преди 150 години, на 16 август 1858 г., президентът на Съединените щати Джеймс Бюканън получава поздравителна телеграма от кралица Виктория и й изпраща съобщение в замяна. Първата официална размяна на съобщения по наскоро положения трансатлантически телеграфен кабел беше белязана от парад и фойерверки над кметството на Ню Йорк. Тържествата бяха помрачени от пожар, който се случи по тази причина и след 6 седмици кабелът се провали. Вярно е, че дори преди това той не работеше много добре - съобщението на кралицата беше предадено в рамките на 16,5 часа.
От идея до проект
Първото предложение за телеграф и Атлантически океан беше релейна схема, при която съобщенията, доставени от кораби, трябваше да се телеграфират от Нюфаундленд до останалата част от Северна Америка. Проблемът беше изграждането на телеграфна линия по трудния терен на острова.
Молбата за помощ от инженера, отговарящ за проекта, привлече американецабизнесмен и финансист Сайръс Фийлд. В хода на работата си той прекоси океана повече от 30 пъти. Въпреки неуспехите, пред които е изправен Фийлд, неговият ентусиазъм доведе до успех.
Бизнесменът веднага скочи от идеята за трансатлантически банков превод. За разлика от наземните системи, в които импулсите се регенерират от релета, трансокеанската линия трябваше да се минава с един кабел. Фийлд получи уверения от Самюел Морс и Майкъл Фарадей, че сигналът може да се предава на дълги разстояния.
Уилям Томпсън предостави теоретичната основа за това, като публикува закона за обратния квадрат през 1855 г. Времето на нарастване на импулса, преминаващ през кабел без индуктивен товар, се определя от времевата константа RC на проводник с дължина L, равна на rcL2, където r и c са съпротивлението и капацитет на единица дължина, съответно. Thomson също допринася за технологията на подводните кабели. Той усъвършенства огледалния галванометър, при който най-малките отклонения на огледалото, причинени от тока, се усилват чрез прожекция върху екран. По-късно той изобретява устройство, което регистрира сигнали с мастило върху хартия.
Технологията на подводните кабели е подобрена след появата на гутаперча през 1843 г. в Англия. Тази смола от дърво, произхождащо от Малайския полуостров, беше идеален изолатор, защото беше термопластична, омекотена при нагряване и се върна в твърда форма при охлаждане, което улеснява изолирането на проводниците. При условията на налягане и температура на дъното на океана, неговите изолационни свойстваподобрен. Гутаперча остава основният изолационен материал за подводните кабели до откриването на полиетилена през 1933 г.
Полеви проекти
Cyrus Field ръководи 2 проекта, първият от които се провали, а вторият завърши успешно. И в двата случая кабелите се състоят от единичен 7-жилен проводник, заобиколен от гутаперча и брониран със стоманена тел. Катмененият коноп осигурява защита от корозия. Морската миля на кабела от 1858 г. тежи 907 кг. Трансатлантическият кабел от 1866 г. беше по-тежък, 1622 кг/миля, но тъй като имаше по-голям обем, той тежеше по-малко във водата. Якостта на опън беше съответно 3t и 7,5t.
Всички кабели имаха един проводник за връщане на вода. Въпреки че морската вода има по-малко съпротивление, тя е подложена на блуждаещи течения. Захранването се осигурява от химически източници на ток. Например, проектът от 1858 г. имаше 70 елемента от 1,1 V всеки. Тези нива на напрежение, съчетани с неправилно и небрежно съхранение, доведоха до повреда на дълбоководния трансатлантически кабел. Използването на огледален галванометър направи възможно използването на по-ниски напрежения в следващите линии. Тъй като съпротивлението беше приблизително 3 ома на морска миля, на разстояние от 2000 мили можеха да се пренасят токове от порядъка на милиампер, достатъчни за огледален галванометър. През 1860 г. е въведен двуполюсен телеграфен код. Точките и чертите на морзовата азбука са заменени с импулси с противоположна полярност. С течение на времето се развивапо-сложни схеми.
