Трансатлантический телеграфный кабель

Трансатлантический телеграфный кабель

Впервые телеграфный кабель пересек Атлантический океан от острова Валентия, находящегося в западной части Ирландии, до восточной части Ньюфаундленда. Трансатлантический кабель соединил Северную Америку и Европу и ускорил связь между ними. Раньше доставка сообщения на корабле занимала по меньшей мере десять дней, а теперь она занимает несколько минут. Несколько попыток прокладки кабеля были сделаны в течение девятилетнего периода: в 1857 году, две в 1858, 1865 и одна в 1866 г, пока не было, наконец, достигнуто самое надежное соединение кабеля, проложенного в 1866 г и отремонтированного кабеля 1865 года. Дополнительные кабели были проложены в 1873 году, 1874г, 1880 г и 1894 г. К концу девятнадцатого века, британские, французские, немецкие, и американские кабели были связаны с европейскими и североамериканскими кабелями в сложную сеть.

Увеличить проводимость первого трансатлантического кабеля безуспешно попытались в 1857 году и завершили попытки 5 августа 1858 года. Хотя это изобретение и не считается особенно успешным, все же был спроектирован первый трансатлантический кабель, дающий практические результаты. Первая официальная телеграмма прошла между двумя континентами, и это было поздравительное письмо от королевы Виктории Соединенного Королевства к президенту Соединенных Штатов Джеймсу Бьюкенену. В следующем месяце 16 августа кабель разрушился, когда к нему попытались применить чрезмерное напряжение, стараясь ускорить работу телеграфа. Небольшой период использования кабеля подорвал доверие общественности и инвесторов в проекте и весьма замедлил восстановление соединения.

Еще одна попытка прокладывания кабеля была предпринята в 1865 году, с использованием улучшенных материалов. Вскоре соединение завершили и ввели в эксплуатацию 28 июля 1866 г. На этот раз оно было более прочным, и даже обеспечило доверие общественности, когда кабель, сделанный в 1865 г. наконец отремонтировали и ввели в эксплуатацию через некоторое время после этого события.

Подводный кабель в Индии, Сингапуре, на Дальнем Востоке и в Австралии

В 1863 кабель обеспечил важную связь Бомбея с Саудовской Аравией. В 1870 году Бомбей был связан с Лондоном подводным кабелем, который прокладывался несколькими кабельными компаниями. В 1872 году эти компании объединились, чтобы сформировать огромную Восточную телеграфную компанию, принадлежащую Джону Пендеру. Вскоре от Восточной телеграфной компании отделились две дочерних компании: Восточно-китайская компания и Австралийская телеграфная компания.

Подводный кабель через Тихий океан

Данный проект был завершен в 1902 –1903 году. Кабель связал континентальную часть США, Гавайи в 1902 году и Гуам на Филиппинах в 1903 году. Канада, Австралия, Новая Зеландия, Фиджи были также связаны кабелем в 1902.

Строение трансатлантического подоводного кабеля

Трансатлантические кабели девятнадцатого века первоначально состояли из железа, а позже стали применяться проволоки, обернутые в каучук, или гуттаперчу, которая окружала многожильный медный провод в ядре. Участки кабеля, лежащие близко к береговой линии имели дополнительную защиту, оберегающую провода. Гуттаперча - природный полимер, похожий на резину - имела почти идеальные свойства для изоляции подводных кабелей и весьма повысила емкость кабеля. Гуттаперча использовалась в качестве изоляции для кабелей до 1930 - х годов, пока не появился полиэтилен. Этот материал имел столь важное значение для связи, что в 1920 - х годах, американские военные начали проводить эксперименты с резиновой изоляцией, так как производителей гуттаперчи у американских властей почти не было.

Проблемы пропускной способности

Раньше междугородние телеграфные линии доставляли огромные проблемы с электричеством. В отличие от современных кабелей, технология девятнадцатого века не позволяла иметь линию усилителей в кабеле. Использовалось большое напряжение для преодоления электрического сопротивления на огромных расстояниях. Тем не менее, скорость передачи данных была строго ограничена. В этих условиях кабели имели очень ограниченную пропускную способность.

