Как разматывают Интернет: прокладка подводных кабелей

Принято думать, что мировая информационная паутина — это нечто неосязаемое. И отчасти это так. Атмосфера планеты за последнюю сотню лет превратилась из банальной смеси азота и кислорода в густой бульон из радиоволн. Но не стоит заблуждаться — каждый бит информации,прежде чем стать эфирным электромагнитным излучением, обязательно проделывает неблизкий путь по проводам, большая часть которых проложена по океанскому дну

Попытки соединить континенты проводами начались в первые же годы после изобретения самого телеграфа. В 1840 году английский профессор Уитстон представил на рассмотрение парламента проект прокладки подводного кабеля от Дувра к французскому берегу, но не получил согласия законодателей и, соответственно, денег.

Следующая попытка была предпринята через год — «Ниагара» и «Агамемнон», соединив концы кабеля посередине океана, отправились в разные стороны. После нескольких обрывов корабли вернулись в Ирландию для пополнения запасов. Следующий старт — в июле того же года — принес успех, на который уже мало кто надеялся. Но… телеграф проработал около месяца и замолчал.

Человеком, соединившим мгновенной связью Старый и Новый Свет, стал американский предприниматель Сайрус Филд, основавший в 1854 году «Нью-Йоркско-Ньюфаундлендскую и Лондонскую телеграфную компанию». Вице-президентом стал известный нам Сэмюэл Морзе. Укладка кабеля началась в 1857 году при содействии правительств США и Великобритании, предоставивших для использования в роли кабелеукладчиков военные корабли: пароходофрегат «Ниагара» и парусно-паровой линкор «Агамемнон». На дно Атлантики было уложено 620 км кабеля, после чего он оборвался.

Следующая попытка была предпринята через год — «Ниагара» и «Агамемнон», соединив концы кабеля посередине океана, отправились в разные стороны. После нескольких обрывов корабли вернулись в Ирландию для пополнения запасов. Следующий старт — в июле того же года — принес успех, на который уже мало кто надеялся. Но… телеграф проработал около месяца и замолчал.

Сегодняшние оптоволоконные кабели имеют многоуровневую защиту от едкой морской воды и механических повреждений. Пучок передающих волокон «плавает» в гелевом гидрофобном наполнителе внутри медной или алюминиевой трубки, покрытой слоем эластичного поликарбоната и алюминиевым экраном. Следующий слой- скрученная стальная проволока, обернутая майларовой лентой. Снаружи кабель одет в полиэтиленовую «рубашку». Другой вариант — кабель с профилированным несущим сердечником. В такой схеме до восьми оптических пар помещаются внутри каждого из шести экструдированных в полиэтиленовом шнуре каналов, заполненных гелем. Пары защищены навитой майларовой лентой, медным экраном и толстой полиэтиленовой оплеткой. В центре шнура проложена толстая стальная проволока для придания кабелю жесткости. Гарантия на подводные кабели связи — не менее 25 лет.

Высоковольтные магистрали, связывающие с Большой землей острова, нефтяные платформы и ветряные электростанции, защищены еще лучше коммуникационных. Проводниками обычно служат три медные жилы, каждая из которых экранирована полупроводниковой лентой и толстым слоем изолятора из сшитого полиэтилена. Поверх изолятора проложен еще один экран, навита водонепроницаемая лента. Снаружи каждая токопроводящая жила закрыта герметичной свинцовой оболочкой и антикоррозионной полиэтиленовой оплеткой. Если в качестве основного изолятора используется этиленпропиленовая резина (ЭПР), свинцовый слой зачастую не используется в целях облегчения конструкции. В состав современного силового кабеля обязательно включается как минимум одна оптоволоконная пара для передачи данных. Проводники и оптоволокно заливаются полипропиленом или полиэтиленом, покрываются лентой-усилителем, полимерной оплеткой, броней из стальной проволоки и еще одним слоем из полиэтиленовой пряжи толщиной не менее 4 мм. Как правило, такие кабели служат верой и правдой десятки лет. Быстрое развитие морской ветроэнергетики и нефтегазодобычи привело к тому, что в настоящее время все имеющиеся на планете восемь заводов по производству подводного силового кабеля работают на пределе мощности. И спрос на их продукцию только растет.

Nexans Skaggerak — специализированное судно, построенное в 1976 году новрежской компанией Øgreys Mekaniske Verksted для подводной прокладки силовых кабелей и шлангопроводов. В марте 2010 года модернизирован в ремонтных доках Cammell Laird в Биркенхеде, Англия. Судно было распилено поперек, и между двумя его половинками была вварена дополнительная секция длиной 12.5 метра. Также на Skagerrak установили новую поворотную платформу. Справа на фото — силовой кабель, предназначенный для укладки в море, поступает с берега по специальному транспортеру, исключающему слишком резкие перегибы, и складируется в специальном отсеке, цилиндрической формы. Современный подводный силовой кабель может иметь диаметр порядка 100 мм. Метр такой «ниточки» вполне может потянуть на пару десятков килограмм, поэтому немудрено, что для контроля укладки требуются несколько дюжих рабочих. На фото — поворотная платформа, установленная на Skagerrak, имеет диаметр 29 метров и полезную нагрузку 7000 тонн, при объеме 2000 кубометров.