Експедиции 1857-58 и 65-66
£350,000 бяха събрани чрез издаване на акции за полагане на първия трансатлантически кабел. Американското и британското правителства гарантираха възвръщаемост на инвестициите. Първият опит е направен през 1857 г. За транспортирането на кабела са били необходими 2 парахода, Агамемнон и Ниагара. Електротехниците одобриха метод, при който един кораб полага линията от брегова станция и след това свързва другия край към кабел на друг кораб. Предимството беше, че поддържаше непрекъсната електрическа връзка с брега. Първият опит завърши с неуспех, когато оборудването за полагане на кабели се провали на 200 мили от брега. Беше изгубен на дълбочина от 3,7 км.
През 1857 г. главният инженер на Ниагара, Уилям Еверет, разработва ново оборудване за полагане на кабели. Забележимо подобрение беше автоматичната спирачка, която се активираше, когато напрежението достигне определен праг.
След силна буря, която почти потопи Агамемнон, корабите се срещнаха в средата на океана и на 25 юни 1858 г. отново започнаха да полагат трансатлантическия кабел. Ниагара се движеше на запад, а Агамемнон се движеше на изток. Направени са 2 опита, прекъснати от повреда на кабела. Корабите се върнаха в Ирландия, за да го заменят.
На 17 юли флотът отново тръгна да се срещне. След леки хълцания операцията е успешна. Вървейки с постоянна скорост от 5–6 възела, на 4 август Ниагара влезев залива Тринити Нюфаундленд. На същия ден Агамемнон пристигна в залива Валенсия в Ирландия. Кралица Виктория изпрати първото поздравително съобщение, описано по-горе.
Експедицията от 1865 г. се провали на 600 мили от Нюфаундленд и само опитът от 1866 г. беше успешен. Първото съобщение по новата линия е изпратено от Ванкувър до Лондон на 31 юли 1866 г. Освен това е намерен краят на кабел, изгубен през 1865 г., и линията също е успешно завършена. Скоростта на трансфер беше 6-8 думи в минута на цена от $10/дума.
Телефонна комуникация
През 1919 г. американската компания AT&T инициира проучване за възможността за полагане на трансатлантически телефонен кабел. През 1921 г. е положена дълбока водна телефонна линия между Кий Уест и Хавана.
През 1928 г. беше предложено да се прокара кабел без ретранслатори с един гласов канал през Атлантическия океан. Високата цена на проекта (15 милиона долара) в разгара на Голямата депресия, както и подобренията в радиотехнологията, прекъснаха проекта.
До началото на 30-те години на миналия век развитието на електрониката направи възможно създаването на подводна кабелна система с повторители. Изискванията за проектиране на усилватели за междинна връзка бяха безпрецедентни, тъй като устройствата трябваше да работят непрекъснато на дъното на океана в продължение на 20 години. Бяха наложени строги изисквания към надеждността на компонентите, по-специално на вакуумните тръби. През 1932 г. вече имаше електрически лампи, които бяха успешно тестваниза 18 години. Използваните радиоелементи бяха значително по-ниски от най-добрите образци, но бяха много надеждни. В резултат на това TAT-1 работи в продължение на 22 години и нито една лампа не се повреди.
Друг проблем беше полагането на усилватели в открито море на дълбочина до 4 км. Когато корабът е спрян, за да нулира повторителя, могат да се появят пречупвания на кабела със спирална броня. В резултат на това се използва гъвкав усилвател, който може да побере оборудване, предназначено за телеграфен кабел. Физическите ограничения на гъвкавия повторител обаче ограничиха капацитета му до 4-проводна система.
UK Post разработи алтернативен подход с твърди повторители с много по-голям диаметър и капацитет.
