לפני 150 שנה, ב-16 באוגוסט 1858, נשיא ארצות הברית ג'יימס ביוקנן קיבל מברק ברכה מהמלכה ויקטוריה ושלח לה הודעה בתמורה. חילופי המסרים הרשמיים הראשונים על כבל הטלגרף הטרנס-אטלנטי החדש, סומנו במצעד ומופע זיקוקים מעל בניין עיריית ניו יורק. על החגיגות העיבה שריפה שאירעה מסיבה זו, ולאחר 6 שבועות הכבל כשל. נכון, גם לפני כן הוא לא עבד טוב במיוחד - הודעת המלכה הועברה תוך 16.5 שעות.
מרעיון לפרויקט
הצעת הטלגרף והאוקיינוס האטלנטי הראשונה הייתה תוכנית ממסר שבה הודעות שנמסרו על ידי ספינות אמורות להיות מועברות בטלגרף מניופאונדלנד לשאר צפון אמריקה. הבעיה הייתה בניית קו טלגרף לאורך השטח הקשה של האי.
הבקשה לעזרה מהמהנדס האחראי על הפרויקט משכה את האמריקאיאיש העסקים ואיש הכספים סיירוס פילד. במהלך עבודתו הוא חצה את האוקיינוס יותר מ-30 פעמים. למרות הכישלונות ששדה התמודד איתו, ההתלהבות שלו הובילה להצלחה.
איש העסקים קפץ מיד על הרעיון של העברה בנקאית טרנס-אטלנטית. בניגוד למערכות יבשתיות, שבהן הפולסים שוחזרו על ידי ממסרים, הקו הטרנס-אוקי נאלץ להסתדר עם כבל בודד. פילד קיבל הבטחות מסמואל מורס וממייקל פאראדיי שניתן להעביר את האות למרחקים ארוכים.
וויליאם תומפסון סיפק את הבסיס התיאורטי לכך על ידי פרסום חוק הריבוע ההפוך ב-1855. זמן העלייה של פולס העובר דרך כבל ללא עומס אינדוקטיבי נקבע על ידי קבוע הזמן RC של מוליך באורך L, שווה ל-rcL2, כאשר r ו-c הם ההתנגדות וקיבול ליחידת אורך, בהתאמה. תומסון תרם גם לטכנולוגיית הכבלים התת ימיים. הוא שיפר את גלוונומטר המראה, שבו הסטיות הקטנות ביותר של המראה שנגרמו מהזרם הוגברו על ידי הקרנה על מסך. מאוחר יותר, הוא המציא מכשיר הרושם אותות עם דיו על נייר.
טכנולוגיית הכבלים הצוללים שופרה לאחר הופעתה של גוטה-פרקה ב-1843 באנגליה. שרף זה מעץ יליד חצי האי המלאי היה מבודד אידיאלי מכיוון שהוא היה תרמופלסטי, התרכך בחימום וחזר לצורה מוצקה בקירור, מה שמקל על בידוד המוליכים. בתנאי לחץ וטמפרטורה בקרקעית האוקיינוס, תכונות הבידוד שלומְשׁוּפָּר. גוטה-פרקה נשאר חומר הבידוד העיקרי לכבלים תת-ימיים עד לגילוי הפוליאתילן ב-1933.
פרויקטי שטח
Cyrus Field הוביל 2 פרויקטים, הראשון שבהם נכשל, והשני הסתיים בהצלחה. בשני המקרים, הכבלים היו מורכבים מחוט יחיד בן 7 ליבות מוקף בגוטה-פרקה ומשוריין בחוטי פלדה. קנבוס מזופת סיפק הגנה מפני קורוזיה. המייל הימי של כבל 1858 שקל 907 ק"ג. הכבל הטרנס-אטלנטי משנת 1866 היה כבד יותר, 1,622 ק"ג/מייל, אבל בגלל שהיה לו יותר נפח, הוא שקל פחות במים. חוזק המתיחה היה 3ט ו-7.5ט בהתאמה.
לכל הכבלים היה מוליך אחד להחזרת מים. למרות שלמי הים יש פחות התנגדות, הם נתונים לזרמים תועים. הכוח סופק ממקורות זרם כימיים. לדוגמה, לפרויקט 1858 היו 70 אלמנטים של 1.1 וולט כל אחד. רמות מתח אלו, בשילוב עם אחסון לא תקין ורשלני, גרמו לכבל הטרנס-אטלנטי בים העמוק להיכשל. השימוש בגלוונומטר מראה איפשר להשתמש במתחים נמוכים יותר בקווים הבאים. מכיוון שההתנגדות הייתה בערך 3 אוהם למייל ימי, במרחק של 2000 מייל, ניתן היה לשאת זרמים בסדר גודל של מיליאמפר, המספיקים לגלוונומטר מראה. בשנות ה-60 הוצג קוד טלגרף דו-קוטבי. הנקודות והמשיכות של קוד המורס הוחלפו בפולסים בקוטביות הפוכה. עם הזמן, התפתחתוכניות מורכבות יותר.
