Рабочие годы | Биография Николы Теслы
Когда в сентябре 1884 года Тесла вышел из здания эмиграционного ведомства в Касл Гарден на Манхеттене, все его имущество состояло из четырех центов, книги его собственных стихов, пары написанных им технических статей, расчетов конструкции летательного аппарата да математической работы по вычислению крайне сложного интеграла. Было у него также рекомендательное письмо для Эдисона от г-на Батчеллора и адрес одного из своих друзей. В письме Батчеллор писал Эдисону: «Я знаю двух великих людей: один из них — Вы, второй — этот молодой человек».
Не имея денег на такси, Тесла вынужден был несколько миль до дома своего друга пройти пешком. Первым человеком, с которым он заговорил, ища дорогу, был полицейский — грубый и мрачный тип. Его манера отвечать на вопросы больше напомнила Тесле желание броситься в драку. Хотя Тесла прекрасно владел английским, но из малопонятного жаргона полицейского он смог уяснить лишь направление, в котором тот указал своей дубинкой.
Идя, как он думал, в нужную сторону и думая над тем, как обеспечить себя питанием и жильем на четыре цента, если ему не удастся найти своего друга, он поравнялся с мастерской, где увидел человека, возившегося с электрической машиной, которая показалась ему знакомой. Он вошел как раз в тот момент, когда человек готов был уже бросить ее ремонт как безнадежное дело.
— Давайте я посмотрю ее, — сказал Тесла, — и она будет работать. И без долгих разговоров взялся за дело. Неисправность оказалась серьезной, но в конце концов машина вновь заработала.
— Мне нужен такой человек, как вы, чтобы ремонтировать эти чертовы иностранные машины, -сказал ему хозяин мастерской. — Нужна вам работа?
Тесла поблагодарил его и, сообщив, что как раз идет наниматься на другую работу, получил в ответ двадцать долларов. Тесла не ожидал вознаграждения за такую ничтожную, по его мнению, услугу и так и сказал об этом. Но хозяин настаивал, что работа стоит этих денег и он был рад заплатить их. Никогда еще Тесла не радовался так своей неожиданной удаче, ведь теперь на какое-то время он обеспечен и жильем, и пищей. Спросив дорогу и получив на сей раз более любезный ответ, он нашел своего друга и смог переночевать у него. А на следующий день он отправился в нью-йоркскую штаб-квартиру Эдисона, которая находилась тогда на Пятой Южной авеню (на нынешнем Западном Бродвее).
Рекомендательное письмо от Батчеллора позволило ему без труда пройти к Эдисону, который был очень занят проблемами с новой электростанцией и электрическим освещением. Электростанция эта располагалась в деловой части города, на Перл-стрит, и обслуживала относительно небольшую территорию.
При первой встрече Эдисон произвел на Теслу благоприятное впечатление. Он удивлялся, как человеку с невысоким образованием удалось достичь столь многого в такой высокотехнической сфере, как электричество. Тесла даже усомнился, а не потерял он сам напрасно все то время, что ушло у него на получение столь серьезного образования. Не продвинулся бы он гораздо дальше, если бы начал практическую работу на основе одного только опыта, как сделал Эдисон? Но прошло не так много дней, и он ясно понял, что время и усилия, затраченные на образование, оказались самым мудрым вложением средств.
