Tesla tornyai: Pikes Peak, Wardenclyffe, and Wireless Power Transmission
A termék sikerének piaci szabályai alól még egy olyan zseni, mint Tesla sem tudott kibújni: Légy első a piacon, kínálj jó ár-érték arányt, és legyél jobb a versenytársaknál.
Nikola Tesla részben a vezetékes energiaelosztásra vonatkozó találmányai révén vált híressé. Tudta, hogy a sikeres termékek elsőként kerülnek piacra, gazdaságos szolgáltatásokat nyújtanak, és megfelelő finanszírozásra van szükségük a fejlesztéshez. Minden technikai kihívást legyőzött. Mégis, a vezeték nélküli áramellátó rendszer megvalósítása előtt álló erők együttesen romokban hagyták mind Tesla tornyát, mind a világ bőséges áramellátásáról szóló álmát.
Mit fedezett fel Tesla a coloradói Pikes Peak-i laboratóriumában, ami miatt úgy gondolta, hogy a felforgató technológiája működni fog? Nézzük meg.
A Transmission Tower
A New York-i Shorehamben, James Warden üdülőhelye, Wardenclyffe-on-Sound közelében épült Wardenclyffe-tornyot eredetileg nem vezeték nélküli energiaátvitelre szánták. Eredetileg John Pierpont (J.P.) Morgan egy vezeték nélküli kommunikációs rendszerbe történő beruházás részeként kívánta használni.
Akkoriban Guglielmo Marconi a jachtversenyek eredményeit közvetítette óceánjárókról. Morgan úgy gondolta, hogy a versenyeredmények és hírek Amerikából Londonba történő továbbítása lenne a következő lépés. Jobb rendszert akart, mint Marconi rendszere – és Tesla örült, hogy egy ilyen befolyásos személy támogatta.
Kísérleti idők
1899-ben Tesla Coloradóban kísérletezett, miközben Marconi aktívan demonstrálta a vezeték nélküli rádiózást Angliában és Amerikában. A New York Herald újság felkérte Marconit, hogy tudósítson az abban az évben New Yorkban megrendezésre kerülő America’s Cup nemzetközi vitorlásversenyről. Eközben Teslának földet és ingyen áramot ígértek egy kísérleti laboratórium számára a coloradói Pikes Peakben.
Amikor Tesla Coloradóba költözött, már híresség volt. Sikeresen együttműködött George Westinghouse-szal, hogy megmutassa a váltakozó áram (AC) ígéretét azzal, hogy áramot és világítást biztosított az 1893-as chicagói Kolumbiai Világkiállítás számára. 1896-ban ismét összefogtak, hogy a Niagara-vízesésnél vízerőművet biztosítsanak.
Tesla váltakozó áramú többfázisú áramforrása a ma már magától értetődőnek tekintett vezetékes áramellátó rendszerek de facto áramelosztása. Tesla megelőzte Thomas Edisont és egyenáramú (DC) rendszerét a nagyszabású áramelosztásban, mert a technológia hatékonyabb volt.
A Tesla szabadalmaira támaszkodva a Westinghouse képes volt bőséges elektromos energiát biztosítani a berendezések, vonatok és városok számára, megalapozva ezzel a mai energetikai infrastruktúránk nagy részét.
Nicola Tesla a Pikes Peak Iaboratóriumában. A kép a Wellcome Library jóvoltából
Tesla és a vezeték nélküli áramátvitel
Az áramfejlesztőkkel és az elosztórendszerekkel elért sikerei ellenére, amelyek tervezésében részt vett, Tesla érdeklődött a vezeték nélküli elektromos áramátvitel iránt. Ezt perspektívába helyezve, mindössze 11 évvel korábban, 1888-ban Heinrich Hertz megerősítette James Clerk Maxwell Maxwell-egyenletek néven ismert elméleteit.
Tesla saját kísérleteket végezve 1891-ben feltalált egy elektromos rezonáló transzformátort, amelyet Tesla-tekercs vagy Tesla-tekercs néven ismerünk. Tesla arra számított, hogy transzformátorai áramot is tudnak szolgáltatni. Tesla az elektromos transzformátorra vonatkozó 1897-es szabadalmi bejelentésében azt állította, hogy az valójában egy “nagy távolságokra történő energiaátvitelre” szolgáló eszköz. Megjegyzendő, hogy ha Teslának sikerült volna az erőfeszítése, akkor az energiaelosztás teljesen forradalmasodott volna az emberiség történetében.
A Pikes Peaknél az időjárás (sok villámlás), a Colorado Springs-i El Paso Power Company ingyenes áramellátása és a John J. Astor biztosította Teslának a tökéletes laboratóriumi körülményeket mind a természetes villámok megfigyeléséhez, mind a “saját” villámok létrehozásához a transzformátorai segítségével.
