Před 150 lety, 16. srpna 1858, obdržel prezident Spojených států James Buchanan blahopřejný telegram od královny Viktorie a na oplátku jí poslal zprávu. První oficiální výměna zpráv přes nově položený transatlantický telegrafní kabel byla ve znamení průvodu a ohňostroje nad newyorskou radnicí. Oslavy byly zastíněny požárem, ke kterému došlo z tohoto důvodu, a po 6 týdnech selhal kabel. Pravda, ani předtím nefungoval příliš dobře - zpráva královny byla předána do 16,5 hodiny.
Od nápadu k projektu
Prvním návrhem telegrafu a Atlantského oceánu bylo schéma přenosu, ve kterém měly být zprávy doručované loděmi telegrafovány z Newfoundlandu do zbytku Severní Ameriky. Problémem byla výstavba telegrafního vedení podél obtížného terénu ostrova.
Žádost o pomoc od inženýra odpovědného za projekt Američana zaujalapodnikatel a finančník Cyrus Field. Během své práce překonal oceán více než 30krát. Navzdory překážkám, kterým Field čelil, vedlo jeho nadšení k úspěchu.
Podnikatel okamžitě skočil po myšlence transatlantického bankovního převodu. Na rozdíl od pozemských systémů, ve kterých byly pulsy regenerovány pomocí relé, si transoceánské vedení muselo vystačit s jediným kabelem. Field obdržel ujištění od Samuela Morse a Michaela Faradaye, že signál může být přenášen na velké vzdálenosti.
William Thompson pro to poskytl teoretický základ tím, že v roce 1855 zveřejnil zákon o inverzní čtverci. Doba náběhu pulsu procházejícího kabelem bez indukční zátěže je určena časovou konstantou RC vodiče délky L, která se rovná rcL2, kde r a c jsou odpor a kapacita na jednotku délky, resp. Thomson také přispěl k technologii podmořských kabelů. Zdokonalil zrcadlový galvanometr, u kterého byly sebemenší odchylky zrcadla způsobené proudem zesilovány projekcí na plátno. Později vynalezl zařízení, které registruje signály inkoustem na papíře.
Technologie podmořských kabelů byla vylepšena poté, co se gutaperča objevila v roce 1843 v Anglii. Tato pryskyřice ze stromu pocházejícího z Malajského poloostrova byla ideálním izolantem, protože byla termoplastická, při zahřátí změkla a po ochlazení se vrátila do pevné formy, což usnadnilo izolaci vodičů. V podmínkách tlaku a teploty na dně oceánu jeho izolační vlastnostizlepšila. Gutaperča zůstala hlavním izolačním materiálem pro podmořské kabely až do objevu polyethylenu v roce 1933.
Projekty v terénu
Cyrus Field vedl 2 projekty, z nichž první selhal a druhý skončil úspěchem. V obou případech se kabely skládaly z jediného 7žilového drátu obklopeného gutaperčou a pancéřovaného ocelovým drátem. Dehtované konopí poskytovalo ochranu proti korozi. Námořní míle kabelu z roku 1858 vážila 907 kg. Transatlantický kabel z roku 1866 byl těžší, 1 622 kg/míli, ale protože měl větší objem, vážil ve vodě méně. Pevnost v tahu byla 3t a 7,5t.
Všechny kabely měly jeden zpětný vodič vody. Mořská voda má sice menší odpor, ale podléhá bludným proudům. Energii dodávaly chemické zdroje proudu. Například projekt z roku 1858 měl 70 prvků po 1,1 V. Tyto úrovně napětí v kombinaci s nesprávným a nedbalým skladováním způsobily selhání hlubinného transatlantického kabelu. Použití zrcadlového galvanometru umožnilo použít nižší napětí v navazujících linkách. Protože odpor byl přibližně 3 ohmy na námořní míli, na vzdálenost 2000 mil, mohly být přenášeny proudy v řádu miliampérů, dostatečné pro zrcadlový galvanometr. V 60. letech 19. století byl zaveden bipolární telegrafní kód. Tečky a tahy Morseovy abecedy byly nahrazeny pulzy opačné polarity. Postupem času se vyvinulsložitější schémata.
