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第14章 发明简史(14)

英国的邮电局实验室原定1962年一个全电子电话交换中心在伦敦北部投入运营,但当时的工艺技术条件(如存储器和半导体的性能有限等)迫使英国电信局的研究人员改变了主意,不得已而改为半电子交换系统。直到70年代末期,英国才研制成功了“X系统”,从而进入了全电子电话交换系统的时代。

早在1957年,在法国国家电信研究中心的负责人约瑟夫·利布瓦领导下,在已拥有关于编码脉冲调制系统的各种重要专利的条件下,同时进行两个方面的研究:半电子交换(或空间交换)和全电子交换(又叫时间交换)。利布瓦和安德烈·皮内共同组织了“普拉东”工程,即“数字式自动交换机拉尼翁样机研制计划”。直到1970年1月,法国启动了世界上第一部连接市话用户的时间电子交换系统。到1977年,在美国亚特兰大举行的一次国际会议上,代表们一致认为,法国的时间交换系统比它的竞争伙伴们提前两年投放国际市场。这个系统实现了多路传输,也就是说,在一条线路上可进行多达无数路的通信,而使用数字信号传输,不仅可以传输声音,还可传送图像(如电视)。

电子电话系统的出现,是一个重要的转折点(实际是一个很长的历史时期,至少20年的时间),它使得电话系统具备了与其他各种电子设备发生关联的各种条件,这孕育了信息化时代的重要特征——网络化。这一点容后再说。这里需交代的是,电话系统的应用规模是巨大的。到1969年,由贝尔集团公司发展来的美国电话电报公司已拥有1亿部电话分机。到1976年,全世界已拥有3.796×108部电话机,超过50万台的国家达42个,其中美国已有1.49亿台,日本有45514709台,英国有21035602台,前苏联有16949000台。同时,电话技术的其他方面也得到了长足的进步。

促进电话事业发展的因素是很多的。有线电技术、无线电技术、真空管或电子管技术、晶体管技术、电脑、集成电路、信息数字化技术、电缆光缆技术等等,都为电话之所以成为今天五彩缤纷的景象做出了巨大贡献。电话,可以说既是一个大的信息技术花园中的一枝奇葩,同时又是这一系列信息技术群相互作用的一个产物。

但我们所关注的,仍是电话自身前进的足迹。

1942年前后,哈罗德·T·弗里斯在美国电话电报公司实验室里成功地实验了用无线电接力进行超短波传输。这项技术原是贝尔实验室应战争需要而研制的一种通信手段。弗里斯自20年代就开始进行超短波实验。在二战之前,他和他的合作者贝克就发明了一种无线电通信天线和一个能同时传输2400路通话的电话系统。这种天线至今还在各种无线电中继塔上广泛应用着。因被应用于军事而一直保密到1945年10月。我们大多都见到过各种装有抛物面天线的天线塔(又叫超短波或微波中继塔),常建在很高的地方,用于无线电话线路或电视发射的“接力”。每一个无线塔都是一个电磁波中继站。尽管德国物理学家亨利希·赫兹早在19世纪就发现了微波,但只是在二战中各种新技术和电子元件出现以后,微波才被应用开来,成为大容量电话通信和远距离电视图像传送必不可少的手段。

1953年6月2日,“欧洲电视联播”使用微波中继进行第一次电视转播,人们看到的是英国女王伊丽莎白的加冕典礼。而在1951年,法国也曾建立了一条试验性的中继系统。

还在20世纪50年代初期,美国电话电报公司实验室经过10年努力,设计出了理想的电话增音器样机。它装有长寿命电子管,由海岸电话站供电,人们预计它可在水下工作20年。这是一种在远距离电话通信线路上,每隔数千米安装的信号放大和再生装置,以确保信号的逼真。

1956年9月26日,第一条横穿大西洋的电话电缆铺设成功,并同时传输了588路通话,比过去10天内的无线电话通信总量还要多。这项工程是由美国电话电报公司、英国邮电局和加拿大海外通信公司密切合作来完成的。1957年8月14日,第二条海缆铺设完毕,从而实现了穿越大西洋的双向电话通讯。

世界上第一颗人造地球卫星“斯普涅克1”号于1957年10月4日进入轨道。这是前苏联人的骄傲。美国国家航空和航天局直到1960年8月12日才发射了自己的第一颗通信卫星“回声-1”号。这实际只是一个直径30米的大气球,表面镀铝,只能反射地面电磁信号,而没有放大和指向作用。因受陨石撞击,“回声-1”号不久便爆毁。美国第一颗真正具有实用价值的民用通信卫星,是美国国家航空和航天局于1962年7月10日为美国电话电报公司发射的“电星”号。它造价100万美元,可在美国缅因州东部的安多佛地面站和设在英国贡希利镇及法国菲尼斯太尔省普勒默——博多的欧洲站之间,传送多路电话通信和电视图像。——所应注意的是,通信卫星的理论是英国工程师阿瑟·C·克拉克在1945年公诸于世的。

