Никола Тесла

ПРЕДИСЛОВИЕ

В дни десятилетия Октябрьской революции активисты Киевского общества друзей радио и работники Киевского политехнического института устроили выставку электро– и радиооборудования. Мне было шестнадцать лет, когда вместе с несколькими приятелями, такими же начинающими радиолюбителями, я попал на эту выставку.

В одной из подвальных комнат мы увидели странное сооружение. На полу в центре комнаты стояла картонная труба метра два высотой, обмазанная смолой и обмотанная проводом.

Студент-политехник в фуражке с черным лакированным козырьком и темно-зеленым бархатным околышем, на котором поблескивал золотом значок – скрещенные молоток и разводной ключ, погасил свет, включил рубильник. Яркие молнии окутали черную смоленую трубу. По комнате заметались огненные зигзаги.

– Что это? – робко спросил кто-то из моих друзей.

– Тесла, – небрежно и высокомерно ответил студент. Это был высоковольтный высокочастотный резонансный трансформатор Теслы. Мы не знали еще тогда о существовании электрика-изобретателя Николы Теслы. Для нас слово «Тесла» означало не фамилию человека, а название аппарата. Но какого аппарата! Удивительнейшего из удивительных. И в наши дни опыты с трансформатором Теслы являются одними из самых эффектных электротехнических демонстраций.

Быть может, именно в тот день у многих из нас окончательно созрело решение посвятить себя электротехнике, избрать в ней область токов высокой частоты.

Никола Тесла является одним из творцов промышленной электротехники переменных многофазных токов. В конце прошлого века им были созданы первые конструкции двухфазных генераторов и электродвигателей. Дальнейшее развитие электротехники переменного тока пошло но пути трехфазных систем, создание которых связано с именем Михаила Осиповича Доливо-Добровольского. Здесь уместно привести слова самого Доливо-Добровольского из его статьи, написанной в 1917 году: «…Открытие трехфазного тока не есть единичное открытие; дело идет даже не только о многих типах электродвигателей, но о принципах конструкций и расчетов; вопрос охватывает схемы включения, трансформаторы и расположение первичных машин, то есть «электрическую систему». Это уже больше не отдельные независимые вопросы, а комплексная область». И далее с большой похвалой Доливо-Добровольский отзывается об исследованиях Теслы.

Другой цикл работ, проведенный Николой Теслой, относится к токам высокой частоты, беспроволочной передаче электроэнергии.

Здесь необходимо сказать несколько слов об общей обстановке, в которой проводились опыты по беспроволочной передаче электроэнергии.

В 1873 году Максвелл опубликовал свой знаменитый трактат об электричестве и магнетизме. Этим было завершено построение общей теории электромагнитных явлений. В дальнейшем уже не было обнаружено ни одного факта, который бы не укладывался в рамки теории Максвелла.

В 1889 году вышла в свет работа Генриха Герца «Силы электрических колебаний в соответствии с теорией Максвелла». В ней был дан количественный расчет мощностей, передаваемых при помощи электромагнитного излучения.

Экспериментальные и теоретические исследования Герца окончательно установили, что электрическая энергия может быть передана без проводов тремя различными способами: электрической индукцией, электромагнитной индукцией и, наконец, электромагнитной волной.

Исследователи в различных странах обратилась к решению поставленной жизнью задачи – осуществлению беспроводной передачи электромагнитных волн. Это был коллективный труд, кооперация современников, многие из которых даже не знали о существовании друг друга, но работали в одном направлении, двигали общее дело.

Говоря о передаче сигналов без проводов, мы в первую очередь называем Александра Степановича Попова, который уже в 1895 году демонстрировал радиоприемное устройство – свой знаменитый грозоотметчик.

Тесла много занимался беспроводной передачей сигналов, для чего им был создан специальный резонансный трансформатор и впервые в мире применил антенное устройство.

Электромагнитные волны Тесла с успехом применил не только для передачи телеграмм, но и для передачи сигналов управления различными механизмами. Тесла построил модель радиоуправляемого судна и потому по справедливости может быть назван родоначальником радиотелемеханики.

Он поставил перед собой и еще более грандиозную задачу: передавать без проводов не только слабые телеграфные или телефонные сигналы, но также и большие количества энергии, достаточные для питания мощных электрических устройств.

Нужно четко различать передачу сигналов от передачи энергии. Смешение этих понятий недопустимо.

При передаче сигналов могут иметь место потери, которые во много раз превышают полезную мощность, получаемую приемником. Тысячи киловатт излучает мощная современная радиовещательная станция, а радиоприемник получает ничтожные доли ватта (часто меньше одной миллиардной доли от энергии, излученной передатчиком). Энергия радиоволны, уловленной приемником, не может выполнить ощутимой работы; необходим вспомогательный источник энергии (электросеть, батарея и т. п.), чтобы привести радиоприемник в действие.

При передаче энергии для силовых целей дело должно обстоять иначе, чем при передаче сигналов: приемник должен получать значительные мощности, и потери при передаче должны быть малы. Поэтому при силовой передаче совершенно недопустимо посылать энергию во все стороны: «Всем, всем, всем!» – как это делается при радио– или телевещании. При силовой передаче энергия от передатчика должна направляться к каким-то вполне определенным приемникам. При силовой передаче электромагнитные волны должны не свободно распространяться во все стороны, а идти сосредоточенным потоком-лучом.

Передавать электроэнергию на значительное расстояние с малыми потерями электромагнитным лучом можно только при помощи очень коротких радиоволн. За последние два десятилетия созданы электронные приборы (генераторы с группированным электронным потоком), которые позволяют получать большие мощности на очень коротких волнах. Созданы также антенны, обладающие высокой направленностью, дающие возможность производить и излучать концентрированные потоки электромагнитных волн.

В конце прошлого века, когда вел свои опыты Тесла, не существовало реальных путей к получению значительных мощностей на коротких волнах. Да и в высказываниях Теслы ничего не говорится о необходимости применения направленных потоков волн. Его положения о возможности передавать электроэнергию без проводов с малыми потерями, используя колебания потенциала земного шара, основаны на недоразумениях и ошибках.

Однако подобно тому как алхимик Бранд в поисках несуществующего «философского камня» кипятил мочу и в конце концов нашел новый химический элемент – фосфор, так и Тесла в результате своих опытов по передаче электроэнергии хотя и не достиг главной цели, все же создал ряд новых важных электротехнических аппаратов. В первую очередь это упомянутый резонансный трансформатор. Тесла дал первую практическую разработку принципа использования явления резонанса для получения высоких электрических напряжений. Этот принцип ныне широко применяется во всех ускорителях заряженных частиц для ядерных исследований. Резонансные ускорители – важная отрасль современной экспериментальной ядерной физики.

Возвращаясь к вопросу о беспроволочной передаче энергии, необходимо заметить, что и в наши дни, когда есть уже технические предпосылки для ее осуществления, такая передача во многих случаях оказывается неэкономичной, нецелесообразной. Например, передавать энергию от электростанций к центрам потребления, видимо, всегда будет выгоднее кабельными и воздушными линиями, а не волновым потоком.

Тесла демонстрировал лампы, светящиеся без проводов. В наше время подобные опыты показывают иногда даже в цирке. Но вряд ли электросветильники без проводов надо вводить в быт. Для действия беспроводных светильников необходимы сильные электромагнитные поля. Пребывание в таких полях не безразлично для человеческого организма, к тому же для действия беспроводных светильников расходуется энергии больше, чем в обычных лампах.

Однако ряд направлений беспроволочной передачи энергии широко применяется и усиленно разрабатывается в современной технике. В первую очередь необходимо назвать высокочастотный электронагрев, при котором энергия передается на расстояния всего лишь в несколько сантиметров. Но это дает во многих случаях огромный эффект. Так производят поверхностную закалку стальных изделий, сушку, стерилизацию, плавят различные высококачественные сплавы, оптические стекла, нагревают заготовки для ковки и штамповки и пр.

В 1943 году в Москве впервые в мире была продемонстрирована возможность беспроводной передачи энергии наземному транспорту при помощи токов высокой частоты. В 1958 году пущена в промышленную эксплуатацию установка подземного высокочастотного транспорта на одной из шахт Донбасса.

Высокочастотное безконтактное энергопитание представляет большой интерес и для городского транспорта и для снабжения энергией различных сельскохозяйственных машин.

В 1954 году в Донбассе были проведены опыты по разрушению горных пород концентрированным потоком высокочастотной энергии.

Надо ожидать, что проблемы беспроводной передачи электроэнергии будут интенсивно разрабатываться и в электротехнике грядущих десятилетий. Инициатива Теслы будет вдохновлять новые поколения исследователей-электриков.

Разные исследователи идут разными путями к своим изобретениям и обобщениям. Многие начинают с подробных расчетов, точных вычислений. У Теслы же на первом месте была игра воображения. Описывая свои опыты в Колорадо с токами высокой частоты высокого напряжения, Тесла не дает детальных описаний своих приборов, не приводит данных точных измерений. Он рассказывает о том, как обострились его зрение и слух, как благодаря приподнятости духа он мог быстрее делать свои умозаключения. Некоторые строки из научных работ Теслы напоминают предсказания библейских пророков своей туманностью и неопределенностью.

Тесла видел конечные цели своих исследований, но не всегда мог ясно представить всю ту долгую дорогу, которая могла бы привести к этой конечной цели. Он пренебрегал отдельными деталями, а некоторые стороны проблемы представляй себе неточно и подчас неверно.

В работах Николы Теслы можно найти немало положений, ошибочных с позиций современной электротехники. Но с какой меркой подходить к оценке этих «ошибок» Теслы?

Вспомним, как ложные, давно отвергнутые научные теории о «теплороде», «флогистоне», «электрических жидкостях» в свое время помогли глубже познать природу и в конечном счете воздвигнуть величественное здание современной науки. Из работ Николы Теслы выросли и развились многие отрасли современной электротехники. Его предложения и идеи до сих пор продолжают волновать исследователей, звать к новым поискам.

В заключение, быть может, стоит сказать о трагедии одиночества Николы Теслы. В прошлом веке авторами изобретений и открытий часто бывали исследователи-одиночки. С началом нашего века положение изменилось. Серьезные исследования стало возможным вести только в больших лабораториях с дорогостоящим оборудованием, большими коллективами работников: на смену «кустарному», «героическому» периоду истории техники пришел период организованного коллективного исследовательского труда. Особенно болезнен был этот переход в условиях капиталистического общества, где научная и техническая деятельность всегда подчинялась идее наживы.

Тесла начал как изобретатель-одиночка и в дальнейшем не сумел войти в какой-либо коллектив или создать свой исследовательский коллектив. За последние десятилетия своей жизни Тесла не смог внедрить в практику ни одного нового предложения.

В наши дни в Советском Союзе проблемы электротехники, автоматики и другие, над которыми когда-то работал Тесла, изучаются большими коллективами на заводах и в исследовательских институтах. В подготовке и проведении одного-единственного опыта теперь участвует иногда много сотен и даже тысяч людей.

Имя Теслы забыть нельзя. Его работы не только в прошлом, они пронизывают современную технику и открывают пути в ее будущее.

Молодым исследователям Советского Союза будет интересно и поучительно познакомиться с жизнью Николы Теслы, со взлетами и падениями этого гениального мечтателя.

Г. И. Бабат