Трансокеанический подводный кабели связи
Сегодня уже никого не удивишь возможностью связаться с любой точкой мира за считанные секунды. Вся наша планета плотно опутана кабелями связи. 99% международных данных передаются по проводам, лежащим на дне океана. Они тянутся между континентами, обходя лишь Антарктиду, общая длина составляет около 1,2 млн км, число одних лишь гражданских проводов достигает почти 400 штук.
Первые попытки человечества наладить межконтинентальную связь были ещё в 19 веке. С открытием телеграфа велось активное покрытие территорий телеграфными линиями, то же касалось и телефонной линии. Соединение между городами и прочими населенными пунктами велось всегда достаточно активно. А вот связать между собой континенты было не так-то просто. Необходимо было прокладывать кабель по дну океана.
Успешная попытка проложить кабель под водой состоялась в далёком 1850 году через пролив Па да Кале. То изделие связи представляло собой коаксиальный кабель со сплошной полиэтиленовой изоляцией. В дальнейшем он был взят за основу производства последующих моделей подводных кабелей.
Проложить же кабель связи по дну океана на более значительные расстояния получилось не сразу. Несколько раз имели место пробои изоляции или обрывы. И всё же к концу 19 века успешные работы по прокладке трансокеанического кабеля наконец-то стали реальностью.
Сегодняшние оптоволоконные кабели имеют многоуровневую защиту от едкой морской воды и механических повреждений. Пучок передающих волокон «плавает» в гелевом гидрофобном наполнителе внутри медной или алюминиевой трубки, покрытой слоем эластичного поликарбоната и алюминиевым экраном. Следующий слой – скрученная стальная проволока, обернутая майларовой лентой. Снаружи кабель одет в полиэтиленовую «рубашку». Другой вариант – кабель с профилированным несущим сердечником. В такой схеме до восьми оптических пар помещаются внутри каждого из шести экструдированных в полиэтиленовом шнуре каналов, заполненных гелем. Пары защищены навитой майларовой лентой, медным экраном и толстой полиэтиленовой оплеткой. В центре шнура проложена толстая стальная проволока для придания кабелю жесткости. Как мы видим, конструкция в итоге получается очень мощная. Предусмотрено не только неблагоприятное воздействие океанической воды и солей, но и опасность повреждения со стороны хищных морских обитателей и даже судов. Гарантия на подводные кабели связи – не менее 25 лет.
Итак, мировой спрос на трафик просто сумасшедший – по данным агентства Telegeography, с 2007 года он растет на 100% в год. Подводные линии электропередач разрастаются вместе с альтернативной энергетикой.
С лидерством США в подводном мире кабелей пытается поспорить Китай, а вернее, конгломерат Huawei Technologies, который занимается созданием по всему миру инфраструктуры связи нового поколения 5G. На сегодняшний день в копилке Huawei Technologies почти 100 подводных кабелей по всему миру. В 2018 году китайская компания закончила модернизацию морского оптоволоконного кабеля длиной 11 500 км из Португалии в ЮАР, и амбиции и возможности китайцев только растут.
Самый высокопроизводительный в мире кабель — Marea. Он был проложен совместно тремя гигантами: Microsoft, Facebook и Telxius в 2017 году. Кабель выходит из американской Вирджинии, проходит по дну Атлантического океана на глубине более 3 км и уходит в испанский Бильбао. Протяженность Marea составила более 6600 км, масса — около 4650 т. Его пропускная способность — 160 Тбит данных в секунду, что в 16 млн раз больше, чем средняя скорость обычной домашней интернет-линии, это эквивалентно 71 млн одновременных просмотров потокового видео высокой четкости.
Кабель Marea «закинут» в океан с расчетом на будущее: по прогнозам исследователей, к 2020 году число пользователей интернетом вырастет почти в два раза и достигнет 5 млрд человек. Именно кабель из Бильбао обеспечит удобный трафик новым потребителям виртуальной реальности из стран Африки, Азии и Ближнего Востока.
Marea состоит из восьми пар оптоволоконных кабелей, защищенных медью, пластиком и водонепроницаемым покрытием. На большей части пути кабель лежит на дне океана, а рядом с берегами закопан под землю, чтобы его не порвали корабли. Наибольшая глубина прокладки кабеля Маrеа — 5181 м, ожидаемый срок службы, как и у всех оптоволоконных проводов, — 25 лет.