У Эдисона же, напротив, сложилось о Тесле не слишком приятное впечатление. Эдисон был тем изобретателем, который получал свои результаты методом проб и ошибок, тогда как Тесла просчитывал все в уме и решал задачи, не делая никакой «работы». Таким образом, два великих человека говорили на совершенно разных технических языках. Но было между ними и гораздо более серьезное различие: Эдисон был приверженцем постоянного тока, а Тесла — переменного. Инженеры-электрики того времени зачастую весьма болезненно относились к различиям во взглядах на этот предмет. Дискуссии протекали со всеми страстями религиозных или политических дебатов, причем, обращаясь к своим оппонентам, спорщики не стеснялись в выражениях, и слова о невысоком умственном развитии оппонента могли прозвучать как самое безобидное ругательство в его адрес. Когда Тесла восторженно говорил Эдисону о своей многофазной системе, утверждая, что лишь переменный ток считает практичным для применения в энергетической и осветительной индустрии, тот рассмеялся в ответ. Основу системы Эдисона составлял постоянный ток, и он очень откровенно сказал Тесле, что переменный ток его не интересует; что у него нет будущего и каждый, кто занимается им, лишь попусту тратит время; и что, кроме всего прочего, этот ток смертелен, тогда как постоянный ток не опасен для жизни. Тесла не уступил ни одной позиции в этом споре, но так и не смог убедить Эдисона выслушать описание своей многофазной системы. В техническом отношении между ними пролегала пропасть.
Тем не менее, благодаря сообщению Батчеллора о ценных усовершенствованиях, внесенных Теслой в эдисоновские машины постоянного тока в Европе, его без лишних формальностей зачислили в штат Эдисона, поручив ему мелкую рутинную работу. Но уже через несколько недель он получил возможность продемонстрировать свои способности. Эдисон оборудовал одной из своих осветительных электроустановок пароход «Орегон» — самое быстроходное и современное судно того времени. Многие месяцы установка работала нормально, но в конце концов оба генератора вышли из строя. Заменить их новыми было невозможно, поэтому необходимо было каким-то образом починить их, но этого, как сказали Эдисону, нельзя было сделать без отправки их в мастерскую. Судно не смогло отплыть по расписанию, и Эдисон оказался в затруднительном положении, так как из-за его машин судно простаивало все больше и больше дней.
Эдисон спросил Теслу, не может ли он отправиться на пароход и посмотреть, что можно там сделать. Это было днем. Тесла взял инструменты, которые могли пригодиться, и поднялся на борт «Орегона». Он установил, что из-за коротких замыканий сгорели некоторые катушки якоря, и, кроме того, образовались обрывы в электрических цепях.
Взяв себе в помощь членов корабельной команды, он трудился всю ночь, и к 4 часам утра оба генератора были так же исправны, как и в тот день, когда их впервые включили. Возвращаясь в мастерскую на Пятой Южной авеню в 5 утра, он в тусклом свете утренней зари встретил группу людей, только расходившихся по домам. Это были Эдисон, Батчеллор, накануне приехавший из Парижа, и еще несколько человек, закончивших ночную работу.
—А вот и наш парижанин, разгуливающий по ночам, — сказал Эдисон.
—Я только с «Орегона», — ответил Тесла. — Оба генератора работают.
Эдисон удивленно покачал головой и, не проронив ни слова, отошел от него. Догнав группу, он, обращаясь к Батчеллору, сказал достаточно громко для острого слуха Теслы:
— Батчеллор, это чертовски способный человек.
С этих пор статус Теслы в штате сотрудников возрос на несколько порядков, и он стал принимать более непосредственное участие в решении конструкторских и текущих проблем. Работа была ему интересна, и он отдавал ей по восемнадцать часов в сутки — с 10:30 утра до 5 утра следующего дня ежедневно, включая воскресенья. Заметив его трудолюбие, Эдисон сказал ему:
— У меня было много усердных ассистентов, но вы превзошли всех.
Тесла нашел множество возможностей усовершенствовать конструкцию генераторов, чтобы повысить их эффективность, и, обрисовав свой план Эдисону, особо подчеркнул повышение производительности и уменьшение затрат, которые должны были стать результатом предлагаемых им изменений. Эдисон же, быстро оценив, сколько принесет ему повышение эффективности, ответил:
— Вы получите пятьдесят тысяч долларов, если сделаете это.
