Текст книги "Никола Тесла. Посланник иного мира. Человек Х"

Период научных изысканий

Лаборатория Теслы теперь могла заняться исключительно научными изысканиями – ведь всю коммерческую часть принял на себя Вестингауз. А Тесла по его приглашению переехал в Питсбург и стал работать консультантом по внедрению собственных изобретений – причем, вероятно, безо всякого жалованья, так как изобретатель, начав получать деньги за свои патенты, взял себе за правило не требовать вознаграждения за профессиональную деятельность. Однако премии он принимал – например, 10 тысяч долларов за открытие, что из бессемеровской стали трансформаторы получаются прочнее, чем из железа.

В Питсбурге Тесла жил в гостиницах, а впоследствии уже не стремился обрести собственный дом – гостиничные номера его совершенно устраивали, и он так и придерживался этого обыкновения до самой смерти.

Внедрение переменного тока и судебные атаки

На заводе Вестингауза Тесла немедленно занялся рационализацией – первым делом он попытался убедить тамошних инженеров перейти на частоту переменного тока в 60 Гц, как в его моделях: именно такая частота была наиболее выгодной. У Вестингауза же была принята частота в 133 Гц, которая давала небольшую экономию металла, не окупавшую, однако, трудности в производстве и эксплуатации устройств. Тесла рассчитал, что частота в 60 Гц самая экономичная, а при ее дальнейшем снижении размеры устройств росли быстрее эффективности. Однако это оказалось непросто, и тогда Тесла сумел приспособить свой двигатель к принятым на заводе техническим требованиям, а затем и усовершенствовал его.

Вскоре Тесла познакомился с молодым инженером Чарльзом Скоттом, который стал не просто его правой рукой, но и горячим сторонником его идей, защитником научных и изобретательских интересов. Однако некоторые сотрудники Вестингауза сомневались в том, что пальма первенства в изобретении двигателя переменного тока принадлежит именно Тесле. Среди них были Оливер Шалленбергер, который изобрел счетчик переменного тока, его помощник Льюис Стилвелл, автор ускорителя-инжектора, принцип действия которого был подобен катушке Теслы, а затем и главный помощник Вестингауза Эндрю Робертсон. Один из бывших сотрудников Вестингауза Уильям Стенли спустя три года даже попытался продавать собственные многофазные двигатели, но проиграл судебный процесс, так как это было вопиющим нарушением патентного законодательства. Все они присоединились к развернувшейся в научном мире клеветнической кампании против Теслы, которой во многом способствовал Эдисон.

Война переменного и постоянного тока

Эдисон и Вестингауз враждовали уже давно – все по тем же причинам: Эдисон был сторонником постоянного тока, а Вестингауз – переменного. Их отношения осложняло и то обстоятельство, что Вестингауз в свое время встал на сторону Элихью Томсона, фактически укравшего у Эдисона его главное изобретение – лампу накаливания с углеродной спиралью. Впоследствии, правда, справедливость была восстановлена судебным решением. Эдисон осветил своими лампами крупные города Америки, но его системы постоянного тока были дороги и неэкономичны. И стоило Вестингаузу осветить городок Грейт-Баррингтон в штате Массачусетс при помощи систем переменного тока, как преимущества переменного тока стали очевидны. Как Эдисон ни насмешничал – пусть-де Вестингауз занимается железнодорожными тормозами, в этом он понимает, а в электротехнике ему делать нечего, – он стал стремительно терять рынок, а дела Вестингауза неуклонно шли в гору. Дошло до того, что к Вестингаузу стали переходить сотрудники Эдисона. То, что теперь у Вестингауза работал и Тесла, конечно, ничуть не способствовало миру и взаимопониманию.

В 1888 году эта борьба достигла пика. И тогда Эдисон решил подорвать позиции соперника и одновременно получить выгодный государственный заказ. Он стал убеждать общество в том, что переменный ток опасен для жизни. В доказательство он приводил исследования некоего Гарольда Брауна, который опубликовал статью об опасностях переменного тока – в ней перечислялось около восьмидесяти жертв электричества. В скобках отметим, что среди них было немало погибших из-за постоянного тока, однако Браун делал вывод, что во всем виноват именно переменный ток, и клеймил тех, кто в погоне за прибылью внедряет его в промышленность. Статья вызвала законный праведный гнев – однако не все знали, что Браун за несколько лет до этого производил жестокие эксперименты на животных, исследуя воздействие различных токов на живой организм. Эдисон заинтересовался его изысканиями и пригласил к себе. Узнав об этом, Вестингауз выступил с заявлением, что переменный ток безопаснее постоянного, поскольку потребителям он подается преобразованным в низкую частоту. Однако, проделав серию опытов, Браун установил, что переменный ток убивает даже при низких частотах.

