В это время в Берлине полным ходом шла работа русского ученого Михаила Доливо-Добровольского по созданию устройств трехфазного переменного тока, которые, как показывал опыт, обладали серьезными преимуществами: не только улучшались магнитные свойства генератора и двигателя, но и значительно снижался расход металлов в линии передачи. Связанная трехфазная система требовала трех проводов – в отличие от несвязанной трехфазной системы Теслы, требовавшей шести проводов. Трехфазный электрический двигатель был необычайно прост, а следовательно, его можно было применять в самых разных целях. Стало очевидно, что будущее за трехфазным током, – только мир еще об этом не знал.
Осенью 1891 года во Франкфурте-на-Майне были запланированы Международная электротехническая выставка и Международный конгресс электротехников. Летом 1890 года германская фирма, где работал Доливо-Добровольский, получила заказ на передачу электроэнергии для снабжения выставки от водопада на реке Неккар близ города Лауфена. Примерно за год была построена гидроэлектростанция в Лауфене и подстанция во Франкфурте, соединенные линией передачи длиной в 175 км. В конце августа на выставке зажглась тысяча лампочек, а в середине сентября был пущен асинхронный двигатель трехфазного тока, при помощи которого насос подавал воду к фонтану. Передача работала без сучка без задоринки. Конечно, это была превосходная реклама трехфазного переменного тока, и с этого момента его стали применять повсеместно.
Однако возникло досадное осложнение юридического характера – Тесла к тому моменту уже получил патенты на любое применение многофазных систем переменного тока. Германская фирма была обязана либо выкупить эти патенты у компании «Вестингауз Электрик», либо выплатить солидную компенсацию. Неизвестно, что думал по этому поводу сам Тесла – отнюдь не исключено, что он, как и раньше, легко отказался бы от прибыли ради популяризации новых идей в электротехнике, – но его патенты принадлежали теперь компании «Вестингауз Электрик», которая и вела все дела. Началось запутанное судебное разбирательство. Суд вынес решение в пользу компании «Вестингауз Электрик» – и Тесле снова не повезло: немецкая фирма поставила под сомнение его права на открытие многофазных переменных токов как таковых, и ее юристы перебрали все предшествующие попытки создать двигатель переменного тока, надеясь убедить научную общественность в том, что Тесла не имеет никакого отношения к созданию многофазной системы. Борьба длилась двадцать лет, состоялось почти тридцать судебных процессов, и все их выиграл Вестингауз.
Звездный час
Компания «Вестингауз Электрик» получала все новые заказы на системы переменного тока, в том числе на оснащение генераторами электростанции на Ниагарском водопаде – об этом речь впереди. С этим оказался связан очередной судебный скандал – противники Теслы попытались «заново изобрести» генераторы двухфазного переменного тока, – но справедливость снова восторжествовала. Тесла за ходом процессов уже не следил – его занимали совершенно другие материи. Четыре следующих года он посвятил доработке и развитию многофазной системы электропитания и получил еще 45 патентов (не считая выданных за границей).
Кроме того, Тесла открыл для себя новую интереснейшую тему – токи различной частоты и их свойства. В своей лаборатории он построил многофазные генераторы переменного тока, где фаз было уже не две и не три, а почти четыреста, и на этих установках получал токи частотой до 20 000 Гц. Оказалось, что для передачи энергии на расстояние такие токи годятся гораздо лучше, чем высокоэкономичная многофазная система с частотой в 60 Гц. Поэтому Тесла занялся изобретением трансформаторов для повышения и понижения напряжения высокочастотных токов.
Изучение высокочастотных токов показало, что даже при небольших индуктивности и емкости они дают резонанс в колебательном электрическом контуре, а посредством резонанса можно производить настройку цепи. Электрический резонанс во многом подобен механическому, когда в результате ритмических относительно легких толчков амплитуда колебаний начинает возрастать, – именно поэтому нельзя ходить по мостам в ногу: колебания моста могут стать настолько сильными, что все сооружение рухнет.
При помощи резонанса Тесла научился поднимать напряжение тока до очень высоких значений. Благодаря его наблюдениям в области резонанса стало возможным создание современного радио – а ведь он сделал их гораздо раньше признанных первопроходцев в этой области.
Токи сверхвысоких напряжений и частот обладали неслыханными доселе свойствами, и в 1890 году Тесла обнародовал свои открытия: он обнаружил, что высокочастотные токи обладают тепловым воздействием на живой организм, и предложил использовать их в медицине.
