第217章 電的工業革命！
柳生短暫的休息了幾天後，重新回到總統府處理政務。
不久，財政部長河合耆三郎送來了一份檔案，臉上帶著一絲喜色。
“總統大人，這是天王寺屋的當主久右衛門，正式決定在札幌投資建設一座大型的紡織廠和配套的貨棧。這是第一期投資的詳細計劃書和意向協議。”
柳生接過檔案，快速瀏覽了一下。
他和久右衛門雖然有一次試探性接觸，但對方始終持觀望態度。
此次久右衛門下定決心，顯然是看到了北海國在外部壓力下非但沒有崩潰，反而透過外交手段化解危機，展現了相當的穩定性和柳生政府的掌控能力。
這與日本維新政府內部傾軋、行事激進、甚至引發列強責難的狀況形成了對比，促使久右衛門做出了選擇。
這確實是一個意外之喜。
“很好。”柳生點點頭，“河合，由你親自負責跟進，提供必要的便利，確保投資順利落地，這是一個很好的開端。”
“是，總統大人。”河合隨即退下。
外部危機暫時解除，柳生的精力可以更多地集中於國內發展。
大半年的外交和軍事緊張消耗了不少時間，轉眼間1869年已近年尾。
之前因局勢不穩而擱置的一些長遠計劃，現在可以重新提上日程了。其中一項，就是他思考已久的電力應用。
電的概念和基礎實驗在18世紀就已出現，伏打電池、電磁感應等原理已被揭示，手動或蒸汽驅動的直流發電機雛形也已問世。
就在三年前（1866年），德國的西門子公司製成了基於自激原理的世界上第一臺實用工業發電機。
柳生知道，電力即將引發第二次工業革命的浪潮，照明、動力、通訊……其應用將深刻改變社會生產和生活面貌。
北海國起步晚，但在電力這個近乎全新的賽道上，差距並非不可逾越。
他決定親自推動此事。
很快，柳生召集了國內一批最好的鐵匠、機械工匠、以及少數幾位接觸過西方物理、化學知識的學者，組成了一個臨時研發小組。
在總統府旁騰出的一箇舊倉庫改成的工坊裡，柳生向這些充滿好奇又帶著困惑的人們闡述了他的構想。
“我們需要製造一種機器，它能持續、穩定地產生‘電’。”
柳生用盡可能通俗的語言解釋，“原理並不複雜，讓銅線圈在強大的磁場裡快速旋轉，切割磁力線，就能線上圈裡激發出電流。
關鍵在於如何實現高效、持續的旋轉，以及如何收集和輸出這股電流。”
他依據記憶和有限的技術資料，繪製了簡略的草圖：一個可以繞軸旋轉的轉子（電樞），上面纏繞著絕緣銅線，在轉子兩側佈置固定的強力磁鐵，透過皮帶輪和傳動機構，與一臺小型蒸汽機連線，提供旋轉動力。
還需要一個關鍵部件便是換向器（整流子），用來將轉子線圈中產生的交變電流轉換為方向不變的直流電輸出。
這些知識對於這些技術人員來說都是全新的知識，他們對於柳生展示的內容一臉茫然。
柳生也只能放慢腳步，做一些小實驗，為大家講解電的概念。
接下來的日子裡，柳生每天都會花上幾個小時待在工坊裡。
不過半個月，技術人員在柳生填鴨式得教導下總算理解了電是什麼東西，也理解了發電機得構造。
接下來，便是實際的製作發電機了。
他並非親自動手操作每一個環節，而是提出方向，讓工匠們去嘗試和解決具體問題。
“磁力需要足夠強，嘗試用最好的熟鐵鍛造磁極，然後用通強電流的線圈對其進行充磁。”柳生對負責鐵器的老工匠說。
“銅線必須包裹上可靠的絕緣材料，亞麻油浸泡過的綢布或者橡膠，一層層仔細包裹，絕不能有任何裸露導致短路。”他叮囑負責繞制線圈的技術人員。
