Победа переменного тока. Как Михаил Доливо-Добровольский научился передавать электричество на большие расстояния

Дела у компании Томаса Алвы Эдисона шли прекрасно, пока не объявился конкурент в лице Джорджа Вестингауза и не началось то, что потом назовут «войной токов», борьбой идей: Эдисон горой стоял за постоянный ток, а Вестингауз считал энергией будущего ток переменный.

Решающая фаза войны выглядела так: Вестингауз принял на работу талантливого инженера-эмигранта Николу Теслу, которого ранее уволил Эдисон, пообещавший Тесле 50 тысяч долларов за некие технические решения.

Когда гениальный Тесла создал требуемое, Эдисон отказался ему платить, объяснив сербу, что тот пока еще недостаточно хорошо понимает американский юмор. Вестингауз поступил иначе, предложив Тесле один миллион долларов плюс роялти от внедрения его разработок.

Разработка Теслы — двухфазный переменный ток — по сути, означала, что дела Эдисона плохи. Но это не означало, что Эдисон перестанет упорствовать в своем стремлении навязать миру тупиковый вариант.

Откуда-то (знаем-знаем, от некоего инженера Брауна, сотрудника Эдисона) в конгресс зашла идея об использовании электрического тока для смертной казни. Понятно, что конгрессменам было внушено, что убивать надо «опасным» переменным током, а не «безопасным» постоянным.

Вестингауз горячо протестует против этого решения, но конгресс его одобряет. После первой казни на электрическом стуле (Вестингауз нанял преступнику, некоему Кеммлеру, лучших адвокатов, но это не помогло) газеты выходят с заголовками: «Вестингауз казнил Кеммлера». Однако Эдисон, гений черного пиара, всё-таки проигрывает рынок — не потому, что его черный пиар был недостаточно черным, а потому, что в это время в далекой Европе было найдено кардинальное решение проблемы передачи электричества.

В Старом Свете, пусть и без таких драматических деталей, как казнь электричеством, шла своя война токов сродни американской. Там друг другу противостояли Вернер фон Сименс, глава одноименного концерна, к тому времени уже «оседлавшего» постоянный ток, и Эмиль Ратенау и его компания AEG, инженеры которой считали, что только переменный ток способен решить проблемы передачи электроэнергии.

Нельзя сказать, что мир был захвачен этим противостоянием, нельзя даже сказать, что кто-то вообще обращал на это внимание — электричество только-только пробивало себе дорогу к потребителю и еще не означало в жизни людей всего того, что означает сейчас (а сейчас, согласитесь, электричество означает примерно всё).

Инженеров и техников, занимавшихся электричеством, было не так уж много, и среди тех, кого это занятие захватило, оказался уроженец Гатчины, одессит Михаил Осипович Доливо-Добровольский.

Окончив реальное училище, он отправился на другой конец империи, в Ригу, чтобы продолжить образование в недавно созданном местными лютеранами политехническом институте. Кстати, обучение там велось на немецком — своих преподавательских кадров не было, профессоров приглашали из Германии.

Правда, учиться там Михаилу пришлось недолго: три года спустя, в 1881-м, после убийства Александра II, он был исключен за «антиправительственную деятельность», которая выразилась в том, что он подписал петицию против репрессий в отношении либерально настроенных студентов и студентов польского происхождения (наличие польской фамилии тогда само по себе рассматривалось как факт нелояльности).

Фактически это означало запрет на продолжение учебы в России, волчий билет, и Доливо-Добровольский уезжает продолжать образование в Германию, в Дармштадт. Вырваться туда «подсанкционному» студенту тоже было непросто, выправлять ему паспорт власти не хотят — обязаны это сделать, но не делают. И приходится вмешаться дяде Михаила, отставному генералу, герою Русско-турецкой войны и второму по количеству акций компаньону в компании «Бранобель» — Петру Бильдерлингу (его мать была из рода Доливо-Добровольских). Его положение в империи в тот момент было столь весомым, что он мог себе позволить не обращать внимания на давление властей.