Tesla képes volt megfigyelni, hogyan viselkedett a természetes villám, és hogyan haladt bizonyos esetekben a föld felett. Megjegyezte, hogy a levegő hogyan maradt utána feltöltve. Kísérletezett a transzformátorával, megfigyelte az íveket és azt, hogy a kisülések hogyan verődnek vissza. Még egy kis Tesla-tekercsből származó kisülések is lenyűgözőek lettek volna a Pikes Peak-en, és Tesla nem is csinált egy kicsit!
Tesla coloradói laboratóriumában volt az egyik legnagyobb tekercs, amit valaha építettek. A laboratóriumból származó elektromos kisüléseket mérföldekre lehetett látni. Tesla kísérleteiről eleget hirdettek, hogy J.P. Morgan, a General Electricet létrehozó fúzióért felelős pénzember befektetett Tesla cégébe, és biztosította a forrásokat ahhoz, hogy Tesla visszatérjen a keleti partra, és megkezdje a Wardenclyffe-torony munkálatait.
Ezzel a lépéssel Morgan részesedése volt egy vezeték nélküli kommunikációs vállalatban. Ez kiegészítené az összes többi iparágat, amelybe akkoriban befektetett. Tesla hírneve és a Tesla által bemutatottak alapján mindkét férfi biztos volt benne, hogy Tesla rendszere felül fogja múlni Marconiét. Morgan 1901 márciusában szerződést kötött Teslával egy vezeték nélküli kommunikációs rendszerről.
Egy példa egy modern Tesla-tekercs kísérletére
Wardenclyffe-torony és Marconi eredményei
Tesla azonnal megkezdte a rendszer munkálatait, földet szerzett és megépítette a tornyot. A tervek szerint a torony 187 láb magas volt, és 300 láb mélyen a földbe fúródott.
Az év decemberében aztán Marconi meglepte a világot azzal, hogy az Atlanti-óceánon átküldte az “S” morzejelű betűt. A Tesla által épített hatalmas toronynál sokkal egyszerűbb berendezéssel Marconi jeleket továbbított az óceánon át.
Mivel Marconi már forradalmi előrelépéseket állított a vezeték nélküli kommunikációban, Tesla rájött, hogy a jövő befektetőit nem fogja érdekelni az ő vezeték nélküli kommunikációs rendszere, ha ugyanezt Marconi technológiájával is el tudják érni. Tesla azt is gyanította, hogy Marconi olyan berendezéseket használ, amelyekre Tesla szabadalmakkal rendelkezett, de nem volt pénze, hogy utánajárjon az ügynek.
Morgannal való konzultáció nélkül Tesla felértékelte a torony tervét, és a specifikációkba belefoglalta az energiaelosztást. Célja az volt, hogy a torony egy teljes rendszer legyen: egy integrált áramellátási és kommunikációs csomópont.
Morgan nem volt boldog, amikor rájött, hogy (1) a kommunikációs rendszer, amelybe befektetett, nem épül meg, és (2) az újratervezett rendszer sokkal többe fog kerülni. A bizonytalanság tökéletes viharában Morgant elkapta az 1901-es gazdasági pánik, a tőzsde májusi összeomlásával. Aztán az év szeptemberében meggyilkolták McKinley elnököt. A Tesla szerződésének aláírása után néhány hónappal az egész pénzügyi környezet megváltozott. Morgan visszautasította Tesla kérését, hogy több pénzt fektessen be, és a két férfi közötti kapcsolat nem folytatódott barátságosan.
Bármilyen volt is korábban a Tesla és Marconi közötti kapcsolat, az akkor vált vitássá, amikor Marconi (Karl Ferdinand Braunnal együtt) 1909-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat. Kapcsolatuk ekkor pereskedő viszonyba torkollott, amely szabadalmi csatározásokkal és ellenkövetelésekkel volt terhes. Az elhagyatott tornyot végül 1917-ben lebontották, és minden vagyonát Tesla adósságainak kifizetésére fordították.
De mit tanult Tesla a coloradói laboratóriumában, ami miatt meg volt győződve arról, hogy vezeték nélkül is képes lesz áramot szolgáltatni Wardenclyffe-ben?
Lessons from Pikes Peak
Coloradóban Tesla laboratóriumának volt egy középső, 142 láb magas árboca, amelynek tetején egy rézgömb volt. Bár meglehetősen masszív volt, mégis kisebb volt, mint a Wardenclyffe-torony.