“這個換向器的銅片必須光滑，與碳刷的接觸要緊密但摩擦又不能太大，需要反覆除錯材料和角度。”他對製作精密部件的匠人提出要求。
工匠們按照他的指示，結合自己的經驗，一點點地摸索。
磁鐵的形狀和充磁方法試驗了許多次，才達到初步滿意的磁場強度。
線圈的繞制方法和絕緣處理也失敗了好幾次，才找到相對可靠的工藝。
最麻煩的是換向器和碳刷，要麼接觸不良火花四濺，要麼磨損太快，調整了無數次。
蒸汽機是現成的小型機器，被小心地安裝在基座上，透過皮帶驅動那臺越來越複雜的“發電機”轉子。
當一切初步組裝完成，進行第一次聯動測試時，所有人都屏住了呼吸。蒸汽機噗噗地運作起來，皮帶帶動轉子開始旋轉。
連線在輸出端的兩根銅線靠近時，並沒有立刻出現預想中的穩定火花。
“怎麼回事？”
“不應該啊！”
“快檢查一下，看看問題出在哪？”
經過緊張的檢查，發現是換向器接觸仍有問題。
“快調整一下！”
“抱歉，我重新調整一下！”
在眾人注視下，發電機在調整之後再次啟動，當轉子轉速達到一定程度時，銅線末端短暫碰觸的瞬間，終於爆發出了一小簇耀眼的、持續的電弧光。
“成功了！”工坊裡爆發出一陣歡呼。
“我們居然掌握電！”
“總統大人太厲害了！”
儘管這臺原型機還非常粗糙、笨重，輸出極不穩定，效率低下，但它的確持續產生了可用的電流。
柳生看著那簇跳躍的電光，心中也鬆了一口氣。
接下來需要改進設計、提高功率和穩定性、研究如何儲存（蓄電池）。
有了蓄電池就可以解決魚雷動力的問題，直接淘汰掉壓縮空氣動力，增加魚雷的速度和動力！
同時還可以運用到其他的行業！
比如電話，電燈，發電廠等等。
基礎的一步已經邁出，後續的問題都可以迎刃而解。
“各位，這是一個值得銘記的時刻，待到日後，我們的子民在看到電的時候，就會想起我們這些先輩得努力！”
“是總統大人帶著我們製造了這一切！”
“總統大人萬歲！”
柳生看著歡呼的技術人員，擺了擺手：“功勞是大家共同努力的結果。
但這僅僅是開始，這臺原型機證明了方向正確，但離實用還差得很遠。
它太笨重，輸出不穩定，功率也太小，我們需要研發出真正能投入使用的發電機。”
他走到畫板前，拿起炭筆，畫出了兩個不同的簡化結構圖。“接下來，我們要分兩個方向同時推進。
一種是直流發電機，它輸出的電流方向始終不變，就像河流始終朝著一個方向流淌。
另一種是交流發電機，它輸出的電流方向會週期性地交替變化，像潮水一樣來回漲落。”
他詳細解釋道：“直流電的優勢在於易於儲存，我們可以研究配套的蓄電池，將發出的直流電儲存起來，在需要時使用。
這對於未來某些需要獨立、便攜電源的場合至關重要，比如……我們正在籌劃的某些特殊水下武器的動力系統。
而且，直流電機也更容易控制轉速。
但它的缺點也很明顯，難以進行遠距離輸送，電壓轉換困難，隨著距離增加，電力損耗會非常嚴重。”
“交流電則相反。”柳生指向另一張圖，“它最大的優勢是便於變換電壓。
我們可以用變壓器輕鬆升高電壓進行遠距離輸送，大大減少線路損耗，到了用電地點再降低電壓供使用者使用。
這對於我們未來建立覆蓋城鎮的發電廠和輸電網路是必不可少的。交流電機的結構也相對更簡單、堅固。
但它不易儲存，直接用於蓄電池充電需要先整流為直流。”
技術人員們聽著這前所未聞的區分，既有茅塞頓開之感，又感到任務艱鉅。
