Πώς λειτουργούν τα υπερωκεάνια υποβρύχια καλώδια επικοινωνίας

Ολόκληρος ο πλανήτης μας είναι σφιχτά τυλιγμένος σε ενσύρματα και ασύρματα δίκτυα για διάφορους σκοπούς. Ένα πολύ μεγάλο ποσοστό ολόκληρου αυτού του δικτύου πληροφοριών αποτελείται από καλώδια δεδομένων. Και σήμερα τοποθετούνται όχι μόνο από τον αέρα ή υπόγεια, αλλά ακόμη και κάτω από το νερό. Η έννοια του υποβρυχίου καλωδίου δεν είναι νέα.

Η αρχή της υλοποίησης της πρώτης τέτοιας φιλόδοξης ιδέας χρονολογείται στις 5 Αυγούστου 1858, όταν οι χώρες δύο ηπείρων, οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Μεγάλη Βρετανία, συνδέθηκαν τελικά με ένα υπερατλαντικό τηλεγραφικό καλώδιο, το οποίο παρέμεινε σε καλή κατάσταση για ένα μήνα. , αλλά σύντομα άρχισε να καταρρέει και τελικά έσπασε λόγω διάβρωσης. Η επικοινωνία κατά μήκος της διαδρομής αποκαταστάθηκε αξιόπιστα μόνο το 1866.

Τέσσερα χρόνια αργότερα, ένα καλώδιο από το Ηνωμένο Βασίλειο μεταφέρθηκε στην Ινδία, συνδέοντας απευθείας τη Βομβάη και το Λονδίνο. Οι καλύτεροι βιομήχανοι και επιστήμονες εκείνης της εποχής συμμετείχαν στην ανάπτυξη των έργων: Wheatstone, Thomson, οι αδελφοί Siemens. Αν και αυτά τα γεγονότα έγιναν πριν από ενάμιση αιώνα, ακόμη και τότε οι άνθρωποι δημιουργούσαν γραμμές επικοινωνίας μήκους χιλιάδων χιλιομέτρων.

Το έργο της μηχανικής σκέψης σε αυτόν και σε άλλους τομείς αναπτύχθηκε επίσης το 1956.πραγματοποιείται και τηλεφωνική σύνδεση με την Αμερική. Η γραμμή μπορεί να ονομαστεί «φωνή από την άλλη πλευρά του ωκεανού», όπως το ομώνυμο βιβλίο του Άρθουρ Κλαρκ, που αφηγείται την ιστορία της κατασκευής αυτής της υπερωκεάνιας τηλεφωνικής γραμμής.

Σίγουρα πολλοί ενδιαφέρονται για το πώς είναι σχεδιασμένο το καλώδιο, σχεδιασμένο να λειτουργεί σε βάθος έως και 8 χιλιομέτρων κάτω από το νερό. Προφανώς, αυτό το καλώδιο πρέπει να είναι ανθεκτικό και απολύτως αδιάβροχο, αρκετά ισχυρό ώστε να αντέχει την τεράστια πίεση του νερού, να μην καταστραφεί τόσο κατά την εγκατάσταση όσο και κατά τη μελλοντική χρήση για πολλά χρόνια.

Κατά συνέπεια, το καλώδιο πρέπει να είναι κατασκευασμένο από ειδικά υλικά που θα επιτρέπουν τη διατήρηση αποδεκτών λειτουργικών χαρακτηριστικών της γραμμής επικοινωνίας ακόμη και υπό μηχανικά φορτία εφελκυσμού και όχι μόνο κατά την εγκατάσταση.

Σκεφτείτε, για παράδειγμα, το καλώδιο οπτικών ινών Ειρηνικού μήκους 9.000 χιλιομέτρων της Google που συνέδεσε το Όρεγκον και την Ιαπωνία το 2015 για να παρέχει δυνατότητα μεταφοράς δεδομένων 60 TB/s. Το κόστος του έργου ήταν 300 εκατομμύρια δολάρια.

Το τμήμα εκπομπής του οπτικού καλωδίου δεν είναι ασυνήθιστο σε τίποτα. Το κύριο χαρακτηριστικό είναι η προστασία του καλωδίου βαθέων υδάτων για την προστασία του οπτικού πυρήνα που μεταδίδει πληροφορίες κατά την προβλεπόμενη χρήση του σε τόσο μεγάλο βάθος, αυξάνοντας παράλληλα τη διάρκεια ζωής της γραμμής επικοινωνίας. Ας δούμε όλα τα εξαρτήματα του καλωδίου με τη σειρά.

