Никола Тесла. Изобретатель будущего

Карлсон Бернард

Электротехническое сообщество с интересом следило за быстрым развитием систем освещения переменным током в течение 1887 года. Если в январе 1887 года трансформаторы переменного тока лишь вскользь упоминались в ежегодном обзоре журнала Electrical World, то в январе 1888 года журнал назвал развитие систем освещения с использованием трансформаторов одним из важнейших прорывов в отрасли {219} .

Переменный ток вызывал интерес электротехников не потому, что он считался технологией будущего, но потому, что они видели серьезную пропасть между идеалом и реальностью. Да, в идеале переменный ток позволит центральным электростанциям распределять энергию большему числу клиентов, но в реальности над этим еще нужно потрудиться. Таким образом, к концу 1887 года использование переменного тока представляло собой одновременно и коммерческую возможность, и значительные технические проблемы и риски. Хотя трансформаторы могли повышать и понижать напряжение, инженеры Вестингауза и Thomson-Houston затруднялись спроектировать эффективный трансформатор. Другие критики были обеспокоены затратами на большие электростанции переменного тока. Вестингауз утверждал, что главное преимущество переменного тока состояло в том, что можно было построить крупную станцию на окраине города, которая бы производила дешевое электричество. Знакомые с трудностями привлечения

капитала на строительство станций, и Эдисон, и многие системные операторы центральных электростанций полагали, что строительство крупных станций переменного тока будет стоить слишком дорого и процентные платежи по инвестициям сведут на нет всю операционную прибыль {220} .

219

В январе 1887 года журнал Electrical World отмечал: «Система распределения посредством вторичных генераторов [т. е. трансформаторов] наконец-то окрепла в этой стране, и если все обещания насчет нее обоснованны, очень скоро она зарекомендует себя в общественных интересах». См.: Joseph Wetzler, «The Electrical Progress of the Year», Electrical World 9 (1 January 1887): 2–3. Год спустя Ветцлер писал: «Характерной особенностью этого года в области электрического освещения стало количество представленных и разработанных систем распределения посредством индукционных трансформаторов. Среди них выделяется система Вестингауза». См.: «The Electrical Progress of the Year 1887», Electrical World 11 (14 January 1888): 18-19.

220

TAE to Villard, 11 December 1888, LB881112, p. 354, Edison National Historic Site (ENHS), West Orange, NJ.

Еще одной заботой была безопасность. Эдисон и его партнеры провели много времени, пытаясь определить наилучшие изоляционные материалы для их низковольтной системы, и они просто не верили, что Вестингауз сумеет защитить людей от поражения током высоковольтного напряжения {221} . И наконец, несколько обозревателей указали, что системы переменного тока, предложенные Вестингаузом и Thomson-Houston, не были столь же удобны и универсальны, как системы постоянного; у обеих компаний отсутствовали счетчики для измерения потребления электричества каждым отдельным потребителем, а также двигателем для обеспечения электроэнергией фабрик и трамваев. Полномасштабно исследовав плюсы и минусы переменного тока, Эдисон резюмировал проблемы с переменным током, отметив, что это просто «не стоило внимания практичных людей» {222} .

221

TAE, «Reasons against an Alternating Converter System», N860428, pp. 261-65, ENHS.

222

TAE to Villard, 24 February 1891, Box 63, Folder 475, Villard Papers, Baker Library, Harvard Business School, Boston.

Колумбово яйцо

Пек и Браун хорошо знали об этих тенденциях в электротехнической промышленности. Они понимали, что, несмотря на растущий интерес к электродвигателям, никто не был уверен, что будущее было за переменным током. Поэтому, когда Пек и Браун поддержали Теслу в исследовании электродвигателей, они не были заинтересованы в том, чтобы он работал над электродвигателем переменного тока. Они считали переменный ток просто мимолетной причудой – интересной, да, но слишком далекой от идеала. Возможно, было бы лучше, если бы Тесла сосредоточился на двигателе постоянного тока, для которого уже существовал рынок сбыта.

После нескольких неудачных попыток обсудить свои планы относительно электродвигателя переменного тока с Пеком и Брауном Тесла понял, что ему необходимо зрелищное представление. Было недостаточно показать Брауну банку гуталина, крутящуюся во вращающемся магнитном поле, Тесла должен была сделать что-то, что захватит воображение его покровителей.

