Πριν από 150 χρόνια, στις 16 Αυγούστου 1858, ο Πρόεδρος των Ηνωμένων Πολιτειών Τζέιμς Μπιούκαναν έλαβε ένα συγχαρητήριο τηλεγράφημα από τη βασίλισσα Βικτώρια και της έστειλε ένα μήνυμα ως αντάλλαγμα. Η πρώτη επίσημη ανταλλαγή μηνυμάτων μέσω του πρόσφατα τοποθετημένου υπερατλαντικού τηλεγραφικού καλωδίου χαρακτηρίστηκε από παρέλαση και επίδειξη πυροτεχνημάτων πάνω από το Δημαρχείο της Νέας Υόρκης. Οι γιορτές επισκιάστηκαν από μια φωτιά που συνέβη για αυτόν τον λόγο και μετά από 6 εβδομάδες το καλώδιο απέτυχε. Είναι αλήθεια ότι ακόμη και πριν από αυτό δεν δούλευε πολύ καλά - το μήνυμα της βασίλισσας μεταδόθηκε μέσα σε 16,5 ώρες.
Από την ιδέα στο έργο
Η πρώτη πρόταση τηλεγράφου και Ατλαντικού Ωκεανού ήταν ένα σχέδιο αναμετάδοσης στο οποίο τα μηνύματα που παραδίδονταν από πλοία έπρεπε να τηλεγραφούν από τη Νέα Γη στην υπόλοιπη Βόρεια Αμερική. Το πρόβλημα ήταν η κατασκευή μιας τηλεγραφικής γραμμής κατά μήκος του δύσκολου εδάφους του νησιού.
Το αίτημα για βοήθεια από τον υπεύθυνο μηχανικό του έργου προσέλκυσε τον Αμερικανόεπιχειρηματίας και χρηματοδότης Cyrus Field. Κατά τη διάρκεια της δουλειάς του, διέσχισε τον ωκεανό περισσότερες από 30 φορές. Παρά τις αποτυχίες που αντιμετώπισε ο Field, ο ενθουσιασμός του οδήγησε στην επιτυχία.
Ο επιχειρηματίας πήδηξε αμέσως στην ιδέα ενός διατλαντικού τραπεζικού εμβάσματος. Σε αντίθεση με τα επίγεια συστήματα, στα οποία οι παλμοί αναγεννούνταν από ρελέ, η υπερωκεάνια γραμμή έπρεπε να περάσει με ένα μόνο καλώδιο. Ο Field έλαβε διαβεβαιώσεις από τους Samuel Morse και Michael Faraday ότι το σήμα θα μπορούσε να μεταδοθεί σε μεγάλες αποστάσεις.
Ο Γουίλιαμ Τόμσον παρείχε τη θεωρητική βάση για αυτό δημοσιεύοντας τον νόμο του αντίστροφου τετραγώνου το 1855. Ο χρόνος ανόδου ενός παλμού που διέρχεται από ένα καλώδιο χωρίς επαγωγικό φορτίο προσδιορίζεται από τη σταθερά χρόνου RC ενός αγωγού μήκους L, ίσου με rcL2, όπου r και c είναι η αντίσταση και χωρητικότητα ανά μονάδα μήκους, αντίστοιχα. Η Thomson συνέβαλε επίσης στην τεχνολογία υποβρυχίων καλωδίων. Βελτίωσε το γαλβανόμετρο καθρέφτη, στο οποίο οι παραμικρές αποκλίσεις του καθρέφτη που προκαλούνται από το ρεύμα ενισχύονταν με προβολή σε μια οθόνη. Αργότερα, εφηύρε μια συσκευή που καταγράφει σήματα με μελάνι σε χαρτί.
Η τεχνολογία των υποβρυχίων καλωδίων βελτιώθηκε μετά την εμφάνιση της γουταπέρκας το 1843 στην Αγγλία. Αυτή η ρητίνη από ένα δέντρο που προέρχεται από τη χερσόνησο της Μαλαισίας ήταν ένας ιδανικός μονωτήρας επειδή ήταν θερμοπλαστική, μαλάκωσε όταν θερμαινόταν και επέστρεφε σε στερεή μορφή όταν ψύχθηκε, καθιστώντας ευκολότερη τη μόνωση των αγωγών. Υπό τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας στον πυθμένα του ωκεανού, οι μονωτικές του ιδιότητεςβελτιωμένη. Η γουταπέρκα παρέμεινε το κύριο μονωτικό υλικό για τα υποβρύχια καλώδια μέχρι την ανακάλυψη του πολυαιθυλενίου το 1933.