A transzformátor résznek volt egy több mint 50 láb átmérőjűnek leírt tekercselése. Tesla nagy elektromos íveket tudott továbbítani, valamint a környező földet is villamosítani. Tesla megfigyelései és kísérletei alapján a következő következtetésre jutott:
- A Föld vezetőként viselkedik. A Föld villamosítása eszközt biztosít az elektromos energia továbbítására. Úgy tűnik, Tesla így tudta meggyújtani az áramfejlesztőtől bizonyos távolságra a földön elhelyezett elektromos izzókat.
- A villámcsapás nyomában álló elektromos hullámok maradnak.
- Az ionoszféra képes visszaverni bizonyos elektromos hullámokat. Ezek nem feltétlenül haladnak át az ionoszférán és terjednek tovább.
- A Föld felszíne és az ionoszféra olyan csatornát alkot, ahol a nagyon alacsony frekvenciájú rádióhullámok (3 kHz és 30 kHz közötti tartományban) minimális veszteséggel terjednek. Ezek a hullámok folyamatosan körbejárják a Földet, visszaverődve oda-vissza a Föld felszíne és az ionoszféra között. Tesla szerint ezeknek a rezgéseknek 8 Hz-es természetes frekvenciája van.
Tesla elképzeléseinek volt némi háttere. 1872-ben Mahlon Loomis és William Henry Ward is szabadalmat jelentett be, amelyben a légköri elektromosságot és a jeleket továbbítani képes légköri elektromos réteget említették.
Ezzel a tudással könnyen belátható, hogy Tesla hogyan tudott elképzelni egy hatalmas elektromos rendszert, ahol a Föld és az ionoszféra lehetőséget biztosított az otthonok és a vállalkozások számára, hogy egy egyetemes elektromos hálózatra csatlakozzanak. Az ő transzformátorát használva hatalmas mennyiségű villamos energiát szolgáltatva, és a Föld és az ionoszféra vezető rétegként működve, bármely lakóhely vagy épület, amely megfelelő befogadókkal és földeléssel rendelkezik, a hálózatból táplált ággá válhatna.
A Wardenclyffe-torony grafikus ábrázolása
Hogyan csinálta Tesla?
Dr. Jonathan Zenneck a Wireless Telegraphy című könyvének 1915-ben megjelent fordított változatában az elektromágneses hullámok földfelszíni mezejét tárgyalta. Zenneck érdeklődött a Maxwell-egyenletek iránt a felszíni határfelületeken, és a könyvben megemlíti, hogy a Föld vezetőképes.
A német fizikus, Winfried Otto Schumann megjósolta, hogy a Föld felszíne és az ionoszféra közötti üregben elektromágneses állóhullámok léteznek. Ezt az elméletet 1954-ben megerősítették. Megállapították, hogy ez a “Schumann-rezonancia” 7,83 Hz-es alapfrekvencián jelentkezik. Ma a rádióamatőrök az ionoszféra visszaverődésétől függenek, hogy nagy távolságokra is kapcsolatot teremtsenek.
Mindezek a felfedezések azt mutatják, hogy Tesla megértése a Pikes Peak-i laboratóriumában látott és vizsgált jelenségekről beigazolódott.
Vajon a tornya követte volna a többi sikerét, ha nem fogy el a pénz? Ezt a kérdést még mindig vitatják. Bizonyos értelemben a torony nem volt kudarc. Tesla feljegyzései a coloradói kísérleteinek eredményeiről vázlatosak, mert inkább a memóriájára hagyatkozott, mint írásos feljegyzésekre. A Pikes Peak-i torony megépítéséhez azonban dokumentálnia kellett a terveit, a szükséges berendezéseket és a bejelentett szabadalmakat, nyomot hagyva ezzel a jövő kutatói számára.
Azt, hogy Teslának igaza volt-e abban, amit a vezeték nélküli energiaátvitelt magában foglaló világról elképzelt, talán még nem tudni. Tömegfinanszírozási erőfeszítések folynak azzal a céllal, hogy újjáépítsék Tesla tornyát.
Összefoglaló
Tesla olyan módon fejlesztette az elektromossággal és az energiaelosztással kapcsolatos ismereteket, amelyeknek még ma is hasznát vesszük. Az indukciós motorokkal, a fénycsöves világítással és a váltakozó áramú energiával kapcsolatos kísérletei képezik műszaki tájképünk alapját.
Ma a vezeték nélküli áramellátásról szóló víziója csak kis mértékben valósul meg. Bár Tesla tornya sosem érte el azt, amit remélt, mivel a torony előkészítése során dokumentálta terveit és szabadalmait, láthatjuk vízióját a bőséges energiával rendelkező világról.