So wickeln Sie das Internet ab: Verlegen von Seekabeln

Versuche, die Kontinente mit Drähten zu verbinden, begannen bereits in den ersten Jahren nach der Erfindung des Telegraphen. Im Jahr 1840 legte ein englischer Professor, Wheatstone, dem Parlament ein Projekt zur Verlegung eines Unterwasserkabels von Dover zur französischen Küste zur Prüfung vor, erhielt jedoch nicht die Zustimmung des Gesetzgebers und dementsprechend Geld.

Zwei Jahre später band der Erfinder der gängigsten Version des Telegraphen, Samuel Morse, die Küste von New York Bay mit einem Kabel fest und übermittelte eine Nachricht darüber. Dann sagte er voraus, dass der Telegraph nach kurzer Zeit die Alte Welt mit der Neuen verbinden würde. Ein Jahrzehnt später startete die Firma der Brüder John und Jacob Brett eine Telegraphenkommunikation zwischen England und Frankreich, in der ein Kupferdraht mit Guttapercha und Stahlgeflecht unter dem Ärmelkanal verlegt wurde.

Nexans Skaggerak ist ein Spezialschiff, das 1976 von der Novreg-Firma Øgreys Mekaniske Verksted für die Verlegung von Stromkabeln und Schlauchleitungen unter Wasser gebaut wurde. Im März 2010 wurde es an den Reparaturdocks von Cammell Laird in Birkenhead, England, aufgerüstet. Das Schiff wurde quer durchgesägt und zwischen seinen beiden Hälften wurde ein zusätzlicher Abschnitt von 12, 5 Metern geschweißt. Ein neuer Plattenteller wurde auch am Skagerrak installiert. Rechts auf dem Foto - das Stromkabel, das zum Verlegen im Meer vorgesehen ist, kommt vom Ufer über einen speziellen Förderer, der übermäßig scharfe Biegungen verhindert, und wird in einem speziellen Fach mit zylindrischer Form aufbewahrt. Ein modernes Unterseekabel kann einen Durchmesser von ca. 100 mm haben. Ein Meter eines solchen "Fadens" kann durchaus ein paar Dutzend Kilogramm ziehen, so dass es kein Wunder ist, dass mehrere Dutzend Arbeiter erforderlich sind, um die Anlage zu steuern. Foto unten - der am Skagerrak montierte Drehteller hat einen Durchmesser von 29 Metern und eine Nutzlast von 7000 Tonnen bei einem Volumen von 2000 Kubikmetern.

Der amerikanische Unternehmer Cyrus Field, der 1854 die New York-Newfoundland and London Telegraph Company gründete, verband die alte und die neue Welt auf Anhieb. Der bekannte Samuel Morse wurde Vizepräsident. Die Verlegung der Kabel begann 1857 mit Unterstützung der US-Regierung und der britischen Regierung, die Kriegsschiffe zur Verwendung als Kabelschichten zur Verfügung stellten: die Niagara-Dampfschiff-Fregatte und das Agamemnon-Segel-Dampf-Schlachtschiff. Am Grund des Atlantiks wurden 620 km Kabel verlegt, danach brach es ab.

Der nächste Versuch wurde ein Jahr später unternommen - Niagara und Agamemnon, die die Enden des Kabels in der Mitte des Ozeans verbanden, brachen in verschiedene Richtungen auf. Nach mehreren Klippen kehrten die Schiffe nach Irland zurück, um ihre Vorräte wieder aufzufüllen. Der nächste Start - im Juli dieses Jahres - brachte Erfolg, auf den nur wenige gehofft hatten. Aber ... der Telegraph arbeitete ungefähr einen Monat und verstummte.

Das unermüdliche Feld kehrte 1865 zu seinem Unternehmen zurück, nachdem es das größte Schiff dieser Zeit, den Großen Osten, als Kabelschicht gechartert hatte. Drei Viertel der Leitung wurden von dort nach unten verlegt, als am 2. August das Kabel wieder abbrach und nach unten ging. Schließlich überquerte 1866 eine Telegraphenlinie den Atlantik und zu Beginn des letzten Jahrhunderts den weiten Pazifik.

Bis in die 1930er Jahre bestand das Hauptproblem der interkontinentalen Kommunikation in der geringen Qualität der Isolierung. Die Hauptmaterialien für seine Herstellung waren Naturkautschuk und Guttaperchapolymere, das Kabel war oben mit Stahldraht umwickelt, und an den Küsten wurde die Panzerung manchmal zweilagig ausgeführt, um sie vor Ankern und Angelausrüstung zu schützen.