Забегая вперед, скажем, что в Россию Михаил Осипович больше не вернется, хотя он (как пишут про абсолютно любого известного человека, выдавленного из страны) «мечтал и всю жизнь хотел» это сделать.

На деле все факты о его возможном возвращении ограничиваются предложенным ему Петербургским университетом профессорским местом и кафедрой, но Доливо-Добровольский предложение не принял, деликатно сославшись на свой контракт. На деле же «запрет на профессию», тот самый волчий билет, выписанный ему еще в 1881 году, действовал, никаких должностей в империи он занимать не мог, профессорскую — тем более.

Говорят, легенда о «мечтал вернуться» родилась после речи Ленина о плане ГОЭЛРО, где фамилия «великого русского ученого Михаила Осиповича Доливо-Добровольского» была упомянута многократно. С этим и связаны попытки как-то привязать этого потомка польского-литовского дворянства, который почти всю жизнь прожил в Германии и Швейцарии, где и сделал все свои открытия, к патриотической и даже революционной тематике и делу рабочих и крестьян.

Правда, его младшие братья, Александр и Борис, вольнодумцы, люди талантливые и многогранные, настоящие энциклопедисты, советскую власть признавшие сразу и сделавшие для нее много (оба были в итоге репрессированы), утверждали позже, что только ранняя смерть помешала их брату поучаствовать в плане ГОЭЛРО лично… Но отвлечемся от наивных легенд, они не интересны, в отличие от работы Доливо-Добровольского — она-то имеет не местечковую, а общечеловеческую ценность.

В Дармштадтское высшее техническое училище он попал вовсе не случайно — выбрал его не потому, что здесь была кафедра электротехники, а потому, что училище было заточено на практическое применение электричества.

Профессор Эразмус Киттлер, заведующий кафедрой, составил программу, которая в общих чертах работает в вузах и сегодня: первые четыре семестра были посвящены углубленному изучению физики и математики, последующие — изучению специальных дисциплин, связанных с электричеством. Завершалось обучение защитой диплома, причем под защитой понималось создание действующего прибора или прототипа.

Кстати, среди учеников Киттлера есть еще один русский электротехник — Карл Круг, который станет в СССР академиком и получит признание за работы в тех же областях, которые сделали знаменитым Доливо-Добровольского.

На этой уникальной дармштадтской кафедре Михаил преподавал после окончания курса, здесь же были написаны его первые работы — по электрохимии. Забавно, но первые работы человека, который в будущем устроит революцию в электроэнергетике, разрешив спор токов в пользу тока переменного, посвящены постоянному току.

Причиной тому был высочайший авторитет в научном мире итальянца Галилео Феррариса, который теоретически обосновал идею о том, что асинхронный электродвигатель не в состоянии дать КПД выше 50% и что это тупиковая ветвь исследований.

В процессе учебы студент Доливо-Добровольский выяснил, что в расчетах великого гуру содержится ошибка, а через несколько лет и сам Феррарис признает это, начав сотрудничать с Теслой.

А Доливо-Добровольский сосредоточится на работе над асинхронным двигателем.

Прелесть Дармштадта, как мы помним, заключалась именно в переносе академического знания на практику, и работа в какой-то из компаний параллельно преподаванию поощрялась, так что еще студентом Доливо-Добровольский начинает работать в компании Oerlikon. А в 1887 году Эмиль Ратенау пригласил его в AEG (Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft), и отныне вся жизнь Доливо-Добровольского будет связана с этим концерном.

К тому моменту Михаила больше всего занимает идея трехфазного переменного тока, а важность этой идеи состояла в том, что человечество никак не могло решить проблему передачи электроэнергии на большие расстояния.

