150 évvel ezelőtt, 1858. augusztus 16-án James Buchanan, az Egyesült Államok elnöke gratuláló táviratot kapott Viktória királynőtől, és cserébe üzenetet küldött neki. Az újonnan lefektetett transzatlanti távírókábelen az első hivatalos üzenetváltást felvonulás és tűzijáték jellemezte a New York-i Városháza felett. Az ünnepséget beárnyékolta az emiatt történt tűzvész, és 6 hét után a kábel meghibásodott. Igaz, előtte sem dolgozott túl jól – a királynő üzenete 16,5 órán belül megérkezett.
Az ötlettől a projektig
Az első távíró- és Atlanti-óceáni javaslat egy olyan közvetítési rendszer volt, amelyben a hajók által kézbesített üzeneteket Új-Fundlandból Észak-Amerika többi részébe táviratozták. A probléma egy távíróvonal megépítése volt a sziget nehéz terepen.
A projektért felelős mérnök segítségkérése vonzotta az amerikaitüzletember és pénzember Cyrus Field. Munkája során több mint 30 alkalommal kelt át az óceánon. Field kudarcai ellenére lelkesedése sikerre vezetett.
Az üzletembernek azonnal eszébe jutott egy transzatlanti átutalás. Ellentétben a földi rendszerekkel, amelyekben az impulzusokat relék regenerálták, az óceánon túli vonalnak egyetlen kábellel kellett boldogulnia. Field biztosítékot kapott Samuel Morse-tól és Michael Faradaytól, hogy a jel nagy távolságokra továbbítható.
William Thompson adta ehhez az elméleti alapot az inverz négyzettörvény 1855-ös közzétételével. Az induktív terhelés nélküli kábelen áthaladó impulzus felfutási idejét egy L hosszúságú vezető RC időállandója határozza meg, amely egyenlő rcL2, ahol r és c az ellenállás és az egységnyi hosszra jutó kapacitás, ill. Thomson a tengeralattjáró kábeltechnológiához is hozzájárult. Javította a tükrös galvanométert, melyben a tükör áram okozta legkisebb eltéréseit képernyőre vetítéssel erősítették fel. Később feltalált egy eszközt, amely tintával regisztrálja a jeleket a papíron.
A tengeralattjáró kábelek technológiáját továbbfejlesztették, miután a guttapercha 1843-ban megjelent Angliában. Ez a Maláj-félszigeten őshonos fáról származó gyanta ideális szigetelő volt, mert hőre lágyuló volt, hevítéskor meglágyult, majd lehűtve visszaállt szilárd formába, így könnyebb volt a vezetők szigetelése. Az óceán fenekén uralkodó nyomás és hőmérséklet körülményei között szigetelő tulajdonságaijavított. A guttapercha maradt a tenger alatti kábelek fő szigetelőanyaga egészen a polietilén 1933-as felfedezéséig.
Field Projects
Cyrus Field 2 projektet vezetett, amelyek közül az első kudarcot vallott, a második pedig sikerrel zárult. A kábelek mindkét esetben egyetlen 7 eres huzalból álltak, amelyet guttapercha vett körül, és acélhuzallal páncélozták. A kátrányos kender korrózióvédelmet nyújtott. Az 1858-as kábel tengeri mérföldje 907 kg-ot nyomott. Az 1866-os transzatlanti kábel nehezebb volt, 1622 kg/mérföld, de mivel nagyobb volt a térfogata, kisebb volt a súlya a vízben. A szakítószilárdság 3t és 7,5t volt.
Minden kábelnek egy vízvisszavezető vezetéke volt. Bár a tengervíznek kisebb az ellenállása, kóbor áramlatoknak van kitéve. Az áramellátást vegyi áramforrások biztosították. Például az 1858-as projekt 70, egyenként 1,1 V-os elemet tartalmazott. Ezek a feszültségszintek a nem megfelelő és gondatlan tárolással együtt a mélytengeri transzatlanti kábel meghibásodását okozták. A tükrös galvanométer használata lehetővé tette, hogy a következő vezetékekben alacsonyabb feszültségeket alkalmazzanak. Mivel az ellenállás tengeri mérföldenként hozzávetőlegesen 3 ohm volt, 2000 mérföld távolságban egy milliamper nagyságrendű áramot lehetett szállítani, amely elegendő egy tükörgalvanométerhez. Az 1860-as években bevezették a bipoláris távíró kódot. A Morse-kód pontjait és vonásait ellentétes polaritású impulzusok váltották fel. Idővel fejlődöttbonyolultabb sémák.
