Pred 150 leti, 16. avgusta 1858, je predsednik Združenih držav Amerike James Buchanan prejel telegram s čestitko kraljice Viktorije in ji v zameno poslal sporočilo. Prvo uradno izmenjavo sporočil po na novo položenem čezatlantskem telegrafskem kablu sta zaznamovala parada in ognjemet nad newyorško mestno hišo. Praznovanje je zasenčil požar, ki se je zgodil zaradi tega, in po 6 tednih je kabel odpovedal. Res je, tudi pred tem ni deloval zelo dobro - kraljičino sporočilo je bilo poslano v 16,5 urah.
Od ideje do projekta
Prvi predlog telegrafa in Atlantskega oceana je bila shema releja, v kateri naj bi se sporočila, ki so jih dostavile ladje, telegrafirala iz Nove Fundlandije v preostalo Severno Ameriko. Težava je bila gradnja telegrafske linije po težkem terenu otoka.
Prošnja za pomoč inženirja, odgovornega za projekt, je pritegnila Američanaposlovnež in financer Cyrus Field. Med svojim delom je več kot 30-krat prečkal ocean. Kljub težavam, s katerimi se je Field soočil, je njegovo navdušenje pripeljalo do uspeha.
Poslovnež je takoj skočil na zamisel o čezatlantskem bančnem nakazilu. Za razliko od zemeljskih sistemov, v katerih so impulze regenerirali releji, se je čezoceanska linija morala prenesti z enim samim kablom. Field je od Samuela Morseja in Michaela Faradayja prejel zagotovila, da se signal lahko prenaša na velike razdalje.
William Thompson je zagotovil teoretično osnovo za to z objavo zakona inverznega kvadrata leta 1855. Čas vzpona impulza, ki poteka skozi kabel brez induktivne obremenitve, je določen s časovno konstanto RC vodnika dolžine L, ki je enaka rcL2, kjer sta r in c upor in kapacitivnost na enoto dolžine, oz. Thomson je prispeval tudi k tehnologiji podmorskih kablov. Izboljšal je zrcalni galvanometer, pri katerem so najmanjša odstopanja zrcala, ki jih povzroča tok, ojačevali s projekcijo na platno. Kasneje je izumil napravo, ki registrira signale s črnilom na papir.
Tehnologija podmorskih kablov je bila izboljšana po pojavu gutaperče leta 1843 v Angliji. Ta smola iz drevesa, ki izvira iz Malajskega polotoka, je bila idealen izolator, ker je bila termoplastična, se je zmehčala pri segrevanju in se pri hlajenju vrnila v trdno obliko, kar je olajšalo izolacijo prevodnikov. Pod pogoji tlaka in temperature na dnu oceana njegove izolacijske lastnostiizboljšan. Gutaperča je ostala glavni izolacijski material za podmorske kable vse do odkritja polietilena leta 1933.
Projekti na terenu
Cyrus Field je vodil 2 projekta, od katerih je prvi propadel, drugi pa se je končal uspešno. V obeh primerih so bili kabli sestavljeni iz ene same 7-žilne žice, obdane z gutaperčo in oklepne z jekleno žico. Katrana konoplja je zagotavljala zaščito pred korozijo. Navtična milja kabla iz leta 1858 je tehtala 907 kg. Čezatlantski kabel iz leta 1866 je bil težji, 1.622 kg/miljo, a ker je imel več prostornine, je v vodi tehtal manj. Natezna trdnost je bila 3t oziroma 7,5t.
Vsi kabli so imeli en povratni vodnik za vodo. Čeprav ima morska voda manjši upor, je izpostavljena potepuškim tokovom. Napajanje so zagotavljali kemični viri toka. Na primer, projekt iz leta 1858 je imel 70 elementov po 1,1 V. Te stopnje napetosti so v kombinaciji z nepravilnim in neprevidnim shranjevanjem povzročile odpoved globokomorske čezatlantskega kabla. Uporaba zrcalnega galvanometra je omogočila uporabo nižjih napetosti v naslednjih linijah. Ker je bil upor približno 3 ohma na navtično miljo, so se na razdalji 2000 milj lahko prenašali tokovi reda miliampera, ki zadostujejo za zrcalni galvanometer. V 1860-ih je bila uvedena bipolarna telegrafska koda. Pike in poteze Morsejeve abecede so zamenjali impulzi nasprotne polarnosti. Sčasoma razvitbolj zapletene sheme.