Господство постоянного тока (электрическая лампочка Эдисона и трамваи Сименса, например) означало очень дорогие и малопригодные для практики решения: где-то рядом с местом применения тока должны размещаться генераторы, которые подавали бы ток определенной мощности (например, 110V для электроламп и 500V для трамваев), перераспределить и экономно передать которую было невозможно. Эдисон, например, установил первый из своих генераторов в подвале одного из домов в квартале, который он электрифицировал. Событие было важное, и людей на открытие пригласили тоже важных: мэра Нью-Йорка, сенаторов, газетчиков. Но когда генератор включили, он начал работать с таким грохотом и создал такую вибрацию, что почтенные гости разбежались в ужасе: все были уверены, что началось землетрясение. Говорят, было очень смешно, во всяком случае Эдисона это сильно рассмешило.

Вся эта мощь, между прочим, могла обеспечить работу всего-то 1200 лампочек накаливания, что даже для одного квартала высотных домов Манхэттена было маловато. Согласитесь, это было скромным показателем и каких-то невероятных перспектив перед электричеством вовсе не открывало.

Вот эта проблема и показалась Доливо-Добровольскому значимой. Он создал асинхронный электродвигатель, а на его основе занялся созданием прибора, который мы сегодня знаем как трансформатор и который дожил до настоящего времени, не претерпев сколько-нибудь значительных изменений: современные трансформаторы практически такие же, какими их придумал изобретатель.

Доливо-Добровольский создал вращающееся магнитное поле, сдвинув фазы на 120 градусов. В 1889 году несколько таких двигателей выпустили на AEG, и их преимущество в сравнении с двухфазными разработками Теслы и Феррариса было совершенно очевидно. Это наглядное преимущество позволило Ратенау и Доливо-Добровольскому приступить к масштабному проекту, который, собственно, и станет торжеством идей Михаила Осиповича.

В 1891 году во Франкфурте-на-Майне открылась огромная международная выставка, посвященная электричеству и электротехнике. Вот здесь впервые миру и было продемонстрировано преимущество трехфазного переменного тока и возможность его передачи на любые расстояния: концерн AEG по проекту Доливо-Добровольского и с использованием его трансформаторов осуществил передачу энергии от построенной на реке Неккар, в местечке Лауфен, гидроэлектростанции до выставки.

Протяженность первой линии электропередачи составила 170 километров, и это было феноменальным и рекордным достижением. Инженеры всего мира поняли, что никакие, даже самые огромные расстояния больше не преграда для передачи электричества.

Сами линии электропередачи существовали и раньше, но были маломощны, большая часть передаваемой энергии уходила на обогрев провода, КПД первых линий не превышал 30%, и хотя в 1881 году француз Депре добился передачи постоянного тока на 45 км с КПД 45%, всё это не открывало новые горизонты.

Трехфазный переменный ток и трансформаторы, во-первых, сделали передачу с минимальными потерями возможной мощности, а во-вторых, преодолели («пронизали», как красиво писали в те годы журналисты) расстояния.

Да, это была прекрасная пиар-акция, может, не такая эффектная, как черный пиар от Эдисона, зато более чем эффективная: мэр Франкфурта тут же заключает с AEG контракт на освещение города, а за Франкфуртом перед электрическим освещением с помощью трехфазного переменного тока падут и другие города Германии, а затем и Европы и всего мира.

Заметим, что публика, пусть и не понимая сути войны токов, ждала появления электричества десять лет, с того момента, как в 1881 году Эдисон продемонстрировал свою лампочку на выставке в Париже. Густой яркий свет поразил тогда умы впечатлительных обывателей, и этого света ждали, о нем постоянно писали газеты («мы освещаем успехи освещения»), но настоящую путевку в жизнь электричество получило только после открытия Доливо-Добровольского.

С этого момента, собственно, и можно отсчитывать эру электричества: во всём мире начинается активное строительство гидроэлектростанций, линий высоковольтной передачи, распределительных подстанций. Электричество завоевывает мир, как может показаться, быстро и легко, становится массовым, общедоступным и дешевым.