Тесла разработал двадцать четыре вида генераторов, устранив длинные сердечники возбуждающих магнитов и заменив их более эффективными короткими сердечниками, и добавил некоторые элементы автоматического управления, на которые были выданы патенты. Месяцы спустя, когда все было закончено и несколько построенных машин показали на испытаниях полное соответствие его обещаниям, он обратился за причитавшимися ему 50000 $. Но Эдисон ответил ему:
— Тесла, вы не понимаете американского юмора.
Тесла был поражен, поняв, что то, что он принял за конкретное и твердое обещание, оказалось всего лишь ни к чему не обязывающей шуткой. Помимо не слишком щедрой еженедельной платы он не получил ни пенни вознаграждения ни за новые конструкции и изобретения, ни за огромный объем сверхурочного времени. И он немедленно оставил эту работу. Было это весной 1885 года.
За менее чем год работы у Эдисона Тесла заработал себе в электротехнических кругах хорошую репутацию, поэтому, когда он стал свободен, ему предложили выгодно использовать ее. Группа учредителей предложила создать под его именем компанию. Здесь он увидел шанс продвинуть свою систему переменного тока и с радостью согласился. Но когда он изложил учредителям свой план, те сообщили ему, что переменный ток их не интересует. Они хотели, чтобы он нашел возможность практического применения дугового света для освещения улиц и промышленных предприятий. Около года потратил он на создание нужной лампы, получив на свое изобретение несколько патентов, а затем начался ее выпуск.
С технической точки зрения, это начинание увенчалось успехом, но сам Тесла получил в связи с ним еще один неприятный финансовый опыт. В период разработки ему платили сравнительно небольшую зарплату, а основное вознаграждение он — по заключенному соглашению — должен был получить в виде доли в акционерном капитале компании. Ему вручили красиво оформленный акционерный сертификат, но затем в результате каких-то непонятных ему махинаций вытеснили его из компании и с помощью клеветы поставили под сомнение его инженерные и изобретательские способности. Когда же он попытался обратить свой сертификат в наличные деньги, то узнал, что акции недавно образованных компаний, еще не подтвердившие свою способность приносить дивиденды, имеют очень низкую стоимость. И его мнение о финансистах как Старого, так и Нового Света решительно склонилось к весьма нелестной оценке.
В жизни Теслы наступил самый неприятный период. У него не было источников дохода, и с весны 1886 до весны 1887 года ему приходилось работать поденщиком. «Целый год, — рассказывал он, — я испытывал ужасную душевную боль и лил горькие слезы, и мои страдания усиливались еще и материальной нуждой». В Америке тогда было очень трудно найти работу. Ему не только некому было изложить свой проект по применению переменного тока, но даже в своих попытках заработать себе на комнату и пропитание трудом чернорабочего он столкнулся с огромной конкуренцией. Было весьма не просто удержаться даже на самой неквалифицированной работе с нищенской зарплатой. Этот период своей жизни он никогда не обсуждал, возможно потому, что это было так неприятно, что он изгнал из своей памяти все воспоминания о нем. Приходилось ему заниматься и ремонтом электротехники, и даже рытьем канав за два доллара в день. Но его не столько возмущала необходимость браться за недостойный его труд, сколько совершенная невозможность использовать свои способности. Полученное им образование, говорил он, казалось ему просто насмешкой.
Зимой в начале 1887 года, работая землекопом, он привлек к себе внимание своего бригадира, которого обстоятельства тоже вынудили заниматься работой непривычно низкого для него профессионального уровня. Рассказ Теслы о своих изобретениях и о больших надеждах, которые он возлагал на систему переменного тока, произвел на него впечатление. Через этого бригадира Тесла познакомился с м-ром А.К. Брауном из компании «Вестерн Юнион Телеграф», который дал на проект Теслы собственные деньги и заинтересовал участием в нем одного из своих друзей.
