150 سال پیش، در 16 آگوست 1858، رئیس جمهور ایالات متحده، جیمز بوکانن، تلگراف تبریکی از ملکه ویکتوریا دریافت کرد و در ازای آن پیامی برای او فرستاد. اولین تبادل رسمی پیام ها از طریق کابل تلگراف ماوراء اقیانوس اطلس با رژه و نمایش آتش بازی بر فراز تالار شهر نیویورک مشخص شد. این جشن تحت الشعاع آتش سوزی به همین دلیل بود و پس از 6 هفته کابل از کار افتاد. درست است، حتی قبل از آن او خیلی خوب کار نمی کرد - پیام ملکه ظرف 16.5 ساعت منتقل شد.
از ایده تا پروژه
اولین پیشنهاد تلگراف و اقیانوس اطلس یک طرح رله ای بود که در آن پیام های ارسال شده توسط کشتی ها از نیوفاندلند به بقیه آمریکای شمالی تلگراف می شد. مشکل ساخت یک خط تلگراف در امتداد زمین سخت جزیره بود.
درخواست کمک از مهندس مسئول پروژه آمریکایی را به خود جلب کردکوروش فیلد تاجر و سرمایه دار. او در طول کار خود بیش از 30 بار از اقیانوس عبور کرد. علیرغم مشکلاتی که فیلد با آن مواجه شد، اشتیاق او به موفقیت منجر شد.
تاجر بلافاصله به فکر انتقال سیمی فراآتلانتیک افتاد. برخلاف سیستم‌های زمینی که در آن پالس‌ها توسط رله‌ها بازسازی می‌شدند، خط ماوراء اقیانوسی باید با یک کابل واحد عبور می‌کرد. فیلد از ساموئل مورس و مایکل فارادی تضمین هایی دریافت کرد که سیگنال می تواند در فواصل طولانی منتقل شود.
ویلیام تامپسون با انتشار قانون مربع معکوس در سال 1855 مبنای نظری این امر را فراهم کرد. زمان افزایش یک پالس که از کابل بدون بار القایی عبور می کند با ثابت زمانی RC یک هادی به طول L، برابر با rcL2 تعیین می شود، جایی که r و c مقاومت هستند. و ظرفیت در واحد طول به ترتیب. تامسون همچنین به فناوری کابل زیردریایی کمک کرد. او گالوانومتر آینه ای را بهبود بخشید که در آن کوچکترین انحرافات آینه ناشی از جریان با پرتاب کردن روی صفحه تقویت می شد. بعدها، او دستگاهی اختراع کرد که سیگنال ها را با جوهر روی کاغذ ثبت می کند.
تکنولوژی کابل زیردریایی پس از ظهور گوتاپرکا در سال 1843 در انگلستان بهبود یافت. این رزین از درخت بومی شبه جزیره مالایی یک عایق ایده آل بود زیرا ترموپلاستیک بود، هنگام گرم شدن نرم می شد و پس از سرد شدن به حالت جامد برمی گشت و عایق بندی هادی ها را آسان تر می کرد. تحت شرایط فشار و دما در کف اقیانوس، خواص عایق آنبهبود یافته. گوتاپرکا تا زمان کشف پلی اتیلن در سال 1933 ماده اصلی عایق برای کابل های زیردریایی باقی ماند.
پروژه های میدانی
کوروش فیلد ۲ پروژه را رهبری کرد که اولی شکست خورد و دومی با موفقیت به پایان رسید. در هر دو مورد، کابل ها از یک سیم 7 هسته ای تشکیل شده بود که توسط گوتاپرکا احاطه شده بود و با سیم فولادی زره پوش شده بود. کنف قیر شده محافظت در برابر خوردگی را فراهم می کند. مایل دریایی کابل 1858 907 کیلوگرم وزن داشت. کابل ترانس آتلانتیک 1866 سنگین‌تر بود و 1622 کیلوگرم بر مایل داشت، اما چون حجم بیشتری داشت، وزن کمتری در آب داشت. استحکام کششی به ترتیب 3 تن و 7.5 تن بود.
