Как прокладывали подводный телеграфный кабель?

Прокладка телеграфного кабеля по дну Атлантического океана произошла в середине XIX века и оказалась совсем не лёгкой задачей, которую всё же решили умные головы и умелые руки.

8 картинок Отсюда

Спуск конца первого трансатлантического кабеля

Кабель решили проложить над подводной горной системой, которую совсем недавно открыли и закартографировали американские моряки. Эта система тянулась под водами Северной Атлантики на глубине 3 100 — 4 400 метров от берегов Ирландии до Ньюфаундленда. Расчётная длина кабеля при этом должна была составить 3 039 километров.

Работы начались 5 августа 1857 года, а закончились ровно через год — 5 августа 1858 года. Кабель был проложен только с четвёртой попытки, до этого он три раза обрывался.

Думаете, что самым сложным делом была прокладка кабеля? А вот и нет! Кабель не работал, вернее работал ужасно. Передача приветственной телеграммы от королевы Виктории американскому президенту Джеймсу Бьюкенену заняла 16 часов, и это при том, что в телеграмме было всего 98 слов.


Эдвард Уайтхауз

Правда, ответная телеграмма из Вашингтона была передана всего за 67 минут! Дело в том, что первая передача осуществлялась по методу, предложенному главным электриком компании Эдвардом Уайтхаузом (Edward Whitehouse; 1816 — 1890), а вторая — по методу профессора Уильяма Томсона (William Thomson; 1824 —1907).

Уайтхауз был по образованию хирургом, но всерьёз интересовался электричеством, и потому занял должность главного электрика в «Atlantic Telegraph». Профессора Томсона к работам привлекли позже, но именно его деятельность и изобретения во многом спасли идею трансатлантического телеграфного кабеля, да и саму компанию.

Советы «теоретика» Томсона были противоположны предложениям «крепкого практика» Уайтхауза, поэтому ссора между ними не стихала. Но критерием истины, к счастью была практика. В полном соответствии с положениями марксистко-ленинской философии.


За свои труды по прокладке трансатлантического кабеля Уильям Томсон получил от королевы Виктории рыцарское звание и его стали называть лордом Кельвином. Да, абсолютную шкалу температур придумал Уильям Томсон, лорд Кельвин. Он еще много чего придумал в самых разных областях науки!

В чём состояли разногласия?

Уайтхауз считал, что сигнал, посланный с одного конца кабеля, на другой приходит ослабленным из-за сопротивления многотысячекилометрового провода. И предлагал совершенно очевидное решение: поднять напряжение сигнала до нескольких тысяч вольт. По приказу Уайтхауза на ирландской стороне собрали огромную батарею, которая давала напряжение в 2 000 вольт. После подключения этой батареи изоляция кабеля была пробита. Кабель вышел из строя, пришлось поднимать его из глубин и чинить.

Уильям Томсон тоже считал, что в ослаблении сигнала виновато большое сопротивление медного провода, проходящего внутри кабеля. Но не только. Дело в том, что медная сердцевина, изоляция и морская вода вместе образовывали конденсатор. При небольших расстояниях влиянием этой дополнительной ёмкости можно пренебречь. Но при длине кабеля в несколько тысяч километров она оказывала значительный эффект на затухание сигнала и, кроме того, вызывала искажение сигнала и его значительное запаздывание.

Будучи отличным математиком, Уильям Томсон вывел уравнения, описывающие движение сигнала по длинному кабелю, имеющему не только активное сопротивление, но и сопротивление реактивное, связанное с наличием у кабеля ёмкости. Эти уравнения, дополненные замечательным физиком и эксцентричным математиком Оливером Хевисайдом (Oliver Heaviside; 1850 —1925), легли в основу расчёта других телеграфных и телефонных кабелей.


Оливер Хевисайд был очень эксцентричным инженером, пришедшим в монастырь чистой математики со своим уставом. И добившемся успеха!

Уравнения были мало кому понятны, но Томсон сформулировал из них чёткие выводы.

-Первый состоял в том, что для снижения общего сопротивления кабельного провода его следовало делать более толстым и из как можно более чистой меди.

-Во-вторых, для снижения реактивного (то есть ёмкостного) сопротивления кабеля следует не повышать напряжение сигнала, а, наоборот, снижать его. Тогда и затухание, и искажение формы сигнала будут меньшими. Но как же обнаружить слабый электрический сигнал на другом конце провода? Для этого Томсон придумал очень чувствительный датчик электрического тока — зеркальный гальванометр.