Два этих джентльмена организовали и финансировали компанию «Тесла электрик» и в апреле 1887 года основали лабораторию в домах 33-35 на Пятой Южной авеню, рядом с Бликер-стрит, недалеко от мастерской «Эдисон Компани». Эдисон отверг идею переменного тока Теслы, и вот теперь Тесла стал его соседом с собственной лабораторией, где приступил к развитию конкурирующей концепции. На этой крохотной территории суждено было разыграться великому сражению в электротехнической индустрии за выбор между постоянным и переменным током. Эдисон, уже известный, был горячим сторонником постоянного тока. Его электростанции действовали в нескольких городах, и, кроме того, он пользовался поддержкой знаменитого финансиста Дж. П. Моргана. Тесла же не был известен почти никому и имел лишь весьма скромную финансовую поддержку. Выработка постоянного тока в техническом смысле не представляла особых сложностей, тогда как выработка переменного тока, с технической точки зрения, была гораздо сложнее. Тесла, однако, знал, что эти технические сложности таят в себе безграничные возможности.
Мрачный для Теслы период остался позади. Однако вскоре он понял, что принятие или отвержение системы переменного тока решается не столько технической стороной вопроса, сколько финансовыми соображениями, эмоциональными реакциями и предрассудками, потому что человеческая натура — это гораздо более значительный фактор, нежели научные истины. Тем не менее уже в недолгом времени он увидит, как сбываются его самые большие надежды и мечты, и усилия его увенчаются значительным успехом.
Когда наконец Тесла получил более или менее сносные условия для своей работы, восходящая звезда его гения метеором пронеслась по небосводу электротехники. Как только вновь образованная «Тесла электрик компани» открыла свои лаборатории на Пятой Южной авеню, он занялся конструированием оборудования для выработки электроэнергии. Ни в каких расчетах и чертежах он не нуждался, потому что все мельчайшие детали собираемых аппаратов с кристальной ясностью стояли перед его мысленным взором, что позволяло ему очень быстро создавать действующие образцы для демонстрации принципов своей многофазной системы переменного тока. Единственный собранный им еще в Страсбурге агрегат, первая модель асинхронного электродвигателя, наглядно показала правильность и остальных его расчетов.
В новой лаборатории он строил аппараты, которые задумал еще в те два месяца в Будапеште, что последовали за незабываемым озарением, принесшим с собой принцип вращающегося магнитного поля. В мысленно сконструированные тогда машины он, по его словам, не внес затем ни малейшего изменения. Когда же они были построены физически, то все без исключения работали именно так, как он и предполагал. С тех пор как он их задумал, минуло пять лет, но теперь, занимаясь их сборкой, он не прочертил ни единой линии на бумаге, потому что помнил все, вплоть до самых незначительных мелочей.
Настолько быстро, насколько позволяла сборка машин, Тесла построил три полных комплекта оборудования для работы с переменным током — одно-, двух- и трехфазным — и провел эксперименты с четырех- и шестифазным токами. В каждую из трех основных систем входили генераторы для выработки электроэнергии, электродвигатели для получения энергии механического вращения, повышающие и понижающие трансформаторы, а также устройства автоматического управления. Он не только создал три эти системы, но и разработал способы соединения в них и различные модификации этих систем для применения их в разных условиях. Через несколько месяцев после открытия лаборатории он предоставил для испытаний свой двухфазный двигатель профессору У. А. Энтони из Корнельского университета.
Теперь Тесла не только собирал машины, которые видел мысленным взором. Он разработал принципиальную математическую теорию, лежащую в основе всех его аппаратов. Теория была настолько фундаментальной, что не только описывала принципы работы оборудования с частотой в 60 колебаний в секунду, или герц, которая принята теперь за стандарт2, но распространялась на весь диапазон токов низкой и высокой частоты. Постоянный ток Эдисона был непригоден для работы с напряжением выше 220 вольт на распределительных системах. Переменный же ток позволял вырабатывать и передавать напряжение во много тысяч вольт, что экономически выгоднее, а затем снижать его до значений, необходимых для работы потребляющих устройств.
Тесла хотел получить единый патент на всю систему и все входящие в нее генераторы, трансформаторы, системы распределения и электродвигатели. Его адвокаты по патентным делам -Дункан, Куртис & Пейдж — подали заявку на этот патент 12 октября 1887 года — через шесть месяцев после открытия лаборатории и через пять с половиной лет после того, как он придумал вращающееся магнитное поле.
