Прийнято думати, що світова інформаційна павутина - це щось невловиме. І частково це так. Атмосфера планети за останню сотню років перетворилася з банальної суміші азоту і кисню в густий бульйон з радіохвиль. Але не варто помилятися - кожен біт інформації, перш ніж стати ефірним електромагнітним випромінюванням, обов'язково проробляє неблизький шлях по дротах, велика частина яких прокладена по океанському дну.
Спроби поєднати континенти проводами почалися в перші ж роки після винаходу самого телеграфу. У 1840 році англійський професор Уитстон представив на розгляд парламенту проект прокладки підводного кабелю від Дувра до французького берега, але не отримав згоди законодавців і, відповідно, грошей.
Через два роки винахідник найбільш поширеною версією телеграфу Семюел Морзе пов'язав кабелем берега бухти Нью-Йорка і передав по ньому повідомлення. Тоді ж він передбачив, що через недовгий час телеграф зв'яже Старий Світ з Новим. Через десятиліття після цього компанія братів Джона і Джекоба Бретт запустила телеграфне сполучення між Англією і Францією, проклавши одножильний мідний дріт, одягнений в гутаперчу і сталеву оплетку, під водами Ла-Маншу.
Nexans Skaggerak - спеціалізоване судно, побудоване в 1976 році новрежской компанією Øgreys Mekaniske Verksted для підводного прокладання силових кабелів і шлангопроводов. У березні 2010 року модернізований в ремонтних доках Cammell Laird в Біркенхеді, Англія. Судно було розпиляно поперек, і між двома його половинками була уварена додаткова секція довжиною 12.5 метра. Також на Skagerrak встановили нову поворотну платформу. Справа на фото - силовий кабель, призначений для укладання в море, надходить з берега за спеціальним транспортеру, яке виключає занадто різкі перегини, і складується в спеціальному відсіку, циліндричної форми. Сучасний підводний силовий кабель може мати діаметр близько 100 мм. Метр такої «ниточки» цілком може потягнути на пару десятків кілограм, тому не дивно, що для контролю укладання потрібні кілька дужих робітників. Знизу на фото - поворотна платформа, встановлена на Skagerrak, має діаметр 29 метрів і корисне навантаження 7000 тонн, при об'ємом 2000 кубометрів.
Людиною, що з'єднав миттєвої зв'язком Старий і Новий Світ, став американський підприємець Сайрус Філд, що заснував в 1854 році «Нью-Йоркська-Ньюфаундлендської і Лондонську телеграфну компанію». Віце-президентом став відомий нам Семюел Морзе. Укладання кабелю почалася в 1857 році за сприяння урядів США і Великобританії, які надали для використання в ролі кабелеукладачів військові кораблі: пароходофрегат «Ніагара» і парусно-парової лінкор «Агамемнон». На дно Атлантики було укладено 620 км кабелю, після чого він обірвався.
Наступна спроба була зроблена через рік - «Ніагара» і «Агамемнон», з'єднавши кінці кабелю посередині океану, вирушили в різні боки. Після декількох обривів кораблі повернулися до Ірландії для поповнення запасів. Наступний старт - в липні того ж року - приніс успіх, на який вже мало хто сподівався. Але ... телеграф пропрацював близько місяця і замовк.
Невтомний Філд повернувся до своєї затії в 1865 році, зафрахтувавши як кабелеукладача найбільше судно того часу - «Грейт Істерн». З нього на дно було укладено три чверті лінії, коли 2 серпня кабель знову обірвався і пішов на дно. Нарешті, в 1866 році телеграфна лінія перетнула Атлантику, а на самому початку минулого століття - безмежний Тихий океан.
Аж до 30-х років XX століття головною проблемою міжконтинентальних комунікацій була низька якість ізоляції. Основними матеріалами для її виготовлення служили натуральні полімери каучук і гутаперча, зверху кабель обвивався бронею зі сталевого дроту, а на прибережних ділянках броня іноді робилася двошарової для захисту від якорів і рибальських снастей.
