Перший трансатлантичний кабель

Опубликованно 09.03.2018 09:14

150 років тому, 16 серпня 1858 року, президент Сполучених Штатів Джеймс Б'юкенен отримав від королеви Вікторії вітальну телеграму і відправив їй у відповідь послання. Перший офіційний обмін повідомленнями по недавно прокладеному трансатлантичного телеграфного кабелю був відзначений парадом і феєрверком над нью-йоркській ратушею. Свята були затьмарені тим, що трапилося з цієї причини пожежею, а через 6 тижнів кабель вийшов з ладу. Щоправда, й до цього працював він не дуже добре – послання королеви передавалося протягом 16,5 години. Від ідеї до проекту

Перша пропозиція, що стосується телеграфу і Атлантичного океану, являло собою ретрансляційну схему, в якій повідомлення, що доставляються кораблями, мали розсилатися телеграфом з Ньюфаундленду в іншу частину Північної Америки. Проблемою було будівництво телеграфної лінії по складному рельєфу острова.

Звернення за допомогою інженера, відповідального за проект, привернуло згодом став незамінним для проекту трансатлантичного кабелю американського бізнесмена і фінансиста Сайруса Філда. В ході роботи він перетнув океан понад 30 разів. Незважаючи на невдачі, з якими зіткнувся Філд, його ентузіазм привів до успіху.

Бізнесмен негайно вхопився за ідею трансатлантичної телеграфної передачі. На відміну від наземних систем, у яких імпульси регенерировались реле, трансокеанская лінія повинна була обійтися одним кабелем. Філд отримав запевнення в можливості передачі сигналу на великі відстані від Самуеля Морзе і Майкла Фарадея.

Вільям Томпсон дав цьому теоретичне обґрунтування, 1855 р. опублікувавши закон зворотних квадратів. Час наростання імпульсу, що проходить через кабель без індуктивного навантаження, визначається постійною часу RC провідника довжиною L, що дорівнює rcL2, де r – опір та ємність на одиницю довжини відповідно. Томсон також зробив внесок у технологію роботи підводного кабелю. Він удосконалив дзеркальний гальванометр, в якому найменші відхилення дзеркала, викликані струмом, посилювалися проекцією на екран. Пізніше він винайшов пристрій, що реєструє сигнали чорнилом на папері.

Технологія підводних кабелів була вдосконалена після появи в 1843 році в Англії гутаперчі. Ця смола дерева, що виростає на Малайському півострові, являла собою ідеальний ізолятор, оскільки була термопластичної, пом'якшувалась при нагріванні і поверталася у тверду форму після охолодження, полегшуючи ізоляцію провідників. В умовах тиску і температури на дні океану її ізоляційні властивості поліпшувалися. Гутаперча залишалася основним матеріалом ізоляції підводних кабелів до відкриття поліетилену в 1933 році.

Проекти Філда

Сайрус Філд очолював 2 проекту, перший з яких зазнав невдачі, а другий завершився успіхом. В обох випадках кабелі складалися з одного 7-жильного дроти, оточеного гутаперчею і броньованого сталевий дротом. Захист від корозії забезпечувала просмоленная пенька. Морська миля кабелю зразка 1858 р. важила 907 кг Трансатлантичний кабель 1866 р. був важчий, 1622 кг/миля, але оскільки його обсяг був більше, то у воді він важив менше. Міцність на розтяг становила 3 т і 7,5 т відповідно.

Всі кабелі мали один провідник з поверненням по воді. Хоча у морської води опір менше, вона схильна блукаючих струмів. Харчування здійснювалося за допомогою хімічних джерел струму. Наприклад, проект 1858 р. мав 70 елементів по 1,1 В кожен. Ці рівні напруги в поєднанні з неправильним і необережним зберіганням призвели до виходу глибоководного трансатлантичного кабелю з ладу. Застосування дзеркального гальванометра дозволило в наступних лініях використовувати більш низькі напруги. Оскільки опір становило приблизно 3 Ом на морську милю, при відстані 2000 миль могли проводитися струми порядку міліампера, достатні для дзеркального гальванометра. У 1860 роках був введений біполярний телеграфний код. Точки і штрихи коду Морзе були замінені імпульсами протилежної полярності. З часом були розроблені більш складні схеми.

