У телефону – континент
Р. ЛАКЕРНИК, кандидат технічних наук, лауреат Державних премій Д. ШАРЛЕ, кандидат технічних наук
Загибель ескадри
Адмірал зумів провести ескадру на Кубу, прослизнувши між морськими дозорами супротивника, але невдовзі зрозумів, що сили надто нерівні – американці стягнули до Карибського моря майже весь свій атлантичний флот. Розуміючи, що морська битва і, отже, війна буде програно, бажаючи врятувати іспанський флот, Сервера запросив дозволи на повернення. Морський міністр Бормео негайно наказав відплисти до Іспанії, але його телеграма, або, як тоді казали, каблограма, до Сервера так і не дійшла.
Журналісти писали, що у цій війні кабель зіграв не меншу роль, ніж судна та гармати.
«Зоряний час» завдовжки 10 років
Досвідчений адмірал припускав, звичайно, що американська цензура не пропускає телеграм з Іспанії, але в нього й гадки не було, що канадський кабель може бути виявлений або здатний вийти з ладу. Ось якою чудовою репутацією мав трансатлантичний зв'язок. Адже починалася її прокладка із суцільних невдач.
Через рік між Дувром і містечком Сангат поблизу Кале (ця ж історична траса обрана для залізничного тунелю між Англією та Францією), на глибині 50 м був прокладений перший справжній підводний морський телеграфний кабель. Чотири мідні ізольовані гуттаперчею та скручені між собою жили були оточені «бронею» з круглих сталевих дротів діаметром 7,5 мм, накладених по спіралі і захищають ізоляцію та жили від механічних впливів. На цей раз зв'язок працював надійно.
Незабаром були прокладені лінії Англія – Ірландія, Англія – Бельгія, Італія – Корсика, Корсика – Сардинія, Сардинія – Африка, Балаклава – Варна та інші.
Конструювання та виготовлення кабелів,прокладання ліній здійснювалися методом проб та помилок. Кожна третя експедиція закінчувалася невдачею - урвищем кабелю або виходом його з ладу через рік-два. Так, із 20 000 км підводних кабелів, прокладених за перші 10 років, у робочому стані було не більше 5000 км.
Знадобилося ще вісім років задля досягнення остаточної перемоги. До створення кабелю були залучені провідні вчені та інженери. Тепер для успіху грандіозного заходу бракувало ще двох компонентів: судна, здатного прокласти весь кабель, і людину, яка могла б забезпечити керівництво цією унікальною роботою.
Сайрус Філд не був ні вченим, ні інженером. Але ці мінуси з лишком викупалися його достоїнствами: дивовижною енергією та організаторським талантом. Він твердо вірив у успіх своєї справи та у свою щасливу зірку. Інакше важко пояснити, чому для прокладання кабелю було обрано пароплав «Грейт-Істерн» (210 м довжина, 32 000 т водотоннажність).
Невдачі переслідували цей шедевр кораблебудування, описаний Жуль Верном у романі «Плаваюче місто». При спуску пароплава не обійшлося без каліцтва робітників, його перший капітан потонув, під час пробного плавання луснула труба, і пара смертельно обварила кількох матросів. Упередження проти судна були настільки великі, що в перший трансатлантичний рейс ним вирушили лише 46 пасажирів, хоча воно в змозі було прийняти 4000 осіб. Пароплав довів до банкрутства багатьох своїх власників і в 1865 р. був за безцінь проданий з аукціону.
Стефан Цвейг присвятив цій епохальній події новелу «Перше слово через океан» у циклі «Зоряний годинник людства». Цвейг писав: «Небувала перемога: вперше з виникнення мислення землі, думка зі швидкістю думки пронеслася через океан».
Глибоководний одножильнийтелеграфний кабель, прокладений у 1865 та 1866 роках на лініях Ірландія – Ньюфаундленд:1– струмопровідна жила, скручена з семи мідних дротів (другим проводом ланцюга служила морська вода);2- чотиришарова гутаперчева ізоляція;3- джутова подушка під броню;4- сталеві дроти броні;5- обмотка з джуту, що штучно збільшує зовнішній діаметр кабелю з метою зменшення його ваги у воді
Алло, Америко!
