Беспроводная передача электрической энергии

 

К концу 1898 года планомерные исследования, проводившиеся в течение ряда лет с целью разработки способа передачи электрической энергии в естественной среде, привели меня к осознанию необходимости решения трех важных задач: во-первых, создать передатчик большой мощности; во-вторых, разработать метод индивидуализации характеристик энергии и выделения энергии; и в-третьих, выяснить закономерности распространения токов в земле и в атмосфере. Разные причины, не последней из которых была помощь, предложенная моим другом Леонардом Куртисом и электрической компанией «Колорадо-Спрингс», склонили меня к выбору для экспериментальных исследований обширного плато на высоте двух тысяч метров над уровнем моря по соседству с восхитительным курортом, куда я добрался в конце мая 1899 года. Не прошло и нескольких дней моего пребывания там, как я поздравил себя с удачным выбором и приступил к работе, к которой давно готовился, с чувством благодарности, полный вдохновляющих надежд. Идеальная чистота воздуха, бесподобная красота неба, впечатляющий вид высокого горного хребта, безмолвие и покой этого места — всё способствовало созданию идеальных условий для научных исследований. Ко всему этому нужно добавить бодрящее действие прекрасного климата и необыкновенную обостренность восприятий. В таких местах органы чувств испытывают ощутимые физические изменения: глаза обретают исключительную зоркость, слух очищается и становится более восприимчивым к звукам. Здесь можно явственно различать объекты на таких расстояниях, что предпочитаю, чтобы их засвидетельствовал кто-нибудь другой; я слышал — и за это готов ручаться — раскаты грома с расстояния в семьсот или восемьсот километров. Причем мне удавалось воспринимать их с опережением по времени (если бы ожидание прихода звука не было еще столь утомительным), которое с точностью определял электрический контрольный прибор, и оно составляло почти целый час.

 

Экспериментальная лаборатория в Колорадо-Спрингс

 

В середине июня, пока шли приготовления к новой работе, я установил один из принимающих трансформаторов с целью определения новым экспериментальным методом электрического потенциала земного шара и изучение его циклических и казуальных колебаний. Эти опыты являлись частью тщательно и заблаговременно разработанного плана. Во вторичную обмотку был подключен высокочувствительный саморегулирующийся прибор для управления самописцем, в то время как первичный контур был соединен с землей и с надземным терминалом, положение которого можно было регулировать. Колебания потенциала вызывали электрические импульсы в первичной обмотке, которые генерировали вторичные токи, а те, в свою очередь, воздействовали пропорционально их интенсивности на чувствительный прибор и записывающее устройство. Земля, как выяснилось, буквально наполнена электрическими вибрациями, и вскоре эти интересные исследования поглотили всё мое внимание. Более благоприятных возможностей для таких исследований, какие я намеревался провести, невозможно было найти ни в каком ином месте. Земля Колорадо известна демонстрациями природных сил электричества. В ее сухой и разреженной атмосфере солнечные лучи обладают жестким поражающим воздействием. Я нагнетал пар в цилиндр, наполненный концентрированным соляным раствором, доводя давление до опасной черты, и станиолевая обшивка нескольких надземных терминалов сморщивалась в жарком огне. У экспериментального высоковольтного трансформатора, неосторожно оставленного под лучами заходящего солнца, расплавилась большая часть изоляционного покрытия, и он стал непригодным. Из-за сухости и разреженности воздуха вода превращается в пар, как в паровом котле, и в изобилии образуется статическое электричество. Разряды молнии, соответственно, происходят очень часто, и иногда они невероятно сильны. Однажды за два часа случилось приблизительно двенадцать тысяч разрядов, и все они были в радиусе определенно менее пятидесяти километров от лаборатории. Многие молнии напоминали исполинские огненные деревья, стволы которых направлялись вверх или вниз. Я никогда не видел огненных шаров и в качестве вознаграждения за этот пробел позднее преуспел в разгадке способа их образования и их искусственном воспроизведении.