همه کابل ها یک هادی برگشت آب داشتند. آب دریا اگرچه مقاومت کمتری دارد، اما در معرض جریان های سرگردان است. برق توسط منابع جریان شیمیایی تامین می شد. به عنوان مثال، پروژه 1858 دارای 70 عنصر 1.1 ولتی بود. این سطوح ولتاژ، همراه با ذخیره سازی نامناسب و بی دقت، باعث از کار افتادن کابل ترانس آتلانتیک در اعماق دریا شد. استفاده از گالوانومتر آینه ای امکان استفاده از ولتاژهای کمتر در خطوط بعدی را فراهم کرد. از آنجایی که مقاومت تقریباً 3 اهم در هر مایل دریایی بود، در فاصله 2000 مایلی، جریان هایی در حد یک میلی آمپر، که برای یک گالوانومتر آینه ای کافی است، قابل حمل بود. در دهه 1860، یک کد تلگراف دو قطبی معرفی شد. نقاط و ضربات کد مورس با پالس هایی با قطب مخالف جایگزین شده اند. با گذشت زمان، توسعه یافته استطرح های پیچیده تر.
اکسپدیشن های 1857-58 و 65-66
350000 پوند از طریق انتشار سهام برای ایجاد اولین کابل فراآتلانتیک جمع آوری شد. دولت های آمریکا و بریتانیا بازگشت سرمایه را تضمین کردند. اولین تلاش در سال 1857 انجام شد. برای انتقال کابل به 2 کشتی بخار، آگاممنون و نیاگارا نیاز بود. برقکارها روشی را تأیید کردند که در آن یک کشتی خط را از ایستگاه ساحلی می کشید و سپس سر دیگر را به کابل کشتی دیگر متصل می کرد. مزیت آن این بود که یک اتصال الکتریکی مداوم با ساحل برقرار می کرد. اولین تلاش زمانی که تجهیزات کابل کشی در فاصله 200 مایلی دور از ساحل از کار افتاد، با شکست مواجه شد. در عمق 3.7 کیلومتری گم شد.
در سال 1857، مهندس ارشد نیاگارا، ویلیام اورت، تجهیزات جدیدی برای کابل گذاری ایجاد کرد. یک پیشرفت قابل توجه ترمز خودکار بود که با رسیدن تنش به یک آستانه خاص فعال می شد.
پس از طوفان شدیدی که نزدیک بود آگاممنون را غرق کند، کشتی ها در وسط اقیانوس به هم رسیدند و در ۲۵ ژوئن ۱۸۵۸ دوباره شروع به کشیدن کابل ماوراء اقیانوس اطلس کردند. نیاگارا به سمت غرب حرکت می کرد و آگاممنون به سمت شرق حرکت می کرد. 2 تلاش انجام شد که با آسیب به کابل قطع شد. کشتی ها برای جایگزینی او به ایرلند بازگشتند.
۱۷ ژوئیه، ناوگان دوباره برای دیدار با یکدیگر حرکت کردند. پس از سکسکه های جزئی، عمل با موفقیت انجام شد. با راه رفتن با سرعت ثابت 5-6 گره، در 4 آگوست، نیاگارا وارد شددر خلیج ترینیتی نیوفاندلند در همان روز، آگاممنون به خلیج والنتیا در ایرلند رسید. ملکه ویکتوریا اولین پیام تبریکی که در بالا توضیح داده شد فرستاد.
اکسپدیشن 1865 در 600 مایلی نیوفاندلند شکست خورد و تنها تلاش 1866 موفقیت آمیز بود. اولین پیام در خط جدید از ونکوور به لندن در 31 ژوئیه 1866 ارسال شد. علاوه بر این، انتهای یک کابل گم شده در سال 1865 پیدا شد و خط نیز با موفقیت تکمیل شد. نرخ انتقال 6-8 کلمه در دقیقه با هزینه 10 دلار برای هر کلمه بود.
