10. Эксперименты по беспроводной передаче энергии
Во второй половине 1890 Н. Тесла начал работу в области токов частотой до 30 кГц. В 1891 он изобрел трансформатор для получения токов высокой частоты и высокого напряжения, который позднее стал известен как "трансформатор Теслы". Из-за пожара в лаборатории 13.03.1895 г. работа в этой области была временно прервана. 29 марта 1899 года в журнале «Электрикал Ревью» появилась статья о лаборатории Тесла с описанием экспериментов и серией снимков. Ее открывал портрет ученого в полный рост: Тесла сжимал в руках ярко светящуюся беспроводную вакуумную лампу размером с баскетбольный мяч. В статье описывалось другие изобретения, такие, как трансформатор высокого напряжения, на базе которого появилась плоская спиральная катушка Тесла. Изобретение устройства высотой восемь футов, позволило ученому эффективно создать одновременно два независимых колебания (или две настроенные цепи) и получать напряжение в миллионы Вольт [101. С. 277].
В 1899 году Н. Тесла проводил испытания в Колорадо-Спрингс. Полученный результат показался ему невероятным, открытие принесло «полное удовлетворение». При определенных условиях ток приобретал способность проходить сквозь весь земной шар, достигать противолежащей точки, и возвращаться к исходной точке, при этом сила тока не уменьшалась. Ученый утверждал, что с помощью должным образом настроенной аппаратуры на передающих и принимающих станциях можно перемещать энергию в практически неограниченных количествах через землю на любое расстояние, с коэффициентом полезного действия, достигающим 99,5% [102]. Воздействие, оказываемое на приемные устройства, «носит такой характер, как если бы весь поток локализовался на земной оси, соединив передатчик с противолежащей точкой». Тесла утверждает, что он разработал устройства и метод, когда в любую точку Земли передается только силовое поле. К приемному устройству поступает несравнимо большее количество энергии, чем излучалось. Энергия перемещается по заранее обусловленной, определенной траектории, в основном по кривой в атмосфере. То есть по кратчайшему пути силовой линии между двумя точками на поверхности земного шара. По нашему мнению, текст оригинала неточно переведен, т. к. точка противоположная передатчику не может локализоваться «на земной оси». Силовое поле и поток передаются на противоположную сторону полушария перпендикулярно линии, соединяющей два магнитных полюса Земли.
В конце XIX и начале XX века Н. Тесла целенаправленно трудился над передачей электрической энергии на большие расстояния без проводов, используя естественные среды. Об этом можно судить по датам подачи заявок и по названиям патентов, зарегистрированных в патентном ведомстве Соединенных Штатов.
Патент № 649621 «Устройство для передачи электрической энергии» [104. C. 401-402]. Выдан 15.05.1900 г., заявлен 02.09.1897 г. Основная цель устройства – получение тока очень высокого потенциала. В описании автор изобретения отмечает, что устройство, расположенное на одном конце цепи, используется как передатчик. В цепь первичной обмотки трансформатора подключен источник тока. Один вывод вторичной обмотки подсоединен к высоко поднятому шару большой площади. Другой вывод вторичной обмотки соединен с землей. При работе источник тока генерирует быстро пульсирующие сигналы в обмотке первичной цепи. Во вторичной обмотке возникают индукционные токи гораздо более высокого потенциала.
Патент № 685953 «Метод усиления интенсивности и использования эффектов, передаваемых через естественные среды» [104. С. 413-423]. Выдан 05.11.1901 г., заявлен 24.06.1899 г. Ученый обнаружил, что электрические импульсы, сообщаемые земле, распространяются по всем направлениям, достигая удаленных точек. Атмосферный воздух, являющийся изолятором для токов от обычного генератора, становится проводником под влиянием токов или импульсов огромной ЭДС. Метод был охарактеризован следующим образом: «… в одной системе потенциал точки или участка земли варьируется за счет прерывистых или переменных электрических импульсов через один контакт подходящего источника электрических возмущений, другой контакт которого для усиления эффекта соединен с изолированным элементом с предпочтительно обширной поверхностью, расположенным на возвышении. Электрические импульсы, сообщаемые земле, распространяются во всех направлениях, достигают удаленной цепи, контакты которой обычно расположены и соединены подобно контактам передающего источника … метод основан на том, что атмосферный воздух, являющийся хорошим изолятором для токов обычного генератора, становится проводником под влиянием токов или импульсов огромной ЭДС, возможности генерирования которых я обнаружил. Благодаря таким средствам становится возможным создание через близлежащие атмосферные слои многих желаемых эффектов на сколь угодно большие расстояния».