Тесла решил выяснить, каковы пределы частот и напряжений, при которых переменный ток опасен и безопасен. Опыты он ставил на себе. Он пропускал токи высокого напряжения и высокой частоты через пальцы, через руки, через все тело. Правда, при этом он соблюдал определенную осторожность – например, при высоком напряжении и частоте в 60–200 Гц всегда работал только одной рукой, чтобы ток не проходил через сердце, и требовал этого от своих ассистентов. Тогда же он разработал и другие основные правила техники безопасности при работе с высокими напряжениями, принятые до сих пор: ведь в природе электричества как таковой за последние сто лет ничего не изменилось.
В результате этих опытов Тесла заметил, что ток оказывает на живой организм двоякое действие: не только прогревает ткани, но и влияет на нервные клетки. Тесла выяснил, что нагревание вполне может приносить лечебную пользу, а воздействие на нервные клетки при частоте более 700 Гц прекращается – таковы пределы чувствительности человеческого организма: ведь и слух перестает воспринимать колебания свыше 2000 Гц, а глаз – частоты за пределами видимого спектра.
Тесла подумал, что тепловое воздействие тока вполне можно использовать в медицине. Это соображение послужило мощным толчком к развитию принципиально новой отрасли медицины – электротерапии, к которой прибегают врачи всего мира и в наши дни: это и самые разнообразные физиотерапевтические процедуры, и ультразвуковые исследования, и лечение ультразвуком. Первые такие аппараты Тесла сконструировал сам – и, разумеется, проверил их действие на себе.
Однажды, доведя напряжение токов высокой частоты до 2 000 000 В, Тесла обратил внимание, что металлический диск, покрытый краской, оказавшись поблизости от аппаратуры, мгновенно очистился – краска облетела с него облаком пыли, а диск засверкал, как новенький. Тогда изобретатель предположил, что точно так же при помощи токов безопасных частот можно очищать и человеческую кожу – только уже не от краски, а, например, от омертвевших клеток, микробов, сальных загрязнений. Так оно и оказалось – и теперь электротерапия применяется не только в медицине, но и в косметологии.
Впервые Тесла рассказал о своих новых изобретениях слушателям-профессионалам из Американского института инженеров по электротехнике на лекции в мае 1891 года. Лекция называлась «Эксперименты с переменными токами очень высокой частоты и их применение к методам искусственного освещения».
Между тем переменный ток продолжал завоевывать позиции в мире электротехники, и вскоре Тесле представился удобный случай показать результаты своих экспериментов широкой публике. Компания «Вестингауз Электрик» получила заказ на электрификацию Всемирной Колумбовской выставки в Чикаго в 1893 году, примерно в одно время с которой состоялся и Всемирный конгресс электротехников. На выставке Тесла демонстрировал свои эффектные изобретения, в том числе вышеупомянутое «Колумбово яйцо». Прибор этот представлял собой плоскую металлическую сковородку, находившуюся в зоне действия катушек, создававших вращающееся магнитное поле; на сковородке лежало выточенное из меди яйцо. При пропускании тока через обмотки катушек яйцо начинало двигаться – встав на острый конец, оно быстро вращалось и, словно юла, ездило по окружности подставки. Выступая перед посетителями выставки, Тесла пропустил через себя высокочастотный ток в 100 000 В – к ужасу зрителей, которым заранее сообщили, что преступников в знаменитой тюрьме Синг-Синг казнят током не выше 2000 В.
Тесла выступил не только перед праздными зеваками, но и перед делегатами Конгресса электротехников, среди которых был цвет тогдашней науки и инженерии. Достаточно сказать, что почетным председателем Конгресса был Герман Людвиг фон Гельмгольц.
Можно сказать, что первая половина 90 годов XIX века была звездным часом Теслы, периодом акме, как называли это древние греки. К нему наконец-то пришла слава. Каких-то пять лет назад он был нищим нью-йоркским безработным и копал канавы за два доллара в час – а теперь стал властителем дум, самым настоящим волшебником, автором изобретений, о которых лишь недавно человечество не смело и мечтать. Он был необычайно популярен. Политики хотели сделать его живой рекламой своих партий, интеллектуалы справедливо считали интереснейшим собеседником, дельцы наперебой рвались завязать полезное знакомство, а матроны мечтали выдать за него своих красавиц-дочерей.
