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世界能源无线传输系统

  电报时代 1927年10月16日
  作者:尼古拉·特斯拉

  不用电线的电力传输不是一种理论或仅仅是一种可能性,就像它在大多数人看来的那样,而是我在多年的实验中证明的一个事实。这个想法也不是突然出现在我面前的,而是非常缓慢和逐步发展的结果,是我在1893年认真进行的研究的逻辑结果,当时我向世界展示了我为所有目的广播无线能源系统的第一个轮廓。在之前的三年中,我在科学协会的几次示范性演讲中表明,在传输电能时没有必要使用两根电线,而只需使用一根电线就能达到同样的效果。我对高频率电流的实验是第一次公开进行的,并引起了人们最浓厚的兴趣,因为它们开辟了各种可能性,而且现象具有惊人的特点。很少有熟悉最新设备的专家会理解我在当时掌握的基本设备上的工作难度,因为在每个实验中都必须对共振进行精确调整。
  在发现通过单一导体传输能量而不返回的做法可行后,我想到,甚至可能连这根线都可以省掉,而用大地来将能量从发射器输送到接收器。

  高频发电机和特斯拉线圈
  显然,艺术和工业中通常使用的电流是不合适的,我不得不设计特殊的发电机和变压器来提供必要质量的脉冲。首先,我完善了两种类型的高频发电机,一种是直流电场激励,另一种是用不同相位的交流电给磁铁供电,产生一个旋转的磁场。这两种机器在我的广播无线系统中都找到了用武之地。在我展示的第一台机器中,效率达到了90%,但必须在氢气或稀薄的空气中运行,以尽量减少其他令人望而却步的风量损失和震耳欲聋的噪音。
  为了克服这类机器固有的局限性,我接下来集中精力完善了一种特殊的变压器,它由几个电感组成的调谐电路,从电容器的振荡放电中获得主要能量。这个设备最初是以我的名字命名的,被主要的科学人士认为是我最好的成就,现在被用于全世界的每一个无线发射器和接收器。它使我能够获得任何所需频率、电动力和体积的电流,并产生大量的电、化学、热、光和其他效应,以及伦琴、阴极和其他超强度的射线。我在对物质的构成和放射性的研究中使用了它,从1896年到1898年,我在《电气评论》上发表的文章中证明,在斯克洛多夫斯卡夫人和皮埃尔·居里发现镭之前,放射性是物质的一个共同属性,这种物质会发射出不同大小和巨大速度的小粒子,这一观点受到了难以置信的反应,但最终被认为是真实的。它已被用于无数用途,并在其他人手中被证明是名副其实的阿拉丁之灯。当我想起我最早的线圈时,那只不过是科学玩具,后来的发展对我来说就像一场梦。

  “放大的发射器”和地球共振
  虽然我从一开始就完全相信最终会取得成功,但直到通过缓慢的改进,我发展出所谓的 "放大发射器",我才获得令人信服的证据,证明为所有工业目的大规模无线输电的可行性。
  主要的发现是1899年在科罗拉多斯普林斯作出的,它使我对我的计划的实用性彻底满意,我在那里用一台容量为1500千瓦的发电机进行了测试,并确定在某些条件下,电流能够穿过整个地球,并以不减弱的力量从反方向返回其原点。这是一个令人难以置信的结果,以至于这个启示一开始几乎把我吓呆了。我在一瞬间看到,通过在发送站和接收站适当地组织设备,实际上可以在任何距离上通过地球输送无限量的电力,只受限于地球的物理尺寸,效率高达百分之九十九点五。
  考虑到表面电气化的传播,从我的发射器发出的电流在地球上的传播方式是最特别的。波以理论上无限的速度开始,先是非常迅速地减速,然后以较小的速度减速,直到距离约为六千英里时,它以光速前进。从那里开始,它的速度再次增加,一开始很慢,然后更快,以大约无限的速度到达反方向。运动定律可以通过说明地球表面的波以相等的时间间隔扫过相等的区域来表达,但必须理解的是,电流深入地球,对接收器产生的影响与整个流动被限制在连接发射器和反点的地轴上是一样的。因此,平均表面速度约为每秒471,200公里 - 比所谓的赫兹波的速度大57% - 如果存在的话,赫兹波应该以光速进行传播。著名的美国天文学家J.T.T.See上尉在他的数学研究中发现了同样的常数,用于最小的以太颗粒,他恰当地将其称为 "以太"。但是,虽然在他的理论中,这个速度是一个物理现实,但水流在地球表面的传播很像月亮的影子在地球上的通过。
  对大多数从事实际工作的人来说,要衡量甚至形成一个适当的概念,即我从我的那部分工作中获得的灵感和力量的强度,这已经成为历史。我完全有理由认为自己是最幸运的人之一,因为我不断地体验到一种无法表达的满足感,我的交变系统被普遍用于热、光和电力的传输和分配,我的无线系统的所有基本特征也被全世界用于传递情报。但我在这一领域的先驱努力仍被严重误解。

