Prieš 150 metų, 1858 m. rugpjūčio 16 d., JAV prezidentas Jamesas Buchananas gavo karalienės Viktorijos sveikinimo telegramą ir atsiuntė jai pranešimą. Pirmasis oficialus apsikeitimas žinutėmis per naujai nutiestą transatlantinį telegrafo kabelį buvo pažymėtas paradu ir fejerverkais virš Niujorko rotušės. Šventes nustelbė dėl šios priežasties kilęs gaisras, o po 6 savaičių sugedo laidas. Tiesa, ir prieš tai jis nelabai dirbo – karalienės žinutė buvo perduota per 16,5 valandos.
Nuo idėjos iki projekto
Pirmasis telegrafo ir Atlanto vandenyno pasiūlymas buvo perdavimo schema, pagal kurią laivais siunčiami pranešimai turėjo būti persiunčiami telegrafu iš Niufaundlendo į likusią Šiaurės Amerikos dalį. Problema buvo telegrafo linijos tiesimas sudėtingoje salos vietovėje.
Už projektą atsakingo inžinieriaus pagalbos prašymas pritraukė amerikietįverslininkas ir finansininkas Cyrusas Fieldas. Vykdydamas savo darbą, jis daugiau nei 30 kartų perplaukė vandenyną. Nepaisant nesėkmių, su kuriomis Fieldas susidūrė, jo entuziazmas atvedė į sėkmę.
Verslininkui iškart šovė mintis apie transatlantinį pavedimą. Skirtingai nuo antžeminių sistemų, kuriose impulsai buvo regeneruojami relių pagalba, transokeaninė linija turėjo išsiversti vienu kabeliu. Fieldas gavo Samuelio Morse'o ir Michaelo Faradėjaus patikinimą, kad signalas gali būti perduodamas dideliais atstumais.
William Thompson pateikė teorinį pagrindą tam, paskelbdamas atvirkštinio kvadrato dėsnį 1855 m. Impulso, einančio per kabelį be indukcinės apkrovos, kilimo laikas nustatomas pagal L ilgio laidininko laiko konstantą RC, lygią rcL2, kur r ir c yra varža ir atitinkamai ilgio vieneto talpa. Thomson taip pat prisidėjo prie povandeninių kabelių technologijos. Jis patobulino veidrodinį galvanometrą, kuriame menkiausi veidrodžio nukrypimai, kuriuos sukelia srovė, buvo sustiprinti projekcija į ekraną. Vėliau jis išrado įrenginį, kuris registruoja signalus rašalu ant popieriaus.
Povandeninių kabelių technologija buvo patobulinta po to, kai 1843 m. Anglijoje pasirodė gutaperča. Ši derva iš medžio, kilusio iš Malajų pusiasalio, buvo idealus izoliatorius, nes buvo termoplastinis, kaitinant suminkštėjo, o atvėsus grįžo į kietą formą, todėl laidininkus buvo lengviau izoliuoti. Slėgio ir temperatūros sąlygomis vandenyno dugne jo izoliacinės savybėspagerėjo. Gutaperča liko pagrindinė povandeninių kabelių izoliacinė medžiaga iki polietileno atradimo 1933 m..
Lauko projektai
Cyrus Field vadovavo 2 projektams, iš kurių pirmasis žlugo, o antrasis baigėsi sėkmingai. Abiem atvejais kabelius sudarė viena 7 gyslų viela, apjuosta gutaperča ir apginkluota plienine viela. Dervos kanapės užtikrino apsaugą nuo korozijos. 1858 metų kabelio jūrmylė svėrė 907 kg. 1866 m. transatlantinis kabelis buvo sunkesnis – 1 622 kg/mylė, bet kadangi jo tūris buvo didesnis, jis vandenyje svėrė mažiau. Tempiamasis stipris buvo atitinkamai 3t ir 7,5t.
Visi kabeliai turėjo vieną vandens grąžinimo laidą. Nors jūros vanduo turi mažesnį pasipriešinimą, jį veikia klajojančios srovės. Energija buvo tiekiama iš cheminių srovės š altinių. Pavyzdžiui, 1858 m. projekte buvo 70 elementų po 1,1 V. Dėl šių įtampos lygių kartu su netinkamu ir neatsargiu saugojimu nutrūko giliavandenis transatlantinis kabelis. Naudojant veidrodinį galvanometrą, vėlesnėse linijose buvo galima naudoti žemesnę įtampą. Kadangi pasipriešinimas buvo maždaug 3 omai vienai jūrmylei, 2000 mylių atstumu galėjo būti perduodamos miliamperų dydžio srovės, kurių užtenka veidrodiniam galvanometrui. 1860-aisiais buvo įvestas dvipolis telegrafo kodas. Morzės abėcėlės taškai ir potėpiai buvo pakeisti priešingo poliškumo impulsais. Laikui bėgant išsivystėsudėtingesnės schemos.