Odprave 1857-58 in 65-66
350.000£ je bilo zbranih z izdajo delnic za polaganje prvega čezatlantskega kabla. Ameriška in britanska vlada sta zagotovili donosnost naložbe. Prvi poskus je bil izveden leta 1857. Za prevoz kabla sta potrebovali 2 parni ladji, Agamemnon in Niagara. Električarji so odobrili metodo, pri kateri je ena ladja položila vod z obalne postaje in nato priključila drugi konec na kabel druge ladje. Prednost je bila v tem, da je vzdrževal neprekinjeno električno povezavo z obalo. Prvi poskus se je končal neuspešno, ko je oprema za polaganje kablov odpovedala 200 milj od obale. Izgubljen je bil na globini 3,7 km.
Leta 1857 je glavni inženir Niagare William Everett razvil novo opremo za polaganje kablov. Pomembna izboljšava je bila avtomatska zavora, ki se je aktivirala, ko je napetost dosegla določen prag.
Po silovitem neurju, ki je skoraj potopilo Agamemnon, so se ladje srečale sredi oceana in 25. junija 1858 začele znova polagati čezatlantski kabel. Niagara se je premikala proti zahodu, Agamemnon pa proti vzhodu. Opravljena sta bila 2 poskusa, prekinjena zaradi poškodbe kabla. Ladje so se vrnile na Irsko, da bi ga zamenjale.
17. julija se je flota spet odpravila drug drugemu na srečanje. Po manjšem kolcanju je operacija uspela. S konstantno hitrostjo 5–6 vozlov je 4. avgusta vstopila Niagarav zalivu Trinity Nova Fundlandija. Istega dne je Agamemnon prispel v zaliv Valentia na Irskem. Kraljica Viktorija je poslala prvo zgoraj opisano pozdravno sporočilo.
Odprava iz leta 1865 ni uspela 600 milj od Newfoundlanda in uspešen je bil le poskus iz leta 1866. Prvo sporočilo na novi liniji je bilo poslano iz Vancouvra v London 31. julija 1866. Poleg tega je bil najden konec kabla, izgubljenega leta 1865, proga pa je bila tudi uspešno dokončana. Hitrost prenosa je bila 6-8 besed na minuto po ceni 10 USD/besedo.
Telefonska komunikacija
Leta 1919 je ameriško podjetje AT&T začelo študijo o možnosti polaganja čezatlantskega telefonskega kabla. Leta 1921 je bila med Key Westom in Havano položena globokomorska telefonska linija.
Leta 1928 je bilo predlagano polaganje kabla brez repetitorjev z enim samim glasovnim kanalom čez Atlantski ocean. Visoki stroški projekta (15 milijonov dolarjev) na vrhuncu velike depresije, pa tudi izboljšave radijske tehnologije, so prekinili projekt.
Do zgodnjih tridesetih let prejšnjega stoletja je razvoj elektronike omogočil ustvarjanje podmorskih kabelskih sistemov z repetitorji. Zahteve za načrtovanje vmesnih ojačevalnikov so bile brez primere, saj so morale naprave neprekinjeno delovati na oceanskem dnu 20 let. Za zanesljivost komponent, zlasti vakuumskih cevi, so bile postavljene stroge zahteve. Leta 1932 so že obstajale električne žarnice, ki so bile uspešno preizkušeneza 18 let. Uporabljeni radijski elementi so bili bistveno slabši od najboljših vzorcev, vendar so bili zelo zanesljivi. Kot rezultat, je TAT-1 deloval 22 let in niti ena svetilka ni odpovedala.
Druga težava je bila polaganje ojačevalnikov na odprtem morju na globini do 4 km. Ko se ladja ustavi, da ponastavi repetitor, se lahko na kablu s vijačnim oklepom pojavijo preponi. Kot rezultat, je bil uporabljen prilagodljiv ojačevalnik, ki je lahko prilegal opremi, zasnovani za telegrafski kabel. Vendar so fizične omejitve prilagodljivega repetitorja omejile njegovo zmogljivost na 4-žični sistem.
UK Post je razvil alternativni pristop s trdimi repetitorji veliko večjega premera in zmogljivosti.
