трансокеанічних підводні кабелі зв'язку

    І знову привіт, Хабр.
 
Вчора мною був опубліковано матеріал щодо прокладки компанією Google власного оптоволоконного кабелю зв'язку по дну Тихого океану, який зв'яже дата-центри компанії в штаті Орегон, США, з Японією. Здавалося б, це величезний проект вартістю $ 300 млн. і довгою в 10 000 км. Однак, якщо копнути трохи глибше стане ясно, що даний проект є видатним тільки тому, що це буде робити один медійний гігант для особистого використання. Вся планета вже щільно обплутана кабелями зв'язку і під водою їх набагато більше, ніж здається на перший погляд. Зацікавившись цією темою я підготував загальноосвітній матеріал для цікавих.
 
 
 
 

Витоки міжконтинентальної зв'язку.

Практика прокладання кабелю через океан бере початок ще з XIX століття. Як повідомляє вікіпедія , перші спроби поєднати два континенту провідним зв'язком були зроблені ще в 1847 році. Успішно зв'язати Великобританію і США трансатлантичним телеграфним кабелем вдалося тільки до 5 серпня 1858, проте вже у вересні зв'язок було втрачено. Передбачається, що причиною стали порушення гідроізоляції кабелю і подальша його корозія і обрив. Стабільна зв'язок між Старим і Новим світом була встановлена ​​тільки в 1866 році. У 1870 році був прокладений кабель до Індії, що дозволило зв'язати безпосередньо Лондон і Бомбей. У ці проекти були залучені одні з кращих умів і промисловців того часу: Вільям Томсон (майбутній великий лорд Кельвін), Чарльз Уитстон, брати Сіменси. Як видно, майже 150 років тому люди активно займалися створенням за протяжністю в тисячі кілометрів ліній зв'язку. І на цьому прогрес, ясна річ, не зупинився. Однак, телефонний зв'язок з Америкою була встановлена ​​тільки в 1956 році, а роботи тривали майже 10 років. Детально про укладання першого трансатлантичного телеграфного і телефонного кабелю можна прочитати в книзі Артура Кларка «Голос через океан» .
 
 

Пристрій кабелю

Безсумнівний інтерес представляє безпосереднє пристрій кабелю, який буде працювати на глибині в 5-8 кілометрів включно.
Варто розуміти, що глибоководний кабель повинен мати наступний ряд базових характеристик:
 
 
     
  • Довговічність
  •  
  • Бути водонепроникним (внезапно!)
  •  
  • Витримувати величезний тиск водних мас над собою
  •  
  • Володіти достатньою міцністю для укладання та експлуатації
  •  
  • Матеріали кабелю повинні бути підібрані так, щоб при механічних змінах (розтягуванні кабелю в ході експлуатації / укладання, наприклад) не змінювалися його робочі характеристики
  •  
 
 Робоча частина розглянутого нами кабелю, за великим нагоди, ні чим особливим від звичайної оптики не відрізняється. Вся суть глибоководних кабелів укладена в захисті цієї самої робочої частини і максимального збільшення терміну його експлуатації, що видно з схематичного малюнка справа. Давайте по порядку розберемо призначення всіх елементів конструкції.
 
 Поліетилен — зовнішній традиційний ізоляційний шар кабелю. Даний матеріал є відмінним вибором для прямого контакту з водою, так як має такі властивості:
 Стійкий до дії води, не реагує з лугами будь-якої концентрації, з розчинами нейтральних, кислих і основних солей, органічними і неорганічними кислотами, навіть з концентрованою сірчаною кислотою.
 
Світовий океан містить в собі, фактично, всі елементи таблиці Менделєєва, а вода є універсальним розчинником. Використання такого поширеного в хім. промисловості матеріалу як поліетилен є логічним і виправданим, оскільки в першу чергу інженерам було необхідно виключити реакцію кабелю і води, тим самим уникнути його руйнування під впливом навколишнього середовища. Поліетилен використовувався як ізолюючого матеріалу в ході прокладки перших міжконтинентальних ліній телефонного зв'язку в середині XX століття.
Однак, в силу своєї пористої структури поліетилен не може забезпечити повної гідроізоляції кабелю, тому ми переходимо до наступного шару.
 