  短波广播和 "波束 "传输
  最能说明这一点的莫过于最近一些专家用极短的电波进行的演示,这些演示给人留下了这样的印象:电力最终将通过这种方式传输。实际上,这种实验正是对经济性能源传输的可能性的否定。我在很多年里对这一特殊课题进行了实验研究,有时使用短至一毫米的波,并发现即使这些波也不适合这种目的,更不用说它们的生产与巨大的浪费是分不开的。
  为了通过这种方法获得良好的效果,有必要采用波长比反射器尺寸小得多的辐射,如辐射热、光、红外线或紫外线。尽管我反复解释,但专家们似乎没有意识到,像我在无线供电系统中达到的能量集中,不可能也不会通过反射器的工具来实现,因为在以这种方式传输能量时,接收器只能收集与暴露在射线下的面积成比例的能量,而在我的系统中,它从一个巨大的水库中吸取能量,而且数量要大很多。类似的考虑也适用于通过短反射波或 "光束 "的定向传输。如果我们能够经济地生产出频率接近辐射热波的电振动,高效的反射器,没有明显的分散,并防止吸收 - 那么这种传输能量的方式可能变得非常重要。但是用相对非常低的频率来实现这一目的的尝试肯定会被证明是徒劳的。二十五年多以前,我为通过大气层传输大量能量所做的努力导致了一项具有巨大前景的发明的发展,该发明后来被称为 "死亡射线",归功于格林德尔·马修斯博士,一位聪明而熟练的英国电工。其基本思想是通过适当的电离辐射使空气导电,并沿着射线的路径输送高压电流。大规模的实验表明,在几百万伏的电压下,几乎可以将无限量的能量投射到很小的距离,如几百英尺,如果这个过程更经济,设备更便宜,这可能是令人满意的。从那时起,我进行了重要的改进,发现了一个新的原理,可以毫无困难地成功应用于和平和战争中的各种目的。
  如果我没有理解错的话,在用几米长的波进行 "波束传输 "时,一个由垂直导体组成的振荡电路被置于抛物面的焦点线上,在抛物面上放置了许多与主导体平行的次级直导线。现在,这种布置完全是错误的,而且从所有证据来看都是低效的,因为次级系统并没有以抛物线反射器的方式运作,而只是产生混乱的回声。正确的安排需要初级和次级导体位于两个垂直的平行平面内,它们之间的距离等于波长的四分之一。但即使在这种最好的形式下,这种发射器的实际价值也是值得怀疑的。反射,或者说回声,系统后面的两个波束并没有完全中和,而且有相当大的横向耗散。一级系统的能量随着距离的平方而减少,二级系统也是如此,来自后者的有用波将遭受能量的减少,与它们长度的四次方成正比。这意味着只能使用非常短的波,而且是不可改变的,难以调节的。如果把资金全部投入到设计合理的单一方向系统中,就会获得更好的结果,因为可用的功率增加得比工厂的成本快得多,这一定是目光短浅的表现。即使假设光束安排的工作是理想的完美,它也必须是劣质的,因为所需的辐射能量可以用较小的费用在单一系统中产生,而单一系统的进一步优势是它可以适应任何波长,在两个方向上同样有效,因此具有更大的赚钱能力。这个计划显然是不健全的,我不明白它是如何通过W.L.奥斯汀博士和约翰·斯通等合格专家的审查的。