Expedíciók 1857-58 és 65-66
350 000 GBP gyűlt össze részvények kibocsátásával az első transzatlanti kábel lefektetésére. Az amerikai és a brit kormány garantálta a befektetés megtérülését. Az első kísérlet 1857-ben történt. A kábel szállításához 2 gőzhajóra volt szükség, az Agamemnonra és a Niagara. A villanyszerelők olyan módszert hagytak jóvá, amelyben az egyik hajó egy parti állomásról fektette le a vezetéket, majd a másik végét egy másik hajó kábeléhez csatlakoztatta. Előnye, hogy folyamatos elektromos kapcsolatot tartott fenn a parttal. Az első kísérlet kudarccal végződött, amikor a kábelfektető berendezés meghibásodott 200 mérföldnyire a parttól. 3,7 km-es mélységben veszett el.
1857-ben a Niagara főmérnöke, William Everett új kábelfektető berendezést fejlesztett ki. Figyelemre méltó fejlődést jelent az automatikus fék, amely akkor aktiválódott, amikor a feszültség elért egy bizonyos küszöböt.
Egy heves vihar után, amely majdnem elsüllyesztette az Agamemnont, a hajók találkoztak az óceán közepén, és 1858. június 25-én újra megkezdték a transzatlanti kábel lefektetését. A Niagara nyugatra, az Agamemnón pedig keletre haladt. 2 kísérlet történt, a kábel sérülése megszakította. A hajók visszatértek Írországba, hogy helyettesítsék őt.
Július 17-én a flotta ismét elindult, hogy találkozzanak egymással. Kisebb fennakadások után a műtét sikeres volt. Állandó, 5-6 csomós sebességgel sétálva augusztus 4-én belépett a Niagaraa Trinity-öbölben Újfundlandi. Ugyanezen a napon az Agamemnon megérkezett az írországi Valentia-öbölbe. Viktória királynő küldte a fent leírt első üdvözlő üzenetet.
Az 1865-ös expedíció 600 mérföldre Új-Fundlandtól kudarcot vallott, és csak az 1866-os kísérlet volt sikeres. Az új vonalon az első üzenetet Vancouverből Londonba küldték 1866. július 31-én, ráadásul egy 1865-ben elveszett kábel végét is megtalálták, és a vonalat is sikeresen befejezték. Az átviteli sebesség percenként 6-8 szó volt, szónként 10 USD áron.
Telefonos kommunikáció
1919-ben az amerikai AT&T cég tanulmányt kezdeményezett egy transzatlanti telefonkábel lefektetésének lehetőségéről. 1921-ben mélyvízi telefonvonalat fektettek le Key West és Havanna között.
1928-ban azt javasolták, hogy átjátszók nélküli kábelt vezessenek át egyetlen hangcsatornával az Atlanti-óceánon. A projekt magas költsége (15 millió dollár) a nagy gazdasági világválság csúcsán, valamint a rádiótechnika fejlesztése megszakította a projektet.
Az 1930-as évek elejére az elektronikai fejlesztések lehetővé tették egy tengeralattjáró kábelrendszer létrehozását átjátszókkal. A köztes összeköttetésű erősítők tervezésével szemben támasztott követelmények példátlanok voltak, hiszen a készülékeknek 20 évig kellett megszakítás nélkül működniük az óceán fenekén. Szigorú követelményeket támasztottak az alkatrészek, különösen a vákuumcsövek megbízhatóságára vonatkozóan. 1932-ben már voltak olyan elektromos lámpák, amelyeket sikeresen teszteltek18 évig. A használt rádióelemek jelentősen gyengébbek voltak, mint a legjobb minták, de nagyon megbízhatóak voltak. Ennek eredményeként a TAT-1 22 évig működött, és egyetlen lámpa sem hibásodott meg.
Egy másik probléma az erősítők nyílt tengeri elhelyezése volt, akár 4 km-es mélységben. Amikor a hajót leállítják az átjátszó alaphelyzetbe állítása érdekében, csavarodások jelenhetnek meg a spirális páncélzatú kábelen. Ennek eredményeként egy flexibilis erősítőt alkalmaztak, amely alkalmas volt a távírókábelre tervezett berendezésekre. A rugalmas átjátszó fizikai korlátai azonban a kapacitását egy 4 vezetékes rendszerre korlátozták.
UK Post kifejlesztett egy alternatív megközelítést sokkal nagyobb átmérőjű és kapacitású kemény ismétlőkkel.
