Нікола Тесла та війна струмів: від Ніагари до Одеси

Коли кілька зим поспіль московський агресор методично та цілеспрямовано знищував українську енергосистему, ми, заклопотані питаннями, де зарядити телефон і як розігріти обід, зовсім не замислювалися над тим, завдяки кому маємо таку розкіш, як доступна електроенергія. Утім, є нагода ще раз згадати ім’я науковця, чиї винаходи змінили не лише світ його часу, а й подальший розвиток енергетики. Поговоримо про геніального винахідника Ніколу Теслу — цього року весь світ відзначає 170 років від дня його народження.

Хоча це ім’я відоме, а мільйони людей їздять на авто, названих на його честь, більшість чула про нього переважно маніпулятивні факти, міфи або й відверті фантазії: від його нібито причетності до падіння Тунгуського метеорита до створення надпотужної зброї — «променів смерті». За цими легендами нерідко губляться реальні досягнення винахідника та історія електротехнічної революції, одним із головних героїв якої він став. Ця історія має й виразний український вимір: нові технології швидко приходили до Одеси й Києва, а пов’язані з Україною науковці та інженери брали участь у їхньому розвитку й поширенні.

Як Тесла став винахідником

Серб за національністю, уродженець Хорватії, громадянин Австро-Угорщини, а пізніше Сполучених Штатів, Тесла справді був людиною світу. З дитинства його вирізняв інтерес до електрики — найтаємничішої й водночас найперспективнішої галузі науки ХІХ століття. Завдяки надзвичайно розвиненій уяві він міг конструювати пристрої з урахуванням найменших деталей і безпомилково визначати, як вони функціонуватимуть насправді.

Однак наукове майбутнє Тесли не було визначене наперед: батько-священник хотів, аби Нікола пішов його стопами й присвятив життя релігійному служінню. У цьому історія Тесли перегукується з історією іншого сучасного йому фізика — видатного українця Івана Пулюя: в обох випадках батьки нелегко й лише з часом змирилися з вибором синів на користь наукової діяльності, а не релігійного служіння. Однак обоє обрали науку. Саме Нікола Тесла став головним героєм масштабної наукової «битви» кінця ХІХ століття — так званої війни струмів, де його суперником був не абихто, а легендарний Томас Едісон.

Перші комерційні системи електропостачання працювали переважно на постійному струмі — його легко було отримати за допомогою динамо-машин і безпечно передавати користувачам через низьку напругу. Так працювали перші електростанції — чи то в Лондоні та Нью-Йорку, чи то у Львові та Харкові. Постійний струм живив і перші електричні трамвайні лінії, зокрема київську — одну з перших у Східній Європі.

Утім, така чудова система мала величезний недолік. Що більшою була відстань від генератора до споживача, то меншою ставала напруга через електричний опір кабелів: енергія наче поступово губилася на своєму шляху. Через це електростанція могла живити будівлі в радіусі не більш як одного кілометра. У часи масової урбанізації це породжувало безліч проблем, адже треба було збудувати десятки чи й сотні електростанцій у мегаполісі, викупивши для цього дорогі земельні ділянки. Тож те, без чого сьогодні може обійтися хіба що відлюдник, наприкінці ХІХ століття могли собі дозволити лише найбагатші родини. Навіть у технічно просунутому Нью-Йорку освітлювали лише центр, тоді як робітничі околиці могли тільки мріяти про електричне світло.

Та й чи були задоволені мешканці, коли міський пейзаж перетворювався на суцільні димові труби з кіптявою від спалювання вугілля? Як описує американський дослідник Джефф Гуделл тогочасні реалії виробництва електроенергії, «чорний дим і кіптява виривалися через кілька імпровізованих димарів на даху, вкриваючи сажею весь навколишній район». Так дорожнеча та забруднення довкілля ставали на заваді масовій електрифікації.

Однак теоретично був інший спосіб передавати електроенергію — за допомогою змінного струму, який давав змогу підвищувати напругу до такого рівня, коли опір провідників уже майже не створював перешкод. Так, це могло бути небезпечно, проте дозволяло передавати енергію на сотні й тисячі кілометрів. На додачу ставало можливим використання колосальної енергії великих річок і водоспадів, а це було екологічнішим рішенням.

Але такий спосіб довго вважали чимось несерйозним і малоперспективним. Якось один університетський професор витратив цілу годину на те, щоби «розвіяти фантазії» свого студента про можливості практичного використання змінного струму. Та студент, на щастя, не схотів «схаменутися» — це й був Нікола Тесла. Ба більше, своє подальше життя він присвятив тому, щоб подарувати електричне світло якомога більшій кількості людей. Як колись Прометей зазнав страждань за викрадення вогню, так і Тесла відчув на собі скажену лють критики та фінансові втрати за відданість ідеї змінного струму.