  "世界体系"
  自从我在1899年开始建造第一座发电厂以来,我已经通过《电气评论》、《电气世界》、《电气实验者》、《科学与发明》和其他期刊,特别是1900年6月的《世纪杂志》,反复表达了我对它和我以前形成的计划的看法,我在该杂志上发表了一篇关于 "增加人类能量的问题 "的长文;但某些事实仍然必须告诉我们。首先,现在实行的广播系统与我期望开创的广播系统之间的根本区别是,目前发射器向所有方向发射能量,而在我设计的系统中,只有力量被输送到地球的所有点,能量本身以事先确定的路径运行。也许最奇妙的特点是,能量主要沿着正交线传播,也就是地球表面两点之间的最短距离,到达接收器时没有丝毫的分散,因此收集到的能量比辐射要多得多。因此,我提供了一种完美的手段,可以在任何需要的方向上更经济地传输功率,而且没有任何使用反射器必然涉及的质量和数量上的限制。
  另一个区别是,我的系统完全基于共振,而在目前的实践中,主要是依靠辅助设备的放大作用,这些辅助设备一般由各种形式的真空管组成,已经达到非常完美的程度。使用真空管的基础是由威廉·克鲁克斯爵士奠定的,他在1876年发现高度加热的导体会释放出电化粒子。1882年,一位年轻的法国电工Vissiere观察到从白炽灯的灯丝中发出电流,并使用专门准备的灯泡进行了仔细的测量,当时我有机会在巴黎郊区的塞纳河畔伊夫里目睹了其中一些现象。但是这些现象在这门技术中没有得到应用,直到1892年我制造了一个真空管探测器,其灵敏度优于我所知道的任何其他形式。从那时起,已经取得了惊人的进展,但使用现代真空探测器和放大器是阻碍向正确方向发展的障碍,广播中遇到的大多数问题都是由于这个原因造成的。直到最近,发射的电波还缺乏均匀的长度,因此不可能进行准确的调谐。这一缺陷在一定程度上通过石英晶体的控制得到了弥补,现在,第一次可以进行重要的改进,以改善服务。
  产生等速振荡的电子机械过程是我最早的发明之一,我已将其应用于许多方面并取得了巨大成功。它应用于现有设备的操作,确保了重要的优势,但尽管如此,以及其他方面的改进,改变目前的设备和广播方法正变得日益重要,由于这个原因,我急于恢复引进我的 "世界系统",采用具有巨大效力的新型发射器和基本简单的接收器。在我的设备中,等时性是如此的完美,调整的程度是如此的尖锐,以至于在传输语音、图片或类似的操作时,频率或波长只在一个微小的范围内变化,如果需要的话,不需要超过百分之一。静态和所有其他干扰被完全消除,服务不受天气、季节或任何种类的昼夜变化的影响。该系统特别适用于世界无线电话和电报,因为来自发射器的电流几乎可以保持恒定,并通过一个简单的麦克风进行控制,而不需要像现在这样复杂的手段。任何合理数量的同步和无干扰的信息都是可行的,而且电报传输的速度可以达到每分钟数千字。同样的原则也适用于通过电线和电缆的操作。1903年,我向西部联盟公司和邮政电报公司提议在他们的线路上采用这种多路传输方式,但没有得到鼓励,主要是因为业务量不需要大幅增加工作能力。在后来,我的改进被称为 "有线无线"。这是一个相当不恰当的名字,因为从电线上辐射出来的电波完全消失,对接收器没有任何影响。
  我的发电厂计划已经发展到可以应用的地步,但我仍然不能说我何时开始积极工作。现在已经没有我一开始就遇到的困难了,因为当时我是一个人;现在很多人都相信我的事业是合理和实用的。不用说,我正在尽一切努力,尽快向世界提供我最好和最重要的作品,而且没有任何瑕疵和缺陷。我考虑到一些地方似乎很适合这一目的,但我最热烈的愿望是从尼亚加拉大瀑布输送电力,我的交流系统在那里取得了第一次胜利。
  无线能源最重要的用途之一无疑是用于飞行器的推进,因为虽然电流的流动被限制在地球上,但在其周围的大气中会产生一个电磁场。如果飞机携带的导体或电路被准确地调整和适当地定位,能量就会被吸入这些电路,就像液体会通过容器中的一个孔一样。只要有一个容量很大的工业工厂,就可以通过这种方式获得足够的能量来推动任何种类的航空机器。我一直认为这是解决飞行问题的最佳和永久的办法。不需要任何形式的燃料,因为推进力将由高速运转的轻型电动机来完成。然而,我预计进展缓慢,我正在开发一种新型的飞行器,它似乎很适合满足目前对安全、小型和紧凑的 "空中飞人 "的需要,能够垂直上升和下降。
  我在1893年构想的电视,将是另一个有价值的、及时的应用。当时,我提出了这样一个想法:外部物体的清晰心理形象的形成伴随着视网膜上的反射作用,从而有可能阅读思想,甚至将所构思的图像投射到屏幕上,使观众看到。这将对所有人类关系产生不可估量的影响,但在找到某种方法将视网膜暴露出来之前,这一想法是无法实现的。对这一问题的不断思考使我发展出了在没有任何移动装置的情况下即时传送真实视觉的设备,在1900年,我已经解决了我所面临的三个问题,即:将大量的通道或 "神经 "个别化和隔离;向接收设备传送足够的能量,以及使移动图像的视觉不受距离的影响。最终,我还希望通过一个不同的装置来克服硒电池的缺点。
  然而,我最感兴趣的是广播的完善,因为现在的广播是用不合适的设备和商业上有缺陷的计划进行的。发射器必须大大改进,接收器必须简化,在为所有目的分配无线能源方面,必须遵循电报、电话和电力公司建立的先例,因为虽然手段不同,但服务的性质是一样的。技术发明类似于建筑,专家们必须及时得出与我很早以前就得出的相同的结论。我的电力系统迟早会被全部采用,就我而言,这已经是很好的结果了。如果我被对最终成功的怀疑所困扰,我会想起伟大的哲学家开尔文勋爵的话来消除这种怀疑,他在目睹了我的一些实验后,含着眼泪对我说"我相信你会成功的"。

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