大洋横断海底通信ケーブルの仕組み
私たちの地球全体は、さまざまな目的のために有線および無線ネットワークでしっかりと包まれています。この情報ネットワーク全体の非常に大きな部分はデータ ケーブルで構成されています。そして今日、それらは空中や地下だけでなく、水中にも敷設されています。海底ケーブルの概念は新しいものではありません。
このような最初の野心的なアイデアの実現の始まりは、1858 年 8 月 5 日に遡ります。このとき、米国と英国の 2 つの大陸の国が最終的に大西洋横断電信ケーブルで接続され、ケーブルは 1 か月間良好な状態を維持しました。が、すぐに崩れ始め、最終的には腐食により壊れてしまいました。ルート沿いの通信は 1866 年になって初めて確実に回復されました。
4 年後、イギリスからインドまでケーブルが敷設され、ボンベイとロンドンが直接結ばれました。ホイートストン、トムソン、シーメンス兄弟など、当時の最高の実業家や科学者がプロジェクトの開発に参加しました。これらの出来事は 1 世紀半前に起こりましたが、その当時でさえ、人々は長さ数千キロメートルの通信回線を構築していました。
この分野および他の分野における工学思想の研究も 1956 年に発展しました。アメリカとの電話接続も確立されています。この回線は、この大洋横断電話回線の建設の物語を伝えるアーサー・クラークの同名の本のように、「海の向こうからの声」と呼ぶことができます。
確かに多くの人が、水深 8 キロメートルまでの深さで動作するように設計されたケーブルがどのように設計されているかに興味を持っています。明らかに、このケーブルは耐久性があり、完全に防水性があり、巨大な水圧に耐えるのに十分な強度があり、設置中および将来の長年の使用中に損傷しない必要があります。
したがって、ケーブルは、設置時だけでなく、機械的な引張荷重下でも通信回線の許容可能な動作特性を維持できる特殊な材料で作られていなければなりません。
たとえば、2015 年にオレゴン州と日本を接続し、60 TB/秒のデータ転送能力を提供した Google の全長 9,000 キロメートルの太平洋光ファイバー ケーブルを考えてみましょう。プロジェクトの費用は3億ドルでした。
光ケーブルの送信部分は何ら珍しいものではありません。主な特徴は、通信回線の耐用年数を延ばしながら、このような深海での使用目的中に情報を伝送する光コアを保護するための深海ケーブルの保護です。ケーブルのすべてのコンポーネントを順番に見てみましょう。
ケーブル絶縁体の外層は伝統的にポリエチレンで作られています。この材料を外部コーティングとして選択したのは偶然ではありません。ポリエチレンは湿気に強く、海水中に存在するアルカリや塩溶液と反応せず、有機酸や無機酸（濃硫酸を含む）とも反応しません。
そして、世界の海洋水には周期表のすべての化学元素が含まれていますが、あらゆる組成の水との反応が排除されているため、ここで最も正当かつ論理的な選択はポリエチレンです。つまり、ケーブルは影響を受けません。環境。
ポリエチレンは絶縁体として使用され、20 世紀半ばに建設された最初の大陸間電話線に使用されました。しかし、ポリエチレンだけではその自然な多孔性によりケーブルを完全に保護できないため、追加の保護層も使用されます。
ポリエチレンの下にはマイラーフィルムがあり、これはポリエチレンテレフタレートをベースにした合成材料です。ポリエチレン テレフタレートは化学的に不活性で、非常に過酷な環境に耐性があり、強度はポリエチレンの 10 倍で、衝撃や摩耗に耐性があります。マイラーは、包装、繊維などの数多くの用途はもちろんのこと、宇宙を含む産業界で幅広く応用されています。
マイラーフィルムの下にはアーマチュアがあり、そのパラメータは特定のケーブルの特性と目的によって異なります。通常、ケーブルに強度と外部の機械的負荷に対する耐性を与える固体鋼の編組です。ケーブルからの電磁放射はサメを引き寄せる可能性があり、サメがケーブルに噛み付く可能性があり、取り付け具がなければ釣り具に引っ掛かるだけで危険になる可能性があります。
亜鉛メッキ鋼板補強材の存在により、ケーブルを溝に入れる必要がなく、安全に底部に残すことができます。ケーブルは均一なコイルのワイヤによっていくつかの層で補強されており、各層は前の層とは異なる巻き方向を持っています。その結果、このようなケーブルの1キロメートルの質量は数トンに達します。しかし、アルミニウムは海水中で反応して水素が生成され、光ファイバーに悪影響を与えるため、使用できません。
しかし、アルミニウムポリエチレンは鋼鉄補強材に続き、シールドと防水の別の層として機能します。アルミノポリエチレンは、アルミ箔とポリエチレン箔を貼り合わせた複合材料です。この層は厚さがわずか約 0.2 mm であるため、ケーブル構造の大部分ではほとんど見えません。
さらに、ケーブルをさらに強化するために、ポリカーボネートの層があります。軽いのに十分な強度があります。ポリカーボネートを使用すると、ケーブルの圧力や衝撃に対する耐性がさらに高まります。保護ヘルメットの製造にポリカーボネートが使用されるのは偶然ではありません。とりわけ、ポリカーボネートは高い熱膨張係数を持っています。
ポリカーボネート層の下には銅 (またはアルミニウム) パイプがあります。これはケーブルコア構造の一部であり、シールドとして機能します。このチューブの内側には、閉じた光ファイバーを備えた直接銅チューブが入っています。
ケーブルごとに光ファイバーチューブの数や構成は異なっていてもよく、必要に応じてチューブが適切に絡み合わされます。ここで構造の金属部分は再生器に電力を供給する役割を果たし、伝送中に必然的に歪む光パルスの形状を復元します。
疎水性チキソトロピックゲルがチューブ壁と光ファイバーの間に配置されています。
深海光ファイバーケーブルの製造は通常、可能な限り海に近い場所、ほとんどの場合港の近くで行われます。そのようなケーブルの重量は何トンにもなりますが、可能な限り長い部分、少なくとも 4 つの部分から組み立てる方が良いためです。それぞれキロメートル（そのような部分の重量は15トンです!!!）。
このような重いケーブルを長距離輸送するのは簡単な作業ではありません。陸上輸送の場合はツインレール台を使用し、中の繊維を傷めずに全体を丸めることができます。
最後に、ケーブルを単純に船から水中に投げ込むことはできません。すべては費用対効果が高く、安全でなければなりません。まず各国の沿岸水域の使用許可を取得し、次に就労許可などを取得します。
次に、地質調査を実施し、敷設地域の地震活動と火山活動を評価し、気象学者の予測を調べ、ケーブルが敷設される地域で水中地滑りやその他の予期せぬ事態が発生する確率を計算します。
深さ、底の密度、土壌の性質、火山の存在、沈没船、作業を妨げたり、ケーブルの延長を必要としたりする可能性のあるその他の異物が考慮されます。細部に至るまで注意深く校正された後、初めてケーブルを船に積み込んで敷設し始めます。
ケーブルは連続的に敷設されています。船で湾を通って産卵場まで運ばれ、そこで海底に沈みます。ボートがルートに沿って進む間、機械は張力を維持しながら正しい速度でケーブルを巻き戻します。設置中にケーブルが破損した場合は、船上に吊り上げてすぐに修理できます。