Τηλεπικοινωνίες

Η μεταφορά μηνυμάτων αποτέλεσε από την αρχαιότητα και αποτελεί μέχρι σήμερα μία σημαντική αναγκαιότητα, είτε αυτά τα μηνύματα είχαν εμπορική και στρατιωτική σημασία, είτε έχουν στις μέρες μας εκπαιδευτικό και ψυχαγωγικό περιεχόμενο. Οι φυσικοί φορείς μεταφοράς ήταν πάντα το φως και ο ήχος. Χωρίς φως κάθε μήνυμα ή σήμα θα παραμείνει, κυριολεκτικά, στο σκοτάδι και χωρίς ήχο δεν είναι δυνατόν να γίνει αντιληπτή η ομιλία. Η διαδικασία μεταφοράς μηνυμάτων πρέπει να ικανοποιεί δύο θεμελιώδεις απαιτήσεις: Ταχύτητα και αξιοπιστία. Ακόμα και στις πρώτες δεκαετίες του 19ου αιώνα δεν είχε βρεθεί κάποια ικανοποιητική λύση αυτού του προβλήματος.  Από την αρχαιότητα οι τηλεπικοινωνίες πραγματοποιούνταν κατά κανόνα με έφιππους αγγελιοφόρους που μετέφεραν γραπτά ή προφορικά μηνύματα. Στην ιστορία του δυτικού πολιτισμού έχει μείνει το όνομα του Φειδιππίδη, ο οποίος διέτρεξε πριν από τη μάχη του Μαραθώνα τη διαδρομή Αθήνα Σπάρτη σε δύο ημέρες για να ζητήσει τη συνδρομή των Λακεδαιμονίων κατά των Περσών. Στην αρχαία Ελλάδα είχε οργανωθεί το σύστημα με τις φρυκτωρίες, πυρσοί με τους οποίους μεταδίδονταν κωδικοποιημένα μηνύματα από τη μια κορυφή βουνού στην άλλη, προφανώς μόνο τις νυκτερινές ώρες για να γίνεται η φωτιά των πυρσών ορατή. Κατά την ημέρα και ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες, χρησιμοποιούνταν κάτοπτρα, με τα οποία μεταδίδονταν μηνύματα επίσης σε αξιόλογες αποστάσεις. Βέβαια αυτά τα σήματα ήταν ορατά και από κάθε άλλον ενδιαφερόμενο, εκτός του καθορισμένου αποδέκτη. Από άλλους λαούς είναι γνωστή η επικοινωνία με σήματα καπνού. Πολύ διαδεδομένη ήταν και παραμένει μέχρι σήμερα, ιδίως στο ναυτικό, η ανταλλαγή μηνυμάτων με μικρές σημαίες, εφόσον βέβαια το επιτρέπουν οι καιρικές συνθήκες.

Πυργίσκος με τηλέγραφο Chappe, αριστερά πίνακας με κωδικοποίηση σημάτων. Το 1792, μέσα στη γαλλική επανάσταση, παρουσίασε ο Claude Chappe (Σαπέ, 1763-1805) σε κυβερνητικούς εκπροσώπους ένα μοντέλο οπτικού τηλεγράφου, ο οποίος ουσιαστικά τυποποιούσε και μηχανοποιούσε τις ήδη γνωστές μεθόδους αποστολής και παραλαβής μηνυμάτων. Το σύστημα αυτό αποτελείτο από ένα ιστό, τοποθετημένο σε ορατό σημείο, πάνω στον οποίο μικρές ράβδοι έπαιρναν συγκεκριμένες θέσεις, καθοδηγούμενες με σύστημα μοχλών και σκοινιών. Αντί δηλαδή να δημιουργείται ένας συγκεκριμένος συνδυασμός θέσεων χεριών και σημαιών, το ρόλο αυτό έπαιζαν οι ράβδοι του Σαπέ. Στα έτη 1793 μέχρι 1798 εγκαταστάθηκε ένα εκτεταμένο δίκτυο τέτοιων μηχανισμών επικοινωνίας σε πολλές γαλλικές επαρχίες, Παρίσι-Λίλ, Παρίσι-Μετς, Παρίσι-Βρέστη κ.ά. και τις επόμενες δεκαετίες σε άλλες ευρωπαϊκές χώρες, όπως Παρίσι-Μιλάνο (1805), Βερολίνο-Κόμπλεντς (1835), Μόσχα-Βαρσοβία και Μόσχα-Πετρούπολη (1838) κ.ά.  