Цифрові технології зближують континенти. Причому в буквальному сенсі. Як Інтернет подорожує між країнами? Що собою являє підводний інтернет-кабель і як його прокладають? Відповіді в цьому матеріалі.
Підводний комунікаційний кабель з’єднує між собою континенти і країни, і призначений для передачі даних. Кабелі пролягають просто океанічним дном, причому їхня кількість із кожним роком тільки збільшується.
Кількість і протяжність
На 2022 рік під водою налічується 530 робочих кабелів і кабелів, що прокладаються, загальною протяжністю понад 1 мільйон кілометрів. Кількість робочих кабелів постійно змінюється залежно від введення в експлуатацію нових магістралей і відключення старих. Протяжність окремих магістралей сильно різниться. Так, кабель Circe South, протягнутий з Великої Британії до Франції, має довжину всього 115 км. Водночас довжина Pacific Crossing-1, що з’єднує США і Японію, сягає 21 000 км. Загалом протяжність кабелю залежить від тієї відстані, яку йому необхідно з’єднати.
Також багато країн і компаній не обмежуються прокладанням тільки одного кабелю і в разі потреби тягнуть додаткові магістралі (найчастіше на достатній відстані одна від одної). У разі обриву однієї магістралі, сигнал буде перенаправлено по запасних.
Пристрій і створення кабелю
Може здатися, що підводні кабелі створюються за якимось особливими технологіями. Це вірно лише частково. Основу кабелю становить звичайне оптичне волокно, причому в різних кабелях кількість оптоволоконних пар відрізнятиметься. Водночас будова кабелю має певні нюанси, пов’язані із захистом кабелю від тиску води і різних загроз.
Як правило, будова кабелю має такий вигляд.
Оптоволокно укладається в мідні трубки, які заповнюються гідрофобним гелем. Кількість трубок відрізняється залежно від конструкції кабелю. Уся ця начинка поміщається в шар полікарбонату, що підсилює конструкцію, а потім в алюмінієву обгортку. Далі йде сталеве обплетення, що захищає оптоволокно від пошкоджень. На обплетення накладається майларова плівка, стійка до ударів і зносу. Останнім зовнішнім шаром стає поліетилен. Через рівні проміжки на кабель монтують репітери (підсилювачі сигналу). По кабелю пропускають електричний струм.
Цікаво, що частина конструкції, що опускається на глибину, має діаметр до 6 сантиметрів. Причина проста: на глибині кабелю загрожує менше небезпек. У той же час, у прибережній зоні кабелі забезпечуються більш потужним захистом.
Вага кабелю довжиною 4 км сягатиме 15 тонн. Кабелі мають різну пропускну здатність, причому найчастіше це залежить від застосованих під час передачі технологій. Залежно від магістралі, показники коливаються в межах від 50 до 200 Тбіт/с.
Кабель розрахований на термін служби до 25 років, але завершити її він може і раніше. Непотрібний кабель або відключають і залишають на дні океану, або ж витягують з-під води й утилізують.
У світі існує кілька великих виробників кабелів. Одним із лідерів у цій галузі є італійська компанія Prysmian, заводи якої виробляють силові та оптичні підводні кабелі. На другому місці за продуктивністю та прибутком перебуває французька Nexans (колишня Alcatel Cable). Також до найбільших виробників варто віднести китайську Hengtong і японську NEC. До слова, NEC ще 2020 року анонсували виробництво кабелю з 20 парами волокон.
Як прокладають кабель
Прокладання кабелю океанічним дном — процес складний і довгий. Залежно від маршруту, кабель прокладають на глибину до 8 кілометрів. Перед безпосереднім прокладанням проводиться серйозна підготовча робота. Необхідно ретельне вивчення маршруту, який має бути безпечним і економічно вигідним. Здійснюється геологічна розвідка, обираються ділянки з відносно рівним дном, з відсутністю розломів у земній корі. Враховується і наявність різних перешкод: коралові рифи, затонулі кораблі тощо. Також відбувається оцінка можливої сейсмічної та вулканічної активності, зсувів.
Трансатлантичний кабель Marea
Укладання здійснюють спеціальні кабельні судна, які створюють на замовлення. Вони мають примітну особливість — на палубах і в трюмі у них знаходиться один або кілька величезних барабанів, куди завантажується кабель. Залежно від типу судна, воно може вміщати в себе до кількох тисяч кілометрів кабелю. Розмотується кабель через спеціальну систему кабельних машин з електроприводами, що нагадує лебідку.