Патентное бюро, однако, отказалось рассматривать такую «сводную» заявку и требовало разбить ее на отдельные заявки на семь различных изобретений. Требование удовлетворили и подали заявки в два приема — 30 ноября и 23 декабря. Изобретения были настолько оригинальны и относились к такой девственной сфере электротехники, что в патентном бюро с ними не возникло практически никаких трудностей, и в течение примерно шести месяцев на них были выданы патенты. (Патенты проходили под следующими номерами: 381968; 381969; 381970; 382279; 382280; 382,281 и 382282. Это были патенты на его однофазный и многофазные двигатели, на систему распределения и на многофазные трансформаторы. В апреле следующего, 1888 года он подал заявку еще на пять патентов, которые и получил на трехфазные системы с нулевым проводом и без него. Эти патенты проходили под номерами 390413; 390414; 390415; 390721; и 390820. В течение года он получил еще 18 патентов: 401520; 405858; 405859; 416191; 416192; 416193; 416194; 416195; 418248; 424036; 433,00; 433701; 433702; 433703; 445207; 445067; 459772; 464666).
Когда патентное бюро выдало целый ряд патентов на фундаментальные изобретения, представители электротехнической отрасли заинтересовались этим практически неизвестным изобретателем. Важность его эпохальных открытий была быстро оценена по достоинству, и 16 мая 1888 года его пригласили прочитать лекцию в Американском институте инженеров-электриков. Это приглашение явилось свидетельством того, что его «признали». Тесла принял приглашение и вложил всю душу в подготовку лекции, которая, как он думал, позволит ему подробно рассказать миру электротехники о своей чудесной системе переменного тока и ее огромных преимуществах по сравнению с постоянным током.
Лекция стала классической в области электротехники. Тесла изложил теорию и рассказал о возможностях практического применения переменного тока в энергетике. Вместе с его патентами она описывает основание — включающее в себя электрические схемы, машины, их функционирование, а также теорию, — на котором была построена и до сих пор работает почти вся энергетическая система США. И доныне в сфере энергетики не сделано ни одной разработки, сопоставимой по своему значению с тем, что дал Тесла.
Лекция вместе с открытиями и изобретениями, которые он включил в нее, утвердила Теслу в глазах мирового электротехнического сообщества как основателя всего, что связано с энергосистемой переменного тока, а также как выдающегося изобретателя в области электротехники.
Нелегко представить себе огромный прорыв в развитии электротехники, начальный импульс которому был задан из лаборатории Теслы через несколько месяцев после ее основания. Он инициировал приливную волну прогресса, которая одним грандиозным всплеском перенесла электротехнику к началу новой эпохи в энергетике, хотя, чтобы наладить коммерческую эксплуатацию, понадобилось еще несколько лет. Электротехнический мир был поражен, озадачен и заинтригован множеством открытий, которые так и сыпались из лаборатории Теслы, и восхищался необыкновенным гением, который ярко вспыхнул в этом мире.
Энергетическая система Теслы сделала ненужными электростанции постоянного тока, которые могли считаться теперь предприятиями исключительно местного значения, способными обслуживать территорию радиусом в лучшем случае в одну милю. Его двигатели работали от переменного тока, который мог экономично передаваться на сотни миль линиями электропередачи, для которых он разработал экономичную двух- и трехфазную систему.
Колоссальные изменения, произошедшие в электротехнической индустрии благодаря открытиям и изобретениям Теслы в связи с переменным током, можно оценить, рассмотрев недостатки, имевшиеся до того времени в работе электростанций постоянного тока системы Эдисона. Электроэнергия вырабатывалась в них относительно небольшими генераторами и поступала к потребителю по медному кабелю, проложенному под землей. Но не вся эта энергия доходила до конца линии электропередачи, так как из-за сопротивления кабеля терялась в виде бесполезного тепла.