ارتباط تلفنی
در سال 1919، شرکت آمریکایی AT&T مطالعه ای را در مورد امکان گذاشتن کابل تلفن بین اقیانوس اطلس آغاز کرد. در سال 1921، یک خط تلفن در آبهای عمیق بین کی وست و هاوانا ایجاد شد.
در سال 1928 پیشنهاد شد که کابلی بدون تکرارکننده با یک کانال صوتی در سراسر اقیانوس اطلس نصب شود. هزینه بالای پروژه (15 میلیون دلار) در اوج رکود بزرگ و همچنین پیشرفت در فناوری رادیو، پروژه را متوقف کرد.
در اوایل دهه 1930، پیشرفت در الکترونیک امکان ایجاد یک سیستم کابلی زیردریایی با تکرارکننده ها را فراهم کرد. الزامات برای طراحی تقویت کننده های پیوند میانی بی سابقه بود، زیرا دستگاه ها مجبور بودند به مدت 20 سال بدون وقفه در کف اقیانوس کار کنند. الزامات سختگیرانه ای بر قابلیت اطمینان قطعات، به ویژه لوله های خلاء اعمال شد. در سال 1932، قبلاً لامپ های الکتریکی وجود داشت که با موفقیت در آنها آزمایش شدندبه مدت 18 سال عناصر رادیویی مورد استفاده به طور قابل توجهی از بهترین نمونه ها پایین تر بودند، اما بسیار قابل اعتماد بودند. در نتیجه، TAT-1 به مدت 22 سال کار کرد و حتی یک لامپ هم از کار نیفتاد.
مشکل دیگر، قرار دادن تقویت کننده ها در دریای آزاد تا عمق 4 کیلومتری بود. هنگامی که کشتی برای تنظیم مجدد تکرار کننده متوقف می شود، پیچ خوردگی ها می توانند روی کابل با زره مارپیچ ظاهر شوند. در نتیجه، یک تقویت کننده انعطاف پذیر استفاده شد که می توانست تجهیزات طراحی شده برای کابل تلگراف را در خود جای دهد. با این حال، محدودیت های فیزیکی تکرار کننده انعطاف پذیر ظرفیت آن را به یک سیستم 4 سیم محدود می کند.
UK Post یک رویکرد جایگزین با تکرارکننده های سخت با قطر و ظرفیت بسیار بزرگتر ایجاد کرده است.
اجرای TAT-1
این پروژه پس از جنگ جهانی دوم دوباره شروع شد. در سال 1950، فناوری تقویت کننده انعطاف پذیر توسط سیستمی که کی وست و هاوانا را به هم مرتبط می کرد، آزمایش شد. در تابستان 1955 و 1956 اولین کابل تلفن بین اقیانوس اطلس بین Oban در اسکاتلند و Clarenville در جزیره گذاشته شد. نیوفاندلند، در شمال خطوط تلگراف موجود. هر کابل حدود 1950 مایل دریایی طول داشت و 51 تکرار کننده داشت. تعداد آنها با حداکثر ولتاژ در پایانه‌هایی که می‌توانستند برای برق بدون تأثیرگذاری بر قابلیت اطمینان اجزای ولتاژ بالا استفاده شوند، تعیین شد. ولتاژ در یک انتها 2000+ و در طرف دیگر 2000 ولت بود. پهنای باند سیستم، در آنصف با تعداد تکرار کننده ها تعیین شد.
علاوه بر ریپیترها، 8 عدد اکولایزر زیردریایی در خط شرق به غرب و 6 عدد در خط غرب به شرق نصب شد. آنها تغییرات انباشته شده در باند فرکانس را تصحیح کردند. اگرچه مجموع تلفات در پهنای باند 144 کیلوهرتز 2100 دسی بل بود، استفاده از اکولایزرها و تکرارکننده ها این میزان را به کمتر از 1 دسی بل کاهش داد.
