150 år sedan, den 16 augusti 1858, fick USA:s president James Buchanan ett gratulationstelegram från drottning Victoria och skickade henne ett meddelande i gengäld. Det första officiella meddelandeutbytet över den nylagda transatlantiska telegrafkabeln markerades av en parad och fyrverkerier över New Yorks stadshus. Festligheterna överskuggades av en brand som inträffade av denna anledning, och efter 6 veckor misslyckades kabeln. Sant, även innan dess fungerade han inte särskilt bra - meddelandet från drottningen sändes inom 16,5 timmar.
Från idé till projekt
Det första förslaget om telegraf och Atlanten var ett reläschema där meddelanden som levererades av fartyg skulle telegraferas från Newfoundland till resten av Nordamerika. Problemet var byggandet av en telegraflinje längs den svåra terrängen på ön.
Förfrågan om hjälp från den ingenjör som ansvarade för projektet lockade amerikanenaffärsmannen och finansmannen Cyrus Field. Under sitt arbete korsade han havet mer än 30 gånger. Trots motgångarna som Field mötte ledde hans entusiasm till framgång.
Affärsmannen hoppade omedelbart på idén om en transatlantisk banköverföring. Till skillnad från markbundna system, där pulserna regenererades av reläer, var den transoceaniska linjen tvungen att klara sig med en enda kabel. Field fick försäkringar från Samuel Morse och Michael Faraday att signalen kunde sändas över långa avstånd.
William Thompson gav den teoretiska grunden för detta genom att publicera den omvända kvadratlagen 1855. Stigtiden för en puls som passerar genom en kabel utan induktiv belastning bestäms av tidskonstanten RC för en ledare med längden L, lika med rcL2, där r och c är resistansen respektive kapacitans per längdenhet. Thomson bidrog också till undervattenskabelteknik. Han förbättrade spegelgalvanometern, där de minsta avvikelserna i spegeln orsakade av strömmen förstärktes genom projektion på en skärm. Senare uppfann han en enhet som registrerar signaler med bläck på papper.
Ubåtkabeltekniken förbättrades efter att guttaperka dök upp 1843 i England. Detta harts från ett träd hemma på den malaysiska halvön var en idealisk isolator eftersom det var termoplastiskt, mjuknat när det värmdes och återgick till en fast form när det kyldes, vilket gjorde det lättare att isolera ledarna. Under förhållanden av tryck och temperatur på botten av havet, dess isolerande egenskaperförbättrats. Guttaperka förblev det huvudsakliga isoleringsmaterialet för undervattenskablar fram till upptäckten av polyeten 1933.
Fältprojekt
Cyrus Field ledde 2 projekt, varav det första misslyckades och det andra slutade med framgång. I båda fallen bestod kablarna av en enda 7-kärnig tråd omgiven av guttaperka och bepansrad med ståltråd. Tjärad hampa gav korrosionsskydd. Sjömilen för 1858 års kabel vägde 907 kg. Den transatlantiska kabeln från 1866 var tyngre, 1 622 kg/mil, men eftersom den hade mer volym vägde den mindre i vattnet. Draghållfastheten var 3t respektive 7,5t.
Alla kablar hade en vattenreturledare. Även om havsvatten har mindre motstånd utsätts det för herrelösa strömmar. Strömförsörjningen tillfördes av kemiska strömkällor. Till exempel hade 1858 års projekt 70 element på 1,1 V vardera. Dessa spänningsnivåer, i kombination med felaktig och slarvig förvaring, gjorde att den transatlantiska djuphavskabeln misslyckades. Användningen av en spegelgalvanometer gjorde det möjligt att använda lägre spänningar i efterföljande ledningar. Eftersom motståndet var ungefär 3 ohm per nautisk mil, på ett avstånd av 2000 miles, kunde strömmar i storleksordningen en milliampere, tillräckligt för en spegelgalvanometer, bäras. På 1860-talet infördes en bipolär telegrafkod. Morsekodens prickar och streck har ersatts med pulser med motsatt polaritet. Med tiden utvecklatsmer komplexa system.