Το εξωτερικό στρώμα της μόνωσης του καλωδίου είναι παραδοσιακά κατασκευασμένο από πολυαιθυλένιο. Η επιλογή αυτού του υλικού ως εξωτερικής επίστρωσης δεν είναι τυχαία.Το πολυαιθυλένιο είναι ανθεκτικό στην υγρασία, δεν αντιδρά με αλκάλια και διαλύματα αλάτων που υπάρχουν στο νερό των ωκεανών και το πολυαιθυλένιο δεν αντιδρά ούτε με οργανικά ούτε με ανόργανα οξέα, συμπεριλαμβανομένου ακόμη και του πυκνού θειικού οξέος.

Και παρόλο που τα νερά του παγκόσμιου ωκεανού περιέχουν όλα τα χημικά στοιχεία του περιοδικού πίνακα, το πολυαιθυλένιο είναι η πιο δικαιολογημένη και λογική επιλογή εδώ, επειδή αποκλείονται αντιδράσεις με νερό οποιασδήποτε σύνθεσης, πράγμα που σημαίνει ότι το καλώδιο δεν θα υποφέρει από το περιβάλλον.

Το πολυαιθυλένιο χρησιμοποιήθηκε ως μόνωση και στις πρώτες διηπειρωτικές τηλεφωνικές γραμμές που κατασκευάστηκαν στα μέσα του 20ου αιώνα. Επειδή όμως μόνο το πολυαιθυλένιο, λόγω του φυσικού πορώδους του, δεν μπορεί να προστατεύσει πλήρως το καλώδιο, χρησιμοποιούνται επίσης πρόσθετα προστατευτικά στρώματα.

Κάτω από το πολυαιθυλένιο υπάρχει ένα φιλμ mylar, το οποίο είναι ένα συνθετικό υλικό με βάση το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο. Το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο είναι χημικά αδρανές, ανθεκτικό σε πολύ επιθετικά περιβάλλοντα, η αντοχή του είναι δέκα φορές υψηλότερη από το πολυαιθυλένιο, ανθεκτικό στην κρούση και τη φθορά. Η Mylar έχει βρει ευρεία εφαρμογή στη βιομηχανία, συμπεριλαμβανομένου του χώρου, για να μην αναφέρουμε πολυάριθμες εφαρμογές σε συσκευασίες, υφάσματα κ.λπ.

Κάτω από το φιλμ mylar υπάρχει ένας οπλισμός, οι παράμετροι του οποίου εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά και τον σκοπό ενός συγκεκριμένου καλωδίου. Συνήθως πρόκειται για μια συμπαγή ατσάλινη πλεξούδα που δίνει στο καλώδιο αντοχή και αντοχή σε εξωτερικά μηχανικά φορτία. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από το καλώδιο μπορεί να προσελκύσει καρχαρίες, οι οποίοι μπορούν να δαγκώσουν το καλώδιο, και απλά να πιαστούν από τα εργαλεία αλιείας μπορεί να γίνει απειλή εάν δεν υπάρχουν εξαρτήματα.

Η παρουσία ενίσχυσης από γαλβανισμένο χάλυβα σας επιτρέπει να αφήσετε με ασφάλεια το καλώδιο στο κάτω μέρος χωρίς να χρειάζεται να το τοποθετήσετε σε τάφρο. Το καλώδιο ενισχύεται σε πολλά στρώματα από ένα ομοιόμορφο πηνίο σύρματος, με κάθε στρώμα να έχει κατεύθυνση περιέλιξης διαφορετική από την προηγούμενη. Ως αποτέλεσμα, η μάζα ενός χιλιομέτρου ενός τέτοιου καλωδίου φτάνει αρκετούς τόνους. Αλλά το αλουμίνιο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί γιατί στο θαλασσινό νερό θα αντιδρούσε με το σχηματισμό υδρογόνου και αυτό θα ήταν επιζήμιο για τις οπτικές ίνες.

Αλλά το πολυαιθυλένιο αλουμινίου ακολουθεί τον οπλισμό χάλυβα, πηγαίνει ως ξεχωριστό στρώμα θωράκισης και στεγανοποίησης. Το αλουμινοπολυαιθυλένιο είναι ένα σύνθετο υλικό από φύλλο αλουμινίου και φύλλο πολυαιθυλενίου κολλημένα μεταξύ τους. Αυτό το στρώμα είναι σχεδόν αόρατο σε μεγάλο όγκο της δομής του καλωδίου, καθώς το πάχος του είναι μόνο περίπου 0,2 mm.

