Текст книги "Никола Тесла"

В «Американском патентном вестнике» вышло описание нескольких оригинальных изобретений, сделанных Теслой за те несколько лет, что он провел в Америке, которые тут же привлекли внимание влиятельных промышленников. Это были заявки на улучшение дуговых ламп Яблочкова, а также патенты на термомагнитный двигатель, пиромагнитный электрогенератор и гиромагнитный коммутатор для динамо-машин.

С Теслой встретился сам управляющий компании «Вестерн Юнион» – давний конкурент «империи Эдисона», который не только знал о переменном токе, но и был лично заинтересован в новой идее. Узнав об индукционном моторе изобретателя, управляющий отчетливо увидел грандиозное будущее этой электрической машины. Тут же заключили соглашение о создании акционерного общества под именем Теслы. Электрическая компания Теслы имела особую цель – наконец-то развить систему переменного тока, которую изобретатель пытался безуспешно внедрить в «империи Эдисона».

Война токов и патентов

Со времен Фарадея… никогда ни одна экспериментальная истина не была представлена так просто и понятно, как описание Теслой его способа получения и использования многофазных переменных токов. Он ничего не оставил своим последователям для доработки. Его труды содержат даже математическую основу теории.

Б. А. Беренд, доктор наук. Послесловие к лекции Теслы «Новая система двигателей переменного тока и трансформаторов» в Американском институте инженеров-электротехников

Макет электрогенератора переменного тока

Это не был просто новый двигатель, но вполне обоснованная новая технология. Суть системы переменного тока Теслы заключается в удивительно простом индукционном двигателе, практически не имеющем электрических подводящих частей, которые могли бы выйти из строя.

Уильям А. Антониони, профессор Корнеллского университета

Электрическая компания Теслы с капиталом в полмиллиона долларов открыла свое дело в апреле 1887 года. По иронии судьбы лаборатория и мастерские, которые Тесла нашел для своей новой компании, ранее принадлежали Эдисону. Для изобретателя, столь долго ожидавшего такого момента, это было осуществлением его мечты. Он начал работать, подобно одной из своих динамо-машин, – день и ночь, практически без отдыха.

Поскольку идею он уже давно вынашивал и все просчитал, ему потребовалось лишь несколько месяцев, для того чтобы начать оформление документов патента для всей многофазной системы переменного тока. В действительности это были три полные системы однофазного, двухфазного и трехфазного переменного тока. Тесла ставил эксперименты также с другими типами многофазных систем, и для каждого типа он создавал динамо-машины, двигатели, трансформаторы и автоматические элементы управления.

Система выработки и передачи переменного тока Вестингауза

В это время в Америке действовали сотни небольших электростанций, в которых использовалось по крайней мере 20 различных вариантов электрических контурных схем и типов оборудования. Обычно эти электрические схемы соответствовали одному изобретению или даже целой группе патентов. Джордж Вестингауз, изобретатель железнодорожного тормоза, купивший многие патенты на системы переменного тока, решил построить трансформаторную систему преобразования и передачи переменного тока. В 1886 году она была успешно опробована, а вскоре Вестингауз ввел в действие первую в Америке коммерческую систему переменного тока. Через год в нее входило уже более 30 электростанций. Так у «империи Эдисона» появился сильный и опасный конкурент в сфере электротехники.

Джордж Вестингауз

(1846–1914)

Главным препятствием на пути развития систем переменного тока было отсутствие простых, надежных и экономичных двигателей-генераторов. Полгода упорного труда в новой компании быстро принесли свои плоды – и Тесла смог послать в Патентную комиссию США сразу несколько заявок на многофазные двигатели и системы переменного тока. Надо заметить, что в течение пяти последующих лет он оформил 40 патентов, причем многофазные системы Теслы были настолько оригинальными и всеохватывающими, что патентовались абсолютно беcпрепятственно.