Expeditioner 1857-58 och 65-66
£350 000 samlades in genom emission av aktier för att lägga den första transatlantiska kabeln. De amerikanska och brittiska regeringarna garanterade en avkastning på investeringen. Det första försöket gjordes 1857. Det tog två ångfartyg, Agamemnon och Niagara, för att transportera kabeln. Elektrikerna godkände en metod där ett fartyg lade ledningen från en landstation och sedan kopplade den andra änden till en kabel på ett annat fartyg. Fördelen var att den upprätthöll en kontinuerlig elektrisk förbindelse med stranden. Det första försöket slutade i misslyckande när kabelläggningsutrustningen misslyckades 200 miles offshore. Den försvann på ett djup av 3,7 km.
År 1857 utvecklade Niagaras chefsingenjör, William Everett, ny kabelläggningsutrustning. En anmärkningsvärd förbättring var en automatisk broms som aktiverades när spänningen nådde en viss tröskel.
Efter en våldsam storm som nästan sänkte Agamemnon möttes fartygen mitt i havet och den 25 juni 1858 började de lägga den transatlantiska kabeln igen. Niagara rörde sig västerut och Agamemnon rörde sig österut. 2 försök gjordes, avbrutna av skada på kabeln. Fartygen återvände till Irland för att ersätta honom.
17 juli gav sig flottan åter iväg för att möta varandra. Efter mindre hicka lyckades operationen. Med en konstant hastighet på 5–6 knop gick Niagara den 4 augusti ini Trinity Bay Newfoundland. Samma dag anlände Agamemnon till Valentia Bay på Irland. Drottning Victoria skickade det första hälsningsmeddelandet som beskrivs ovan.
1865 års expedition misslyckades 600 miles från Newfoundland, och endast 1866 års försök var framgångsrikt. Det första meddelandet på den nya linjen skickades från Vancouver till London den 31 juli 1866. Dessutom hittades slutet på en kabel som förlorades 1865, och linjen blev också framgångsrik. Överföringshastigheten var 6-8 ord per minut till en kostnad av 10 USD/ord.
Telefonkommunikation
År 1919 inledde det amerikanska företaget AT&T en studie om möjligheten att lägga en transatlantisk telefonkabel. 1921 anlades en telefonlinje för djupt vatten mellan Key West och Havanna.
1928 föreslogs att man skulle lägga en kabel utan repeatrar med en enda röstkanal över Atlanten. De höga kostnaderna för projektet (15 miljoner USD) på höjden av den stora depressionen, såväl som förbättringar av radioteknik, avbröt projektet.
I början av 1930-talet gjorde utvecklingen inom elektronik det möjligt att skapa ett sjökabelsystem med repeatrar. Kraven på konstruktionen av mellanlänksförstärkare var oöverträffade, eftersom enheterna var tvungna att fungera oavbrutet på havsbotten i 20 år. Strikta krav ställdes på komponenternas tillförlitlighet, i synnerhet vakuumrör. 1932 fanns det redan elektriska lampor som framgångsrikt testades ini 18 år. Radioelementen som användes var betydligt sämre än de bästa proverna, men de var mycket tillförlitliga. Som ett resultat fungerade TAT-1 i 22 år, och inte en enda lampa gick sönder.
Ett annat problem var läggningen av förstärkare i öppet hav på upp till 4 km djup. När fartyget stoppas för att återställa repeatern kan det uppstå veck på kabeln med spiralformad pansar. Som ett resultat användes en flexibel förstärkare, som kunde passa utrustning avsedd för telegrafkabel. De fysiska begränsningarna hos den flexibla repeatern begränsade dock dess kapacitet till ett 4-trådssystem.
UK Post har utvecklat ett alternativt tillvägagångssätt med hårda repeatrar med mycket större diameter och kapacitet.
