Какие масштабы!
Хрустальные войны
От берега к берегу
Приход-расход
В открытом море
Нетвердая почва
Из истории коаксиальных и оптоволоконных линий

Добро пожаловать на борт флагманского корабля компании Tyco. Он прокладывает подводный кабель, который вдвое увеличит пропускную способность каналов, связывающих Соединенные Штаты и Европу.

Едва в октябре прошлого года в Северной Атлантике установилась холодная и ясная погода, как флагманский корабль компании Tyco Submarine Systems (TSSL) отчалил от берегов Лонг-Айленда и взял курс на Атлантику. Ему предстояло участвовать в одном из грандиознейших телекоммуникационных проектов, получившем название Atlantic Crossing (AC-1).

Начало этого сложного многомесячного мероприятия напоминало сцену из жизни мореплавателей эпохи Великих Географических Открытий. Рабочие тянут бесконечный кабель, который виток за витком, миля за милей укладывается в недра поразительного судна C.S. Global Mariner, чтобы затем стать новой подводной линией через Атлантику. Без малого 17 тыс. километров оптоволокна погружены на борт, и вскоре кабель будет уложен на дно руками опытных подводников.

Компания TSSL вела работы по производству и погрузке кабелей на специальные суда близ Портсмута, жители которого некоторое время не знали, что, собственно, здесь происходит. По признанию владельца одного из ресторанов, горожане видели, как гигантские кабели грузили на корабли и увозили в неизвестном направлении. Никто не мог себе представить, с какой целью все это делается.

Сейчас кабель растянулся по дну Атлантического океана примерно до половины пути от Нового к Старому Свету, и участники работ рассчитывают добраться до берегов Англии в мае. Вторая линия будет завершена в ноябре. Она замкнет кольцо, в которое входят Германия и Голландия. Четыре оптоволоконные пары, способные пропускать до 10 Гбит/с каждая, должны вдвое увеличить пропускную способность каналов, соединяющих Европу и Америку.

Какие масштабы!

Под водами океанов и морей скрыто около 400 тыс. километров оптоволоконного кабеля. Этого хватило бы, чтобы организовать телефонную связь с Луной. Приблизительно 85% "подводного хозяйства" было проложено TSSL, что обеспечивает этой компании безоговорочное лидерство по количеству работ, выполненных для владельцев телекоммуникационных сетей и военных.

В апреле 1997 г. TSSL приобрела подразделение фирмы AT&T, занимавшееся подводными работами (в том числе шесть специальных кораблей для прокладки подводных кабелей), и стала крупнейшей компанией в этой отрасли. Она держит в своих руках практически все - от проектирования кабельных систем до их производства, установки и долговременного управления.

Хотя длины линий, проложенных TSSL, хватило бы на то, чтобы четырежды обернуть ими Землю, "проводов" по-прежнему не хватает. По разным оценкам, спрос на средства связи по подводным линиям растет на 30-90% в год. Для поддержки трафика данных крупнейших провайдеров Internet нужны наиболее современные средства. Особенно страдают трансатлантические и транстихоокеанские подводные линии, обеспечивающие обмен информацией между США и остальным миром.

Стопятидесятиметровый Global Mariner - самый современный корабль, принадлежащий TSSL - сошел со стапелей в 1992 г. Два главных кабельных отсека способны принять до 2300 км кабеля, в зависимости от типа последнего. Три дополнительных отсека обеспечивают загрузку еще 6 тыс. км кабеля. Кабели укладываются в отдельные секции по их типам. Здесь есть все - от кабелей с двойным экранированием для береговой зоны до специальных конструкций для глубоководных участков. В Портсмуте на Global Mariner было погружено 1300 км кабеля, что соответствует максимальной грузоподъемности судна. Были учтены все особенности маршрута прокладки, поэтому на борту оказались самые разнообразные системы.

Помимо флагманского судна в проекте участвуют еще пять кораблей, которые совершат целый ряд рейсов. "В течение следующих семи месяцев мы будем заниматься погрузкой кабеля буквально непрерывно", - пояснил Норм Колтанович, директор TSSL по кабельным операциям.

Хрустальные войны

Как же удвоение мощности трансатлантической линии отразится на ценах на связь? "Мы ожидаем существенного снижения цен, - уверен Лен Элфейбен, президент Lynx Technologies, консультационного агентства, которое издает руководство по телекоммуникационным услугам. - Я рассчитываю не менее чем на сорокапроцентное сокращение расценок за один-два года".