Во второй половине того же месяца я несколько раз замечал, что разряды, происходившие на больших расстояниях, воздействовали на мои приборы сильнее, чем те, что были поблизости. Это меня сильно озадачило. В чем причина? Ряд наблюдений подтвердил, что такое не может происходить из-за разницы в интенсивности отдельных разрядов, и я без труда убедился, что это явление не было результатом разного соотношения между периодами моего принимающего контура и периодами земных возмущений. Однажды вечером, когда я с ассистентом шел домой, размышляя об этих явлениях, меня вдруг осенила мысль. Много лет тому назад, когда я писал главу своей лекции для выступления перед Институтом Франклина и Национальной ассоциацией электрического освещения, она уже приходила мне в голову, но тогда я отверг ее как абсурдную и неосуществимую. И теперь я ее вновь отбросил. Тем не менее моя интуиция была разбужена, и чутье подсказывало: я близок к большому открытию.

Это было третье июля — я никогда не забуду этот день, — когда я получил первое бесспорное экспериментальное доказательство истины потрясающего значения для прогресса человечества. В тот день на западе скопилась плотная масса мощно заряженных туч, и к вечеру разразилась неистовая гроза, которая, растратив большую часть своей ярости в горах, с огромной скоростью проносилась над равниной. Мощные и продолжительные разряды рождались почти с регулярными интервалами. Теперь моим исследованиям в немалой степени способствовало их оснащение, и благодаря приобретенному опыту они стали более точными. Я мог быстро управлять своими приборами и был хорошо подготовлен. Самописец был хорошо отрегулирован, и по мере удаления грозы его показания становились всё слабее и слабее, пока совсем не прекратились. Я продолжал наблюдать в напряженном ожидании. В самом деле, вскоре его показания возобновились, стали всё более усиливаться и после прохождения максимума постепенно уменьшились и опять прекратились. Это повторялось много раз через регулярные промежутки времени, пока гроза, двигавшаяся, как показывают несложные расчеты, с почти постоянной скоростью, не отдалилась на расстояние около трехсот километров. Но и тогда эти необычные действия не прекратились, а продолжали проявляться с неослабевающей силой. Позднее сходные результаты наблюдений получил и мой ассистент г-н Фриц Лоуэнстайн, а вскоре представилось еще несколько великолепных возможностей, которые убедительно и очевидно выявили истинную природу удивительного явления. Не оставалось никаких сомнений: я наблюдал стоячие волны.

 

Центральная электростанция и передающая башня для «Всемирного телеграфа» в Лонг-Айленде, Нью-Йорк

 

Так как источник возмущений отдалился, принимающий контур сталкивался последовательно (попеременно) с их подъемами и спадами. Как бы невероятным это ни выглядело, наша планета, несмотря на ее громадный объем, вела себя подобно проводнику ограниченных размеров. Колоссальное значение этого явления для передачи энергии с помощью моей системы стало совершенно ясным для меня. Открылась возможность не только посылать телеграфные сообщения на любое расстояние без проводов, как я это уже давно представлял, но и донести до любой точки земного шара тонкие модуляции человеческого голоса и, более того, передавать энергию в неограниченных количествах на любое земное расстояние и почти без потерь.

 

Экспериментальная лаборатория в Колорадо-Спрингс

 

Видя такие изумительные возможности и имея экспериментально подтвержденное свидетельство того, что отныне их осуществление — лишь вопрос специальных знаний, настойчивости и умения, я энергично взялся за разработку усиливающего передатчика, однако не столь большой мощности, как я думал первоначально, моей целью было изучение и подбор наиболее подходящего передатчика. Это по существу должен быть контур с очень высокой степенью самоиндукции и малым сопротивлением, который по своему устройству, способу возбуждения и действия может считаться диаметральной противоположностью передающей цепи, типичной для телеграфии, с помощью герцовых, или электромагнитных, излучений. Трудно сформулировать мысль, адекватно передающую суть удивительной возможности этого уникального устройства, с помощью которого возможно преобразование земного шара.