Як Тесла знайшов партнера

Нічого не віщувало лиха — молодий та перспективний учений з Австро-Угорщини вирушив за океан і спробував утілити «американську мрію». Його роботодавець — такий самий затятий винахідник Томас Едісон — здавався цілковитим однодумцем. Але «спорідненість душ» ущент розбилася через фінансові інтереси: Едісон уже встиг набудувати купу електростанцій постійного струму та вважав новаторські ідеї молодого науковця небезпечними для своєї бізнес-моделі.

І знову Тесла не скорився тиску: з патентами на свій винахід — систему багатофазного змінного струму — він приєднався до компанії іншого підприємця — Джорджа Вестінгауза. Фінансова підтримка нового партнера дала винахіднику можливість проводити експерименти й утілювати в життя найсміливіші проєкти, попри шалений опір із боку Едісона. Символом нової енергетики стала електростанція змінного струму на Ніагарському водоспаді, побудована Вестінгаузом за розробками Тесли 1895 року. Енергія води почала живити місто Баффало за 35 кілометрів від станції, що було фантастичним показником на той час.

Як нова енергетика увійшла в Україну

На рідному європейському континенті ідеї Ніколи Тесли перемогли значно швидше, хоча й теж не без суперечок. До їхнього дослідження доклалися й українські науковці. Одеський професор Георгій де Метц популяризував досліди Тесли в науковій публіцистиці, називаючи їх «явищем значної величини у сучасній фізиці».

Вчені з України відіграли важливу роль не лише в теоретичних дискусіях, а й у практичному поширенні змінного струму в європейських столицях. Уродженець Тернопільщини Іван Пулюй переконав міську владу Праги у перевазі змінного струму над постійним під час спорудження тамтешньої електростанції. Киянин Роберт Классон керував створенням першої центральної електростанції змінного струму в Москві. Український слід є й у біографії одного з творців трифазної системи змінного струму Михайла Доливо-Добровольського. Першу ґрунтовну підготовку з природничих і технічних дисциплін він здобув в Одеському реальному училищі. Розроблена ним трифазна система дала новий поштовх поширенню змінного струму й доповнила винаходи Тесли.

Коли Одеса та Київ отримали електричне світло

Та й у самій Україні електротехнічна галузь бурхливо розвивалась. Одеса на той час була одним із технологічно найрозвиненіших міст Європи: 1887 року тут спорудили одну з перших у Східній Європі електростанцій змінного струму — щоправда, простішого, однофазного. Вона живила новозбудовану Одеську оперу. Два сміливі експерименти — архітектурний і технічний — поєдналися.

А вже до кінця століття електростанції змінного струму з’явились у найбільших містах України, зокрема й у Києві. Тодішня столиця дивувала приїжджих: «Електрикою користуються і дантисти для приведення в рух зубних бормашин, і ринологи для припікання, і гінекологи та офтальмологи для освітлення; у лікувальному закладі доктора Успенського електрика, крім механічної енергії (там є електродвигун потужністю чотири кінські сили), ще й сушить білизну: для цього в спеціально пристосованій шафі встановлено реостати; в управлінні Південно-Західних залізниць вона друкує квитки (два двигуни по дві кінські сили); вона осаджує метали в одному гальванопластичному закладі; приводить у рух вентилятори та друкарські верстати; освітлює вулиці, театри, магазини, університет, клініки, гімназії, банки, фабрики, лазні, ресторани тощо», — так описав свої враження науковець із Санкт-Петербурга.

Як змінний струм змінив українську промисловість

Із початку ХХ століття електростанції змінного струму почали масово споруджувати при шахтах і заводах індустріального півдня та сходу України, ще посилюючи економічну вагу регіону в європейському масштабі. Коли в Америці вирувала «війна струмів», в Україні вони радше мирно співіснували: на заводах часто працювало по кілька електростанцій, що виробляли струм різного типу залежно від потреб. Така різнобічна електрифікація відкривала небачені раніше можливості. Масове використання електрообладнання, зокрема електричних врубових машин від уже відомого нам американця Вестінгауза, забезпечувало майже третину видобутку вугілля, а кожен із таких пристроїв міг замінити 30–40 забійників. Найбільшою електростанцією України напередодні революційних подій 1917 року якраз була станція змінного струму на Олександрівському металургійному заводі в Катеринославі (Дніпро), а її потужність майже у сто разів перевищувала першу електростанцію змінного струму в Одесі.

Так ідеї й технології Тесли завойовували світ, надаючи йому сучасного вигляду. Його блискучий розум, жага до знань, копітка робота та міцна сила волі стали рецептом успіху воістину планетарного масштабу. А деяким його передовим ідеям — від дистанційно керованих морських човнів до бездротової передачі енергії — довелося чекати аж до початку нашого ХХІ століття, аби вже нинішні учені втілили їх у життя.