Kako delujejo čezoceanski podmorski komunikacijski kabli

Naš ves planet je tesno ovit v žična in brezžična omrežja za različne namene. Zelo velik delež tega celotnega informacijskega omrežja sestavljajo podatkovni kabli. In danes so položeni ne samo po zraku ali pod zemljo, ampak celo pod vodo. Koncept podmorskega kabla ni nov.

Začetek uresničevanja prve tako ambiciozne ideje sega v 5. avgust 1858, ko je državi dveh celin, ZDA in Velike Britanije, končno povezal čezatlantski telegrafski kabel, ki je ostal v dobrem stanju mesec dni , a se je kmalu začela sesedati in se dokončno zaradi korozije zlomila. Komunikacija ob poti je bila zanesljivo obnovljena šele leta 1866.

Štiri leta kasneje je bil kabel iz Združenega kraljestva položen v Indijo, ki je neposredno povezal Bombaj in London. Pri razvoju projektov so sodelovali najboljši industrialci in znanstveniki tistega časa: Wheatstone, Thomson, brata Siemens. Čeprav so se ti dogodki zgodili pred stoletjem in pol, so ljudje že takrat ustvarjali na tisoče kilometrov dolge komunikacijske linije.

Leta 1956 se je razvila tudi inženirska misel na tem in drugih področjih.vzpostavljena je tudi telefonska povezava z Ameriko. Linijo lahko poimenujemo »glas z onstran oceana«, kot istoimenska knjiga Arthurja Clarka, ki pripoveduje zgodbo o izgradnji te čezoceanske telefonske linije.

Zagotovo mnoge zanima, kako je zasnovan kabel, zasnovan za delo na globini do 8 kilometrov pod vodo. Jasno je, da mora biti ta kabel vzdržljiv in popolnoma vodoodporen, dovolj močan, da zdrži ogromen vodni pritisk, da se ne poškoduje tako med namestitvijo kot med prihodnjo uporabo več let.

V skladu s tem mora biti kabel izdelan iz posebnih materialov, ki bi omogočili ohranitev sprejemljivih obratovalnih lastnosti komunikacijske linije tudi pri mehanskih nateznih obremenitvah in ne le med namestitvijo.

Vzemite na primer Googlov 9000 kilometrov dolg pacifiški optični kabel, ki je leta 2015 povezal Oregon in Japonsko, da bi zagotovil zmogljivost prenosa podatkov 60 TB/s. Stroški projekta so bili 300 milijonov dolarjev.

Oddajni del optičnega kabla ni nič nenavadnega. Glavna značilnost je zaščita globokomorskega kabla za zaščito optičnega jedra, ki prenaša informacije med predvideno uporabo na tako veliki globini, hkrati pa podaljša življenjsko dobo komunikacijske linije. Oglejmo si vse komponente kabla po vrsti.

Zunanja plast kabelske izolacije je tradicionalno izdelana iz polietilena. Izbira tega materiala kot zunanjega premaza ni naključna.Polietilen je odporen na vlago, ne reagira z alkalijami in solnimi raztopinami v oceanski vodi, polietilen pa ne reagira niti z organskimi niti z anorganskimi kislinami, vključno s koncentrirano žveplovo kislino.

In čeprav vode svetovnega oceana vsebujejo vse kemijske elemente periodnega sistema, je tu najbolj upravičena in logična izbira polietilen, saj so izključene reakcije z vodo katere koli sestave, kar pomeni, da kabel ne bo trpel okolje.

Polietilen je bil uporabljen kot izolacija in v prvih medcelinskih telefonskih linijah, zgrajenih sredi 20. stoletja. Ker pa sam polietilen zaradi svoje naravne poroznosti ne more v celoti zaščititi kabla, se uporabljajo tudi dodatne zaščitne plasti.

Pod polietilenom je milar film, ki je sintetični material na osnovi polietilen tereftalata. Polietilen tereftalat je kemično inerten, odporen na zelo agresivna okolja, njegova trdnost je desetkrat večja od polietilena, odporen na udarce in obrabo. Mylar je našel široko uporabo v industriji, vključno z vesoljem, da ne omenjamo številnih aplikacij v embalaži, tekstilu itd.