شروع به کار TAT-1
در 24 ساعت اول پس از راه اندازی در 25 سپتامبر 1956، 588 تماس از لندن و ایالات متحده و 119 تماس از لندن به کانادا برقرار شد. TAT-1 بلافاصله ظرفیت شبکه فراآتلانتیک را سه برابر کرد. پهنای باند کابل 20-164 کیلوهرتز بود که امکان 36 کانال صوتی (هر کدام 4 کیلوهرتز) را فراهم می کرد که 6 کانال بین لندن و مونترال و 29 کانال بین لندن و نیویورک تقسیم می شد. یک کانال برای تلگراف و سرویس در نظر گرفته شده بود.
این سیستم همچنین شامل یک اتصال زمینی از طریق نیوفاندلند و یک اتصال زیردریایی به نوا اسکوشیا بود. این دو خط شامل یک کابل 271 مایل دریایی با 14 تکرار کننده سفت و سخت طراحی شده توسط پست بریتانیا بود. ظرفیت کل 60 کانال صوتی بود که 24 کانال نیوفاندلند و نوا اسکوشیا را به هم متصل می‌کردند.
بهبودهای بیشتر در TAT-1
خط TAT-1 42 میلیون دلار هزینه داشت. قیمت 1 میلیون دلار به ازای هر کانال، توسعه تجهیزات پایانه ای را تحریک کرد که از پهنای باند به طور موثرتری استفاده می کرد. تعداد کانال های صوتی در محدوده فرکانس استاندارد 48 کیلوهرتز با کاهش از 12 به 16 افزایش یافته است.عرض آنها از 4 تا 3 کیلوهرتز است. نوآوری دیگر درون یابی گفتار زمانی (TASI) بود که در آزمایشگاه بل توسعه یافت. TASI به لطف مکث گفتار تعداد مدارهای صوتی را دو برابر کرد.
سیستم های نوری
اولین کابل نوری فرااقیانوسی TAT-8 در سال 1988 مورد بهره برداری قرار گرفت. تکرارکننده ها با تبدیل سیگنال های نوری به سیگنال های الکتریکی و بالعکس، پالس ها را بازسازی کردند. دو جفت فیبر کاری با سرعت 280 مگابیت بر ثانیه کار می کردند. در سال 1989، به لطف این کابل اینترنت ترانس آتلانتیک، IBM موافقت کرد که یک پیوند سطح T1 بین دانشگاه کورنوال و سرن را تأمین مالی کند، که به طور قابل توجهی ارتباط بین بخش های آمریکایی و اروپایی اینترنت اولیه را بهبود بخشید.
تا سال 1993، بیش از 125000 کیلومتر TAT-8 در سراسر جهان در حال بهره برداری بود. این رقم تقریباً با طول کل کابل های زیردریایی آنالوگ مطابقت دارد. در سال 1992، TAT-9 وارد خدمت شد. سرعت هر فیبر به 580 مگابیت در ثانیه افزایش یافته است.
پیشرفت فناوری
در اواخر دهه 1990، توسعه تقویت کننده های نوری دوپ شده با اربیوم منجر به جهش کوانتومی در کیفیت سیستم های کابلی زیردریایی شد. سیگنال های نوری با طول موج حدود 1.55 میکرون را می توان به طور مستقیم تقویت کرد، و توان عملیاتی دیگر توسط سرعت الکترونیک محدود نمی شود. اولین سیستم ارتقا یافته نوری که در اقیانوس اطلس پرواز کرد TAT 12/13 در سال 1996 بود. سرعت انتقال در هر یک از دو جفت فیبر 5 گیگابیت بر ثانیه بود.
سیستم های نوری مدرن امکان انتقال چنین حجم زیادی را فراهم می کنندداده هایی که افزونگی حیاتی است. به طور معمول، کابل های فیبر نوری مدرن مانند TAT-14 از 2 کابل مجزای فراآتلانتیک تشکیل شده است که بخشی از توپولوژی حلقه هستند. دو خط دیگر ایستگاه های ساحلی را در هر طرف اقیانوس اطلس به هم متصل می کنند. داده ها در هر دو جهت به اطراف حلقه ارسال می شوند. در صورت شکست، حلقه خود به خود ترمیم می شود. ترافیک به جفت فیبر یدکی در کابل‌های سرویس منحرف شده است.