Лиха біда початок. У 1869 р. було прокладено третю трансатлантичну телеграфну лінію: з Бреста до Ньюфаундленду. Потім протягом п'яти років Атлантику перетнули ще три кабелі. Останній із них примітний тим, що пройшов безпосередньо від Ірландії до США без проміжної переприймальної станції на Ньюфаундленді. Довжина цієї лінії становила 5700 км. Кабелі прокладалися в Тихому та Індійському океанах, у Південній Атлантиці. Недарма Карл Маркс вважав за потрібне відзначити в «Капіталі», що «вся земна куля обплутана телеграфним дротом».
До кінця XIX століття у морях та океанах було прокладено 1750 телеграфних кабельних ліній загальною довжиною 300 000 км. Саме вони поєднали роз'єднані мережі окремих континентів у єдину світову систему електрозв'язку.
Перший підводний підсилювач був убудований 1943 р. в лінію довжиною 80 км, прокладену в Ірландському морі.
На основному трансокеанському ділянці Шотландія – Ньюфаундленд було прокладено два кабелі – один передачі зі Сходу на Захід, інший – у напрямі. У кожний з них був вбудований 51 глибоководний ламповий підсилювач в циліндричному гнучкому герметичному корпусі, захищеному двома рядами сталевих кілець і двошарової броні зі сталевих дротів і здатному витримувати тиск восьмикілометрової океанської товщі. Підсилювач мав у довжину 2,5 м ідіаметр 71 мм.
Панцир стає скелетом
Багато років усі підводні кабелі покривалися бронею із сталевих дротів. Таким чином, мілководні та прибережні кабелі захищалися від ударів рибальських тралів та корабельних якорів та механічних пошкоджень при терті про каміння під час припливів та відливів. Глибоководні кабелі броня оберігала від розриву під час прокладання. І поки кабель лежав на океанському дні, ця сталева «обмотка», що становила половину ваги глибоководного кабелю, була марним вантажем. Безглузда, але, здавалося б, безвихідь!
Через 100 років після того, як перший морський броньований кабель ліг на грунт, англійський інженер Роберт Алстон Брокбенк запропонував конструкцію глибоководного кабелю без броні. Відомо, що на високих частотах струм поширюється не по всьому перерізу провідника, а лише його поверхневому шару. Тому Брокбенк запропонував робити внутрішній провідник не суцільним, а трубчастим і всередині розмістити сталевий трос. Цей трос переймав несучу функцію зовнішньої броні, але важив набагато менше.
Однак головна перевага нової конструкції була в іншому. Навита сталева обмотка – права чи ліва – прагне розкрутитися. Відрізок кабелю завдовжки кілька кілометрів, що висів між судном і дном океану, закручувався навколо своєї осі на сотні я навіть тисячі обертів. Внаслідок цього не можна було використовувати глибоководні підсилювачі двосторонньої дії. Справа в тому, що їх корпуси мають відносно великий діаметр, і кабель ламався на введенні в момент торкання дна через різницю жорсткостей.
Центральний трос, що несе, формується з декількох шарів дротів, навитих у протилежних напрямках, завдяки чому він практично не закручується.
Це дозволило застосуватипідсилювачі двосторонньої дії та прокладати один кабель для обох напрямків передачі.
Світло з'єднує Старе Світло з Новим
Дещо менше 10 років тому почався новий – «оптичний» – період трансокеанської зв'язку. Вирішальна перевага підводних волоконно-оптичних кабелів перед традиційними електричними полягає в значно меншому ослабленні сигналів, що передаються. Завдяки цьому можна за однакової кількості каналів зв'язку розташовувати в лінії підсилювачі-ретранслятори в 5. 6 разів рідше.
Зовсім ще нещодавно повідомлялося про дослідні прокладки підводних ліній завдовжки 10. 80 км з числом оптичних волокон 2. 8, три роки тому почали діяти кілька ліній завдовжки 120. 420 км, зокрема, між Канарськими островами, Англією та Бельгією, Францією та островом Корсика , а 1986. 1987 гг. були прокладені кабелі між японськими островами Хонсю та Хоккайдо (300 км), Кюсю та Окінавай (800 км). Цього року мають почати дві перші трансокеанські світловодні лінії Європа – США та США – Японія.
В оптичних кабелях першого покоління застосовані світловоди з кварцового скла з діаметрами серцевини 8. 10 мкм та світловідбивної оболонки 125 мкм. Світловоди захищені, як правило, двошаровим покриттям з епоксидних смол та нейлону. Шість таких оптичних волокон або щільно запресовані в циліндричний стрижень з еластомеру або вільно розташовуються в спіральних пазах поліетиленового стрижня. Подібний оптичний модуль діаметром 3. 6 мм розміщується в центрі кабелю та захищається двошаровою обмоткою сталевого дроту. Потім слідує герметична мідна трубка з поздовжнім зварним швом. Вона запобігає потраплянню води до оптичних волокон і одночасно використовується як один з проводів, яким передається постійний струм живлення.проміжних ретрансляторів. Другим проводом є морська вода. Укладає конструкцію товста поліетиленова оболонка, що ізолює мідну трубку від води.