Die Möglichkeit, Daten über Tausende von Kilometern sofort zu übertragen, ist heute eine Selbstverständlichkeit - seit eineinhalb Jahrhunderten wundert sich niemand mehr. Aber hinter den Beweisen stehen ziemlich große technologische Tricks. Das World Wide Web ist nicht nur Bandbreite und Länge, sondern auch Masse und Volumen. Schauen Sie sich dazu einfach die Trommel an, in der sich das aufgerollte Kabel befindet. Die Abmessungen dieser „Spule“ stimmen weitgehend mit dem Umfang der zu lösenden Aufgaben überein. Eine moderne Kabeltrommel auf einem Spezialschiff besteht aus Tausenden Tonnen und Kubikmetern sowie speziellen Systemen zum Verlegen und Abwickeln des Kabels. Und auf den Flaggschiffen der „Drahtflotte“ gibt es drei oder vier solcher Trommeln. Die Konstruktion sollte das Aufwickeln, Abwickeln und Lagern des Kabels ohne Knicke, schwere Lasten und andere extreme Einwirkungen gewährleisten. Der große Durchmesser der „Spule“ ist damit verbunden - moderne Unterwasserdrähte sind nicht für ernsthafte Biegungen ausgelegt, daher ist es unmöglich, die Spule zu fest zu drehen - sie wird brechen.

Die heutigen Glasfaserkabel sind mehrstufig gegen ätzendes Meerwasser und mechanische Beschädigungen geschützt. Ein Bündel von Übertragungsfasern „schwimmt“ in einem hydrophoben Gelfüller in einem Kupfer- oder Aluminiumrohr, das mit einer Schicht aus elastischem Polycarbonat und einem Aluminiumsieb beschichtet ist. Die nächste Schicht besteht aus verdrilltem Stahldraht, der mit Mylarband umwickelt ist. Draußen trägt das Kabel ein Plastikhemd. Eine weitere Option ist ein Kabel mit profiliertem Stützkern. In dieser Anordnung sind bis zu acht optische Paare in jedem der sechs gelgefüllten Kanäle angeordnet, die in die Polyethylenschnur extrudiert sind. Die Paare sind durch ein aufgewickeltes Mylarband, einen Kupferschirm und ein dickes Plastikgeflecht geschützt. Ein dicker Stahldraht ist in der Mitte des Kabels verlegt, um das Kabel zu versteifen. Garantie für U-Boot-Kommunikationskabel - mindestens 25 Jahre.


Wo wickeln sie das Internet ab?

Der erste Versuch, mit einem Unterwasserkabel ein - damals noch nicht telegrafisches - Signal zu senden, wurde 1812 in Russland von P. Schilling unternommen, um mit einer elektrischen Sicherung ausgestattete Seeminen vom Ufer aus zu detonieren.

Der erste Versuch, ein Telegraphenkabel unter Wasser zu legen, wurde 1839 in Indien unternommen. Eine ostindische Telegraphenfirma verlegte ein Kabel am Grund des Hooghli-Flusses in der Nähe von Kalkutta. Leider haben uns die Daten zur Nutzung der Leitung nicht erreicht.

Das erste transatlantische Kabel, das zwischen 1858 gelegt wurde, dauerte nur ungefähr einen Monat. Die Kabel von 1865 bis 1866 wurden ungefähr fünf Jahre lang ohne Reparaturen verwendet, und eine Reihe von Kabelabschnitten im Jahr 1873 (Irland - Neufundland) - ungefähr neunzig Jahre.

Bis 1900 wurden weltweit 1.750 Unterwassertelegraphen mit einer Gesamtlänge von etwa 300.000 Kilometern verlegt. Die erste Telefonleitung über den Atlantik wurde 1956 verlegt.

Das längste Unterwasserkabel wird entlang der Nordsee zwischen Eemshaven (Niederlande) und Fed (Norwegen) verlegt. Die NorNed-Linie ist 580 km lang und hat eine Kapazität von 700 MW. Der Betrieb wurde im Mai 2008 aufgenommen.

Die Länge der Unity-Linie, die 2010 Japan (die Stadt Chikura) mit der Westküste der USA (Los Angeles) am Grund des Pazifischen Ozeans verband, beträgt 10 000 km, der Durchsatz 7, 68 Tb / s.

