قبل 150 عامًا ، في 16 أغسطس 1858 ، تلقى رئيس الولايات المتحدة جيمس بوكانان برقية تهنئة من الملكة فيكتوريا وأرسل لها رسالة في المقابل. تم تمييز أول تبادل رسمي للرسائل عبر كابل التلغراف عبر المحيط الأطلسي الذي تم وضعه حديثًا باستعراض عرض للألعاب النارية فوق قاعة مدينة نيويورك. طغت على الاحتفالات حريق حدث لهذا السبب ، وبعد 6 أسابيع فشل الكابل. صحيح ، حتى قبل ذلك لم يكن يعمل جيدًا - تم نقل رسالة الملكة في غضون 16.5 ساعة.
من فكرة إلى مشروع
كان الاقتراح الأول للتلغراف والمحيط الأطلسي عبارة عن مخطط ترحيل يتم فيه إرسال الرسائل التي ترسلها السفن عن طريق التلغراف من نيوفاوندلاند إلى بقية أمريكا الشمالية. كانت المشكلة بناء خط تلغراف على طول التضاريس الوعرة للجزيرة.
استقطب طلب المساعدة من المهندس المسؤول عن المشروع الأمريكيرجل الأعمال والممول سايروس فيلد. في سياق عمله ، عبر المحيط أكثر من 30 مرة. على الرغم من الانتكاسات التي واجهها الميدان ، إلا أن حماسه أدى إلى النجاح
قفز رجل الأعمال على الفور إلى فكرة التحويل البرقي عبر المحيط الأطلسي. على عكس الأنظمة الأرضية ، التي يتم فيها إعادة توليد النبضات بواسطة المرحلات ، كان على الخط العابر للمحيطات المرور بكابل واحد. تلقى فيلد تأكيدات من صموئيل مورس ومايكل فاراداي بأن الإشارة يمكن أن تنتقل عبر مسافات طويلة.
قدم ويليام طومسون الأساس النظري لذلك من خلال نشر قانون التربيع العكسي في عام 1855. يتم تحديد وقت صعود النبضة التي تمر عبر كبل بدون حمل استقرائي بالوقت الثابت RC لموصل بطول L ، يساوي rcL2، حيث r و c هما المقاومة والسعة لكل وحدة طول ، على التوالي. ساهم طومسون أيضًا في تكنولوجيا الكابلات البحرية. قام بتحسين الجلفانومتر المرآة ، حيث تم تضخيم أدنى انحرافات في المرآة بسبب التيار عن طريق الإسقاط على الشاشة. لاحقًا ، اخترع جهازًا يسجل الإشارات بالحبر على الورق.
تم تحسين تقنية الكابلات البحرية بعد ظهور gutta-percha في عام 1843 في إنجلترا. كان هذا الراتينج المأخوذ من شجرة موطنها شبه جزيرة الملايو عازلًا مثاليًا لأنه لدن بالحرارة ، وخفف عند تسخينه ، وعاد إلى شكل صلب عند تبريده ، مما يسهل عزل الموصلات. تحت ظروف الضغط ودرجة الحرارة في قاع المحيط ، خصائصه العازلةتحسن. ظلت Gutta-percha مادة العزل الرئيسية للكابلات البحرية حتى اكتشاف البولي إيثيلين في عام 1933.
المشاريع الميدانية
قاد Cyrus Field مشروعين ، فشل الأول منهما ، وانتهى الثاني بالنجاح. في كلتا الحالتين ، تتكون الكابلات من سلك واحد ذي 7 نوى محاط بـ gutta-percha ومُدرَّع بأسلاك فولاذية. يوفر القنب القار الحماية من التآكل. كان الميل البحري لكابل 1858 يزن 907 كجم. كان الكابل العابر للمحيط الأطلسي عام 1866 أثقل ، حيث بلغ 1،622 كجم / ميل ، ولكن نظرًا لامتلاكه حجمًا أكبر ، فقد كان وزنه أقل في الماء. كانت مقاومة الشد 3t و 7.5t على التوالي.