柳生隨即進行了分組：“現在，我要把諸位分成兩組，第一組，由機械經驗最豐富的山本師傅牽頭，重點攻關直流發電機，目標是提高輸出穩定性、減小體積重量，併為下一步研製大容量鉛酸蓄電池做準備。
第二組，由對電磁原理理解最深的學者小林先生負責，主攻交流發電機，關鍵是要設計出能夠產生穩定正弦波交流電的繞組和結構，並同步開始研究升壓和降壓變壓器的原理樣機。”
被點名的山本師傅和小林先生立刻上前，躬身領命。
山本師傅語氣鄭重：“總統大人信任，將如此重任交付，我等必竭盡所能，做出可用的機器！”
小林先生也緊接著表態：“定不負所托，我會盡快釐清原理，造出樣機。”
柳生點了點頭：“好，我隨時跟進你們的研究進度。
所需物料、人手，我會直接讓土方總理申請調撥。”
“是！”兩人齊聲應道。
任務既已下達，分組後的研發工作便迅速展開。
直流電組在原型機基礎上進行改進。
他們嘗試最佳化磁路設計，採用更科學的H形或U形電磁鐵。
這是由繞有線圈的軟鐵芯構成，透過轉子自身發出的部分電流進行激勵，即自激式。
這取代了效果不穩定的永磁體，這使得磁場強度大幅提升且可控。
電樞繞組從簡單的環形改為效率更高的鼓形繞組，並嚴格最佳化了絕緣工藝。
換向器和碳刷依然是難點，小組試驗了不同硬度的碳材、調整了銅片的數量和弧度，並增加了彈簧壓力調節機構，終於使火花和磨損控制在可接受範圍內。
經過數次迭代，一臺體積更緊湊、在額定轉速下能輸出相對穩定數十伏直流電的改良型號被製造出來。
柳生指導他們開始嘗試用木板和鉛板浸泡在稀硫酸溶液中，製作最原始的鉛酸蓄電池單元，進行充放電測試，雖然容量和壽命都很有限，但驗證了儲能的可能性。
交流電組的挑戰則不同。
他們首先要徹底理解交流電的產生原理，設計出能產生接近正弦波形交流電的電樞繞組分佈。
這需要大量的計算和試驗。
小林先生帶領組員反覆繪製繞組展開圖，調整線圈的節距和分佈。
他們放棄了複雜的換向器，轉子簡化為在磁場中旋轉的線圈，電流透過滑環和電刷引出，結構確實簡單了許多。
但他們很快遇到了新問題：輸出的交流電頻率不穩，隨蒸汽機轉速波動。
柳生提出需要為驅動蒸汽機加裝簡單的離心式調速器，以穩定轉速，進而穩定頻率。
同時，變壓器組也開始工作，他們用矽鋼片製作鐵芯，在上面繞制初級和次級線圈，驗證變壓原理。
矽鋼片是在柳生的提議下使用的。
最初幾個樣機效率極低、發熱嚴重，透過改善鐵芯疊壓工藝、減少間隙和使用更粗的純銅導線，情況才逐步改善。
數月之後，兩個小組都取得了階段性成果。
直流發電機組已經可以製造出能夠為一系列新組裝的、基於碳弧原理的實驗性“電燈”供電，並能對小型蓄電池組進行有效充電的實用化機型。
柳生特別關注蓄電池的進展，因為這直接關係到未來魚雷動力從落後的壓縮空氣發動機，轉向更緊湊高效的電動機的可行性。
交流發電機組則成功製造出一臺能夠輸出頻率相對穩定、電壓可達百餘伏的交流發電機原型。
與之配套的簡易變壓器也已能實現電壓的開降轉換，雖然損耗依然較大，但證明了遠距離輸電理論的可行性。
在柳生的指示下，交流電研發組的小林先生帶領組員開始著手搭建一個小型的演示系統。
他們在工坊的一端固定好那臺交流發電機，用皮帶與調速蒸汽機相連。
發電機輸出端首先連線到一臺自制的升壓變壓器初級繞組。
這臺升壓變壓器的鐵芯由精心疊壓的薄鐵片構成，次級繞組使用了更細的漆包線，匝數遠多於初級繞組。
