Весь ход развития практического применения электрической энергии требовал ее централизованного производства. Но для этого нужно было научиться ее экономично транспортировать к потребителям, удаленным на достаточно большое расстояние. Легкость превращения электрической энергии в любую другую форму и ее чрезвычайно быстрое распространение по проводам делали поставленную задачу необыкновенно заманчивой. Именно потому, начиная с 70-х годов прошлого века, проблема электропередачи становится главным направлением в развитии электротехники.
Трудностей было немало. Прежде всего следовало изобрести технологию производства проводников, заложить основы совершенно новых отраслей техники — кабельной и электроизоляционной.
Вы помните, как изолировал В. В. Петров провода сургучом, смешанным с воском? П. Л. Шиллинг применял для изоляции проводов своего телеграфа пеньку, пропитанную озокеритом. А подземный кабель тогда представлял собой провод, изолированный бумажной пряжей и уложенный в стеклянные трубки, которые соединялись между собой резиновыми манжетами.
В 1949 году, в начале строительства ленинградского метрополитена, рабочие откопали кабель, проложенный еще Б. С. Якоби более ста лет назад. В деревянном желобе лежала проволока, изолированная суровыми нитками, пропитанными изоляционной массой из воска и канифоли и заключенная в стеклянные трубки.
Позже Якоби предложил применять для изоляции проводов гуттаперчу. А после изобретения способа вулканизации каучука в 1839 году стал применяться для изоляции и этот материал. Дороги были первые провода…
Однако главной трудностью в передаче энергии на расстояние были потери. Постоянный ток, проходя по проводам, отдавал большую часть своей энергии на нагрев проводников. Как уменьшить потери? Пробовали увеличивать сечение проводников — получилось.
Но расчеты показали, что это слишком дорогая цена.
Пожалуй, самым первым опытом передачи энергии на расстояние, получившим широкую известность, явился эксперимент французского инженера И. Фонтена. На Венской международной выставке 1873 года Фонтен проложил кабель длиной более километра между двумя машинами Грамма. Одна из них давала ток, другая работала в режиме двигателя. Однако потери оказались столь велики, что сам экспериментатор пришел к выводу, что экономичная передача энергии на сколько-нибудь значительное расстояние вряд ли возможна.
Я не зря подчеркиваю экспериментальный характер этой работы. В то время еще не существовало теоретического анализа явлений, происходящих при подобной передаче энергии, и до каждой истины изобретатели должны были доходить опытным путем.
Тем важнее и интереснее оказался вклад Д. А. Лачинова, который он внес в решение этой важнейшей проблемы. В том же 1880 году Дмитрий Александрович написал классическую работу, охватив в ней все основные вопросы теории электродвигателей, электрогенераторов и электропередачи. Статья называлась «Электромеханическая работа и элементарная теория электродвигателей (динамоэлектрических машин)» и явилась важной вехой в развитии теории электротехники. Впервые в истории им были сформулированы законы передачи электроэнергии на расстояние и определен путь дальнейшего развития электротехники.
Годом позже французский физик Марсель Депре повторил выводы Дмитрия Александровича Лачинова в статье «Передача электрической работы на большие расстояния».
Русское техническое общество назначило Д. А. Лачинова генеральным комиссаром русского отдела Всемирной электрической выставки, которая должна была открыться в Париже в 1881 году. И Дмитрий Александрович с честью представил русскую электротехническую науку и технику как на выставке, так и на Всемирном конгрессе электриков, последовавшем за ее открытием.
Лачинов был очень разносторонним ученым, прекрасным товарищем, душой кружка петербургских физиков. Однако, потеряв трудоспособность, он, как и многие русские интеллигенты, остался без средств к существованию. И 25 октября 1902 года умер в возрасте 60 лет в больнице благотворительного общества.