تحتوي جميع الكابلات على موصل واحد لعودة المياه. على الرغم من أن مياه البحر أقل مقاومة ، إلا أنها عرضة للتيارات الشاردة. تم توفير الطاقة من مصادر التيار الكيميائي. على سبيل المثال ، يحتوي مشروع 1858 على 70 عنصرًا لكل عنصر 1.1 فولت. تسببت مستويات الجهد هذه ، جنبًا إلى جنب مع التخزين غير المناسب والمهمل ، في فشل كابل أعماق المحيط الأطلسي. جعل استخدام الجلفانومتر المرآة من الممكن استخدام الفولتية المنخفضة في الأسطر اللاحقة. نظرًا لأن المقاومة كانت حوالي 3 أوم لكل ميل بحري ، على مسافة 2000 ميل ، يمكن حمل تيارات من أجل ملي أمبير ، كافية لجلفانومتر مرآة. في ستينيات القرن التاسع عشر ، تم إدخال رمز تلغراف ثنائي القطب. تم استبدال النقاط والضربات في شفرة مورس بنبضات ذات قطبية معاكسة. مع مرور الوقت ، تطورتمخططات أكثر تعقيدا
الرحلات الاستكشافية 1857-58 و65-66
تم جمع 350.000 جنيه إسترليني من خلال إصدار الأسهم لمد أول كابل عبر الأطلسي. ضمنت الحكومتان الأمريكية والبريطانية عائدًا على الاستثمار. جرت المحاولة الأولى في عام 1857. وقد استغرقت سفينتان بخاريتان أجاممنون ونياغارا لنقل الكابل. وافق الكهربائيون على طريقة تضع فيها إحدى السفن الخط من محطة ساحلية ثم تقوم بتوصيل الطرف الآخر بكابل على سفينة أخرى. كانت الميزة أنها حافظت على اتصال كهربائي مستمر بالشاطئ. انتهت المحاولة الأولى بالفشل عندما فشلت معدات مد الكابلات على بعد 200 ميل من الشاطئ. ضاعت على عمق 3.7 كم
في عام 1857 ، طور ويليام إيفريت ، كبير مهندسي نياجرا ، معدات جديدة لتمديد الكابلات. كان التحسن الملحوظ هو الفرامل الأوتوماتيكية التي يتم تفعيلها عندما وصل التوتر إلى عتبة معينة.
بعد عاصفة عنيفة كادت أن تغرق أجاممنون ، اجتمعت السفن في وسط المحيط وفي 25 يونيو 1858 ، بدأت في مد الكابل عبر الأطلسي مرة أخرى. كانت نياجرا تتحرك غربًا ، وكان أجاممنون يتحرك شرقًا. جرت محاولتان ، توقفتا بسبب تلف الكابل. عادت السفن إلى أيرلندا لتحل محله.
17 يوليو ، انطلق الأسطول مرة أخرى للقاء بعضهم البعض. بعد السقطات الطفيفة ، كانت العملية ناجحة. تمشي بسرعة ثابتة من 5-6 عقدة ، في 4 أغسطس ، دخلت نياجرافي ترينيتي باي نيوفاوندلاند. في نفس اليوم ، وصل أجاممنون إلى خليج فالنتيا في أيرلندا. أرسلت الملكة فيكتوريا أول رسالة ترحيب موصوفة أعلاه.
فشلت بعثة 1865 على بعد 600 ميل من نيوفاوندلاند ، وكانت محاولة 1866 فقط ناجحة. تم إرسال الرسالة الأولى على الخط الجديد من فانكوفر إلى لندن في 31 يوليو 1866. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على نهاية الكابل المفقود في عام 1865 ، وتم أيضًا إكمال الخط بنجاح. كان معدل النقل من 6 إلى 8 كلمات في الدقيقة بتكلفة 10 دولارات لكل كلمة.