По предложению основателя одного из первых курсов электротехники в Корнеллском университете профессора Уильяма Антониони малоизвестный инженер-эмигрант был приглашен 16 мая 1888 года прочесть чрезвычайно престижную публичную лекцию в Американском институте инженеров-электротехников. К своему удивлению, Тесла обнаружил в себе способности оратора, а его лекция под названием «Новая система двигателей переменного тока и трансформаторов» стала классической.

По моему мнению, Джордж Вестингауз был единственным человеком на земном шаре, который смог принять мою систему переменного тока в существовавших тогда обстоятельствах и выиграть битву против предубеждений и власти денег. Он был первопроходцем, который впечатлял своим величием, одним из истинных благородных людей, которыми может гордиться Америка и перед которыми человечество находится в неописуемом долгу благодарности.

Н. Тесла

Этот период жизни был потрясающе удачным для Теслы. Его патенты были именно тем недостающим звеном, которое так искал для своих систем переменного тока американский промышленник, инженер и предприниматель Джордж Вестингауз. Он с самого начала сумел оценить гигантский потенциал электросистем переменного тока, способных передавать ток высокого напряжения через огромные американские просторы.

Ниагарский водопад

Как-то Вестингауз посетил Теслу в его лаборатории и рассказал о своей идее построить гидроэлектростанцию переменного тока на Ниагарском водопаде. Эта идея увлекла изобретателя. Мастерская и лаборатория Теслы были переполнены поражающими воображение аппаратами и приборами. Вестингауз ходил от машины к машине, иногда нагибался вперед, опираясь руками на колени, пристально вглядывался, а иногда, склонив голову, слушал ровный рокот и жужжание разнообразных двигателей переменного тока. Так началась дружба видного предпринимателя и выдающегося изобретателя.

Карта Всемирной выставки 1893 года в Чикаго

Всемирная чикагская выставка занимала громадную территорию в 175 км², на ней было представлено 60 000 экспонатов, а проведение обошлось в 25 млн долларов. За полгода работы выставку посетили 28 млн гостей, принесших устроителям 2,25 млн долларов прибыли. Символом ярмарки стало огромное колесо обозрения инженера Ферриса, вращающееся на цельнометаллической оси, с кабинками, возносящими 2000 человек на 80-метровую высоту.

Триумфы переменного тока следовали один за другим. Так, в 1893 году на Всемирной чикагской электрической выставке, посвященной 300-летию открытия Америки, фирма Вестингауза обеспечивала все электроосвещение и установку электродвигателей. Открытием выставки стала экспозиция генераторов и электродвигателей Теслы. У него был собственный стенд, где демонстрировались многие изобретения, в частности прибор для демонстрации возможности получения механического вращения с помощью вращающегося магнитного поля. Этот прибор представлял собой плоскую металлическую сковородку, находившуюся в зоне действия катушек, создававших вращающееся магнитное поле. На сковородке лежало выточенное из меди яйцо. При пропускании тока через обмотки катушек оно начинало беспорядочно двигаться, а затем, встав на острый конец, быстро вращалось как вокруг своей оси, так и по окружности сковородки.

Современная модель яйца Теслы

Следующим значимым событием в истории переменных токов было строительство самой крупной в мире в те годы гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде. Этот величайший в мире водопад давно уже привлекал внимание предпринимателей, мечтавших использовать его энергию. Еще в 1886 году была создана специальная компания по изучению возможности строительства гидроэлектрической станции. Однажды Вестингауз торжественно объявил Тесле, что начинает борьбу за право своей компании «запрячь в электрическое динамо» Ниагарский водопад. Между тем общая ситуация была не очень благоприятной, ведь председателем Международного комитета Ниагары, учрежденного для того, чтобы выбрать наилучший способ применения Ниагарского водопада, был лорд Кельвин – известный английский ученый, сторонник постоянного тока.

Памятник Николе Тесле у Ниагарского водопада с постаментом в виде динамо-машины переменного тока

И лишь в 1893 году под влиянием успеха фирмы Вестингауза на Чикагской выставке Комитет Ниагары принял проект выработки переменного тока. В 1896 году на Ниагарской гидроэлектростанции установили три генератора двухфазного тока, который затем трансформировался в трехфазный высокого напряжения и передавался потребителям, где снова превращался в двухфазный. Запуск Ниагарской станции стал последним триумфом двухфазного тока. Несомненные преимущества трехфазного тока вытеснили менее совершенный двухфазный ток не только в Европе, но и в США. Саму Ниагарскую станцию вскоре переоборудовали, установив на ней трехфазные генераторы.

Генераторный зал современной Ниагарской ГЭС

Эти генераторы, а также электродвигатели и трансформаторы изобрел выдающийся русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский (1861–1919). Необходимо отметить, что в начале 1890-х годов Вестингаузу и Тесле приходилось бороться на два фронта, отстаивая идею переменного двухфазного тока не только перед постоянным током Эдисона, но и перед трехфазным током русского изобретателя. Вскоре всем экспертам-электротехникам стало ясно, что оборудование и линии электропередачи, созданные Доливо-Добровольским, обладают значительными преимуществами перед всеми другими вариантами динамо-машин. Простота конструкции трехфазного электродвигателя русского изобретателя и экономия медного провода в линиях передачи давали в использовании трехфазного тока больше преимуществ. С этого времени трехфазная система начала применяться во всем мире.

К чести Теслы, он всегда находился вне яростной «борьбы патентов», считая, что его открытия могли бы использоваться во всем мире без всяких ограничений. Однако каковы бы ни были убеждения Теслы и как бы он ни симпатизировал другим изобретателям, фирмы, скупившие его патенты, распоряжались ими по своему усмотрению. Правда, в конце 1890-х годов Теслу уже мало интересовали вопросы приоритета его первого изобретения. Творческий поиск увел его в совершенно новую область электрических явлений.

Опередивший время

Явления, на которые мы раньше взирали как на чудеса, явления, которые трудно было объяснить, теперь мы видим в ином свете. Искровой разряд в индукционном кольце, светимость лампы накаливания, проявления механических сил потоков и магнитов теперь уже не остаются вне пределов нашего понимания. Вместо прежнего непонимания, наблюдая за их действием, наш ум предлагает простое объяснение. И хотя по поводу их конкретной природы мы имеем лишь гипотезы, тем не менее уверены, что истина не сможет оставаться скрытой, и инстинктивно чувствуем, что близится время понимания. Мы все еще восхищаемся этими прекрасными явлениями, этими странными силами, но мы более не беспомощны.

Н. Тесла

Бушующее море электричества

На своих лекционных демонстрациях Тесла любил прохаживаться по сцене в пробковых изолированных ботинках, ступая по рекам эфирного электричества, создаваемым клубками оголенных проводов, подключенных к катушкам Теслы.

Обширный зал парижского выставочного манежа заполнен до отказа. Зрители с нетерпением ждут появления «американского электрического мага», как писала «Фигаро». Но вот «русский свет» больших ламп Яблочкова медленно меркнет и на сцене появляется необычная фигура – очень высокий (на изолирующих пробковых ходулях-ботинках) и худой, во фраке и мерцающем искрами галстуке маг электричества Никола Тесла. Опыты следуют один за другим: крутятся, рассыпая молнии, колеса разрядников; жужжа, разбрасывают искры причудливые катушки Теслы; в руках изобретателя загораются таинственным голубым светом никуда не подключенные лампы. Публика постоянно ахает и разражается аплодисментами, переходящими в овации.

Мало кто знал, сколько труда и упорства требовали эти безупречно поставленные демонстрационные эксперименты. Десятки раз ученый повторял каждый опыт, добиваясь безукоризненной зрелищности физических эффектов, как поэт добивается красоты и точности рифмы. Кроме того, будучи истинным творцом, Тесла не терпел повторов, и каждое его выступление содержало новые поражающие воображение элементы. Как постановщик своих электрических представлений он выступал в разных ролях: и конструктора, и инженера, и техника-сборщика.

Современная реконструкция показательных опытов Теслы

Прогресс человечества неотъемлемо связан с изобретением. Это важнейший продукт его творческой мысли. Его конечной целью является полное покорение материального мира разумом, использование сил природы на благо человека. Это сложная задача изобретателя, которого часто не понимают и недооценивают. Но все эти неприятности он с лихвой компенсирует удовольствием от осознания своей власти и принадлежности к тому привилегированному слою, без которого человечество давно бы уже пало в бесплодной борьбе с безжалостной стихией. Что касается меня, то я уже в полной мере испытал это величайшее наслаждение, так что в течение многих лет моя жизнь была полна нескончаемого восторга.

Н. Тесла. Дневники

До сих пор вызывает восхищение разнообразие интересов изобретателя. Так, в его неповторяющихся демонстрациях можно было встретить, по терминологии Теслы, «сияющие перистые кисти электрических разрядов в вакуумированном баллоне». Сейчас мы это называем свечением канала пучка электронов в плазме ионизированных атомов газа электронной лампы. В других опытах угадывались принципы действия бетатрона – ускорителя электронов. При этом Тесла вплотную подошел к созданию циклотрона, разгоняющего изолированные атомы электричества до невообразимых скоростей. В числе других гениальных задумок изобретателя можно найти описание космических лучей, радиоэлектронные лампы, рентгеновское излучение, полученное задолго до Рентгена, плазмохимические приборы, ну и конечно же, разнообразнейшие флуоресцентные лампы.

На своих демонстрациях изобретатель больше всего говорил о загадочном очаровании электричества и магнетизма:

– Их сущность кажется двойственной, уникальной по сравнению с другими силами природы, а их притяжение, отталкивание и вращение вызывает интригующие и возбуждающие умственное воображение мысли…

Больше всего Тесла гордился своей беспроводной и безэлектродной газоразрядной лампой. Он любил демонстрировать окружающим передвижение таких ламп в любые уголки помещения, шокируя зрителей тем, что лампы продолжали гореть. Тесла никогда не пытался найти лампам коммерческое применение, однако их все еще продолжают исследовать и до сих пор на них получают патенты!

В своих демонстрационных лекциях Тесла никогда не забывал упомянуть своих предшественников, начиная с Фарадея и Максвелла. Демонстрируя разнообразные вакуумные баллоны и колбы, он всегда отмечал, что обязан Уильяму Круксу, который в 1870 году сконструировал электронную лампу с двумя парами электродов внутри. Конечно, больше всего внимания изобретатель уделял эффектам, достигаемым благодаря переменным токам высокой частоты и высокого напряжения:

«Мы наблюдаем, как проявляется энергия переменного тока, проходящего по проводу, – не столько в проводах, сколько в окружающем пространстве, – довольно удивительным образом принимая свойства тепла, света, механической энергии и, что поражает более всего, даже химического сродства…

– Вот подключенная лампочка, подвешенная на проводе… Я сжимаю ее, и выступающая платиновая пуговка сильно раскаляется…

А здесь другая лампа, присоединенная к подводящему напряжение проводу. Если я дотрагиваюсь до ее металлического цоколя, она заполняется интересным многоцветным фосфоресцирующим сиянием…»

Разряды из катушек Теслы

В последнее время многие энтузиасты пытаются восстановить показательные эксперименты великого изобретателя.

«Вот я стою на изолированной платформе и привожу свое тело в контакт с одним концом вторичной обмотки электрического реактора… И вы видите потоки света, пробивающиеся с его дальнего конца, который приведен в состояние сильной вибрации…

Еще раз я присоединяю эти две пластины из металлической сетки к концам обмотки электрического реактора, и вы видите великолепный разряд, принимающий форму сияющих потоков света».

Тесла всегда подчеркивал, что большинство его изобретений родилось с помощью его незаменимого электрического реактора переменного поля разрядов. Любопытно, но изобретатель никогда не давал детальную схему действия своего «реактора», мотивируя это тем, что с его помощью можно подойти к созданию «лучей смерти».

Главный образ, который Тесла постоянно преподносил своим слушателям в качестве исчерпывающего объяснения всех своих поразительных опытов, был прост, но таинственен: «Это все, – как говорил исследователь, – наполненный энергией светоносный электрический эфир».

Например, он демонстрировал двигатель на одном электропроводе, второй контакт был присоединен к «эфирному пространству», при этом изобретатель рассказывал о создании электропланов с двигателями, работающими совершенно без проводов. А однажды он презентовал аудитории проект своего ракетоплана-ионолета, черпающего энергию прямо из «глубин космоса»:

«Вполне возможно, что такие беспроводные электродвигатели, как их можно называть, могут заряжаться энергией на значительных расстояниях благодаря электропроводности разреженного воздуха. Переменный ток, особенно высокочастотный, с поразительной легкостью проходит даже через чуть разреженный газ. А ведь вверху воздух разрежен. Чтобы подняться на несколько миль в космос, конечно, требуется преодолеть некоторые трудности – преимущественно механической природы. Нет сомнения, что благодаря высоким частотам и масляной изоляции светящиеся электрические разряды могут распространяться на многие мили в разреженном воздухе. И путем такой передачи электричества через огромные расстояния двигателями мощностью в несколько сотен лошадиных сил или лампами можно управлять из стационарного источника…

У нас не будет необходимости передавать энергию таким способом. Нам совсем не надо будет передавать энергию. Еще до того как минует несколько поколений, наши механизмы будут приводиться в движение силой, доступной в любой точке Вселенной. Эта идея не нова… Мы встречаем ее в чудесном мифе об Антее, который получал энергию от земли; мы встречаем ее среди глубоких рассуждений одного из ваших блестящих математиков… Во всем космосе есть энергия. Кинетическая это энергия или статическая? Если она статическая, то наши надежды напрасны; если кинетическая и мы знаем, что так оно и есть, то это просто вопрос времени, когда люди смогут подключать свою технику к механизму природы…»

Патентная схема системы передачи электрической энергии: D, D’ – антенны-излучатели; В – антенный провод; А, А’– внутренняя катушка; С, С’ – внешний контур; G – ползунковые контакты; L – ламповая нагрузка; М – механическая нагрузка

Патентная схема аппарата для передачи электрической энергии, составлявшего основу проекта «Ворденклиф»:

P, D, V – элементы внешнего излучателя; F, Y, D’, B’ – конструкция мачты; В – катушка индуктивности; F ’ – резонансный трансформатор; А – внутренняя обмотка; С – внешняя обмотка; G – конденсатор; Е – заземление

Проследить деятельность Теслы в этот период просто невозможно. Кажется, будто он одновременно присутствует везде, работая в нескольких перекликающихся и взаимосвязанных областях, но всегда с электричеством – таинственной материей, основой его исследований. Для него электричество было скорее жидкостью с трансцендентными силами, которые «снисходят» до подчинения физическим законам, но никак не потоком дискретных частиц (или волновых пакетов), послушных законам механики, как это принято в современной теории.

Патентная схема утилизации потока электрической энергии излучения:

Р – приемная антенна; Т, Т’, d, R – элементы контура; Р’ – заземление; С – конденсатор; а, b, M – элементы реле; В – питание реле; Р, s – обмотки трансформатора; k, S – излучатель

Патентная схема Теслы беспроводной передачи электрических сигналов: D1, D2, d1, d2, d3, d4, d5 – антенны; S1, S2, S3, S4, S5, P1, P2, P3 – катушки индуктивности; С – емкость; R – сопротивление; L – индуктивность

В это же время изобретатель продолжал совершенствовать свои генераторы переменного тока, выпуская их с известным промышленником Вестингаузом на совместном предприятии «Вестингауз Электрик». Тесла также продолжал вести яростную идеологическую войну со сторонниками постоянного тока, возглавляемыми Эдисоном, и разрабатывать уникальные радиоуправляемые модели транспортных средств. Он постоянно участвовал в работе различных форумов и выставок, где его экспозиция с действующими приборами и оборудованием производила фурор.