Письмо мавра
Ноябрь в Англии не самый лучший месяц года. Погода промозглая, сыро и холодно. В комнатах темно. Однако утро началось как обычно. Чашка кофе. Увы, в одиночестве. Через месяц исполнится год, как умерла Женни, друг, помощник, жена, с которой они прожили тридцать восемь лет и которая так мужественно принимала на свои плечи все тяготы эмиграции. А через месяц за Женни-старшей последовала и Женни-младшая, дочь, ставшая прекрасным публицистом… Маркс встряхивает поседевшей гривой все еще густых волос и принимается за дело. Он просматривает газеты, что-то отчеркивает, загибает листы… Одна, другая, третья… Вот, чуть не пропустил. Совсем маленькое, незаметное сообщение об электрической выставке в Мюнхене и об опытах Депре, передавшего силу по проводам с помощью электричества в Мюнхен из Мисбаха…
Мисбах… Мисбах. Конечно, Маркс прекрасно знал это место. Маленький городок километрах в пятидесяти от Мюнхена. Там еще находятся старые угольные шахты, на которых шахтеры работают в жутких условиях. Интересно, почему именно оттуда решили вести линию электропередачи? Сколько он просил выслать сюда в Англию, в Вентнор, статьи об исследованиях этого Депре! Успехи в развитии электричества давно его интересуют.
Маркс был убежден, что электричество идет на смену «Его Величеству Пару» и что это знаменует собой экономическую революцию, следствием которой будет революция политическая. Он придвинул к себе бумагу и обмакнул перо.
«Вентнор, 8 ноября 1882 г.
Дорогой Фред!
Что скажешь ты об опыте Депре на Мюнхенской электрической выставке? Уже около года Лонге обещал мне достать работы Депре (специально для доказательства, что электричество допускает передачу сил на большое расстояние при посредстве простой телеграфной проволоки). Близкий Депре человек, д-р д’Арсонваль, состоит сотрудником „Justice“ и напечатал несколько статей об исследованиях Депре. Лонге, по своему обыкновению, каждый раз забывал прислать мне это…»
Почерк Маркса тонкий, неразборчивый. Как умела его разбирать Женни, которая переписывала для печати все его рукописи!.. Впрочем, Энгельс тоже читает его легко. Последнее время он много занимается вопросами физики и, естественно, не мог пропустить бурного развития новой отрасли науки. Энгельс читал работы Фарадея, познакомился с трактатами Максвелла. Пожалуй, он мог бы считать, что подкован в научном смысле вполне прилично. Однако технических подробностей экспериментов, проводимых в разных странах, Энгельс тоже не знал.
«Дорогой Мавр, — писал он Марксу поздним вечером 11 ноября. — Меня очень интересуют подробности о произведенных в Мюнхене опытах Депре… Открытие делает возможным использование всей колоссальной массы водяной силы, пропадавшей до сих пор даром.
Твой Ф. Э.».
В житейском смысле Марсель Депре был, пожалуй, неудачником. В своих работах он пришел к тем же выводам, что и Лачинов, но все его попытки осуществить «электрическую передачу энергии» заканчивались неудачами, поскольку линии имели очень низкий коэффициент полезного действия.
В 1882 году, когда городские власти Мюнхена решили устроить в столице Баварии «электрическую» выставку, для демонстрационной электропередачи выбрали линию телеграфа. Организатор выставки инженер Оскар фон Миллер пригласил Депре, с которым был знаком еще по парижской выставке прошлого года.
В Мисбахе на шахтах имелась небольшая паровая машина, мощностью в две лошадиные силы, и динамо-машина Грамма постоянного тока. В принципе она могла развивать до 2000 вольт электродвижущей силы.
Но что поставить на выставке в качестве демонстрации переданной на расстояние силы? Устроители задумывают взять вторую, аналогичную машину Грамма, поставить ее в режим двигателя, соединить с центробежным насосом и заставить последний перекачивать воду в резервуар, установленный на высоте нескольких метров. Оттуда вода должна низвергаться водопадом…
Вы можете улыбнуться: странный, дескать, способ демонстрации. Но здесь, по-видимому, вступали в силу национальные привязанности — немцы обожают водопады. Я был свидетелем, как почтенные обыватели выезжают в субботу за город, чтобы выпить кружку пива под шум падающей воды. Время от времени ее спускает из накопителя бармен с помощью обычного поплавкового затвора от бачка, веревка к которому спрятана за пивной стойкой. Вы бы видели, как радуются эти люди, когда начинает работать «вассерфалль», как кричат «ура» и поднимают кружки… за падающую с высоты двух-трех метров воду!
