«Я передать энергию хочу по беспроводному лучу!..»

 

 

«Я передать энергию хочу по беспроводному лучу!..»

 

image001.jpg

 

Эти самодеятельные строчки знакомого инженера, по-мое­му, как нельзя лучше выра­жают мечту многих специа­листов. Она зародилась у самых истоков практической электро­техники. Но если в передаче информационных, маломощных потоков энергии людьми дос­тигнуты огромные успехи — пе­редачи радио и телевидения принимаются сегодня повсюду, то с передачей мощных пото­ков дело обстоит значительно хуже. Но вовсе не бесперспек­тивно!

 

...Во Франции разработан и испытан способ на основе эле-ктромэ! ниткой индукции. Излу­чатель энергии состоит из ка­тушки с магнитным сердечни­ком, по которой протекает ток частотой в десятки килогерц. Приемное устройство — тоже катушка с магнитным сердечни­ком — монтируется в любой электроприбор. Когда прибор находится неподалеку от излу­чателя, возникает электродви­жущая сила и прибор начинает работать. Причем в пределах одного помещения можно под­питывать от одного излучателя сразу несколько бытовых при­боров.

 

Однако все это — лишь эпи­зоды. До широкой практики — далеко. Слишком велики поте­ри энергии при передаче. Цели достигает — в лучшем слу­чае! — лишь пятая ее часть. Быть может, тогда есть смысл воспользоваться рецептом сто­летней давности?..

 

В 1893 году на съезде Ас­социации электрического осве­щения в Сант-Льюисе сербский изобретатель Никола Тесла, долгие годы работавший в США, продемонстрировал лам­пы, горевшие без проводов, электромотор, вращавшийся без подключения к электросети. Эту необычную экспозицию Тес­ла прокомментировал так:

 

«...Несколько слов об идее, постоянно занимающей мои мысли и касающейся нас всех. Я имею в виду передачу сиг­налов, а может быть, даже энергии на любое расстояние без проводов... Мы уже знаем, что электрические колебания могут передаваться по единст­венному проводнику. Почему же не воспользоваться для этой цели землей?..»

 

То, что это были не пустые слова, Никола Тесла доказал спустя несколько лет. Добив­шись грандиозного успеха в создании крупнейшей в те годы Нагарской ГЭС, изоб­ретатель стал увлеченно рабо­тать над проектом... мировой энергетической системы. Он был абсолютно уверен в реаль­ности проекта. Он заявил, что Всемирная выставка 1903 года в Париже будет освещена ниагар­ской электроэнергией, передан­ной... без проводов. Уверен­ность придавали Тесле не толь­ко теоретические разработки, но и серия экспериментов, про­веденных в уникальной лабора­тории в Колорадо-Спрингсе в 1899—1900 годах.

 

Сведения о них приведены в книге Джона О'Нейла «Элект­рический Прометей». «В Коло­радо-Спрингсе,— говорится там,— Тесла не просто устра­ивал искусственные громы, а провел испытание системы беспроводной передачи энер­гии. Ему удавалось питать то­ком, извлекаемым из земли во время работы гигантского вибратора, 200 электрических лампочек накаливания, распо­ложенных в 42 км от его ла­боратории. Мощность каждой из них составляла 50 Вт, так что суммарный расход энергии составлял 10 кВт, или 13 л. с. Тесла утверждал, что КПД пере­дачи превышал 95%, и был убежден, что с помощью 300-сильного вибратора смог бы зажечь дюжину электричес­ких гирлянд по 200 электри­ческих лампочек в каждой, раз­бросанных по всему земному шару».

 

image003.jpg

 


Рис. 1. Аккумулирование зарядов у однополюсного источника: сле­ва — в емкости уединенного шара; справ а—в ионизированном газе.

 

Что же это за аппарат, с помощью которого электро­энергию можно передавать на любое расстояние во всепланет­ном масштабе? Инженер из Сочи Леонид Алиханов провел его инженерно-криминалисти­ческую экспертизу. Вот что по­лучилось.