Izvedba TAT-1
Projekt se je ponovno začel po drugi svetovni vojni. Leta 1950 je sistem, ki povezuje Key West in Havano, testiral tehnologijo fleksibilnega ojačevalnika. Poleti 1955 in 1956 je bil položen prvi čezatlantski telefonski kabel med Obanom na Škotskem in Clarenvilleom na otoku. Nova Fundlandija, precej severno od obstoječih telegrafskih linij. Vsak kabel je bil dolg približno 1950 navtičnih milj in je imel 51 repetitorjev. Njihovo število je bilo določeno z največjo napetostjo na sponkah, ki se lahko uporablja za napajanje, ne da bi to vplivalo na zanesljivost visokonapetostnih komponent. Napetost je bila +2000 V na enem koncu in -2000 V na drugem. Pasovna širina sistema, v svojičakalna vrsta je bila določena s številom ponavljalcev.
Poleg repetitorjev je bilo nameščenih 8 podmorskih izenačevalcev na liniji vzhod-zahod in 6 na liniji zahod-vzhod. Popravljali so nakopičene premike v frekvenčnem pasu. Čeprav je bila skupna izguba v pasovni širini 144 kHz 2100 dB, je uporaba izenačevalcev in repetitorjev to zmanjšala na manj kot 1 dB.
Kako začeti TAT-1
V prvih 24 urah po lansiranju 25. septembra 1956 je bilo opravljenih 588 klicev iz Londona in ZDA ter 119 iz Londona v Kanado. TAT-1 je takoj potrojil zmogljivost čezatlantskega omrežja. Pasovna širina kabla je bila 20-164 kHz, kar je omogočalo 36 glasovnih kanalov (vsak po 4 kHz), od katerih je bilo 6 razdeljenih med London in Montreal ter 29 med London in New York. En kanal je bil namenjen telegrafu in službi.
Sistem je vključeval tudi kopensko povezavo preko Nove Fundlandije in podmorsko povezavo z Novo Škotsko. Dve progi sta bili sestavljeni iz enega samega kabla dolžine 271 navtičnih milj s 14 togimi repetitorji, zasnovanimi za UK Post. Skupna zmogljivost je bila 60 glasovnih kanalov, od katerih jih je 24 povezovalo Novo Fundlandijo in Novo Škotsko.
Nadaljnje izboljšave TAT-1
Linija TAT-1 je stala 42 milijonov dolarjev. Cena 1 milijon dolarjev na kanal je spodbudila razvoj terminalske opreme, ki bi učinkoviteje uporabljala pasovno širino. Število glasovnih kanalov v standardnem frekvenčnem območju 48 kHz se je povečalo z 12 na 16 z zmanjšanjemnjihova širina od 4 do 3 kHz. Druga novost je bila časovna interpolacija govora (TASI), razvita v Bell Labs. TASI je podvojil število glasovnih tokokrogov zahvaljujoč govornim premorom.
Optični sistemi
Prvi čezoceanski optični kabel TAT-8 je bil zagnan leta 1988. Repetitorji so regenerirali impulze s pretvarjanjem optičnih signalov v električne in obratno. Dva delovna para vlaken sta delovala s hitrostjo 280 Mbps. Leta 1989 se je IBM po zaslugi tega čezatlantskega internetnega kabla strinjal s financiranjem povezave na ravni T1 med Univerzo Cornwall in CERN-om, kar je bistveno izboljšalo povezavo med ameriškim in evropskim delom zgodnjega interneta.
Do leta 1993 je bilo po vsem svetu v uporabi več kot 125.000 km TAT-8. Ta številka je skoraj ustrezala celotni dolžini analognih podmorskih kablov. Leta 1992 je TAT-9 začel delovati. Hitrost na vlakno je bila povečana na 580 Mbps.
Tehnološki preboj
V poznih devetdesetih letih prejšnjega stoletja je razvoj optičnih ojačevalnikov, dopiranih z erbijem, pripeljal do kvantnega preskoka v kakovosti podmorskih kabelskih sistemov. Svetlobne signale z valovno dolžino okoli 1,55 mikronov je mogoče neposredno ojačati, prepustnost pa ni več omejena s hitrostjo elektronike. Prvi optično izboljšan sistem, ki je preletel Atlantski ocean, je bil TAT 12/13 leta 1996. Hitrost prenosa na vsakem od dveh parov vlaken je bila 5 Gbps.
Sodobni optični sistemi omogočajo prenos tako velikih količinpodatkov, da je redundanca kritična. Običajno so sodobni kabli iz optičnih vlaken, kot je TAT-14, sestavljeni iz 2 ločenih čezatlantskih kablov, ki sta del obročne topologije. Drugi dve progi povezujeta obalne postaje na vsaki strani Atlantskega oceana. Podatki se pošiljajo po obroču v obe smeri. V primeru zloma se bo prstan sam popravil. Promet je preusmerjen na rezervne optične pare v servisnih kablih.