 майларовим плівка — синтетичний матеріал на основі поліетилентерефталату . Має такі властивості:
 Не має запаху, смаку. Прозорий, хімічно неактивний, з високими бар'єрними властивостями (у тому числі і до багатьох агресивних середовищ), стійкий до розриву (в 10 разів міцніше поліетилену), зносу, удару. Майлар (або в СРСР Лавсан) широко використовується в промисловості, упаковці, текстилі, космічної промисловості. З нього навіть шиють намети. Однак, використання даного матеріалу обмежено багатошаровими плівками через усадки при Термозварювання.
 
 Після шару майларовой плівки можна зустріти армування кабелю різної потужності, залежно від заявлених характеристик виробу і його цільового призначення. В основному використовується потужна сталева оплетка для додання кабелю достатньої жорсткості і міцності, а так само для протидії агресивним механічних впливів із зовні. За деякими даними, блукаючим в мережі, ЕМІ виходить від кабелів може приманювати акул, які перегризають кабелі. Так само на великих глибинах кабель просто укладається на дно, без копання траншеї і його можуть зачепити риболовецькі судна своїми снастями. Для захисту від подібних впливів кабель і армується сталевий опліткою. Використовувана в армуванні сталевий дріт попередньо оцинковується. Посилення кабелю може відбуватися в кілька шарів. Основним завданням виробника в ході цієї операції є рівномірність зусилля в ході намотування сталевого дроту. При подвійному армуванні намотування відбувається в різних напрямках. При не дотриманні балансу в ході даної операції кабель може мимоволі скручуватися в спіраль, утворюючи петлі.
 
У результаті цих заходів маса погонного кілометра може досягати декількох тонн. «Чому не легкий і міцний алюміній?» — Запитають багато. Вся проблема в тому, що на повітрі алюміній має стійку плівку оксиду, але при зіткненні з морською водою даний метал може вступати в інтенсивну хімічну реакцію з витісненням іонів водню, які надають згубний вплив на ту частину кабелю, заради якої все затівалося — оптоволокно. Тому використовують сталь.
 
 Алюмінієвий водний бар'єр , або шар алюмополіетілена використовується як черговий шар гідроізоляції та екранування кабелю. Алюмополіетілен являє собою комбінацію з фольги алюмінієвої та поліетиленової плівки, з'єднаних між собою клейовим шаром. Проклейка може бути як односторонній, так і двосторонній. У масштабах всієї конструкції алюмополіетілен виглядає майже непомітним. Товщина плівки може варіюватися від виробника до виробника, але, приміром, у одного з виробників на території РФ товщина кінцевого продукту становить 0.15-0.2 мм при односторонній проклейке.
 
 Шар полікарбонату знову використовується для посилення конструкції. Легкий, міцний і стійкий до тиску і ударам, матеріал широко використовується в повсякденних виробах, наприклад, у велосипедних та мотоциклетних шоломах, також застосовується в якості матеріалу при виготовленні лінз, компакт-дисків і світлотехнічних виробів, листовий варіант використовується в будівництві як светопропускающий матеріал. Володіє високим коефіцієнтом теплового розширення . Застосування йому було знайдено і у виробництві кабелів.
 
 Мідна, або алюмінієва трубка входить до складу сердечника кабелю і служить для його екранування. Безпосередньо в цю конструкцію укладаються інші мідні трубки з оптоволокном всередині. Залежно від конструкції кабелю, трубок може бути декілька і вони можуть бути переплетені між собою різним чином. Нижче чотири приклади організації сердечника кабелю:
 
 
 
Укладання оптоволокна в мідні трубки які заповнені гідрофобним тиксотропним гелем, а металеві елементи конструкції використовуються для організації дистанційного електроживлення проміжних регенераторів — пристроїв, що здійснюють відновлення форми оптичного імпульсу, який, поширюючись по волокну, зазнає спотворення.
 
