สายเคเบิลสื่อสารใต้น้ำข้ามมหาสมุทรทำงานอย่างไร

โลกทั้งใบของเราถูกห่อหุ้มอย่างแน่นหนาด้วยเครือข่ายแบบมีสายและไร้สายเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ สัดส่วนที่สูงมากของเครือข่ายข้อมูลทั้งหมดนี้ประกอบด้วยสายเคเบิลข้อมูล และวันนี้พวกมันไม่เพียงวางทางอากาศหรือใต้ดินเท่านั้น แต่ยังอยู่ใต้น้ำด้วย แนวคิดของสายเคเบิลใต้น้ำไม่ใช่เรื่องใหม่

จุดเริ่มต้นของการดำเนินการตามแนวคิดที่ทะเยอทะยานครั้งแรกนั้นเริ่มขึ้นในวันที่ 5 สิงหาคม พ.ศ. 2401 เมื่อประเทศในสองทวีป ได้แก่ สหรัฐอเมริกาและบริเตนใหญ่เชื่อมต่อกันด้วยสายโทรเลขข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกซึ่งยังคงอยู่ในสภาพดีเป็นเวลาหนึ่งเดือน แต่ในไม่ช้าก็เริ่มยุบและแตกหักเนื่องจากการกัดกร่อน การสื่อสารตามเส้นทางได้รับการฟื้นฟูอย่างน่าเชื่อถือในปี พ.ศ. 2409 เท่านั้น

สี่ปีต่อมา มีการวางสายเคเบิลจากสหราชอาณาจักรไปยังอินเดีย เชื่อมต่อบอมเบย์และลอนดอนโดยตรง นักอุตสาหกรรมและนักวิทยาศาสตร์ที่เก่งที่สุดในยุคนั้นเข้าร่วมในการพัฒนาโครงการ: วีทสโตน, ทอมสัน, พี่น้องซีเมนส์ แม้ว่าเหตุการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อหนึ่งศตวรรษครึ่งที่แล้ว แต่ถึงอย่างนั้นผู้คนก็ยังสร้างสายสื่อสารยาวหลายพันกิโลเมตร

งานของความคิดทางวิศวกรรมในด้านนี้และด้านอื่นๆ ก็พัฒนาเช่นกันในปี 1956มีการสร้างการเชื่อมต่อทางโทรศัพท์กับอเมริกาด้วย สายสามารถเรียกว่า "เสียงจากอีกฟากของมหาสมุทร" เช่นเดียวกับหนังสือชื่อเดียวกันของ Arthur Clarke ซึ่งบอกเล่าเรื่องราวของการสร้างสายโทรศัพท์ข้ามมหาสมุทรนี้

แน่นอนว่าหลายคนสนใจในการออกแบบสายเคเบิลซึ่งออกแบบมาเพื่อทำงานที่ระดับความลึกสูงสุด 8 กิโลเมตรใต้น้ำ แน่นอนว่าสายนี้ต้องทนทานและกันน้ำได้อย่างแน่นอน แข็งแรงพอที่จะทนแรงดันน้ำมหาศาลไม่ให้เสียหายทั้งระหว่างการติดตั้งและระหว่างการใช้งานในอนาคตเป็นเวลาหลายปี

ดังนั้น สายเคเบิลจะต้องทำจากวัสดุพิเศษที่จะช่วยให้สามารถรักษาลักษณะการทำงานที่ยอมรับได้ของสายสื่อสารแม้ภายใต้แรงดึงเชิงกล และไม่ใช่เฉพาะระหว่างการติดตั้งเท่านั้น

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแปซิฟิกยาว 9,000 กิโลเมตรของ Google ที่เชื่อมต่อโอเรกอนและญี่ปุ่นในปี 2558 เพื่อให้มีความสามารถในการถ่ายโอนข้อมูล 60 TB/s ค่าใช้จ่ายของโครงการคือ 300 ล้านดอลลาร์

ส่วนการส่งสัญญาณของสายเคเบิลออปติคอลนั้นไม่มีอะไรผิดปกติ คุณสมบัติหลักคือการป้องกันสายเคเบิลทะเลลึกเพื่อป้องกันแกนออปติคัลที่ส่งข้อมูลในระหว่างการใช้งานตามวัตถุประสงค์ที่ความลึกมาก ในขณะที่เพิ่มอายุการใช้งานของสายสื่อสาร มาดูส่วนประกอบทั้งหมดของสายเคเบิลกัน