Создание подводной кабельной системы – сложнейшая операция, выполняемая профессионалами экстра-класса в экстремальных условиях с хирургической точностью. Первым делом выявляется оптимальный маршрут. С помощью специальных судов, оснащенных гидролокаторами бокового обзора, подводными аппаратами с дистанционным управлением и акустическими профилометрами Доплера, океанологи исследуют участки дна, на которые вскоре ляжет нить. Тщательно фиксируются и анализируются высотный профиль маршрута, состав донного грунта, сейсмическая активность зоны, наличие и характер течений, естественных и искусственных препятствий в коридоре прокладки. По полученным данным составляется конфигурация линии и технологическая карта прокладки. На критически важные точки маршрута выставляются бакены, оснащенные GPS-передатчиками и радиомаяками. Лишь после этого в дело вступают суда-кабелеукладчики.
Серьезных различий между кабельными судами для прокладки силовых и коммуникационных линий нет. Разница лишь в специфической оснастке. Кроме того, «силовики» обычно работают в прибрежных районах, а оптику тянут на тысячи километров в открытом море. Характерные особенности кабелеукладчиков - малая рабочая осадка, не превышающая 10 м, обязательное оснащение системами динамического позиционирования и гидроакустической ориентации, а также чрезвычайно чувствительные движители, позволяющие регулировать скорость с аптекарской точностью. Современный кабелеукладчик оснащен многошкивной кабельной машиной-лебедкой, развивающей тягу до 50 т, спускающей кабель в воду со скоростью порядка 1,5 км/ч. Кроме того, на борту имеются краны для погружения и подъема подводных аппаратов, устройства для сращивания и резки, водолазное оборудование и многое другое.
Укладка любого кабеля начинается с суши. Эту ювелирную операцию обычно проводит команда опытных водолазов. Кабелеукладчик подходит к берегу поближе, встает по заданному курсу и стравливает на воду требуемый отрезок «нитки», соединенный с вытяжным тросом, предварительно заведенным с берега через врытую в грунт длинную трубу. В ходе этой операции вытравленный кабель висит на поплавках во избежание критических перегибов и спутывания. Процесс вывода троса и кабеля на соединительный щиток контролируется визуально посредством телекамер – починить этот отрезок линии впоследствии будет гораздо сложнее, чем какой-либо другой. Проверка целостности кабеля подачей сигнала (или напряжения, если он силовой) происходит во время укладки в постоянном режиме. Если все в норме - труба замуровывается со стороны моря, из нее откачивается вода, а вместо нее внутрь подается антикоррозийная смесь ингибиторов, биоцидов, убивающих водные бактерии, и раскислителя, поглощающего кислород. Береговая укладка, несмотря на кажущуюся простоту, - самый долгий этап работ.
В открытом море все проще, но и там свои трудности. Рельеф морского дна редко бывает достаточно удобным для так называемой свободной укладки, когда «нитка» опускается прямо на грунт. Подводный кабель укладывается на дно таким образом, чтобы на неровных участках трассы он не оказался на весу. Любые возвышенности на дне (гряды камней, отмели и т. д.) устраняются. Если по каким-то причинам сделать этого невозможно, кабель пропускают в обход преградам, либо в них предусматриваются траншеи.
В подводных дебрях незаменимые помощники инженеров – глубоководные аппараты с дистанционным управлением через шланг-кабель.
Когда на пути прокладки оказываются более серьезные препятствия, инженеры используют арочные системы перехода. Кабель в специальном рукаве подвешивается на заякоренных герметичных стальных баллонах, наполненных воздухом. При наличии «попутных» трубопроводов кабель закрепляется на них специальными клипсами. Если через трубы приходится «перешагивать», применяются бетонные мостики или защитные рукава, укладываемые в нужном месте подводными аппаратами. В зонах с устойчивыми донными течениями кабель, как и любое цилиндрическое тело, подвергается разрушительному воздействию вихревых вибраций. Постепенно эти незаметные глазу высокочастотные колебания разрушают даже железобетонные балки. Для борьбы с этой бедой «нитка» одевается в пластиковое спиралевидное «оперение». Чтобы предотвратить перетирание изоляции о скалистый грунт, используются мягкие полиуретановые маты или ленточные протекторы. Все операции по удлинению, разветвлению кабеля, установке на него усилителей и контрольной аппаратуры производятся на судне непосредственно перед укладкой данного участка на дно. На финише маршрута кабелеукладчик повторяет операцию по выводу магистрали на берег. После этого линия тестируется и запускается в эксплуатацию.
На каждом этапе подводной прокладки состояние кабеля строго контролируется. При обнаружении повреждений оптический кабель незамедлительно поднимают со дна океана и производят ремонт на линии.
Прокладка кабеля по дну океана, пожалуй, самый трудоёмкий процесс по работе с кабельной продукцией. Качество кабеля должно быть безукоризненным, т.к. любые повреждения на линии в данном варианте могут привести к серьёзнейшим сбоям в межконтинентальной связи. Подводный оптический кабель, безусловно, является важным изобретением человечества, позволившим соединить самые отдалённые уголки мира.