而从60年代,通信卫星技术一日千里,也就逐渐取代了微波中继站,有电视的家庭开始拆掉房顶上的线状天线,而换上“锅口”朝天的抛物面天线。我们现在的闭路电视信号就是这种“锅式”天线从卫星上接收下来的。同时,通过卫星还促进了电话自身的许多改进。以后的无线电话开始利用卫星来实现全球性通信联系,各式移动电话也借此而得到飞速发展。

从人们对电子和电信技术的消费上看,20世纪50年代时,人们对收音机情有独钟,六七十年代又青睐电视。但是这些音频和视频娱乐都是由电台和电视台安排的,用户没有太多的选择消费的自由。电视唱片、唱机和录像机的出现,虽给人们提供了较大的选择余地;视频玩具、电子象棋等也增加了人们不少乐趣。但人们还是不满足,还是要求获得更多的信息,要求分享更多更宝贵的信息资源,希望能与其他人进行可视的对话,——可视电话,或电视电话已成为人们的一种更高的需要。与此相应,90年代就出现了电话与电视联姻的产物,一种既可听到对方声音,又可看到对方形象、以至说话时的神态表情的多功能视听电话。如果这种电话普及开来,就果真是“天涯若比邻”了。不管你在地球的任何地方与自己的亲友、同事通话,都会像面对面地交谈一样,得到亲见亲谈的效果。

近些年来,美国电话电报公司还发明了一种要求人们必须忘记拨号、响铃、讲话和听话等概念的新型电话,并努力使它成为家庭通讯系统的基石。适应那些父母双方都上班、孩子上学、家里无人的家庭需要,一种具有应急和遥控特点的电话被生产出来。它装有防火报警装置或急救寻呼设备。自动探测电话可监视室内温度、音响和电器设备,甚至还可自动开关室内各种电器或电控阀门等。这种电话也在得到发展:它能甄别打入电话的声音,使人们从远处呼叫自己的电话以进行某种操作,如关闭电炉等,安装在门上的麦克风将声音送入电话机,经识别后,它就会启动一个机械装置将门打开。现在有些可视电话正在成为一种计算机终端,人们利用它能够显示银行结余和购物指南,能够与自己所要通话的对象自由地交谈。电话正在与电视、微机等通过通信电路或卫星与各种信息中心、数据库、商店银行及其他公共服务部门连接成一个信息网络,开展各种电信业务。

越来越小的“地球村”

的确,目前人们使用最多、最广的电信设备就是电话。单纯的传音电话确实拉近了人们的距离,将地球缩小成一个“村庄”,而同时既传音又传图像的电话就会使地球上的人们如同在一个屋子里面对面亲切谈话一样,将“地球村”变成一个“地球家”。

发展真是太令人惊叹了!电话系统在短短100多年时间里,经历了由最原始的磁石式、步进式、纵横式到程控电话交换、全数字电话交换以至当今综合业务数字网交换、异步传输模式的发展。

在综合业务数字通信网中,一条用户线,可以同时将电话、传真、图像、数据等综合地交换、传送。我国及世界各国都在积极开发这种通信网,它在现在电话网的基础上,充分利用先进的数字化通信技术,采用光纤通信、卫星通信及程控数字交换机等,建立起一个全数字化的综合业务网。

光纤通信技术正在成为远距离大容量通信的主角。我们知道,光实际是一种频率极高、波长极短的电磁波,只要适当调制,就可像一般的电磁波一样传送出去。光的频率在2×1014赫兹~5×1014赫兹之间,几乎可以把无限数量的通话调制到一根光纤的频带宽度内,从而极大地增加通信容量。光纤通信的许多优点,如信息最大、传送距离远、体积小、重量轻、保密性强等,吸引着人们利用光纤组成的光缆而不是电缆来建立综合业务数字网。

其实,贝尔在发明电话后,又于1880年发明了一种“光电话”。它用一束聚焦的光线落到一块平面镜上,声音使镜振动而偏转,使反射出的光线随之改变方向,再落到一块硒光电器件上,从而产生正比于声强的电流,推动音响装置将声音复制出来。但因为技术上的巨大困难,贝尔最终放弃了“光电话”。但类似的光电话至少在二战中的军舰或商船都普遍应用过。

经过多年技术上的攻关,美国贝尔系统(贝尔电话实验室和西方电气公司)于1976年在亚特兰大进行了多次数字光纤电话通信试验。现在,美国、日本的海底和陆地光缆网络已经形成,并可实现声音、文字、数据和图像的综合处理,而且比起电缆通信来要经济实惠得多。光纤通信的巨大潜力正在通过综合业务数字网不断展示出来。