ชั้นนอกของฉนวนสายเคเบิลทำจากโพลีเอทิลีน การเลือกใช้วัสดุนี้เป็นการเคลือบภายนอกนั้นไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญโพลิเอทิลีนมีความทนทานต่อความชื้น ไม่ทำปฏิกิริยากับด่างและสารละลายเกลือที่มีอยู่ในน้ำทะเล และโพลิเอทิลีนไม่ทำปฏิกิริยากับกรดอินทรีย์หรืออนินทรีย์ รวมทั้งกรดซัลฟิวริกเข้มข้น

และแม้ว่าน้ำในมหาสมุทรโลกจะมีองค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดของตารางธาตุ แต่ก็เป็นโพลีเอทิลีนซึ่งเป็นตัวเลือกที่สมเหตุสมผลและมีเหตุผลที่สุดที่นี่เนื่องจากปฏิกิริยากับน้ำขององค์ประกอบใด ๆ จะถูกแยกออกซึ่งหมายความว่าสายเคเบิลจะไม่ได้รับผลกระทบ สิ่งแวดล้อม.

โพลีเอทิลีนถูกใช้เป็นฉนวนและในสายโทรศัพท์ระหว่างทวีปสายแรกที่สร้างขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 แต่เนื่องจากโพลีเอทิลีนเพียงอย่างเดียว เนื่องจากมีความพรุนตามธรรมชาติ จึงไม่สามารถป้องกันสายเคเบิลได้อย่างเต็มที่ จึงมีการใช้ชั้นป้องกันเพิ่มเติม

ใต้โพลิเอทิลีนเป็นฟิล์มไมลาร์ ซึ่งเป็นวัสดุสังเคราะห์ที่มีส่วนประกอบของโพลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต โพลิเอทิลีนเทเรฟทาเลตมีความเฉื่อยทางเคมี ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก มีความแข็งแรงสูงกว่าโพลิเอทิลีนสิบเท่า ทนทานต่อแรงกระแทกและการสึกหรอ Mylar พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม รวมถึงพื้นที่ ไม่ต้องพูดถึงการใช้งานจำนวนมากในบรรจุภัณฑ์ สิ่งทอ ฯลฯ

ภายใต้ฟิล์ม mylar มีเกราะซึ่งพารามิเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับลักษณะและวัตถุประสงค์ของสายเคเบิลเฉพาะ โดยปกติจะเป็นเหล็กถักเปียที่ให้ความแข็งแรงของสายเคเบิลและความต้านทานต่อภาระทางกลภายนอก รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายเคเบิลสามารถดึงดูดปลาฉลาม ซึ่งกัดสายเคเบิลได้ และการโดนอุปกรณ์ตกปลาจับได้ก็กลายเป็นภัยคุกคามได้หากไม่มีอุปกรณ์

การเสริมแรงด้วยเหล็กชุบสังกะสีช่วยให้คุณสามารถทิ้งสายเคเบิลไว้ที่ด้านล่างได้อย่างปลอดภัยโดยไม่จำเป็นต้องวางลงในร่องลึก สายเคเบิลได้รับการเสริมแรงหลายชั้นด้วยขดลวดคู่ แต่ละชั้นมีทิศทางการม้วนแตกต่างจากก่อนหน้านี้ เป็นผลให้มวลของสายเคเบิลหนึ่งกิโลเมตรถึงหลายตัน แต่ไม่สามารถใช้อลูมิเนียมได้เนื่องจากในน้ำทะเลจะทำปฏิกิริยากับการก่อตัวของไฮโดรเจนและเป็นอันตรายต่อเส้นใยแก้วนำแสง

แต่อะลูมิเนียมโพลิเอทิลีนจะยึดตามการเสริมแรงของเหล็ก โดยจะเป็นชั้นป้องกันและกันซึมที่แยกจากกัน อะลูมิโนโพลีเอทิลีนเป็นวัสดุผสมของอะลูมิเนียมฟอยล์และโพลีเอทิลีนฟอยล์ที่ติดกาวเข้าด้วยกัน ชั้นนี้แทบจะมองไม่เห็นในโครงสร้างสายเคเบิลจำนวนมากเนื่องจากความหนาเพียง 0.2 มม.