Προφανώς αυτό το τηλεπικοινωνιακό σύστημα είχε όλα τα μειονεκτήματα των προηγουμένων, όσον αφορά τις καιρικές συνθήκες (ομίχλη, χιονόπτωση κτλ.), δεν ήταν δυνατόν να λειτουργήσει βραδυνές ώρες, ήταν ορατό και από ξένα πρόσωπα (κατάσκοποι) και είχε κι άλλα σχετικά μειονεκτήματα. Δεν είναι λοιπόν περίεργο που αναζητούνταν διαρκώς νεότερα και καλύτερα συστήματα τηλεπικοινωνιών. Στις πρώτες δεκαετίες του 19ου αιώνα οι έρευνες στρέφονταν προς τον ηλεκτρομαγνητισμό. Έτσι παρουσιάστηκαν κατά καιρούς πολλές και διάφορες επινοήσεις, π.χ. των Gauss και Weber το 1833 με γραμμή μήκους ενός χιλιομέτρου, από το Πανεπιστήμιο του Γκαίτινγκεν στο τοπικό αστεροσκοπείο, που περιελάμβανε ένα γαλβανόμετρο ως δέκτη. Ο Paul Schilling von Canstatt (1786-1835) παρουσίασε το 1835 επίσης ένα μαγνητο-ηλεκτρικό τηλέγραφο. Αυτές οι προσπάθειες έδειχναν ότι είναι δυνατή κάποια λύση, δεν αποτελούσαν όμως τεχνικά αξιοποιήσιμες προτάσεις.

Ηλεκτρομηχανικός διακόπτης (ρελαί)

Το 1834 αρχίζει η ιστορία του διακόπτη με τηλεχειρισμό! Ο Φυσικός Charles Wheatstone (Γουίτστοουν, 1802-1875) δημοσίευσε μια επινόηση που αφορούσε ένα διακόπτη με διαφορετικό κύκλωμα ελέγχου από το κύκλωμα διελεύσεως του ρεύματος. Αυτός ο διακόπτης ονομάστηκε relais και με αυτό το όνομα διαδόθηκε και έμεινε στην Τεχνική. Ρελαί ονομάζονταν εκείνη την εποχή στην Αγγλία τα χάνια που ξεκουράζονταν οι αμαξάδες και άλλαζαν τα άλογα στις άμαξες. Το ρελαί του Γουίτστοουν αποτελείτο από ένα πηνίο, το οποίο, όταν διαρρεόταν από ρεύμα, τράβαγε στο εσωτερικό του μία λεπτή μεταλλική ράβδο, η οποία με τη σειρά της ενεργοποιούσε δύο επαφές που έκλειναν κύκλωμα μέσα σε δοχείο υδραργύρου. Εκείνη την εποχή ήταν πολύ διαδεδομένη η χρήση του υδραργύρου, ενός μετάλλου ρευστού σε θερμοκρασία δωματίου, χωρίς να είναι γνωστές οι επιπτώσεις στην υγεία από τις δηλητηριώδεις αναθυμιάσεις του. Πολλοί επιστήμονες υπέστησαν μόνιμες βλάβες στην υγεία τους, ανάμεσά τους και ο Φαρανταίυ, ο οποίος προσεβλήθη από αμνησία και αναζητούσε λύσεις σε τεχνικά προβλήματα, τα οποία είχε ήδη διερευνήσει ο ίδιος με επιτυχία. Ο Γουίτστοουν έγινε ακόμα γνωστός για διάφορες τεχνικές μετρήσεων με ηλεκτρικές γέφυρες που εισήγαγε.  Η τεχνική βελτίωση του ρελαί προήλθε από τον Samuel F.B.Morse (Μορς, 1791-1972) το έτος 1838. Σ' αυτό το ρελαί ο οπλισμός του μαγνήτη έκλεινε το κύκλωμα, όταν βρισκόταν σε έλξη και το άνοιγε με τη βοήθεια ενός ελατηρίου, όταν δεν περνούσε ρεύμα από το πηνίο. Με γενικότερη θεώρηση, αυτή η συσκευή αποτελούσε ένα ηλεκτρομηχανικό ενισχυτή: Με μικρή ποσότητα ενέργειας, όσο απαιτείται για να ενεργοποιηθεί ένα ρελαί, έκλεινε το κύκλωμα και επέτρεπε τη διέλευση ισχυρών ρευμάτων. Αυτή η αρχή ενισχύσεως εφαρμόζεται διαρκών στην Τεχνική μέχρι των ημερών μας: Π.χ. ο πιλότος ενός αεροπλάνου εφαρμόζει μικρή δύναμη σε χειριστήρια και πετυχαίνει την εξάσκηση σημαντικών δυνάμεων στους κινητήρες ή στα πτερύγια του αεροπλάνου, το ίδιο ο καπετάνιος ενός πλοίου κτλ. Η ηλεκτρονική υλοποίηση της λειτουργία του ρελαί ήταν αρχικά η τρίοδη λυχνία και αργότερα το τρανζίστορ.