Έργα πεδίου
Cyrus Field οδήγησε 2 έργα, το πρώτο από τα οποία απέτυχε και το δεύτερο τελείωσε με επιτυχία. Και στις δύο περιπτώσεις, τα καλώδια αποτελούνταν από ένα μόνο 7-πύρηνο σύρμα που περιβάλλεται από γουταπέρκα και θωρακίζεται με σύρμα από χάλυβα. Η πίσσα κάνναβης παρείχε αντιδιαβρωτική προστασία. Το ναυτικό μίλι του καλωδίου του 1858 ζύγιζε 907 κιλά. Το υπερατλαντικό καλώδιο του 1866 ήταν βαρύτερο, με 1.622 κιλά/μίλι, αλλά επειδή είχε περισσότερο όγκο, ζύγιζε λιγότερο στο νερό. Η αντοχή σε εφελκυσμό ήταν 3t και 7,5t αντίστοιχα.
Όλα τα καλώδια είχαν έναν αγωγό επιστροφής νερού. Αν και το θαλασσινό νερό έχει μικρότερη αντίσταση, υπόκειται σε αδέσποτα ρεύματα. Η τροφοδοσία τροφοδοτήθηκε από χημικές πηγές ρεύματος. Για παράδειγμα, το έργο του 1858 είχε 70 στοιχεία 1,1 V το καθένα. Αυτά τα επίπεδα τάσης, σε συνδυασμό με ακατάλληλη και απρόσεκτη αποθήκευση, προκάλεσαν τη βλάβη του υπερατλαντικού καλωδίου βαθέων υδάτων. Η χρήση κατοπτρικού γαλβανόμετρου κατέστησε δυνατή τη χρήση χαμηλότερων τάσεων στις επόμενες γραμμές. Δεδομένου ότι η αντίσταση ήταν περίπου 3 ohms ανά ναυτικό μίλι, σε απόσταση 2000 μιλίων, μπορούσαν να μεταφερθούν ρεύματα της τάξης του milliamp, αρκετά για ένα γαλβανόμετρο καθρέφτη. Στη δεκαετία του 1860 εισήχθη ένας διπολικός τηλεγραφικός κώδικας. Οι τελείες και οι πινελιές του κώδικα Μορς έχουν αντικατασταθεί με παλμούς αντίθετης πολικότητας. Με την πάροδο του χρόνου, αναπτύχθηκεπιο περίπλοκα σχήματα.
Αποστολές 1857-58 και 65-66
350.000 £ συγκεντρώθηκαν μέσω της έκδοσης μετοχών για να τοποθετηθεί το πρώτο υπερατλαντικό καλώδιο. Η αμερικανική και η βρετανική κυβέρνηση εγγυήθηκαν την απόδοση της επένδυσης. Η πρώτη προσπάθεια έγινε το 1857. Χρειάστηκαν 2 ατμόπλοια, ο Αγαμέμνων και ο Νιαγάρας, για να μεταφέρουν το καλώδιο. Οι ηλεκτρολόγοι ενέκριναν μια μέθοδο κατά την οποία ένα πλοίο έστρωσε τη γραμμή από έναν παράκτιο σταθμό και στη συνέχεια συνέδεσε το άλλο άκρο με ένα καλώδιο ενός άλλου πλοίου. Το πλεονέκτημα ήταν ότι διατηρούσε συνεχή ηλεκτρική σύνδεση με την ακτή. Η πρώτη προσπάθεια κατέληξε σε αποτυχία όταν ο εξοπλισμός τοποθέτησης καλωδίων απέτυχε 200 μίλια από τη θάλασσα. Χάθηκε σε βάθος 3,7 χλμ.
