斷線不斷電

不需要電線，隨意將電能輸送到數(shù)萬千米之外，讓每個人都能用上便宜甚至免費(fèi)的電能，這就是無線供電的未來。

至今仍然有人對此深信不疑：1943 年秋 ，7 個巨大的“特斯拉線圈”向停泊在費(fèi)城的中型驅(qū)逐艦艾爾德里奇號（DE －173）定向發(fā)送了強(qiáng)大的電能，并且在10 分鐘之后使它得以瞬間消失。有人說，那7 個也被人稱為“磁暴線圈”的裝置所發(fā)出的能量足以支持所謂的“空間跳躍”，它們正是美國軍方按照愛因斯坦相對論的理論計(jì)算結(jié)果來設(shè)置的。

在傳說中，這場“費(fèi)城試驗(yàn)”以失敗告終。當(dāng)驅(qū)逐艦在百慕大被人們重新發(fā)現(xiàn)時，它的船員們不是身首異處就是深深陷入船體結(jié)構(gòu)被物化為船的一部分。于是，能爆發(fā)出恐怖而龐大能量的“特斯拉線圈”隨著“費(fèi)城試驗(yàn)”一起在科幻作家的腦海里揚(yáng)帆啟航。作為一種高能量瞬間殺傷武器，它在電影、小說、漫畫和游戲中被大肆布設(shè)。這場面幾乎要使人們遺忘“交流電之父”尼古拉#8226; 特斯拉設(shè)計(jì)它的初衷——用作無線輸電部件。

750 萬千瓦級的定向輸能

1901 年，一座29 米的高塔構(gòu)成了紐約長島的地標(biāo)。這座被稱為華登克里夫塔的電力發(fā)射塔像一朵插入天空的鋼鐵大蘑菇，雖然高度不及艾菲爾鐵塔的十分之一，然而隱藏了設(shè)計(jì)者特斯拉巨大的野心。當(dāng)時，他設(shè)想在7 年內(nèi)完成方圓50 千米內(nèi)的750 萬千瓦無線輸電工程，繼而實(shí)施一項(xiàng)面向全球的無線輸電計(jì)劃。特斯拉設(shè)想采用高頻、高壓、低電流的交流電，再經(jīng)由空氣作為傳送媒介來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的輸電。

如果特斯拉的計(jì)劃最終得以實(shí)現(xiàn)，那么今天的世界會是什么樣？遍布城市和鄉(xiāng)村的高壓電纜將不復(fù)存在；甚至，所有人家里都不再需要那些粗粗細(xì)細(xì)的電線；世界各地的大小家電都能隨時隨地享用無線電塔送來的電能；唯一麻煩的是收取電費(fèi)，因?yàn)闊o線輸電讓偷電變得更無影無形。如果管控不力，也許就像今天的在線下載一樣，每個人都使用電力，但拒絕付費(fèi)。在這樣的邏輯下，電器行業(yè)的制造商可能要為每個電器都預(yù)留一個電卡插槽，或者，有償供電的最終出路就是讓電費(fèi)成為一項(xiàng)人頭稅；今后的戰(zhàn)爭將不再以爭奪各種“化石燃料”為主，各國政府將在電稅的收繳權(quán)方面展開殊死的競爭。核大國的地位將由掌握無線輸電技術(shù)的幾個國家所代替。那時的世界大戰(zhàn)恐怕根本不需要核彈——橫掃幾千萬平方千米的電弧足以瞬間殺滅各種生命體，比核彈更加高效地消滅人類，讓之后來地球考古的外星人以為這里曾經(jīng)居住的是一種焦糊狀生命體。雖然實(shí)際上，特斯拉之所以研究無線輸電，原本只是希望每個人都能用上便宜甚至免費(fèi)的電能。

特斯拉的全球輸電設(shè)想建立在充分利用電離層作為介質(zhì)的基礎(chǔ)上。舉例來說，如果將低音炮開到太大聲，產(chǎn)生的共振會隔空振碎玻璃杯。只要聲音的頻率碰巧跟杯子振動的頻率一樣，就能定向傳播能量，杯子會碎是因?yàn)槭┘拥哪芰砍^了儲能限度。