Ο ενσύρματος τηλέγραφος, Morse

Ο Μορς χρησιμοποίησε το ρελαί που κατασκεύασε για να εξοπλίσει τον ηλεκτρομαγνητικό τηλέγραφό του με ταινία. Με τη συνεχή αποστολή μακρών και βραχέων σημάτων (ρευμάτων) πέτυχε να μεταφέρει χαραγμένα μηνύματα σε όποια απόσταση επέτρεπαν οι γραμμές μεταφοράς. Βέβαια, αυτή η κατασκευή θα ήταν άχρηστη, αν ο Μορς δεν είχε επινοήσει επίσης ένα κώδικα για τα γράμματα του αλφαβήτου, τους 10 αραβικούς αριθμούς και τα σημεία στίξης. Επειδή ο χρόνος διελεύσεως του ρεύματος καθόριζε το μήκος μιας χαραγμένης γραμμής στη χαρτοταινία, ο κώδικας αυτός που ονομάστηκε κώδικας Μορς, αποτελείτο από ένα συνδυασμό γραμμών και τελειών για κάθε χαρακτήρα.  Ο Μορς ήταν επαγγελματίας ζωγράφος και κάποιο διάστημα σπούδασε συμπληρωματικά στο Λονδίνο. Από το 1825 που εγκαταστάθηκε στη Νέα Υόρκη, έγινε επιφανής ζωγράφος για τα μέλη της ανώτερης κοινωνίας της πόλης. Κάποιες χρονιές προσπάθησε να γίνει δήμαρχος της Νέα Υόρκης και βουλευτής της πολιτείας, χωρίς επιτυχία όμως. Το 1832 επέστρεφε ο Μορς από καλλιτεχνική περιοδεία στην Ευρώπη, όταν στο πλοίο άκουσε συζητήσεις για την ανακάλυψη του ηλεκτρομαγνήτη και για πιθανές τεχνικές εφαρμογές του στην τηλεγραφία. Την εποχή εκείνη γίνονταν εκτεταμένες συζητήσεις στα σαλόνια και τις συναναστροφές για τις συνεχείς εφευρέσεις και επινοήσεις με το μαγνητισμό και τον ηλεκτρισμό και την επιστημονική σημασία τους, καθώς και τις επιπτώσεις στην κοινωνία, την οικονομία κτλ., περίπου όπως γίνεται τώρα με την Πληροφορική, τη Γενετική κ.ά. Λόγω της ερασιτεχνικής σχέσης του με το αντικείμενο του ηλεκτρομαγνητισμού, υπέθεσε ο Μορς ότι η ιδέα του τηλεγράφου ήταν νέα και, μόλις επέστρεψε στη Νέα Υόρκη, επιδόθηκε σε προσπάθειες για κατασκευή ενός συστήματος ηλεκτρομαγνητικής τηλεμετάδοσης σημάτων. Το έτος 1835 είχε ολοκληρώσει ο Μορς την κατασκευή ενός μοντέλου τηλεγράφου στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, όπου δίδασκε καλλιτεχνικά θέματα. Επειδή δε ο ζωγράφος δεν διέθετε επαρκή οικονομικά μέσα, χρησιμοποίησε στην κατασκευή ένα παλιό ρολόι και άλλα, φαινομενικά άχρηστα υλικά.    Ο εφευρέτης του τηλεγράφου, Morse, σχηματικό κύκλωμα τηλεγράφου και πραγματική τερματική συσκευή στο μουσείο του ΟΤΕ. Ο κώδικας  Μορς ήταν και το μεγάλο πλεονέκτημα της νέας εφεύρεσης, γιατί όλοι οι άλλοι κατασκευαστές αντίστοιχων τηλεγράφων στην Αμερική και στην Ευρώπη, προσπαθούσαν να μεταδώσουν απευθείας χαρακτήρες του αλφαβήτου. Το 1838 παρουσίασε ο Μορς δημόσια τη συσκευή του, η οποία με κατάλληλο χειρισμό ήταν σε θέση να μεταδώσει μέχρι 10 λέξεις το λεπτό. Τα επόμενα χρόνια παρουσιάστηκε αυτή η συσκευή σε πολλά σημαντικά πρόσωπα της πολιτικής και της οικονομίας, με στόχο να ανατεθεί η παραγωγή της σε μεγάλη κλίμακα. Η προσπάθεια συναντούσε όμως σκεπτικισμό, λόγω του νεωτερισμού της εφαρμογής και του σημαντικού κόστους των χάλκινων συρμάτων σε μεγάλες αποστάσεις.  