Интернет на дне океана — ТОП-5 фактов про подводные кабели
Возможно, вы догадываетесь кто проживает на дне океана. Но знаете ли вы, что там есть интернет? А что все континенты связаны между собой кабелями, которые проложены под водой? Команда GigaTrans собрала ТОП-5 самых интересных фактов про интернет-кабели на дне океанов.
Подводный кабель укладывают специальные корабли
Прокладка кабеля — это многолетний процесс, который стоит миллионы долларов.
У закладки подводного кабеля много особенностей. Процесс начинается с просмотра военно-морских карт, чтобы проложить лучший маршрут. Кабель лучше всего прокладывать на большой глубине — там ему ничего не грозит, кроме морской воды и давления. Чем ближе к берегу, тем ситуация становится сложнее. Кабель, толщиной всего в несколько сантиметров, должен быть защищен от окружающей среды. Поэтому кабель, который прокладывают на мелкой береговой линии с большим количеством камней, специалисты дополнительно покрывают броней.
Кабель укладывают специальные судна.
Корабли-кабелеукладчики наносят на карту морского дна траекторию, по которой в будущем проложат кабель. Специалисты избегают мест, где много подводных течений, вулканических зон и резких перепадов высот на дне.
Когда маршрут проложен, а береговые соединения надежно закреплены, судна начинают укладывать кабель. Поскольку процесс сложный, работы могут длиться до нескольких лет.
Крупнейший подводный кабель укладывали более двух лет
Кабель Marea длиной 6 тысяч километров, соединяет США и Южную Европу. Работы по его закладке заняли несколько лет, ведь весит он более 4,6 миллионов килограмм — что в среднем равно весу 32 синих китов.
Сегодня Marea считается одним из наиболее высокопроизводительных кабелей в мире. Исследования 2020 года установили отраслевой рекорд — скорость передачи данных по кабелю Marea достигла значения 30 Тбит/с.
Подводные кабели не уступают по скорости и цене даже спутникам
В эпоху технологий, кажется, что космос — это идеальное место для соединения «всемирной паутины», а используемая с 1960 года закладка подводных кабелей, давно устарела. Но и сегодня кабель остается лучшим способом передачи информации.
Главный недостаток «космической связи» — задержка и потеря битов. Для отправки сообщения в космос и получения ответа нужно время. А с помощью кабеля информацию отправить проще и быстрее.
Исследователи из Саутгемптонского университета в Англии создали оптические волокна, которые могут передавать данные со скоростью 99,7% от предельной скорости Вселенной (скорости света). Передача данных с помощью таких волокон достигла 73,7 Тб/с. А спутники в среднем обеспечивают скорость загрузки всего лишь до 60 Мбит/с, что. Это в миллион раз медленнее.
Чтобы по-настоящему «содрогнуть» мир интернета вам понадобится акваланг и пара кусачек
Подводный кабель крайне сложно перерезать – и дело не только в его толщине. Через него проходит более тысячи смертоносных вольт, что в опасно для жизни. Но несмотря на это, повреждения кабелей под водой случаются.
Самое уязвимое место Интернета. Причем здесь Египет?
Подводные кабели поддерживают интернет в рабочем состоянии, но когда таких кабелей в одном месте становится становится слишком много, то возникают проблемы. Это перевод статьи Мэтта Берджесса для Wired.
Кабель AAE-1 (Asia Africa Europe-1) протяженностью более 25 тысяч километров проходит по морскому дну, соединяя Гонконг с Марселем. Он огибает Южно-Китайское море и направляется в Европу. Кабель помогает обеспечить подключение к интернету во множестве стран от Индии до Греции. Когда 7 июня кабель был поврежден, миллионы людей оказались столкнулись с временными отключениями интернета.
Кабель AAE-1 был поврежден в месте, где он проходит по суше на территории Египта. В результате инцидента был поврежден еще один кабель. Причина обрыва соединения все еще неизвестна. Эффект был незамедлительным. «Это инцидент затронул семь стран и несколько важных сервисов», — говорит Розалинд Томас, управляющий директор SAEx International Management, которая планирует создать новый подводный кабель, соединяющий Африку, Азию и США. «Больше всего пострадала Эфиопия, которая потеряла 90% связи, а также Сомали потерями в 85%». Облачные сервисы, принадлежащие Google, Amazon и Microsoft, также пострадали, как показал последующий анализ.