Ekspedicijos 1857–58 ir 65–66
350 000 GBP buvo surinkta išleidžiant akcijas pirmajam transatlantiniam kabeliui nutiesti. Amerikos ir Didžiosios Britanijos vyriausybės garantavo investicijų grąžą. Pirmasis bandymas buvo atliktas 1857 m. Kabeliui nugabenti prireikė 2 garlaivių – Agamemnono ir Niagaros. Elektrikai patvirtino metodą, kai vienas laivas tiesė liniją iš kranto stoties, o kitą galą prijungė prie kito laivo kabelio. Privalumas buvo tas, kad jis palaikė nuolatinį elektros ryšį su krantu. Pirmasis bandymas baigėsi nesėkme, kai už 200 mylių nuo kranto sugedo kabelių tiesimo įranga. Jis buvo prarastas 3,7 km gylyje.
1857 m. Niagaros vyriausiasis inžinierius Williamas Everetas sukūrė naują kabelių tiesimo įrangą. Pastebimas patobulinimas buvo automatinis stabdys, kuris įsijungdavo, kai įtampa pasiekė tam tikrą slenkstį.
Po smarkios audros, kuri beveik nuskandino Agamemnoną, laivai susitiko vandenyno viduryje ir 1858 m. birželio 25 d. vėl pradėjo tiesti transatlantinį kabelį. Niagara judėjo į vakarus, o Agamemnonas – į rytus. Buvo atlikti 2 bandymai, nutraukti dėl kabelio pažeidimo. Laivai grįžo į Airiją, kad jį pakeistų.
Liepos 17 d. laivynas vėl išvyko susitikti. Po nedidelių žagsėjimų operacija buvo sėkminga. Eidama pastoviu 5–6 mazgų greičiu, rugpjūčio 4 d. įplaukė NiagaraTrejybės įlankoje Niufaundlendas. Tą pačią dieną Agamemnonas atvyko į Valentijos įlanką Airijoje. Karalienė Viktorija atsiuntė pirmąjį aukščiau aprašytą sveikinimo pranešimą.
1865 m. ekspedicija nepavyko už 600 mylių nuo Niufaundlendo ir tik 1866 m. bandymas buvo sėkmingas. Pirmoji žinutė nauja linija buvo išsiųsta iš Vankuverio į Londoną 1866 m. liepos 31 d. Be to, rastas 1865 m. pamesto kabelio galas, linija taip pat buvo sėkmingai užbaigta. Perdavimo greitis buvo 6–8 žodžiai per minutę, kaina 10 USD už žodį.
Bendravimas telefonu
1919 m. Amerikos kompanija AT&T pradėjo tyrimą dėl galimybės nutiesti transatlantinį telefono kabelį. 1921 m. tarp Key West ir Havanos buvo nutiesta giliavandenė telefono linija.
1928 m. buvo pasiūlyta per Atlanto vandenyną nutiesti kabelį be kartotuvų su vienu balso kanalu. Didelė projekto kaina (15 mln. USD) Didžiosios depresijos įkarštyje, taip pat radijo technologijų patobulinimai sustabdė projektą.
Iki XX amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pradžios elektronikos raida leido sukurti povandeninių kabelių sistemą su kartotuvais. Tarpinės grandies stiprintuvų projektavimo reikalavimai buvo precedento neturintys, nes įrenginiai turėjo nepertraukiamai veikti vandenyno dugne 20 metų. Komponentų, ypač vakuuminių vamzdžių, patikimumui buvo keliami griežti reikalavimai. 1932 metais jau buvo sėkmingai išbandytos elektros lempos18 metų. Naudoti radijo elementai buvo žymiai prastesni už geriausius pavyzdžius, tačiau jie buvo labai patikimi. Dėl to TAT-1 veikė 22 metus ir sugedo nė viena lempa.
Dar viena problema buvo stiprintuvų klojimas atviroje jūroje iki 4 km gylyje. Kai laivas sustabdomas norint iš naujo nustatyti kartotuvą, ant kabelio su sraigtiniais šarvais gali atsirasti įtrūkimų. Dėl to buvo naudojamas lankstus stiprintuvas, tinkantis telegrafo kabeliui skirtai įrangai. Tačiau fiziniai lankstaus kartotuvo apribojimai apribojo jo pajėgumą iki 4 laidų sistemos.
UK Post sukūrė alternatyvų metodą su daug didesnio skersmens ir talpos kietaisiais kartotuvais.
