Паутина под водой: кабель
- Итальянский кабелеукладчик Giulio Verne
Попытки соединить континенты проводами начались в первые же годы по окончании изобретения самого телеграфа. В первой половине 40-ых годов девятнадцатого века британский доктор наук Уитстон представил на рассмотрение парламента проект прокладки подводного кабеля от Дувра к французскому берегу, но не взял согласия законодателей и денег.
Через два года изобретатель самый распространенной версии телеграфа Сэмюэл Морзе связал кабелем берега бухты Нью-Йорка и передал по нему сообщение. Тогда же он предсказал, что через недолгое время телеграф свяжет Ветхий Свет с Новым. Через десять лет затем компания братьев Джона и Джекоба Бреттов запустила телеграфное сообщение между Францией и Англией, проложив одножильный бронзовый провод, одетый в стальную оплётку и гуттаперчу, под водами Ла-Манша.
Человеком, соединившим мгновенной связью Ветхий и Новый Свет, стал американский предприниматель Сайрус Филд, основавший в первой половине 50-ых годов XIX века «Нью-Йоркско-Ньюфаундлендскую и Английскую телеграфную компанию». Вице-президентом стал знакомый нам Сэмюэл Морзе. Укладка кабеля началась во второй половине 50-ых годов девятнадцатого века при содействии кабинетов министров США и Англии, предоставивших для применения в роли кабелеукладчиков боевые суда: пароходофрегат «Ниагара» и парусно-паровой линейный корабль «Агамемнон».
На дно Атлантики было уложено 620 км кабеля, по окончании чего он оборвался.
Следующая попытка была предпринята через год — «Ниагара» и «Агамемнон», соединив финиши кабеля посередине океана, отправились в различные стороны. По окончании нескольких обрывов суда возвратились в Ирландию для пополнения запасов. Следующий старт — в июле того же года — принес успех, на что уже мало кто сохранял надежду.
Но телеграф проработал около месяца и замолчал.
Неутомимый Филд возвратился к собственной выдумка в 1865 году, зафрахтовав в качестве кабелеукладчика наибольшее судно той поры — «Грейт Истерн». С него на дно было уложено три четверти линии, в то время, когда 2 августа кабель снова оборвался и ушел на дно. Наконец, во второй половине 60-ых годов XIX века телеграфная линия пересекла Атлантику, а в начале прошлого века — безбрежный Тихий океан.
Впредь до 30-х годов XX века основной проблемой межконтинентальных коммуникаций было низкий уровень качества изоляции. Главными материалами для ее изготовления помогали натуральные полимеры гуттаперча и каучук, сверху кабель обвивался броней из металлической проволоки, а на прибрежных участках броня время от времени делалась двухслойной для защиты от рыбацких снастей и якорей.
Сегодняшние оптоволоконные кабели имеют многоуровневую защиту от едкой морской воды и механических повреждений. Пучок передающих волокон «плавает» в гелевом гидрофобном наполнителе в бронзовой либо алюминиевой трубки, покрытой слоем эластичного поликарбоната и алюминиевым экраном. Следующий слой- скрученная металлическая проволока, обернутая майларовой лентой.
Снаружи кабель одет в полиэтиленовую «рубаху». Второй вариант — кабель с профилированным несущим сердечником. В таковой схеме до восьми оптических пар помещаются в каждого из шести экструдированных в полиэтиленовом шнуре каналов, заполненных гелем. Пары защищены навитой майларовой лентой, бронзовым экраном и толстой полиэтиленовой оплеткой.
В центре шнура проложена толстая металлическая проволока для придания кабелю жесткости. Гарантия на подводные кабели связи — не меньше 25 лет.
Высоковольтные магистрали, связывающие с Громадной почвой острова, ветряные электростанции и нефтяные платформы, защищены значительно лучше коммуникационных. Проводниками в большинстве случаев помогают три бронзовые жилы, любая из которых экранирована толстым слоем и полупроводниковой лентой изолятора из сшитого полиэтилена. Поверх изолятора проложен еще один экран, навита влагонепроницаемая лента.