Миллер собирался перекачивать воду на высоту четырех метров!
К сожалению, машина Грамма на шахтах Мисбаха была старой и шелковая изоляция ее проводов сомнительной. Депре тянул и тянул с началом эксперимента, пока 10 сентября из Нью-Йорка не пришло известие о пуске Эдисоном первой в мире «фабрики электричества». Так называли тогда электростанции, обслуживающие клиентов энергией. Шесть динамо-машин конструкции Эдисона по 125 лошадиных сил каждая должны были обеспечить питанием несколько тысяч ламп, 617 подъемных машин и 55 лифтов. Правда, расстояние от всех абонентов не превышало нескольких километров. Поэтому Эдисон не боялся потерь в подземных кабелях. Но все равно дальше оттягивать демонстрацию было нельзя.
15 сентября у бетонного ложа искусственного водопада, декорированного зеленью и снабженного вывеской «Марсель Депре. Силовая электропередача Мисбах-Мюнхен. Расстояние — 57 километров» собрались люди. Вечером, когда последние посетители покинули выставку, Миллер послал по телеграфной линии сигнал, и вслед за тем двигатель заработал. Несколько минут спустя по бетону вниз полились первые струи поднятой воды. Браво! Что из того, что установка работала с перебоями, что передача энергии шла с КПД всего 22 %. Это было началом начал и исходным пунктом для многих дальнейших работ в этой области.
В тот же день Миллер послал телеграмму: «Париж, Академия наук. Мы счастливы сообщить вам, что опыт Марселя Депре, имевший целью передачу силы по обыкновенной телеграфной проволоке из Мисбаха в Мюнхен на расстояние 57 километров, полностью удался.
Комитет специальных электрических исследований.
Секретарь О. Миллер».
В общем-то, конечно, несмотря на ликование устроителей, опыт не удался. Вернее, результаты его были очень уж ничтожными. Изоляция машины Грамма была действительно ненадежной, и Депре не решился поднять напряжение выше 1500 вольт. Паровая машина сломалась на следующий же день. Сопротивление проводов линии было велико, и оно съедало большую часть мощности, вырабатываемой генератором. Здесь главное заключалось в том, что Депре не смог поднять напряжение. Чем выше напряжение и меньше передаваемый по линии ток, тем меньше в ней потери. Это был важнейший вывод, к которому пришли Лачинов и Депре.
Несколько лет спустя соотечественник Депре Ипполит Фонтен повторил опыт Депре. Он взял те же условия — передать 100 лошадиных сил на 50 километров при коэффициенте полезного действия 50 %. Он не стал строить специальную машину на задуманное напряжение в 6000 вольт, а соединил последовательно четыре машины, каждая из которых развивала по 1500 вольт, и получил требуемое напряжение. Также и на приемном конце он соединил последовательно три двигателя. Фонтену удалось доказать требуемое.
И все-таки именно Депре дал толчок практикам-электрикам к их работам по передаче электроэнергии на большие расстояния. В 1883 году в письме редактору партийной газеты «Социал-демократ» Э. Бернштейну Фридрих Энгельс писал: «…это колоссальная революция. Паровая машина научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества откроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии — теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет — одну в другую и обратно и применять их в промышленности. Круг завершен. Новейшее открытие Депре, состоящее в том, что электрический ток очень высокого напряжения при сравнительно малой потере энергии можно передавать по простому телеграфному проводу на такие расстояния, о которых до сих пор и мечтать не смели, и использовать в конечном пункте — дело это еще только в зародыше, — это открытие окончательно освобождает промышленность почти от всяких границ, налагаемых местными условиями, делает возможным использование также и самой отдаленной водной энергии, и если вначале оно будет полезно только для городов, то в конце концов оно станет самым мощным рычагом для устранения противоположностей между городом и деревней. Совершенно ясно, что благодаря этому производительные силы настолько вырастут, что управление ими будет все более и более не под силу буржуазии…»[4]
Мы с вами свидетели того, как сбылись и сбываются эти предсказания.