Дело техники

Итак, мировой спрос на трафик просто сумасшедший — по данным агентства Telegeography, с 2007 года он растет на 100% в год. Подводные линии электропередач разрастаются вместе с альтернативной энергетикой. Отличный кабель у нас имеется. Остается только соединить им острова и континенты.

Создание подводной кабельной системы — сложнейшая операция, выполняемая профессионалами экстра-класса в экстремальных условиях с хирургической точностью. Первым делом выявляется оптимальный маршрут. С помощью специальных судов, оснащенных гидролокаторами бокового обзора, подводными аппаратами с дистанционным управлением и акустическими профилометрами Доплера, океанологи исследуют участки дна, на которые вскоре ляжет нить. Тщательно фиксируются и анализируются высотный профиль маршрута, состав донного грунта, сейсмическая активность зоны, наличие и характер течений, естественных и искусственных препятствий в коридоре прокладки. По полученным данным составляется конфигурация линии и технологическая карта прокладки. На критически важные точки маршрута выставляются бакены, оснащенные GPS-передатчиками и радиомаяками. Лишь после этого в дело вступают суда-кабелеукладчики.

Серьезных различий между кабельными судами для прокладки силовых и коммуникационных линий нет. Разница лишь в специфической оснастке. Кроме того, «силовики» обычно работают в прибрежных районах, а оптику тянут на тысячи километров в открытом море. Самые большие и производительные в мире суда, специализирующиеся на высоковольтных магистралях, — норвежский укладчик Skagerrak, принадлежащий компании Nexans, и Giulio Verne итальянской корпорации Prysmian Group. Cable Innovator из флотилии Global Marine Systems водоизмещением 10557 т не имеет равных среди «связистов» — он может взять на борт 8500 км оптического кабеля. Крупнейшие флотилии кабельных судов базируются в Тихом океане — восемь судов трудятся на американскую компанию SubCom и столько же на ее японского конкурента NEC. Характерные особенности кабелеукладчиков — малая рабочая осадка, не превышающая 10 м, обязательное оснащение системами динамического позиционирования и гидроакустической ориентации, а также чрезвычайно чувствительные движители, позволяющие регулировать скорость с аптекарской точностью. Современный кабелеукладчик оснащен многошкивной кабельной машиной-лебедкой, развивающей тягу до 50 т, спускающей кабель в воду со скоростью порядка 1,5 км/ч. Кроме того, на борту имеются краны для погружения и подъема подводных аппаратов, устройства для сращивания и резки, водолазное оборудование и многое другое.

Cable Innovator водоизмещением 10557 тонн — самое большое в мире судно, созданное для прокладки оптического кабеля. Построено в 1995 году на финских верфях Kvaerner Masa, принадлежит компании Global Marine Systems. Три 17-метровых барабана могут вместить по 2333 тонны кабеля каждый. 60 дней корабль с экипажем в восемь десятков человек может функционировать в режиме полной автономности, разматывая кабельную линию на скорости до 6.6 узлов (чуть больше 12 км/ч).

Серьезных различий между кабельными судами для прокладки силовых и коммуникационных линий нет. Разница лишь в специфической оснастке. Кроме того, «силовики» обычно работают в прибрежных районах, а оптику тянут на тысячи километров в открытом море. Самые большие и производительные в мире суда, специализирующиеся на высоковольтных магистралях, — норвежский укладчик Skagerrak, принадлежащий компании Nexans, и Giulio Verne итальянской корпорации Prysmian Group. Cable Innovator из флотилии Global Marine Systems водоизмещением 10557 т не имеет равных среди «связистов» — он может взять на борт 8500 км оптического кабеля. Крупнейшие флотилии кабельных судов базируются в Тихом океане — восемь судов трудятся на американскую компанию SubCom и столько же на ее японского конкурента NEC. Характерные особенности кабелеукладчиков — малая рабочая осадка, не превышающая 10 м, обязательное оснащение системами динамического позиционирования и гидроакустической ориентации, а также чрезвычайно чувствительные движители, позволяющие регулировать скорость с аптекарской точностью. Современный кабелеукладчик оснащен многошкивной кабельной машиной-лебедкой, развивающей тягу до 50 т, спускающей кабель в воду со скоростью порядка 1,5 км/ч. Кроме того, на борту имеются краны для погружения и подъема подводных аппаратов, устройства для сращивания и резки, водолазное оборудование и многое другое.