История создания электрического стула

Именно тогда, около 1888 года, в Америке начались споры между противниками и сторонниками смертных приговоров; последние в качестве компромисса заговорили о необходимости найти «гуманный способ смертной казни». В штате Нью-Йорк даже создали комиссию по этому вопросу. И тогда Браун, в пылу спора заявивший, что-де переменный ток годится только для живодерни, бойни или тюрьмы, создал несколько моделей электрического стула и стал пропагандировать «гуманную казнь» под эгидой Медико-юридического общества штата Нью-Йорк. Эдисон поддержал изобретателя и убедил комиссию, что смерть от переменного тока будет быстрой и легкой – не то что традиционная казнь на виселице.

Закон о применении электричества для смертной казни был принят конгрессом штата Нью-Йорк 4 марта 1888 года. Вестингауз не сдавался – он публично выражал сомнения в компетентности Брауна, в чистоте его экспериментов, заявлял, что Эдисон нанял Брауна исключительно с целью скомпрометировать идею переменного тока, в том числе и для освещения улиц. Тогда Браун вызвал Вестингауза на «дуэль» и предложил в присутствии специалистов-электротехников подключить каждого из противников к предпочитаемому им источнику тока и пропустить сквозь их тела ток напряжением не менее трехсот вольт. Вестингауз вызова не принял. Тогда Эдисон демонстративно отвел Брауну для экспериментов свою лабораторию, где тот при помощи генераторов Вестингауза убил более двадцати бродячих собак, которых поставляли ему по сходной цене местные мальчишки, двух телят и лошадь.

13 мая 1889 года суд впервые приговорил преступника к казни на электрическом стуле. Этой сомнительной чести удостоился убийца Уильям Кеммлер. Участники судебного процесса стали консультироваться со специалистами в области электротехники по поводу казни при помощи аппаратов Вестингауза. Адвокаты подсудимого обжаловали приговор, поскольку сочли новый метод казни противоречащим конституции штата. Тогда к слушанию дела привлекли «независимого специалиста» – это был Эдисон, который считался убежденным противником смертной казни как таковой, однако подтвердил, что смерть от переменного тока быстрая и безболезненная. Он уверял, что Гарольд Браун не имеет никакого отношения ни к его компании, ни к нему самому, и высказывал предположения о том, что станется с Кеммлером на электрическом стуле, – но лишь предположения, так как «сам он никого не убивал». На перекрестном допросе и Эдисон, и Браун решительно отвергали любые предположения, что их выступления в защиту электрического стула связаны с их интересами, связанными с коммерческим применением постоянного тока. Когда же Эдисона спросили, любит ли он мистера Вестингауза, как брата, тот, подумав, ответил: «Я думаю, мистер Вестингауз – очень способный человек». Ходатайства адвокатов были отклонены всеми инстанциями.

Фактически приговор был приведен в исполнение лишь через год, и все это время общественное мнение настраивали против смертельно опасного переменного тока Вестингауза. Эдисон всячески поддерживал идею электрического стула, поручал своим сотрудникам помогать Брауну и дал «творению» свое имя; Браун начал конструировать электрические стулья и продавал их в различные тюрьмы, а кроме того, предлагал свои услуги в качестве исполнителя приговора. Между тем в прессе появились многочисленные протесты против нового способа казни. И Вестингауз, и Тесла не сомневались, что массовая истерия по поводу переменного тока – результат интриг Эдисона, сделавшего ставку на эмоции, а не на факты.

6 августа 1890 г. Кеммлера казнили, но лишь со второй попытки, когда было подано напряжение в 1300 вольт. Об этой казни во всех неаппетитных подробностях утренняя газета сообщила под броским заголовком: «Кеммлер вестингаузирован». Предполагают, что автор репортажа был подкуплен Эдисоном. Но и сам Эдисон был потрясен и вспоминал, что отчет о смерти Кеммлера был не самым приятным чтением.

Узнав о произошедшем, Вестингауз заметил, что было бы милосерднее отрубить Кеммлеру голову топором. Однако, как он ни старался убедить общественность, что не имеет никакого отношения к казни Кеммлера, финансовые дела его компании оставляли желать лучшего – ей приходилось даже хуже, чем компании Эдисона. Яростная полемика вокруг переменного тока ставила под угрозу внедрение двигателя Теслы и работу по переводу оборудования на низкую частоту.

Между тем Тесла, год проработав в Питсбурге и ничего толком не добившись, вернулся в Нью-Йорк. Перед этим он ненадолго съездил в Париж на Всемирную выставку.