Тесла говорит, что открытие было сделано в 1899 году в Колорадо-Спрингс и принесло ему полное удовлетворение. Он проводил испытания с генератором мощностью в сто пятьдесят киловатт и убедился, что при определенных условиях ток приобретает способность проходить сквозь весь земной шар, достигая противолежащей точки, и возвращаться к исходной точке. При этом сила тока не уменьшается. Он осознал, что можно перемещать энергию в практически неограниченных количествах через землю на любое расстояние, ограниченное лишь физическими размерами земного шара, с коэффициентом полезного действия, достигающим девяноста девяти с половиной процентов. По мнению Тесла, ток от передатчика проходит через земной шар. На старте волна имеет теоретически беспредельно большую скорость, которая начинает снижаться сначала очень быстро, а затем с меньшей интенсивностью, до тех пор пока расстояние не составит около шести тысяч миль, после чего она продолжает двигаться со скоростью света. С этого момента она опять увеличивает скорость, сначала медленно, затем все быстрее, достигая противолежащей точки со скоростью, приближающейся к бесконечно большой величине.
«Методы применения эффектов, переданных через естественную среду» [104. С. 424-440], патент № 685954, выдан 05.11.1901 г., заявлен 01.08.1899 г. Метод заключался в заряде устройства энергией от независимого источника и использовании аккумулированной энергии. Разряд энергии управляется посредством эффектов или возмущений, передаваемых через естественную среду. Тесла считает, что лучший способ реализации изобретения – накапливать электроэнергию в конденсаторе от независимого источника и последующий разряд энергии, накопленной в конденсаторе, на первичную цепь. Автор не исключает возможности использования других устройств и конструкций, в основе которых лежит описанный метод.
«Метод передачи сигналов. Устройство для использования энергии излучения» [104. С. 448-456], патент № 723188, выдан 17.03.1903 г., заявлен 16.06.1900 г. Смысл изобретения заключался в сочетании средств, генерирующих и передающих два или более типов возмущений или импульсов. Передача импульсов происходит через естественные среды. Системы совершают вынужденные колебания, путем их возбуждения первичными обмотками, которые окружают вторичные обмотки. Каждая первичная обмотка находится в состоянии, близком к резонансу со своей вторичной системой. Конденсаторы с высокой частотой разряжаются через соответствующие цепи. При разряде в каждой системе на определенное время устанавливаются свободные колебания определенной для контура частоты. Через заземляющую пластину в землю поступает и распространяется две волны.
«Способ передачи электрической энергии через естественную среду» [104. С. 457-466], патент № 787412, выдан 18.04.1905 г. (первоначальная заявка подана 16.05.1900 г., возобновлена 17.06.1902 г.). Исследуя действие разрядов молнии на электрические характеристики Земли, Тесла обнаружил, что возмущения передаются от места их возникновения до самых отдаленных частей Земли, откуда они отражаются. По отношению к прилагаемым возмущениям, земной шар ведет себя в целом как проводник ограниченных размеров. Исследуя причины, он объяснил необычное поведение характером электрических волн, имеющих узловые точки. На основании полученных наблюдений за максимумом и минимумом таких волн, Тесла установил, что их длина варьируется приблизительно от 25 до 70 километров. С целью создания волн, которые передаются от места их возникновения до самых отдаленных частей планеты, Тесла изобрел генератор стоячих волн в Земле.
«Устройство для передачи электроэнергии» [104. С. 467-471], патент № 1119732, выдан 01.12.1914 г. Беспроволочный передатчик, включающий первичную цепь возбуждения и вторичную, соединенную одним концом с землей, а вторым – с приподнятым проводником (антенной), внешние проводящие границы которой расположены на поверхности большого радиуса кривизны для аккумулирования заряда высокого напряжения. Либо состоящей из отдельных элементов, которые, независимо от их собственного радиуса кривизны, были расположены вблизи друг друга так, чтобы внешняя идеальная поверхность, охватывающая их, имела большой радиус.
«Аппарат для производства озона» [105], патент № 568177, выдан 22.09.1896 г. Плазма образуется в газовых разрядах газоразрядных ламп, что позволяет предположить: озон был побочным продуктом опытов. Создание искусственной плазмы, состоящей из ионов атома кислорода, происходило в процессе экспериментов с высокочастотными колебаниями поля высокой напряженности.
В течение двух месяцев 1896 года Тесла падал три заявки на изобретения и в один день получил на них патенты:
«Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала», патент № 568176, выдан 22.09.1896 г.;
«Аппарат для производства озона», патент № 568177, выдан 22.09.1896 г.;
«Метод регулирования аппарата для производства токов высокой частоты», патент № 568178, выдан 22.09.1896 г.
Можно утверждать, что в распоряжении Н. Тесла в 1896 г. имелись необходимые технические устройства для создания высокой разницы потенциалов и возмущений между земной корой и атмосферой, принуждающие ионные заряды перемещаться вдоль силовых линий. В мае 1899 года по приглашению местной электрической компании Тесла переехал в Колорадо-Спрингс. По словам ученого, главной причиной приезда в Колорадо послужило создание резонансного трансформатора, способного влиять на электрический фон на отдельных территориях (вообще-то в масштабах планеты), позволяя передавать колебания на большие расстояния без проводов.
