Магнетрон

Веснин покраснел.

— Хотите, я расскажу вам историю этой надписи? Только давайте сначала поужинаем.

Молодой человек не заставил просить себя дважды.

— Было это в первые годы после Октябрьской революции, — начал командир БЧ-2, взглянув на портрет, — работал я в Совторгфлоте. И пришлось мне однажды участвовать на заседании комиссии по проекту нового корабля. А время было тогда такое… еще не устоявшееся. Ну, скажем, хотят в университете ввести или отменить какой-нибудь предмет. Созывают всех студентов, и первокурсник имел право выступать, высказывать свое, мнение, спорить с профессорами о пользе того или иного цикла лекций. Так и здесь. Что мог я, простой, не очень грамотный боцман, соображать в вопросах кораблестроения? Люди говорят будто по-русски, а я ни одного слова не понимаю. Вдруг встает этот самый человек, которого вы видите на фотографии. Он был в высоких сапогах и старом бушлате. Встал и говорит очень просто, что кнехты надо поставить так-то, а лебедки — вот этак. Тут я сразу повеселел. Попросил слова и заявляю:

«Я очень рад, что товарищ боцман совершенно правильно указал, как надо поставить кнехты и лебедки».

После этого сажусь на место и уже ничего не слышу. Так мне было приятно, что мы, два простых матроса, можем обсуждать такие дела.

Недели через две вызывает меня секретарь партийной ячейки:

«Ты еще молодой, говорит, и мы командируем тебя учиться в Военно-Морскую академию на курсы комиссаров флота».

«Да ведь я же малограмотный».

«Это неважно, подучишься. За тебя один адмирал просил. Надо его уважить. Он великий ученый».

Приехал я. Теперь в Военно-Морскую академию принимают только людей с высшим образованием. Теперь у нас в стране много людей, окончивших высшие учебные заведения. Но в первые годы революции надо было срочно подготовить командный и технический состав из представителей трудовых масс.

Вот собрались такие, как я, курсанты в Военно-Морской академии. Кто в тельняшке, кто в старом бушлате, кто в шинели, накинутой прямо на голые плечи. Тогда с одеждой было очень трудно… И, главное, недоверчиво относились мы к преподавателям, которые получили генеральские чины при царе… Нам казалось, что нарочно они нам так трудно читают.

По расписанию, мы должны были слушать теорию корабля. Знали — читать будет бывший генерал флота, адмирал, член бывшей императорской Академии наук. И я дал себе слово: больше пешкой не буду. Возьму завтра свои бумаги и убегу с курсов. Это уж пускай будет на моем пути последний царский генерал.

Дверь отворилась, и в аудиторию вошел мой знакомый по Совторгфлоту, тот, кого я посчитал боцманом. Он был в том же своем простом бушлате, в матросских брюках, на ногах — смоленые парусиновые сапоги.

Он поздоровался и спросил:

«Кто знает математику?»

Мы молчим.

«Кто с высшим образованием?»

Молчание.

«Кто окончил среднюю школу?»

Опять тишина.

«Первый раз в жизни попадаю в положение, когда приходится читать теорию корабля лицам, не знающим математики. Подумаю, как быть с вами. Приходите в следующий раз. Все устроится».

Рубель замолчал и посмотрел на Веснина. Тот слушал с восторженным вниманием.

— Этому человеку я очень обязан, — продолжал Рубель. — Он научил нас дисциплине, строгому и честному отношению к делу. И не словами учил, а личным своим примером. Он ведь вдолбил-таки в нас теорию корабля, работая при этом больше и усерднее, чем многие из нас. Таков этот человек — академик Николай Алексеевич Крылов. Это было великое счастье, что в начале революции с нами пошли такие люди…

Под портретом Крылова поблескивали два круглых прибора. Рубель легонько постучал согнутым пальцем по стеклянным крышкам. Черные стрелки чуть вздрогнули.

— Это термометры пороховых погребов БЧ-2 нашего корабля. Видите, красной чертой на шкале показана опасная температура — температура, при которой возможно самовозгорание пороха.