Можливість миттєвої передачі даних на тисячі кілометрів зараз сприймається як належне - вже півтори сотні років ніхто не дивується. Але за очевидністю стоять чималі технологічні хитрощі. Всесвітня Мережа - це не тільки пропускна здатність і протяжність, але ще маса і об'єм. Щоб переконається в цьому досить подивитися на барабан, в якому зберігається згорнутий кабель. Розміри цієї «котушки» цілком відповідають масштабам розв'язуваних завдань. Сучасний кабельний барабан на спеціалізованому судні - це тисячі тонн і кубометрів плюс спеціальні системи для укладання кабелю і його розмотування. А барабанів таких на флагмани «проводового флоту» - по три-чотири. Конструкція повинна забезпечити намотування, розмотування і зберігання кабелю без перегинів, сильних навантажень та іншого екстриму. Саме з цим пов'язаний великий діаметр «котушки» - сучасні підводні дроти не розраховані на такий серйозний вигин, тому згортати моток занадто туго не можна - зламається.
Сьогоднішні оптоволоконні кабелі мають багаторівневий захист від їдкої морської води і механічних пошкоджень. Пучок передавальних волокон «плаває» в гелевом гідрофобному наповнювачі всередині мідної або алюмінієвої трубки, покритої шаром еластичного полікарбонату і алюмінієвим екраном. Наступний шар скручена сталевий дріт, загорнута майларовой стрічкою. Зовні кабель одягнений в поліетиленову «сорочку». Інший варіант - кабель з профільованим несучим сердечником. У такій схемі до восьми оптичних пар поміщаються всередині кожного з шести екструдованих в поліетиленовому шнурі каналів, заповнених гелем. Пари захищені навитої майларовой стрічкою, мідним екраном і товстою поліетиленовою опліткою. У центрі шнура прокладена товста сталевий дріт для додання кабелю жорсткості. Гарантія на підводні кабелі зв'язку - не менше 25 років.
Звідки розмотують інтернет
Перша спроба використовувати підводний кабель для передачі сигналу - тоді ще не телеграфного - була зроблена в Росії в 1812 році П. шилінгів для підриву з берега морських мін, забезпечених електричним запалом.
Перша спроба прокласти телеграфний кабель під водою була зроблена в 1839 році в Індії. Східно-Індійська телеграфна компанія проклала кабель по дну річки Хуглі, неподалік від Калькутти. На жаль, дані про використання лінії до нас не дійшли.
Перший трансатлантичний кабель, прокладений між в 1858 році, прослужив всього близько місяця. Кабелі 1865-66 рр служили без ремонту близько п'яти років, а ряд секцій кабелю 1873 роки (Ірландія - Ньюфаундленд) - близько дев'яноста років.
До 1900 року в світі було прокладено 1750 підводних телеграфних ліній загальною протяжністю близько 300 тисяч кілометрів. Перша телефонна лінія через Атлантику була покладена в 1956 році.
Найдовший підводний силовий кабель прокладений по дну Північного моря між м Еемсхавен (Нідерланди) і Феда (Норвегія). Довжина лінії NorNed - 580 км, вона розрахована на 700 МВт. Експлуатація почалася в травні 2008 року.
Довжина лінії Unity, яка поєднала в 2010 році Японію (місто Чикуров) із західним узбережжям США (Лос-Анжелес) по дну Тихого океану, становить 10 тис. Км, пропускна здатність - 7.68 Тбит / с.
Високовольтні магістралі, що зв'язують з Великою землею острова, нафтові платформи і вітряні електростанції, захищені ще краще комунікаційних. Провідниками зазвичай служать три мідні жили, кожна з яких екранована напівпровідникової стрічкою і товстим шаром ізолятора із зшитого поліетилену. Поверх ізолятора прокладено ще один екран, навита водонепроникна стрічка. Зовні кожна струмопровідна жила закрита герметичною свинцевою оболонкою і антикорозійного поліетиленовою опліткою. Якщо в якості основного ізолятора використовується етиленпропіленова гума (ЕПР), свинцевий шар часто не використовується з метою полегшення конструкції. До складу сучасного силового кабелю обов'язково включається як мінімум одна оптоволоконная пара для передачі даних. Провідники і оптоволокно заливаються поліпропіленом або поліетиленом, покриваються стрічкою-підсилювачем, полімерної опліткою, бронею зі сталевого дроту і ще одним шаром з поліетиленової пряжі товщиною не менше 4 мм. Як правило, такі кабелі служать вірою і правдою десятки років. Швидкий розвиток морської вітроенергетики і нафтогазовидобутку призвело до того, що в даний час всі наявні на планеті вісім заводів з виробництва підводного силового кабелю працюють на межі потужності. І попит на їх продукцію тільки зростає.