اتصال هاتفي
في عام 1919 ، بدأت شركة AT&T الأمريكية دراسة حول إمكانية مد كابل هاتف عبر المحيط الأطلسي. في عام 1921 ، تم وضع خط هاتف للمياه العميقة بين كي ويست وهافانا.
في عام 1928 تم اقتراح وضع كابل بدون مكررات بقناة صوتية واحدة عبر المحيط الأطلسي. التكلفة العالية للمشروع (15 مليون دولار) في ذروة الكساد الكبير ، وكذلك التحسينات في تكنولوجيا الراديو ، أوقفت المشروع.
بحلول أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ، أتاحت التطورات في مجال الإلكترونيات إنشاء نظام كبل بحري مزود بأجهزة إعادة الإرسال. كانت متطلبات تصميم مكبرات الصوت الوسيطة غير مسبوقة ، حيث كان على الأجهزة أن تعمل دون انقطاع في قاع المحيط لمدة 20 عامًا. تم فرض متطلبات صارمة على موثوقية المكونات ، ولا سيما الأنابيب المفرغة. في عام 1932 ، كانت هناك بالفعل مصابيح كهربائية تم اختبارها بنجاحلمدة 18 عاما. كانت عناصر الراديو المستخدمة أدنى بكثير من أفضل العينات ، لكنها كانت موثوقة للغاية. نتيجة لذلك ، عمل TAT-1 لمدة 22 عامًا ، ولم يفشل مصباح واحد.
مشكلة أخرى تمثلت في وضع مكبرات الصوت في عرض البحر على عمق يصل إلى 4 كم. عندما تتوقف السفينة لإعادة ضبط المكرر ، يمكن أن تظهر مكامن الخلل على الكابل بدرع حلزوني. نتيجة لذلك ، تم استخدام مكبر صوت مرن ، والذي يمكن أن يناسب المعدات المصممة لكابل التلغراف. ومع ذلك ، فإن القيود المادية للمكرر المرن حدت من قدرته إلى نظام رباعي الأسلاك.
UK Post طور نهجًا بديلاً مع أجهزة إعادة إرسال صلبة ذات قطر وسعة أكبر بكثير.
تنفيذ TAT-1
تم إعادة تشغيل المشروع بعد الحرب العالمية الثانية. في عام 1950 ، تم اختبار تقنية مكبر الصوت المرن بواسطة نظام يربط بين Key West و Havana. في صيف 1955 و 1956 ، تم وضع أول كابل هاتف عبر المحيط الأطلسي بين أوبان في اسكتلندا وكلارينفيل في الجزيرة. نيوفاوندلاند ، شمال خطوط التلغراف الموجودة. كان طول كل كابل حوالي 1950 ميلًا بحريًا وكان به 51 مكررًا. تم تحديد عددهم من خلال الحد الأقصى للجهد في المحطات التي يمكن استخدامها للطاقة دون التأثير على موثوقية مكونات الجهد العالي. كان الجهد +2000 فولت في أحد الطرفين و -2000 فولت في الطرف الآخر. عرض النطاق الترددي للنظام ، في نطاقهتم تحديد قائمة الانتظار من خلال عدد الراسبين
بالإضافة إلى المكررات ، تم تركيب 8 معادلات تحت سطح البحر على الخط الشرقي الغربي و 6 على الخط الغربي الشرقي. قاموا بتصحيح التحولات المتراكمة في نطاق التردد. على الرغم من أن الخسارة الإجمالية في عرض النطاق الترددي 144 كيلو هرتز كان 2100 ديسيبل ، فإن استخدام المعادلات والمكررات قلل ذلك إلى أقل من 1 ديسيبل.