Επιπλέον, για περαιτέρω ενίσχυση του καλωδίου, υπάρχει ένα στρώμα από πολυανθρακικό. Είναι αρκετά δυνατό ενώ είναι ελαφρύ. Με το πολυανθρακικό, το καλώδιο γίνεται ακόμα πιο ανθεκτικό στην πίεση και την κρούση, δεν είναι τυχαίο ότι το πολυανθρακικό χρησιμοποιείται στην παραγωγή προστατευτικών κρανών. Μεταξύ άλλων, το πολυανθρακικό έχει υψηλό συντελεστή θερμικής διαστολής.

Κάτω από το στρώμα πολυανθρακικού είναι ένας σωλήνας χαλκού (ή αλουμινίου). Αποτελεί μέρος της δομής του πυρήνα του καλωδίου και λειτουργεί ως ασπίδα. Μέσα σε αυτόν τον σωλήνα βρίσκονται απευθείας χάλκινοι σωλήνες με κλειστές οπτικές ίνες.

Ο αριθμός και η διαμόρφωση των σωλήνων οπτικών ινών για διαφορετικά καλώδια μπορεί να διαφέρουν, εάν είναι απαραίτητο, οι σωλήνες είναι σωστά συμπλεγμένοι. Τα μεταλλικά μέρη της κατασκευής χρησιμεύουν εδώ για να τροφοδοτούν τους αναγεννητές, οι οποίοι αποκαθιστούν το σχήμα του οπτικού παλμού, το οποίο αναπόφευκτα παραμορφώνεται κατά τη μετάδοση.

Ένα υδρόφοβο θιξοτροπικό πήκτωμα τοποθετείται μεταξύ του τοιχώματος του σωλήνα και της οπτικής ίνας.

Η παραγωγή καλωδίων οπτικών ινών βαθέων υδάτων βρίσκεται συνήθως όσο το δυνατόν πιο κοντά στη θάλασσα, τις περισσότερες φορές κοντά στο λιμάνι, καθώς ένα τέτοιο καλώδιο ζυγίζει πολλούς τόνους, ενώ είναι καλύτερο να το συναρμολογήσετε από τα μεγαλύτερα δυνατά κομμάτια, τουλάχιστον 4 χιλιόμετρα το καθένα (το βάρος ενός τέτοιου κομματιού είναι 15 τόνοι !!!).

Η μεταφορά ενός τόσο βαριού καλωδίου σε μεγάλη απόσταση δεν είναι εύκολη υπόθεση. Για τη χερσαία μεταφορά, χρησιμοποιούνται διπλές πλατφόρμες σιδηροτροχιών, έτσι ώστε ολόκληρο το κομμάτι να μπορεί να τυλιχτεί χωρίς να καταστραφούν οι ίνες στο εσωτερικό.

Τέλος, το καλώδιο δεν μπορεί απλά να πεταχτεί από το πλοίο—στο νερό. Όλα πρέπει να είναι οικονομικά και ασφαλή. Πρώτα παίρνουν άδεια χρήσης παράκτιων υδάτων από διάφορες χώρες, μετά άδεια εργασίας κ.λπ.

Στη συνέχεια πραγματοποιούν γεωλογικές έρευνες, αξιολογούν τη σεισμική και ηφαιστειακή δραστηριότητα στην περιοχή τοποθέτησης, εξετάζουν τις προβλέψεις των μετεωρολόγων, υπολογίζουν την πιθανότητα υποθαλάσσιων κατολισθήσεων και άλλες εκπλήξεις στην περιοχή όπου θα βρίσκεται το καλώδιο.

Λαμβάνουν υπόψη το βάθος, την πυκνότητα του πυθμένα, τη φύση του εδάφους, την παρουσία ηφαιστείων, βυθισμένων πλοίων και άλλων ξένων αντικειμένων που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την εργασία ή να απαιτήσουν την επέκταση του καλωδίου. Μόνο μετά από προσεκτικά βαθμονομημένες λεπτομέρειες μέχρι την παραμικρή λεπτομέρεια, αρχίζουν να φορτώνουν το καλώδιο στα πλοία και να το τοποθετούν.

Το καλώδιο τοποθετείται συνεχώς. Μεταφέρεται μέσω ενός κόλπου σε ένα πλοίο στον τόπο αναπαραγωγής, όπου βυθίζεται στον βυθό. Τα μηχανήματα ξετυλίγουν το καλώδιο με τη σωστή ταχύτητα ενώ διατηρούν την ένταση καθώς το σκάφος ακολουθεί τη διαδρομή.Εάν το καλώδιο σπάσει κατά την εγκατάσταση, μπορεί να ανυψωθεί και να επισκευαστεί αμέσως.