Global Telesystems, компания, которой принадлежит AC-1, уже предложила скидки операторам связи на оптовые "закупки" пропускной способности новой трансатлантической линии. Цены, по которым продается пропускная способность AC-1, ниже тех, по которым одни операторы связи смогут перепродавать ее другим. "Появление новой линии создаст большие возможности выбора для пользователей средств связи, - заявляет Джин Шатер, исполнительный директор Global Telesystems. - Трудно предсказать, за какой срок ситуация изменится кардинально, но в будущем стоит рассчитывать на серьезные преимущества. Хотя существующие трансатлантические линии не слишком перегружены, многие провайдеры воспользуются новыми линиями для разгрузки своих каналов передачи в других частях света". Самые большие заказы на каналы AC-1 делают провайдеры Internet, крупные процветающие организации и, напротив, недавно созданные компании, которые рассчитывают добиться успеха благодаря принципиально новым возможностям.

Оптоволоконный кабель загружается на Global Mariner при помощи наклонного кабельного эллинга длиной несколько сот метров. Кабель спускается по направляющим и попадает на палубу благодаря специальным роликам, а потом размещается в отсеках.

Диаметр каждого из главных отсеков - около 90 м, в глубину он уходит на несколько палуб, а его объем составляет почти тысячу кубометров!!! Эта конструкция с белыми стенками напоминает огромный бункер, в котором суетятся похожие на фантастических человечков рабочие.

Глухо запаянный сверху металлический конус, около 2 м в основании, поднимается от нижней части отсека до его верха. Кабель укладывается в плотную бухту вокруг этого конуса, поступая со скоростью около 3 узлов, что эквивалентно средней скорости ходьбы (6 км/ч). Именно в таком темпе рабочие ходят вокруг конуса, вручную выполняя укладку. Каждая новая бухта начинается от конуса, затем расходится к краям бункера, после чего спираль возвращается к конусу.

Погрузка судна занимает не менее 10 дней. Рабочие трудятся день и ночь, укладывая за смену около 92 км легкого кабеля. Чем тяжелее кабель, тем труднее работать: загрузка массивного армированного кабеля ограничивается 46 км за смену.

Через каждые 70 км производится укладка кабельных усилителей, т. е. повторителей, которые усиливают сигнал, распространяющийся по волоконно-оптическому кабелю. Повторители можно смело назвать сердцем кабельной системы большой протяженности. Они представляют собой цилиндры, выполненные из медно-бериллиевого сплава, длиной около 9 м и диаметром 45 см. Гибкие резиновые уплотнения на каждом конце цилиндра позволяют опускать эти устройства глубоко под воду, не перегибая кабеля. Усилители выдерживают как давление до 2,8 т на квадратный сантиметр, так и проявления любознательности крупных подводных тварей.

Повторители устанавливают на кабели (через определенные интервалы) фабричным способом. Их нельзя уложить в бухту в отсеке. Они вручную размещаются на специальных стеллажах на палубе, причем для выполнения такой операции необходимо более 20 человек. Поднять-то повторитель нетрудно, но чтобы вернуть кабель в отсек, не перегибая его, требуются усилия не одного десятка человек. Делать это нужно крайне бережно.

От берега к берегу

Начинать знакомство с проектом AC-1 логичнее всего с того места, где начинается сам кабель, - с берега, расположенного близ города Ширли на Лонг-Айленде.

Кабель находится на корабле, стоящем на определенном расстоянии от берега. Группа водолазов закладывает конец кабеля, на котором установлены поплавки, в траншею, ведущую к смотровому колодцу на берегу. Там его вытягивают при помощи лебедки и бульдозера. Когда конец кабеля закреплен на земле, водолазы снимают его с поплавков, и кабель опускается на дно траншеи.

После этого корабль отплывает. За ним тянется траншея глубиной 9 м, предназначенная для защиты кабеля. Когда корабль выходит за береговую линию, кабель просто ложится на дно. Когда запас кабеля на первом корабле заканчивается, за работу принимается другой, который укладывает следующий участок. Смена может происходить двумя способами.

Если позволяют погодные условия, отсутствуют сильные течения и нет угрозы шторма, конец кабеля просто бросают и помечают это место большим буем. Цепочка таких желтых буев тянулась и за Global Mariner. Буи оборудованы множеством радиопередатчиков и радаров, кроме того, благодаря своим размерам они достаточно заметны. Однако Колтанович из TSSL не любит ими пользоваться: "Шторм может отнести буи, а вместе с ними и кабель, достаточно далеко. Если же либо кабель, либо фал буя рвется, найти конец кабеля крайне трудно".

