Подводные кабели: экскурс в историю и перспективные проекты
Сотни лет назад для передачи сообщения между материками необходимо было физически перевезти письмо на корабле. Уже к XIX веку этот процесс был довольно быстрым: из Европы в Японию письмо шло 30–35 дней — для достижения такой скорости нужно было согласовать время прихода пароходов, переходящих через Атлантический океан, с поездами Тихоокеанской железной дороги. А из США в Европу письма доставляли всего за 20 дней.
Но если личную переписку с такой скоростью вести можно, то для бизнеса этого было бы явно недостаточно. Для банковских операций, биржевых сделок, заключения международных договоров нужен был более быстрый инструмент. Сначала для этих задач стали использовать телеграф, затем телефон и интернет.
Расскажем об истории подводных кабелей, начиная с экспериментов Сэмюэля Морзе и Бориса Якоби.
Иллюстрация от «Кандинского».
Телеграф
Прокладкой трансатлантического кабеля мы обязаны изобретению телеграфа. В конце XIX века швейцарский физик Жорж Луи Лессаж собрал модель электрического телеграфа и начал передавать информацию между двумя комнатами его дома. Тогда для каждой из 26 букв алфавита был сделан отдельный провод.
В течение следующих 20 лет другой изобретатель, Ломон, смог передавать информацию по одному проводу.
«Париж, 16 октября 1787 года. Вечером я был у месье Ломона, весьма остроумного и изобретательного механика, который улучшил хлопкопрядильную машину… В электроэнергии он сделал замечательное открытие. Вы пишете два или три слова на бумаге, он берет лист в комнату и включает машину. Запертый в цилиндрический корпус, на вершине которого находится электрометр — маленький пробковый шарик, провод соединяется с цилиндром и электрометром в другой комнате, и жена Ломона, заметив соответствующие движения шара, записывает слова. Из этого следует, что изобретатель сформировал алфавит движений. Поскольку длина провода не влияет на эффект, переписка может осуществляться на любом расстоянии в пределах города или за его стенами, или в целях более достойных. Как бы эту машину ни использовали, это прекрасное изобретение».
История помнит имена разработчиков этой технологии, и среди них был Пауль Шиллинг, русский дипломат и историк, участник Отечественной войны. Он собрал электромагнитный телеграф в 1832 году. А после смерти Шиллинга, в 1837 году, телеграфная связь была настроена между Зимним дворцом и генеральным штабом. Дело Пауля Шиллинга продолжил Борис Семёнович Якоби.
Телеграфы имели разную конструкцию, разное количество клавиш. В них использовали множество подходов к отправке и получению сообщений. Но все эти системы объединяло использование электричества и соединение с помощью провода.
Были и такие образцы: это телеграф 1900 года производства Siemens & Halske с клавиатурой такой же, как в фортепьяно.
Телеграф значительно ускорил передачу сообщений. Например, письма от Западного к Восточному побережью США шли в течение 10 дней, и не всегда доходили до адресата из-за нападений бандитов. Везли такие письма верхом отчаянные люди. А в 1861 году Westerm Union соединила телеграфной линией побережья, и телеграммы стали доходить практически мгновенно.
В Pony Express работали храбрые и отчаянные люди с постоянным риском для жизни
Подводные кабели
Если связь внутри континента можно наладить с помощью столбов или же прокладки кабеля под землёй, то как ускорить передачу сообщений между континентами, которые разделяет океан?
Сэмюэл Морзе, один из тех, кто коммерциализировал телеграф и заработал на нём, предположил, что можно провести провод по дну Атлантического океана. Идею поддержал английский учёный-физик Чарльз Уитсон.
Но начинать нужно было с менее масштабных проектов. Морзе проложил телеграфную линию в 1842 году по дну Нью-Йоркской бухты. Он защитил медную проволоку с помощью каучуковой изоляции и пеньковой обмотки. Каучук начал использовать ещё раньше Борис Якоби — в качестве изолятора для подземных телеграфных линий.
На другом конце Атлантики инженер Джон Бретт решил соединить Францию и Великобританию с помощью подводного кабеля. В качестве изоляции использовалась гуттаперчевая оболочка. Этот материал был найден в 1842 году, и также был опробован для прокладки подводных кабелей, в том числе знаменитым учёным Майклом Фарадеем. Кабель был лёгким — чтобы он оставался на дне, к нему крепили грузила из свинца.