Το 1857, ο επικεφαλής μηχανικός του Niagara, William Everett, ανέπτυξε νέο εξοπλισμό τοποθέτησης καλωδίων. Μια αξιοσημείωτη βελτίωση ήταν ένα αυτόματο φρένο που ενεργοποιήθηκε όταν η τάση έφτασε σε ένα συγκεκριμένο όριο.
Μετά από μια βίαιη καταιγίδα που παραλίγο να βυθίσει τον Αγαμέμνονα, τα πλοία συναντήθηκαν στη μέση του ωκεανού και στις 25 Ιουνίου 1858 άρχισαν να τοποθετούν ξανά το υπερατλαντικό καλώδιο. Ο Νιαγάρας κινούνταν δυτικά και ο Αγαμέμνονας ανατολικά. Έγιναν 2 προσπάθειες, που διακόπηκαν λόγω βλάβης στο καλώδιο. Τα πλοία επέστρεψαν στην Ιρλανδία για να τον αντικαταστήσουν.
17 Ιουλίου, ο στόλος ξεκίνησε και πάλι για να συναντηθούν. Μετά από μικρό λόξυγκα, η επέμβαση στέφθηκε με επιτυχία. Περπατώντας με σταθερή ταχύτητα 5–6 κόμβων, στις 4 Αυγούστου μπήκε ο Νιαγάραςστο Trinity Bay Νέα Γη. Την ίδια μέρα, ο Αγαμέμνονας έφτασε στον κόλπο Valentia στην Ιρλανδία. Η βασίλισσα Βικτώρια έστειλε το πρώτο χαιρετιστήριο μήνυμα που περιγράφεται παραπάνω.
Η αποστολή του 1865 απέτυχε 600 μίλια από τη Νέα Γη, και μόνο η προσπάθεια του 1866 ήταν επιτυχής. Το πρώτο μήνυμα στη νέα γραμμή στάλθηκε από το Βανκούβερ στο Λονδίνο στις 31 Ιουλίου 1866. Επιπλέον, βρέθηκε το άκρο ενός καλωδίου που χάθηκε το 1865 και η γραμμή ολοκληρώθηκε επίσης με επιτυχία. Ο ρυθμός μεταφοράς ήταν 6-8 λέξεις ανά λεπτό με κόστος 10 $/λέξη.
Τηλεφωνική επικοινωνία
Το 1919, η αμερικανική εταιρεία AT&T ξεκίνησε μια μελέτη για τη δυνατότητα τοποθέτησης ενός υπερατλαντικού τηλεφωνικού καλωδίου. Το 1921, δημιουργήθηκε μια τηλεφωνική γραμμή βαθέων υδάτων μεταξύ του Κι Γουέστ και της Αβάνας.
Το 1928 προτάθηκε να τοποθετηθεί ένα καλώδιο χωρίς επαναλήπτες με ένα μόνο κανάλι φωνής στον Ατλαντικό Ωκεανό. Το υψηλό κόστος του έργου (15 εκατομμύρια δολάρια) στο απόγειο της Μεγάλης Ύφεσης, καθώς και οι βελτιώσεις στη ραδιοτεχνολογία, διέκοψαν το έργο.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1930, οι εξελίξεις στην ηλεκτρονική κατέστησαν δυνατή τη δημιουργία ενός υποθαλάσσιου καλωδιακού συστήματος με επαναλήπτες. Οι απαιτήσεις για το σχεδιασμό ενισχυτών ενδιάμεσης ζεύξης ήταν άνευ προηγουμένου, αφού οι συσκευές έπρεπε να λειτουργούν αδιάκοπα στον πυθμένα του ωκεανού για 20 χρόνια. Επιβλήθηκαν αυστηρές απαιτήσεις για την αξιοπιστία των εξαρτημάτων, ιδίως των σωλήνων κενού. Το 1932, υπήρχαν ήδη ηλεκτρικοί λαμπτήρες που δοκιμάστηκαν με επιτυχίαγια 18 χρόνια. Τα ραδιοστοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν ήταν σημαντικά κατώτερα από τα καλύτερα δείγματα, αλλά ήταν πολύ αξιόπιστα. Ως αποτέλεσμα, το TAT-1 λειτούργησε για 22 χρόνια και ούτε μία λάμπα δεν απέτυχε.