Hochspannungsleitungen, die die Inseln mit dem Festland, Ölplattformen und Windparks verbinden, werden durch die Kommunikation noch besser geschützt. Leiter sind normalerweise drei Kupferleiter, von denen jeder mit einem Halbleiterband und einem dicken Isolator aus vernetztem Polyethylen abgeschirmt ist. Ein weiterer Schild wird über den Isolator gelegt, ein wasserdichtes Klebeband wird aufgewickelt. Jeder leitende Kern ist außen mit einem versiegelten Bleimantel und einem korrosionsbeständigen Polyethylenmantel versiegelt. Wenn Ethylenpropylenkautschuk (EPR) als Hauptisolator verwendet wird, wird die Bleischicht häufig nicht verwendet, um die Konstruktion zu erleichtern. Die Zusammensetzung eines modernen Stromkabels muss mindestens ein Glasfaserpaar für die Datenübertragung enthalten. Leiter und Fasern sind mit Polypropylen oder Polyethylen gefüllt, mit einem Verstärkungsband, einem Polymergeflecht, einer Stahldrahtpanzerung und einer weiteren Schicht aus Polyethylengarn mit einer Dicke von mindestens 4 mm überzogen. Solche Kabel sind in der Regel jahrzehntelang funktionsfähig. Die rasante Entwicklung der Offshore-Windenergie sowie der Öl- und Gasförderung hat dazu geführt, dass derzeit alle acht Anlagen zur Herstellung von Unterseekabeln auf dem Planeten mit maximaler Kapazität betrieben werden. Und die Nachfrage nach ihren Produkten wächst weiter.

Italienische Kabelschicht Gliulio Verne

Eine Frage der Technologie

Die weltweite Nachfrage nach Verkehr ist also einfach verrückt - laut Telegeography wächst sie seit 2007 um 100% pro Jahr. Unterseeboot-Stromleitungen werden zusammen mit alternativer Energie erweitert. Wir haben ein tolles Kabel. Es bleibt nur, die Inseln und Kontinente mit ihnen zu verbinden.

Die Schaffung eines Unterwasserkabelsystems ist die komplizierteste Operation, die von erstklassigen Fachleuten unter extremen Bedingungen mit chirurgischer Genauigkeit durchgeführt wird. Zunächst wird die optimale Route ermittelt. Mit Hilfe von Spezialschiffen, die mit Side-Scan-Sonaren, ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugen und Doppler-Akustikprofilometern ausgestattet sind, untersuchen Ozeanologen die Bodenteile, auf denen der Faden bald liegen wird. Das Höhenprofil der Route, die Zusammensetzung des Grundbodens, die seismische Aktivität der Zone, das Vorhandensein und die Art der Strömungen sowie natürliche und künstliche Hindernisse im Verlegungskorridor werden sorgfältig aufgezeichnet und analysiert. Anhand der erhaltenen Daten werden die Leitungskonfiguration und die Verlegung der Dichtung zusammengestellt. Kritische Bojen, die mit GPS-Sendern und Baken ausgestattet sind, werden an kritischen Punkten der Route platziert. Erst danach treten Kabelverlegeschiffe in das Geschäft ein.

Cable Innovator mit einer Verdrängung von 10557 Tonnen - das größte Schiff der Welt für die Verlegung von optischen Kabeln. Erbaut 1995 in der finnischen Werft Kvaerner Masa, im Besitz von Global Marine Systems. Drei 17-Meter-Trommeln fassen jeweils 2333 Tonnen Kabel. Ein Schiff mit einer Besatzung von acht Dutzend Menschen kann 60 Tage lang völlig autonom arbeiten und die Kabellinie mit einer Geschwindigkeit von bis zu 6, 6 Knoten (etwas mehr als 12 km / h) abwickeln.