У розрізі виходить щось схоже на це:
 
 
 
 

Виробництво кабелю

Особливістю виробництва оптичних глибоководних кабелів є те, що найчастіше воно розташовується поблизу портів, якомога ближче до берега моря. Однією з основних причин подібного розміщення є те, що погонний кілометр кабелю може досягати маси в кілька тонн, а для скорочення запланованого зрощування в процесі укладання виробник прагнути зробити кабель якомога довшим. Звичайною нині довгою для такого кабелю вважається 4 км, що може вилитися в, приблизно, 15 тонн маси. Як можна зрозуміти з вищевказаного, транспортування такої бухти глибоководного ОК не найпростіша логістична завдання для сухопутного транспорту. Звичайні для намотування кабелів дерев'яні барабани не витримують описаної раніше маси і для транспортування ОК на суші, наприклад, доводиться викладати всю будівельну довжину «вісімкою» на спарених залізничних платформах, щоб не пошкодити оптоволокно всередині конструкції.
  
 

Укладання кабелю

Здавалося б, маючи такий потужний на вигляд продукт можна вантажити його на кораблі і скидати в морську безодню. Реальність же трохи інша. Прокладка маршруту кабелю — це тривалий і трудомісткий процес. Маршрут повинен бути, само собою, економічно вигідним і безпечним, оскільки використання різних способів захисту кабелю призводить до збільшення вартості проекту і збільшує термін його окупності. У разі прокладки кабелю між різними країнами, необхідно отримати дозвіл на використання прибережних вод тієї чи іншої країни, необхідно отримати всі необхідні дозволи та ліцензії на проведення Кабелевкладальні робіт. Після проводиться геологічна розвідка, оцінка сейсмічної активності в регіоні, вулканізму, ймовірність підводних зсувів та інших природних катаклізмів у регіоні, де будуть проводиться роботи і, в подальшому, лежати кабель. Так само важливу роль відіграють прогнози метеорологів, щоб терміни робіт не були зірвані. Під час геологічної розвідки маршруту враховується широкий спектр параметрів: глибина, топологія дна, щільність грунту, наявність сторонніх об'єктів, типу валунів, або затонулих кораблів. Так само оцінюється можливе відхилення від первісного маршруту, тобто можливе подовження кабелю і збільшення вартості і тривалості робіт. Тільки після проведення всіх необхідних підготовчих робіт кабель можна завантажувати на кораблі і починати укладання.
 
 
 
Власне, з гифки процес укладання стає гранично ясним.
 
Прокладка оптоволоконного кабелю з морського / океанічному дну проходить безперервно з точки А в точку Б. Кабель укладається в бухти на кораблі і транспортується до місця спуску на дно. Виглядають ці бухти, наприклад, так:
 
 
Якщо Вам здається, що вона замала, то зверніть увагу на це фото:
 
 
Після виходу корабля в море залишається виключно технічна сторона процесу. Команда укладальників за допомогою спеціальних машин розмотує кабель з певною швидкістю і, зберігаючи необхідне натягнення кабелю за рахунок руху корабля просувається по заздалегідь прокладеному маршруту.
 
Виглядає з боку це так:
 
 
 
При будь-яких проблемах, обривах, або пошкодженнях на кабелі передбачені спеціальні якоря, які дозволяють підняти його до поверхні і відремонтувати проблемну ділянку лінії.
 
І, у результаті, завдяки всьому цьому ми можемо з комфортом і на високій швидкості дивитися в інтернеті фото і відео з котиками з усього світу.
 
У коментарях до статті про проект Google користувач Lux_In_Tenebris надав список цікавою з цієї теми літератури , може бути, комусь знадобиться.
 
Так само користувач YoMan надав посилання на відео про корабель-кабелеукладальнику «Tyco Resolute», спасибі.
 
  
 
Шановні читачі. Стаття є виключно загальноосвітньої. Якщо у вас є що сказати на дану тему, доповнити або виправити — буду тільки радий. Повідомляйте в ЛС, або коментарях.
    
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.