Снаружи любая токопроводящая жила закрыта герметичной свинцовой оболочкой и антикоррозионной полиэтиленовой оплеткой. В случае если в качестве главного изолятора употребляется этиленпропиленовая резина (ЭПР), свинцовый слой обычно не употребляется в целях облегчения конструкции. В состав современного силового кабеля в обязательном порядке включается как минимум одна оптоволоконная пара для передачи данных.
оптоволокно и Проводники заливаются полипропиленом либо полиэтиленом, покрываются лентой-усилителем, полимерной оплеткой, броней из металлической проволоки и еще одним слоем из полиэтиленовой пряжи толщиной не меньше 4 мм. В большинстве случаев, такие кабели являются верой и правдой десятки лет.
Стремительное развитие морской нефтегазодобычи и ветроэнергетики стало причиной тому, что на данный момент все имеющиеся на планете восемь фабрик по производству подводного силового кабеля трудятся на пределе мощности. И спрос на их продукцию лишь растет.
Дело техники
Итак, всемирный спрос на трафик легко сумасшедший — согласно данным агентства Telegeography, с 2007 года он растет на 100% в год. Подводные линии электропередач разрастаются вместе с другой энергетикой. Хороший кабель у нас имеется.
Остается лишь соединить им острова и континенты.
Создание подводной кабельной совокупности — сложнейшая операция, делаемая специалистами экстра-класса в экстремальных условиях с хирургической точностью. В первую очередь выявляется оптимальный маршрут. Посредством особых судов, оснащенных гидролокаторами бокового обзора, подводными аппаратами с акустическими профилометрами и дистанционным управлением Доплера, океанологи исследуют участки дна, на каковые скоро ляжет нить.
Шепетильно фиксируются и анализируются высотный профиль маршрута, состав донного грунта, сейсмическая активность территории, характер и наличие течений, естественных и неестественных препятствий в коридоре прокладки. По взятым данным составляется технологическая карта и конфигурация линии прокладки. На критически серьёзные точки маршрута выставляются бакены, оснащенные GPS-радиомаяками и передатчиками.
Только затем в дело вступают суда-кабелеукладчики.
Важных различий между кабельными судами для прокладки силовых и коммуникационных линий нет. Отличие только в своеобразной оснастке. Помимо этого, «силовики» в большинстве случаев трудятся в прибрежных районах, а оптику тянут на тысячи километров в открытом море. Самые громадные и производительные в мире суда, специализирующиеся на высоковольтных магистралях, — норвежский укладчик Skagerrak, находящийся в собствености компании Nexans, и Giulio Verne итальянской корпорации Prysmian Group.
Cable Innovator из флотилии Global Marine Systems водоизмещением 10557 т не имеет равных среди «связистов» — он может взять на борт 8500 км оптического кабеля. Наибольшие флотилии кабельных судов базируются в Тихом океане — восемь судов трудятся на американскую компанию SubCom и столько же на ее японского соперника NEC.
Характерные изюминки кабелеукладчиков — малая рабочая осадка, не превышающая 10 м, необходимое оснащение совокупностями гидроакустической ориентации и динамического позиционирования, и очень чувствительные движители, разрешающие 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. Помимо этого, на борту имеются краны для подъёма и погружения подводных аппаратов, устройства для резки и сращивания, водолазное оборудование и другое.
Аренда для того чтобы чуда техники тянет приблизительно на $100000 в день, однако спрос превышает предложение. К примеру, кабелеукладчик Tyco Resolute компании SubCom, цилиндрические ангары которого вмещают 2500 км оптического кабеля, обеспечен работой на пара лет вперед. То же возможно сообщить и о Skagerrak. Да и остальные не сидят без работы: рыбацкие снасти, корабельные якоря, землетрясения и оползни, повреждающие подводные магистрали, держат эскадру кабельных судов в постоянной боеготовности.
Зафиксированы случаи разрыва кабеля из-за укусов акул а также кражи десятков километров силовых линий пиратами. Лишь в Атлантике выполняется до 50 ремонтных операций в год. Но это дело техники
На дно
Укладка любого кабеля начинается с суши. Эту ювелирную операцию в большинстве случаев проводит команда умелых водолазов. Кабелеукладчик подходит к берегу поближе, поднимается по заданному курсу и стравливает на воду требуемый отрезок «нитки», соединенный с вытяжным тросом, предварительно заведенным с берега через врытую в грунт долгую трубу.