Возможность мгновенной передачи данных на тысячи километров сейчас воспринимается как должное — уже полторы сотни лет никто не удивляется. Но за очевидностью стоят немаленькие технологические ухищрения. Всемирная Сеть — это не только пропускная способность и протяженность, но еще масса и объем. Чтобы убедится в этом достаточно поглядеть на барабан, в котором хранится свернутый кабель. Размеры этой «катушки» вполне соответствуют масштабам решаемых задач. Современный кабельный барабан на специализированном судне — это тысячи тонн и кубометров плюс специальные системы для укладки кабеля и его размотки. А барабанов таких на флагманах «проводного флота» — по три-четыре. Конструкция должна обеспечить намотку, размотку и хранение кабеля без перегибов, сильных нагрузок и прочего экстрима. Именно с этим связан большой диаметр «катушки» — современные подводные провода не рассчитаны на сколь-нибудь серьезный изгиб, поэтому сворачивать моток слишком туго нельзя — сломается.

На дно

Укладка любого кабеля начинается с суши. Эту ювелирную операцию обычно проводит команда опытных водолазов. Кабелеукладчик подходит к берегу поближе, встает по заданному курсу и стравливает на воду требуемый отрезок «нитки», соединенный с вытяжным тросом, предварительно заведенным с берега через врытую в грунт длинную трубу. В ходе этой операции вытравленный кабель висит на поплавках во избежание критических перегибов и спутывания. Процесс вывода троса и кабеля на соединительный щиток контролируется визуально посредством телекамер — починить этот отрезок линии впоследствии будет гораздо сложнее, чем какой-либо другой. Проверка целостности кабеля подачей сигнала (или напряжения, если он силовой) происходит во время укладки в постоянном режиме. Если все в норме — труба замуровывается со стороны моря, из нее откачивается вода, а вместо нее внутрь подается антикоррозийная смесь ингибиторов, биоцидов, убивающих водные бактерии, и раскислителя, поглощающего кислород. Береговая укладка, несмотря на кажущуюся простоту, — самый долгий этап работ. Команде Бьорна Ладегаарда, инженера компании Nexans, понадобилось целых три недели, чтобы в январе этого года подцепить к сети силовую ветку на пляжах Майорки на участке всего около 500 м!

В открытом море все проще, но и там свои трудности. Рельеф морского дна редко бывает достаточно удобным для так называемой свободной укладки, когда «нитка» опускается прямо на грунт. Так, силовую магистраль между Испанией и Балеарами пришлось зарывать на участке 283 км, в том числе на глубинах более километра. Еще 23 км были вырублены в скале!

В подводных дебрях незаменимые помощники инженеров — глубоководные аппараты с дистанционным управлением через шланг-кабель. Специалисты компании Nexans имеют в своем распоряжении три машины. Маленький и юркий CapTrack с комплексом датчиков, трансмиттером GPS, мощными прожекторами и телекамерами предназначен для оперативного мониторинга и точной укладки «нитки» на дно. На участках с экстремально сложным рельефом используется подводный бульдозер Spider с дополнительным «вооружением» в виде буровой головки, водометов и мощного насоса. Рука-манипулятор Spider может оснащаться целой кучей жутких инструментов, предназначенных для разрушения. Большую же часть работы на маршрутах выполняет траншейная машина Capjet со своим плугом-водометом. Вскрытый грунт постоянно откачивается насосом из полутораметровой траншеи и подается за корму Capjet, засыпая уложенный кабель.

Когда на пути прокладки оказываются более серьезные препятствия, инженеры используют арочные системы перехода. Кабель в специальном рукаве подвешивается на заякоренных герметичных стальных баллонах, наполненных воздухом. При наличии «попутных» трубопроводов кабель закрепляется на них специальными клипсами. Если через трубы приходится «перешагивать», применяются бетонные мостики или защитные рукава, укладываемые в нужном месте подводными аппаратами. В зонах с устойчивыми донными течениями кабель, как и любое цилиндрическое тело, подвергается разрушительному воздействию вихревых вибраций. Постепенно эти незаметные глазу высокочастотные колебания разрушают даже железобетонные балки. Для борьбы с этой бедой «нитка» одевается в пластиковое спиралевидное «оперение». Чтобы предотвратить перетирание изоляции о скалистый грунт, используются мягкие полиуретановые маты или ленточные протекторы. Все операции по удлинению, разветвлению кабеля, установке на него усилителей и контрольной аппаратуры производятся на судне непосредственно перед укладкой данного участка на дно. На финише маршрута кабелеукладчик повторяет операцию по выводу магистрали на берег. После этого линия тестируется и запускается в эксплуатацию.

А не проще ли запустить на орбиту пару спутников, спросите вы? Не проще. Скорости не те — мегабиты в секунду для XXI века уже не годятся. Да и гигабиты — тоже. Подводные терабиты совсем другое дело…

/www.popmech.ru/