Н. Тесла рассказывает

В Питтсбурге я был несвободен, зависел от других и не мог работать. А для творчества мне нужна полная свобода. Когда же я избавился от этой ситуации, идеи и изобретения заструились, словно Ниагарский водопад.

Отказ от 12 миллионов ради переменного тока

В 1890 году работа над индукционным двигателем была заброшена, и огорченный Вестингауз сказал Тесле, что инвесторы не хотят тратить деньги на сомнительные исследования. Тесла модифицировал свой двигатель для работы в компании «Вестингауз Электрик», но рисковать проверенным оборудованием ради новой технологии никто не хочет. Более того, компания впредь не будет выплачивать роялти за патенты – даже если впоследствии вложенные в двигатель средства окупятся. Это были колоссальные деньги – за все свои патенты, по примерным подсчетам, Тесла мог бы получить 12 миллионов долларов! Конечно, Вестингауз не рассчитывал, что Тесла откажется от подобной суммы. Но тем не менее пришел в лабораторию на Гранд-стрит и прямо сказал, что от решения Теслы зависит судьба его компании.

Рис. 10. 1889 год. Николе Тесле 33 года

И Тесла ответил, что согласен обойтись без денег – пусть только Вестингауз не отказывается от разработки двигателя и сохранит свою компанию, чтобы распространять изобретения Теслы. Он понимал, что его изобретение изменит к лучшему будущее всего человечества – надо только дать ему дорогу, а ради этого ничего не жаль. В подтверждение своих слов он взял контракт, порвал его и выбросил. Благодарный Вестингауз вернулся в Питсбург – и сумел заручиться обещанием инвесторов в случае коммерческого успеха многофазной системы возобновить выплату ежегодной суммы, причитавшейся Тесле за патенты, и роялти в один доллар за лошадиную силу. Компания «Вестингауз Электрик» процветает и по сей день.

Едва ли человечество знает примеры таких щедрых дружеских даров. Тесла никогда не попрекнул Вестингауза этой суммой, пожалуй, ни разу даже не вспомнил о ней – хотя несколько лет спустя оказался без средств на развитие своих изобретений, и в результате многие из них оказались попросту утрачены. Десятки лет он жил, стесненный в средствах – тогда как весь мир пользовался плодами его таланта; много раз ему приходилось терпеть насмешки из-за неспособности «сделать деньги» на своих великих открытиях; он переезжал из одной гостиницы в другую, потому что нечем было оплачивать счета. Но о 12 миллионах Вестингауза он даже не думал.

Перед нами – новое наглядное свидетельство того, как люди-Х отделяют главное от второстепенного, а также пример того, как исключительно дальновидные решения принимаются под влиянием одной лишь интуиции. Для Теслы было очень важно распространить свое изобретение по всему миру, и ради этого он был готов отказаться от колоссальной финансовой выгоды – и, более того, не менял своего решения и никогда о нем не сожалел.

После этой истории прошло пятьдесят лет, и восьмидесятилетнего Теслу пригласили выступить с речью на приеме, который устроили в его честь в Институте помощи иммигрантам. Он был уже болен и присутствовать на приеме не мог, но речь свою прислал. Вот что в ней говорилось:

«Джордж Вестингауз был, на мой взгляд, единственным человеком на этой планете, кто мог при тогдашних условиях принять мою систему переменного тока и выиграть сражение с предубеждением и властью денег. Он был пионером и одним из достойнейших и благороднейших людей мира, которым Америка вправе гордиться и перед которым человечество в огромном долгу благодарности».

Глава 6
Дивная музыка высоких частот

Каждое усилие, совершаемое по принуждению извне, требует жертвы жизненной энергии. Я никогда не платил такую цену. Напротив, черпал успех из своих мыслей.

Н. Тесла

Будущее за трехфазным током

Щедрость Теслы спасла компанию «Вестингауз Электрик» лишь отчасти. Вестингаузу казалось, будто теперь на пути двухфазного переменного тока нет преград – дело лишь за производством соответствующих устройств. Однако в это время в Берлине полным ходом шли работы Михаила Доливо-Добровольского по созданию устройств трехфазного переменного тока, которые, как показывал опыт, обладали серьезными преимуществами: не только улучшались магнитные свойства генератора и двигателя, но и значительно снижался расход металлов в линии передачи. Связанная трехфазная система требовала трех проводов – в отличие от несвязанной трехфазной системы Теслы, требовавшей шести проводов. Трехфазный электрический двигатель с короткозамкнутым ротором был необычайно прост, а следовательно, его можно было применять в самых разных целях. Стало очевидно, что будущее за трехфазным током, – только мир еще об этом не знал.