Істотна відмінність між електричними та оптичними підводними кабелями в тому, що перші є однією коаксіальною парою, тоді як другі містять кілька пар симетрично розташованих волокон. Таким чином, електричний кабель з'єднує лише два пункти, тоді як оптичний може розгалужуватися, і кожна пара волокон використовуватиметься надалі самостійно. Перша трансатлантична волоконно-оптична лінія з'єднає США одночасно з Англією (одною парою волокон) і Францією (іншою парою; третя пара волокон - резервна). Запланований на 1991 рік кабель зв'яже вже п'ять країн: Англію, Францію та Іспанію з Канадою та США (при цьому здійснюватиметься і зв'язок Англії з Іспанією).
Не по зубах.
Іхтіологи вважають, що акули здатні відчувати дуже слабкі електричні поля та знаходити їжу саме за «електричним слідом».
Навколо будь-якого підводного кабелю постійний струм, що живить підсилювачі, утворює електричне поле. Тож агресивність акул не дивна.
Але основна загроза підводним кабелям виходить зовсім не від акул.
Відразу після винаходу радіо почалося суперництво між кабелями зв'язку і радіозв'язком. Англійський радіотехнік професор Вільям Ейртон ще 1897 р. не сумнівався, що в майбутньому підводні кабелі будуть здані до музею антикварних речей. Особливо гострою стала боротьба після появи штучних супутників.
Симптоматичні заголовки статей у технічних журналах 1960-х рр.: «Кабелі приймають виклик супутників», «Битва між кабелями та супутниками» тощо. Незважаючи на фантастичний прогрес космічного радіозв'язку,підводні кабельні лінії не тільки не були забуті, але, навпаки, отримали потужний імпульс до прискореного розвитку. Кожен із видів міжконтинентального зв'язку має свої переваги та недоліки.
Зазначимо лише, що на боці супутників, як і раніше, більша кількість каналів зв'язку, що одночасно організуються, менші початкові витрати, можливість передачі відразу в кілька пунктів. На боці кабелів низькі експлуатаційні витрати, більший термін служби (20. 25 років проти 7. 10 років у супутників), найкраща якість передачі. В даний час обмін інформацією між Європою та Америкою забезпечується супутниками та кабелями на паритетних засадах. Однак, очікується, що надалі співвідношення може змінитися на користь кабелів.
Хай буде світло без ретрансляції!
Найпривабливішим у перспективах розвитку підводних волоконно-оптичних ліній зв'язку є можливість збільшення Довжини ретрансляційних ділянок. Інженери мріють про перетин Атлантики взагалі без проміжних підсилювачів. Першим кроком на цьому нелегкому шляху стане перехід зі світлової хвилі 1,3 мкм на більш довгу хвилю випромінювання лазера 1,55 мкм. У цьому так званому третьому вікні прозорості втрати енергії зменшаться приблизно вдвічі, а відстань між проміжними ретрансляторами можна буде збільшити з 40. 60 до 100 км. Створення світловодів не з кварцового скла, а зі скла на основі фторидів цирконію, берилію, гафнію, у поєднанні з подальшим збільшенням довжини хвилі спочатку середнього, а потім далекого інфрачервоного випромінювання (2. 10 мкм), ймовірно, дозволить знизити втрати ще на порядок. І тоді аж ніяк не фантастичними, а реальними стануть ретрансляційні ділянки завдовжки понад 1000 км. Це означає, що будь-яка морська лінія наступних поколінь зможе обійтися взагалі безпідводних ретрансляторів, але в трансатлантичної магістралі їх знадобиться трохи більше п'яти.
Все нові й нові витки кабелю накручуються на земну кулю і тому все актуальнішими стають слова Стефана Цвейга, якими він закінчує новелу «Перше слово через океан»: «Перемога над часом і простором навіки об'єднала людей, і майбутнє їх було б чудово, якщо якби не фатальне засліплення, що все знову і знову змушує їх руйнувати цю грандіозну єдність і застосовувати ті ж засоби, якими вони утвердили свою владу над природою, для знищення себе».