Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   Искать в Школе для электрика:
 
 

 

Статьи для электриков / Провода и кабели

 

Как устроены трансокеанические подводные кабели связи




Вся наша планета крепко окутана проводными и беспроводными сетями различного назначения. Очень большая доля всей этой информационной паутины приходится на кабели передачи данных. И проложены они сегодня не только по воздуху или под землей, но даже под водой. Концепция подводного кабеля не нова.

Старт реализации первой столь амбициозной идеи датируется 5 августа 1858 года, когда государства двух континентов, Соединенные Штаты и Великобритания, наконец то были соединены телеграфным трансатлантическим кабелем, который пробыл исправным целый месяц, но вскоре начал разрушаться, и в конце концов окончательно порвался из-за коррозии. Связь по маршруту надежно восстановили лишь в 1866 году.

Спустя четыре года кабель из Великобритании проложили в Индию, соединив напрямую Бомбей и Лондон. В разработке проектов участвовали лучшие промышленники и ученые того времени: Уитстон, Томсон, братья Сименсы. Хотя данные события происходили полтора века назад, уже тогда люди создавали линии связи протяженностью в тысячи километров.

Работа инженерной мысли в этом и других направлениях развивалось, и в 1956 году с Америкой установили еще и телефонную связь. Линию можно было бы назвать «голосом через океан», подобно одноименной книге Артура Кларка, рассказывающей историю возведении этой трансокеанской телефонной линии.

Как устроены трансокеанические подводные кабели связи

Наверняка многим интересно, как же устроен кабель, предназначенный для работы на глубине до 8 километров под водой. Очевидно, этот кабель должен быть долговечным и абсолютно водонепроницаемым, быть достаточно прочным, способным выдержать огромное давление воды, не повредиться как в процессе укладки, так и при предстоящей эксплуатации на протяжении многих лет.

Соответственно, кабель обязан быть изготовленным из особых материалов, которые бы позволили сохранить приемлемые рабочие характеристики линии связи даже в условиях механических нагрузок растяжения, причем не только во время монтажа.

Рассмотрим для примера тихоокеанский оптоволоконный кабель от Google, протяженностью 9000 километров, соединивший в 2015 году штат Орегон и Японию для обеспечения возможности передачи данных на скорости 60 Тб/сек. Стоимость проекта составила 300 миллионов долларов.

Передающая часть оптического кабеля не отличается ничем необычным. Основная особенность заключается в защите глубоководного кабеля, с тем чтобы уберечь передающую информацию оптическую жилу во время ее эксплуатации по назначению на столь большой глубине, при этом максимально продлить срок безотказной службы линии связи. Рассмотрим последовательно все составные части кабеля.

Полиэтилен

Внешний слой изоляции кабеля изготовлен традиционно из полиэтилена. Выбор данного материала в качестве наружного покрытия не случаен. Полиэтилен стоек к действию влаги, он не взаимодействует с щелочами и растворами солей, присутствующими в океанской воде, также полиэтилен не вступает в реакции ни с органическими, ни с неорганическими кислотами, включая даже концентрированную серную кислоту.

И хотя в водах мирового океана содержатся все химические элементы периодической таблицы, именно полиэтилен является здесь самым оправданным и логичным выбором, ведь реакции с водой любого состава исключены, а значит кабель от окружающей среды не пострадает.

Применялся полиэтилен в виде изоляции и в первых телефонных линиях связи между континентами, возводимых в середине 20 века. Но поскольку в одиночку полиэтилен из-за своей естественной пористости не способен полностью защитить кабель, применяют и дополнительные предохраняющие слои.

Майлар

Под полиэтиленом расположена майларовая пленка, представляющая собой синтетический материал, в основе которого полиэтилентерефталат. Полиэтилентерефталат химически инертен, стоек ко многим агрессивным средам, его прочность десятикратно превосходит полиэтилен, он устойчив к ударам и износу. Майлар нашел широкое внедрение в промышленности, в том числе в космической, не говоря уже о многочисленных применениях в упаковке, текстиле и т. д.