На протяжении данной операции вытравленный кабель висит на поплавках чтобы не было критических спутывания и перегибов. Процесс кабеля и вывода троса на соединительный щиток контролируется визуально при помощи телекамер — починить данный отрезок линии потом будет значительно сложнее, чем какой-либо второй. Проверка целостности кабеля подачей сигнала (либо напряжения, если он силовой) происходит на протяжении укладки в постоянном режиме.
В случае если все в норме — труба замуровывается со стороны моря, из нее откачивается вода, а вместо нее вовнутрь подается антикоррозийная смесь ингибиторов, биоцидов, убивающих водные бактерии, и раскислителя, поглощающего кислород. Береговая укладка, не обращая внимания на кажущуюся простоту, — самый продолжительный этап работ. Команде Бьорна Ладегаарда, инженера компании Nexans, пригодилось целых 20 дней, дабы в январе этого года подцепить к сети силовую ветку на пляжах Майорки на участке всего около 500 м!
В открытом море все несложнее, но и в том месте собственные трудности. Рельеф дна моря редко бывает достаточно удобным для так называемой свободной укладки, в то время, когда «нитка» опускается прямо на грунт. Так, силовую магистраль между Испанией и Балеарами было нужно зарывать на участке 283 км, а также на глубинах более километра.
Еще 23 км были вырублены в горе!
В подводных дебрях незаменимые ассистенты инженеров — глубоководные аппараты с дистанционным управлением через шланг-кабель. Эксперты компании Nexans имеют в собственном распоряжении три автомобили. Мелкий и юркий CapTrack с комплексом датчиков, трансмиттером GPS, телекамерами и мощными прожекторами рекомендован для точной укладки и оперативного мониторинга «нитки» на дно.
На участках с экстремально сложным рельефом употребляется подводный бульдозер Spider с дополнительным «оружием» в виде буровой головки, мощного насоса и водомётов. Рука-манипулятор Spider может оснащаться целой кучей ужасных инструментов, предназначенных для разрушения. Солидную же часть работы на маршрутах делает траншейная машина Capjet со своим плугом-водометом.
Вскрытый грунт всегда откачивается насосом из полутораметровой траншеи и подается за корму Capjet, засыпая уложенный кабель.
В то время, когда на пути прокладки оказываются более значительные препятствия, инженеры применяют арочные совокупности перехода. Кабель в особом рукаве подвешивается на заякоренных герметичных металлических баллонах, наполненных воздухом. При наличии «попутных» трубопроводов кабель закрепляется на них особыми клипсами. В случае если через трубы приходится «перешагивать», используются цементные мостики либо защитные рукава, укладываемые в нужном месте подводными аппаратами.
В территориях с устойчивыми донными течениями кабель, как и любое цилиндрическое тело, подвергается разрушительному действию вихревых вибраций. Неспешно эти незаметные глазу высокочастотные колебания разрушают кроме того бетонные балки. Для борьбы с данной бедой «нитка» наряжается в пластиковое спиралевидное «оперение».
Дабы не допустить перетирание изоляции о скалистый грунт, употребляются мягкие полиуретановые маты либо ленточные протекторы. Все операции по удлинению, разветвлению кабеля, установке на него контрольной аппаратуры и усилителей производятся на судне перед укладкой данного участка на дно. На финише маршрута кабелеукладчик повторяет операцию по выводу магистрали на берег.
Затем линия тестируется и запускается в эксплуатацию.
А не несложнее ли запустить на орбиту несколько спутников, спросите вы? Не несложнее. Скорости не те — мегабиты в секунду для XXI века уже не годятся.
Да и гигабиты — также. Подводные терабиты совсем другое дело
Откуда разматывают Интернет
Возможность мгновенной передачи данных на тысячи километров на данный момент воспринимается как должное — уже полторы много лет никто не удивляется. Но за очевидностью стоят большие технологические ухищрения.