Гораздо лучший способ - "захват": кабель просто бросают на дно, а затем извлекают с помощью гигантского крюка, способного поднять его с более чем шестикилометровой глубины. В этом случае решающее значение приобретает возможность точного определения местонахождения конца кабеля. Тут приходит на помощь глобальная спутниковая система позиционирования Global Positioning Satellite. "Мы прикрепляем к концу кабеля легкий провод длиной около пары километров, который служит своего рода отметкой, после чего определяем местонахождение кабеля практически с первой попытки".

Буи оборудованы целым набором фантастических предметов, похожих на длинные резиновые спирали. Они называются кабельными стопорами и используются для размещения кабеля вдоль палубы, когда к нему крепится буй или легкий провод. На кабель просто наматывается изрядное количество резины, и чем плотнее она намотана, тем лучше держится кабель.

Приход-расход

Традиционно консорциумы, предоставлявшие телекоммуникационные услуги, строили кабельные системы за свой счет. Но в последние полтора года положение стало меняться: новые системы строятся на частные средства, после чего их мощности продаются операторам связи. В качестве инвестора нового типа выступает и Global Telesystems. В AC-1 вложены средства и других инвесторов, таких как пенсионный фонд AFL-CIO, и он по праву считается крупнейшим проектом Global Telesystems.

Переговоры между Global Telesystems и TSSL начались в конце 1996 г. Меньше чем через год кабель уже был в воде. Примерно за месяц до установки конфигурация системы была изменена по сравнению с первоначальным замыслом, к ней добавили петлю до Голландии. "Это как нельзя лучше свидетельствует о жизнеспособности новой модели, - заявляет Колтанович. - Раньше потребовалось бы не меньше нескольких лет для реализации проекта, а о доработках, вносимых в последнюю минуту, никто и не заикался".

Кроме того, понемногу изменяется технология, лежащая в основе подобных проектов. Ключом к совершенствованию возможностей передачи по оптоволокну стала технология мультиплексирования по длине волны (wave division multiplexing, WDM). "Препятствием к модернизации были повторители, - поясняет Колтанович. - Для увеличения емкости канала приходилось изменять подводное хозяйство. Теперь, благодаря оптическим усилителям, можно наращивать емкость от 2,5 до 10 Гбит/с, изменяя только терминальные станции".

Однако увеличение пропускной способности дается недешево. Сумма контракта AC-1 не разглашается, но оценить, во сколько выльются работы, можно. Так, проект другого консорциума, Fiber Link Around the Globe (FLAG), который предусматривал прокладку более 31 тыс. км кабеля из Европы через страны Ближнего Востока, Азии и Тихий океан, оценивался в 1,5 млрд дол. Если предположить, что стоимость прокладки 1 км кабеля составляет 47 тыс. дол., 16 205-километровая линия проекта AC-1 обойдется в 756 млн дол. Скорее всего, ни TSSL, ни Global Telesystems не согласятся с этой цифрой, хотя большинство экспертов в один голос утверждают, что расценки на подобные системы различаются незначительно.

Global Telesystems финансировала и менее крупные проекты в разных частях земного шара и собирается проложить аналогичную линию по дну Тихого океана. Тихий океан - "узкое место" Земли с точки зрения телекоммуникаций, как считает Майкл Хьюит, аналитик Information Gatekeepers Consulting, занимающийся подводными системами. "Общий трафик через Тихий океан сравнительно невелик, однако доступная полоса пропускания загружена полностью. Большинство операторов связи развернули в своих системах WDM, чтобы извлечь из них все то, на что они способны".

Шатлер из Global Telesystems считает, что планы освоения Тихого океана основаны скорее на оценке потенциальных запросов, нежели на существующей нехватке полосы пропускания. "Кабельные системы имеют долгий срок службы, при разработке подобных проектов следует предвидеть будущие изменения", - утверждает он.

В открытом море

В Атлантике подача кабеля для укладки на дно осуществляется при помощи Linear Cable Engines (LCE) - приспособлений, подобных используемым для его погрузки. Эти пневматические системы выглядят как стоящие на боку сорокадвухколесные тележки. Колеса захватывают кабель и подают его с требуемой скоростью, на позволяя ему проскальзывать. С помощью системы Articulated Suspension можно пропускать более толстые участки и усилители. Если бы кабель соскальзывал с борта без контроля, от корабля вскоре ничего не осталось бы. В систему прокладки кабеля входят также "динамометры", которые замеряют натяжение кабеля, регулируя прикладываемое усилие, чтобы не повредить кабель.

