Облако Тэгов

Трансокеанические подводные кабели связи

Наша планета плотно опутана кабелями связи и под водой их намного больше, чем кажется на первый взгляд.

BZ karta mini

Истоки межконтинентальной связи

 

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 вызываетустройство кабеля, который будет работать на глубине 5-8 километров включительно.

BZ cabel miniГлубоководный 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 так, чтобы при механических изменениях (растяжении кабеля в ходе эксплуатации/укладки, например) не изменялись его рабочие характеристики.

 

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 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 можно встретить 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 так же 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 не соблюдении 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. 

BZ 4 crezaBZ cabel razrez mini

             Примеры организации сердечника кабеля                               Кабель в разрезе

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. 

gif

Процесс укладки кабеля представлен в анимации

 

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.

BZ byxta miniBZ byxta 1 mini

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.

BZ korabl mini

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.

 

По материалам: http://habrahabr.ru