Implementering av TAT-1
Projektet startade om efter andra världskriget. 1950 testades flexibel förstärkarteknik av ett system som länkade Key West och Havanna. Sommaren 1955 och 1956 lades den första transatlantiska telefonkabeln mellan Oban i Skottland och Clarenville på ön. Newfoundland, långt norr om befintliga telegraflinjer. Varje kabel var cirka 1950 nautiska mil lång och hade 51 repeatrar. Deras antal bestämdes av den maximala spänningen vid terminalerna som kunde användas för ström utan att påverka tillförlitligheten hos högspänningskomponenter. Spänningen var +2000 V i ena änden och -2000 V i den andra. Systemets bandbredd, i desskön bestämdes av antalet repeaters.
Förutom repeatrarna installerades 8 undervattensutjämnare på den öst-västliga linjen och 6 på den väst-östra linjen. De korrigerade de ackumulerade skiftningarna i frekvensbandet. Även om den totala förlusten i 144 kHz-bandbredden var 2100 dB, minskade användningen av equalizers och repeatrar detta till mindre än 1 dB.
Komma igång TAT-1
Under de första 24 timmarna efter lanseringen den 25 september 1956 gjordes 588 samtal från London och USA och 119 från London till Kanada. TAT-1 tredubblade omedelbart kapaciteten i det transatlantiska nätverket. Kabelbandbredden var 20-164 kHz, vilket möjliggjorde 36 röstkanaler (4 kHz vardera), varav 6 var uppdelade mellan London och Montreal och 29 mellan London och New York. En kanal var avsedd för telegrafen och tjänsten.
Systemet inkluderade också en landförbindelse genom Newfoundland och en ubåtsförbindelse till Nova Scotia. De två linjerna bestod av en enda 271 nautisk mils kabel med 14 UK Post-designade stela repeatrar. Den totala kapaciteten var 60 röstkanaler, varav 24 kopplade ihop Newfoundland och Nova Scotia.
Ytterligare förbättringar av TAT-1
TAT-1-linjen kostade 42 miljoner dollar. Priset på 1 miljon dollar per kanal stimulerade utvecklingen av terminalutrustning som skulle använda bandbredden mer effektivt. Antalet röstkanaler i standardfrekvensområdet 48 kHz har utökats från 12 till 16 genom att minskaderas bredd från 4 till 3 kHz. En annan innovation var temporal speech interpolation (TASI) utvecklad vid Bell Labs. TASI fördubblade antalet röstkretsar tack vare talpauser.
Optiska system
Den första transoceaniska optiska kabeln TAT-8 togs i drift 1988. Repeaters regenererade pulser genom att omvandla optiska signaler till elektriska och vice versa. Två fungerande par fibrer arbetade med en hastighet av 280 Mbps. 1989, tack vare denna transatlantiska internetkabel, gick IBM med på att finansiera en länk på T1-nivå mellan Cornwall University och CERN, vilket avsevärt förbättrade anslutningen mellan de amerikanska och europeiska delarna av det tidiga Internet.
Senast 1993 var mer än 125 000 km TAT-8 i drift över hela världen. Denna siffra motsvarade nästan den totala längden av analoga sjökablar. 1992 togs TAT-9 i tjänst. Hastigheten per fiber har höjts till 580 Mbps.
Teknologiskt genombrott
I slutet av 1990-talet ledde utvecklingen av erbiumdopade optiska förstärkare till ett kvantsprång i kvaliteten på undervattenskabelsystem. Ljussignaler med en våglängd på cirka 1,55 mikron kan direkt förstärkas, och genomströmningen begränsas inte längre av elektronikens hastighet. Det första optiskt förbättrade systemet som flög över Atlanten var TAT 12/13 1996. Överföringshastigheten på vart och ett av de två fiberparen var 5 Gbps.
Moderna optiska system tillåter överföring av så stora volymerdata som redundans är avgörande. Vanligtvis består moderna fiberoptiska kablar som TAT-14 av 2 separata transatlantiska kablar som är en del av en ringtopologi. De andra två linjerna förbinder kuststationer på var sida om Atlanten. Data skickas runt ringen i båda riktningarna. I händelse av ett avbrott kommer ringen att reparera sig själv. Trafiken leds om för att skona fiberpar i servicekablar.
