Kuidas töötavad ookeaniülesed veealused sidekaablid
Kogu meie planeet on erinevatel eesmärkidel tihedalt mähitud juhtmega ja traadita võrkudesse. Väga suure osa kogu sellest infovõrgust moodustavad andmekaablid. Ja tänapäeval asetatakse need mitte ainult õhu või maa alla, vaid isegi vee alla. Merekaabli kontseptsioon pole uus.
Esimese nii ambitsioonika idee elluviimise algus ulatub 5. augustisse 1858, mil kahe kontinendi riigid USA ja Suurbritannia ühendati lõpuks Atlandi-ülese telegraafikaabliga, mis püsis heas korras kuu aega. , kuid hakkas peagi kokku varisema ja läks lõpuks korrosiooni tõttu katki. Side marsruudil taastati usaldusväärselt alles 1866. aastal.
Neli aastat hiljem rajati Ühendkuningriigist kaabel Indiasse, mis ühendas otse Bombay ja Londoni. Projektide väljatöötamisel osalesid tolleaegsed parimad töösturid ja teadlased: Wheatstone, Thomson, vennad Siemens. Kuigi need sündmused leidsid aset poolteist sajandit tagasi, lõid inimesed juba siis tuhandete kilomeetrite pikkuseid sideliine.
Ka insenerimõtte töö selles ja teistes valdkondades arenes 1956. aastal.luuakse ka telefoniühendus Ameerikaga. Seda liini võib nimetada "hääleks üle ookeani", nagu Arthur Clarke'i samanimelist raamatut, mis räägib selle ookeaniülese telefoniliini ehitamisest.
Kindlasti on paljud huvitatud sellest, kuidas kaabel on kavandatud töötama kuni 8 kilomeetri sügavusel vee all. Ilmselgelt peab see kaabel olema vastupidav ja absoluutselt veekindel, piisavalt tugev, et taluda tohutut veesurvet, mitte vigastada nii paigaldamisel kui ka edaspidisel kasutusel paljude aastate jooksul.
Sellest lähtuvalt peab kaabel olema valmistatud spetsiaalsetest materjalidest, mis võimaldaksid säilitada sideliini vastuvõetavaid tööomadusi ka mehaaniliste tõmbekoormuste korral, mitte ainult paigaldamise ajal.
Mõelge näiteks Google'i 9000-kilomeetrisele Vaikse ookeani kiudoptilisele kaablile, mis ühendas 2015. aastal Oregoni ja Jaapani, et pakkuda andmeedastusvõimet 60 TB/s. Projekti maksumus oli 300 miljonit dollarit.
Optilise kaabli edastav osa pole milleski ebatavaline. Peamine omadus on süvamerekaabli kaitse, et kaitsta optilist südamikku, mis edastab teavet selle ettenähtud kasutamise ajal nii suurel sügavusel, suurendades samal ajal sideliini kasutusiga. Vaatame kordamööda kõiki kaabli komponente.
Kaabli isolatsiooni välimine kiht on traditsiooniliselt valmistatud polüetüleenist. Selle materjali valik väliskattena ei ole juhuslik.Polüetüleen on niiskuskindel, ei reageeri ookeanivees leiduvate leeliste ja soolalahustega ning polüetüleen ei reageeri ei orgaaniliste ega anorgaaniliste hapetega, sealhulgas isegi kontsentreeritud väävelhappega.
Ja kuigi maailmamere veed sisaldavad kõiki perioodilisuse tabeli keemilisi elemente, on just polüetüleen siin kõige õigustatud ja loogilisem valik, sest reaktsioonid mis tahes koostisega veega on välistatud, mis tähendab, et kaabel ei kannata keskkond.
Polüetüleeni kasutati isolatsioonina ja esimestes mandritevahelistes telefoniliinides, mis ehitati 20. sajandi keskel. Kuid kuna polüetüleen üksi oma loomuliku poorsuse tõttu ei suuda kaablit täielikult kaitsta, kasutatakse ka täiendavaid kaitsekihte.
Polüetüleeni all on mülarkile, mis on polüetüleentereftalaadil põhinev sünteetiline materjal. Polüetüleentereftalaat on keemiliselt inertne, vastupidav väga agressiivsele keskkonnale, selle tugevus on kümme korda suurem kui polüetüleen, vastupidav löökidele ja kulumisele. Mylar on leidnud laialdast rakendust tööstuses, sealhulgas kosmoses, rääkimata paljudest rakendustest pakendis, tekstiilis jne.