Експедиції 1857-58 і 65-66 рр.

Для прокладання першого трансатлантичного кабелю шляхом випуску акцій було зібрано 350 000 фунтів стерлінгів. Американське і британське уряду гарантували повернення інвестицій. Перша спроба була зроблена в 1857 р. Для перевезення кабелю знадобилися 2 пароплава, «Агамемнон» і «Ніагара». Електрики схвалили спосіб, при якому один корабель укладав лінію з берегової станції з подальшим з'єднанням другого кінця з кабелем на іншому судні. Перевага полягала в тому, що при цьому зберігалася безперервна електрична зв'язок з берегом. Перша спроба закінчилася невдачею, коли на відстані 200 миль від берега вийшло з ладу обладнання для укладання кабелю. Він був втрачений на глибині 3,7 км

У 1857 році головним інженером «Ніагари» Вільямом Евереттом було розроблено нове обладнання для укладання кабелю. Помітним поліпшенням став автоматичне гальмо, який спрацьовував, коли натяг досягала певного порогу.

Після сильного шторму, який мало не потопив «Агамемнон», кораблі зустрілися посеред океану і 25 червня 1858 р. почали прокладати трансатлантичний кабель знову. «Ніагара» рухалася на захід, а «Агамемнон» – на схід. Було зроблено 2 спроби, перервані пошкодженням кабелю. Кораблі повернулися в Ірландію за його заміною.

17 липня флот знову вирушив на зустріч один з одним. Після незначних збоїв операція пройшла успішно. Йдучи з постійною швидкістю 5-6 вузлів, 4 серпня «Ніагара» увійшла в Трініті-Бей о. Ньюфаундленд. В той же день «Агамемнон» прибув в Бухту Валентія в Ірландії. Королева Вікторія відправила описане вище перше вітальне повідомлення.

Експедиція 1865 р. завершилася невдачею в 600 милях від Ньюфаундленду, і лише спроба у 1866 р. була успішною. Перше повідомлення по новій лінії було відправлено з Ванкувера в Лондон 31 липня 1866 р. Крім того, був знайдений кінець кабелю, втраченого у 1865 р., і лінія була також успішно завершена. Швидкість передачі становила 6-8 слів в хвилину при вартості 10$/слово.

Телефонний зв'язок

У 1919 р. американська компанія AT&T ініціювала дослідження можливості прокладки трансатлантичного телефонного кабелю. У 1921 р. була прокладена глибоководна телефонна лінія між Ки-Вестом і Гаваною.

У 1928 р. було запропоновано прокласти кабель без повторювачів з єдиним голосовим каналом через Атлантичний океан. Висока вартість проекту (15 млн $) в розпал Великої депресії, а також удосконалення у сфері радіотехнологій перервали проект.

До початку 1930-х років розвиток електроніки дозволило створити підводний кабельну систему з повторювачами. Вимоги до конструкції проміжних підсилювачів лінії зв'язку були безпрецедентними, оскільки пристрої повинні були безперебійно працювати на дні океану протягом 20 років. До надійності компонентів, зокрема електронних ламп, висувалися суворі вимоги. У 1932 р. вже були електролампи, які успішно пройшли випробування протягом 18 років. Використовувалися радіотехнічні елементи значно поступалися кращим зразкам, але були дуже надійними. У підсумку ТАТ-1 пропрацювала 22 роки, і ні одна лампа не вийшла з ладу.

Ще одну проблему представляла укладання підсилювачів у відкритому морі на глибині до 4 км. При зупинці корабля для скидання повторювача на кабелі зі спіральною бронею можуть з'явитися перегини. В результаті був використаний гнучкий підсилювач, який міг укладатися обладнанням, призначеним для телеграфного кабелю. Однак фізичні обмеження гнучкого ретранслятора обмежували її пропускну здатність 4-провідною системою.

Пошта Британії розробила альтернативний підхід з жорсткими ретрансляторами набагато більшого діаметру і пропускною здатністю.