然而，電離層沒有特斯拉想象的那么管用。事實(shí)上，無線傳輸至今難以輸送大量的能量。

從兩千萬米到兩米

2007 年，距離無線定向輸電的最初設(shè)想已經(jīng)過去了一個多世紀(jì)。麻省理工的科學(xué)家們盡其所能地學(xué)習(xí)了特斯拉。在沒有任何電線連接的情況下，他們將電流定向傳送到兩米以外，并且成功點(diǎn)亮了一只60 瓦的燈泡。他們選擇了兩個直徑60 厘米的“特斯拉線圈”，一個接在電源上作為送電方，另一個連接一個燈泡作為受電方，置于兩米外。當(dāng)電源接通送電方，兩個線圈都開始了以10 兆赫茲的高頻率電磁振動。瞬時產(chǎn)生的電磁場，足以使得送電方發(fā)出的電振傳送到受電方。雖未相連，兩個線圈完成隔空供電，最終點(diǎn)亮這只60 瓦的燈泡。這項(xiàng)成果很快出現(xiàn)在了美國的《科學(xué)》雜志上。電力工程學(xué)界甚至將其視為一項(xiàng)重大的突破。同樣在進(jìn)行著無線電力傳輸?shù)挠⑻貭柟镜氖紫夹g(shù)官賈斯汀#8226; 賴特評論說：“麻省理工的試驗(yàn)將能量傳輸了兩米，其中的損失只有10％，這已經(jīng)是現(xiàn)在最有效率的無線電能傳輸了?！?/p>

與麻省理工區(qū)區(qū)兩米的成績相比，當(dāng)年特斯拉對輸送距離的期望是2000 萬米。對此，中科院電工研究所所長孔力直接指出了實(shí)現(xiàn)無線輸電的障礙：“電磁波在自由空間傳輸，能量不太容易集中，所以它的定向性事實(shí)上很差，而且能量衰竭得很快?！?/p>

在實(shí)際運(yùn)用中，目前的無線輸電只不過能稍稍給小型家電充電而已。真正推出過無線輸電設(shè)備的英國Splashpower 公司，至今僅僅發(fā)布過一個貌似鼠標(biāo)墊的無線充電器。它可以給放置在上面的手機(jī)等小型家電補(bǔ)充電能，然而它雖然“無線”但是無法“隔空”。一旦把手機(jī)提起，電能就無法正常傳送。美國杜克大學(xué)的研究員曾嘗試用無線技術(shù)解決為機(jī)器人供電的問題，但結(jié)果是一個鉛筆盒大小的機(jī)器人必須被限定在一個很小的范圍里活動。一旦越界，機(jī)器人就變成“植物人”了。

上天入地的電能

誕生于電氣革命年代的特斯拉對世界的想象甚為美好。他所不斷宣揚(yáng)的“無線輸電實(shí)現(xiàn)免費(fèi)供電”最終激怒了擁有項(xiàng)目51％股份的贊助商摩根大通，并且最終把特斯拉從華登克里夫塔放逐，導(dǎo)致無線輸電計(jì)劃的流產(chǎn)。失去了特斯拉的華登克里夫塔不久即被找借口拆除，而特斯拉本人則直到1943年逝世才被恢復(fù)名譽(yù)。然而人們并沒有放棄對于無線傳輸?shù)难芯俊Ｓ泻檬抡邆餮裕难芯抠Y料在死后立刻被FBI 接管，并被設(shè)為“頂級機(jī)密”。20 世紀(jì)70 年代，NASA 和美國能源部曾考慮建設(shè)一個功率1000 萬千瓦的宇宙太陽能發(fā)電站，通過微波向地球輸電。該項(xiàng)目據(jù)說由于太不經(jīng)濟(jì)而未曾實(shí)施。此外，NASA 還在嘗試從地球通過激光束給飛行器供電?！盁o線電力傳輸技術(shù)本身確實(shí)適用于比如衛(wèi)星之間、人造飛行器之間的能量傳輸?shù)忍囟▓龊稀！笨琢Υ私忉屨f。

“電能可以經(jīng)濟(jì)地?zé)o線傳輸?shù)饺魏芜b遠(yuǎn)的地點(diǎn)，毫無疑問地，我已經(jīng)對此進(jìn)行過無數(shù)次的觀察、實(shí)驗(yàn)與測量。這些實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)際上可以將無限量的電力從一個中央發(fā)電廠傳輸?shù)郊幢阕钸h(yuǎn)的距離，19000 千米甚至到地球的另一側(cè)，而且傳輸過程中的電力損失不超過1％?！?00 多年前特斯拉這么說。雖然過了100 年也尚未實(shí)現(xiàn)，但也許再過幾十年后人類真能將電能用無線傳輸?shù)氖侄胃采w全球，甚至進(jìn)入更深的地底或是廣袤的空間。

事實(shí)上，一旦傳輸效率的問題得到解決，或許建造在沙漠中的太陽能電站或者茫茫太平洋正中央的海浪發(fā)電站再也不需要鋪設(shè)繁密如蜘蛛網(wǎng)的電網(wǎng)系統(tǒng)。特斯拉留給我們的財(cái)富將能得到充分的利用。一些共振裝置將把這些能量安全地傳輸?shù)饺巳好芗牡胤健Ｈ藗兩踔量梢杂脽o線輸電來支持探索神秘的地球內(nèi)部。能源傳送可以說是阻礙我們開發(fā)地下空間的一個巨大障礙。龐大的電纜很難深入地底，但是如果能夠往洞穴內(nèi)部輸入無線電能，向地下探索的空間無疑將會變大。