Το 1843 πέτυχε ο Μορς, χωρίς βοήθεια άλλων προσώπων, να πάρει ανάθεση από το Κογκρέσο των ΗΠΑ για την κατασκευή τηλεγραφικής σύνδεσης μεταξύ Βαλτιμόρης και της πρωτεύουσας Ουάσιγκτον. Αυτή η εγκατάσταση ολοκληρώθηκε το 1844, περιελάμβανε ενδιάμεσες ενισχύσεις των ηλεκτρικών σημάτων και ήταν η πρώτη στην ιστορία ενσύρματη τηλεγραφική σύνδεση δύο απομακρυσμένων σημείων στο χάρτη - ανεξάρτητη από τα καιρικά φαινόμενα, αλλά υποκείμενη σε εχθρικές παρεμβάσεις στις γραμμές μεταφοράς (σαμποτέρ, Ινδιάνοι κλπ.) Πάντως, έκτοτε υπήρξε ραγδαία βελτίωση του μηχανισμού και εξέλιξη των διαδικασιών επικοινωνίας και όλο περισσότερες πόλεις των ΗΠΑ συνδέονταν τηλεγραφικά μεταξύ τους, ενώ παράλληλα εγκαταστάθηκε τηλεγραφικό δίκτυο κατά μήκος των γραμμών του σιδηροδρόμου. Με την ευρύτερη εγκατάσταση αυτού του τηλεπικοινωνιακού μέσου δημιουργήθηκε και το επάγγελμα του τηλεγραφητή και παράλληλα ιδρύθηκαν σχολές για την εκπαίδευσή τους. Ο τηλέγραφος του Μορς και το δίκτυό του αποτελεί ένα ακόμα παράδειγμα, πώς μία τεχνική εφεύρεση επηρεάζει την οικονομία, τις συνήθειες μιας κοινωνίας, την επαγγελματική εκπαίδευση και την απασχόληση. Η αμέσως προηγούμενη εφεύρεση με όμοιες επιπτώσεις ήταν αυτή της ατμομηχανής. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό αυτής της εφεύρεσης του Μορς είναι ότι αποτελεί την πρώτη αμιγώς αμερικάνικη εφεύρεση, η οποία επεκτάθηκε στη συνέχεια στην Ευρώπη. Έκτοτε η Αμερική παίρνει, αργά αλλά σίγουρα, τα ηνία στην τεχνολογική και τη συνεπαγόμενη οικονομική εξέλιξη του πλανήτη. Οι προσπάθειες του Μορς να εγκαταστήσει το τηλεγραφικό του σύστημα στην Ευρώπη δεν ευδοκίμησαν αρχικά, επειδή εδώ, ιδίως στη Γαλλία,  υπήρχε ήδη ένα εκτεταμένο δίκτυο των οπτικών τηλεγράφων Σαπέ που ήταν μεν τεχνικά και λειτουργικά κατά πολύ υποδεέστεροι, των οποίων το κόστος δεν είχε όμως ακόμα αποσβεσθεί. Από το έτος 1845 άρχισε πάντως να εγκαθίσταται η πρώτη γραμμή τηλεγράφου Μορς μεταξύ Παρισιού και Ρουέν. Το 1845 εγκαταστάθηκαν οι πρώτες τηλεγραφικές συνδέσεις στην Αγγλία (Λονδίνο-Πόρτσμουθ) και στην Ολλανδία.  'Αλλοι τύποι τηλεγράφων σε ηλεκτρική βάση που είχαν κατασκευαστεί από Ευρωπαίους Φυσικούς και τεχνικούς (Wenckenbach κ.ά.) αποδείχθηκαν στις πρώτες προσπάθειες υποδεέστεροι του τηλεγράφου που επινόησε ο ζωγράφος Μορς. Όμως μία εταιρία σιδηροδρόμων υιοθέτησε ένα τηλέγραφο με δείκτη του Γουίτστοουν, ο οποίος ίδρυσε την εταιρία Electronic Telegraph Company για την κατασκευή και εγκατάσταση των γραμμών επικοινωνίας σε ξύλινες κολώνες κατά μήκος σιδηροδρομικών γραμμών.