Несмотря на то, что подключение было восстановлено за несколько часов, такие сбои говорят о хрупкости подводных интернет-кабелей (которых насчитывается более 500 штук), а также огромную роль Египта и Красного моря в мировой интернет-инфраструктуре. Глобальная сеть подводных кабелей составляет большую часть интернет-магистрали, передавая значительную часть данных по всему миру. Такие подводные кабели соединяют Нью-Йорк с Лондоном и Австралию с Лос-Анджелесом.
Шестнадцать из этих подводных кабелей, которые часто не толще шланга и уязвимы для повреждений от корабельных якорей и землетрясений, пролегают на расстоянии 2000 километров через Красное море, прежде чем они пересекают сушу в Египте и попадают в Средиземное море, соединяя Европу с Азией. За последние 20 лет этот маршрут стал одним из самых уязвимых мест для интернета на Земле. Не стоит забывать про то, что в этом регионе также располагается Суэцкий канал — одна из главных судоходных артерий в мире. Еще свежа в памяти история про контейнеровоз Ever Given, который встал поперек канала и вызвал транспортный коллапс.
Этот проблемный регион также отмечали в июньском отчете Европарламента. «Наиболее критичном местом для ЕС является проход между Индийским океаном и Средиземным морем через Красное море, потому что по этому маршруту проходит основное интернет-сообщение с Азией», — говорится в отчете.
Египетская проблема
Если посмотреть на Египет на карте мировых подводных интернет-кабелей, то сразу станет ясно, почему эксперты беспокоятся об этом регионе. 16 кабелей в этом районе сосредоточены в Красном море, из которого они выходят на сушу, чтобы через 160 километров попасть в Средиземное море. (Карты кабелей не показывают точное расположение кабелей).
По подсчетам экспертов 17% мирового интернет-трафика проходит по этим кабелям. Алан Молдин, директор по исследованиям компании TeleGeography, занимающейся исследованиями рынка телекоммуникаций, говорит, что в прошлом году в регионе было 178 терабит пропускной способности, или 178 000 000 Мбит/с.
Египет стал одним из самых критичных мест для интернет-соединения по нескольким причинам, говорит Дуг Мадори, директор по интернет-анализу в мониторинговой компании Kentik. В первую очередь, его географическое расположение способствует концентрации кабелей в этом районе. Путь через Красное море и Египет является кратчайшим (в основном) подводным маршрутом между Азией и Европой. Хотя некоторые межконтинентальные интернет-кабели проходят по суше. Их, как правило, безопаснее размещать на дне моря, где их труднее нарушить или отследить.
Путь через Египет — один из немногих оптимальных маршрутов. Если тянуть кабель через юг Африки, то выйдет длиннее, а на севере всего один кабельный маршрут — Полярный экспресс, который лежит через Баренцево, Карское и Восточно-Сибирское море. “Каждый раз, когда кто—то пытается проложить альтернативный маршрут, вы в конечном итоге проходите через Сирию, Ирак, Иран или Афганистан — во всех этих местах много проблем”, — говорит Мадори. По словам Мадори, кабельная система JADI, которая шла в обход Египта, была отключена из-за гражданской войны в Сирии, и она все еще не была восстановлена. В марте этого года в результате Российско-Украинского конфликта был оборван еще один кабель, идущий в обход Египта.
Повреждения кабелей происходят и вокруг самого Красного моря. «Красное море — довольно мелкий водоем, и исторически там много повреждают кабель», — говорит Мэдори. В 2013 году военно-морские силы Египта арестовали трех человек, которые якобы перерезали интернет-кабели в этом районе. Другие кабели в этом районе также имели проблемы с повреждениями в этом году.
Этот регион — не единственная точка кабельного перекрытия в мире. Великобритания, Сингапур и Франция являются ключевыми точками подключения к Интернету, а Малаккский пролив, недалеко от Сингапура, является еще одним узким местом. «У Малаккского пролива тоже есть свои особенности, но я не думаю, что он такой же проблемный, как Египет», — говорит Розалин Томас из SAEx.
Алан Молдин говорит, что египетский регион можно считать единственной критической точкой из-за количества кабелей в одном месте. Однако существуют причины, помимо затрат, для прокладки нескольких кабелей через Красное море. «В концентрации есть несомненный плюс, если вы хотите, чтобы сети соединялись друг с другом», — говорит Алан Молдин. «В то же время здесь нужен баланс для разнообразия маршрутов».
Когда подводные кабели пролегают по суше, на самом севере Красного моря и Суэцкого залива, в дело вступает Telecom Egypt, главный интернет-провайдер страны. Компания взимает плату с владельцев кабелей за прокладку кабелей по всей стране.