TAT-1 megvalósítása
A projektet a második világháború után indították újra. 1950-ben a rugalmas erősítő technológiát egy Key Westet és Havannát összekötő rendszer tesztelte. 1955 és 1956 nyarán lefektették az első transzatlanti telefonkábelt a skóciai Oban és a szigeten található Clarenville között. Új-Fundland, jóval északra a meglévő távíróvonalaktól. Mindegyik kábel körülbelül 1950 tengeri mérföld hosszú volt, és 51 átjátszóval rendelkezett. Számukat az a maximális feszültség határozta meg a kapcsokon, amelyek tápellátásra használhatók anélkül, hogy befolyásolnák a nagyfeszültségű alkatrészek megbízhatóságát. Az egyik végén +2000 V, a másikon -2000 V volt a feszültség. A rendszer sávszélessége, bennea sort az ismétlők száma határozta meg.
Az átjátszókon kívül a kelet-nyugati vonalon 8, a nyugat-kelet vonalon pedig 6 db tenger alatti hangszínszabályzót telepítettek. Kijavították a frekvenciasáv felhalmozódott eltolódásait. Bár a teljes veszteség a 144 kHz-es sávszélességben 2100 dB volt, a hangszínszabályzók és átjátszók használata ezt 1 dB alá csökkentette.
Kezdő lépések TAT-1
Az 1956. szeptember 25-i indulást követő első 24 órában 588 hívás érkezett Londonból és az Egyesült Államokból, valamint 119 hívás Londonból Kanadába. A TAT-1 azonnal megháromszorozta a transzatlanti hálózat kapacitását. A kábel sávszélessége 20-164 kHz volt, ami 36 hangcsatornát tett lehetővé (egyenként 4 kHz), ebből 6 London és Montreal, 29 pedig London és New York között volt megosztva. Az egyik csatornát a távírónak és a szolgálatnak szánták.
A rendszer egy szárazföldi összeköttetést is tartalmazott Új-Fundlandon és egy tengeralattjáró kapcsolatot Új-Skóciával. A két vonal egyetlen 271 tengeri mérföldes kábelből állt, 14 UK Post által tervezett merev átjátszóval. A teljes kapacitás 60 hangcsatorna volt, amelyek közül 24 kötötte össze Új-Fundlandot és Új-Skóciát.
További fejlesztések a TAT-1-hez
A TAT-1 vonal 42 millió dollárba került. A csatornánkénti 1 millió dolláros ár a sávszélességet hatékonyabban használó végberendezések fejlesztését ösztönözte. A hangcsatornák száma a szabványos 48 kHz-es frekvenciatartományban 12-ről 16-ra nőttszélességük 4-3 kHz. Egy másik újítás a Bell Labs-nál kifejlesztett temporális beszédinterpoláció (TASI). A TASI megduplázta a hangáramkörök számát a beszédszüneteknek köszönhetően.
Optikai rendszerek
Az első transzóceáni optikai kábelt, a TAT-8-at 1988-ban helyezték üzembe. Az impulzusokat ismétli az optikai jelek elektromos jelekké alakításával és fordítva. Két működő szálpár 280 Mbps sebességgel dolgozott. 1989-ben ennek a transzatlanti internetkábelnek köszönhetően az IBM beleegyezett egy T1 szintű összeköttetés finanszírozására a Cornwalli Egyetem és a CERN között, ami jelentősen javította a kapcsolatot a korai internet amerikai és európai részei között.
1993-ra több mint 125 000 km TAT-8-as volt világszerte. Ez a szám majdnem megfelelt az analóg tengeralattjáró kábelek teljes hosszának. 1992-ben a TAT-9 szolgálatba állt. A szálonkénti sebesség 580 Mbps-ra nőtt.
Technológiai áttörés
Az 1990-es évek végén az erbiummal adalékolt optikai erősítők fejlesztése óriási ugrást eredményezett a tenger alatti kábelrendszerek minőségében. A körülbelül 1,55 mikron hullámhosszú fényjelek közvetlenül erősíthetők, és az áteresztőképességet már nem korlátozza az elektronika sebessége. Az első optikailag továbbfejlesztett rendszer, amely átrepült az Atlanti-óceánon, a TAT 12/13 volt 1996-ban. Az átviteli sebesség mind a két szálpáron 5 Gbps volt.
A modern optikai rendszerek ilyen nagy mennyiségek átvitelét teszik lehetővéadatok szerint a redundancia kritikus. A modern száloptikai kábelek, mint például a TAT-14, általában 2 különálló transzatlanti kábelből állnak, amelyek egy gyűrűs topológia részét képezik. A másik két vonal a part menti állomásokat köti össze az Atlanti-óceán mindkét oldalán. Az adatokat mindkét irányban a gyűrű körül küldik. Törés esetén a gyűrű magától megjavul. A forgalmat a szervizkábelek tartalék szálpárjaira terelik.
