Юный техник, 2015 № 08

В 1899 году в Колорадо-Спрингс Никола Тесла без каких-либо проводов смог зажечь сразу 200 электрических лампочек. Причем это «светопредставление» сопровождалось раскатами грома и 40-метровыми молниями.

После этого ученому поступило новое предложение — построить в Нью-Йорке Всемирный центр беспроводной передачи энергии «Ворденклиф». Однако в 1905 году строительство было прервано. Спонсоры решили, что им будет трудно взимать плату с людей за электричество, которое те смогут черпать прямо из атмосферы.

Тесла расстроился и вскоре практически перестал общаться с внешним миром, продолжая, тем не менее, вести исследования, которые, по его мнению, могли пригодиться будущим поколениям. А когда он умер, оказалось, что большая часть его документов и записей таинственно исчезла, а то, что осталось, было сильно повреждено внезапно начавшимся пожаром.

Нынешние разработки

С той поры изобретатели многих стран ищут способы передачи энергии на расстояние без проводов с возможно меньшими потерями. Хотя до эффектных опытов Теслы еще далеко, кое-что сделать им удается.

Так, несколько лет назад американская компания Energous разработала метод беспроводной зарядки электронных устройств. Прототип генератора может излучать 10 Вт, этого более чем достаточно для зарядки смартфона или планшета на расстоянии до 4,7 м. Компания надеется вскоре выпустить свою разработку на рынок.

Причем, когда речь заходит о беспроводной зарядке, обычно говорят о магнитном резонансе и двух катушках, играющих роль антенн, настроенных на определенную частоту. При передаче электроэнергии одна катушка наводит электромагнитное поле в другой. На этом способе основаны почти все современные беспроводные технологии зарядки. Все, кроме Energous.

Как пишет журнал Technology Review, компания Energous использует иную технологию, включающую в себя «множество маленьких антенн». Эти антенны посылают радиоволны ближайшим мобильным устройствам, которые находит через Bluetooth.

Генератор Energy Router может передавать энергию сразу нескольким потребителям даже во время их перемещения. Эксперты полагают, что для передачи энергии с минимальными потерями формируется некий пучок направленного электромагнитного излучения. Однако даже при этом КПД устройства составляет не более 20 %, да и «дальнобойность» передачи оставляет желать лучшего.

Еще одно подобное устройство создали физики под руководством Ярослава Уржумова из Университета Дьюка. Его основная часть, как пишет журнал Scientific Reports, — некая «суперлинза», которая представляет собой квадрат со стороной 40 см, состоящий из множества отдельных ячеек. Внутри них опять-таки находятся небольшие медные антенны. Во время работы устройство помещают между приемником и передатчиком, роль которых выполняют магнитные катушки. Задача «суперлинзы» заключается в том, чтобы сконцентрировать поле в направлении передатчика и сделать перенос энергии более эффективным.

Индукция между катушками с переменным током без использования линзы крайне неэффективна. Точнее, с увеличением расстояния эффективность этого процесса падает пропорционально 6-й степени расстояния. Например, для электромагнита полуметрового размера эффективность передачи на расстоянии в 1,5 м составляет около 10-й доли процента. Созданное физиками устройство позволяет увеличить это значение приблизительно в 5 раз. Однако и этого для практических целей маловато.

Беспроводная зарядка для мобильных устройств и ее схема.

Солнце без проводов

Чтобы не заканчивать наше повествование на печальной ноте, поговорим о самой последней — и, судя по всему, успешной — попытке. Ею стало испытание системы, разработанной японской компанией Mitsubishi Heavy Industries для накопления солнечной энергии в космосе и передачи ее на Землю.

В экспериментальной установке передатчик и приемник энергии были расположены на расстоянии 500 м друг от друга. Излучение мощностью 10 кВт было передано в микроволновом диапазоне, а об успехе передачи ученым сообщил светодиодный индикатор, установленный на приемнике. Компания, правда, не сообщила, какое количество энергии в процентном отношении достигло приемника. В предыдущих испытаниях технологии, проводившихся на Гавайях, только незначительная часть энергии (около 1 %) преодолела расстояние от одного острова до другого.

Вопрос потери энергии исключительно важен, поскольку планы компании включают в себя запуск спутников на геостационарную орбиту на высоту 36 000 км для сбора и передачи солнечной энергии. Поэтому в процессе эксперимента была также проверена технология ориентирования пучка энергии в пространстве, предназначенная для предотвращения рассеивания. Кроме того, во внимание были приняты соображения безопасности. Наземная станция с приемником, по планам, будет располагаться на искусственном острове в Токийском заливе. Так что точная фокусировка пучка необходима ввиду близости столицы Японии.