Поэтому во время их следующей встречи Тесла спросил Пека и Брауна, знали ли они историю Колумбова яйца. Согласно легенде, Христофор Колумб победил своих критиков при дворе испанской королевы Изабеллы, бросив им вызов – он обещал поставить яйцо на столе вертикально. После того как никто из насмешников не смог заставить яйцо стоять вертикально, Колумб показал им решение задачи, разбив яйцо с одного конца и поставив его на стол. Впечатленная хитростью Колумба, Изабелла заложила свои драгоценности, чтобы финансировать его экспедицию {223} .

223

Современные исследователи Колумба пришли к выводу, что, хотя Изабеллу и пришлось убеждать поддержать Колумба, она не закладывала свои драгоценности; см. John Noble Wilford, The Mysterious History of Columbus: An Exploration of the Man, the Myth, and the Legacy (New York: Alfred A. Knopf, 1992), 93-95 and Miles H. Davidson, Columbus Then and Now: A Life Reexamined (Norman: University of Oklahoma Press, 1997), 168-70. Samuel Eliot Morison Admiral of the Ocean Sea: A Life of Christopher Columbus (Boston: Little, Brown, 1942), сообщает (стр. 361), что история о яйце Колумба впервые появилась в итальянском источнике 1565 года и что эпизод имел место после того, как в 1493 году Колумб вернулся из своего первого путешествия в Новый Свет, а не до поездки.

Когда Пек и Браун подтвердили, что слышали историю, Тесла заявил, что он может заставить яйцо стоять вертикально, не ломая скорлупу. Если он пойдет дальше, чем Колумб, согласятся ли Пек и Браун профинансировать его эксперименты с переменным током? «У нас нет королевских драгоценностей, чтобы заложить их, – ответил Пек, – но есть несколько дукатов в портянках, и мы могли бы оказать вам некоторое содействие» {224} .

Чтобы получить обещанные дукаты, Тесла прикрепил магнит с четырьмя катушками к нижней стороне деревянного стола и изготовил яйцо с медным покрытием и несколько шаров. Когда Пек и Браун приехали в лабораторию, Тесла положил медное яйцо на стол и подал на магнит два противофазных тока. К их удивлению, яйцо встало на столе вертикально, но Пек и Браун были по-настоящему ошеломлены, когда яйцо и шары начали крутиться на поверхности стола сами по себе. Хотя это и было похоже на волшебство, Тесла быстро объяснил Пеку и Брауну, что яйцо и шары крутились из-за вращающегося магнитного поля. Впечатленные этим представлением, Пек и Браун стали поощрять

работу Теслы над электродвигателями переменного тока.

224

«Tesla’s Egg of Columbus», 775.

Этот эпизод научил Теслу, что изобретателю необходим определенный талант, чтобы создать правильную иллюзию о своих творениях. Люди не вкладывают капитал в изобретения, построенные из консервных банок, они инвестируют в проекты, которые захватывают их воображение. Чтобы привлечь внимание людей, зачастую необходимо использовать метафоры, истории и темы, характерные для определенной культуры, – это то, что Тесла сделал с помощью истории о Колумбе. Стоило Тесле увлечь Пека и Брауна своим представлением, он смог заставить их подумать о коммерческом потенциале его двигателя.

Разработка многофазных двигателей

После того как Колумбово яйцо убедило Пека и Брауна, Тесла продвинулся далеко вперед в разработке двигателей с использованием вращающегося магнитного поля. С помощью Жигети он сконструировал два основных электродвигателя переменного тока, которые использовал почти во всех своих экспериментах в 1887 и 1888 годах. Первым был аппарат под названием «Колумбово яйцо», который состоял из большого пластинчатого кольца (статор) с железным диском (ротор), вращающимся в его центре {225} . Во втором двигателе Тесла снова использовал пластинчатое кольцо, но на этот раз он поместил четыре катушки на подставках внутри кольца. В этом втором двигателе Тесла попробовал несколько различных роторов, включая дисковый и барабанный {226} . Он обнаружил, что оба варианта работали и что, когда он менял полярность соединений, двигатели мгновенно изменяли направление. Тесла был чрезвычайно доволен этими двигателями, так как они «были точно такими, как я их себе представлял. Я не предпринял попытки улучшить дизайн, а просто воспроизвел изображения в том виде, в котором они предстали перед моим взором, и они работали именно так, как я ожидал» {227} .