Когда электромагнитные излучения уменьшены до ничтожной величины и сохранены подходящие условия для резонанса, контур действует подобно огромному маятнику, непрерывно аккумулирующему энергию первичных возбуждающих импульсов, а воздействия на землю и ее электропроводную атмосферу делают однородными гармоничные колебания такой интенсивности, которая, как действительно показали испытания, могут усиливаться настолько, что превысят интенсивность природных проявлений статического электричества.

Одновременно с этими опытами постепенно налаживались средства индивидуализации и изоляции. Этому вопросу придавалось большое значение, поскольку выяснилось, что простой настройки недостаточно, чтобы отвечать жестким условиям действительности. Основополагающую идею применения ряда особых взаимосвязанных элементов устройств с целью выделения обособления переданной энергии я связываю непосредственно с внимательным прочтением логичной и наводящей на размышления работы Спенсера, в которой он изложил устройство человеческого нерва. Влияние этого действующего начала на передачу информации и электрической энергии вообще до сих пор не может быть оценено, поскольку эта технология всё еще находится в зачаточном состоянии, но передача тысяч и тысяч синхронных телеграфных и телефонных сообщений по одному проводящему каналу, естественному или искусственному, и к тому же без существенных взаимопроникновений, безусловно, осуществима, в то же время вероятна передача миллионов таких сообщений. С другой стороны, можно гарантировать любую желаемую степень индивидуализации благодаря применению большого количества взаимодействующих элементов, произвольного изменения их характерных особенностей, а также их расположения в той или иной последовательности. Очевидно, что этот подход будет также чрезвычайно актуален для увеличения расстояния передачи энергии, сигнала.

Работа продвигалась хотя и медленно, но верно и неуклонно, поскольку то, к чему я стремился, находилось в сфере моих постоянных теоретических и практических занятий. Поэтому неудивительно, что к концу 1899 года я закончил работу, решив стоявшую передо мной задачу, и достиг результатов, которые изложил в статье, опубликованной в июньском номере «Century Magazine» за 1900 год, тщательно выверив каждое ее слово.

 

Здание экспериментальной лаборатории в Колорадо-Спрингс. Лето 1899 года

 

Многое уже сделано для того, чтобы моя система стала доступной и выгодной в передаче энергии в небольших количествах для специальных целей, а также в промышленном масштабе. Полученные результаты сделали мою систему передачи информации, для которой предложено название «Всемирная телеграфия», легкоосуществимой. По принципу действия, использованным средствам и возможностям применения она, как я считаю, представляет собой радикальный и эффективный отход от того, что было создано до этого. Я нисколько не сомневаюсь, что она окажется весьма эффективной в просвещении масс, особенно в нецивилизованных странах и труднодоступных регионах, и что она внесет существенный вклад в дело всеобщей безопасности, создания хороших жизненных условий и сохранения мирных отношений. Она предполагает применение сети станций, совместная работа которых сделает возможной передачу индивидуализированных сигналов в самые отдаленные пределы Земли. Желательно, чтобы каждая из них располагалась вблизи какого-либо значительного центра цивилизации, и те сообщения, которые она получит по любому каналу, будут мгновенно переданы во все точки земного шара. Это дешевое и простое устройство умещается в кармане, его можно установить в любом нужном месте на море и на суше, и оно примет сообщение мирового значения или послания исключительно частного характера. Таким образом, вся Земля превратится в своего рода огромный мозг, поддающийся управлению в каждой из своих частей. Так как отдельная станция мощностью всего лишь в сотню лошадиных сил может приводить в действие сотни миллионов механизмов, вся система будет иметь поистине неограниченную работоспособность — она обязательно в огромной степени облегчит и удешевит передачу информации.

Первая из таких центральных станций могла бы быть уже построена, если бы не непредвиденные отсрочки, которые, к счастью, не имеют ничего общего с чисто техническими вопросами. Но эта потеря времени, хотя и досадная, может в конечном счете оказаться скрытым благом. Мой наилучший проект, как мне известно, одобрен, и передатчик испускает комплексно-сопряженную волну с совокупной максимальной мощностью в десять миллионов лошадиных сил, одного процента которой более чем достаточно, чтобы «опоясать земной шар по экватору». Огромные возможности передачи энергии, приблизительно в два раза превышающей совокупную энергию Ниагарского водопада, достижимы всего лишь с помощью некоторых изобретений, о которых я сообщу в свое время.