Ένα άλλο πρόβλημα ήταν η τοποθέτηση ενισχυτών στην ανοιχτή θάλασσα σε βάθος έως και 4 km. Όταν το πλοίο σταματά για να μηδενιστεί ο επαναλήπτης, μπορεί να εμφανιστούν τσακίσεις στο καλώδιο με ελικοειδή θωράκιση. Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιήθηκε ένας εύκαμπτος ενισχυτής, ο οποίος μπορούσε να χωρέσει εξοπλισμό σχεδιασμένο για τηλεγραφικό καλώδιο. Ωστόσο, οι φυσικοί περιορισμοί του εύκαμπτου επαναλήπτη περιόρισαν τη χωρητικότητά του σε ένα σύστημα 4 καλωδίων.
Η UK Post έχει αναπτύξει μια εναλλακτική προσέγγιση με σκληρούς επαναλήπτες πολύ μεγαλύτερης διαμέτρου και χωρητικότητας.
Εφαρμογή του TAT-1
Το έργο ξεκίνησε ξανά μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο. Το 1950, η τεχνολογία ευέλικτου ενισχυτή δοκιμάστηκε από ένα σύστημα που συνδέει το Key West και την Αβάνα. Το καλοκαίρι του 1955 και του 1956 τοποθετήθηκε το πρώτο υπερατλαντικό τηλεφωνικό καλώδιο μεταξύ Oban στη Σκωτία και Clarenville στο νησί. Newfoundland, πολύ βόρεια των υφιστάμενων τηλεγραφικών γραμμών. Κάθε καλώδιο είχε μήκος περίπου 1950 ναυτικά μίλια και είχε 51 επαναλήπτες. Ο αριθμός τους προσδιορίστηκε από τη μέγιστη τάση στους ακροδέκτες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τροφοδοσία χωρίς να επηρεάζεται η αξιοπιστία των εξαρτημάτων υψηλής τάσης. Η τάση ήταν +2000 V στο ένα άκρο και -2000 V στο άλλο. Το εύρος ζώνης του συστήματος, σε αυτόΗ ουρά προσδιορίστηκε από τον αριθμό των επαναλήπτων.
Εκτός από τους επαναλήπτες, εγκαταστάθηκαν 8 υποθαλάσσιοι ισοσταθμιστές στη γραμμή ανατολής-δύσης και 6 στη γραμμή δύσης-ανατολής. Διόρθωσαν τις συσσωρευμένες μετατοπίσεις στη ζώνη συχνοτήτων. Αν και η συνολική απώλεια στο εύρος ζώνης των 144 kHz ήταν 2100 dB, η χρήση ισοσταθμιστών και επαναλήπτων μείωσε αυτή την τιμή σε λιγότερο από 1 dB.
Ξεκινώντας TAT-1
Τις πρώτες 24 ώρες μετά την κυκλοφορία στις 25 Σεπτεμβρίου 1956, πραγματοποιήθηκαν 588 κλήσεις από Λονδίνο και ΗΠΑ και 119 από Λονδίνο προς Καναδά. Το TAT-1 τριπλασίασε αμέσως τη χωρητικότητα του υπερατλαντικού δικτύου. Το εύρος ζώνης του καλωδίου ήταν 20-164 kHz, το οποίο επέτρεπε 36 κανάλια φωνής (4 kHz το καθένα), 6 από τα οποία κατανεμήθηκαν μεταξύ Λονδίνου και Μόντρεαλ και 29 μεταξύ Λονδίνου και Νέας Υόρκης. Ένα κανάλι προοριζόταν για τον τηλέγραφο και την υπηρεσία.
Το σύστημα περιλάμβανε επίσης μια χερσαία σύνδεση μέσω της Νέας Γης και μια υποβρύχια σύνδεση με τη Νέα Σκωτία. Οι δύο γραμμές αποτελούνταν από ένα μόνο καλώδιο 271 ναυτικών μιλίων με 14 άκαμπτους επαναλήπτες σχεδιασμένους UK Post. Η συνολική χωρητικότητα ήταν 60 κανάλια φωνής, 24 από τα οποία συνέδεαν τη Νέα Γη και τη Νέα Σκωτία.