Внедряване на TAT-1
Проектът е рестартиран след Втората световна война. През 1950 г. технологията за гъвкави усилватели е тествана от система, свързваща Кий Уест и Хавана. През лятото на 1955 и 1956 г. е положен първият трансатлантически телефонен кабел между Обан в Шотландия и Кларенвил на острова. Нюфаундленд, доста северно от съществуващите телеграфни линии. Всеки кабел беше дълъг около 1950 морски мили и имаше 51 ретранслатора. Техният брой се определя от максималното напрежение на клемите, което може да се използва за захранване, без да се засяга надеждността на компонентите с високо напрежение. Напрежението беше +2000 V в единия край и -2000 V в другия. Честотната лента на системата, в нейнатаопашката беше определена от броя на повторителите.
В допълнение към ретранслаторите, 8 подводни еквалайзера бяха инсталирани на линията изток-запад и 6 на линията запад-изток. Те коригираха натрупаните измествания в честотната лента. Въпреки че общата загуба в честотната лента от 144 kHz беше 2100 dB, използването на еквалайзери и повторители намали това до по-малко от 1 dB.
Първи стъпки TAT-1
През първите 24 часа след стартирането на 25 септември 1956 г. са направени 588 обаждания от Лондон и САЩ и 119 от Лондон до Канада. TAT-1 незабавно утрои капацитета на трансатлантическата мрежа. Широчината на лентата на кабела беше 20-164 kHz, което позволяваше 36 гласови канала (4 kHz всеки), 6 от които бяха разделени между Лондон и Монреал и 29 между Лондон и Ню Йорк. Един канал беше предназначен за телеграфа и службата.
Системата включваше и сухопътна връзка през Нюфаундленд и подводна връзка с Нова Скотия. Двете линии се състояха от един кабел от 271 морски мили с 14 твърди ретранслатори, проектирани от UK Post. Общият капацитет беше 60 гласови канала, 24 от които свързваха Нюфаундленд и Нова Скотия.
Допълнителни подобрения на TAT-1
Линията TAT-1 струва $42 милиона. Цената от 1 милион долара на канал стимулира развитието на крайно оборудване, което би използвало честотната лента по-ефективно. Броят на гласовите канали в стандартния честотен диапазон от 48 kHz е увеличен от 12 на 16 чрез намаляванеширината им от 4 до 3 kHz. Друга иновация беше темпоралната речева интерполация (TASI), разработена в Bell Labs. TASI удвои броя на гласовите вериги благодарение на паузите на речта.
Оптични системи
Първият трансокеански оптичен кабел ТАТ-8 е пуснат в експлоатация през 1988 г. Ретранслаторите регенерират импулси чрез преобразуване на оптични сигнали в електрически и обратно. Две работни двойки влакна работеха със скорост от 280 Mbps. През 1989 г., благодарение на този трансатлантически интернет кабел, IBM се съгласи да финансира връзка на ниво T1 между университета Корнуол и CERN, което значително подобри връзката между американската и европейската част на ранния интернет.
До 1993 г. повече от 125 000 км TAT-8 са били в експлоатация по целия свят. Тази цифра почти съответстваше на общата дължина на аналоговите подводни кабели. През 1992 г. ТАТ-9 влезе на въоръжение. Скоростта на влакно е увеличена до 580 Mbps.
Технологичен пробив
В края на 90-те години, разработването на легирани с ербий оптични усилватели доведе до квантов скок в качеството на подводните кабелни системи. Светлинните сигнали с дължина на вълната около 1,55 микрона могат да бъдат директно усилени и пропускателната способност вече не е ограничена от скоростта на електрониката. Първата оптично подобрена система, прелетяла през Атлантическия океан, е TAT 12/13 през 1996 г. Скоростта на предаване на всяка от двете двойки влакна беше 5 Gbps.
Модерните оптични системи позволяват предаване на толкова големи обемиданни, че излишъкът е от решаващо значение. Обикновено съвременните оптични кабели като TAT-14 се състоят от 2 отделни трансатлантически кабела, които са част от топология на пръстена. Другите две линии свързват крайбрежните станции от всяка страна на Атлантическия океан. Данните се изпращат около пръстена и в двете посоки. В случай на счупване, пръстенът ще се поправи самостоятелно. Трафикът се пренасочва към резервни оптични двойки в сервизните кабели.