— Почему на вашем корабле совсем не видно брони? — спросил Веснин.

— Сила черепахи в броне, а мы сильны быстротой хода и меткостью артиллерийского огня. Но чтобы метко поражать, надо ясно видеть. — Рубель снова сел на своего любимого конька. — Сколько раз вся огневая мощь кораблей оказывалась бессильной ночью, в тумане! Вот вы, специалисты-электрики, дайте такой всевидящий луч! Луч должен пройти десятки километров, обнаружить корабль, скрытый туманом, самолеты, поднявшиеся за облака…

Этот крутой поворот беседы от воспоминаний о годах ученья снова к лучу показался Веснину вполне естественным. Слушая об академике Крылове, он одновременно думал над тем же, что в данный момент так занимало и его собеседника. Вот почему он сразу отозвался:

— Все дело в генераторе соответствующих электромагнитных волн. Вся трудность в том, чтобы создать колебания требуемой частоты, а уж сформировать из них луч — это второстепенная задача, — авторитетно заявил специалист-электрик, очищая свою тарелку. — Да, я думаю, что таким генератором мог бы быть специальный электровакуумный прибор. Нечто такое в пустоте…

— Нечто в пустоте? — повторил Рубель.

— Да, для этого дела необходим магнетрон.

— Как вы сказали — наг-нетрон? Лаг-нетрон?

— Сейчас я вам все объясню. — Веснин достал из кармана записную книжку и начал рисовать в ней диски и подковки.

То, что Веснин назвал «магнетрон», вовсе не было следствием глубоких размышлений, детального анализа поставленной задачи. Нет, магнетрон — это, пожалуй, было единственное, что хоть сколько-нибудь отвечало проблеме видения сквозь дым и туман из того, что мог найти в скромном и бедном арсенале своих радиотехнических знаний молодой инженер.

Больше того: ему самому еще ни разу в жизни не доводилось видеть действующий магнетрон. О магнетроне он лишь слыхал от одного из своих учителей — от профессора Киевского политехнического института Николая Николаевича Кленского.

Профессор Кленский

В 1925 году Володя Веснин, которому тогда было тринадцать лет, попал вместе со своими сестрами в клуб профсоюза совторгслужащих на лекцию известного всему Киеву профессора Кленского.

Услышать вдохновенное слово о великих тайнах природы, о могуществе науки собралось множество народа: здесь были красноармейцы, школьники, рабочие, домашние хозяйки. Сидели в шубах, шапках, шалях — за всю зиму клуб не был топлен ни разу. У Володи сильно мерзли уши и руки. Ноги, обутые в солдатские бутсы, он согревал тем, что беспрерывно шевелил пальцами.

Но вот на эстраду вышел одетый в черную бархатную блузу, с откинутыми назад длинными седеющими волосами профессор Кленский. Он не говорил, а напевно изрекал, что процесс вечно текущей жизни есть высший закон всего сущего:

— Движется, изменяется наше сознание, и самая речь наша, чтобы выразить истину и жизнь, должна неустанно течь подобно им. Наши тела текут, как ручьи; материя возобновляется в них, как вода в потоке… Как дитя играет песком, пересыпая, образуя и рассыпая его, так нестареющая вечность играет мирами… Быстрота неустанного изменения то собирает, то расточает вещество: в одно и то же время все составляется и разрушается, приходит и уходит. Смерть одному — рождение другому…

Лились слова о великих достижениях физической науки, о космосе, о мироздании, в котором действуют физические законы.

По взмаху руки Кленского вдруг погас свет в зале, во мраке вспыхнул луч проекционного фонаря. С потолка спустилась веревка с гирей, которую тут же раскачали. Слушатели увидели на экране появление и отдаление тени.

— Товарищи, — пропел Кленский, — мы с вами присутствуем при вращении Земли вокруг своей оси.

Кленский лишь повторил знаменитый опыт Фуко, но никто из слушателей никогда не слыхал о подобном опыте, и каждое слово профессора в бархатной блузе звучало для них величайшим откровением.

Поистине в этот вечер нетопленный клуб стал для Веснина чем-то вроде храма науки. И Кленский, верховный жрец этого храма, величаво совершавший богослужение Науке, пробудил в мальчике стремление стать причастным к тем великим таинствам, которые открываются человеку, познавшему законы физики.

В конце 1925 года умер отец, и Володя Веснин вынужден был прежде всего позаботиться о заработке. В Киевский политехнический институт он поступил, имея уже некоторый стаж монтерской работы, неплохие практические навыки и смутное воспоминание о слышанных когда-то от профессора Кленского словах о высоких идеалах науки. Возможно, благодаря неясности этих воспоминаний Веснин, ко всеобщему удивлению, когда пришел момент избрать специальность, выбрал радиофакультет, на котором читал Кленский. Радиотехника в те годы не пользовалась особым уважением ни у студентов, ни у электриков-практиков. В Киеве не было никакой радиопромышленности, а только маленькая передающая радиостанция и городской трансляционный радиоузел, помешавшийся в том самом клубе, где Веснин впервые слушал Кленского. Обучали студентов на последнем курсе радиофакультета преподаватели, окончившие тот же институт всего лишь годом раньше своих учеников. И только один Кленский знал много больше, чем все другие, и только один Кленский умел видеть широкие перспективы слаботочной электротехники, а главное, умел так красиво и убедительно говорить.

На втором курсе радиофакультета Веснин слушал у Кленского Теоретические основы электротехники, на третьем — Электровакуумные приборы. От Кленского Веснин узнал, что «современная вакуумная техника — это дитя ртутного насоса и катушки Румкорфа», что «на грани девятнадцатого и двадцатого веков была открыта чудесная возможность управлять потоком электронов в разреженном пространстве при помощи электрических и магнитных полей». И в конце этого курса Веснин впервые услыхал слово «магнетрон».

Когда Кленский произносил какой-либо новый термин, то он писал это слово на доске по-гречески — если оно было греческое, по-латыни — если оно было латинское, приводил легенды, с которыми связано данное название. Веснин записал себе в тетрадь древнегреческий алфавит и однажды, после лекции, осмелился попросить у Кленского указаний в отношении правильного произношения букв и слов.

Упомянув о магнетроне, Николай Николаевич рассказал студентам о системах наименования электровакуумных приборов:

— Иногда берут в основу греческие числительные — диод, прибор, у которого только два электрода, триод — трехэлектродный прибор и так далее. В других случаях берут греческое слово, которое, по возможности, должно указывать на характерный признак прибора, и к этому избранному слову приставляется частица трон, как в данном случае — магнетрон. Впрочем, оба эти метода наименований не свободны от недостатков. Число электродов еще не говорит о назначении прибора, о принципе его работы. Диод — это может быть и выпрямитель, диод — это и прибор с магнитным управлением. Что же касается до характерного признака, то он обычно является таковым лишь в первый момент применения прибора, а впоследствии может быть характерным не только для данного прибора. Возьмем хотя бы кенотрон. «Кенос» — по-гречески «пустота». И когда впервые был построен двух-электродный вентиль с высоким вакуумом, он получил название «кенотрон». Но теперь существует множество приборов с различным числом электродов, и все с высоким вакуумом, и ко всем этим приборам равно может быть отнесено слово кенос… Что же касается магнетрона, то уже в наши дни есть различные типы приборов с магнитным управлением, и, видимо, в ближайшее время слово магнетрон будет употребляться непременно с прилагательными, которые должны будут уточнить особенности каждого конкретного типа прибора. И если мы еще и сейчас говорим — магнетрон, — продолжал Кленский, — то это только потому, что до сих пор магнетронам не уделялось должного внимания. Во все годы развития радиоэлектроники разрабатывались и совершенствовались электровакуумные приборы, в которых электронный поток управляется электрическими силами при помощи сеток. Магнитный метод управления хотя давно был известен, но находился, на втором плане, в тени. Только после того, как радиолампы с управляющими сетками стали широко применяться и в приемниках и в передатчиках, были сделаны попытки построить приборы, в которых электронный поток управлялся бы магнитными силами.

Кленский выводил уравнения движения электронов в скрещенных электрических и магнитных полях, рисовал циклоиды, которые должны описывать электроны, двигаясь под действием электрических и магнитных сил.

Кленский читал несколько отвлеченно. Выводя законы движения электронов, он брал бесконечно протяженные плоскости, бесконечно длинные цилиндры, бесконечно тонкие нити. Лабораторных работ по курсу электровакуумных приборов не велось. Конкретные конструкции приборов Кленский не любил описывать. Веснин, еще до поступления в институт, строил радиоприемники и любительские коротковолновые передатчики. Лампы с сетками он знал практически. Слушая о бесконечных плоскостях, нитях, цилиндрах, Веснин мог легко, представить себе конкретные конструкции ламп с сетками. Но о приборах с магнитным управлением он до Кленского ничего не слыхал, а сухие уравнения движения электронов давали мало пищи для его ума, жаждущего конкретной вещественности. Веснин попытался найти какие-нибудь дополнительные сведения по магнетронам, но в учебном пособии по электровакуумным приборам о них не упоминалось.

Тогда Веснин обратился к Кленскому.

— Если вы располагаете временем, — ответил Николай Николаевич, — то зайдите, пожалуйста, ко мне. Я надеюсь, мы найдем среди моих книг что-нибудь по интересующему вас вопросу. Когда-то, до революции, у меня было десять тысяч томов. Преимущества моей теперешней небольшой библиотеки в том, что в ней собрана только современная научная и техническая литература.

Диод с магнитным управлением

Николай Николаевич занимал вместе со своим братом Александром Николаевичем, доцентом кафедры биологии, помещение над залом Музея сравнительной анатомии — так называемые антресоли. Вместе с братьями Кленскими жили их старая нянюшка и три старенькие тетушки. Помещение на антресолях Музея было выделено братьям Кленским и их семейству временно, взамен того особняка, который им принадлежал до революции и где в годы гражданской войны был размещен госпиталь, а затем детский дом.

Когда Веснин в назначенное время пришел на антресоли Музея сравнительной анатомии, Николай Николаевич предложил его вниманию толстый радиотехнический справочник на немецком языке:

— Здесь вы найдете о магнетроне то, что соответствует современному уровню науки.

Веснину неловко было признаться, что немецким языком он владеет лишь в пределах самоучителя. В этом самоучителе были сведения о «моем дяде, который не любит играть на скрипке, но по утрам пьет кофе и гуляет в зеленой шляпе», но не имелось ничего относящегося к технической литературе.

Дома Веснин начал листать справочник с некоторым страхом: что, если он даже не сумеет найти раздел о магнетроне, а Кленский вздумает с ним побеседовать на эту тему? Но, к своему удивлению, Веснин обнаружил, что техническую литературу читать значительно легче, чем те отрывки из немецких классиков, которые он находил в своем самоучителе. Незнакомых слов в справочнике было не так уж много, значительная часть терминов оказалась ему известной, формулы и чертежи помогали пониманию смысла.

Веснин очень скоро нашел раздел о «двухэлектродной трубке (диоде) с магнитным управлением» (термин «магнетрон» в справочнике не применялся). Оказалось, что «на современном уровне техники» диоду с магнитным управлением посвящена всего одна страничка текста и один схематический рисунок.

Этот прибор состоял из металлической трубки и натянутой по ее оси накаленной нити. Трубка и нить были запаяны в стеклянный баллон. Прибор был помещен между полюсами электромагнита. Линии магнитного поля шли параллельно нити накала. Нить испускала электроны; на окружающую ее трубку подавалось положительное напряжение, которое притягивало электроны. Пока магнитное поле было слабое, электроны летели от нити — катода к трубке — аноду по радиусам. При более сильном магнитном поле пути электронов искривлялись, они описывали те самые циклоиды, о которых говорил Кленский на лекциях. При некоторой, так называемой критической, силе магнитного поля кривизна электронных путей становилась настолько большой, что электроны вовсе не достигали анода, а возвращались обратно на катод: ток через магнетрон прекращался.

В справочнике ничего не было сказано о возможных полезных применениях магнетрона, и интерес Веснина к этому прибору угас.

В Музее сравнительной анатомии

Когда Веснин был на последнем курсе радиофакультета, профессор Кленский изъявил желание прочитать цикл лекций «Микрорадиоволны». Эти лекции были объявлены факультативными, то есть необязательными, ни экзамена, ни зачета сдавать по ним не требовалось. Однако несколько человек студентов решили эти лекции прослушать. Веснин не испытывал особого интереса к микрорадиоволнам, не думал, что они пригодятся ему в его дальнейшей практической работе. Все же он решил ходить на эти лекции из боязни пропустить что-либо интересное, из жадности.

Единственное свободное помещение, которое удалось найти Николаю Николаевичу Кленскому для своих «факультативных микрорадиоволн» был Музей сравнительной анатомии. Музеем заведовал младший брат Николая Николаевича — Александр Николаевич.

Оба Кленских были весьма популярны среди студентов. О них даже была сложена поговорка: «Один брат умный — сравнительный морфолог, а другой красивый — теоретический физик».

По стенам Музея сравнительной анатомии висели картины: «Основные этапы эволюции предков человека», «Эволюция головы и коренных зубов в ряду хоботных», несколько огромных панно с родословными деревьями развития форм жизни на Земле: «Древо млекопитающих», «Родословная человекообразных обезьян» и другие.

И среди этих картин и панно, среди стеклянных саркофагов с древними костями, среди страшных, залитых формалином анатомических препаратов в банках, под ветвями гигантских рогов ископаемых лосей и оленей Кленский-старший говорил будущим инженерам-радистам об идеях, которые он считал основными в современной электронике. Первую лекцию Николай Николаевич начал с личных воспоминаний:

— «Глядите в трубки с пустотой», — говорил нам, молодым ассистентам, четверть века назад наш незабвенный учитель Фердинанд Браун…

Неоднократно, в весьма изящной форме, в различных вариантах Кленский высказывал сожаление, что «развитие радиоэлектроники шло преимущественно грубо эмпирическим путем — методом проб и ошибок, и мало использовалась мощь математического аппарата, острое орудие дедуктивного анализа».

— Колоссальное количество опытов, проведенных в области радиоэлектроники в первые годы ее развития, не имеет для нас решительно никакой цены, — говорил Кленский. — Ведь это было слепое экспериментирование. Здесь подошло бы выражение, которое мне впервые довелось услышать на днях: ползучий эмпиризм…

Кленский рассказывал и о своих собственных теоретических работах — об уточнении законов движения электронов в электромагнитных полях «с учетом создаваемого электронами пространственного заряда».

Веснин заставлял себя сосредоточиться на этих абстрактных математических выкладках, как заставляет себя сидеть смирно во время увертюры нетерпеливый вздыхатель, ожидающий поднятия занавеса и появления на сцене той, ради кого он пришел в театр. Но за одной абстрактной математической формулой следовала другая. Формулы перемежались шутками, легендами. Все это было умно, корректно. Но это не увлекало Веснина. Ему казалось, что это все не то, что он жаждал услышать. И он все чаще ловил себя на том, что, механически записывая формулы, с интересом рассматривает висящие на стенах изображения: «Воротное кровообращение почек у крокодила», схему «Лимфатические сосуды птицы» или что-нибудь еще, столь же далекое от того, что сообщал своим слушателям Николай Николаевич.

Свободно льющаяся, плавная речь Кленского, его широкие жесты, вибрирующий в патетические моменты голос — все, что так восхитило подростка, впервые попавшего в клуб на научно-популярную лекцию, постепенно, в силу привычки, теряло власть над Весниным. Обилие эффектных сравнений, математические выкладки в обрамлении поэтических преданий и древних поверий — все то, что нравилось студенту-второкурснику, теперь, на последнем курсе института, казалось Веснину нарочитым, неискренним.

Кленский рассказывал о методах получения электромагнитных колебаний высоких частот и, в частности, сообщил, что источником высокочастотных колебаний может служить простейший магнетрон, состоящий из накаленной нити — катода и окружающей ее трубочки — анода.