Реалізація TAT-1

Проект був відновлений після Другої світової війни. У 1950 році гнучка технологія підсилювача була протестована системою, що зв'язує Кі-Уест і Гавану. Влітку 1955 і 1956 р. перший трансатлантичний телефонний кабель був прокладений між Обаном в Шотландії і Кларенвиллем на о. Ньюфаундленд, значно північніше наявних телеграфних ліній. Кожен кабель мав довжину близько 1950 морських миль і налічував 51 повторювач. Їх число визначалося максимальною напругою на клемах, яке могло б використовуватися для харчування, не впливаючи на надійність високовольтних компонентів. Напруга становила +2000 на одному кінці і -2000 на іншому. Смуга пропускання системи, у свою чергу, визначалася кількістю повторювачів.

На додаток до повторителям було встановлено 8 підводних зрівнювачів на східно-західної лінії і 6 на західно-східної. Вони коригували накопичені зрушення в смузі частот. Хоча загальні втрати в смузі пропускання 144 кГц становила 2100 дБ, використання зрівнювачів і повторювачів скоротило це значення менше 1 дБ.

Початок роботи TAT-1

В перші 24 год після запуску 25 вересня 1956 р. було зроблено 588 дзвінків з Лондона і США і 119 з Лондона в Канаду. ТАТ-1 відразу потроїла пропускну здатність трансатлантичної мережі. Смуга частот кабелю становила 20-164 кГц що дозволяло мати 36 голосових каналів (по 4 кГц), 6 з яких були розділені між Лондоном і Монреалем і 29 – між Лондоном і Нью-Йорком. Один канал призначався для телеграфу і сервісного обслуговування.

Система також включала наземну зв'язок через Ньюфаундленд і підводну з Новою Шотландією. Ці дві лінії складалися з одного кабелю довжиною 271 морських миль з 14 жорсткими репитерами, спроектованими поштою Великобританії. Загальна ємність склала 60 голосових каналів, 24 з яких пов'язували Ньюфаундленду і Нової Шотландії. Подальші удосконалення TAT-1

Лінія TAT-1 обійшлася в 42 млн доларів США. Ціна в 1 млн $ за канал стимулювала розробку термінального обладнання, яке б використовувало пропускну здатність більш ефективно. Кількість голосових каналів в стандартному діапазоні частот 48 кГц було збільшено з 12 до 16 шляхом скорочення їх ширини з 4 до 3 кГц. Іншою інновацією була тимчасова інтерполяція мови (TASI), розроблена в Bell Labs. TASI дозволила подвоїти кількість голосових ланцюгів завдяки пауз у мовленні. Оптичні системи

Перший трансокеанський оптичний кабель ТАТ-8 вступив в дію у 1988 р. Повторювачі регенерували імпульси шляхом перетворення оптичних сигналів в електричні і назад. Дві робочі пари волокон працювали зі швидкістю 280 Мбіт/с. В 1989 р. завдяки цьому трансатлантичного інтернет-кабелю компанія IBM погодилася фінансувати лінію рівня Т1 між Корнуэльским університетом та ЦЕРН, що значно поліпшило зв'язок між американською і європейською частинами раннього Інтернету.

До 1993 р. в усьому світі експлуатувалося понад 125 тис. км TAT-8. Ця цифра майже відповідала загальній довжині аналогових підводних кабелів. У 1992 р. вступила в дію TAT-9. Швидкість на волокно була збільшена до 580 Мбіт/с.

Технологічний прорив

В кінці 1990 років розвиток оптичних підсилювачів, легованих эрбием, призвело до квантовому стрибка в якості підводних кабельних систем. Світлові сигнали з довжиною хвилі близько 1,55 мкм стало можливим посилювати безпосередньо, і пропускна здатність перестала обмежуватися швидкістю електроніки. Першою оптично посиленою системою, проведеної через Атлантичний океан, була TAT 12/13 в 1996 році. Швидкість передачі на кожній з двох пар волокон склала 5 Гбіт/с.

Сучасні оптичні системи дозволяють передавати такі великі обсяги даних, що надлишковість має вирішальне значення. Як правило, сучасні волоконно-оптичні кабелі, такі як TAT-14, складаються з 2-х окремих трансатлантичних кабелів, які є частиною кільцевої топології. Дві інші лінії з'єднують берегові станції з кожної сторони Атлантичного океану. Дані передаються по кільцю в обох напрямках. У разі обриву кільце самовосстанавливается. Трафік перекладається на запасні пари волокон у робочих кабелях.

Категория: Технологии