Депре не прекратил своей деятельности. Он предпринял еще целый ряд опытов, постепенно повышая напряжение. Самой значительной из его работ была линия Крейль-Париж, осуществленная в 1885 году. По ней передавалась мощность около 50 лошадиных сил на расстояние 56 километров при напряжении 6000 вольт. Однако и на этот раз коэффициент полезного действия был не выше 50 %.
Надо сказать, что неудачи его опытов вызвали среди довольно значительной части электриков скептическое отношение вообще к возможностям передачи энергии на дальние расстояния. Появились даже теоретические попытки доказать, что КПД в 50 % является предельным… Однако все эти трудности заключались, как мы сегодня понимаем, лишь в технических возможностях того времени. Прежде всего хорошо изученный и удовлетворяющий всем потребностям промышленности постоянный ток не допускал трансформации. Его напряжение было то, которое снималось с клемм электрической машины. А они давали в конце прошлого столетия не более 6000 вольт. Высокое напряжение постоянного тока трудно было использовать и потребителям. Последовательное соединение их было по большей части неудобным.
Выход был: требовалось перейти к переменному току. Его применение началось по инициативе П. Н. Яблочкова. Я уже рассказывал, что переменный ток был удобнее для питания «свечей Яблочкова». Но самое замечательное свойство переменного тока — его способность к трансформации. И здесь, после работ Фарадея, после создания Якоби и Румкорфом первых индукционных катушек, Яблочков показал путь к практическому применению трансформаторов. Они могли служить целям разделения цепей генератора и потребителя для так называемого дробления света.
В течение нескольких лет в разных странах инженеры-электрики разрабатывали конструкции трансформаторов с замкнутыми магнитными системами. И это позволило приступить к строительству центральных электрических станций переменного тока.
Правда, применялся переменный электрический ток пока только для освещения. Двигателей, работающих на нем, практически не существовало. Дело заключалось в трудностях принципиального характера. Однофазный двигатель не имеет пускового вращательного момента, то есть не может самостоятельно запускаться. И это обстоятельство, естественно, затрудняло возможность его применения. Решить проблему мог только переход к новой комплексной области электротехники — к технике трехфазного тока.
«Воды Неккара» во Франкфурте-на-Майне
Конец XIX века характеризуется значительной централизацией капиталистического производства. Все крупнее становятся фабрики и заводы, все большее количество рабочих трудится на них. Крупные предприятия отныне требовали мощных сгустков энергии. И нужно было научиться их концентрированно производить и передавать к месту потребления. Таким образом, энергетическая задача перерастала в задачу экономическую. Как же ее решать?
Возможны были два пути: первый заключался в совершенствовании передачи постоянного тока, второй — в поисках и разработке конструкции двигателя переменного тока. Построить его можно было, используя известные свойства вращающегося магнитного поля, которое создается с помощью многофазных токов. Второй путь оказался проще, и это направление обогнало первое, затормозив развитие энергетической техники постоянных токов на долгое время.
С чего же начиналась техника трехфазных токов? Еще в 1824 году уже знакомый нам физик Араго демонстрировал своим коллегам по Парижской академии наук интересное явление, названное им «магнетизмом вращения». Он вращал постоянный магнит, установленный под подвешенным медным диском. И немагнитный медный диск тоже приходил во вращение. Академики немало дивились чудесному и загадочному феномену…
Полвека спустя (в 1879 году) английский физик В. Бейли заставил вращаться медный диск в меняющемся магнитном поле неподвижных электромагниту. Он доказал, что, будь таких электромагнитов бесконечное множество, магнитное поле стало бы равномерно вращающимся…
Однако больше всех для понимания причин вращения магнитного поля сделали итальянский профессор Г. Феррарис и югославский инженер Н. Тесла. Независимо друг от друга они пришли к сходным результатам и почти одновременно выступили в 1888 году с докладами о своих работах…
Представьте себе две одинаковые катушки, расположенные перпендикулярно друг другу и питаемые обычным переменным током. Условие одно: чтобы ток в одной катушке опережал ток в другой на четверть периода (на 90°). Другими словами, когда ток в одной из катушек равен нулю, ток в другой — максимален.
