Jak działają transoceaniczne podwodne kable komunikacyjne

Cała nasza planeta jest szczelnie owinięta sieciami przewodowymi i bezprzewodowymi do różnych celów. Bardzo duża część tej całej sieci informacyjnej składa się z kabli do transmisji danych. A dziś układa się je nie tylko drogą powietrzną lub pod ziemią, ale nawet pod wodą. Koncepcja kabla podmorskiego nie jest nowa.

Początek realizacji pierwszego tak ambitnego pomysłu datuje się na 5 sierpnia 1858 roku, kiedy to kraje dwóch kontynentów, Stany Zjednoczone i Wielką Brytanię, ostatecznie połączono transatlantyckim kablem telegraficznym, który pozostawał w dobrym stanie przez miesiąc , ale wkrótce zaczął się zapadać iw końcu pękł z powodu korozji. Komunikacja na trasie została solidnie przywrócona dopiero w 1866 roku.

Cztery lata później położono kabel z Wielkiej Brytanii do Indii, łączący bezpośrednio Bombaj i Londyn. W rozwoju projektów brali udział najlepsi przemysłowcy i naukowcy tamtych czasów: Wheatstone, Thomson, bracia Siemens. Choć wydarzenia te miały miejsce półtora wieku temu, już wtedy ludzie tworzyli ciągi komunikacyjne o długości tysięcy kilometrów.

Prace myśli inżynierskiej w tej i innych dziedzinach rozwinęły się również w 1956 roku.ustanowiono również połączenie telefoniczne z Ameryką. Linię można nazwać „głosem zza oceanu”, podobnie jak książkę Arthura Clarke'a pod tym samym tytułem, która opowiada o budowie tej transoceanicznej linii telefonicznej.

Z pewnością wielu jest zainteresowanych tym, jak zaprojektowany jest kabel, przeznaczony do pracy na głębokości do 8 kilometrów pod wodą. Oczywiście kabel ten musi być trwały i całkowicie wodoodporny, na tyle wytrzymały, aby wytrzymać ogromne ciśnienie wody, aby nie uległ uszkodzeniu zarówno podczas instalacji, jak i późniejszego użytkowania przez wiele lat.

W związku z tym kabel musi być wykonany ze specjalnych materiałów, które pozwoliłyby zachować akceptowalne właściwości eksploatacyjne linii komunikacyjnej nawet przy mechanicznych obciążeniach rozciągających, a nie tylko podczas instalacji.

Weźmy na przykład 9000-kilometrowy kabel światłowodowy Google Pacific, który połączył Oregon i Japonię w 2015 roku, zapewniając transfer danych z prędkością 60 TB/s. Koszt projektu wyniósł 300 milionów dolarów.

Część nadawcza kabla optycznego nie jest niczym niezwykłym. Główną cechą jest ochrona kabla głębinowego w celu ochrony rdzenia optycznego przesyłającego informacje podczas jego użytkowania na tak dużej głębokości, przy jednoczesnym zwiększeniu żywotności linii komunikacyjnej. Przyjrzyjmy się kolejno wszystkim elementom kabla.

Zewnętrzna warstwa izolacji kabla jest tradycyjnie wykonana z polietylenu. Wybór tego materiału jako powłoki zewnętrznej nie jest przypadkowy.Polietylen jest odporny na wilgoć, nie reaguje z alkaliami i roztworami soli obecnymi w wodzie oceanicznej, a polietylen nie reaguje ani z kwasami organicznymi, ani nieorganicznymi, w tym nawet stężonym kwasem siarkowym.

I choć wody światowego oceanu zawierają wszystkie pierwiastki chemiczne układu okresowego pierwiastków, to właśnie polietylen jest tutaj najbardziej uzasadnionym i logicznym wyborem, ponieważ wykluczone są reakcje z wodą o dowolnym składzie, co oznacza, że ​​kabel nie ucierpi środowisko.

Polietylen był używany jako izolacja oraz w pierwszych międzykontynentalnych liniach telefonicznych zbudowanych w połowie XX wieku. Ale ponieważ sam polietylen, ze względu na swoją naturalną porowatość, nie jest w stanie w pełni zabezpieczyć kabla, stosuje się również dodatkowe warstwy ochronne.

Pod polietylenem znajduje się folia mylarowa, która jest materiałem syntetycznym na bazie politereftalanu etylenu. Politereftalan etylenu jest chemicznie obojętny, odporny na bardzo agresywne środowiska, jego wytrzymałość jest dziesięciokrotnie większa niż polietylenu, odporny na uderzenia i zużycie. Mylar znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle, w tym w kosmosie, nie wspominając o licznych zastosowaniach w opakowaniach, tekstyliach itp.