Двигуни кабелеукладачів пов’язані з навігаційними системами, крім того, судна обладнані додатковими двигунами, системами динамічного позиціювання і гідроакустичної орієнтації. Усе це дає змогу йти заданим курсом, майже без відхилення від маршруту. Судна такого типу мають низьку осадку, щоб була можливість якомога ближче підійти до берега. На борту розташовуються оптоволоконна лабораторія для роботи з кабелями, водолазна станція, апаратура для контролю за станом кабелю та багато іншого.
У лабораторії кабелеукладача ремонтують і з’єднують кабелі один з одним. Місце кріплення заливають пластиком і поміщають у стикувальну коробку.
У всьому світі налічується трохи більше 60 кабелеукладальників, причому графік робіт кожного з них розписаний на кілька років уперед.
Процес прокладання має такий вигляд. Спочатку кабель підключають до систем на узбережжі, перевіряють чи йде по ньому сигнал, після чого судно починає рух, повільно розплутуючи кабель. Причому спочатку його утримують на поверхні води за допомогою буїв (щоб не було перегинів).
На глибині до 1-го кілометра, кабель укладають у прориту в ґрунті траншею. Це завдання лягає на спеціальний підводний кабельний плуг, який, завдяки особливій конструкції, прокопує траншею (глибиною до 1 метра) і автоматично прокладає кабель.
Після того як дно починає обриватися, і глибина збільшується, кабель опускають просто на океанічне дно. Через певні проміжки до кабелю кріплять підсилювачі сигналів. Якщо закінчується одна бухта з кабелем, то в хід йде наступна, і в цьому разі кабелі зрощуються один з одним, а місце кріплення захищається спеціальною стикувальною коробкою.
Залежно від зовнішніх факторів і можливостей судна, за день може бути прокладено до 10-12 км кабелю. Залежно від відстані, фахівці можуть провести суцільний кабель від одного берега до іншого або ж з’єднати його з кабелем, протягнутим з протилежного берега з наступним.
Кабелеукладальники Nexus і Team Oman
Крім того, від одного кабелю можна прокласти додаткові магістралі, використовуючи спеціальні розгалужувачі. З’єднують кабелі шляхом зрощування, виконуючи цю операцію в електронній стикувальній машині, розташованій у корабельній лабораторії.
Для підводних робіт (наприклад, лагодження кабелю) використовують спеціальний дистанційно керований робот.
У деяких випадках прокладання кабелю може відбуватися кілька років. Наприклад, кабель EllaLink, що з’єднує Південну Америку і Європу, прокладали з 2019 р. по 2021 р.
Основні магістралі
Як прокладають кабелі — ми розібралися. Але які магістралі та напрямки вважаються найбільш важливими і чому?
Насамперед враховується загальна доцільність і передбачувана вигода від прокладання кабелю. Прораховується планований обсяг інформації, що передається, і частота повідомлень між країнами і континентами. Так, між Південною Америкою та Австралією досі не проведено жодного кабелю, оскільки в цьому немає жодної практичної користі.
Називати всі шляхи ми не будемо, оскільки їх дуже багато, виділимо лише найприкметніші.
Основні магістралі пролягають між східним узбережжям Північної Америки і країнами Європи. З Європи кабелі йдуть у країни Африки, Близького Сходу, Індію. Від західного узбережжя Північної Америки кабелі тягнуться в Японію, країни Південно-Східної Азії та Австралію.
Крім того, до берегів однієї країни може бути протягнуто кілька кабелів. Так, до берегів Великої Британії підходить понад 50 кабелів. Також одна магістраль може мати кілька точок приєднання і з’єднувати між собою відразу кілька країн. Наприклад, у роботі перебуває магістраль SeaMeWe-6, яка тягнеться з Франції, проходить через Єгипет, Саудівську Аравію, Індію, Бангладеш і завершує свій шлях у Сінгапурі. Ще одним із подібних рекордсменів є система EAC-C2C, довжиною 36 500 км. Вона з’єднує 17 точок, що знаходяться в Японії, Південній Кореї, Сінгапурі, Китаї та інших країнах.