מסעות 1857-58 ו-65-66
£350,000 גויסו באמצעות הנפקת מניות להנחת הכבל הטרנס-אטלנטי הראשון. ממשלות אמריקה ובריטניה הבטיחו החזר על ההשקעה. הניסיון הראשון נעשה בשנת 1857. נדרשו 2 ספינות קיטור, אגממנון וניאגרה, כדי להעביר את הכבל. החשמלאים אישרו שיטה שבה ספינה אחת הניחה את הקו מתחנת חוף ולאחר מכן חיברה את הקצה השני לכבל בספינה אחרת. היתרון היה שהיא שמרה על קשר חשמלי רציף עם החוף. הניסיון הראשון הסתיים בכישלון כאשר ציוד הנחת הכבלים נכשל 200 מייל מהחוף. הוא אבד בעומק של 3.7 ק מ.
בשנת 1857, המהנדס הראשי של ניאגרה, וויליאם אוורט, פיתח ציוד חדש להנחת כבלים. שיפור בולט היה בלם אוטומטי שהופעל כשהמתח הגיע לסף מסוים.
לאחר סערה אלימה שכמעט הטביעה את אגממנון, הספינות נפגשו באמצע האוקיינוס וב-25 ביוני 1858, החלו שוב להניח את הכבל הטרנס-אטלנטי. הניאגרה נעה מערבה, והאגממנון נע מזרחה. נעשו 2 ניסיונות, נקטעו עקב פגיעה בכבל. הספינות חזרו לאירלנד כדי להחליף אותו.
17 ביולי, הצי שוב יצא לפגוש זה את זה. לאחר שיהוקים קלים, הניתוח הצליח. בהליכה במהירות קבועה של 5–6 קשר, ב-4 באוגוסט, נכנסה הניאגרהבמפרץ טריניטי ניופאונדלנד. באותו יום הגיע האגממנון למפרץ ולנטיה באירלנד. המלכה ויקטוריה שלחה את הודעת הברכה הראשונה שתוארה למעלה.
המשלחת של 1865 נכשלה במרחק של 600 מייל מניופאונדלנד, ורק הניסיון של 1866 הצליח. ההודעה הראשונה בקו החדש נשלחה מוונקובר ללונדון ב-31 ביולי 1866. בנוסף, נמצא קצהו של כבל שאבד ב-1865, וגם הקו הושלם בהצלחה. קצב ההעברה היה 6-8 מילים לדקה בעלות של $10 למילה.
תקשורת טלפונית
בשנת 1919, חברת AT&T האמריקאית יזמה מחקר על אפשרות הנחת כבל טלפון טרנס-אטלנטי. בשנת 1921 הונח קו טלפון למים עמוקים בין קי ווסט להוואנה.
בשנת 1928 הוצע להניח כבל ללא משחזרים עם ערוץ קול אחד מעבר לאוקיינוס האטלנטי. העלות הגבוהה של הפרויקט (15 מיליון דולר) בשיא השפל הגדול, כמו גם שיפורים בטכנולוגיית הרדיו, קטעו את הפרויקט.
בתחילת שנות ה-30, התפתחויות בתחום האלקטרוניקה אפשרו ליצור מערכת כבלים תת ימיים עם משחזרים. הדרישות לתכנון מגברי קישור ביניים היו חסרות תקדים, מכיוון שהמכשירים היו צריכים לפעול ללא הפרעה על קרקעית האוקיינוס במשך 20 שנה. דרישות קפדניות הוטלו על אמינות הרכיבים, בפרט צינורות ואקום. ב-1932 כבר היו מנורות חשמליות שנבדקו בהצלחהבמשך 18 שנים. רכיבי הרדיו בהם השתמשו היו נחותים משמעותית מהדגימות הטובות ביותר, אך הם היו אמינים מאוד. כתוצאה מכך, TAT-1 עבד במשך 22 שנים, ואף מנורה אחת לא נכשלה.
בעיה נוספת הייתה הנחת מגברים בים הפתוח בעומק של עד 4 ק מ. כאשר הספינה נעצרת כדי לאפס את המשחזר, קיפולים יכולים להופיע על הכבל עם שריון סליל. כתוצאה מכך נעשה שימוש במגבר גמיש, שיכול להתאים לציוד המיועד לכבל טלגרף. עם זאת, המגבלות הפיזיות של המשחזר הגמיש הגבילו את הקיבולת שלו למערכת 4 חוטים.
UK Post פיתחה גישה חלופית עם משחזרים קשיחים בקוטר וקיבולת גדולים בהרבה.
