150 år siden, den 16. august 1858, mottok USAs president James Buchanan et gratulasjonstelegram fra dronning Victoria og sendte henne en melding i retur. Den første offisielle utvekslingen av meldinger over den nylagte transatlantiske telegrafkabelen ble markert med en parade og fyrverkeri over New York City Hall. Festlighetene ble overskygget av en brann som skjedde av denne grunn, og etter 6 uker sviktet kabelen. Riktignok fungerte han ikke særlig bra selv før det - budskapet til dronningen ble overført innen 16,5 timer.
Fra idé til prosjekt
Det første telegraf- og Atlanterhavet-forslaget var en reléordning der meldinger levert av skip skulle telegraferes fra Newfoundland til resten av Nord-Amerika. Problemet var byggingen av en telegraflinje langs det vanskelige terrenget på øya.
Forespørselen om hjelp fra ingeniøren som var ansvarlig for prosjektet, tiltrakk amerikanerenforretningsmann og finansmann Cyrus Field. I løpet av arbeidet sitt krysset han havet mer enn 30 ganger. Til tross for tilbakeslagene Field møtte, førte entusiasmen hans til suksess.
Forretningsmannen hoppet umiddelbart på ideen om en transatlantisk bankoverføring. I motsetning til terrestriske systemer, der pulsene ble regenerert av reléer, måtte den transoceaniske linjen klare seg med en enkelt kabel. Field mottok forsikringer fra Samuel Morse og Michael Faraday om at signalet kunne overføres over lange avstander.
William Thompson ga det teoretiske grunnlaget for dette ved å publisere den omvendte kvadratloven i 1855. Stigetiden til en puls som går gjennom en kabel uten induktiv belastning bestemmes av tidskonstanten RC til en leder med lengde L, lik rcL2, hvor r og c er motstanden og kapasitans per lengdeenhet. Thomson bidro også til sjøkabelteknologi. Han forbedret speilgalvanometeret, der de minste avvikene i speilet forårsaket av strømmen ble forsterket ved projeksjon på en skjerm. Senere oppfant han en enhet som registrerer signaler med blekk på papir.
Sjøkabelteknologi ble forbedret etter at guttaperka dukket opp i 1843 i England. Denne harpiksen fra et tre hjemmehørende på den malaysiske halvøya var en ideell isolator fordi den var termoplastisk, myknet ved oppvarming og returnerte til en fast form når den ble avkjølt, noe som gjorde det lettere å isolere lederne. Under forholdene med trykk og temperatur på bunnen av havet, dets isolerende egenskaperforbedret. Guttaperka forble det viktigste isolasjonsmaterialet for sjøkabler frem til oppdagelsen av polyetylen i 1933.
Feltprosjekter
Cyrus Field ledet 2 prosjekter, hvorav det første mislyktes, og det andre endte med suksess. I begge tilfeller besto kablene av en enkelt 7-kjernet ledning omgitt av guttaperka og pansret med ståltråd. Tjæret hamp ga korrosjonsbeskyttelse. Den nautiske milen til 1858-kabelen veide 907 kg. Den transatlantiske kabelen fra 1866 var tyngre, med 1622 kg/mil, men fordi den hadde mer volum, veide den mindre i vannet. Strekkfastheten var henholdsvis 3t og 7,5t.
Alle kabler hadde én vannreturleder. Selv om sjøvann har mindre motstand, er det utsatt for streifstrømmer. Strøm ble levert av kjemiske strømkilder. For eksempel hadde 1858-prosjektet 70 elementer på 1,1 V hver. Disse spenningsnivåene, kombinert med feil og uforsiktig lagring, førte til at den transatlantiske dyphavskabelen sviktet. Bruken av et speilgalvanometer gjorde det mulig å bruke lavere spenninger i påfølgende linjer. Siden motstanden var omtrent 3 ohm per nautisk mil, i en avstand på 2000 miles, kunne strømmer i størrelsesorden en milliampere, tilstrekkelig for et speilgalvanometer, føres. På 1860-tallet ble en bipolar telegrafkode introdusert. Prikkene og strekene til morsekoden er erstattet med pulser med motsatt polaritet. Over tid, utvikletmer komplekse opplegg.