Стальная проволока

Под майларовой пленкой располагается арматура, параметры которой зависят от характеристик и назначения конкретного кабеля. Обычно это - жесткая стальная оплетка, придающая кабелю прочности и стойкости ко внешним механическим воздействиям. Электромагнитное излучение кабеля способно привлечь акул, могущих перегрызть кабель, да и просто зацеп рыбацкими снастями может стать угрозой если арматуры не будет.

Наличие армирования оцинкованной сталью позволяет безопасно оставить кабель на дне, без надобности укладки в траншею. Армируется кабель в несколько слоев, равномерной намоткой проволоки, причем каждый слой имеет отличное от предыдущего направление намотки. Масса одного километра такого кабеля достигает в результате нескольких тонн. Но алюминий использовать нельзя, так как в морской воде он бы вступил в реакцию с образованием водорода, а это бы стало губительным для оптоволокна.

Алюмополиэтилен

Но алюмополиэтилен следует за стальной арматурой, он идет как отдельный слой экранирования и гидроизоляции. Алюмополиэтилен — это комбинированный материал из склеенных вместе алюминиевой фольги и полиэтиленовой пленки. Данный слой почти незаметен в крупном объеме конструкции кабеля, ведь его толщина составляет всего порядка 0,2 мм.

Поликарбонат

Далее, для еще большего усиления кабеля, идет слой поликарбоната. Он достаточно прочен, при этом легок. С поликарбонатом кабель становится еще более стойким к давлению и ударам, не зря поликарбонат используют в изготовлении защитных шлемов. Кроме прочего поликарбонат отличается большим коэффициентом теплового расширения.

Медный экран

Под слоем поликарбоната расположена медная (либо алюминиевая) трубка. Она входит в конструкцию сердечника кабеля и выполняет функцию экрана. Внутри этой трубки находятся непосредственно медные трубки с заключенным в них оптоволокном.

Количество и конфигурация трубок с оптоволокном у разных кабелей могут быть различными, трубки бывают при необходимости надлежащим образом переплетены между собой. Металлические части конструкции служат здесь для питания регенераторов, восстанавливающих форму оптического импульса, неизбежно искажаемую при передаче.

Количество и конфигурация трубок с оптоволокном

Между стенкой трубки и оптоволокном находится гидрофобный тиксотропный гель.

Гидрофобный гель

Производство глубоководных оптических кабелей располагают обычно как можно ближе к морю, чаще всего возле порта, ведь весит такой кабель много тонн, при этом лучше собирать его из как можно более длинных кусков, хотя бы по 4 километра (вес такого куска - 15 тонн!!!).

Перевозить на большое расстояние столь тяжелый кабель — непростая задача. Для транспортировки по суше используют парные железнодорожные платформы, чтобы можно было свернуть весь кусок целиком, не повредив оптоволокно внутри него.

Оптоволокно

Наконец, кабель нельзя просто сбрасывать с корабля - в воду. Все должно быть экономически выгодно и безопасно. Сначала получают разрешение на использование прибрежных вод от разных стран, затем лицензии на работы и т. д.

После - делают геологическую разведку, оценивают сейсмическую и вулканическую активность в регионе прокладки, смотрят прогнозы метеорологов, рассчитывают вероятность подводных оползней и прочих неожиданностей в регионе, где будет лежать кабель.

Учитывают глубину, плотность дна, характер грунта, наличие вулканов, затонувших кораблей и других посторонних объектов, могущих помешать работам или потребовать удлинения кабеля. Только после тщательно выверенных деталей до мелочей, приступают к загрузке кабеля на корабли и к укладке.

Монтаж кабеля

Кабель укладывают непрерывно. Его транспортируют бухтой на корабле к месту укладки, где и спускают на дно. Машины с правильной скоростью разматывают кабель, сохраняя натяжение, пока судно следует по маршруту прокладки. Если кабель оборвется во время монтажа, его можно поднять на судно и тут же отремонтировать.