«Это дает Египту большие возможности в плане переговоров о телекоммуникациях», — говорит Николь Старосельски. В недавнем отчете Data Center Dynamics пишут о «мёртвой хватке» Египта в индустрии подводных кабелей. Исследователи цитируют неназванные источники в отрасли, которые утверждают, что Telecom Egypt взимает «грабительские» сборы за свои услуги.
Доступные альтернативы
Подводные кабели относительно хрупкие и легко повреждаются. Ежегодно происходит более 100 инцидентов, связанных с обрезанием или повреждением кабелей. Большинство из них вызвано транспортировкой или естественными повреждениями. Однако в последние месяцы обеспокоены потенциальным саботажем. После взрывов на газопроводе Nord Stream правительства всего мира обязались лучше защищать подводную инфраструктуру и подводные кабели. Великобритания также заявила, что российские подводные лодки отслеживают прокладку кабелей в стране.
Несмотря на потенциальную опасность, интернет базируется на принципах устойчивости. Нелегко отключить крупные кластеры интернета. Компании, которые отправляют данные по подводным интернет-кабелям, используют не один, а несколько кабелей. Если один кабель выходит из строя, трафик перенаправляется через другие. (В некоторых регионах, таких как Тонга, где есть только один кабель, повреждения могут иметь разрушительные последствия). Поэтому необходимы резервные варианты — Google, Facebook и Microsoft в последние годы тратят сотни миллионов долларов на прокладку собственных подводные интернет-кабелей.
Когда дело доходит до Египта и Красного моря, выбор ограничен, и требуется большее количество кабелей. Конечно, Starlink Илона Маска популяризировал спутниковый интернет. Но такие системы не являются полноценной заменой подводным кабелям. Спутники используются для обеспечения связи в сельской местности или в качестве резервных вариантов, но они не могут полностью заменить физическую инфраструктуру. “Они не справятся с трансфером сотен терабит данных между континентами. Тут подойдет только кабельная инфраструктура”, — говорит Маулдин. (Спутниковые системы также зависимы от проводных соединений для подключения к Интернету.)
Это еще один аргумент в пользу защиты маршрутов, идущих через Египет. Маулдин говорит, что вдоль побережья Египта строятся дополнительные посадочные площадки, такие как в Рас-Гаребе, чтобы кабели могли стыковаться в разных местах. Египетские телекоммуникационные власти строят новую наземную трассу для кабелей, которые идут вдоль Суэцкого канала — предполагается, что кабели будут размещены в бетонных каналах для их дополнительной защиты.
Тем не менее, самую амбициозную попытку пойти в обход Египта предпринял Google. В июле 2021 года компания объявила о создании подводного кабеля Blue-Raman, который соединит Индию с Францией. Кабель будет проходить через Красное море, но вместо того, чтобы пересекать территорию Египта по земле, он будет проложен до Средиземного моря через Израиль. Google разделил кабель на два отдельных проекта: Blue проходит через Израиль и уходит в Европу, а Raman соединяется с Саудовской Аравией, прежде чем добраться до Индии. (Все из-за сложных политических отношений между Израилем и Саудовской Аравией).
Молдин говорит, что новый маршрут, который, как ожидается, будет готов к 2024 году, вероятно, создаст прецедент для большего количества кабелей, проходящих через Израиль. Как только один кабель будет построен, появятся и другие. «Трудно воплотить хорошую идею в реальность», — добавляет Мэдори. «Если вы не Google, и у вас есть безграничные средства, чтобы делать эти вещи».
Розалин Томас говорит, что кабель SAEx, который компания прокладывает в обход Европы, чтобы соединить Африку с Америкой и Сингапуром будет «полностью мокрым» и утверждает, что им удастся избежать многих рисков. «Наш кабель и Blue Ramen вряд ли заменят [хаб] в Египте, мы всего лишь предлагаем альтернативу».
В конечном счете, Египет всегда будет центром интернет-соединений Европы и Азии. Географию изменить нельзя. Тем не менее, по словам Молдина, необходимо сделать больше усилий для защиты подводных интернет-кабелей, поскольку от них зависят все. «Для национальной безопасности и экономики очень важно, чтобы вся эта система работала».
Также подписывайтесь на наш телеграм-канал «Голос Технократии». Каждое утро мы публикуем новостной дайджест из мира ИТ, а по вечерам делимся интересными и полезными мастридами.