Осенью 1891 года во Франкфурте-на-Майне были запланированы Международная электротехническая выставка и Международный конгресс электротехников. Летом 1890 года германская фирма, где работал Доливо-Добровольский, получила заказ на передачу электроэнергии для снабжения выставки от водопада на реке Неккар близ города Лауфена. Примерно за год была построена гидроэлектростанция в Лауфене и подстанция во Франкфурте, соединенные линией передачи длиной в 175 км. В конце августа на выставке зажглась тысяча лампочек, а в середине сентября был пущен асинхронный двигатель трехфазного тока, при помощи которого насос подавал воду к фонтану. Передача работала без сучка без задоринки. Конечно, это была превосходная реклама трехфазного переменного тока, и с этого момента его стали применять повсеместно.

Однако возникло досадное осложнение юридического характера – Тесла к тому моменту уже получил патенты на любое применение многофазных систем переменного тока. Германская фирма была обязана либо выкупить эти патенты у компании «Вестингауз Электрик», либо выплатить солидную компенсацию. Неизвестно, что думал по этому поводу сам Тесла – отнюдь не исключено, что он, как и раньше, легко отказался бы от прибыли ради популяризации новых идей в электротехнике, – но его патенты принадлежали теперь компании «Вестингауз Электрик», которая и вела все дела. Началось запутанное судебное разбирательство. Суд вынес решение в пользу компании «Вестингауз Электрик» – и Тесле снова не повезло: немецкая фирма поставила под сомнение его права на открытие многофазных переменных токов как таковых, и ее юристы перебрали все предшествующие попытки создать двигатель переменного тока, надеясь убедить научную общественность в том, что Тесла не имеет никакого отношения к созданию многофазной системы. Борьба длилась двадцать лет, состоялось почти тридцать судебных процессов, и все их выиграл Вестингауз.

Компания «Вестингауз Электрик» получала все новые заказы на системы переменного тока, в том числе на оснащение генераторами электростанции на Ниагарском водопаде – об этом речь впереди. С этим оказался связан очередной судебный скандал – противники Теслы попытались «заново изобрести» генераторы двухфазного переменного тока, – но справедливость снова восторжествовала. Тесла за ходом процессов уже не следил – его стали занимать совершенно другие материи. Четыре следующих года он посвятил доработке и развитию многофазной системы электропитания и получил еще 45 патентов – не считая выданных за границей: их было еще в несколько раз больше.

Н. Тесла рассказывает

На исходе 1889 года, когда нужды в моих услугах в Питсбурге больше не было, я вернулся в Нью-Йорк и возобновил опыты в лаборатории на Гранд-стрит, где сразу же занялся конструированием высокочастотных машин. И столкнулся со многими трудностями, поскольку работа велась в неизученной области, и проблемы конструирования оказались необычными. Я отказался от индукционной катушки, опасаясь, что она, возможно, не будет производить идеальные синусоидальные колебания, столь важные для резонанса. Если бы не это обстоятельство, мне удалось бы сэкономить массу времени для более важного дела. Еще одним препятствием на пути создания высокочастотного генератора переменного тока оказалась нестабильность частоты, что грозило значительным ограничением его применения. Уже во время демонстрационных опытов в Американском обществе инженеров-электриков я заметил, что резонанс несколько раз исчезал, требовалась подрегулировка, но в то время я еще не предусмотрел (это произошло гораздо позже) способа управления генератором такого типа с постоянной частотой, допускающей отклонение на малую долю одного оборота между крайними нагрузками.

Исследования токов различной частоты и их свойств

Исследования многофазных систем натолкнули Теслу на новую интереснейшую тему: он стал исследовать токи различной частоты и их свойства. Не так давно ему пришлось выбирать частоту, оптимальную для работы его многофазной системы, и оказалось, что при повышении частоты результаты заметно меняются – и в теории, и на практике. Например, чем выше частота, тем меньше требовалось железа в конструкции двигателя, и теперь он решил исследовать очень высокие частоты, предположив, что тогда в магнитной цепи железо вообще не понадобится.

Началось это, как и изобретение двигателя переменного тока, с мысленных расчетов свойств переменных токов на всем диапазоне частот. Тесла обдумывал этот вопрос еще в Будапеште, когда свойствами переменных токов на частоте света еще никто не занимался, однако за это время наука шагнула далеко вперед. В 1873 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал введение в электромагнитную теорию света и доказал, что помимо частот видимого света существуют также колебания с гораздо более короткими и длинными волнами. В 1887 году Генрих Герц проверил теорию Максвелла, и его работы подтвердили предположения Теслы о том, что все частоты между уже известными частотами электрического тока и почти не изученными частотами света обладают своими уникальными свойствами, которые стоит изучить.