Τηλέγραφος με δείκτη του Siemens Στα μέσα της δεκαετίας του 1840 άρχισε η πρώσικη στρατιωτική διοίκηση να μελετάει την αντικατάσταση των οπτικών τηλεγράφων με ηλεκτρικούς. Αυτές τις προσπάθειες πληροφορήθηκε ο αξιωματικός του πυροβολικού Werner Siemens (Ζήμενς, 1816-1892) και παρουσίασε το 1846 ένα μοντέλο τηλεγράφου που είχε κατασκευάσει ως ερασιτέχνης ερευνητής. Επρόκειτο για μια βελτιωμένη παραλλαγή του τηλεγράφου με δείκτη του Γουίτστοουν. Βασική αρχή λειτουργίας αυτού του τηλεγραφικού συστήματος ήταν ότι στον πομπό και στο δέκτη γύριζε σύγχρονα ένας δείκτης πάνω σε μια πλάκα με τα γράμματα του αλφαβήτου, τα οποία ήταν σημειωμένα πάνω σε πλήκτρα με διακόπτη. Με το πάτημα κάθε γράμματος (πλήκτρου) διακοπτόταν το ρεύμα και η κίνηση του δρομέα και αυτή η διακοπή μεταδιδόταν στον δέκτη. Ο χειριστής του δέκτη κατέγραφε τα σημεία (γράμματα) που σταμάταγε ο δείκτης και είχε μπροστά του το μήνυμα. Κάθε συσκευή ήταν ταυτόχρονα πομπός και δέκτης, οπότε ο όγκος και το κόστος των συσκευών ήταν μικρό. Πλεονέκτημα αυτής της επινόησης ήταν ότι δεν χρειαζόταν κωδικοποίηση, άρα μπορούσε να στείλει ή να λάβει τηλεγραφήματα οποιοσδήποτε.  Οι πρώτες συσκευές αυτού του τηλεγράφου δείκτη του Ζήμενς κατασκευάστηκαν από τον βιομήχανο Johann Georg Halske (Χάλσκε, 1814-1890) στο Αμβούργο.  Η εταιρία που ιδρύθηκε γι' αυτό το σκοπό ονομάστηκε «Siemens & Halske» και ήταν η πρώτη μιας σειράς εταιριών που είχαν ως πρώτο το όνομα του Ζήμενς. Μετά το β' παγκόσμιο πόλεμο ενοποιήθηκαν όλες αυτές οι εταιρίες σε μια πολυεθνική εταιρία με επωνυμία Siemens AG.  Την ίδια χρονιά που παρουσιάστηκαν σε εμπορικές εκθέσεις οι τηλέγραφοι του Ζήμενς, είχε φτάσει στη Γερμανία και ο τηλέγραφος του Μορς. Η απλούστερη κατασκευή αυτού του τηλεγράφου, η σχετικά εύκολη εκμάθηση του κώδικα, η δημιουργία επαγγελματιών τηλεγραφητών και άλλα σχετικά, οδήγησαν στην αποκλειστική χρήση αυτού του τηλεγράφου και στη Γερμανία. Η εταιρία του Ζήμενς ασχολήθηκε στο εξής με την κατασκευή και εγκατάσταση βελτιωμένων εκδόσεων του τηλεγράφου Μορς και δημιούργησε τις οικονομικές προϋποθέσεις και για άλλες ηλεκτρομαγνητικές κατασκευές που προέκυψαν στα επόμενα χρόνια.  Η διάδοση του τηλεγράφου Μορς και η εγκατάσταση εκτεταμένων δικτύων δημιούργησε διάφορα τεχνικά προβλήματα. Αρχικά τοποθετούνταν τα χάλκινα καλώδια γυμνά στο έδαφος, αλλά λόγω της υγρασίας προέκυπταν βραχυκυκλώματα. Τα μονωτικά υλικά της εποχής, χαρτί, βαμβάκι κτλ. δεν εξυπηρετούσαν σημαντικά, γιατί κι αυτά καταστρέφονταν με την υγρασία και κάποια πολυκαιρία. Ο Wilhelm Siemens, αδελφός του Werner που εγκαταστάθηκε στην Αγγλία και άλλαξε το όνομά του σε William, βρήκε ένα υλικό, γκουταπέρκα, το οποίο σε υψηλές θερμοκρασίες είναι μαλακό και εύπλαστο και σε χαμηλές σκληρό και απρόσβλητο από την υγρασία. Το 1846 κατασκεύασε ο Ουίλιαμ Ζήμενς σε συνεργασία με τον Χάλσκε στο Αμβούργο μία πρέσα που ενσωμάτωνε χωρίς ραφή και διακοπές δύο χάλκινα σύρματα στη μάζα της γκουταπέρκας. Το 1847 τοποθετήθηκε ένα τέτοιο καλώδιο στο Βερολίνο σε μήκος 20 km με άριστα αποτελέσματα.