Подводные интернет-кабели: как они устроены и чем грозит их повреждение
5 марта пользователи по всему миру сообщили о сбоях в работе соцсетей и других интернет-сервисов. Проблемы наблюдались у Facebook и Instagram (принадлежат Meta, признанной экстремистской и запрещенной в России), X (бывшая Twitter), Gmail, «Google Карты», Google Play, YouTube, TikTok, WhatsApp, Discord и др. Ранее гонконгский провайдер HGC сообщил, что из-за атаки хуситов в Красном море оказались повреждены кабели Asia — Africa — Europe 1, Seacom, TGN и EIG. По оценкам компании, это затрагивает порядка 25% трафика. «РБК Тренды» рассказывают, как работают подводные кабели и чем грозит их повреждение.
Сегодня континенты соединяются друг с другом при помощи подводных интернет-магистралей, которые позволяют передавать большие массивы данных буквально за секунды. Однако кабели требуют особой защиты, поскольку могут подвергаться внешним воздействиям, а лазейки в инфраструктуре позволяют перехватывать данные.
Для чего нужны подводные кабели и как они работают
Современные подводные кабели — это пролегающие по дну океанов волоконно-оптические системы, которые передают данные в виде зашифрованных сигналов при помощи фотонов. В настоящее время они обеспечивают передачу более 95% всей информации в мире. Несмотря на развитие спутниковой связи, инфраструктура кабелей продолжает развиваться, так как они имеют гораздо более высокую пропускную способность. На Земле насчитывается более 550 подводных интернет-кабелей протяженностью более 1,3 млн км. Современные кабели позволяют, к примеру, за секунды переместить эквивалент всей коллекции Библиотеки конгресса США в Австралию.
В работе соцсетей произошел глобальный сбой
Первый трансатлантический кабель телеграфа, соединивший США с Великобританией, проложили в 1858 году. Тогда королева Виктория отправила телеграмму президенту США Джеймсу Бьюкенену — на ее доставку ушло 17 часов. Первый межконтинентальный оптоволоконный кабель проложили по дну Атлантического океана в 1988 году. Этот кабель, TAT-8, принадлежит операторам AT&T, France Telecom и British Telecom.
Интерактивная карта развития инфраструктуры подводных кабелей
(Видео: YouTube)
Слабые места подводных кабелей
- Уязвимость к механическим повреждениям. Обычный оптоволоконный кабель состоит из внутреннего оптического ядра, заключенного в оболочку из стали и медного проводника. Для изоляции используется полиэтилен. Диаметр такого кабеля составляет всего 17–21 мм. Кабели прокладывают специальные суда, а при прокладке используется подводный плуг, который закапывает их на небольшую глубину для лучшего доступа. Все это делает сети уязвимыми к повреждениям со стороны человека или животного. Также на целостность инфраструктуры сильно влияют природные катаклизмы. Ежегодно происходит более 100 инцидентов, связанных с повреждением кабелей.
- Уязвимость к прослушке. Во времена холодной войны в начале 1970-х годов американские военные успешно перехватывали данные, которые передавались по советскому подводному кабелю в Охотском море. Даже в наши дни, когда данные начали шифровать, спецслужбы могут получить контроль над кабелями. В 2013 году экс-сотрудник АНБ США Эдвард Сноуден рассказал, как британские и американские спецслужбы «прослушивали» более 200 кабелей в рамках сделки с американским телекоммуникационным гигантом AT&T.
- Сосредоточенность кабелей в отдельных регионах. Большая их часть по-прежнему проходит через США, хотя некоторые страны уже объединились для прокладки новых маршрутов в свете шпионского скандала с АНБ. Еще 17% мирового интернет-трафика проходит через Египет. Telecom Egypt, главный интернет-провайдер страны, берет плату с владельцев кабелей за их прокладку по стране. Отдельные инициативы направлены против обхода монополии китайского технологического гиганта Huawei, которого заподозрили во встраивании в кабели лазеек для шпионов. При этом Huawei Marine проложила или отремонтировала около 100 кабелей по всему миру.
- Недостаточная развитость инфраструктуры для ремонта. Всего в мире насчитывается около 60 ремонтных судов, а в эксплуатацию они вводятся крайне редко. При этом большинство судов старше 20 лет.