Pod mylar filmom je armatura, katere parametri so odvisni od značilnosti in namena določenega kabla. Običajno je to trdna jeklena pletenica, ki daje kablu moč in odpornost na zunanje mehanske obremenitve. Elektromagnetno sevanje iz kabla lahko privabi morske pse, ki lahko pregriznejo kabel, in preprosto, če vas ujame ribiški pribor, lahko postane grožnja, če ni priključkov.

Prisotnost ojačitve iz pocinkanega jekla vam omogoča, da kabel varno pustite na dnu, ne da bi ga morali postaviti v jarek. Kabel je ojačan v več plasteh z enakomerno navitjem žice, pri čemer ima vsaka plast drugačno smer navijanja od prejšnje. Posledično masa enega kilometra takšnega kabla doseže več ton. Toda aluminija ni mogoče uporabiti, ker bi v morski vodi reagiral s tvorbo vodika, kar bi škodovalo optičnim vlaknom.

Toda aluminijev polietilen sledi jekleni ojačitvi, gre kot ločena plast zaščite in hidroizolacije. Aluminopolietilen je kompozitni material aluminijaste folije in polietilenske folije, zlepljene skupaj. Ta plast je v veliki prostornini kabelske konstrukcije skoraj nevidna, saj je njena debelina le približno 0,2 mm.

Poleg tega je za nadaljnjo krepitev kabla plast polikarbonata. Je dovolj močan, hkrati pa lahek. S polikarbonatom kabel postane še bolj odporen na pritisk in udarce, ni naključje, da se polikarbonat uporablja pri izdelavi zaščitnih čelad. Med drugim ima polikarbonat visok koeficient toplotnega raztezanja.

Pod polikarbonatno plastjo je bakrena (ali aluminijasta) cev. Je del strukture jedra kabla in deluje kot ščit. Znotraj te cevi so neposredno bakrene cevi z zaprtimi optičnimi vlakni.

Število in konfiguracija cevi iz optičnih vlaken za različne kable je lahko različna, če je potrebno, so cevi ustrezno prepletene. Kovinski deli strukture služijo tukaj za napajanje regeneratorjev, ki obnovijo obliko optičnega impulza, ki se med prenosom neizogibno popači.

Med steno cevi in ​​optičnim vlaknom je nameščen hidrofobni tiksotropni gel.

Proizvodnja globokomorskih optičnih kablov se običajno nahaja čim bližje morju, največkrat v bližini pristanišča, saj je tak kabel težak več ton, zato ga je bolje sestaviti iz čim daljših kosov, vsaj 4. kilometrov vsak (teža takega kosa je 15 ton !!!).

Prevoz tako težkega kabla na dolge razdalje ni lahka naloga. Za kopenski transport se uporabljajo dvojne tirne ploščadi, tako da je mogoče celoten kos zviti, ne da bi poškodovali vlakna v notranjosti.

Nazadnje, kabla ni mogoče preprosto vreči z ladje – v vodo. Vse mora biti stroškovno učinkovito in varno. Najprej od različnih držav dobijo dovoljenje za uporabo obalnih voda, nato licenco za delo itd.

Nato opravijo geološke raziskave, ocenijo seizmično in vulkansko aktivnost na območju polaganja, pogledajo napovedi meteorologov, izračunajo verjetnost podvodnih plazov in drugih presenečenj na območju, kjer bo kabel ležal.

Upoštevajo globino, gostoto dna, naravo tal, prisotnost vulkanov, potopljenih ladij in drugih tujkov, ki bi lahko motili delo ali zahtevali podaljšanje kabla. Šele po skrbno umerjenih detajlih do najmanjše podrobnosti začnejo kabel nalagati na ladje in ga polagati.

Kabel je položen neprekinjeno. Skozi zaliv se na ladji prepelje do drstišča, kjer potone na dno. Stroji odvijajo kabel s pravilno hitrostjo, medtem ko ohranjajo napetost, medtem ko čoln sledi poti.Če se kabel med namestitvijo zlomi, ga lahko dvignete na krov in takoj popravite.