Если внутрь этих катушек поместить магнитную стрелку, то она тут же начнет быстро-быстро вращаться, следуя за вращающимся магнитным полем внутри катушек.
Феррарис поместил внутри катушек медный цилиндр, получив таким образом по существу двухфазный асинхронный двигатель. Цилиндр играл роль ротора двигателя.
Тесла описал различные многофазные системы. Однако и он считал наиболее целесообразной — двухфазную… Она и была принята на огромной для своего времени Ниагарской гидроэлектростанции, построенной в Америке, а также еще в нескольких установках в Европе. Однако по прошествии короткого времени трехфазные системы, распространившиеся в Европе, доказали свои преимущества и заставили американцев переоборудовать «системы Тесла» на трехфазный ток.
Самые большие достижения в области практического применения трехфазного тока выпали на долю русского инженера Михаила Осиповича Доливо-Добровольского, работавшего шеф-электриком, а потом и техническим директором на бурно развивавшейся в тот период берлинской фирме «АЭГ».
Михаил Осипович Доливо-Добровольский родился в 1862 году в пригороде Петербурга в семье чиновника. Увлеченный еще в реальном училище химией, он поступил на химический факультет Рижского политехнического института. Но окончить учебу здесь ему не удалось. За участие в студенческих беспорядках он был исключен из института без права поступления в другие высшие учебные заведения. Чтобы получить высшее образование, Михаил Осипович уезжает в Германию, где оканчивает Дармштадтское высшее техническое училище.
Именно в эти годы в науке и технике происходили бурные события. С одной стороны, электрические явления объединялись в отдельную отрасль физики, а с другой — возникла новая отрасль техники — электротехника. Новые научно-технические идеи не обошли и любознательного русского студента. Михаил Осипович сначала остается преподавателем в том же училище, которое и окончил, а потом переходит в фирму «АЭГ».
Все дальнейшие годы, занимаясь производственно-технической инженерной деятельностью, М. О. Доливо-Добровольский не оставляет научных изысканий и изобретательской работы. В марте 1889 года он сделал патентную заявку на асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором, обмотка которого была выполнена в виде «беличьего колеса». Это изобретение выдвинуло русского ученого-изобретателя в первые ряды специалистов-электриков мира.
Трехфазный двигатель Доливо-Добровольского привлек к себе всеобщее внимание. Он был конструктивно наиболее прост и обладал вполне приемлемыми рабочими и пусковыми характеристиками.
В последующие годы М. О. Доливо-Добровольский получил еще несколько патентов на трехфазные трансформаторы, двигатели и генераторы. Причем интересно отметить: его конструкция трансформатора до последнего времени сохранилась практически без каких-либо принципиальных изменений.
Фактически Доливо-Добровольский разработал все основные элементы трехфазной системы переменного тока. И когда в 1891 году устроители Международной электротехнической выставки во Франкфурте-на-Майне решили произвести сравнение имеющихся систем передачи электроэнергии разных типов, система трехфазного тока вышла безусловной победительницей. А произошло это так…
Километрах в десяти от Гейльбронна, на реке Неккаре, расположено небольшое местечко Лауфен. Воды реки Неккара исправно доставляли энергию небольшому цементному заводу Лауфена. Причем заводовладельцы весьма огорчались, что не могут использовать «всю силу» водопада на месте. Заводик был весьма маломощным. А нельзя ли продать энергию реки? Вряд ли такая мысль пришла бы кому-либо в голову даже десять лет назад. Но теперь… Практичные заводовладельцы решили осчастливить близлежащий промышленный Гейльбронн и построить там линию передачи… постоянного тока. Однако Оскар фон Миллер, строитель всей сети, предложил воспользоваться новой системой трехфазного тока, разработанной Доливо-Добровольским. Дирекция выразила согласие.
А тут как раз подоспело время франкфуртской выставки, и возник грандиозный по тем временам план попытаться передать энергию из Лауфена во Франкфурт-на-Майне, на расстояние 175 километров! Таких опытов еще никто не производил.