Ремонт кабеля на судне Pierre de Fermat
(Видео: YouTube)
Крупнейшие аварии и их последствия
Государство без интернета
Тихоокеанское островное государство Тонга с населением около 100 тыс. человек оставалось без интернета дважды — в 2019 и 2022 годах. Оба раза причиной стал разрыв подводного кабеля Tonga Cable, соединяющего Тонга и другое океанское государство — Фиджи. В первом случае разрыв произошел из-за того, что судно бросило якорь слишком близко от магистрали, тот зацепился за кабель и порвал его. В итоге Тонга пришлось перейти на спутниковый интернет, а через несколько дней проблему удалось локализовать и начать устранять. Во втором случае причиной повреждения кабеля стало извержение вулкана. Тогда королевство потеряло связь с внешним миром на несколько недель, так как ближайшее ремонтное судно находилось в 4700 км.
Авария на крупнейшем кабеле
В июне 2022 года произошел разрыв интернет-кабеля Азия — Африка — Европа-1 (ААЕ-1) протяженностью 25 тыс. км, который соединяет Гонконг с Францией. Кабель обеспечивает интернетом более 20 стран — от Индии до Греции и Италии. Из-за аварии без связи остались более 100 млн человек. В Эфиопии интернет-охват упал на 90%. Облачные сервисы Google, Amazon и Microsoft не работали.
Разрыв на AAE-1 произошел в том месте, где кабель проходит по суше через Египет. Вероятной причиной обрыва назвали диверсию. Подключение восстановили через несколько часов. Европарламент в своем отчете подчеркнул, что в этом районе высок риск широкомасштабных сбоев в работе интернета, в том числе и из-за морского терроризма. В настоящее время через Египет проходит 16 кабелей, которые несут 17% мирового трафика.
Расположение кабелей в районе Египта (Фото: Telegeography)
Примечательно, что в 2013 году власти Египта уже арестовывали трех аквалангистов, которые перерезали другой кабель, SMW-4, обеспечивающий интернетом всю страну. Они заявили, что хотели украсть участок кабеля.
Авария на Востоке
В 2008 году при повреждении подводного кабеля без интернета остались 75 млн жителей Среднего Востока и Индии. Причиной аварии стал неудачно брошенный кораблем якорь. Она же вызвала еще серию инцидентов с перегрузкой сетевой инфраструктуры, так как слишком много трафика пустили в обход. В итоге не работали многие сайты и сервисы.
Коллапс компаний
В 2006 году из-за сильного землетрясения в 6,7 балла в Азии остались без интернета Тайвань и Гонконг. Стихия стала причиной выхода из строя 80% подводных кабелей, в том числе Азиатско-Тихоокеанской кабельной сети, которая связывает Северную и Юго-Восточную Азию, и линии SEA-ME-WE-2, которая тянется от Южной Кореи вокруг Евразии до Нидерландов. Из-за обрыва пострадало множество коммерческих компаний. Многие торговцы ценными бумагами в Гонконге и Сингапуре не смогли получить котировки и выполнить заказы, а дилеры заявили, что у них возникли трудности с доступом к международным поставщикам для получения информации.
Пути решения проблем
Новые магистрали
Развитие спутникового интернета пока не способно полностью заменить кабели. В связи с этим государства и компании принимают меры для того, чтобы создать более разветвленную кабельную сеть, которая будет охватывать новые регионы, чтобы центров сосредоточения инфраструктуры стало больше.
Осенью 2022 года Google запустила подводный кабель Equiano, который соединил Западную Европу с Южной Африкой. Кабель длиной 15 тыс. км имеет самую высокую пропускную способность из всех, что протянуты до Африканского континента (150 Тбит/с). Он тянется из Португалии вдоль западного побережья Африки и заканчивается в южноафриканском Мелкбосстранде. Equiano получил несколько ответвлений, которые соединяют его с другими странами, включая Намибию и Того. В дальнейшем к кабелю планируется подключить Нигерию, Демократическую Республику Конго и остров Святой Елены. Таким образом, это первый кабель в регионе, который идет в обход Египта. Также Google объявила о строительстве кабелей Blue и Raman, которые соединят Индию с Францией, пройдя через Красное море, Израиль и Средиземное море.
Схема кабеля Google (Фото: google.com)
Осенью 2022 года Google также запустила кабель Grace Hopper, который объединил сетевую инфраструктуру США, Великобритании и Испании. Кабель идет от Нью-Йорка до британского города Бьюд в графстве Корнуолл, а его ответвление направляется в испанский Бильбао.
Наконец, Google проложит первый подводный кабель Topaz от канадского Ванкувера до городов Миэ и Ибараки в Японии. Ожидается, что проект завершится в 2023 году.