Італійський кабелеукладач Gliulio Verne
справа техніки
Отже, світовий попит на трафік просто божевільний - за даними агентства Telegeography, з 2007 року він зростає на 100% в рік. Підводні лінії електропередач розростаються разом з альтернативною енергетикою. Відмінний кабель у нас є. Залишається тільки з'єднати їм острова і континенти.
Створення підводної кабельної системи - дуже складна операція, яка виконується професіоналами екстра-класу в екстремальних умовах з хірургічною точністю. Насамперед виявляється оптимальний маршрут. За допомогою спеціальних судів, оснащених гідролокаторами бокового огляду, підводними апаратами з дистанційним управлінням і акустичними профілометри Доплера, океанологи досліджують ділянки дна, на які незабаром ляже нитка. Ретельно фіксуються і аналізуються висотний профіль маршруту, складу донного грунту, сейсмічна активність зони, наявність і характер течій, природних і штучних перешкод в коридорі прокладки. За отриманими даними складається конфігурація лінії і технологічна карта прокладки. На критично важливі точки маршруту виставляються бакени, оснащені GPS-передавачами і радіомаяками. Лише після цього в справу вступають суду-кабелеукладчики.
Cable Innovator водотоннажністю 10557 тонн - найбільше в світі судно, створене для прокладки оптичного кабелю. Побудовано в 1995 році на фінських верфях Kvaerner Masa, належить компанії Global Marine Systems. Три 17-метрових барабана можуть вмістити по 2333 тонни кабелю кожен. 60 днів корабель з екіпажем о восьмій десятків людей може функціонувати в режимі повної автономності, розмотуючи кабельну лінію на швидкості до 6.6 вузлів (трохи більше 12 км / ч).
Серйозних відмінностей між кабельними судами для прокладки силових і комунікаційних ліній немає. Різниця лише в специфічній оснащенні. Крім того, «силовики» зазвичай працюють в прибережних районах, а оптику тягнуть на тисячі кілометрів у відкритому морі. Найбільші і продуктивні в світі суду, що спеціалізуються на високовольтних магістралях, - норвезький укладальник Skagerrak, що належить компанії Nexans, і Giulio Verne італійської корпорації Prysmian Group. Cable Innovator з флотилії Global Marine Systems водотоннажністю 10557 т не має рівних серед «зв'язківців» - він може взяти на борт 8500 км оптичного кабелю. Найбільші флотилії кабельних судів базуються в Тихому океані - вісім суден працюють на американську компанію SubCom і стільки ж на її японського конкурента NEC. Характерні особливості кабелеукладачів - мале робоче осаду, що не перевищує 10 м, обов'язкове оснащення системами динамічного позиціонування і гідроакустичної орієнтації, а також надзвичайно чутливі рушії, що дозволяють регулювати швидкість з аптекарської точністю. Сучасний кабелеукладач оснащений многошківной кабельної машиною-лебідкою, розвиваючої тягу до 50 т, що спускає кабель в воду зі швидкістю близько 1,5 км / год. Крім того, на борту є крани для занурення і підйому підводних апаратів, пристрої для зрощування і різання, водолазне обладнання і багато іншого.
Схематична карта першого трансатлантичного кабелю, прокладеного по дну влітку 1858 року. Через недосконалість конструкції, погану ізоляцію і використання занадто великої напруги для передачі, лінія зв'язку тоді пропрацювала всього близько місяця, причому якість і, відповідно, швидкість зв'язку весь час були не витримують жодної критики. 1 вересня 1858 років через Атлантику було передано останні повідомлення, після чого континенти знову виявилися роз'єднаними. До 1861 року в різних частинах світу були прокладені близько 20 тисяч кілометрів підводного кабелю, але в робочому стані було не більше чверті з них. Америка і Європа були остаточно з'єднані телеграфом 27 липня 1866 року, після чого зв'язок вже ніколи не переривався більш, ніж на кілька годин.
Оренда такого чуда техніки тягне приблизно на $ 100000 на добу, проте попит перевищує пропозицію. Наприклад, кабелеукладач Tyco Resolute компанії SubCom, циліндричні ангари якого вміщають 2500 км оптичного кабелю, забезпечений роботою на кілька років вперед. Те ж можна сказати і про Skagerrak. Та й інші не сидять без роботи: рибальські снасті, корабельні якоря, зсуви і землетруси, які пошкоджують підводні магістралі, тримають ескадру кабельних судів в постійній бойовій готовності. Зафіксовані випадки розриву кабелю через укуси акул і навіть розкрадання десятків кілометрів силових ліній піратами. Тільки в Атлантиці виконується до 50 ремонтних операцій в рік. Але це справа техніки ...