Pod folią mylarową znajduje się zwora, której parametry zależą od właściwości i przeznaczenia konkretnego kabla. Zwykle jest to solidny stalowy oplot, który nadaje kablowi wytrzymałość i odporność na zewnętrzne obciążenia mechaniczne. Promieniowanie elektromagnetyczne z kabla może przyciągać rekiny, które mogą ugryźć kabel, a samo złapanie przez sprzęt wędkarski może stać się zagrożeniem, jeśli nie ma okuć.

Obecność zbrojenia ze stali ocynkowanej pozwala na bezpieczne pozostawienie kabla na dole bez konieczności układania go w wykopie. Kabel jest wzmocniony w kilku warstwach równomierną cewką drutu, przy czym każda warstwa ma inny kierunek nawijania niż poprzednia. W rezultacie masa jednego kilometra takiego kabla sięga kilku ton. Ale aluminium nie może być użyte, ponieważ w wodzie morskiej reagowałoby z tworzeniem się wodoru, co byłoby szkodliwe dla światłowodów.

Ale aluminiowy polietylen podąża za stalowym wzmocnieniem, stanowi oddzielną warstwę ekranującą i hydroizolacyjną. Aluminopolietylen to materiał kompozytowy składający się ze sklejonych ze sobą folii aluminiowej i folii polietylenowej. Warstwa ta jest prawie niewidoczna w dużej objętości struktury kabla, ponieważ jej grubość wynosi zaledwie około 0,2 mm.

Dodatkowo, aby dodatkowo wzmocnić kabel, zastosowano warstwę poliwęglanu. Jest wystarczająco mocny, będąc lekkim. Dzięki poliwęglanowi kabel staje się jeszcze bardziej odporny na nacisk i uderzenia, to nie przypadek, że poliwęglan jest używany do produkcji hełmów ochronnych. Między innymi poliwęglan ma wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej.

Pod warstwą poliwęglanu znajduje się rura miedziana (lub aluminiowa). Jest częścią struktury rdzenia kabla i pełni rolę ekranu. Wewnątrz tej tuby znajdują się bezpośrednio rurki miedziane z zamkniętymi światłowodami.

Liczba i konfiguracja tub światłowodowych dla różnych kabli może być różna, w razie potrzeby tuby są odpowiednio splecione. Metalowe części konstrukcji służą tutaj do zasilania regeneratorów, które przywracają kształt impulsu optycznego, który nieuchronnie ulega zniekształceniu podczas transmisji.

Hydrofobowy żel tiksotropowy umieszcza się pomiędzy ścianą tuby a światłowodem.

Produkcja głębinowych kabli światłowodowych jest zwykle zlokalizowana jak najbliżej morza, najczęściej w pobliżu portu, ponieważ taki kabel waży wiele ton, a lepiej jest złożyć go z jak najdłuższych kawałków, co najmniej 4 kilometrów każdy (waga takiego kawałka to 15 ton !!!).

Transport tak ciężkiego kabla na duże odległości nie jest łatwym zadaniem. Do transportu lądowego stosuje się platformy z podwójną szyną, dzięki czemu cały element można zwinąć bez uszkadzania włókien znajdujących się w środku.

Wreszcie kabla nie można po prostu wyrzucić ze statku — do wody. Wszystko musi być opłacalne i bezpieczne. Najpierw dostają pozwolenie na korzystanie z wód przybrzeżnych z różnych krajów, potem pozwolenie na pracę itp.

Następnie przeprowadzają badania geologiczne, oceniają aktywność sejsmiczną i wulkaniczną w miejscu ułożenia, przyglądają się prognozom meteorologów, obliczają prawdopodobieństwo wystąpienia podwodnych osuwisk i innych niespodzianek w miejscu ułożenia kabla.

Uwzględniają głębokość, gęstość dna, charakter gleby, obecność wulkanów, zatopionych statków i innych ciał obcych, które mogłyby zakłócić prace lub wymagać przedłużenia kabla. Dopiero po starannej kalibracji detali w najdrobniejszych szczegółach zaczynają ładować kabel na statki i układać go.

Kabel jest układany w sposób ciągły. Jest transportowany przez zatokę statkiem na tarlisko, gdzie opada na dno. Maszyny rozwijają linę z odpowiednią prędkością, utrzymując napięcie, gdy łódź podąża trasą.Jeśli kabel pęknie podczas instalacji, można go natychmiast podnieść na pokład i naprawić.