Проект Topaz
(Видео: YouTube)
Meta (признана экстремистской организацией и запрещена в России) также реализует проект кабеля 2Africa Pearls, который соединит Европу, Азию и Африку. Общая протяженность кабеля составит свыше 45 тыс. км, что близко к мировому рекорду. Точки доступа кабеля будут располагаться в Омане, ОАЭ, Катаре, Бахрейне, Кувейте, Ираке, Пакистане, Индии и Саудовской Аравии, а страны Африки будут соединены между собой перекрестным подключением.
Схема кабеля 2Africa (Фото: engineering.fb.com)
Телекоммуникационные компании AzerTelecom и «Казахтелеком» подписали соглашение о прокладке Транскаспийского оптоволоконного кабеля по дну Каспийского моря в рамках проекта Digital Silk Way («Цифровой шелковый путь»). Его целью станет создание надежного цифрового канала между Европой и Азией.
Схема Digital Silk Way (Фото: servernews.ru)
А консорциум Far North Fiber уже получил первые инвестиции для прокладки первого в мире арктического кабеля протяженностью почти 17 тыс. км. В Far North Fiber участвуют американская Far North Digital, японская Arteria Networks и финская Cinia. Новая линия соединит Европу, Азию и Северную Америку. Кабель протянется от Европы до Японии через Гренландию, Канаду и Аляску, охватит Норвегию, Финляндию и Ирландию. Завершить проект планируется к концу 2026 года.
Схема первого арктического кабеля (Фото: submarinenetworks.com)
Системы предотвращения аварий и ремонта
Для того чтобы снизить число аварий с участием судов, на них устанавливают сенсоры, которые подают сигнал тревоги, если корабли подходят слишком близко к кабелям. А ремонтные суда оснащают новейшим оборудованием. Обслуживающая кабели французская компания Optic Marine в 2022 году ввела в эксплуатацию судно CS Cable Vigilance, которое имеет на борту подводный беспилотник.
Одновременно модернизируют системы оповещения о разрывах. Например, австралийская компания Telstra использует систему Always On для почти мгновенного перенаправления интернет-трафика с одного кабеля на другой в случае возникновения проблемы. Это позволяет сократить время восстановления доступа в интернет с восьми часов до менее чем 30 минут.
А Великобритания объявила, что разрабатывает многоцелевой разведывательный корабль, который будет помогать ВМФ и Министерству обороны обеспечивать безопасность подводной телекоммуникационной инфраструктуры. Судно оснастят передовыми датчиками и группировкой дистанционно управляемых и автономных подводных дронов. Его спустят на воду в 2024 году.
Изменения в законодательстве
Из-за опасений шпионажа со стороны других стран некоторые государства уже вводят новые правила контроля кабелей. В 2020 году Федеральная комиссия по связи США призвала провести проверку наиболее значимых интернет-кабелей со станциями обслуживания в конкурирующих странах. Это четыре кабеля, которые соединяют США и Китай. По мнению регулятора, проверки позволят гарантировать, что другие страны не смогут блокировать или перехватывать трафик.
В 2021 году Австралия, Великобритания и США также создали трехсторонний оборонный альянс AUKUS, который направлен на противодействие влиянию Китая в спорной акватории Южно-Китайского моря и на защиту подводной инфраструктуры в регионе. Теперь страны сотрудничают в области «кибервозможностей, искусственного интеллекта, квантовых технологий и дополнительных подводных возможностей».
Трансокеанические подводные кабели связи
Наша планета плотно опутана кабелями связи и под водой их намного больше, чем кажется на первый взгляд.
Практика прокладывания кабеля через океан берет начало еще с XIX века. Первые попытки соединить два континента проводной связью были предприняты еще в 1847 году. Успешно связать Великобританию и США трансатлантическим телеграфным кабелем удалось только к 5 августа 1858 года, однако уже в сентябре связь была утеряна. Предполагается, что причиной стали нарушение гидроизоляции кабеля и последующая его коррозия и обрыв.
Стабильная связь между Старым и Новым светом была установлена только в 1866 году. В 1870 году был проложен кабель в Индию, что позволило связать напрямую Лондон и Бомбей. В эти проекты были вовлечены одни из лучших умов и промышленников того времени: Уильям Томсон (будущий великий лорд Кельвин), Чарльз Уитстон, братья Сименсы. Как видно, почти 150 лет назад люди активно занимались созданием по протяженности в тысячи километров линий связи. И на этом прогресс не остановился. Однако телефонная связь с Америкой была установлена только в 1956 году, а работы длились почти 10 лет. Подробно об укладке первого трансатлантического телеграфного и телефонного кабеля можно прочитать в книге Артура Кларка «Голос через океан».