Величина электроэнергии определяется двумя составляющими: это ток, или направленное движение заряженных частиц, и напряжение, или сила, заставляющая эти частицы двигаться. Падение напряжения из-за сопротивления происходило независимо от значения напряжения. Напряжение при токе в один ампер падает из-за сопротивления на одну и ту же величину при напряжении и в 100, и в 1000, и в 100000 вольт. Если же сила тока не меняется, то количество передаваемой по проводу энергии зависит от значения напряжения. Так, скажем, при напряжении в 100000 вольт и токе в один ампер энергии по проводу передается в 100000 раз больше, чем при токе в один ампер и напряжении в один вольт.
Если сила проходящего по проводу тока удваивается, то потери на тепло возрастают в четыре раза; если она утраивается, то потери возрастают в девять раз; а если сила тока увеличивается в четыре раза, потери возрастают в шестнадцать раз. Это накладывает определенные ограничения на силу тока в кабеле.
Кроме того, в кабеле происходит и падение напряжения. При средних значениях тока в кабеле принятого тогда сечения протяженностью в полмили (* 800 м.) эти потери составляли около 30 вольт. Чтобы до некоторой степени компенсировать эти потери, генераторы вырабатывали 120, а не 110 вольт, на которые были рассчитаны лампы. Рядом с электростанцией потребители получали повышенное напряжение, а на расстоянии в полмили от нее оно опускалось до 90 вольт. Первые угольные лампы Эдисона давали не очень-то яркий свет и от 110 вольт, а уж при 90 вольтах светили совсем слабо.
Все это позволяло вырабатывать и распределять постоянный ток лишь на крайне ограниченной территории. Электростанция Эдисона могла обслуживать площадь диаметром менее полутора километра. А для электрификации большого города, чтобы получать достаточное напряжение в каждом районе, пришлось бы иметь по электростанции на каждые полтора квадратных километра и даже меньше. За пределами же больших городов ситуация осложнялась еще больше. И это служило серьезным препятствием для полномасштабной электрификации страны.
Энергетическая система Теслы, которую Эдисон столь категорично отверг, когда она была ему предложена, выводила электричество из узких рамок местного применения. Тесла дал не только двигатели переменного тока, которые были проще и гибче машин постоянного тока, но и высокоэффективный способ применения трансформаторов, состоящих из двух катушек провода на металлическом сердечнике, повышающих напряжение при одновременном и пропорциональном снижении тока и наоборот. Объем же электроэнергии при этом практически не менялся.
Медный кабель обходится весьма не дешево, когда покупается на целые километры, а его сечение накладывает ограничения на силу тока в нем. Эдисоновская система постоянного тока не позволяла найти практичный способ передачи электроэнергии. Изменить напряжение было нельзя, и когда значение тока поднималось до предельной проводимости кабеля, то тянуть дальше эту линию передачи было уже невозможно.
В системе же Теслы кабель может нести несравненно больше энергии, что достигается повышением напряжения, в результате чего сила тока не превышает допустимой нагрузки на линию электропередачи. Совсем тонкий провод в его многофазной системе переменного тока может передавать в тысячу, а то и больше раз энергии, чем в системе постоянного тока Эдисона.
Система Теслы давала возможность экономично нести ток на огромные расстояния от электростанции. При желании можно было получать электроэнергию, сжигая уголь прямо в шахте, и без больших затрат передавать ее в далекие города; или преобразуя в электричество силу воды и точно так же передавая его на большие расстояния.
Тесла освободил гиганта электроэнергии из оков электростанции и дал ему географическую свободу, возможность осваивать все новые просторы и творить на них свои чудеса. Он заложил основание нашей нынешней могучей энергосистемы. Достижение такого масштаба должно было нести в себе огромный заряд, и стоило поднести к нему огонек, и действие не заставило бы себя ждать.
«Никола Тесла: ложь и правда о великом изобретателе»