 

Сердцем вибратора, считает инженер, «был гигантский тран­сформатор системы Тесла. Он имел первичную обмотку из нескольких витков толстого провода на ограде диаметром 24,4 м и размещенную внутри ее с большим воздушным зазо­ром многовитковую однослой­ную вторичную обмотку на цилиндре из диэлектрика. Пер­вичная обмотка вместе с кон­денсатором, индукционной ка­тушкой и искровым промежут-. ком образовывала колебатель­ный контур — преобразователь частоты. Над трансформато­ром, располагавшимся в цент­ре лаборатории, возвышалась деревянная башня, увенчанная на высоте 60 м большим мед­ным шаром. Один конец выхо­да трансформатора соединялся с этим шаром, другой — зазем­лялся. Все это устройствопиталось от отдельной динамо-машины мощностью в 300 л. с. В нем возбуждались электро­магнитные колебания частотой 150_кГу_(длина волны 2 тыс. м), при этом рабочее напряжение в высоковольтной цепи состав­ляло 30 тыс^З, а резонирующий потенциал в шаре достигал .100_млн. В^...».

 

Теперь, наверное, понятно, откуда появлялись искусствен­ные молнии, описанные в книге. При столь высоком потенциале электрическая искра способна пробивать воздушный проме­жуток значительной величины. Но каким образом запитыва-лись электролампы на расстоя­нии 42 км от работающего вибратора?..

 

Известные способы беспро­водной передачи энергии — скажем, по воздуху — не позво­ляют передавать с малыми по­терями мощности, достаточные для питания электролампочек. Наибольшая величина мощности, принимаемая на таком расстоянии от радиопередатчи­ка, составила бы на три порядка меньшую величину, чем требу­ется. Поэтому Тесла пошел дру­гим путем. Вспомните, на съезде в Сант-Льюисе он гово­рил о применении в качестве проводника земли! Отсюда и давайте исходить.

 

Использование земли в ка­честве второго проводника давно известно, скажем, в сис­темах связи — для работы по­левого телефона вполне доста­точно одного провода (рис. 1). Так же работает и трамвай — ему в отличие от троллейбуса в качестве второго провода служат заземленные рельсы... Тесла смотрел еще дальше. Как говорится в книге «Электриче­ский Прометей», изобретатель «накачивал» в землю и извле­кал оттуда поток электронов:

 

«Частота «накачки» и «откач­ки» составляла около 150 ты­сяч Гц, что соответствовалодлине волны порядка 2000 м. Распространяясь концентриче­скими кругами все дальше от Колорадо-Спрингса, волны за­тем сходились в диаметраль­но противоположной точке зем­ли. Там вздымались и опада­ли волны большой амплитуды в унисон с поднятыми в Колора­до. Опадая, такая волна посы­лала электрическое эхо обрат­но в Колорадо, где электриче­ский вибратор усиливал вол­ну...»

 

Ну, хорошо, допустим, вслед за Теслой мы определим тот участок диапазона электромаг­ нитных волн, в котором элект­рические колебания наилучшим образом распространяются в почве, и запустим их туда. Но как извлечь энергию из «элект­рической земли»? Тесла поду­мал и об этом. «Если приве­сти всю землю в состояние
электрической вибрации,—читаем в книге дальше,— то в каждой точке ее поверхности мы будем обеспечены энер­гией. Ее можно будет улавли­вать из мечущихся между элек­трическими полюсами волн простыми устройствами, напо­добие колебательных контуров в радиоприемниках, только за­земленными и снабженными сравнительно небольшими ан­теннами, высотой с сельский коттедж...»

 

Назначение колебательного контура и его устройство в принципе понятно. Но зачем ан­тенна? Каким все-таки образом Тесла предполагал замкнуть ра­зорванную электрическую цепь между источником энергии и ее потребителем? Первое, что приходит на ум — воспользо ваться проводящими свойст­вами некоторых слоев атмос­феры. Как известно, ионосфера может неплохо проводить электрический ток. Но до нее надо еще добраться, она нахо­дится на высоте десятков кило­метров над планетой, а тут антенна высотой всего «с сель­ский коттедж»... Может, Тесла воспользовался каким-то дру­гим способом?

 

Да, скорее всего речь идет об аккумулировании заря­да у однополюсного источника. Его можно аккумулировать не только в ионизированном газе (рис. 2а), но и в собст­венной емкости уединенного шара-проводника (рис. 26).. Словом, ключ к проблеме — в создании эффективных одно­полюсных источников тока. Ра­ботают такие источники следу­ющим образом.

 

В обычном состоянии земля и воздух практически электро­нейтральны. Но вот заработал вибратор. Словно своеобразный насос, он начинает «накачивать» в землю носители электриче­ского заряда — отрицательно заряженные электроны. Откуда он их берет? Из воздуха. Та­ким образом в атмосфере вок­руг антенны скапливается все большее количество поло­жительно заряженных частиц — ионов. Положительный заряд возрастает до тех пор, пока воздушная прослойка не пере­стает выполнять обязанности изолятора,— тогда в землю бьет искра искусственной мол­нии. Плюс замыкается на ми­нус, среда нейтрализуется, и за­ряды можно накапливать сно­ва.

 

image005.jpg

 


Рис. 2. Принципиальная схема од-нопроводной передачи энергии от источника А к получателю Б. (Стрелками условно обозначено движение электронов

 

Так работает генератор. Если же наша установка действует в реяв.-* потребления энер--: - .-вя из почвы заряды, она на­капливает их на антенне и в конце концов замыкает сквозь воздух, скажем, на положитель­но заряженную тучу.

 

Заметьте, для простоты рас­суждений мы рассматривали и генератор, и источник посто­янного тока. Но ведь в установ­ке Теслы работал переменный ток, каждый полупериод меня­ющий свое направление! А это значительно упрощает дело, позволяет обойтись и без гро­зовых разрядов. Достаточно на конце антенны поставить метал­лический шар, который станет служить аккумулятором за­рядов. Первый полупериод он накапливает, скажем, отри­цательные заряды, второй же полупериод он отдает их, полу­чая взамен положительные.

 

И так все время...

 

Тесла был настолько уверен в правильности расчетов, что в начале XX века с присущим ему размахом начал сооружать вблизи Нью-Йорка башню «Все­мирного телеграфа». «Недавно я задумал установку, которая передавала бы без проводов для начала десять тысяч лоша­диных сил. Энергию можно бу­дет получать любыми порция­ми в любом месте Земли,— писал он по этому поводу в начале 1905 года.— Проект можно завершить этой зимой, а если некоторые подготовитель­ные работы удастся закончить в течение сезона, то машина заработает в полную силу к кон­цу будущей осени...»

 

Однако установка так и не за­работала — ни «к началу буду­щей осени», ни когда-либо во­обще. Гениальный изобретатель не отличался практичностью. Собственных денег было негус­то, а финансовые тузы не ре­шились раскошелиться. Поче­му? Да потому, что «энергию можно будет получать любыми порциями в любом месте Земли...». А значит — бесплат­но. С этим финансисты не за­хотели смириться: электроэнер­гия становилась ценным това­ром. Почти как керосин...

 

Напрасно пришедший в от­чаяние изобретатель разразил­ся знаменитой статьей «Пере­дача электрической энергии без проводов как средство достижения мира».

 

«...3 июля 1899 года я открыл земные стоячие волны,— писал он.— Тогда казалось, что потребуется не более года, что­бы опоясать планету моим бесп­роволочным обручем. Увы! Первая станция «мирового те­леграфа» еще недостроена, ее сооружение хоть и продвигает­ся, но за последние два года оно печально замедлилось. И та машина, которую я заду­мал,— игрушка, осциллятор, дающий всего тысячи лошади­ных сил, но способный тем не менее потрясти мир,— когда же будет готов хотя бы он? Когда ток, более сильный, чем у сварочного аппарата, потечет сквозь всю Землю, когда энер­гия тысяч Ниагарских водопа­дов осветит Вселенную молния­ми — молниями, которые раз­будят спящих электриков Мар­са и Венеры, если они только там есть?..»

 

Увы, никто не собирался бу­дить электриков Марса и Вене­ры. Никто не бросился отдавать центы и доллары, чтобы элект­рические Ниагары объединили весь мир в единое целое. Планета стояла накануне пер­вой мировой войны, многие страны лихорадочно готовились к ней. И снабжать будущего противника бесплатной элект­роэнергией — нет уж, уволь­те!..

 

Строительство сначала оста­новили, а затем подрядчики вывезли уже поставленное оборудование. Башня недостро­енного телеграфа осталась без применения. Спустя несколько лет ее снесли...

 

Все это надломило впечат­лительного человека, много лет работавшего без отдыха. Тес­ла прожил еще долгую жизнь— он умер восьмидесятишести­летним в 1943 году, но больше не предлагал грандиозных проектов. Вскоре он совсем перестал интересоваться элек­тротехникой и изобретательст­вом.

 

Быть может, дело его жизни доведете до конца вы?.. Тогда торопитесь, вас могут опере­дить. Ведь опыты, подобные тем, что описаны в самом на­чале, продолжаются...

 

В. ПЕТРОВ, инженер

3 «Юный техник» № 1

Прочитана 1893 раз