Уже в 1823 году, Фрэнсис Рональдс заметил, что электрические сигналы становились медленнее при прохождении через изолированный провод или жилы, проложенные под землей, и тот же эффект был заметен в ядрах, погруженных в воду, особенно сильно это наблюдалось на длинном кабеле, проложенном между Англией и Гаагой. Майкл Фарадей доказал, что эффект вызван емкостью между проводом и землей (или водой), окружающей провод. Фарадей отметил, что когда провод заряжается (например, при нажатии на клавишу телеграфа), то электрический заряд в проводе индуцирует противоположный заряд в воде, и он перемещается вперед. Поскольку эти два заряда притягиваются друг к другу, передающийся заряд замедляется. Ядро действует как конденсатор, распределенный по длине кабеля, который, в сочетании с сопротивлением и индуктивностью кабеля, ограничивает скорость, с которой сигнал проходит через проводник кабеля.

Ранние разработки не позволяли правильно проанализировать эти эффекты. Оливер Хэвисайд игнорировал проблемы и настаивал, что трансатлантический кабель очень важен. Когда он впоследствии стал электриком атлантической телеграфной компании, он принял участие в публичном споре с Уильямом Томсоном. Белый дом считал, что если подать достаточное напряжение, то любой кабель сможет справиться с нагрузкой. Из - за чрезмерного напряжения первый трансатлантический кабель Сайруса Филда никогда не работал надежно, и в конце концов в океане случилось короткое замыкание, когда Белый дом увеличил напряжение до такого значения, которое не смогла выдержать конструкция кабеля.

Томсон разработал сложный генератор электрического поля и чувствительное светолучевое зеркало гальванометра для обнаружения слабых телеграфных сигналов. Томсон разбогател, получая лицензионные платежи за свои изобретения. Его наградили званием лорда за вклад в области телеграфии, главным образом за создание надежной математической модели, которая позволила создать конструкцию оборудования для более точной передачи информации. Влияние атмосферного электричества и геомагнитного поля на подводные кабели также побудило его к организации многих полярных экспедиций.

Томсон произвел математический анализ распространения электрических сигналов в телеграфных кабелях в зависимости от их емкости и сопротивления, но в случае с длинными подводными кабелями, эксплуатируемыми при низких скоростях, он не включил в телеграфные уравнения эффекты индуктивности. К 1890 - ым, Оливер Хевисайд подготовил современный общий вид телеграфных уравнений, в которых учитывались эффекты индуктивности. Они имели важное значение для распространения линий передачи на более высокие частоты, необходимые для высокоскоростной передачи данных и голоса.

Первые кабели, используемые в коммерческих целях

В августе 1850 года, англо - французская телеграфная компания Джона Бретта проложила первую коммуникационную линию через Английский канал. Это был просто медный провод, покрытый гуттаперчей и не имеющий каких - либо других средств защиты. Это был лишь эксперимент, а в следующем году, 13 ноября 1851, настоящий кабель с полностью защищенным ядром был проложен через Ла-Манш. В следующем году Великобританию и Ирландию связал кабель. В 1852 году кабель, проложенный с помощью подводной лодки, в первый раз связал Лондон и Париж. В мае 1853 года Англия была присоединена к Голландии кабелем, проходящим через Северное море, от Орфорд Несс до Гааги. Его заложил специально приспособленный для этой работы колесный пароход.

Трансатлантическая телефония

При укладке трансатлантический телефонный кабель дорабатывался, потребовалось разработать несколько технологических достижений для экономичных телекоммуникаций, которых не было до 1940 - х годов.

В 1942 году был создан адаптированный подводный кабель связи для первого в мире подводного нефтепровода, необходимого для операции «Плутон» во время Второй мировой войны.

ТАТ - 1 (Трансатлантический № 1) был первым трансатлантическим телефонным кабелем. В период с 1955 по 1956 год, кабель был проложен между Шотландией, Ньюфаундлендом и Лабрадором. Он был открыт 25 сентября 1956 года и имел первоначально 36 телефонных каналов.

В 1960-е годы заокеанские кабели начали передавать частотно - мультиплексированные радиосигналы. Они были оснащены самыми надежными ламповыми усилителями, когда - либо созданными. Эти кабели питались высоким напряжением. Эти кабели до сих пор существуют, и их можно использовать, но от них отказались, потому что они слишком слабы, чтобы быть коммерчески жизнеспособными. Некоторые кабели использовались как научные приборы для измерения землетрясений волн и других геомагнитных явлений.