Глобальная сеть — это не только протяжённость и пропускная способность, но еще объём и масса. Дабы убедиться в этом, достаточно поглядеть на барабан, в котором хранится свернутый кабель. Размеры данной «катушки» в полной мере соответствуют масштабам решаемых задач.
Современный кабельный барабан на специальном судне — это тысячи тысячь киллограм и кубов плюс особые совокупности для его размотки и укладки кабеля. А барабанов таких на флагманах «проводного флота" — по три-четыре.
Конструкция обязана обеспечить намотку, хранение и размотку кабеля без перегибов, сильных нагрузок и другого экстрима. Как раз с этим связан громадный диаметр «катушки» — современные подводные провода не вычислены на сколь-нибудь важный изгиб, исходя из этого сворачивать моток через чур туго запрещено — сломается.
Первая попытка применять подводный кабель для передачи сигнала — тогда еще нетелеграфного — была предпринята в Российской Федерации в 1812 году П.Шиллингом для подрыва с берега морских мин, снабженных электрическим запалом.
Первая попытка проложить телеграфный кабель под водой была предпринята во второй половине 30-ых годов девятнадцатого века в Индии. Восточно-Индийская телеграфная компания проложила кабель по дну реки Хугли, рядом от Калькутты. К сожалению, информацию об применении линии до нас не дошли.
Первый трансатлантический кабель, проложенный во второй половине 50-ых годов девятнадцатого века, прослужил около месяца. Кабели 1865−1866 годов помогали без ремонта около пяти лет, а последовательность секций кабеля 1873 года (Ирландия- Ньюфаундленд) — около 90 лет.
К 1900 году в мире было проложено 1750 подводных телеграфных линий неспециализированной протяженностью около 300 000 км. Первая телефонная линия через Атлантику была уложена во второй половине 50-ых годов двадцатого века.
Самый долгий подводный силовой кабель проложен по дну Северного моря между городами Эемсхавен (Нидерланды) и Феда (Норвегия). Протяженность линии NorNed составила 580 км, она запланирована на 700 МВт. Эксплуатация началась в мае 2008 года.
Протяженность линии Unity, соединившей в 2010 году Японию (город Чикура) с западным побережьем США (Лос-Анджелес) по дну Тихого океана, образовывает 10000 км, пропускная свойство- 7,68 Тбит/с.
Cable Innovator
- Современный корабль-кабелеукладчик, откуда ни погляди, представляет собой очень причудливое зрелище: мачты, фермы, краны, лебёдки и барабаны. А он так как еще и плавает!
Cable Innovator водоизмещением 10557 т — самое громадное в мире судно, созданное для прокладки оптического кабеля. Выстроено в 1995 году на финских верфях Kvaerner Masa, является собственностью фирмы Global Marine Systems. Три 17-метровых барабана смогут вместить по 2333 т кабеля любой.
60 дней корабль с экипажем в 80 человек может функционировать в режиме полной автономности, разматывая кабельную линию на скорости до 6,6 узла (чуть больше 12 км/ч). В укладке кабеля кроме специальных совокупностей участвуют пять дизель-генераторов Wrtsil Vasa, выдающих суммарно 12,8 МВт. Немного меньше половины (5,3 МВт) мощности уходит на гребной винт.
Все другое остается в распоряжении совокупностей подруливания и укладки кабелей. Экипаж находится в 80 каютах, из них 42 офицерских, 36 матросских и две — представительского класса.
Карта
Схематическая карта первого трансатлантического кабеля, проложенного по дну летом 1858 года. Из-за несовершенства конструкции, использования и плохой изоляции через чур громадного напряжения для передачи линия связи тогда проработала всего около месяца, причем уровень качества и скорость связи все время были ниже всякой критики. 1 сентября 1858 года через Атлантику было передано последнее сообщение, по окончании чего континенты снова были разъединенными.
К 1861 году в разных частях света было проложено около 20 000 км подводного кабеля, но в рабочем состоянии было не более четверти из них.
Европа и Америка были совсем соединены телеграфом 27 июля 1866 года, по окончании чего сообщение уже ни при каких обстоятельствах не прерывалась более чем на пара часов.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№104, июнь 2011).
<
h4>