Устройство кабеля
Несомненный интерес вызывает устройство кабеля, который будет работать на глубине 5-8 километров включительно. Базовая схема устройства глубоководного оптического кабеля представлена на рисунке 1.
Глубоководный кабель должен иметь ряд базовых характеристик: долговечность, водонепроницаемость, должен выдерживать огромное давление водных масс над собой, обладать достаточной прочностью для укладки и эксплуатации. Материалы кабеля должны быть подобраны таким образом, чтобы при механических изменениях (растяжении кабеля в ходе эксплуатации/укладки, например) не изменялись его рабочие характеристики.
Рисунок 1. Глубоководный оптический кабель
Рабочая часть рассматриваемого нами кабеля ничем особенным не отличается от обычной оптики. Суть заключается в защите этой самой рабочей части и максимальном увеличении срока его эксплуатации. На схематическом рисунке 1 это наглядно видно. Рассмотрим назначение всех элементов конструкции.
Полиэтилен — внешний традиционный изоляционный слой кабеля. Данный материал является отличным выбором для прямого контакта с водой, так как обладает следующими свойствами: устойчив к воздействию воды; не реагирует с щелочами любой концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими и неорганическими кислотами, даже с концентрированной серной кислотой.
Мировой океан содержит в себе, фактически, все элементы таблицы Менделеева, а вода является универсальным растворителем. Использование такого распространенного в химической промышленности материала как полиэтилен является логичным и оправданным, так как в первую очередь необходимо исключить реакцию кабеля и воды, тем самым избежать его разрушения под воздействием окружающей среды. Полиэтилен использовался в качестве изолирующего материала в ходе прокладки первых межконтинентальных линий телефонной связи в середине XX века. Однако в силу своей пористой структуры полиэтилен не может обеспечить полной гидроизоляции кабеля, поэтому мы переходим к следующему слою.
Майларовая пленка — синтетический материал на основе полиэтилентерефталата. Имеет следующие свойства: без запаха и вкуса; прозрачный, химически неактивный, с высокими барьерными свойствами (в том числе и ко многим агрессивным средам); устойчивый к разрыву (в 10 раз прочнее полиэтилена), износу, удару. Майлар (или в СССР Лавсан) широко используется в промышленности, упаковке, текстиле, космической промышленности. Из него даже шьют палатки. Однако использование данного материала ограничено многослойными пленками из-за усадки при термосваривании.
После слоя майларовой пленки следует армирование кабеля различной мощности, в зависимости от заявленных характеристик изделия и его целевого назначения. В основном используется мощная стальная оплетка для придания кабелю достаточной жесткости и прочности, а также для противодействия агрессивным механическим воздействиям из вне. Бытует мнение, что ЭМИ, исходящее от кабелей, может приманивать акул, которые перегрызают кабель. Определенную опасность представляют и рыболовецкие суда, которые могут зацепить кабель своими снастями, так как на больших глубинах он просто укладывается на дно, без копания траншеи. Для защиты от подобных воздействий кабель и армируется стальной оплеткой. Используемая в армировании стальная проволока предварительно оцинковывается. Усиление кабеля может происходить в несколько слоев. Основной задачей производителя в ходе этой операции является равномерность усилия в ходе намотки стальной проволоки. При двойном армировании намотка происходит в разных направлениях. При несоблюдении баланса в ходе данной операции кабель может самопроизвольно скручиваться в спираль, образуя петли.
В результате этих мероприятий масса погонного километра может достигать нескольких тонн. «Почему не легкий и прочный алюминий?» — спросят многие. Вся проблема в том, что на воздухе алюминий имеет стойкую пленку окисла, но при соприкосновении с морской водой данный металл может вступать в интенсивную химическую реакцию с вытеснением ионов водорода, которые оказывают губительное влияние на ту часть кабеля, ради которой все затевалось — оптоволокно. Поэтому используют сталь.
Алюминиевый водный барьер (или слой алюмополиэтилена) используется как очередной слой гидроизоляции и экранирования кабеля. Алюмополиэтилен представляет собой комбинацию из фольги алюминиевой и полиэтиленовой пленки, соединенных между собой клеевым слоем. Проклейка может быть, как односторонней, так и двухсторонней. В масштабах всей конструкции алюмополиэтилен выглядит почти незаметным. Толщина пленки может варьироваться от производителя к производителю, но, к примеру, у одного из производителей на территории РФ толщина конечного продукта составляет 0.15-0.2мм при односторонней проклейке.