Тесла пришел к выводу, что если ему удастся повышать частоту электрических колебаний до частоты света, то можно изобрести способ непосредственно вырабатывать свет – и такие лампы окажутся куда экономичнее лампочек Эдисона: ведь в них помимо полезных световых волн вырабатывалось еще огромное количество других, поэтому 95 % энергии расходовалось на бесполезное тепло и лишь 5 % – на нужный потребителю свет.

Затем Тесла приступил к экспериментальной части исследований. В своей лаборатории он построил многофазные генераторы переменного тока, где фаз было уже не две и не три, а почти четыреста, и на этих установках получал токи частотой до 10 000 Гц. Оказалось, что для передачи энергии на расстояние такие токи годятся гораздо лучше, чем высокоэкономичная многофазная система с частотой в 60 Гц. Поэтому Тесла занялся изобретением трансформаторов для повышения и понижения напряжения высокочастотных токов. Вот как отзывался о них Дж. О’Нил:

«Разработанные Теслой высокочастотные трансформаторы работали просто замечательно. В них не применялось ни грамма железа, которое, как выяснилось, только мешало их работе. Они имели воздушный сердечник и состояли лишь из концентрических первичных и вторичных обмоток. С помощью этих трансформаторов, которые стали известны как трансформаторы Теслы, он смог получать очень высокое напряжение. В первых экспериментах он достигал потенциалов, пробивавших воздух пятисантиметровой искрой, но уже очень скоро он достиг огромного прогресса, и разряды получались уже в виде пламени. Работая с такими напряжениями, он столкнулся с трудностями с изоляцией своих аппаратов и разработал способ изолирования, который применяется теперь в высоковольтных устройствах во всем мире: устройство погружается в масло, в результате чего воздух из катушек полностью устраняется. Это изобретение имело огромное коммерческое значение».

Чтобы получить частоту уже не в 10 000, а в 20 000 Гц, Тесла разработал новый генератор – возвратно-поступательный, – однако результат его не удовлетворил, поскольку генератор можно было использовать только для данной конкретной цели, так что впоследствии Тесла даже жалел, что зря потратил на него столько времени. Хотя генератор был отменно практичный и работал настолько стабильно, что Тесла предложил поддерживать столь же постоянную частоту и в своих шестидесятигерцевых двигателях. Попутно Тесла придумал и основной принцип, который лег в основу создания электронных часов, но, как и во многих других случаях, не счел нужным подавать заявку на патент.

Изучение высокочастотных токов показало, что даже при небольших индуктивности и емкости они дают резонанс в колебательном электрическом контуре, а посредством резонанса можно производить настройку цепи. Электрический резонанс во многом подобен механическому, когда в результате ритмических относительно легких толчков амплитуда колебаний начинает возрастать, – именно поэтому нельзя ходить по мостам в ногу: колебания моста могут стать настолько сильными, что все сооружение рухнет.

Из лекций Н. Теслы

Эффект резонанса все чаще и чаще упоминается инженерами, и приобретает все большую важность при практическом использовании всех типов аппаратов, работающих от переменного тока. Поэтому в отношении этих эффектов следует привести несколько общих замечаний. Общеизвестно, что при успешном применении эффекта резонанса в практической работе устройств, отпадает необходимость в использовании обратного провода, поскольку электрические колебания могут передаваться по одному проводу, а иногда даже лучше, чем с использованием двух проводов. Первый вопрос, на который следует дать ответ, звучит так: «Можно ли целенаправленно создавать чистые резонансные эффекты?» И теоретические расчеты и экспериментальная практика показывают, что в Природе подобное невозможно. Это связано с тем, что при увеличении интенсивности колебаний, быстро возрастает негативное воздействие на тело, где происходят колебания, а также на окружающую его среду. Поэтому необходимо контролировать колебания, в противном случае они могут возрастать до бесконечности. Пожалуй, невозможность создания чистого резонанса, является очень удачным обстоятельством. В противном случае, трудно даже предположить, какими опасностями может грозить даже самый невинный эксперимент. Но вполне возможно произвести резонанс определенного уровня. Величина данного эффекта ограничивается недостаточной проводимостью и эластичностью среды, или фрикционными потерями в целом.

При помощи резонанса Тесла научился поднимать напряжение тока до очень высоких значений. Благодаря его наблюдениям в области резонанса стало возможным создание современного радио – а ведь он сделал их гораздо раньше признанных первопроходцев в этой области.