225

Этот двигатель проиллюстрирован в двух американских патентах Теслы «Electro Magnetic Motor»: 381,968 (filed 12 October 1887, granted 1 May 1888) and 382,279 (filed 30 November 1887, granted 1 May 1888). См. также: NT, Motor Testimony, 215.

226

NT, Motor Testimony, 155, 159-60, 215, 218; NT, U. S. Patent 511,560, «Electrical Transmission of Power» (filed 8 December 1888, granted 2 January 1894).

227

NT, My Inventions, 72.

Поскольку эти двигатели использовали два или более переменных противофазных тока, Тесла назвал их многофазными двигателями. Тесла не был единственным изобретателем, работающим над электродвигателями переменного тока в то время, но его многофазные двигатели существенно отличались от разработок Элиу Томсона и других конкурентов. Во-первых, Тесла сохранял простоту конструкции своего двигателя, концентрируясь на способе вращения ротора – индуцируя в нем вихревые токи, а не подавая ток. Во-вторых, в основу разработки двигателя он положил явление, которое не было очевидно по своей природе, – вращающееся магнитное поле. И в-третьих, в отличие от своих современников, Тесла стремился использовать несколько переменных токов, чтобы создать магнитное поле.

К концу 1887 года Пек и Браун признали, что Тесла изобрел замечательный новый электродвигатель переменного тока, и убедили его запатентовать свои идеи. Пек предложил Тесле проконсультироваться с юридической фирмой Duncan, Curtis & Page. Пек доверял этой фирме и заверил Теслу, что они получат сильные патенты для его изобретений. В Duncan, Curtis & Page патентом Теслы занялся один из партнеров фирмы, Паркер В. Пейдж (1862–1937). Получивший образование в Гарварде, Пейдж, по всей видимости, проявил особый интерес к двигателям Теслы, так как его отец, Чарльз Графтон Пейдж, работал над электродвигателями – и даже полномасштабным работающим от аккумулятора локомотивом – в 1840-х и 1850-х годах. Кроме того, патенты имели большое значение для семьи Пейджа. На склоне лет Чарльз Графтон Пейдж зарегистрировал через конгресс специальный патент на общую конструкцию индукционной катушки, и после его смерти его вдова Присцилла убедила Western Union выкупить права на этот патент за 25 000 долларов плюс выплату роялти прав [48] . Учитывая работу его отца над электродвигателями и успех матери в выгодной продаже патента Western Union, Паркер Пейдж был идеальным адвокатом для работы над моторными патентами Теслы {228} .

48

Роялти – вид лицензионного вознаграждения, периодическая компенсация, как правило денежная, за использование патентов, авторских прав, франшиз, природных ресурсов и других видов собственности. Периодические процентные отчисления (текущие отчисления) продавцу лицензии, устанавливаемые в виде фиксированных ставок, исходя из фактического экономического результата ее использования. Может выплачиваться в виде процента от стоимости проданных товаров и услуг, процента от прибыли или дохода. А также может быть в виде фиксированной выплаты, в таком виде имеет некоторые сходства с арендной платой.

228

Robert C. Post, Physics, Patents and Politics: A Biography of Charles Grafton Page (New York: Science History Publications, 1976; Israel, From Machine Shop to Industrial Laboratory, 135-36; Parker Page’s obituary, New York Times, 23 January 1937, 18:4; NT, Motor Testimony, 213.

Офис компании Duncan, Curtis & Page был расположен по адресу Бродвей, 120, в том же самом здании, что и офис Пека, за углом от лаборатории Теслы на Либерти-стрит. Тесла регулярно посещал офис Пейджа и приносил ему эскизы и технические описания своих идей. Тесла тщательно готовил свои технические отчеты не только потому, что во время своих экспериментов он консультировался с Пейджем, но еще и потому, что он надеялся написать книгу под названием «История тысячи и одного двигателя переменного тока». По словам Пейджа, в своих отчетах Тесла описывал общие принципы работы двигателей, а не конкретных конструкций. Используя отчеты и эскизы Теслы, Пейдж составлял заявки на патенты, которые Тесла затем проверял {229} .

229

NT, Motor Testimony, 205–6, 289, 307–8, 314-15, 317.