Слой поликарбоната также используется для усиления конструкции. Легкий, прочный и стойкий к давлению и ударам, материал широко используется в повседневных изделиях, например, в велосипедных и мотоциклетных шлемах, также применяется в качестве материала при изготовлении линз, компакт-дисков и светотехнических изделий, листовой вариант используется в строительстве как светопропускающий материал. Обладает высоким коэффициентом теплового расширения. Применение ему было найдено и в производстве кабелей.
Медная или алюминиевая трубка входит в состав сердечника кабеля и служит для его экранирования. Непосредственно в эту конструкцию укладываются другие медные трубки с оптоволокном внутри. В зависимости от конструкции кабеля, трубок может быть несколько, и они могут быть переплетены между собой различным образом.
Рисунок 2. Кабель в разрезе
Рисунок 3. Примеры организации сердечника кабеля
Оптоволокно укладывается в медные трубки, которые заполнены гидрофобным тиксотропным гелем, а металлические элементы конструкции используются для организации дистанционного электропитания промежуточных регенераторов — устройств, осуществляющих восстановление формы оптического импульса, который, распространяясь по волокну, претерпевает искажения.
Производство кабеля
Особенностью производства оптических глубоководных кабелей является его расположение — вблизи портов, как можно ближе к берегу моря. Одной из основных причин подобного размещения является то, что погонный километр кабеля может достигать массы в несколько тонн и для сокращения необходимого количества сращиваний в процессе укладки производитель стремится сделать кабель максимально длинным.
Обычной длинной такого кабеля считается 4 км, масса которого может достигать до 15 тонн. Как можно понять из вышесказанного, транспортировка такой бухты глубоководного оптического кабеля не самая простая логистическая задача для сухопутного транспорта. Деревянные барабаны, предназначенные для намотки кабеля, не выдерживают такой массы и для транспортировки оптического кабеля на суше, к примеру, приходится выкладывать всю строительную длину «восьмеркой» на спаренных железнодорожных платформах, чтобы не повредить оптоволокно внутри конструкции.
Укладка кабеля
Казалось бы, такой мощный с виду продукт можно грузить на корабли и сбрасывать в морскую пучину. Реальность же немного иная. Прокладка маршрута кабеля — это длительный и трудоёмкий процесс. Маршрут должен быть экономически выгодным и безопасным, так как использование различных способов защиты кабеля приводит к увеличению стоимости проекта и увеличивает срок его окупаемости.
В случае прокладки кабеля между разными странами, необходимо получить разрешение на использование прибрежных вод той или иной страны, а также разрешения и лицензии на проведение кабелеукладочных работ. Далее проводится геологическая разведка, оценка сейсмической активности в регионе, вулканизма, вероятность подводных оползней и других природных катаклизмов в регионе, где будут проводиться работы и, в последующем, лежать кабель. Также важную роль играют прогнозы метеорологов, чтобы сроки работ не были сорваны.
Во время геологической разведки маршрута учитывается широкий спектр параметров: глубина, топология дна, плотность грунта, наличие посторонних объектов, типа валунов или затонувших кораблей. Также оценивается возможное отклонение от первоначального маршрута, т.е. возможное удлинение кабеля и увеличение стоимости и продолжительности работ. Только после проведения всех необходимых подготовительных работ кабель можно загружать на корабли и начинать укладку. Процесс укладки кабеля представлен в анимации.
Рисунок 4. Процесс укладки кабеля
Прокладка оптоволоконного кабеля по морскому/океаническому дну проходит непрерывно из точки А в точку Б. Кабель укладывается в бухты на корабли и транспортируется к месту спуска на дно. Обратите внимание на размер бухты. (Рис.5)
Рисунок 5. Укладка кабеля в бухты на корабле
После выхода корабля в море остается исключительно техническая сторона процесса. Команда укладчиков при помощи специальных машин разматывает кабель с определенной скоростью и, сохраняя необходимое натяжение кабеля за счет движения корабля, продвигается по заранее проложенному маршруту. При каких-либо проблемах, обрывах или повреждениях на кабеле предусмотрены специальные якоря, которые позволяют поднять его к поверхности и отремонтировать проблемный участок линии. Благодаря всему этому мы можем с комфортом и на высокой скорости смотреть в интернете трансляции со всего мира.