Первая телеграмма по кабелю прошла, но вскоре он перестал работать. Рыбак вырвал кусок кабеля неводом. Стало очевидно, что проволока в оболочке слишком уязвима. Поэтому для второй попытки взяли четыре проволоки, каждую защитили шестимиллиметровой гуттаперчевой оболочкой, скрутили их с пеньковыми шнурами в один кабель и обвили ещё одним пеньковым просмоленным шнуром.
На этой иллюстрации можно увидеть подводный кабель.
Кабель в руках Джона Бретта.
В России в 1891 году проложили кабель «Одесса — Константинополь» и «Севастополь — Варна», в 1900 году продолжили кабель через Москва-реку,
а в 1914 году подводным кабелем были соединены Гельсингфорс, ныне Хельсинки, и Петербург.
Прокладка кабеля через Москва-реку.
Кабель через Атлантику
Таким образом, к середине 1850-х годов уже было проведено достаточное количество экспериментов с подводными кабелями. Кабели связывали Великобританию с Францией, Бельгию и Нидерланды, пересекали проливы.
Прокладка трансатлантического кабеля оставалась делом времени. И в 1856 году англичане Джон Бретт и Чарльз Брайт объединились с американцем Сайрусом Филдом и открыли Atlantic Telegraph Company на привлечённые от инвесторов деньги. Вскоре первые корабли отправились от берегов Ирландии в сторону США. Кабель, каждый километр которого весил 550 килограммов, состоял из семи медных проводов, покрытых тремя слоями гуттаперчи и оболочкой из железных каналов. Первая попытка была неудачной — кабель оборвался.
Следующую попытку предприняли летом 1858 года. Для этого даже организовали дочернее предприятие — Telegraph Construction and Maintenance Company. Деньги вновь каким-то образом удалось привлечь. На этот раз корабля выходили не из одного порта, а с разных континентов, и должны были встретиться в Атлантическом океане, соединить концы и спустить кабель в воду.
Однако, снова кабель несколько раз разрывался, и корабли возвращались, чтобы начать прокладку заново. Но в итоге связь была налажена — и 16 августа 1858 года королева Виктория отправила поздравление из 103 слов президенту США Джеймсу Бьюкенену. Однако, в 1858 году связь была нарушена, так как кабель был разрушен коррозией.
Сайрус и товарищи не сдались, и начали готовить третью попытку. Началось с неудачи: в 1865 году на пароходе Great Eastern оборвался кабель, и его не удалось выловить якорем. В 1866 году же долговременная телеграфная связь между Европой и Америкой была налажена.
Трансатлантический кабель XIX века.
Телеграфные линии на 1861 год
Зазвучал голос
В 1927 году количество телефонных разговоров между Европой и Америкой составляло 2 000. Каждая минута обходилась в 9 фунтов стерлингов — это 9 недель работы уличного продавца горячего кофе или разнорабочего, то есть удовольствие не из дешёвых. Использовалась для этого длинноволновая радиосвязь.
К середине XX века пришло время проложить и телефонную линию. Хотя речь о ней шла с 1920-х годов, проект реализовали только в 1955. Тогда трансатлантический кабель проложили между шотландским Обаном и канадским Кларенвиллем. Кабель TAT-1 поработал до 1978 года.
На фото ниже президент AT&T Фредерик Каппел и президент AT&T Bell Telephone Laboratories Оливер Бакли готовятся к разговору с Великобританией на открытии первого трансатлантического телефонного кабеля в 1956 году.
Менее, чем через пять лет после прокладки TAT-1 провели TAT-2. Для этой линии использовали технологию мультиплексирования каналов: клиенту выделялся канал только в те моменты, когда он действительно говорил. Так удалось довести число каналов до 87. Линия работала до 1982 года.
TAT-3 соединил Великобританию и Нью-Джерси, США. Здесь уже было 138 голосовых каналов, поддерживающих 276 одновременных соединений. Линию проложили в 1963 году, а проработала она до 1986.