Mylar-kile all on armatuur, mille parameetrid sõltuvad konkreetse kaabli omadustest ja eesmärgist. Tavaliselt on tegemist tugeva terasest punutisega, mis annab kaablile tugevuse ja vastupidavuse välistele mehaanilistele koormustele. Kaabli elektromagnetkiirgus võib ligi meelitada haid, kes võivad kaablit hammustada ning liitmike puudumisel võib ohuks saada lihtsalt kalastustarvete vahele jäämine.
Tsingitud terasest tugevduse olemasolu võimaldab kaabli ohutult põhja jätta, ilma et oleks vaja seda kaevikusse panna. Kaabel on mitmes kihis tugevdatud ühtlase traadipooliga, kusjuures iga kihi mähise suund on eelmisest erinev. Selle tulemusena ulatub sellise kaabli ühe kilomeetri mass mitme tonnini. Kuid alumiiniumi ei saa kasutada, sest merevees reageerib see vesiniku moodustumisega ja see kahjustaks optilisi kiude.
Kuid alumiiniumpolüetüleen järgib terasarmatuuri, see läheb eraldi varjestus- ja hüdroisolatsioonikihina. Aluminopolüetüleen on alumiiniumfooliumist ja polüetüleenfooliumist kokku liimitud komposiitmaterjal. See kiht on kaablikonstruktsiooni suures mahus peaaegu nähtamatu, kuna selle paksus on ainult umbes 0,2 mm.
Lisaks on kaabli edasiseks tugevdamiseks polükarbonaadi kiht. See on piisavalt tugev, olles kerge. Polükarbonaadiga muutub kaabel veelgi vastupidavamaks survele ja löökidele, pole juhus, et polükarbonaati kasutatakse kaitsekiivrite valmistamisel. Muuhulgas on polükarbonaadil kõrge soojuspaisumistegur.
Polükarbonaadi kihi all on vasest (või alumiiniumist) toru. See on osa kaabli südamiku struktuurist ja toimib varjestusena. Selle toru sees on otse suletud optiliste kiududega vasktorud.
Kiudoptiliste torude arv ja konfiguratsioon erinevate kaablite jaoks võib olla erinev, vajadusel on torud korralikult läbi põimunud. Konstruktsiooni metallosad toidavad siin regeneraatoreid, mis taastavad optilise impulsi kuju, mis edastamisel paratamatult moondub.
Hüdrofoobne tiksotroopne geel asetatakse toru seina ja optilise kiu vahele.
Süvamere kiudoptiliste kaablite tootmine toimub tavaliselt võimalikult mere lähedal, enamasti sadama lähedal, kuna selline kaabel kaalub palju tonne, samas kui parem on see kokku panna võimalikult pikkadest tükkidest, vähemalt 4 kilomeetrit igaüks (sellise tüki kaal on 15 tonni !!!).
Nii raske kaabli pika vahemaa transportimine pole lihtne ülesanne. Maismaatranspordiks kasutatakse kahekordseid rööpaplatvorme, nii et kogu tükki saab kokku rullida, kahjustamata sees olevaid kiude.
Lõpuks ei saa kaablit lihtsalt laevalt vette visata. Kõik peab olema kuluefektiivne ja ohutu. Esmalt saavad loa erinevate riikide rannikuvee kasutamiseks, seejärel tööloa jne.
Seejärel viivad nad läbi geoloogilisi uuringuid, hindavad seismilist ja vulkaanilist aktiivsust paigaldusalal, vaatavad meteoroloogide prognoose, arvutavad veealuste maalihkete ja muude ootamatuste tõenäosust piirkonnas, kus kaabel asetseb.
Need võtavad arvesse sügavust, põhja tihedust, pinnase iseloomu, vulkaanide, uppunud laevade ja muude võõrkehade olemasolu, mis võivad tööd segada või vajada kaabli pikendamist. Alles pärast seda, kui detailid on väikseima detailini hoolikalt kalibreeritud, hakkavad nad kaablit laevadele laadima ja paigaldama.
Kaabel paigaldatakse pidevalt. See transporditakse laeval läbi lahe kudemispaika, kus ta vajub põhja. Masinad kerivad kaabli lahti õigel kiirusel, säilitades samal ajal pinge, kui paat järgib marsruuti.Kui kaabel paigaldamise ajal puruneb, saab selle kohe pardale tõsta ja parandada.