На дно
Укладання будь-якого кабелю починається з суші. Цю ювелірну операцію зазвичай проводить команда досвідчених водолазів. Кабелеукладач підходить до берега ближче, встає по заданому курсу і підбурює на воду необхідний відрізок «нитки», з'єднаний з витяжним тросом, попередньо заведеним з берега через вкопані в грунт довгу трубу. В ході цієї операції витравлений кабель висить на поплавцях щоб уникнути критичних перегинів і сплутування. Процес виведення троса і кабелю на з'єднувальний щиток контролюється візуально за допомогою телекамер - полагодити цей відрізок лінії згодом буде набагато складніше, ніж будь-хто інший. Перевірка цілісності кабелю подачею сигналу (або напруги, якщо він силовий) відбувається під час укладання в постійному режимі. Якщо все в нормі - труба замурується з боку моря, з неї відкачується вода, а замість неї всередину подається антикорозійна суміш інгібіторів, біоцидів, що вбивають водні бактерії, і раскислителя, що поглинає кисень. Берегова укладання, незважаючи на уявну простоту, - найдовший етап робіт. Команді Бьорна Ладегаарда, інженера компанії Nexans, знадобилося цілих три тижні, щоб в січні цього року підчепити до мережі силову гілку на пляжах Майорки на ділянці всього близько 500 м!
У відкритому морі все простіше, але і там свої труднощі. Рельєф морського дна рідко буває досить зручним для так званої вільної укладання, коли «нитка» опускається прямо на грунт. Так, силову магістраль між Іспанією і Балеарах довелося заривати на ділянці 283 км, в тому числі на глибинах понад кілометр. Ще 23 км були вирубані в скелі!
У підводних нетрях незамінні помічники інженерів - глибоководні апарати з дистанційним керуванням через шланг-кабель. Фахівці компанії Nexans мають в своєму розпорядженні три машини. Маленький і в'юнкий CapTrack з комплексом датчиків, трансмиттером GPS, потужними прожекторами і телекамерами призначений для оперативного моніторингу і точного укладання «нитки» на дно. На ділянках з екстремально складним рельєфом використовується підводний бульдозер Spider з додатковим «озброєнням» у вигляді бурової головки, водометів і потужного насоса. Рука-маніпулятор Spider може оснащуватися цілою купою страшних інструментів, призначених для руйнування. Більшу ж частину роботи на маршрутах виконує траншейна машина Capjet зі своїм плугом-водометом. Розкритий грунт постійно відкачується насосом з півтораметрової траншеї і подається за корму Capjet, засинаючи покладений кабель.
Коли на шляху прокладки виявляються більш серйозні перешкоди, інженери використовують арочні системи переходу. Кабель в спеціальному рукаві підвішується на заякоренних герметичних сталевих балонах, наповнених повітрям. При наявності «попутних» трубопроводів кабель закріплюється на них спеціальними кліпсами. Якщо через труби доводиться «переступати», застосовуються бетонні містки або захисні рукави, що укладаються в потрібному місці підводними апаратами. У зонах з стійкими донними течіями кабель, як і будь-який циліндричне тіло, піддається руйнівному впливу вихрових вібрацій. Поступово ці непомітні оку високочастотні коливання руйнують навіть залізобетонні балки. Для боротьби з цим лихом «нитка» одягається в пластикове спиралевидное «оперення». Щоб запобігти перетирання ізоляції об скелястий грунт, використовуються м'які поліуретанові мати або стрічкові протектори. Всі операції по подовженню, розгалуження кабелю, установці на нього підсилювачів та контрольної апаратури виробляються на судні безпосередньо перед укладанням даної ділянки на дно. На фініші маршруту кабелеукладач повторює операцію з виведення магістралі на берег. Після цього лінія тестується і запускається в експлуатацію.
А чи не простіше запустити на орбіту пару супутників, запитаєте ви? Чи не простіше. Швидкості не ті - мегабіта в секунду для XXI століття вже не годяться. Та й гігабіти - теж. Підводні Терабітію зовсім інша справа ...
Стаття «Павутина під водою» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №6, червень 2011 ).
А чи не простіше запустити на орбіту пару супутників, запитаєте ви?