Ekspedisjoner 1857-58 og 65-66
£350 000 ble samlet inn gjennom utstedelse av aksjer for å legge den første transatlantiske kabelen. Den amerikanske og britiske regjeringen garanterte avkastning på investeringen. Det første forsøket ble gjort i 1857. Det tok 2 dampskip, Agamemnon og Niagara, for å frakte kabelen. Elektrikerne godkjente en metode der et skip la ledningen fra en landstasjon og deretter koblet den andre enden til en kabel på et annet skip. Fordelen var at den opprettholdt en kontinuerlig elektrisk forbindelse med land. Det første forsøket endte med feil da kabelleggingsutstyret sviktet 200 miles offshore. Den ble tapt på en dybde på 3,7 km.
I 1857 utviklet Niagaras sjefingeniør, William Everett, nytt kabelleggingsutstyr. En bemerkelsesverdig forbedring var en automatisk brems som ble aktivert når spenningen nådde en viss terskel.
Etter en voldsom storm som nesten senket Agamemnon, møttes skipene midt i havet og begynte 25. juni 1858 å legge den transatlantiske kabelen igjen. Niagara beveget seg vestover, og Agamemnon beveget seg østover. Det ble gjort 2 forsøk, avbrutt av skade på kabelen. Skipene returnerte til Irland for å erstatte ham.
17. juli dro flåten igjen ut for å møte hverandre. Etter mindre hikke var operasjonen en suksess. Går med en konstant hastighet på 5–6 knop, 4. august, gikk Niagara inni Trinity Bay Newfoundland. Samme dag ankom Agamemnon Valentia Bay i Irland. Dronning Victoria sendte den første hilsenen beskrevet ovenfor.
1865-ekspedisjonen mislyktes 600 miles fra Newfoundland, og bare 1866-forsøket var vellykket. Den første meldingen på den nye linjen ble sendt fra Vancouver til London 31. juli 1866. I tillegg ble enden på en kabel som ble tapt i 1865 funnet, og linjen ble også fullført. Overføringshastigheten var 6–8 ord per minutt til en pris av $10/ord.
Telefonkommunikasjon
I 1919 satte det amerikanske selskapet AT&T i gang en utredning om muligheten for å legge en transatlantisk telefonkabel. I 1921 ble en dypvannstelefonlinje lagt mellom Key West og Havana.
I 1928 ble det foreslått å legge en kabel uten repeatere med en enkelt talekanal over Atlanterhavet. De høye kostnadene for prosjektet ($15 millioner) på høyden av den store depresjonen, samt forbedringer i radioteknologi, avbrøt prosjektet.
På begynnelsen av 1930-tallet gjorde utviklingen innen elektronikk det mulig å lage et sjøkabelsystem med repeatere. Kravene til utformingen av mellomleddforsterkere var uten sidestykke, siden enhetene måtte operere uavbrutt på havbunnen i 20 år. Det ble stilt strenge krav til påliteligheten til komponenter, spesielt vakuumrør. I 1932 var det allerede elektriske lamper som ble testet med suksessi 18 år. Radioelementene som ble brukt var betydelig dårligere enn de beste prøvene, men de var veldig pålitelige. Som et resultat fungerte TAT-1 i 22 år, og ikke en eneste lampe sviktet.
Et annet problem var legging av forsterkere i åpent hav på inntil 4 km dyp. Når skipet stoppes for å tilbakestille repeateren, kan det oppstå knekk på kabelen med spiralformet panser. Som et resultat ble det brukt en fleksibel forsterker, som kunne passe utstyr designet for telegrafkabel. De fysiske begrensningene til den fleksible repeateren begrenset imidlertid kapasiteten til et 4-trådssystem.
UK Post har utviklet en alternativ tilnærming med harde repeatere med mye større diameter og kapasitet.
