Как работят трансокеанските подводни комуникационни кабели

Цялата ни планета е плътно обвита в кабелни и безжични мрежи за различни цели. Много голям дял от цялата тази информационна мрежа се състои от кабели за данни. И днес те се полагат не само по въздух или под земята, но дори и под вода. Концепцията за подводен кабел не е нова.

Началото на изпълнението на първата такава амбициозна идея датира от 5 август 1858 г., когато държавите на два континента, САЩ и Великобритания, най -накрая бяха свързани чрез трансатлантически телеграфен кабел, който остана в добро състояние за месец, но скоро започна да се срива и най -накрая се счупи поради корозия. Комуникацията по маршрута е надеждно възстановена едва през 1866 г.

Четири години по -късно кабел от Обединеното кралство беше положен до Индия, свързващ директно Бомбай и Лондон. В разработването на проектите участваха най -добрите индустриалци и учени от онова време: Уитстоун, Томсън, братята Сименс. Въпреки че тези събития са се случили преди век и половина, дори тогава хората са създавали комуникационни линии с дължина хиляди километри.

Работата на инженерната мисъл в тази и други области се развива и през 1956 г. се установява и телефонна връзка с Америка. Линията може да бъде наречена „глас отвъд океана“, подобно на едноименната книга на Артър Кларк, която разказва историята на изграждането на тази трансокеанска телефонна линия.

Със сигурност мнозина се интересуват как е проектиран кабелът, проектиран да работи на дълбочина до 8 километра под вода. Очевидно този кабел трябва да е издръжлив и абсолютно водоустойчив, достатъчно здрав, за да издържи на огромно водно налягане, да не се повреди както по време на монтажа, така и по време на предстоящата употреба в продължение на много години.

Съответно кабелът трябва да бъде изработен от специални материали, които биха позволили да се поддържат приемливи експлоатационни характеристики на комуникационната линия дори при механични натоварвания на опън, а не само по време на монтажа.

Помислете например за 9000-километровия тихоокеански оптичен кабел на Google, който свързва Орегон и Япония през 2015 г., за да осигури възможност за пренос на данни от 60 TB / s. Цената на проекта беше 300 милиона долара.

Предаващата част на оптичния кабел не е необичайна в нищо. Основната характеристика е защитата на дълбоководния кабел, за да се защити оптичното ядро, предаващо информация по време на предназначението му на такава голяма дълбочина, като същевременно увеличава експлоатационния живот на комуникационната линия. Нека разгледаме последователно всички компоненти на кабела.

Външният слой на кабелната изолация традиционно е изработен от полиетилен. Изборът на този материал като външно покритие не е случаен. Полиетиленът е устойчив на влага, не взаимодейства с алкали и разтвори на сол, присъстващи в океанската вода, а полиетиленът не реагира нито с органични, нито с неорганични киселини, включително дори с концентрирана сярна киселина.

И въпреки че водите на световния океан съдържат всички химични елементи на периодичната таблица, именно полиетиленът е най -оправданият и логичен избор тук, защото реакциите с вода от всякакъв състав са изключени, което означава, че кабелът няма да пострада от околната среда.

Полиетиленът е бил използван под формата на изолация и в първите телефонни линии между континентите, построени в средата на 20 век. Но тъй като само полиетиленът, поради естествената си порьозност, не е в състояние да защити напълно кабела, се използват и допълнителни защитни слоеве.

Под полиетилена има миларов филм, който е синтетичен материал на базата на полиетилен терефталат. Полиетилен терефталатът е химически инертен, устойчив на много агресивни среди, здравината му е десет пъти по -висока от полиетилена, устойчив е на удар и износване. Mylar намери широко приложение в индустрията, включително в космоса, да не говорим за многобройни приложения в опаковките, текстила и т.н.

Под лавсановия филм има арматура, чиито параметри зависят от характеристиките и предназначението на определен кабел. Обикновено това е твърда стоманена оплетка, която придава на кабела здравина и устойчивост на външни механични натоварвания. Електромагнитното излъчване на кабела може да привлече акули, които могат да гризат кабела, а просто улавянето от риболовни принадлежности може да се превърне в заплаха, ако няма фитинги.

Наличието на армировка с поцинкована стомана ви позволява безопасно да оставите кабела на дъното, без да е необходимо да се поставя в изкоп. Кабелът е подсилен на няколко слоя чрез равномерна намотка на тел, като всеки слой има посока на навиване, различна от предишната. В резултат на това масата на един километър от такъв кабел достига няколко тона. Но алуминият не може да се използва, тъй като в морската вода той би реагирал с образуването на водород и това би било пагубно за оптичните влакна.

Но алуминиевият полиетилен следва стоманената армировка, той отива като отделен слой на екраниране и хидроизолация. Алумополиетиленът е комбиниран материал от алуминиево фолио и полиетиленово фолио, залепени заедно. Този слой е почти невидим в голям обем на кабелната конструкция, тъй като дебелината му е само около 0,2 мм.

Освен това, за допълнително укрепване на кабела, има слой от поликарбонат. Той е достатъчно здрав, докато е лек. С поликарбонат кабелът става още по -устойчив на натиск и удар, не случайно поликарбонатът се използва при производството на защитни каски. Освен всичко друго, поликарбонатът има висок коефициент на топлинно разширение.

Под слоя от поликарбонат има медна (или алуминиева) тръба. Той е част от структурата на кабелната сърцевина и действа като щит. Вътре в тази тръба има директно медни тръби със затворени оптични влакна.

Броят и конфигурацията на тръбите с оптични влакна за различни кабели могат да бъдат различни, ако е необходимо, тръбите са правилно преплетени. Металните части на конструкцията служат тук за захранване на регенераторите, които възстановяват формата на оптичния импулс, който неизбежно се изкривява по време на предаването.

Между стената на тръбата и оптичното влакно е разположен хидрофобен тиксотропен гел.

Производството на дълбоководни оптични кабели обикновено се намира възможно най-близо до морето, най-често в близост до пристанището, тъй като такъв кабел тежи много тонове, докато е по-добре да се събере от възможно най-дълги парчета, поне 4 километри всеки (теглото на такова парче е 15 тона !!!).

Транспортирането на такъв тежък кабел на голямо разстояние не е лесна задача. За транспортиране по суша се използват сдвоени железопътни платформи, така че цялото парче да може да се навие, без да се повредят влакната вътре в него.

И накрая, кабелът не може просто да бъде изхвърлен от кораба — във водата. Всичко трябва да бъде рентабилно и безопасно. Първо те получават разрешение за използване на крайбрежните води от различни страни, след това лиценз за работа и т.н.

След това те извършват геоложки проучвания, оценяват сеизмичната и вулканичната активност в района на полагане, разглеждат прогнозите на метеоролозите, изчисляват вероятността от подводни свлачища и други изненади в района, където ще лежи кабелът.

Те вземат предвид дълбочината, плътността на дъното, естеството на почвата, наличието на вулкани, потънали кораби и други чужди предмети, които биха могли да попречат на работата или да изискват удължаване на кабела. Едва след внимателно калибрирани детайли до най -малкия детайл, те започват да качват кабела на кораби и да го полагат.

Кабелът се полага непрекъснато. Той се транспортира чрез залив на кораб до мястото на снасяне, където се спуска до дъното. Машините развиват кабела с правилната скорост, като същевременно поддържат напрежението, докато лодката следва маршрута. Ако кабелът се скъса по време на монтажа, той може да бъде повдигнат на борда и незабавно да се поправи.