В 1980 - е годы были разработаны волоконно - оптические кабели. Первый трансатлантический телефонный кабель, в котором использовалось оптическое волокно, назывался ТАТ – 8 и начал эксплуатироваться в 1988 году.

Современные ретрансляторы имеют твердотельный оптический усилитель из эрбиевого волокна. Каждый ретранслятор содержит отдельное оборудование для каждого волокна. Оно включает в себя сигнал реформинга, измерение ошибок и контроля. Твердотельный лазер посылает сигнал по всей длине волокна. Этот лазер возбуждает короткое легированное волокно, что само по себе действует как лазерный усилитель. По мере того, как свет проходит через волокно, сигнал усиливается. Эта система позволяет также управлять спектральным разделением каналов, что значительно увеличивает пропускную способность волокна.

Ретрансляторы питаются от постоянного тока, напряжение передается вниз, к центру кабеля, поэтому все повторители в кабеле расположены последовательно. Подача питания и прочее оборудование установлено на конечных станциях.

Зрительное волокно, используемое в подводных кабелях, выбирается благодаря своей исключительной четкости и позволяет сигналу пробегать более 100 километров между повторителями. Это сводит к минимуму необходимое количество усилителей и, соответственно, искажение, которое они вызывают.

Первоначально подводные кабели передавали простые комбинации знаков, например, точка - точка. С развитием подводной разветвленной сети стало возможным подавать информацию нескольким адресатам одной кабельной системой. Вскоре мощность кабельных систем стала настолько велика, что возникла нужда в обеспечении достаточного наземного резервного потенциала. Волокна современных кабельных систем, как правило, располагаются кольцом, чтобы увеличить их избыточность, и имеют различные секции на дне океана.

Однако, не все телекоммуникационные организации хотят воспользоваться этой возможностью, так что современные кабельные системы могут иметь двойные точки посадки в таких странах, в которых требуются резервные возможности, и единичные точки в странах, в которых либо не требуются резервные возможности, либо страна неспособна иметь резерв, так как это слишком дорого.

Коммутационное оборудование используется для передачи услуг между сетевыми путями и почти не влияет на высокоуровневые протоколы, если путь становится неработоспособным. Чем больше путей становятся доступными для использования, тем меньше вероятность того, что один или два одновременных отказа предотвратит конец службы кабеля.

Ремонт кабеля

Кабели могут быть повреждены рыболовецкими траулерами, ударами якорей, подводными лавинами и даже укусами акул. Особенно разрывы были распространены на начальном этапе развития кабельных систем в связи с использованием простых материалов и укладке кабелей непосредственно на дне океана, а не в специальных траншеях, особенно в зонах повышенного риска. Иногда кабели уничтожались противниками в военное время. Землетрясение в Ньюфаундленде в 1929 году сломало серию трансатлантических кабелей, вызвав массивную подводную лавину. Последовательность разрывов кабеля помогла ученым наметить ход лавин. В 2006 году 26 декабря землетрясение разрушило многочисленные кабели вблизи Тайваня.

Для того чтобы эффективно провести ремонт кабеля, находящегося на глубине, поврежденный участок выводится на поверхность с помощью грейфера. Каждый конец кабеля должен быть по отдельности выведен на поверхность. Отремонтированный кабель получается длиннее, чем кабель, который укладывался изначально, поэтому кабель укладывается в форме "U". Ремонтом кабелей, которые расположены близко к поверхности, занимаются специально обученные люди.

Несколько портов вблизи важных кабельных трасс стали домом для специализированных судов. Галифакс в Новой Шотландии был домом для полутора десятков таких судов на протяжении почти всего двадцатого века, в том числе и таких судов, как CS Сайрус Филд, CS Мини и CS Maккей - Беннет. С последними двумя были заключены контракты для восстановления повреждений, к которым привело крушение знаменитого круизного лайнера'' Титаник ''. Экипажи этих судов разработали множество инновационных методов для ремонта и улучшения укладки кабелей, одним из них является "плуг" - устройство для закапывания кабелей.