Таким образом, около 100 лет прошло между прокладкой первого трансатлантического телеграфного кабеля и первого телефонного кабеля. Когда же появился интернет?
Пошёл интернет
В 1969 году DARPA, Агентство Министерства обороны США по перспективным исследованиям, создало ARPANET — Advanced Research Projects Agency Network. Сеть была необходима на случай войны с СССР — как надёжная система передачи информации.
В октябре 1969 года информацию передали между двумя терминалами, расстояние между которыми составляет 600 километров: один находился в Калифорнийском университете, второй в Стэнфордском. Суть теста была в том, что первый оператор вводил слово «login», а второй подтверждал, что видит его на экране.
К 1971 году количество терминалов достигло 19, а в 1973 году к сети стали подключать иностранные организации — они находились в Великобритании и Норвегии.
И чтобы подключить Европу, понадобились всё те же телефонные кабели, которые проложили ещё в 1950-х. По сути, на суше всё работало так же — DARPA арендовало линии у телефонной компании AT&T.
В 1980-е годы были разработаны оптоволоконные кабели. Они обладали большей пропускной способностью, были тоньше и легче медных кабелей. И уже к 1988 году по дну Атлантического океана проложили первый оптоволоконный кабель.
Это был TAT-8. Система, спроектированная консорциумом из американской AT&T, французской France Telecom и британской British Telecom проработала до 2002 года.
По подводным кабелям передаётся более 95% всей информации. От кабелей зависит не только то, будем ли мы сидеть на Хабре, в социальных сетях и мессенджерах, а то, будут ли передаваться данные между банками и организациями. Так что особенно важна сохранность линий связи, даже если идущая между ними информация дублируется.
Кто может повредить кабель?
Так в 2019 году островное государство Тонга, состоящее из 170 островов, осталось без интернета. Спасением стал спутниковый интернет, хотя он и сильно медленнее. В течение нескольких дней кабель отремонтировали. А в 2008 году без связи остались 75 млн жителей Среднего Востока и Индии: коммуникационный трафик упал на 65%. В процессе расследования выяснили, что кабель был разорван якорем массой от 5 до 6 тонн.
В 2006 году южнее Тайваня произошло землетрясение, из-за которого Китай остался без связи с внешним миром. Не открывались Google и Yahoo!, перестали работать программы MSN, с трудом открывались российские сайты. Оборвались одновременно несколько кабелей.
Периодически акулы решают перекусить кабелем. Им редко удаётся это сделать, а их зубы иногда остаются в защитной оболочке кабелей.
Видео: акула атакует подводный кабель
В 2013 годах аквалангисты, которые искали обломки кораблей, обнаружили на дне кабель и решили его украсть. Их вскоре задержали.
Перспективные проекты
Прокладка кабелей по морскому дну не останавливается. Есть ряд интересных перспективных проектов в разных странах, включая Россию.
«Полярный экспресс»
Кабель «Полярный экспресс» длиной в 12 650 километров соединит Мурманск и Владивосток. Он пройдёт по дну Северного Ледовитого и Тихого океанов.
Кабель станет альтернативой спутниковой связи и обеспечит наименьшую задержку сигнала. Проект планируют завершить к 2026 году.
JUNO Cable System
К 2024 году планируют завершить прокладку магистрали между Калифорнией, США, и префектурами Тиба и Миэ в Японии. Магистраль JUNO Cable System будет иметь протяжённость в 10 000 километров.
Линию строят американская NEC с японской Seren Juno Network Co, Ltd. Пропускная способность составит 350 Тбит/с.
Topaz
Google планирует к 2023 году соединить Азию и Канаду. Магистраль пройтёт от Ванкувера, Канада, до префектур Миэ и Ибараки в Японии.
Пропускная способность составит 240 Тбит/с.
Итог
По данным на 2022 год, всего в мире около 450 кабельных систем протяжённостью около 1,35 млн километров, что в три раза больше, чем расстояние от Земли до Луны. Осталось только провести канал в Антарктиду, ведь остальные материки уже соединены. Карту подводных кабелей можно рассмотреть по ссылке: Submarine Cable Map
3D визуализация подводных кабелей
И благодаря этим достижениям науки и технологий вы можете воспользоваться VPS в России по системе «Все включено!»