Прокладка самого первого подводного кабеля с палубы корабля «Агамемнон» в 1856 г. Художник Роберт Дадли (1826 — 1909 гг.)

Кабель по дну океана был проложен, но начать его эксплуатацию компания Сайруса Филда не смогла. Во-первых, закончились деньги, а во-вторых, в США началась Гражданская война. На некоторое время Америке стало не до телеграфных средств связи с Европой. Но в 1864 году упрямый Сайрус Филд мобилизовал деньги на продолжение проекта трансатлантического телеграфного кабеля.

За это время другой компанией был проложен телеграфный кабель из Лондона в Бомбей через Средиземное и Красное моря. При прокладке подводной части этого кабеля были реализованы предложения Томсона. Кабель сделали из более чистой меди, повысив его проводимость на 85%, увеличили также диаметр кабеля. Всё это уменьшило активное сопротивление.

Снаружи кабель, чтобы защитить от разрывов, укрепили специальной обмоткой из стальных проводов. Кроме того, для усиления сигнала там, где кабель «выныривал» на поверхность, были построены две релейные станции для усиления передаваемого сигнала: одна — на Мальте, а другая — в Александрии. На палубе корабля «Great Eastern».


Прокладка кабеля летом 1865 г. Художник Роберт Дадли (1826 — 1909 гг.)

Трансатлантический кабель заработал 27 июля 1865 года. Это, без сомнения, была выдающаяся победа науки и техники.

С расстояния в 150 лет, из мира, где телеграммы уже никто не посылает и не получает, нам трудно понять всемирную радость по этому поводу. А ведь это событие в истории связи можно сравнить только с широким проникновением в повседневную жизнь Интернета, которое произошло совсем недавно. Недаром всемирную сеть телеграфной связи, образовавшуюся в результате прокладки подводных кабелей, иногда называют «Викторианским Интернетом».


Остров Валенсия в Ирландии. Европейский конец трансатлантического кабеля. Здесь установлена мемориальная доска

Завершающая

Первоначальная скорость передачи по трансатлантическому телеграфу составляла 10 слов в минуту. И это был рекорд, если вспомнить, сколько времени заняла передача приветственной телеграммы королевы Виктории, о которой уже говорилось выше.

При передаче телеграмм плата взималась за каждое слово, и первоначально стоимость передачи слова была 5 долларов. Телеграфные компании получали сверхдоходы. И по законам рынка выгодность предприятия привлекала инвестиции.

До конца XIX столетия возникли еще несколько компаний, занимавшихся прокладкой трансатлантических кабелей, в том числе немецкая компания братьев Сименс. Еще 12 телеграфных кабелей в разных местах пересекли Атлантику, связывая Европу с Америкой.

Сейчас все континенты, за исключением Антарктиды, опутаны большим количеством кабелей. При этом в течение 1980-х годов старые телеграфные и телефонные кабели с медными проводами заменили на кабели с оптоволоконной сердцевиной. Информация передаётся по волокнам из кварцевого стекла с помощью лазерного луча. Большая часть информации, передаваемой по трансатлантическим кабелям — это интернет-трафик. Именно поэтому бессмысленно производить диверсию, перерезая или разрывая кабели связи (как это, например, сделали британцы с немецкими кабелями после начала Первой мировой войны в 1914 году). Повредишь один кабель — информация автоматически поменяет направление и пойдёт по другому.

Тем более что коммуникационные компании очень богаты. Им совсем не сложно потратить еще немного денег и организовать защиту кабелей, пассивную или активную, в первую очередь для того, чтобы к ним не приближались акулы, киты, кальмары и скаты. В общем, вся та страшная, активная и вечно голодная морская живность, которую красочно описал В. А. Жуковский в балладе «Кубок»:

Я видел, как в черной пучине кипят,
В громадный свиваяся клуб,
И млат водяной, и уродливый скат,
И ужас морей однозуб;
И смертью грозил мне, зубами сверкая,
Мокой ненасытный, гиена морская.

А против злонамеренных подводных диверсантов, которые не знают основ интернета, можно применить боевые подводные лодки, несущие службу по охране линий подводной связи.

Подводные кабели соединяют все континенты. Теперь прервать всемирную связь невозможно. Ни технически, ни теоретически