Застегнутая молния

Мечта Джеймса Бонда

Приспособления для беспроводной передачи электроэнергии — «завсегдатаи» шпионских и фантастических сериалов, где очередной супермен или гуманоид поражает своих противников искусственной молнией. Однако настоящие научные исследования и эксперименты (кстати, совсем небезобидные) в области беспроводной передачи электроэнергии начались гораздо раньше, чем сценаристы стали использовать тему управляемых молний в своих творениях.

Пионером беспроводной электроэнергетики стал американский ученый Никола Тесла. Его опыты, в ходе которых, в частности, взорвался генератор электростанции в Колорадо-Спрингс (США), начались в конце XIX и продолжались до середины XX века.

Правда, эти эксперименты, скорее, породили больше слухов (в соответствии с одним из них во взрыве в Тунгусской тайге в 1908 году виноват не метеорит, а испытание супероружия Тесла), чем привели к созданию реальных технологий. Однако, как говорится, главное — идея. К ней ученые обращались (преимущественно теоретически) и в начале второй половины прошлого века. Например, много внимания этой проблеме уделял лауреат Нобелевской премии академик Петр Капица. Но возобновление активных работ в области беспроводной передачи энергии произошло только в 1980-е годы. Лидерами в этих исследованиях стали США, Япония и СССР.

С небес на землю

Современные проекты по созданию систем беспроводной передачи электроэнергии преследуют исключительно мирные, промышленно-экономические цели.

Такие устройства будут востребованы для электрификации населенных пунктов и промышленных объектов, отделенных от линий электропередачи водными массивами, ущельями, болотами. Или для тех объектов, которые находятся на одном месте непродолжительное время, например, буровых установок и т. д. А также для снабжения энергией различных летательных аппаратов, включая космические.

Самый «долгоиграющий», затратный, но при этом и самый многообещающий проект — создание солнечного энергетического спутника, который будет передавать на Землю дармовую солнечную энергию, где она, в свою очередь, станет преобразовываться в «привычное» электричество.

Но пока ближе всех к реализации стоит технология передачи энергии в околоземном пространстве. И если в работах над «солнечным» проектом Россия за последние годы отстала от других держав (здесь на передний план вышли Япония, США, Канада и Франция), то по части наземных устройств мы сохраняем ведущие позиции.

Наиболее перспективной беспроводной технологией сегодня признается метод передачи электроэнергии узко-направленным лучом сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных колебаний (гораздо более мощных, чем в привычных для нас печках-микроволновках). Суть метода такова: постоянный ток преобразуется в энергию СВЧ-колебаний, затем СВЧ-энергия передается в нужное место, где снова преобразуется в энергию постоянного тока и, соответственно, становится пригодной для бытового или промышленного применения. Работы в этом направлении в России ведут государственное научно-производственное предприятие «Исток», МГУ им. Ломоносова, Институт электроэнергетических проблем Российской академии наук.

Легенда о циклопе

Два первых этапа передачи энергии — преобразование в СВЧ и непосредственно передача — сейчас способны выполнять многие устройства. А вот проблема обратного преобразования СВЧ-энергии в энергию постоянного тока до последнего времени не имела удовлетворительного решения ни у нас, ни за рубежом. Дело в том, что в ходе всех преобразований теряется значительная часть энергии. То есть КПД получается очень низким — меньше 50%. А по расчетам ученых, работа устройства будет экономически оправдана только в том случае, если ее КПД превысит 60%.

Сейчас большие надежды возлагаются на устройство под названием «циклотронный конвертер (преобразователь)» — в обиходе«Циклоп», который разрабатывается на НПП «Исток». После того как данные о принципах работы «Циклопа» в 1995 году были впервые преданы огласке, этой разработкой немедленно заинтересовалось мировое сообщество, и наши ученые чуть ли не автоматически стали участниками различных международных программ.

При том что «Циклоп» способен«выдавать»80-85% КПД, он еще имеет и высокий уровень мощности преобразования (1-10 кВт), а также высокое выходное напряжение (5-20 кВ), что кратно превышает показатели ранних разработок. Вместе с тем«Циклоп» демонстрирует рекордную надежность работы и способен выдерживать значительные перегрузки.

В целом работа всей системы беспроводной передачи будет выглядеть следующим образом. По кабелю энергия постоянного тока поступает в преобразователь. Там она конвертируется в энергию СВЧ и направляется в виде «энерголуча» на антенну. На антенне установлен ретранслятор (отражатель), который«отправляет» этот луч«по месту назначения», где его «ловит» принимающая антенна и, в свою очередь, направляет луч прямиком в«Циклоп».