Cáp thông tin liên lạc dưới biển xuyên đại dương hoạt động như thế nào

Toàn bộ hành tinh của chúng ta được bao bọc chặt chẽ trong các mạng có dây và không dây cho nhiều mục đích khác nhau. Một tỷ lệ rất lớn của toàn bộ mạng thông tin này bao gồm cáp dữ liệu. Và ngày nay chúng được đặt không chỉ trên không hay dưới lòng đất, mà ngay cả dưới nước. Khái niệm về cáp quang biển không phải là mới.

Việc bắt đầu thực hiện ý tưởng đầy tham vọng đầu tiên như vậy bắt đầu từ ngày 5 tháng 8 năm 1858, khi các quốc gia của hai lục địa, Hoa Kỳ và Vương quốc Anh, cuối cùng được kết nối bằng một dây cáp điện báo xuyên Đại Tây Dương, vẫn hoạt động tốt trong một tháng , nhưng nhanh chóng bắt đầu sụp đổ và cuối cùng bị vỡ do ăn mòn. Thông tin liên lạc dọc theo tuyến đường chỉ được khôi phục một cách đáng tin cậy vào năm 1866.

Bốn năm sau, một tuyến cáp từ Vương quốc Anh được đặt tới Ấn Độ, kết nối trực tiếp giữa Bombay và London. Các nhà công nghiệp và nhà khoa học giỏi nhất thời bấy giờ đã tham gia phát triển các dự án: Wheatstone, Thomson, anh em nhà Siemens. Mặc dù những sự kiện này đã diễn ra cách đây một thế kỷ rưỡi, nhưng ngay cả khi đó con người vẫn đang tạo ra các đường dây liên lạc dài hàng nghìn km.

Công việc tư duy kỹ thuật trong lĩnh vực này và các lĩnh vực khác cũng phát triển vào năm 1956.một kết nối điện thoại với Mỹ cũng được thiết lập. Có thể gọi đường dây này là “tiếng nói từ bên kia đại dương”, giống như cuốn sách cùng tên của Arthur Clarke kể về quá trình xây dựng đường dây điện thoại xuyên đại dương này.

Chắc chắn nhiều người quan tâm đến việc cáp được thiết kế như thế nào, được thiết kế để hoạt động ở độ sâu lên tới 8 km dưới nước. Rõ ràng, sợi cáp này phải có độ bền cao và chống thấm nước tuyệt đối, đủ chắc chắn để chịu được áp lực nước cực lớn, không bị hư hỏng trong quá trình lắp đặt cũng như trong quá trình sử dụng sau này trong nhiều năm.

Theo đó, cáp phải được làm bằng vật liệu đặc biệt cho phép duy trì các đặc tính hoạt động có thể chấp nhận được của đường dây liên lạc ngay cả dưới tải trọng kéo cơ học chứ không chỉ trong quá trình lắp đặt.

Ví dụ, hãy xem xét tuyến cáp quang Thái Bình Dương dài 9.000 km của Google kết nối Oregon và Nhật Bản vào năm 2015 để cung cấp khả năng truyền dữ liệu 60 TB/s. Chi phí của dự án là 300 triệu đô la.

Phần truyền của cáp quang không có gì lạ. Tính năng chính là bảo vệ cáp biển sâu để bảo vệ lõi quang truyền thông tin trong quá trình sử dụng theo mục đích ở độ sâu lớn như vậy, đồng thời tăng tuổi thọ cho đường truyền thông. Hãy lần lượt xem xét tất cả các thành phần của cáp.

Lớp cách điện bên ngoài của cáp thường được làm bằng polyetylen. Việc lựa chọn vật liệu này làm lớp phủ bên ngoài không phải là ngẫu nhiên.Polyetylen có khả năng chống ẩm, không phản ứng với dung dịch kiềm và muối có trong nước biển và polyetylen không phản ứng với axit hữu cơ hoặc vô cơ, kể cả axit sunfuric đậm đặc.

Và mặc dù vùng biển của đại dương thế giới chứa tất cả các nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn, nhưng polyetylen là sự lựa chọn hợp lý và hợp lý nhất ở đây, bởi vì các phản ứng với nước thuộc bất kỳ thành phần nào đều bị loại trừ, điều đó có nghĩa là cáp sẽ không bị ảnh hưởng bởi môi trường.

Polyetylen được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt và trong các đường dây điện thoại xuyên lục địa đầu tiên được xây dựng vào giữa thế kỷ 20. Nhưng vì chỉ riêng polyetylen, do tính xốp tự nhiên của nó, không thể bảo vệ hoàn toàn cáp nên các lớp bảo vệ bổ sung cũng được sử dụng.

Bên dưới polyetylen là màng mylar, là vật liệu tổng hợp dựa trên polyetylen terephthalate. Polyetylen terephthalate trơ về mặt hóa học, chịu được môi trường rất khắc nghiệt, độ bền cao gấp mười lần so với polyetylen, chống va đập và mài mòn. Mylar đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, bao gồm cả không gian, chưa kể nhiều ứng dụng trong bao bì, dệt may, v.v.