Es gibt keine gravierenden Unterschiede zwischen Kabelschiffen für die Verlegung von Strom- und Kommunikationsleitungen. Der Unterschied liegt nur in der spezifischen Ausstattung. Darüber hinaus arbeiten die "siloviki" in der Regel in Küstengebieten, und die Optik erstreckt sich auf hoher See über Tausende von Kilometern. Die größten und produktivsten Schiffe der Welt, die auf Hochspannungsautobahnen spezialisiert sind, sind der norwegische Skagerrak-Stapler von Nexans und der Giulio Verne des italienischen Konzerns Prysmian Group. Der Cable Innovator aus der Flotte von Global Marine Systems mit einer Verdrängung von 10557 Tonnen ist unter den "Signalmännern" seinesgleichen - er kann 8500 km optisches Kabel an Bord nehmen. Die größte Flotte von Kabelschiffen ist im Pazifischen Ozean stationiert - acht Schiffe arbeiten für das amerikanische Unternehmen SubCom und das gleiche für den japanischen Konkurrenten NEC. Kennzeichnend für Kabellagen sind ein kleiner Arbeitszug von nicht mehr als 10 m, die obligatorische Ausstattung mit dynamischen Positionierungssystemen und Sonarausrichtung sowie äußerst empfindliche Antriebe, mit denen Sie die Geschwindigkeit mit pharmazeutischer Genauigkeit einstellen können. Die moderne Seillage ist mit einer Seilwinde mit mehreren Rollen ausgestattet, die eine Zugkraft von bis zu 50 Tonnen entwickelt und das Seil mit einer Geschwindigkeit von ca. 1, 5 km / h ins Wasser senkt. An Bord befinden sich außerdem Kräne zum Tauchen und Heben von Unterwasserfahrzeugen, Vorrichtungen zum Spleißen und Schneiden, Tauchausrüstung und vieles mehr.

Schematische Karte des ersten transatlantischen Kabels, das im Sommer 1858 am Boden verlegt wurde. Aufgrund von Konstruktionsfehlern, mangelhafter Isolierung und der Verwendung von zu viel Spannung für die Übertragung arbeitete die Kommunikationsleitung dann nur etwa einen Monat lang, und die Qualität und dementsprechend die Kommunikationsgeschwindigkeit waren immer unter jeder Kritik. Am 1. September 1858 wurde die letzte Nachricht über den Atlantik gesendet, wonach die Kontinente wieder getrennt wurden. Bis 1861 wurden in verschiedenen Teilen der Welt etwa 20.000 Kilometer Unterseekabel verlegt, von denen sich jedoch nicht mehr als ein Viertel in einem funktionierenden Zustand befanden. Amerika und Europa wurden schließlich am 27. Juli 1866 durch einen Telegraphen verbunden, wonach die Verbindung nie länger als ein paar Stunden unterbrochen wurde.

Die Anmietung eines solchen Technologiewunders kostet ungefähr 100.000 US-Dollar pro Tag, die Nachfrage übersteigt jedoch das Angebot. Beispielsweise wird die SubCom Tyco Resolute-Kabelschicht, deren zylindrische Hangars 2.500 km optisches Kabel aufnehmen, mehrere Jahre im Voraus gesichert. Gleiches gilt für den Skagerrak. Und der Rest bleibt nicht untätig: Fischereigeräte, Schiffsanker, Erdrutsche und Erdbeben, die U-Boote beschädigen, halten das Geschwader der Kabelschiffe in ständiger Kampfbereitschaft. Fälle von Kabelbrüchen aufgrund von Haibissen und sogar Diebstahl von mehreren zehn Kilometern Stromleitungen durch Piraten wurden registriert. Allein im Atlantik werden jährlich bis zu 50 Reparaturarbeiten durchgeführt. Aber das ist eine Frage der Technologie ...

Nach unten

Die Verlegung eines Kabels beginnt mit dem Land. Diese Schmuckoperation wird normalerweise von einem Team erfahrener Taucher durchgeführt. Die Kabelschicht nähert sich dem Ufer, steigt auf einer bestimmten Strecke auf und nimmt die gewünschte Länge des Fadens auf, der mit dem Auspuffkabel verbunden ist, das zuvor vom Ufer durch ein langes, in den Boden gegrabenes Rohr geführt wurde. Während dieses Vorgangs hängt das geätzte Kabel an den Schwimmern, um kritische Knicke und Verwicklungen zu vermeiden. Die Ausgabe des Kabels und des Kabels an die Anschlussplatte erfolgt visuell über Fernsehkameras - eine spätere Reparatur dieses Leitungsabschnitts wird deutlich schwieriger sein als jede andere. Die Überprüfung der Integrität des Kabels durch Anlegen eines Signals (oder einer Spannung, falls es sich um eine Stromversorgung handelt) erfolgt während der Installation in einem konstanten Modus. Wenn alles normal ist - das Rohr ist vom Meer zugemauert, Wasser wird herausgepumpt, und stattdessen wird ein Korrosionsschutzgemisch aus Inhibitoren, Bioziden, die Wasserbakterien abtöten, und einem Sauerstoff absorbierenden Desoxidationsmittel hineingepumpt. Das Verlegen an Land ist trotz seiner scheinbaren Einfachheit der längste Arbeitsschritt. Das Team von Björn Ladegaard, einem Ingenieur bei Nexans, benötigte im Januar dieses Jahres drei Wochen, um eine Stromleitung an den Stränden Mallorcas, nur etwa 500 m entfernt, anzuschließen!