Implementering av TAT-1
Prosjektet ble startet på nytt etter andre verdenskrig. I 1950 ble fleksibel forsterkerteknologi testet av et system som forbinder Key West og Havana. Sommeren 1955 og 1956 ble den første transatlantiske telefonkabelen lagt mellom Oban i Skottland og Clarenville på øya. Newfoundland, godt nord for eksisterende telegraflinjer. Hver kabel var omtrent 1950 nautiske mil lang og hadde 51 repeatere. Antallet deres ble bestemt av den maksimale spenningen ved terminalene som kunne brukes til strøm uten å påvirke påliteligheten til høyspentkomponenter. Spenningen var +2000 V i den ene enden og -2000 V i den andre. Båndbredden til systemet, i sinkøen ble bestemt av antall repeatere.
I tillegg til repeaterne ble det installert 8 undervannsutjevnere på øst-vest-linjen og 6 på vest-øst-linjen. De korrigerte de akkumulerte skiftene i frekvensbåndet. Selv om det totale tapet i 144 kHz-båndbredden var 2100 dB, reduserte bruken av equalizere og repeatere dette til mindre enn 1 dB.
Kom i gang TAT-1
I de første 24 timene etter lansering 25. september 1956 ble det foretatt 588 anrop fra London og USA og 119 fra London til Canada. TAT-1 tredoblet umiddelbart kapasiteten til det transatlantiske nettverket. Kabelbåndbredden var 20-164 kHz, noe som tillot 36 talekanaler (4 kHz hver), hvorav 6 ble delt mellom London og Montreal og 29 mellom London og New York. Én kanal var ment for telegrafen og tjenesten.
Systemet inkluderte også en landforbindelse gjennom Newfoundland og en ubåtforbindelse til Nova Scotia. De to linjene besto av en enkelt 271 nautisk mil kabel med 14 UK Post-designede stive repeatere. Den totale kapasiteten var 60 talekanaler, hvorav 24 koblet til Newfoundland og Nova Scotia.
Ytterligere forbedringer av TAT-1
TAT-1-linjen kostet 42 millioner dollar. Prisen på 1 million dollar per kanal stimulerte utviklingen av terminalutstyr som ville bruke båndbredden mer effektivt. Antall talekanaler i standard 48 kHz frekvensområde er økt fra 12 til 16 ved å reduserederes bredde fra 4 til 3 kHz. En annen innovasjon var temporal speech interpolation (TASI) utviklet ved Bell Labs. TASI doblet antall stemmekretser takket være talepauser.
Optiske systemer
Den første transoceaniske optiske kabelen TAT-8 ble satt i drift i 1988. Repeatere regenererte pulser ved å konvertere optiske signaler til elektriske og omvendt. To fungerende fiberpar arbeidet med en hastighet på 280 Mbps. I 1989, takket være denne transatlantiske Internett-kabelen, gikk IBM med på å finansiere en kobling på T1-nivå mellom Cornwall University og CERN, som betydelig forbedret forbindelsen mellom den amerikanske og europeiske delen av det tidlige Internett.
I 1993 var mer enn 125 000 km med TAT-8 i drift over hele verden. Dette tallet tilsvarte nesten den totale lengden på analoge sjøkabler. I 1992 ble TAT-9 tatt i bruk. Hastigheten per fiber er økt til 580 Mbps.
Teknologisk gjennombrudd
På slutten av 1990-tallet førte utviklingen av erbium-dopede optiske forsterkere til et kvantesprang i kvaliteten på sjøkabelsystemer. Lyssignaler med en bølgelengde på ca. 1,55 mikron kan forsterkes direkte, og gjennomstrømningen begrenses ikke lenger av elektronikkens hastighet. Det første optisk forbedrede systemet som fløy over Atlanterhavet var TAT 12/13 i 1996. Overføringshastigheten på hvert av de to fiberparene var 5 Gbps.
Moderne optiske systemer tillater overføring av så store volumerdata som redundans er kritisk. Vanligvis består moderne fiberoptiske kabler som TAT-14 av 2 separate transatlantiske kabler som er en del av en ringtopologi. De to andre linjene forbinder kyststasjoner på hver side av Atlanterhavet. Data sendes rundt ringen i begge retninger. Ved brudd vil ringen reparere seg selv. Trafikken omdirigeres for å spare fiberpar i servicekabler.