นอกจากนี้ยังมีชั้นของโพลีคาร์บอเนตเพื่อเสริมความแข็งแรงของสายเคเบิล แข็งแรงพอในขณะที่เบา เมื่อใช้โพลีคาร์บอเนต สายเคเบิลจะทนทานต่อแรงกดและแรงกระแทกมากขึ้น ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่โพลีคาร์บอเนตจะถูกใช้ในการผลิตหมวกนิรภัย เหนือสิ่งอื่นใด โพลีคาร์บอเนตมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง

ใต้ชั้นโพลีคาร์บอเนตเป็นท่อทองแดง (หรืออะลูมิเนียม) เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างแกนของสายเคเบิลและทำหน้าที่เป็นตัวป้องกัน ภายในท่อนี้เป็นท่อทองแดงโดยตรงที่มีใยแก้วนำแสงแบบปิด

จำนวนและการกำหนดค่าของท่อใยแก้วนำแสงสำหรับสายเคเบิลต่างๆ อาจแตกต่างกัน หากจำเป็น ให้พันท่ออย่างเหมาะสม ชิ้นส่วนโลหะของโครงสร้างทำหน้าที่จ่ายพลังงานให้กับเครื่องกำเนิดพลังงานใหม่ ซึ่งจะคืนรูปร่างของพัลส์ออปติคอลซึ่งบิดเบี้ยวอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ระหว่างการส่งสัญญาณ

วางเจล thixotropic ที่ไม่ชอบน้ำไว้ระหว่างผนังท่อและใยแก้วนำแสง

การผลิตสายเคเบิลใยแก้วใต้ทะเลลึกมักจะตั้งอยู่ใกล้กับทะเลมากที่สุด โดยส่วนใหญ่มักจะอยู่ใกล้ท่าเรือ เนื่องจากสายเคเบิลดังกล่าวมีน้ำหนักหลายตัน ในขณะที่ควรประกอบจากชิ้นส่วนที่ยาวที่สุดอย่างน้อย 4 ชิ้นจะดีกว่า กิโลเมตรละ (น้ำหนักของชิ้นส่วนดังกล่าวคือ 15 ตัน !!!)

การขนส่งสายเคเบิลที่มีน้ำหนักมากในระยะทางไกลไม่ใช่เรื่องง่าย สำหรับการขนส่งทางบก จะใช้แพลตฟอร์มรางคู่เพื่อให้สามารถม้วนเก็บได้ทั้งชิ้นโดยไม่ทำลายเส้นใยภายใน

ท้ายที่สุด สายเคเบิลไม่สามารถโยนจากเรือลงน้ำได้ ทุกอย่างต้องประหยัดและปลอดภัย อันดับแรก พวกเขาได้รับอนุญาตให้ใช้น่านน้ำชายฝั่งจากประเทศต่างๆ จากนั้นจึงขออนุญาตทำงาน ฯลฯ

จากนั้นพวกเขาทำการสำรวจทางธรณีวิทยา ประเมินการเกิดแผ่นดินไหวและภูเขาไฟในพื้นที่วาง ดูการคาดการณ์ของนักอุตุนิยมวิทยา คำนวณความน่าจะเป็นของดินถล่มใต้น้ำและเรื่องน่าประหลาดใจอื่น ๆ ในพื้นที่ที่สายเคเบิลวางอยู่

โดยคำนึงถึงความลึก ความหนาแน่นของก้นทะเล ลักษณะของดิน การปรากฏตัวของภูเขาไฟ เรือที่จม และสิ่งแปลกปลอมอื่น ๆ ที่อาจรบกวนการทำงานหรือต้องมีการต่อสายเคเบิล หลังจากปรับเทียบรายละเอียดอย่างละเอียดจนถึงรายละเอียดที่เล็กที่สุดแล้ว พวกเขาจึงเริ่มโหลดสายเคเบิลไปยังเรือและวางสายเคเบิล

วางสายเคเบิลอย่างต่อเนื่อง มันถูกขนส่งผ่านอ่าวบนเรือไปยังพื้นที่วางไข่ซึ่งมันจะจมลงสู่ก้นบึ้ง เครื่องคลายสายเคเบิลด้วยความเร็วที่ถูกต้องในขณะที่รักษาความตึงเครียดขณะที่เรือแล่นไปตามเส้นทางหากสายเคเบิลขาดระหว่างการติดตั้ง สามารถยกขึ้นและซ่อมแซมได้ทันที