В открытом море все операции планируются с точностью до минуты. Управление кораблем должно происходить с учетом скорости подачи кабеля, который ложится на дно под действием собственного веса, и глубины каждого участка. Необходимо постоянно обеспечивать небольшое провисание, чтобы вне зависимости от подводного рельефа кабель не изнашивался и не натягивался. Максимальная скорость подачи кабеля обычно составляет 8 узлов, LCE работает на 3% быстрее - для обеспечения необходимого провисания.

Задача опытной команды - постоянный "уход" за кабелем по мере его разматывания со скоростью примерно 240 м/мин. В это время моряки удаляют доски и резиновые прокладки, которые использовались при укладке. "Кабель способен запросто сбить с ног, - предупреждает Колтанович, - поэтому никто не спускается вниз, когда он движется".

В зависимости от глубины и некоторых других факторов кабель может коснуться дна на расстоянии до 37 км от корабля. Когда корабль меняет курс или скорость, такие изменения реально сказываются на кабеле только через полчаса. Все это надо учитывать еще до выхода из порта и выполнять такие манипуляции четко, принимая во внимание различные факторы - скорость ветра, волнение и прочее.

Нетвердая почва

Планирование маршрута прокладки кабеля - дело крайне непростое. AC-1 - это восьмая подводная линия, пересекающая Атлантический океан практически по одному пути из США в Англию. От существующих линий ее порой отделяют лишь несколько километров. Маршрут каждой новой линии размечается заново глубоководными судами TSSL. "Мы знаем рельеф дна достаточно хорошо, но практически невозможно предугадать, какие изменения произойдут в следующем году", - сетует Колтанович.

Подводные течения способны вымыть глубокие впадины и нанести целые подводные горы, на вершинах которых может оказаться кабель. Дно Атлантического океана из года в год бросает вызов специалистам, и только тщательнейшее составление карт, точные прокладка курса и размещение кабеля гарантируют исправность линии в течение долгих лет.

Отдельную проблему представляет собой береговой шельф, который может простираться более чем на 100 км от берега. Здесь работают рыболовные суда, сети которых нередко опускаются прямо на дно; здесь корабли бросают якоря, не только смещая, но и повреждая кабели. В зоне "последней мили", на континентальном шельфе вблизи берега, проводятся наиболее серьезные операции по обеспечению помехоустойчивости, применяются самые мощные армированные кабели.

Самым неудачным местом для прокладки подводных кабелей является, несомненно, прибрежная зона Гонконга. Здесь чрезвычайно мягкий подводный грунт, а неконтролируемые суда бросают якоря буквально где попало. Якоря весят тонны, некоторые из них входят в грунт на глубину до 6 м. "В шторм корабли, поднимая якоря и цепляя на них кабели, уносят их на многие мили", - предупреждает Колтанович.

В любом случае наилучшей защитой является заглубление кабеля настолько, насколько это возможно. Устройства Sea Plows компании TSSL устанавливаются в кормовой части судна. Они заглубляют кабели на 9 м в мягкий ил, прокладывая их на глубине до 1,5 км. Прокладывая кабель в прибрежных водах Гонконга, TSSL использовала баржу с выносными струйными системами, которые обеспечивали заглубление кабеля.


Майкл Сенжер (Michael Csenger) - независимый автор. С ним можно связаться по адресу mcsenger@mcs.net.


Из истории коаксиальных и оптоволоконных линий

Первый трансатлантический кабель представлял собой телеграфную линию, проложенную между Ирландией и Канадой в 1858 г. Линия действовала три месяца, причиняя пользователям больше беспокойства, чем удобств. Сигнал был очень слабым и неразборчивым из-за помех, связанных с электромагнитным полем Земли, так что на передачу всего нескольких слов уходили долгие часы. Каждый символ приходилось передавать многократно, пока группа из трех операторов не определяла методом голосования, что же это за символ. Владельцы линии постарались выйти из положения, подняв напряжение с 600 до 2000 В. Вскоре изоляция сгорела, и линия благополучно окончила свое существование. Всего по линии было передано 732 сообщения.

Первый трансатлантический телефонный кабель был проложен в 1956 г. Проект назывался TAT1, его американский участок прокладывала компания Simplex (ныне TSSL). В период до 1987 г. был реализован еще целый ряд проектов. Последним из них стал TAT7, емкость которого составляет всего 4246 контуров, однако его планируется использовать до 2008 г. Первый трансатлантический оптоволоконный проект - TAT8; кабель проложен TSSL в 1988 г.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями