Opis działania radiostacji


Niezawodne wirowanie

Sercem każdej radiostacji jest jej nadajnik. W przypadku Radiostacji Babice, zbudowanej na początku lat 20., nadajnik ten był elektromechaniczny – zastosowano dwa egzemplarze tzw. alternatora Alexandersona. Do wytworzenia sygnału elektrycznego prądu zmiennego o żądanej częstotliwości (Babice korzystały z czterech różnych: 14.2, 16.4, 17.7 i 18.65 kHz) urządzenia te wykorzystywały napędzane silnikami elektrycznymi z przekładniami zębatymi ogromne, wirujące tarcze, ząbkowane na obrzeżach – po jednej tarczy na alternator. Ząbki na obrzeżach tarczy wykonano naprzemiennie ze stali i mosiądzu. Same obrzeża wirowały w ciasnych szczelinach elektromagnesów umieszczonych na obwodzie tarczy, w ciężkiej, żeliwnej obudowie; przesuwanie się kolejnych par zębów stal-mosiądz, dziesiątki razy na sekundę, rytmicznie zmieniało strumień magnetyczny wewnątrz elektromagnesów, tworząc żądany przebieg prądu. Pojedynczy alternator posiadał 32 elektromagnesy (32 uzwojenia pierwotne i 64 uzwojenia wtórne) i był w stanie dostarczyć 200 kW mocy średniej prądu (w razie potrzeby prąd do uzwojeń pierwotnych mógł być dostarczany z generatora napędzanego silnikiem wysokoprężnym z elektrowni własnej). W czasie pracy jego wnętrze potrafiło nagrzać się do prawie 100 stopni Celsjusza. Ogromne siły magnetyczne, jakie w czasie pracy urządzenia działały na wirującą w jego wnętrzu tarczę, w czasie nadawania sygnału spowalniały jej obroty – konieczne stało się więc zastosowanie układu automatycznej regulacji prędkości obrotowej, dzięki któremu wirowanie odbywało się ze stałą prędkością (a więc i częstotliwość pracy nadajnika pozostawała stała). Oba babickie alternatory wyprodukowała firma Radio Corporation of America; dotarły one do Polski drogą morską przez Gdańsk. Na miejscu były w stanie pracować oddzielnie lub jednocześnie (z sumowaniem mocy). Ich konstrukcja była na tyle solidna, że przetrwały one nawet wysadzenie budynku nadajnika przez Niemców w 1945 r. Późniejsze losy tych urządzeń pozostają wciąż nieznane. Obecnie w ruinach budynku nadajnika wciąż istnieją ich fundamenty, wraz z fragmentami śrub mocujących, resztkami instalacji chłodzenia olejowego oraz kanałami kablowymi (po 64 kable na alternator). Na świecie zachowane są jedynie dwa tego rodzaju urządzenia – jedno w Smithsonian Institute w USA, pochodzące z radiostacji Marion, oraz drugie – czynne do dziś – we wpisanej na Listę Światowego Dziedzictwa UNESCO Radiostacji Varberg w Grimeton w Szwecji.

 

 

„Ożenek” depeszy z falą nośną

Po wygenerowaniu prądu zmiennego o żądanej częstotliwości należało go w jakiś sposób połączyć z informacją, jaka była przeznaczona do przesłania drogą radiową. Taka informacja – słowa i znaki w kodzie Morse’a – mogła być albo wytworzona bezpośrednio w budynku nadajnika, przy pomocy klucza telegraficznego umieszczonego na eleganckim biurku stojącym obok alternatorów, albo przysłana liniami telegraficznymi z Centralnego Biura Operacyjnego położonego w centrum Warszawy. Ten drugi sposób był zautomatyzowany i umożliwiał przesyłanie kolejnych znaków i słów ze znacznie wyższą prędkością, niż w przypadku ręcznego kluczowania. Sam „ożenek” sygnału dużej mocy z alternatorów i informacji w kodzie Morse’a odbywał się w tzw. modulatorze magnetycznym – dosyć dużym, lekko zagłębionym w posadzce urządzeniu (po jednym na alternator), przypominającym transformator o trzech uzwojeniach – uzwojenie pierwsze było zasilane przez 64 przewody z alternatora, uzwojenie drugie odbierało sygnał-informację w kodzie Morse’a, uzwojenie trzecie zaś było „wyjściowe” – z niego zmodulowany, „gotowy” sygnał był przekazywany dalej, do linii fiderowej i systemu antenowego. Modulator magnetyczny umożliwiał kodowanie informacji – sygnału o natężeniu ok. 4 amperów – na sygnale nośnym o natężeniu nawet 134 amperów (!). Jego konstrukcja elektryczna umożliwiała nawet kodowanie głosu metodą modulacji amplitudowej – tego jednak w Babicach nie robiono (eksperyment tego rodzaju przeprowadzono z sukcesem na niemal identycznym urządzeniu w radiostacji w Nowym Brunszwiku w USA). Dziś pozostałości babickich modulatorów magnetycznych, wraz z pozostałościami urządzeń towarzyszących (m. in. baterii kondensatorów) można łatwo odnaleźć w ruinach budynku nadajnika między fundamentami alternatorów a drogą radiostacyjną.

 

Jak „wykarmić” antenę?

Przesłanie gotowego, zmodulowanego sygnału dużej mocy z nadajnika do anteny nie jest tak proste, jakby się mogło wydawać. Do tego celu służą specjalne linie – tzw. fidery (od angielskiego „feeder” – linia zasilająca, „odżywiająca”). Mogą one mieć różną konstrukcję – dwa przewody obok siebie, ażurowe przewody koncentryczne (RCN Konstantynów, RCN Solec Kujawski) lub – zwłaszcza w początkowej erze rozwoju radiotechniki – przewód pojedynczy. Tę trzecią konstrukcję wykorzystano w Babicach – z każdego modulatora sygnał wyprowadzono takimże fiderem kilkadziesiąt metrów dalej, do systemu antenowego. Fider ma za zadanie przekazanie sygnału dużej mocy bez dopuszczenia do strat energii wywołanych emitowaniem przez niego fal radiowych – babickie, jednoprzewodowe fidery pod tym względem nie były zbyt dobre, jednak ich stosunkowo krótkie długości kompensowały nienajlepszą sprawność.

 

 

Fala długa jak Warszawa

Radiostacja Babice pracowała w zakresie fal bardzo długich (VLF, 3-30 kHz), co odpowiada zakresowi długości fal od 10 do 100 km. Najdłuższe, emitowane w Babicach fale radiowe, posiadały długość dokładnie 21,127 km. Prawa fizyki rządzące emisją fal radiowych mówią, iż aby wyemitować daną falę radiową z odpowiednio dużą sprawnością, antena – swoisty interfejs między układem elektrycznym a wolną przestrzenią – musi mieć długość co najmniej 1/4 długości emitowanej fali. Dla 21,127 km mamy więc ok. 5,28 km – zbudowanie tak wysokiej wieży lub masztu nawet dziś wciąż jest prawie niemożliwe (maszt RCN Konstantynów – najwyższy maszt świata – posiadał wysokość „zaledwie” 646,6 m). Rozwiązanie tego problemu przedstawił na początku XX wieku prof. Ernst F. W. Alexanderson – twórca wspomnianych już alternatorów wielkiej częstotliwości; aby zwiększyć sprawność systemu antenowego, wystarczyło zbudować nie jeden wielki radiator, a całą serię, ustawioną w rzędzie, połączoną siecią napowietrznych przewodów poziomych (tzw. przewodów pojemnościowych) i pracującą równocześnie. Dokładnie takie rozwiązanie – tzw. antenę wielostrojoną systemu Alexandersona – zbudowano w Babicach. 10 wież po 126,5 m każda podtrzymywało pionowe, klatkowe przewody promieniujące; w początkowym okresie funkcjonowania radiostacji system antenowy był podzielony na dwa pięciowieżowe – AXO i AXL, w późniejszym okresie formalnie połączone w jeden, nazwany SPL.

 

10 królestw porcelany

Aby system antenowy – tak rozległy, ale wciąż krótki względem długości nadawanej fali radiowej – był prawidłowo dostrojony, każdy pionowy radiatora wyposażono u jego podstawy w olbrzymią cewkę rezonansową. Cewka taka, posiadająca 10 warstw („pięter”) po 8 przewodów każda (przewody miedziane w formie splotek w izolacji bawełnianej), zbudowana musiała być z materiału niemagnetycznego – elektrotechnicznej porcelany (tlenku glinu, Al2O3) zdolnej przenosić ogromne siły ściskające. Każda cewka posiadała dodatkowo swoje własne, małe urządzenia dostrojcze, ukryte w specjalnej wnęce w betonowym fundamencie poniżej części porcelanowej – dzięki nim dostojenie anteny do nadawanej fali radiowej mogło być jeszcze bardziej precyzyjne.

 

Podziemne gwiazdy

Oczywiście system antenowy Radiostacji nie ograniczał się tylko i wyłącznie do części nadziemnej – istniała również część podziemna, tzw. przeciwwaga, niemniej ważna od radiatorów pionowych i przewodów pojemnościowych. Miała ona formę zakopanej tuż pod powierzchnią ziemi przewodowej sieci – jej kształt wciąż wymaga ustalenia, spotykane są opisy mówiące o przewodach rozchodzących się na boki od linii anteny oraz o przewodach ułożonych w formę wielu gwiazd. Sieć ta była podłączona do reszty anteny przy pomocy biegnących na wysokich, drewnianych słupach linii przesyłowych. Konstrukcja przeciwwagi jest silnie zależna od lokalnych uwarunkowań terenowych (wilgotność gleby, ew. zasolenie), toteż przeciwwagi radiostacji siostrzanych Babicom nie dadzą pełnego oglądu na sprawę – konieczne są dalsze badania źródeł babickich. Sama przeciwwaga, wraz z podtrzymywanymi przez poprzeczki wież przewodami pojemnościowymi, tworzyła wielki, powietrzny kondensator. Przewody pojemnościowe były mechanicznie zabezpieczone przed nadmiernymi przeciążeniami od szadzi – w przypadku przekroczenia dopuszczalnego obciążenia cały przewód odrywał się od poprzeczki i spadał na ziemię. By nie zdarzało się to zbyt często, Radiostację wyposażono w system odladzania, umieszczony w drewnianych budkach obok cewek naprzeciwko budynku nadajnika. Aby stopić szadź, przez przewody przepuszczano prąd o częstotliwości „gniazdkowej” (50 Hz); prąd ten nie spływał przez wieże do ziemi dzięki specjalnym kondensatorom stawiającym duży opór dla prądu 50 Hz i mały opór dla prądów o częstotliwościach rzędu kHz.

 

Na „bardzo długo” i na „krótko”

Od 1932 r. potężnej antenie systemu Alexandersona w Babicach zaczynały towarzyszyć anteny mniejsze, przeznaczone do łączności na falach krótkich (3-30 MHz, długości fali od 100 do 10 m). Większość z nich wspierała się na niezbyt wysokich, drewnianych słupach (tzw. anteny ścianowe), ustawionych niedaleko budynku nadajnika. Jedna z nich była jednak większa niż pozostałe – T-kształtna antena Polskiego Radia dla Zagranicy wspierana była przez dwie kratownicowe wieże, nieco mniejsze od wież części bardzodługofalowej. Jedna z tych wież stała na terenie Fortu Radiowo, druga zaś – obok fosy, prawie że na tyłach budynku nadajnika. Nietknięte fundamenty stóp tej drugiej wieży wciąż można wypatrzeć wśród roślinności. Krótkofalowa część Radiostacji Babice była pierwszym w Polsce ośrodkiem tego rodzaju – o jego wadze niech świadczą wypisane nazwy „BABICE” oraz „SPW” i „SPD” (nazwy kodowe poszczególnych nadajników krótkofalowych) na niektórych produkowanych wtedy odbiornikach radiowych (m. in. Elektritt Kadett).