Правда, открытие Доливо-Добровольского с юридической точки зрения было оспорено Westinghouse Electric Corporation: Вестингауз доказал суду, что все патенты AEG, относящиеся к трехфазному току, являются всего лишь версией изобретенного Теслой двухфазного, — и это, как утверждают современники, при полном отсутствии доказательств приоритета Теслы.

Впрочем, пока длились судебные разбирательства, концерн AEG успел стать глобальной компанией, и всё благодаря тому, что Сименсу и Эдисону, проигравшим в войне токов, нужно было что-то делать со своей уже сложившейся маломощной и многочисленной инфраструктурой генераторов в шаговой доступности, небольших локальных кабельных линий (как правило, подземных) и прочего огромного, рассеянного и мелкого хозяйства, обладание которым вязало их по рукам и ногам.

AEG при участии и под руководством технического директора компании Доливо-Добровольского создает сеть агентств по всему миру — от Сан-Пауло до Оттавы и от Шанхая до Осло, — через которые идет продажа самих двигателей, а главное — продажа проектов под ключ: от создания гидроэлектростанций и поставок турбин и другого оборудования до строительства ЛЭП и распределительных центров в точках доступа.

Это очень сложные системы, требующие пунктуальности, детализации, большого внимания к мелочам, и сам Доливо-Добровольский, как инженер и изобретатель, в эти годы занят созданием контрольно-измерительных приборов. Впрочем, основная его работа в тот момент — коммерция, продажи. И эту работу он делает восхитительно и чрезвычайно успешно, при этом жалуясь близким, что хотел бы больше времени уделять науке.

Ратенау с пониманием относится к этим желаниям, раз за разом легко соглашаясь дать Доливо-Добровольскому «научный отпуск». Для ученого это означало возвращение в его лабораторию в Дармштадте, городе и институте, которые значили в его жизни очень многое.

Сутяжничество Вестингауза никак не сказалось ни на научной репутации Доливо-Добровольского, ни на его карьере. В 1909 году он получает швейцарское гражданство (множество предприятий Ратенау были расположены в Швейцарии) и становится техническим директором и главным инженером AEG.

Ратенау вовсе не собирался оставлять судебное поле битвы за Вестингаузом, он умел и бороться, и быть убедительным. В конце концов компании приходят к соглашению о частичном обмене патентами, что дает каждой из них новый импульс в развитии.Дела AEG идут прекрасно, вот только в них вмешивается война, после которой Ратенау и его наследникам приходится собирать свою империю буквально по кусочкам. Сам основатель компании, Эмиль Ратенау, умер в 1915 году. Предприятие взял в свои руки его сын Вальтер, человек талантливый и многогранный — инженер, литератор и политик, которого в 1922 году (он занимал тогда кресло министра иностранных дел) убьют радикалы-антисемиты.

Компания первой в мире познакомит человечество с такими чудесами прогресса, как, например, фен, электроплита и магнитофон, и будет успешна на протяжении более чем столетия, но в конце концов исчезнет в бесконечных слияниях и поглощениях. Правда, останутся в веках достижения этой фирмы и трехфазный переменный ток, благодаря которому у нас есть электричество — в первую очередь.

Михаил Доливо-Добровольский умер в 57 лет, в 1919 году в Германии, куда вернулся из Швейцарии после окончания Первой мировой войны, чтобы сосредоточиться на научной работе.

Рассуждений о том, стала бы именно Россия центром «электрической революции», если бы Доливо-Добровольский не был в свое время изгнан из страны, много, тема для предположений и выводов самого разного толка богатая и популярная, но, пожалуй, не особо содержательная, так как невозможно сказать, как сложилась бы его научная карьера, не будь в ней бывшего учителя начальных классов Эразмуса Киттлера и Дармштадтского политеха.

Одна из улиц Дармштадта, кстати, названа именем Доливо-Добровольского. Об увековечении памяти изобретателя на его родине сведений найти не удалось (не считая выпущенной в Советском Союзе почтовой марки в его честь), разве что в Гатчине на здании Сиротского института, которым руководил когда-то его отец, в свое время была открыта мемориальная доска.