Expedice 1857-58 a 65-66
£350,000 bylo vybráno prostřednictvím emise akcií na položení prvního transatlantického kabelu. Americká a britská vláda garantovaly návratnost investic. První pokus byl učiněn v roce 1857. K přepravě kabelu byly zapotřebí 2 parníky, Agamemnon a Niagara. Elektrikáři schválili metodu, při které jedna loď položila vedení z pobřežní stanice a poté připojila druhý konec ke kabelu na jiné lodi. Výhodou bylo, že udržovalo nepřetržité elektrické spojení s břehem. První pokus skončil neúspěchem, když zařízení pro pokládání kabelů selhalo 200 mil od pobřeží. Ztratil se v hloubce 3,7 km.
V roce 1857 vyvinul hlavní inženýr Niagary William Everett nové zařízení pro pokládání kabelů. Pozoruhodným zlepšením byla automatická brzda, která se aktivovala, když napětí dosáhlo určité prahové hodnoty.
Po prudké bouři, která málem potopila Agamemnon, se lodě setkaly uprostřed oceánu a 25. června 1858 začaly znovu pokládat transatlantický kabel. Niagara se pohybovala na západ a Agamemnon se pohyboval na východ. Byly provedeny 2 pokusy, přerušeno poškozením kabelu. Lodě se vrátily do Irska, aby ho nahradily.
17. července se flotila opět vydala vstříc. Po menších škytavkách byla operace úspěšná. Při chůzi konstantní rychlostí 5–6 uzlů vstoupila 4. srpna Niagarav Trinity Bay Newfoundland. Ve stejný den dorazil Agamemnon do zátoky Valentia v Irsku. Královna Viktorie poslala první uvítací zprávu popsanou výše.
Výprava z roku 1865 selhala 600 mil od Newfoundlandu a pouze pokus z roku 1866 byl úspěšný. První zpráva na nové lince byla odeslána z Vancouveru do Londýna 31. července 1866. Navíc byl nalezen konec kabelu ztraceného v roce 1865 a linka byla také úspěšně dokončena. Rychlost přenosu byla 6–8 slov za minutu za cenu 10 $/slovo.
Telefonní komunikace
V roce 1919 iniciovala americká společnost AT&T studii o možnosti položení transatlantického telefonního kabelu. V roce 1921 byla mezi Key West a Havanou položena hlubinná telefonní linka.
V roce 1928 bylo navrženo položit kabel bez opakovačů s jediným hlasovým kanálem přes Atlantský oceán. Vysoké náklady na projekt (15 milionů $) na vrcholu Velké hospodářské krize, stejně jako zlepšení v rádiové technologii, projekt přerušily.
Počátkem 30. let 20. století vývoj v elektronice umožnil vytvořit podmořský kabelový systém s opakovači. Požadavky na konstrukci mezičlánkových zesilovačů byly bezprecedentní, protože zařízení musela pracovat nepřetržitě na dně oceánu po dobu 20 let. Na spolehlivost součástí, zejména elektronek, byly kladeny přísné požadavky. V roce 1932 již existovaly elektrické lampy, které byly úspěšně testovány vpo dobu 18 let. Použité rádiové prvky byly výrazně horší než nejlepší vzorky, ale byly velmi spolehlivé. Výsledkem bylo, že TAT-1 fungoval 22 let a neselhala ani jedna lampa.
Dalším problémem bylo pokládání zesilovačů na otevřeném moři v hloubce až 4 km. Když je loď zastavena, aby se resetoval opakovač, mohou se na kabelu se spirálovým pancířem objevit zlomy. V důsledku toho byl použit flexibilní zesilovač, do kterého se vešlo zařízení určené pro telegrafní kabel. Fyzická omezení flexibilního opakovače však omezila jeho kapacitu na 4vodičový systém.
UK Post vyvinula alternativní přístup s tvrdými opakovači mnohem většího průměru a kapacity.