Im offenen Meer ist alles einfacher, aber es gibt auch Schwierigkeiten. Die Entlastung des Meeresbodens ist für das sogenannte Freilegen selten günstig genug, wenn der "Faden" direkt auf den Boden fällt. So musste die Stromleitung zwischen Spanien und den Balearen auf einer Strecke von 283 km eingegraben werden, auch in Tiefen von mehr als einem Kilometer. Weitere 23 km wurden in den Fels gehauen!

In der Unterwasserwildnis sind unentbehrliche Helfer für Ingenieure Tiefseefahrzeuge mit Fernbedienung über ein Schlauchkabel. Nexans verfügt über drei Maschinen. Der kleine und flinke CapTrack mit einem Sensorkomplex, einem GPS-Sender, leistungsstarken Scheinwerfern und Fernsehkameras dient zur Betriebsüberwachung und präzisen Verlegung des "Fadens" nach unten. In Gebieten mit extrem schwierigem Gelände wird ein Unterwasser-Spinnen-Bulldozer mit zusätzlichen „Waffen“ in Form eines Bohrkopfs, Wasserwerfern und einer leistungsstarken Pumpe eingesetzt. Der Spinnenarm kann mit einer ganzen Reihe von gruseligen Werkzeugen ausgestattet werden, die zum Zerstören bestimmt sind. Die meisten Arbeiten auf den Strecken werden von der Capjet-Grabenfräse mit eigenem Wasserstrahlpflug ausgeführt. Der nicht abgedeckte Boden wird ständig aus dem anderthalb Meter langen Graben gepumpt und dem Heck des Capjet zugeführt, um das verlegte Kabel aufzufüllen.

Wenn die Verlegung von größeren Hindernissen betroffen ist, setzen die Ingenieure gewölbte Übergangssysteme ein. Das Kabel in einer speziellen Hülse ist an verankerten, luftgefüllten Stahlzylindern aufgehängt. Bei Vorhandensein von "zugehörigen" Rohrleitungen wird das Kabel mit speziellen Clips an diesen befestigt. Wenn Sie durch die Rohre „übersteigen“ müssen, werden Betonbrücken oder Schutzschläuche verwendet, die von Unterwasserfahrzeugen an der richtigen Stelle verlegt werden. In Bereichen mit stabilen Bodenströmen ist das Kabel wie jeder zylindrische Körper der zerstörerischen Wirkung von Wirbelschwingungen ausgesetzt. Allmählich zerstören diese für das Auge unsichtbaren hochfrequenten Schwingungen sogar Stahlbetonbalken. Um dieses Unglück zu bekämpfen, ist der "Faden" mit einem Plastikspiral- "Gefieder" bekleidet. Weiche Polyurethan-Matten oder Tape-Protektoren verhindern den Abrieb der Isolierung auf felsigem Untergrund. Alle Vorgänge zum Verlängern, Abzweigen des Kabels, Installieren von Verstärkern und Steuergeräten werden unmittelbar vor dem Ablegen dieses Abschnitts auf den Boden des Schiffs ausgeführt. Am Ende der Route wiederholt die Kabelschicht den Vorgang, um den Kofferraum an Land zu bringen. Danach wird die Linie getestet und in Betrieb genommen.

Ist es nicht einfacher, ein paar Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen? Einfacher geht es nicht. Die Geschwindigkeiten sind nicht gleich - Megabits pro Sekunde sind für das 21. Jahrhundert nicht mehr geeignet. Und Gigabits auch. Unterwasser-Terabits sind eine andere Sache ...

Der Artikel „Web under water“ wurde in der Zeitschrift Popular Mechanics (Nr. 6, Juni 2011) veröffentlicht.

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