国际互联网(Internet)最初起源于冷战时期,美国国防部一级计划局的计算机网络即ARPANET,后来又出现了美国科学基金会的NSFNET、美国宇航局和能源部的NSINET。同时,日本、欧洲等也积极发展本地网络。中国在八九十年代之交也建立了自己的网络(叫CHINANET)。逐渐地在此基础上互联形成了一个全球性广域网络,即INTERNET(又叫因特网)。在因特网上,实现了全球信息资源的共享。到1998年,因特网的用户数量已超过1亿。在中国,因特网也正在成为继电话、电视之后的第三大公共系统,人们用它可以访问远程电脑、收发电子信件、进行电子购物、实行电子会议等,用它可以搜索到上万个世界大图书馆和资料库的巨大信息。既然它与电话网密不可分,那么在电脑终端具备电话功能之后,网上的可视电话的实现就不会是太远的事情了。

在因特网上的电视电话实现的基础上,如果能充分挖掘美国摩托罗拉公司1987年设想的“铱”卫星通信系统的潜力,并实现无线移动电话的可视功能,那时,你无论是在家里的网上可视电话前,还是随身携带着一只袖珍可视移动电话,你都可以自由自在地与世界上任何一个地点的人进行逼真的“促膝交谈”。在这个“地球家”里,这是一种多么令人神往的情景啊!

汽车简史

当人类历史进入20世纪,交通运输越来越成为一个国家极其重要的基础设施,成为一个国家赖以生存和发展的命脉。现代运输格局,使我们在感受到空中的飞机、海上的轮船、陆地的火车等交通运输工具的方便快捷之外,我们更经常地体会到汽车给人们的生活带来的诸多便利。其实,汽车的出现只是近100多年的事情。但人们的梦想和追求却已相当久远。

独领风骚的中国早期车辆技术汽车曾经历了好几千年的孕育和形成的历史,中国古代的车辆制造史对人类发明汽车起了巨大作用。

早在殷商时代,中国人就能制造较高级的两轮车,车轮有辐条,结构精巧华美。周朝时还出现了车轮轴承的润滑油。春秋战国时期,高架车、巢车等新型车辆已广为应用。汉魏时流行一种经济耐用的独轮车。根据科技史家的研究考证,他们认为这不劳人力、不食粮草的“木牛流马”就是一种独轮车,而从其能上山下岭、昼夜运行的情况看,这种独轮车的内部结构和性能一定非常精巧、复杂。大致同时,我国出现了四轮车。南北朝时,出现了规模更大的车,如由12条牛拉的大型牛车、装有20个轮子的大车(类似现在的载重大卡车)及安装磨机的磨车,这些车都已经用石油作润滑材料了。五代时出现了三轮车。北宋时“独轮车”发展成各种各样的运输车,还出现了“手推车”、“二把车”、“鸡公车”等名称,有的独轮车上还安有风帆,以借助风力减轻人力,因其轻便灵活、适应性强,在我国农村应用非常广泛。

明代时又有专门运输建筑材料的八轮车。清代出现了四轮铁甲车。

在中国古代的各种车辆中,设计严谨、结构精巧的指南车和计里鼓车最充分地体现了中国古代工匠在运输车辆制造方面的高度智慧和创造能力。它们的机械传动和控制原理都非常复杂,远远超出了同时代西方人的机械制造水平。我们可以粗略地看一下计里鼓车。

宋天圣五年(1027年)卢道隆制造和大观年间(1107年~1110年)吴德仁再造的计里鼓车,结构大致相同。它共有两个足轮,立轮、下平轮、旋风轮、中平轮、小平轮和上平轮等齿轮各一个,整个齿轮系统和车辆同行同止。车行一里,中平轮转一周,同时,在中平轮的轴上安装的一个起凸轮作用的拨子,拨动木人的手臂,击鼓一次。如再加上一个10齿的小平轮和一个100齿的上平轮,当车行10里时,上平轮转一周,上面的拨子拨动另一木人的手臂,使木人击鼓一次。这里面的各种齿轮的大小和齿数都非常精密。计里鼓车虽在汉魏时就已出现,但其因原理和制作方法史书所记不详,就延迟至宋朝才又被人制造成这个样子。

汽车的诞生中国虽有十分发达的机械车辆制造技术,但现代意义的汽车并没有在中国诞生。荷兰17世纪初的风帆车算是西方汽车的祖先。到18世纪,在瓦特发明蒸汽机之后第二年,法国出现了古诺的第一辆蒸汽车。

法国工程师尼古拉·约瑟夫·居纽奉陆军大臣舒瓦瑟尔公爵之命,于1771年制造了一辆用来运送辎重和牵引火炮的蒸汽车,当时人们称它为“大板车”。这辆车以粗木作车架,装有三个轮子,前轮既是驱动轮,也是转向轮,司机通过一个双把曲柄控制车行方向。车上装有世界上第一台高压蒸汽机,活塞杆将蒸汽机活塞的运动传递给驱动轮,从而带动前轮运动,它的时速曾达3.5千米。它至今还保存在巴黎国立工艺博物馆,供人参观。

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