К тому времени на неккарском водопаде были установлены три турбины мощностью по 300 лошадиных сил. Энергию одной из них и решили отправить в далекое путешествие на выставку. Проект принадлежал М. О. Доливо-Добровольскому, который брался осуществить его силами фирмы «АЭГ».
На гидроэлектростанции установили повышающие трансформаторы, которые подняли напряжение до 8 500 вольт. Во Франкфурте с помощью трансформаторов оно понижалось до 65 вольт. И от него питались лампы и двигатели, в том числе, конечно, и тот, что опять-таки приводил в действие насос, подающий воду в резервуар для создания очередного выставочного водопада. Но на этот раз высота подъема воды составляла десять метров. «О! Das ist ein wundervoller Wasserfall! — говорили очарованные посетители. — Die Neckarswasser murmeln in Frankfurt-am-Main»[5].
Потом были проведены еще две серии опытов, в которых напряжение передаваемого тока поднималось до 14 600 и 28 300 вольт. В среднем коэффициент полезного действия линии составил около 75 %, а при повышенном напряжении доходил до 79 %. Это была убедительная победа над конкурирующими фирмами, построившими установки для передачи постоянного и однофазного тока на территорию выставки.
На конгрессе, который проходил одновременно с выставкой, М. О. Доливо-Добровольский выступил с большим докладом, в котором изложил основы теории электрических цепей трехфазного тока. Его доклад послужил отправной точкой для многих последующих теоретических работ и разработок в этой новой отрасли.
Можно смело сказать, что в период с 1888 по 1891 год были разработаны все основные элементы трехфазной электрической системы, которые полностью сохранили свое значение и получили широкое применение и развитие в настоящее время.
Передача электрической энергии из Лауфена во Франкфурт-на-Майне убедительно показала возможность принципиального решения сложной проблемы централизованного производства электроэнергии и ее передачи на большие расстояния.
Доливо-Добровольский много работал, занимаясь всеми отраслями развивающейся электротехники. Очень интересным был его доклад «Современное развитие техники трехфазного тока» на Первом Всероссийском электротехническом съезде в январе 1900 года. Ученому предложили занять должность декана электромеханического отделения Петербургского политехнического института, который должен был вот-вот открыться. И Михаил Осипович решил покинуть фирму, чтобы вернуться на родину. К сожалению, человеку свойственно лишь предполагать… Обострившаяся болезнь сердца, которой он страдал с детства, не позволила ему вообще продолжать какую-либо работу. Шесть долгих лет прожил он в Швейцарии на излечении. А в 1909 году вернулся в «АЭГ» техническим директором завода электрических аппаратов и консультантом фирмы по электрическим машинам. С объявлением войны в 1914 году русский инженер уехал из Германии снова в Швейцарию. А в 1919 году переехал в Дармштадт, где вскоре и скончался.
Холод на службе энергетики
Сегодня электроэнергия переменного тока идет по проводам линий электропередачи с напряжением в 500, 750 и 1150 киловольт. Для постоянного тока проектируются линии на 1500 киловольт и ведутся работы по конструированию и испытанию линий электропередачи на постоянном токе из Восточной Сибири в европейский центр страны с напряжением 2200–2400 киловольт.
И все-таки есть все основания предполагать, что в самом недалеком будущем никакая современная линия не сможет обеспечить проблему переброски больших количеств электроэнергии на значительные расстояния. Вот один инженерный пример: как показывают расчеты, для передачи мощности всего в 100 тысяч мегаватт на расстояние 2–3 тысяч километров нам потребовалось бы построить более 10 параллельных линий электропередачи, каждая на предельно высокое рабочее напряжение. Потери мощности в магистральных линиях значительно больше, чем в электрических машинах и трансформаторах. Они сводят на нет весь экономический выигрыш, который мы получаем, объединяя крупные энергетические районы в единую систему. Какой же выход можно найти из подобного положения?