Περαιτέρω βελτιώσεις στο TAT-1
Η γραμμή TAT-1 κόστισε 42 εκατομμύρια δολάρια. Η τιμή του 1 εκατομμυρίου δολαρίων ανά κανάλι τόνωσε την ανάπτυξη τερματικού εξοπλισμού που θα χρησιμοποιούσε το εύρος ζώνης πιο αποτελεσματικά. Ο αριθμός των καναλιών φωνής στο τυπικό εύρος συχνοτήτων 48 kHz έχει αυξηθεί από 12 σε 16 μειώνονταςτο πλάτος τους από 4 έως 3 kHz. Μια άλλη καινοτομία ήταν η χρονική παρεμβολή ομιλίας (TASI) που αναπτύχθηκε στα εργαστήρια Bell. Η TASI διπλασίασε τον αριθμό των κυκλωμάτων φωνής χάρη στις παύσεις ομιλίας.
Οπτικά συστήματα
Το πρώτο υπερωκεάνιο οπτικό καλώδιο TAT-8 τέθηκε σε λειτουργία το 1988. Οι επαναλήπτες αναγέννησαν παλμούς μετατρέποντας τα οπτικά σήματα σε ηλεκτρικά και αντίστροφα. Δύο εργασιακά ζεύγη ινών δούλευαν με ταχύτητα 280 Mbps. Το 1989, χάρη σε αυτό το υπερατλαντικό καλώδιο Διαδικτύου, η IBM συμφώνησε να χρηματοδοτήσει μια σύνδεση επιπέδου T1 μεταξύ του Πανεπιστημίου της Κορνουάλης και του CERN, η οποία βελτίωσε σημαντικά τη σύνδεση μεταξύ του αμερικανικού και ευρωπαϊκού τμήματος του πρώιμου Διαδικτύου.
Μέχρι το 1993, περισσότερα από 125.000 km TAT-8 ήταν σε λειτουργία παγκοσμίως. Αυτός ο αριθμός σχεδόν αντιστοιχούσε στο συνολικό μήκος των αναλογικών υποβρυχίων καλωδίων. Το 1992, το TAT-9 μπήκε στην υπηρεσία. Η ταχύτητα ανά ίνα έχει αυξηθεί στα 580 Mbps.
Τεχνολογική ανακάλυψη
Στα τέλη της δεκαετίας του 1990, η ανάπτυξη οπτικών ενισχυτών με πρόσμειξη ερβίου οδήγησε σε ένα κβαντικό άλμα στην ποιότητα των υποθαλάσσιων καλωδιακών συστημάτων. Τα φωτεινά σήματα με μήκος κύματος περίπου 1,55 microns μπορούν να ενισχυθούν άμεσα και η απόδοση δεν περιορίζεται πλέον από την ταχύτητα των ηλεκτρονικών. Το πρώτο οπτικά ενισχυμένο σύστημα που πέταξε πέρα από τον Ατλαντικό Ωκεανό ήταν το TAT 12/13 το 1996. Ο ρυθμός μετάδοσης σε καθένα από τα δύο ζεύγη ινών ήταν 5 Gbps.
Τα σύγχρονα οπτικά συστήματα επιτρέπουν τη μετάδοση τόσο μεγάλων όγκωνδεδομένα ότι η απόλυση είναι κρίσιμη. Συνήθως, τα σύγχρονα καλώδια οπτικών ινών όπως το TAT-14 αποτελούνται από 2 ξεχωριστά υπερατλαντικά καλώδια που αποτελούν μέρος μιας τοπολογίας δακτυλίου. Οι άλλες δύο γραμμές συνδέουν ακτοπλοϊκούς σταθμούς σε κάθε πλευρά του Ατλαντικού Ωκεανού. Τα δεδομένα αποστέλλονται γύρω από τον δακτύλιο και προς τις δύο κατευθύνσεις. Σε περίπτωση σπασίματος, ο δακτύλιος θα αυτοεπισκευαστεί. Η κυκλοφορία εκτρέπεται σε εφεδρικά ζεύγη οπτικών ινών στα καλώδια σέρβις.