بدء الاستخدام TAT-1
في أول 24 ساعة بعد الإطلاق في 25 سبتمبر 1956 ، تم إجراء 588 مكالمة من لندن والولايات المتحدة و 119 مكالمة من لندن إلى كندا. ضاعف TAT-1 قدرة الشبكة عبر الأطلسي ثلاث مرات على الفور. كان عرض النطاق الترددي للكابل 20-164 كيلو هرتز ، مما سمح بوجود 36 قناة صوتية (4 كيلو هرتز لكل منهما) ، تم تقسيم 6 منها بين لندن ومونتريال و 29 بين لندن ونيويورك. قناة واحدة كانت مخصصة للتلغراف والخدمة.
تضمن النظام أيضًا اتصالًا بريًا عبر نيوفاوندلاند ووصلة غواصة إلى نوفا سكوتيا. يتألف الخطان من كبل واحد بطول 271 ميلًا بحريًا مع 14 جهاز إعادة إرسال صلب مصمم من قبل UK Post. كانت السعة الإجمالية 60 قناة صوتية ، 24 منها ربطت بين نيوفاوندلاند ونوفا سكوشا.
مزيد من التحسينات على TAT-1
تكلفة خط TAT-1 42 مليون دولار. حفز سعر مليون دولار لكل قناة على تطوير المعدات الطرفية التي من شأنها أن تستخدم النطاق الترددي بشكل أكثر كفاءة. تمت زيادة عدد القنوات الصوتية في نطاق التردد القياسي 48 كيلو هرتز من 12 إلى 16 عن طريق التخفيضعرضها من 4 إلى 3 كيلو هرتز. كان الابتكار الآخر هو الاستيفاء الكلامي الزمني (TASI) الذي تم تطويره في Bell Labs. ضاعف TASI عدد الدوائر الصوتية بفضل توقف الكلام.
الأنظمة البصرية
تم تشغيل أول كابل بصري عبر المحيط TAT-8 في عام 1988. أعادت أجهزة التكرار توليد النبضات عن طريق تحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية والعكس صحيح. يعمل زوجان من الألياف بسرعة 280 ميجابت في الثانية. في عام 1989 ، وبفضل كابل الإنترنت عبر المحيط الأطلسي ، وافقت شركة IBM على تمويل ارتباط مستوى T1 بين جامعة كورنوال و CERN ، مما أدى إلى تحسين الاتصال بين الأجزاء الأمريكية والأوروبية من الإنترنت المبكر.
بحلول عام 1993 ، كان أكثر من 125000 كم من TAT-8s قيد التشغيل في جميع أنحاء العالم. يتوافق هذا الرقم تقريبًا مع الطول الإجمالي للكابلات البحرية التناظرية. في عام 1992 ، دخلت TAT-9 الخدمة. تمت زيادة سرعة الألياف الضوئية إلى 580 ميجابت في الثانية.
اختراق تكنولوجي
في أواخر التسعينيات ، أدى تطوير المكبرات الضوئية المشبعة بالإربيوم إلى قفزة نوعية في جودة أنظمة الكابلات البحرية. يمكن تضخيم الإشارات الضوئية التي يبلغ طولها الموجي حوالي 1.55 ميكرون بشكل مباشر ، ولم يعد معدل النقل مقيدًا بسرعة الأجهزة الإلكترونية. كان أول نظام محسن بصريًا للطيران عبر المحيط الأطلسي هو TAT 12/13 في عام 1996. كان معدل النقل على كل زوج من الألياف 5 جيجابت في الثانية.
تسمح الأنظمة البصرية الحديثة بنقل مثل هذه الأحجام الكبيرةالبيانات التي تعتبر التكرار أمرًا بالغ الأهمية. عادةً ما تتكون كابلات الألياف الضوئية الحديثة مثل TAT-14 من كابلين منفصلين عبر المحيط الأطلسي يمثلان جزءًا من طوبولوجيا الحلقة. ويربط الخطان الآخران المحطات الساحلية على جانبي المحيط الأطلسي. يتم إرسال البيانات حول الحلبة في كلا الاتجاهين. في حالة حدوث كسر ، ستصلح الحلقة نفسها بنفسها. يتم تحويل حركة المرور لتجنيب أزواج الألياف في كابلات الخدمة.