TAT-1 įgyvendinimas
Projektas buvo pradėtas iš naujo po Antrojo pasaulinio karo. 1950 m. lankstaus stiprintuvo technologija buvo išbandyta sistemoje, jungiančioje Key Westą ir Havaną. 1955–1956 m. vasarą pirmasis transatlantinis telefono kabelis buvo nutiestas tarp Obano Škotijoje ir Klarenvilio saloje. Niufaundlendas, gerokai į šiaurę nuo esamų telegrafo linijų. Kiekvienas kabelis buvo apie 1950 jūrmylių ilgio ir turėjo 51 kartotuvą. Jų skaičius buvo nustatytas pagal maksimalią įtampą gnybtuose, kurie gali būti naudojami maitinimui, nepažeidžiant aukštos įtampos komponentų patikimumo. Viename gale įtampa buvo +2000 V, kitame -2000 V. Sistemos pralaidumas, jojeeilė buvo nustatyta pagal kartotuvų skaičių.
Be kartotuvų, rytų-vakarų linijoje ir 6 vakarų-rytų linijoje buvo įrengti 8 povandeniniai ekvalaizeriai. Jie ištaisė susikaupusius poslinkius dažnių juostoje. Nors bendras nuostolis 144 kHz dažnių juostoje buvo 2100 dB, naudojant ekvalaizerius ir kartotuvus, tai sumažėjo iki mažiau nei 1 dB.
Pradžia TAT-1
Per pirmąsias 24 valandas po paleidimo 1956 m. rugsėjo 25 d. iš Londono ir JAV buvo atlikti 588 skambučiai ir 119 iš Londono į Kanadą. TAT-1 iš karto padidino transatlantinio tinklo pajėgumą. Kabelio dažnių juostos plotis buvo 20–164 kHz, o tai leido 36 balso kanalus (kiekvienas 4 kHz), iš kurių 6 buvo padalinti tarp Londono ir Monrealio ir 29 tarp Londono ir Niujorko. Vienas kanalas buvo skirtas telegrafui ir tarnybai.
Sistema taip pat apėmė sausumos jungtį per Niufaundlendą ir povandeninį laivą su Naująja Škotija. Dvi linijas sudarė vienas 271 jūrmylės kabelis su 14 JK pašto suprojektuotų standžių kartotuvų. Bendras pajėgumas buvo 60 balso kanalų, iš kurių 24 jungė Niufaundlendą ir Naująją Škotiją.
Tolimesni TAT-1 patobulinimai
TAT-1 linija kainavo 42 mln. 1 milijono dolerių už kanalą kaina paskatino galinės įrangos, kuri efektyviau naudotų pralaidumą, kūrimą. Balso kanalų skaičius standartiniame 48 kHz dažnių diapazone padidintas nuo 12 iki 16 sumažinusjų plotis nuo 4 iki 3 kHz. Kita naujovė buvo „Bell Labs“sukurta laiko kalbos interpoliacija (TASI). TASI padvigubino balso grandinių skaičių dėl kalbos pauzių.
Optinės sistemos
Pirmasis transokeaninis optinis kabelis TAT-8 buvo pradėtas eksploatuoti 1988 m. Kartotuvai regeneruoja impulsus, paversdami optinius signalus į elektrinius ir atvirkščiai. Dvi veikiančios skaidulų poros veikė 280 Mbps greičiu. 1989 m. šio transatlantinio interneto kabelio dėka IBM sutiko finansuoti T1 lygio ryšį tarp Kornvalio universiteto ir CERN, kuris žymiai pagerino ryšį tarp Amerikos ir Europos ankstyvojo interneto dalių.
Iki 1993 m. visame pasaulyje veikė daugiau nei 125 000 km TAT-8. Šis skaičius beveik atitiko bendrą analoginių povandeninių kabelių ilgį. 1992 metais TAT-9 pradėjo tarnybą. Vieno pluošto sparta padidinta iki 580 Mbps.
Technologinis proveržis
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje erbiu legiruotų optinių stiprintuvų kūrimas lėmė didžiulį povandeninių kabelių sistemų kokybės šuolį. Šviesos signalai, kurių bangos ilgis yra apie 1,55 mikrono, gali būti tiesiogiai stiprinami, o pralaidumo neberiboja elektronikos greitis. Pirmoji optiškai patobulinta sistema, skridusi per Atlanto vandenyną, buvo TAT 12/13 1996 m. Kiekvienos iš dviejų skaidulų porų perdavimo sparta buvo 5 Gbps.
Šiuolaikinės optinės sistemos leidžia perduoti tokius didelius kiekiusduomenų, kad atleidimas yra labai svarbus. Paprastai šiuolaikiniai šviesolaidiniai kabeliai, tokie kaip TAT-14, susideda iš 2 atskirų transatlantinių kabelių, kurie yra žiedinės topologijos dalis. Kitos dvi linijos jungia pakrantės stotis abiejose Atlanto vandenyno pusėse. Duomenys siunčiami aplink žiedą abiem kryptimis. Įtrūkus, žiedas pasitaisys savaime. Eismas nukreipiamas į atsargines skaidulų poras paslaugų kabeliuose.