從升壓變壓器次級引出的兩根較細導線，被刻意拉長，纏繞在工坊內預設的幾個瓷絕緣子上，模擬了一段約三十米長的“輸電線路”。
線路的末端，連線著另一臺結構相似但匝數比相反的降壓變壓器的初級繞組。
最後，從降壓變壓器次級引出的導線，連線著一盞他們能找到的最穩定的碳絲實驗燈泡。
整個系統看起來複雜而脆弱，接線處都用絕緣膠布仔細包裹。
啟動當天，所有參與電力專案的人員，包括直流組的山本師傅等人，都圍攏在工坊內，屏息注視著。
“啟動蒸汽機，緩慢提升轉速至額定值。”小林先生聲音有些緊繃地發出指令。
蒸汽機噗噗地開始運轉，帶動發電機轉子旋轉。
發電機發出逐漸增高的嗡鳴聲。
升壓變壓器輸入端電壓表指標開始擺動。
“初級電壓約80伏……次級電壓……正在升高，超過300伏了！”負責監視儀表的組員報告。
電流透過那段模擬線路，流向遠處的降壓變壓器。
大家的目光緊跟著線路，又聚焦到降壓變壓器和那盞孤零零的燈泡上。
降壓變壓器輸出端的電壓表也開始有了讀數。
“次級電壓……約75伏！”讀數比預想的略低，說明線路存在損耗，但電壓確實被有效地降低到了適合燈泡的範圍。
最關鍵的時刻到來。
小林先生深吸一口氣，親自合上了連線燈泡的閘刀。
剎那間，燈泡內的碳絲由暗紅色迅速變得明亮，散發出穩定而耀眼的黃白色光芒！它持續亮著，沒有閃爍，沒有熄滅，就那樣靜靜地、卻無比有力地照亮了工坊的一角。
寂靜持續了大約兩三秒鐘。
“成功了！真的點亮了！”
“電從那邊‘走’了這麼遠，過來還能點亮燈！”
“交流電……變壓器……真的可以！”
工坊內瞬間爆發出巨大的歡呼聲和掌聲。
直流組的山本師傅瞪大了眼睛，忍不住上前幾步，仔細端詳那盞穩定發光的燈泡，又回頭看看遠處轟鳴的發電機，喃喃道：“不可思議……雖然原理不同，但這輸電的法子，確實巧妙！”
小林先生激動得眼眶有些發紅，他轉向柳生，聲音帶著顫抖：“總統大人！您指引的方向完全正確！升壓、輸送、降壓、使用……這個系統驗證了！我們做到了！”
其他組員也紛紛圍上來，臉上洋溢著難以抑制的興奮和自豪：“以後是不是能在箱館建個大火電廠，然後電線拉到每家每戶？”
“總統大人之前說的電動機，是不是也可以用這個電來驅動？”
柳生看著那盞穩定發光的電燈，以及周圍興奮雀躍的技術人員們，臉上露出了欣慰的笑容。
他抬手示意大家安靜。
“諸位，今天這個簡單的演示，意義非凡。”柳生的聲音清晰而有力，“它不僅僅證明了一盞燈可以從遠處被點亮。
它證明了一條全新的道路。
電力集中生產、高效傳輸、廣泛應用的工業化道路，在我們北海國，是可行的！”
他目光掃過每一張充滿熱情的臉：“直流電組為我們開啟了便攜儲能和精密控制的大門，未來的獨立動力系統離不開你們的努力。
交流電組今天則證明了電力網路可以搭建，未來的工廠動力、城市照明、乃至千家萬戶的電氣化，都將基於此道。”
“你們眼前的這點光芒，是星星之火。”柳生指向那盞燈，又指向轟鳴的機器和複雜的線路，“但我要你們，以及未來更多加入的同志，將它變成燎原之勢。
讓電光照亮我們的夜晚，讓電力驅動機器加速生產，讓電訊連線四方。
這是我們追趕列強、奠定百年基業不可或缺的基石！
今天的成功屬於你們每一位，而更艱鉅、也更光榮的任務，還在前方，望諸君再接再厲！”
“是！總統大人！”所有人齊聲應道，聲音充滿了幹勁與信心。