יישום של TAT-1
הפרויקט הופעל מחדש לאחר מלחמת העולם השנייה. בשנת 1950 נבחנה טכנולוגיית מגבר גמיש על ידי מערכת המקשרת בין קי ווסט להוואנה. בקיץ 1955 ו-1956 הונח כבל הטלפון הטרנס-אטלנטי הראשון בין אובן שבסקוטלנד לבין קלרנוויל באי. ניופאונדלנד, הרבה צפונית לקווי הטלגרף הקיימים. אורכו של כל כבל היה כ-1950 מיילים ימיים והיו לו 51 משחזרים. מספרם נקבע על פי המתח המרבי במסופים שניתן להשתמש בהם להספק מבלי להשפיע על האמינות של רכיבי מתח גבוה. המתח היה +2000V בקצה אחד ו-2000V בקצה השני. רוחב הפס של המערכת, בההתור נקבע לפי מספר המשחזרים.
בנוסף למשחזרים, הותקנו 8 אקולייזרים תת-מימיים בקו מזרח-מערב ו-6 בקו מערב-מזרח. הם תיקנו את השינויים המצטברים בפס התדרים. למרות שהאובדן הכולל ברוחב הפס של 144 קילו-הרץ היה 2100 דציבל, השימוש באקולייזרים ובחזרות הפחית זאת לפחות מ-1 דציבל.
תחילת העבודה TAT-1
ב-24 השעות הראשונות לאחר ההשקה ב-25 בספטמבר 1956, בוצעו 588 שיחות מלונדון ומארה ב ו-119 מלונדון לקנדה. TAT-1 שילש מיד את הקיבולת של הרשת הטרנס-אטלנטית. רוחב הפס של הכבלים היה 20-164 קילו-הרץ, מה שאיפשר 36 ערוצי קול (4 קילו-הרץ כל אחד), מהם 6 מחולקים בין לונדון למונטריאול ו-29 בין לונדון לניו יורק. ערוץ אחד נועד לטלגרף ולשירות.
המערכת כללה גם חיבור יבשתי דרך ניופאונדלנד וחיבור צוללת לנובה סקוטיה. שני הקווים היו מורכבים מכבל יחיד של 271 מייל ימי עם 14 משחזרים קשיחים בעיצוב UK Post. הקיבולת הכוללת הייתה 60 ערוצי קול, 24 מהם חיברו את ניופאונדלנד ונובה סקוטיה.
שיפורים נוספים ל-TAT-1
קו TAT-1 עלה 42 מיליון דולר. המחיר של מיליון דולר לערוץ עורר פיתוח של ציוד קצה שישתמש ברוחב הפס בצורה יעילה יותר. מספר ערוצי הקול בטווח התדרים הסטנדרטי של 48 קילו-הרץ הוגדל מ-12 ל-16 על-ידי הפחתהרוחבם מ-4 עד 3 קילו-הרץ. חידוש נוסף היה אינטרפולציית דיבור זמנית (TASI) שפותחה ב-Bell Labs. TASI הכפילה את מספר מעגלי הקול הודות להפסקות דיבור.
מערכות אופטיות
הכבל האופטי הטרנס-אוקי הראשון TAT-8 הופעל ב-1988. משחזרים יצרו פולסים מחדש על ידי המרת אותות אופטיים לאותות חשמליים ולהיפך. שני זוגות עובדים של סיבים עבדו במהירות של 280 Mbps. בשנת 1989, הודות לכבל האינטרנט הטרנס-אטלנטי הזה, IBM הסכימה לממן קישור ברמת T1 בין אוניברסיטת קורנוול ל-CERN, מה ששיפר משמעותית את החיבור בין החלק האמריקאי והאירופי של האינטרנט המוקדם.
בשנת 1993, יותר מ-125,000 ק מ של מטוסי TAT-8 פעלו ברחבי העולם. נתון זה כמעט תואם את האורך הכולל של כבלים תת ימיים אנלוגיים. בשנת 1992, TAT-9 נכנס לשירות. המהירות לסיב הוגדלה ל-580 Mbps.
פריצת דרך טכנולוגית
בסוף שנות ה-90, הפיתוח של מגברים אופטיים מסוממים בארביום הוביל לזינוק קוונטי באיכות מערכות הכבלים התת ימיים. אותות אור עם אורך גל של כ-1.55 מיקרון ניתנים להגברה ישירה, והתפוקה אינה מוגבלת עוד על ידי מהירות האלקטרוניקה. המערכת המשופרת האופטית הראשונה שטסה מעבר לאוקיינוס האטלנטי הייתה TAT 12/13 ב-1996. קצב השידור בכל אחד משני זוגות הסיבים היה 5 Gbps.
מערכות אופטיות מודרניות מאפשרות שידור של נפחים כה גדוליםנתונים שעודפות היא קריטית. בדרך כלל, כבלי סיבים אופטיים מודרניים כגון TAT-14 מורכבים מ-2 כבלים טרנס-אטלנטיים נפרדים המהווים חלק מטופולוגיה טבעת. שני הקווים האחרים מחברים בין תחנות חוף בכל צד של האוקיינוס האטלנטי. נתונים נשלחים סביב הטבעת בשני הכיוונים. במקרה של הפסקה, הטבעת תתוקן מעצמה. התנועה מופנית כדי לחסוך זוגות סיבים בכבלי שירות.