Implementace TAT-1
Projekt byl restartován po druhé světové válce. V roce 1950 byla technologie flexibilního zesilovače testována systémem spojujícím Key West a Havanu. V létě 1955 a 1956 byl položen první transatlantický telefonní kabel mezi Obanem ve Skotsku a Clarenville na ostrově. Newfoundland, dobře severně od stávajících telegrafních linek. Každý kabel byl dlouhý asi 1950 námořních mil a měl 51 opakovačů. Jejich počet byl určen maximálním napětím na svorkách, které bylo možné použít pro napájení bez ovlivnění spolehlivosti vysokonapěťových součástek. Napětí bylo +2000 V na jednom konci a -2000 V na druhém. Šířka pásma systému, v jehofronta byla určena počtem opakovačů.
Kromě opakovačů bylo instalováno 8 podmořských ekvalizérů na lince východ-západ a 6 na lince západ-východ. Korigovali nahromaděné posuny ve frekvenčním pásmu. Přestože celková ztráta v šířce pásma 144 kHz byla 2100 dB, použití ekvalizérů a opakovačů ji snížilo na méně než 1 dB.
Začínáme TAT-1
Během prvních 24 hodin po startu 25. září 1956 bylo uskutečněno 588 hovorů z Londýna a USA a 119 z Londýna do Kanady. TAT-1 okamžitě ztrojnásobil kapacitu transatlantické sítě. Šířka pásma kabelu byla 20-164 kHz, což umožňovalo 36 hlasových kanálů (každý 4 kHz), z nichž 6 bylo rozděleno mezi Londýn a Montreal a 29 mezi Londýn a New York. Jeden kanál byl určen pro telegraf a službu.
Systém také zahrnoval pozemní spojení přes Newfoundland a podmořské spojení s Novým Skotskem. Dvě linky se skládaly z jediného kabelu 271 námořních mil se 14 pevnými opakovači navrženými pro UK Post. Celková kapacita byla 60 hlasových kanálů, z nichž 24 spojovalo Newfoundland a Nova Scotia.
Další vylepšení TAT-1
Řada TAT-1 stála 42 milionů dolarů. Cena 1 milion dolarů za kanál podnítila vývoj koncového zařízení, které by využívalo šířku pásma efektivněji. Počet hlasových kanálů ve standardním frekvenčním rozsahu 48 kHz se zvýšil z 12 na 16 sníženímjejich šířka od 4 do 3 kHz. Další inovací byla temporal speech interpolation (TASI) vyvinutá v Bellových laboratořích. TASI zdvojnásobila počet hlasových okruhů díky řečovým pauzám.
Optické systémy
První transoceánský optický kabel TAT-8 byl uveden do provozu v roce 1988. Opakovače regenerovaly impulsy přeměnou optických signálů na elektrické a naopak. Dva pracovní páry vláken pracovaly rychlostí 280 Mbps. V roce 1989 IBM díky tomuto transatlantickému internetovému kabelu souhlasila s financováním spojení na úrovni T1 mezi Cornwallskou univerzitou a CERNem, což výrazně zlepšilo spojení mezi americkou a evropskou částí raného internetu.
Do roku 1993 bylo po celém světě v provozu více než 125 000 km TAT-8. Toto číslo téměř odpovídalo celkové délce analogových podmořských kabelů. V roce 1992 vstoupil TAT-9 do služby. Rychlost na vlákno byla zvýšena na 580 Mbps.
Technologický průlom
Koncem 90. let vedl vývoj erbiem dopovaných optických zesilovačů ke kvantovému skoku v kvalitě podmořských kabelových systémů. Světelné signály o vlnové délce cca 1,55 mikronu lze přímo zesílit a propustnost již není omezena rychlostí elektroniky. První opticky vylepšený systém, který přeletěl Atlantický oceán, byl TAT 12/13 v roce 1996. Přenosová rychlost na každém ze dvou párů vláken byla 5 Gbps.
Moderní optické systémy umožňují přenos tak velkých objemůdata, že redundance je kritická. Moderní kabely z optických vláken, jako je TAT-14, se obvykle skládají ze 2 samostatných transatlantických kabelů, které jsou součástí kruhové topologie. Další dvě linky spojují pobřežní stanice na každé straně Atlantského oceánu. Data jsou posílána po prstenci v obou směrech. V případě prasknutí se prsten sám opraví. Provoz je přesměrován na náhradní páry vláken v servisních kabelech.