— Если соединить катод и анод магнетрона колебательным контуром, то, при некоторых условиях, движение электронов приобретает характер ритмической пляски. Такая «пляска электронов» раскачивает контур.

Затем Кленский сообщил, что недавно в литературе был описан новый вид магнетрона, специально предназначенный для получения высокочастотных колебаний. Этот генераторный магнетрон отличался тем, что его цилиндрический анод был разрезан на две части, между которыми включался колебательный контур.

— Удовлетворительного анализа путей электронов в двухразрезном аноде не существует, — говорил Николай Николаевич. — Это благодатное поприще приложения свежих, новых сил. Здесь молодые исследователи смогут завоевать золотые рыцарские шпоры…

Но когда Николай Николаевич своим гибким голосом, который в свое время слушательницы Высших женских политехнических курсов называли аристократическим, вещал студентам, что «придет пора, и мы с улыбкой будем вспоминать, как среди этой жалкой обстановки обсуждались судьбы одного из многообещающих разделов электроники», у Веснина поднималось чувство яростного протеста. Он учился в трудовой школе в то время, когда классы не отапливались. Ученики сидели в верхней одежде, в шапках и с трудом держали карандаши в своих распухших от холода пальцах.

— Мы с вами, — говорил Кленскнй, — помним значительно худшие времена. Теперь же, когда громадное здание университета отапливается почти ежедневно…

Веснин понимал, что именно это «почти» вызывает снисходительную иронию профессора. Добродушная усмешка Кленского воспринималась Весниным как барственное снисхождение. Выхоленные руки Николая Николаевича, подчеркнутая опрятность в одежде, изящество манер, все внешние черты человека, привыкшего к иной, чем его слушатели, среде, усиливали недоверие Веснина ко всем утверждениям этого «европейца».

Но сейчас, сидя в каюте командира БЧ-2, Веснин уцепился за магнетрон, за единственный, казалось ему, прибор, который мог бы помочь решению задачи, поставленной Рубелем. В воображении Веснина возник зал Музея сравнительной анатомии, черная доска, на которой профессор Кленский вычерчивал предполагаемые пути электронов в двухразрезном магнетроне…

«Это благодатное поприще для приложения свежих сил, — вспоминал Веснин. — Здесь молодые исследователи смогут завоевать золотые рыцарские шпоры…»

Диски и подковки

— Сейчас я вам все это подробно объясню, — повторил Веснин Рубелю, рисуя в своей записной книжке схему диода с магнитным управлением. — Это металлический цилиндр с нитью. Давайте изобразим его не в профиль, а прямо, чтобы он смотрел на нас. У нас на схеме получится диск с точкой посредине… Все это очень просто.

Веснин действительно начал очень просто, пытаясь рассказать Рубелю все возможно яснее, возможно популярнее. Но потом он увлекся, написал уравнения движения электронов в магнитных полях, те самые уравнения, которые выводил Кленский, а в схеме вместо диска нарисовал две лежащие друг против друга подковки — магнетрон с разрезным анодом. Об интересных возможностях этого прибора так много говорил Кленский! Повторяя все это Рубелю, Веснин вдруг сообразил, что если сделать в аноде не два разреза, а четыре, то есть разделить анод на четыре части, то при данной силе магнитного поля и данном радиусе анода магнетрон сможет давать в два раза более высокую частоту. И вот на листе записной книжки диск разорвался уже не на две, а на четыре подковки.

— Увеличение числа разрезов, — пояснил Веснин, — облегчает получение более высоких частот, более коротких волн.

Рубель слушал очень внимательно. Но когда молодой инженер разгорячился и начал сыпать терминами и формулами, Никита Степанович постепенно утерял нить разговора. Он попытался задать несколько вопросов, но каждое новое объяснение уводило в области, все более и более далекие от разумения командира БЧ-2.

— Выпьем для ясности! — предложил Рубель.

Он наполнил стоящую перед Весниным высокую граненую стопку, потом налил свой стакан и высоко поднял его: