Юный техник, 2015 № 08

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ По следам Теслы

Говорят, Тесла был человеком очень необычным. Он спал всего 2 часа в сутки, мог пройтись по улице колесом, свободно говорил на 8 языках… А еще страдал боязнью микробов, поэтому при каждой возможности мыл руки. Кроме того, еще с детства ему являлись видения, и он, как утверждают, таким образом умел предвидеть будущее. Однажды он спас своих знакомых, посоветовав им не садиться на поезд, который вскоре потерпел крушение.

Надо сказать, что отец Николы, священник, никогда не одобрял занятий своего сына. Он настаивал, чтобы тот непременно шел в семинарию. Мальчик сначала сопротивлялся, а потом. заболел. Да так сильно, что отчаявшийся отец даже пообещал сыну, что, если тот выздоровеет, препятствовать ему в выборе профессии уже не будет. Никола вскоре пошел на поправку.

Еще учась в Пражском университете, Тесла заинтересовался переменным током. Преподаватели смотрели на ученика как на ненормального, поскольку в то время все исследования велись лишь с постоянным током.

В 1882 году Тесла купил билет на пароход и отправился в Америку к известному изобретателю Эдисону. Поработав у него какое-то время, Тесла уволился разочаровавшись оплатой, и спустя время принял выгодное предложение компании «Ниагарские водопады», попросившей построить мощный генератор переменного тока.

Получив оплату, Тесла получил возможность экспериментировать. И в 1893 году на Всемирной выставке в Чикаго устроил целое представление, удивившее как специалистов, так и обычных посетителей. Например, он пропускал через свое тело ток в 2 млн. В без всякого вреда для себя. Потом он объяснил свой трюк — сила тока высоких частот несмертельна, потому что он проходит по поверхности тела.

В 1899 году в Колорадо-Спрингс Никола Тесла без каких-либо проводов смог зажечь сразу 200 электрических лампочек. Причем это «светопредставление» сопровождалось раскатами грома и 40-метровыми молниями.

После этого ученому поступило новое предложение — построить в Нью-Йорке Всемирный центр беспроводной передачи энергии «Ворденклиф». Однако в 1905 году строительство было прервано. Спонсоры решили, что им будет трудно взимать плату с людей за электричество, которое те смогут черпать прямо из атмосферы.

Тесла расстроился и вскоре практически перестал общаться с внешним миром, продолжая, тем не менее, вести исследования, которые, по его мнению, могли пригодиться будущим поколениям. А когда он умер, оказалось, что большая часть его документов и записей таинственно исчезла, а то, что осталось, было сильно повреждено внезапно начавшимся пожаром.

С той поры изобретатели многих стран ищут способы передачи энергии на расстояние без проводов с возможно меньшими потерями. Хотя до эффектных опытов Теслы еще далеко, кое-что сделать им удается.

Так, несколько лет назад американская компания Energous разработала метод беспроводной зарядки электронных устройств. Прототип генератора может излучать 10 Вт, этого более чем достаточно для зарядки смартфона или планшета на расстоянии до 4,7 м. Компания надеется вскоре выпустить свою разработку на рынок.

Причем, когда речь заходит о беспроводной зарядке, обычно говорят о магнитном резонансе и двух катушках, играющих роль антенн, настроенных на определенную частоту. При передаче электроэнергии одна катушка наводит электромагнитное поле в другой. На этом способе основаны почти все современные беспроводные технологии зарядки. Все, кроме Energous.

Как пишет журнал Technology Review, компания Energous использует иную технологию, включающую в себя «множество маленьких антенн». Эти антенны посылают радиоволны ближайшим мобильным устройствам, которые находит через Bluetooth.

Генератор Energy Router может передавать энергию сразу нескольким потребителям даже во время их перемещения. Эксперты полагают, что для передачи энергии с минимальными потерями формируется некий пучок направленного электромагнитного излучения. Однако даже при этом КПД устройства составляет не более 20 %, да и «дальнобойность» передачи оставляет желать лучшего.

Еще одно подобное устройство создали физики под руководством Ярослава Уржумова из Университета Дьюка. Его основная часть, как пишет журнал Scientific Reports, — некая «суперлинза», которая представляет собой квадрат со стороной 40 см, состоящий из множества отдельных ячеек. Внутри них опять-таки находятся небольшие медные антенны. Во время работы устройство помещают между приемником и передатчиком, роль которых выполняют магнитные катушки. Задача «суперлинзы» заключается в том, чтобы сконцентрировать поле в направлении передатчика и сделать перенос энергии более эффективным.

Индукция между катушками с переменным током без использования линзы крайне неэффективна. Точнее, с увеличением расстояния эффективность этого процесса падает пропорционально 6-й степени расстояния. Например, для электромагнита полуметрового размера эффективность передачи на расстоянии в 1,5 м составляет около 10-й доли процента. Созданное физиками устройство позволяет увеличить это значение приблизительно в 5 раз. Однако и этого для практических целей маловато.

Беспроводная зарядка для мобильных устройств и ее схема.

Чтобы не заканчивать наше повествование на печальной ноте, поговорим о самой последней — и, судя по всему, успешной — попытке. Ею стало испытание системы, разработанной японской компанией Mitsubishi Heavy Industries для накопления солнечной энергии в космосе и передачи ее на Землю.

В экспериментальной установке передатчик и приемник энергии были расположены на расстоянии 500 м друг от друга. Излучение мощностью 10 кВт было передано в микроволновом диапазоне, а об успехе передачи ученым сообщил светодиодный индикатор, установленный на приемнике. Компания, правда, не сообщила, какое количество энергии в процентном отношении достигло приемника. В предыдущих испытаниях технологии, проводившихся на Гавайях, только незначительная часть энергии (около 1 %) преодолела расстояние от одного острова до другого.

Вопрос потери энергии исключительно важен, поскольку планы компании включают в себя запуск спутников на геостационарную орбиту на высоту 36 000 км для сбора и передачи солнечной энергии. Поэтому в процессе эксперимента была также проверена технология ориентирования пучка энергии в пространстве, предназначенная для предотвращения рассеивания. Кроме того, во внимание были приняты соображения безопасности. Наземная станция с приемником, по планам, будет располагаться на искусственном острове в Токийском заливе. Так что точная фокусировка пучка необходима ввиду близости столицы Японии.

В настоящее время японское космическое агентство JAXA, а также некоммерческая полугосударственная организация «Японские космические системы», являющиеся заказчиками технологии, разрабатывают два варианта поставки солнечной энергии.

Один из них включает в себя огромную квадратную панель с длиной стороны 2 км, верхняя часть которой будет покрыта фотогальваническими элементами, а нижняя — передающими антеннами. Системы управления и коммуникации будут располагаться в отдельном блоке, связанном с панелью 10-км проводами. Другой вариант предполагает установку огромных зеркал рядом с двумя солнечными панелями. Эти зеркала, находясь в свободном полете, без привязки (в прямом смысле) к панели или передатчику, будут круглосуточно отражать солнечный свет на панели.

В то же время изобретатели думают и над тем, как на практике применять устройства, использующие «энергию из окружающей среды». Так, компания Volvo заявила, что совместно со шведским транспортным управлением строит экспериментальный участок дороги длиной около 500 м. По специальному покрытию будет курсировать автобус Hyper Bus, который будет заряжаться по воздуху.

Кстати, электробусы Volvo Hyper Bus уже ездят по шведскому городу Гетеборгу. Однако они пополняют заряд своих аккумуляторов в самом конце маршрута — через специальную установку с быстрой проводной зарядкой. Время полной «заправки» составляет от 5 до 8 минут.

Если эксперимент с новыми дорогами удастся, то автобусы Volvo Hyper Bus смогут подзаряжаться во время движения по маршруту.

В любом случае, рано или поздно на смену традиционным зарядкам придут новые технологии, которые окажутся более экономичными и смогут всегда выручить вас, если в зоне доступности не окажется электророзетки. Это поможет не прервать важный разговор, отправить экстренное сообщение, закончить срочную работу или просто скоротать время за развлечениями в дороге или при ожидании. Не исключено, что в самом ближайшем будущем электрическая подзарядка вообще уйдет в прошлое, а портативные устройства, подключаемые к розетке, станут архаизмом.

Схема экспериментальной установки для получения энергии из космоса и внешний вид приемных антенн.