За возможность выполнить к настоящему времени большую часть работы я признателен великодушной щедрости г-на Дж. Пирпонта Моргана, которая была тем более своевременной и вдохновляющей, что она изливалась в то время, когда те, кто ранее обещал больше всего, стали самыми большими скептиками. Я также должен поблагодарить моего друга Стенфорда Уайта за большую, бескорыстную и чрезвычайно полезную помощь. В настоящее время эта работа значительно продвинулась, и хотя результаты могут опаздывать, они обязательно придут.

Между тем к передаче энергии в промышленном масштабе проявляется интерес. Канадская Ниагарская энергетическая компания сделала мне великолепное предложение, и наряду с успешным внедрением этого способа передачи энергии оно принесет мне глубочайшее удовлетворение от возможности сделать их концессию рентабельной в финансовом отношении. В этой первой энергетической установке, которую я разрабатывал в течение долгого времени, я предполагаю передавать энергию мощностью в десять тысяч лошадиных сил при напряжении в сто миллионов вольт, которую я могу получать и управлять, не подвергаясь риску.

Эта энергия накапливается по всему земному шару, желательно в небольших количествах, в диапазоне от одной доли до нескольких лошадиных сил. Одно из важнейших ее назначений — освещение отдельных домов. Затраты энергии на освещение жилых домов вакуумными лампами, работающими на токах высокой частоты, очень невелики, и в каждом отдельном случае достаточно будет установить над крышей терминал. Другим важным применением энергии может быть приведение в действие часов и других приборов. Такие часы будут чрезвычайно просты, будут показывать точное время и не будут требовать к себе много внимания. Идея введения на Земле американской системы отсчета времени вызывает интерес и, вероятно, станет популярной. Имеется бесчисленное множество всевозможных приборов, которые или применяются в настоящее время, или могут быть подключены; приводя их в действие описанным способом, я смогу предложить всему миру огромные преимущества применения станции мощностью не более десяти тысяч лошадиных сил.

 

Центральная энергетическая станция, передающая башня и лаборатория «Всемирной телеграфии» в Уордерклиффе, Лонг-Айленд

 

Введение этой системы откроет такие возможности для изобретательства, какие никогда ранее и не мыслились.

Имея представление о далеко идущем значении этой первой попытки и о ее влиянии на будущее развитие, я буду продолжать работать без спешки и с большой осмотрительностью. Опыт научил меня назначать срок для реализации проектов, завершение работы над которыми не в полной мере зависит от моих собственных возможностей и усилий. Но я настроен оптимистически и верю, что осуществление этих великих замыслов не за горами, и я знаю, что, когда первый из них будет завершен, за ним с математической неизбежностью последуют остальные.

Когда замечательная истина, открытая случайно и доказанная экспериментально, состоящая в том, что наша планета во всей своей потрясающей беспредельности является по отношению к электрическим токам по существу не более чем небольшим металлическим шаром, будет признана, и что благодаря этому обстоятельству многие перспективы, каждая из которых будоражит воображение и непредсказуема по последствиям, станут неизбежно достижимыми, когда первая станция будет торжественно введена в действие, и мы убедимся, что телеграфное послание, почти так же сохраняемое в тайне и не имеющее помех, как и мысль, можно передать на любое земное расстояние, и при этом звук человеческого голоса со всеми его интонациями и модуляциями будет точно и незамедлительно воспроизведен в любой точке земного шара, когда энергия водопада станет доступной для передачи света, тепла или движущей энергии в любое место — на море, на суше или высоко в воздухе, — человечество уподобится разворошенному палкой муравейнику. Вы увидите, какое волнение тогда начнется!

«The Electrical World and Engineer», 5 марта 1904 г.