До найбільш значущих магістралей відносять кабель Marea завдовжки 6600 км і вагою понад 4 тисячі тонн, що з’єднує Північну Америку та Іспанію через Атлантику. Він має 8 оптоволоконних пар і забезпечує передачу 160 терабіт на секунду (Тбіт/с). Це досить високе значення.
Для порівняння: кабель Oman Australia Cable (OAM), відстанню майже 10 тисяч км, передає лише 45 Тбіт/с. Водночас магістраль OAC має важливе значення, оскільки з’єднує Європу, Близький Схід і Австралію через Індійський океан.
До важливих варто віднести магістральні проєкти Dunant і New Cross Pacific (NCP) Cable System. Dunant — трансатлантичний кабель, створений компанією Subcom. Він має 12 пар волокна і забезпечує передачу 250 Тбіт/с. Кабель NCP з’єднує Північну Америку з країнами Південно-Східної Азії.
Небезпеки для кабелів
Підраховано, що тільки в Атлантичному океані, щороку відбувається понад 50 поломок кабелю. У цьому випадку виручають спеціальні чергові ремонтні команди, які шукають пошкодження і прямують до місця поломки. Кабелі дістають з-під води, а пошкоджені ділянки ремонтують просто на кораблях.
Кабель може постраждати від підводних землетрусів, тайфунів, вивержень вулканів та інших катаклізмів. Так, наприклад, у 2022 р. острівна держава Того залишилася без зв’язку через виверження вулкана. Проте посеред океану кабель перебуває у відносній безпеці, на відміну від прибережної зони. Там, незважаючи на запобіжні заходи, його часто пошкоджують кораблі, що проходять повз, рибальські судна і навіть зловмисники. За приблизними підрахунками, на ці фактори припадає близько 80 % пошкоджень.
Однак пошкодження кабелю в більшості випадків не призводять до повного відключення Інтернету в тій чи іншій країні. Сигнал перенаправляється через резервні ділянки і навіть через сусідні країни.
Вартість проєктів
Якщо коротко, то прокладання кабелів коштує дуже дорого. Змалюємо загальну картину і наведемо кілька цифр. Наприклад, на прокладання кабелю між Венесуелою і Кубою в 2011 р. було витрачено 70 млн. У 2015 р. Hibernia Atlantic вклала 300 млн. доларів у прокладання кабелю Hibernia Express (пізніше перейменований на EXA Express), довжина якого становить п’ять тисяч кілометрів між Нью-Йорком і Лондоном. Кругленьку суму в 1 млрд. доларів вклали Google у реалізацію проекту магістралі Equiano. Її протяжність становить 15 тисяч км, і вона з’єднує Західну Європу і Південну Африку.
Вартість прокладання одного кілометра кабелю різнитиметься залежно від складності та протяжності маршруту. Крім вартості самого кабелю, ретрансляторів і розгалужувачів, левова частка коштів йде на оренду кабелеукладачів.
Кому належать кабелі
Підводними кабелями зазвичай володіють приватні компанії, які замовили їх прокладання. У деяких випадках кабелі належать державам. Частиною кабелів, що лежать на морському дні, володіють такі великі компанії як Google, Amazon, Microsoft.
На думку аналітиків, частка участі цих компаній у прокладанні кабелів з роками буде тільки зростати. Власники кабелів відповідають за їхнє обслуговування, регулярну подачу сигналу і працездатність.
Перспективи
Говорити про всі заплановані і прокладені магістралі ми не будемо, оскільки їх чимало. Зупинимося на деяких цікавих проектах. EllaLink готує проект магістралі Olisipo, яка зв’яже північ і південь Португалії. Планується прокласти 110 км кабелю, причому пропускна спроможність очікується в межах 4,3 петабай на секунду (Пбіт/с).
«Полярний експрес» — примітний проєкт, під час реалізації якого планується прокласти понад 12 тисяч км кабелю від Мурманська до Владивостока, першу ділянку якого буде прокладено дном Баренцевого і Карського морів. Підводний кабель буде забезпечений 150 репітерами і забезпечить передачу 104 Тбіт/с.
Ще одна магістраль, що готується, — «JUNO Cable System», між Каліфорнією і Японією. До 2024 року планується прокласти 10 тис. км кабелю з пропускною спроможністю 350 Тбіт/с.