Dưới màng mylar có một phần ứng, các thông số phụ thuộc vào đặc điểm và mục đích của một loại cáp cụ thể. Nó thường là một dây bện bằng thép đặc giúp cáp có độ bền và khả năng chống lại tải trọng cơ học bên ngoài. Bức xạ điện từ từ cáp có thể thu hút cá mập, chúng có thể cắn cáp và chỉ cần bị mắc vào đồ câu cũng có thể trở thành mối đe dọa nếu không có phụ kiện.

Sự hiện diện của cốt thép mạ kẽm cho phép bạn để cáp an toàn ở phía dưới mà không cần đặt nó vào rãnh. Cáp được gia cố thành nhiều lớp bằng một cuộn dây đều, mỗi lớp có hướng quấn khác với lớp trước. Kết quả là, khối lượng của một km cáp như vậy lên tới vài tấn. Nhưng nhôm không thể được sử dụng vì trong nước biển, nó sẽ phản ứng với sự hình thành hydro và điều này sẽ gây bất lợi cho các sợi quang.

Nhưng nhôm polyetylen đi theo cốt thép, nó đi như một lớp che chắn và chống thấm riêng biệt. Aluminopolyetylen là vật liệu tổng hợp của lá nhôm và lá polyetylen được dán lại với nhau. Lớp này gần như vô hình trong một khối lượng lớn cấu trúc cáp, vì độ dày của nó chỉ khoảng 0,2 mm.

Ngoài ra, để tăng cường thêm cáp, có một lớp polycarbonate. Nó đủ mạnh trong khi nhẹ. Với chất liệu polycarbonate, sợi cáp lại càng có khả năng chịu áp lực và va đập tốt hơn, không phải ngẫu nhiên mà polycarbonate được ứng dụng trong sản xuất mũ bảo hộ lao động. Trong số những thứ khác, polycarbonate có hệ số giãn nở nhiệt cao.

Bên dưới lớp polycarbonate là một ống đồng (hoặc nhôm). Nó là một phần của cấu trúc lõi cáp và hoạt động như một tấm chắn. Bên trong ống này là các ống đồng trực tiếp với các sợi quang khép kín.

Số lượng và cấu hình của các ống sợi quang cho các loại cáp khác nhau có thể khác nhau, nếu cần, các ống được đan vào nhau đúng cách. Các bộ phận kim loại của cấu trúc phục vụ ở đây để cung cấp năng lượng cho các bộ tái tạo, giúp khôi phục hình dạng của xung quang, chắc chắn sẽ bị biến dạng trong quá trình truyền.

Một gel thixotropic kỵ nước được đặt giữa thành ống và sợi quang.

Việc sản xuất cáp quang biển sâu thường được đặt càng gần biển càng tốt, thường là gần cảng, vì một sợi cáp như vậy nặng nhiều tấn, trong khi tốt hơn là lắp ráp nó từ những mảnh dài nhất có thể, ít nhất là 4 mỗi km (trọng lượng của một mảnh như vậy là 15 tấn !!!).

Vận chuyển một sợi cáp nặng như vậy trên một quãng đường dài không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Đối với vận tải đường bộ, nền tảng đường ray đôi được sử dụng để toàn bộ mảnh có thể được cuộn lại mà không làm hỏng các sợi bên trong.

Cuối cùng, cáp không thể đơn giản được ném từ tàu xuống nước. Mọi thứ phải tiết kiệm chi phí và an toàn. Đầu tiên, họ được phép sử dụng vùng nước ven biển từ các quốc gia khác nhau, sau đó là giấy phép làm việc, v.v.

Sau đó, họ tiến hành khảo sát địa chất, đánh giá hoạt động địa chấn và núi lửa trong khu vực đặt cáp, xem xét dự báo của các nhà khí tượng học, tính toán xác suất sạt lở đất dưới nước và những bất ngờ khác trong khu vực đặt cáp.

Họ tính đến độ sâu, mật độ đáy, tính chất của đất, sự hiện diện của núi lửa, tàu chìm và các vật thể lạ khác có thể cản trở công việc hoặc yêu cầu kéo dài cáp. Sau khi được cân chỉnh cẩn thận đến từng chi tiết nhỏ nhất, người ta mới bắt đầu cẩu cáp lên tàu và đặt.

Cáp được đặt liên tục. Nó được vận chuyển qua một vịnh trên một con tàu đến bãi đẻ, nơi nó chìm xuống đáy. Máy tháo dây cáp ở tốc độ chính xác trong khi vẫn duy trì độ căng khi thuyền đi theo lộ trình.Nếu cáp bị đứt trong quá trình lắp đặt, nó có thể được cẩu lên tàu và sửa chữa ngay lập tức.