По словам ученого, результатом экспериментов по передаче большого количества энергии через атмосферу стало изобретение, получившее впоследствии название «Смертельный луч». Идея изобретения состояла в том, чтобы с помощью соответствующих ионизирующих излучений сделать воздушное пространство проводящей средой и передавать токи высокого напряжения по траектории лучей. Тесла утверждал, что наименьшая частота колебаний для передачи энергии – шесть герц (патент US № 787412). В этом случае на заземляющей пластине или близ нее будет только один узел. Этот эффект усиливается с расстоянием и достигает наибольшей величины в области, диаметрально противоположной источнику генерации. То есть, при более медленных колебаниях Земля будет действовать как емкость, вариации потенциала будут более равномерно распределены по всей ее поверхности. Для достижения состояния резонанса требуется соблюдение условия: волна (или серия волн) не должна прерываться в течение
Тесла записывал свои наблюдения и результаты экспериментов в особую тетрадь, которая позднее была опубликована под его именем. Дневник с описанием экспериментов с 17 января 1899 г., заканчивается 7 января 1900 г. В записях от 4 января 1900 г. [106] Тесла пишет, что на фотографии пара стримеров отчетливо демонстрирует феномен, «два ярко светящихся пятна, или шара». Ученый опытным путем пришел к заключению, что электрические импульсы, сообщаемые земле, распространяются по ней во всех направлениях, достигают удаленных точек. Атмосферный воздух, являющийся изолятором для токов от обычного генератора, становится проводником под влиянием токов или импульсов огромной электродвижущей силы. Метод был характеризован им следующим образом: «… в одной системе потенциал точки или участка земли варьируется за счет прерывистых или переменных электрических импульсов через один контакт подходящего источника электрических возмущений, другой контакт которого для усиления эффекта соединен с изолированным элементом с предпочтительно обширной поверхностью, расположенным на возвышении. Электрические импульсы, сообщаемые земле, распространяются во всех направлениях, достигают удаленной цепи … метод основан на том, что атмосферный воздух, являющийся хорошим изолятором для токов обычного генератора, становится проводником под влиянием токов, или импульсов огромной ЭДС, возможности генерирования которых я обнаружил. Благодаря таким средствам становится возможным создание через близлежащие атмосферные слои многих желаемых эффектов на сколь угодно большие расстояния» (патент US № 685953). Изобретатель указывает на исключительность изобретения: «Предмет настоящего изобретения – усовершенствование способа применения эффектов, передаваемых с определенного расстояния на приемное устройство через естественную среду, и заключается оно в новом методе, обеспечивающем недостижимые ранее результаты».
Изобретатель построил небольшую лабораторию для проведения экспериментов с высоким напряжением и другими электрическими явлениями, с целью направлять энергию на большие расстояния. Придуманные и изготовленные технические устройства, Тесла установил в лаборатории и использовал их для передачи энергии через естественные среды. Земная кора может воспринимать и передавать действие электрического поля и импульсов тока. Электромагнитные возмущения передаются по земле, посредством заземления только одного полюса источника энергии. На огромном основании были намотаны витки первичной обмотки трансформатора. Вторичная обмотка соединялась с 60-метровой мачтой и заканчивалась медным шаром метрового диаметра. Если над поднятым в атмосферу вторым полюсом, будут образовываться положительные заряды ионных газов, то под действием разности потенциалов в миллионы Вольт, они будут выталкиваться в атмосферу и двигаться вдоль силовой линии, проходящей через данную точку. Для направленного движения зарядов необходимо и достаточно: поддерживать высокую разность потенциала между полюсами; иметь устройство по созданию электромагнитных импульсов на высоких и малых частотах; устройство по созданию ионных зарядов, высокоподнятую антенну. От "накачивания" ионов в начале силовой линии, давление по цепочке передается удаленному участку зарядов и происходит их смещение в конец линии. Под действием магнитного поля заряды удерживаются вокруг силовых линий. Высокая разность потенциалов заставляет ионы двигаться к точке поверхности земли, в которую вытолкнуты отрицательные заряды горных пород. С этой удаленной точкой земной поверхности связана силовая линия в атмосфере и выходящая из точки заземления отрицательного полюса в земной коре. Основную роль в ГЭЦ выполняют полярные частицы, движущиеся в одном электрическом контуре во встречных направлениях. В экспериментах с искусственными плазменными облаками, ширина слоев достигала 6 миль, их длина простирались на тысячу миль. Плоскость в земной коре, наэлектризованная отрицательным зарядом, и плазма, с положительными ионами на силовой линии, образуют в естественных средах своеобразные пластины конденсатора, между которыми течет пульсирующий ток высокой частоты. Между искусственно созданной пульсирующий ток высокой частоты. Между искусственно созданной плазмой и земной поверхностью действует высокочастотное электромагнитное поле, которое поддерживает токи утечки в цепи. Если создать дополнительную разность потенциалов в миллионы вольт между Землей и зарядами плазмы в воздушном слое, то силы поля заставят их перемещаться по силовой линии. Напряженность электрического поля между земной корой и ионными зарядами изменяется с высотой, что влечет за собой изменение токов утечек.