Здесь есть несколько направлений. Первое и наиболее простое заключается в создании передачи пульсирующего тока, то есть когда на три фазы линии переменного тока накладывается еще и постоянное напряжение. Пропускная способность такой линии растет, а режим работы улучшается. Но это не коренное решение проблемы. Значительно интереснее возможность существенного снижения электрического сопротивления линии. Это даст одновременно с уменьшением потерь в мощности и увеличением пропускной способности уменьшение габаритов и большую безопасность при эксплуатации. Работы по техническому использованию явления сверхпроводимости ведутся сейчас как у нас в стране, так и практически во всех развитых государствах мира. Разработаны программы исследований и созданы экспериментальные установки. Здесь также намечаются три основных направления: первое — разработка криогенных линий электропередач с использованием обычных материалов; второе — с использованием проводов из материалов высокой степени очистки и третье — с материалами, обладающими способностью полностью терять электрическое сопротивление при снижении температуры ниже критического значения. У криогенных электропередач — большая история.
В 1908 году профессор Лейденского университета, блестящий организатор науки Хейке Камерлинг-Оннес, основатель и директор одной из первых криогенных лабораторий в мире, получил жидкий гелий и измерил его температуру, которая ненамного превышала абсолютный нуль.
Тогда ученых интересовало, как металлы проводят электрический ток при понижении температуры. Большинство специалистов полагало, что при абсолютном нуле, когда все электроны окажутся связанными с атомами и их движение прекратится, сопротивление металлов электрическому току должно стать бесконечным.
Камерлинг-Оннес решил измерить электропроводность ртути. Почему именно ртути? Да потому что в 1911 году только ртуть после несложной дистилляционной перегонки могла считаться самым чистым металлом без примесей. Камерлинг-Оннес заполнил изогнутую стеклянную трубку жидким металлом и стал охлаждать. И вот ртуть замерзла, вот она уже охладилась до температуры жидкого воздуха, до температуры жидкого водорода, но никакого заметного роста сопротивления ученый так и не наблюдал. Может быть, он начнется, когда ртуть приобретет температуру жидкого гелия? Это была самая низкая температура, какую только могли достигнуть на Земле и пока только в его лаборатории… Но произошло чудо! Настоящее чудо! Сопротивление ртутной цепи вдруг исчезло, исчезло совсем! Это явление было настолько удивительно, что оно прославило профессора Камерлинг-Оннеса на весь мир. Его коллеги в других странах стали лихорадочно сооружать криогенные установки и занялись опытами, опытами и еще раз опытами. Впрочем, криогенных лабораторий в мире было мало, а техника, применявшаяся для эксперимента, оказывалась довольно сложной.
Камерлинг-Оннес в 1913 году получил за свое открытие Нобелевскую премию, но суть нового физического явления так и не была понята и объяснена его современниками. Почти 50 лет понадобилось на то, чтобы создать удовлетворительную теорию сверхпроводимости.
Однако отсутствие теории не всегда мешает практическому использованию. И первый проект криогенной электропередачи был разработан еще в 60-х годах нашего века. Американцы спроектировали однофазный кабель с медными жилами, охлаждаемыми жидким водородом. Во Франции был создан и испытан алюминиевый кабель, охлаждаемый газообразным гелием. Англичане сделали макет однофазного кабеля со сверхпроводящим трансформатором.
Пока все эти установки чрезвычайно громоздки, дороги и по сути дела не выходят за рамки экспериментальных макетов. Но тем не менее многие специалисты уверены, что время «водородной», или среднетемпературной, сверхпроводимости неумолимо приближается. Именно так ставился вопрос на Всемирном электротехническом конгрессе, который проходил в Москве в 1977 году.
Применение сверхпроводимости открывает большие перспективы и для хранения электроэнергии. Представьте себе катушку из сплава олова с ниобием (для нее критическая температура равна примерно 15°К), помещенную в жидкий гелий. По замкнутому контуру ток в ней может циркулировать бесконечное время без всяких потерь. И сегодня уже есть проект создания гигантской катушки диаметром около 100 метров, устанавливаемой в туннеле, пробитом специально для нее в горах и заполненном гелием при критической температуре. В этих условиях по проводнику катушки из алюминия, титана и ниобия будет циркулировать ток громадной силы. В обычных условиях он бы со взрывом испепелил несчастный проводник. А в соленоиде предполагают хранить до ста мегаватт-часов электроэнергии.