связь. В 1914–1915 годах Стоун был президентом Института радиоинженеров.

In 1899, Stone resigned from his telephone company position and began to work in Boston as an independent consulting engineer, although he was also retained by his former employer as a "Consultant and Expert in patent causes". His first client was Herman W. Ladd, who was attempting to perfect his "Telelocograph" system for using radio signals as "wireless lighthouses" and for navigational direction finding. Ladd's approach turned out to be impractical, but the work gave Stone insight about the difficulties facing the embryonic technology of radiotelegraphic signalling, and he recognized that his earlier work on resonant circuits on telephone lines could be applied to improve radio transmitter and receiver designs. Moreover, unlike most other early radio experimenters, Stone had the mathematical background needed to fully analyze electrical circuits. In late 1900, the Stone Wireless Telegraphy Syndicate was started in Boston, with an initial funding of $10,000, to do experimental work in devising a commercial system. Stone used his knowledge of electrical tuning to develop a "high selectivity" approach to reduce the amount of interference caused by static and signals from other stations. Starting with Tesla style open core electrical transformers, he developed adjustable "selective four circuit tuning" that employed "loose coupling" to help insure that the transmitter and receiver were operating on a single common frequency. (In some cases an extra intermediary "weeding out" circuit was added, for additional selectivity. In contrast, transmitters operated by most other companies employed "close coupling" that produced signals on two separate frequencies). He also took special care to mathematically analyze transmitter and receiver designs to increase efficiency and reduce losses. In early 1900, he applied for a U. S. patent for his tuning work, which was divided into three patents that were issued in 1901 and 1902. In mid 1902 the Stone Telegraph and Telephone Company, also based in Boston, was formed, in order to begin commercial operations. Stone acted as Chief Engineer, and two stations separated by sixteen kilometers (ten miles) were constructed at Cambridge and Lynn, Massachusetts. Beginning in 1905, demonstration radiotelegraph stations, using spark transmitters and electrolytic detectors, were installed for evaluation by the U. S. Navy. By the end of 1906, the government had purchased five ship and three land installations. The company's first commercial radiotelegraph link was between the Isle of Shoals and Portsmouth, New Hampshire, which operated during the summer of 1905, replacing a failed Western Union telegraph cable. In 1907 Stone founded, and served as the president of, the Society of Wireless Telegraph Engineers (SWTE), which was created as an educational resource for his company's employees. (This organization would be merged with the New York based "The Wireless Institute" in 1912, creating the Institute of Radio Engineers.) In 1906 the company tested a ship borne "direction finder" designed by Stone that, although fairly accurate, proved impractical as it required the entire ship to turn in order to take readings. Operating as a small independent concern, Stone found that he could not keep up with the advances in the industry, and in 1908 his company suspended operations, and was placed into receivership. Its assets, including its valuable portfolio of patents, were sold to Lee DeForest's Radio Telephone Company, for $10,000 cash and $300,000 of stock. In early 1911, he moved to New York City, once again working as a consultant. He also gained prominence as an independent expert, testifying in numerous radio patent cases. In 1912, he acted as an intermediary, making arrangements for Lee DeForest to demonstrate an early version of his three electrode audion vacuum tube to AT&T engineers, who re engineered the device into an amplifier that was capable of establishing transcontinental telephone service. In 1914–1915 Stone served as president of the Institute of Radio Engineers.

Поздние годы

В 1919 году он окончательно переехал в Сан-Диего, штат Калифорния, где проживала его нездоровая мать. Там он стал "внештатным сотрудником отдела развития и исследований компании American Telephone and Telegraph" до выхода на пенсию в 1934 году. Однажды женившись и разведясь, Стоун умер в Сан-Диего, штат Калифорния, 20 мая 1943 года, и был похоронен на кладбище Mt. Hope рядом со своей матерью Жанной Стоун и сестрой Египтой Стоун Уилсон. Вскоре после его смерти Верховный суд США подтвердил решение Суда по исковым делам 1935 года, которое установило, что его патент на настройку 1900 года имел приоритет над американским патентом (763,772), являющимся аналогом патента Маркони "четыре семерки".

Наследие

Джон Стоун Стоун получил около 120 патентов в Соединенных Штатах и примерно такое же количество в других странах на телеграфные и телефонные устройства, а также технологии радиосвязи. В 1913 году он был удостоен медали Эдварда Лонгстрета Института Франклина. В 1923 году он также получил медаль Почета Института радиоинженеров "За ценный пионерский вклад в развитие радио". На церемонии награждения Фредерик А. Колстер отметил его заслуги следующими словами: "Нет человека, который внес бы больший вклад в развитие радионауки, чем Джон Стоун Стоун, и нет человека, который более заслуживал бы искренней и благодарной оценки всего радиомира".

Прочая деятельность

Среди его политической и общественной деятельности он был членом Совета попечителей Американского оборонного общества. Он также являлся членом Американской академии искусств и наук, членом Американской ассоциации содействия развитию науки; прошлым президентом и вице-президентом Общества инженеров беспроводной телеграфии; вице-президентом Ассоциации беспроводной телеграфии Америки; членом Американского электрохимического общества; действительным членом Американского института инженеров-электриков; членом Общества искусств Массачусетского технологического института; членом Математического и физического клуба; членом братства Alpha Delta Phi, Ассоциации выпускников Университета Джонса Хопкинса в Новой Англии и наследственным членом Клуба ацтеков 1847 года. Он также был членом бостонских клубов Святого Ботольфа, Технологии и Папируса, Национального клуба искусств в Нью-Йорке, Армейского и Морского клуба, а также Клуба Cosmos в Вашингтоне, округ Колумбия.

Издания Джона Стоуна

"Теория беспроводной телеграфии", Труды Международного электрического конгресса 1904 года в Сент-Луисе, том III, страницы 555–577. "Вмешательство в беспроводной телеграфии", Труды Канадского общества инженеров-строителей. Монреаль: Канадское общество гражданских инженеров, 9 марта 1905 г., страницы 164–182. "Периодичность и коэффициенты затухания соединенных осцилляторов". Доклад, представленный Обществу инженеров беспроводной телеграфии. Electrical Review & Western Electrician, 3 декабря 1910 г. (№ 19098), страницы 1145–1149. (ред., Выведены выражения для коэффициентов затухания и периодичности двух соединенных осцилляторов, дающие правильные результаты во всех практических случаях.) "Заметки о колебательном трансформаторе", Electrical World, 19 января 1911 г. (№ 20296), страницы 175–177. (ред., Математическое определение констант колебательных трансформаторов, используемых в беспроводной телеграфии.) "Максимальный ток во вторичной обмотке трансформатора", Общество инженеров беспроводной телеграфии, заседание в Бостоне, штат Массачусетс, Американский институт физики, Американское физическое общество и Корнеллский университет, Physical Review, Ланкастер, Пенсильвания. [и т.д.]: Издано для Американского физического общества Американским институтом физики [и т.д.], том XXXII, № 4 (апрель 1911 г.), страницы 398–405. "Взгляд специалиста" (18 апреля 1912 г., переписка), Electrician and Mechanic, июнь 1912 г., страница 418. Бостон, Массачусетс, Sampson Publishing Co. "Практические аспекты распространения высокочастотных электрических волн по проводам", Журнал Института Франклина, том CLXXIV, № 4 (октябрь 1912 г.), страницы 353–384. "Сопротивление искры и его влияние на колебания электрических осцилляторов", Труды Института радиоинженеров, том 2, Институт радиоинженеров, 13 мая 1914 г., страницы 307–324. (ред., Реферат доклада, представленного в Институте радиоинженеров).