Как выглядит подводный оптоволоконный кабель?

Прокладка кабелей связи по дну океана – распространенная практика. Сети передают данные на значительные расстояния, обеспечивают взаимодействие между странами и функционирование многих онлайн-сервисов.
Сегодня мы расскажем, как выглядит подводный оптоволоконный кабель, рассмотрим современные технологии передачи информации и их перспективы.

Немного статистики
По состоянию на 2022 год протяженность международных коммуникаций в море и океане составляет свыше 1 000 000 км. При этом общее количество линий на базе оптического волокна достигает 530 шт. Большинство из них проходит через Атлантический океан, связывает Америку и Европу.
Протяженность подводных оптоволоконных кабелей каждой сети различается. Возможно создание линий на несколько тысяч метров, соединяющих ближайшие города, или строительство полноценного канала трансатлантического характера.
Так, оптоволоконный кабель на дне океана, соединивший Британию и Францию, имеет длину 115 км. При этом он обеспечивает полноценное сообщение между странами, является основным инструментом коммуникации.
Длина подводных оптоволоконных кабелей между Японией и США составляет 21 000 км. Несмотря на значительную удаленность континентов, сеть устойчиво передает сигнал, поддерживает достаточно высокую скорость.

Историческая справка
Оптоволоконный кабель в море не является чем-то уникальным. Подобный способ прокладки коммуникаций использовался и раньше. Так, в 1858 году между США и Великобританией был проложен океанический телеграфный кабель. Он позволил установить связь между континентами, открыв новую веху в развитии международного взаимодействия.
Слава от реализации проекта по трансатлантическому расширению телеграфа принадлежит Atlantic Telegraph Company, основанной в 1856 году. Сформированная сеть позволяла передавать короткие телеграммы в каждую сторону за 17 часов.
К концу XIX века появились более короткие линии, соединяющие города. Главным преимуществом таких решений был маршрут. Он позволял использовать морское дно для размещения инфраструктуры. В результате удавалось обходить горы, леса и прочие сложные участки.
На отправку первых сообщений требовалось значительное время. Однако, даже с учетом внушительных задержек, информация доставлялась быстрее, чем кораблем или поездом. Кроме того, для идущего состава требовалась защита, а проводу – нет. Он был скрыт от злоумышленников под водой.
С развитием технологии через телеграфную сеть передавались не только сообщения, но и статьи. Материалы отправлялись корреспондентами со всего мира, что обеспечило бурное развитие журналистики.

Подводный оптоволоконный кабель имеет следующую структуру (от центра наружу):

• оптические волокна;
• гидрофобный заполняющий материал;
• оболочка из медного или алюминиевого сплава;
• поликарбонат;
• изоляция из алюминия;
• защитная стальная проволока;
• майларовая лента;
• внешний слой полиэтилена.

Чтобы исключить проблемы с угасанием сигнала, на кабель монтируют репитеры. Их число определяется длиной сети.
Линию в прибрежной зоне прокладывают в футлярах. Они работают по принципу дополнительного чехла, делают кабель устойчивым к внешним факторам.
Оптоволокно в океане служит примерно 25 лет, после чего проходят операции модернизации или замене. Действию предшествуют специальные процедуры по оценке состояния магистрали.

ВАЖНО.Оптоволоконный кабель в океане требует регулярной ревизии. Это способствует своевременному обнаружению перегибов, повреждений изоляции и прочих неблагоприятных явлений. В дальнейшем эксплуатирующая организация сможет устранить их, не рискуя снижением скорости и трафика.

Средний вес 1 км сети из оптоволокна – 3,75 т. Пропускная способность варьируется на уровне 50 – 200 ТБит/с.

Изготовление подводного оптоволокна осуществляет ограниченное число компаний. Наиболее популярные из них – Prysmian Nexans и NEC. Последней удалось получить кабель с 20 парами волокон, обеспечивающий высочайшую стабильность подключения и скорость передачи данных.

Прокладывая оптоволоконный кабель в океане, подрядчики учитывают минусы технологии и стараются минимизировать их:

• Риск разрыва. Линии могут быть повреждены акулами или кораблем. Кроме того, возможны разрывы из-за сейсмической активности, ураганов и штормов. Каждый год эксплуатирующие организации фиксируют свыше 100 инцидентов, требующих работ по восстановлению.
• Несанкционированный доступ к информации. Оптоволокно в океане не защищено от перехвата данных. Разведывательные службы третьих стран могут провести операции по вмешательству в систему. В результате вероятны сбои в работе серверного оборудования и потеря сведений. От подобных манипуляций не защищают протоколы шифрования и прочие известные средства. Они лишь замедляют злоумышленников.
• Сосредоточенность линий по регионам. Многие удобные маршруты уже заняты подводным оптоволокном. В результате для реализации новых проектов подбираются альтернативные решения, зачастую, менее выгодные.
• Сложность ремонта. Восстановить подводный оптоволоконный кабель не всегда просто. Как правило, магистраль проходит на значительной глубине. Кроме того, дно может иметь сложный рельеф. Для решения поставленных задач используется сложное, дорогостоящее оборудование, что увеличивает издержки эксплуатации.

Общее количество ремонтных судов, работающих с подводным оптоволокном – 60 шт. В настоящее время строится дополнительный транспорт, однако ввиду его сложности и технологичности процесс растягивается на годы.

Специалисты активно борются с минусами подводных коммуникаций. С целью их устранения разрабатываются различные решения.

• Расширение сети. Прокладка подводных оптоволоконных кабелей по альтернативным маршрутам позволяет быстро перенаправить поток в случае обрыва. Это обеспечивает требуемый запас времени для ремонта без существенного влияния на качество связи. Для реализации подобных проектов требуются не только дополнительные линии, но и рациональные алгоритмы переключения.
• Использование новых защитных технологий. Современное оборудование позволяет предотвратить большинство техногенных аварий. Оно устанавливается на линии связи вблизи морских путей, подает аварийный сигнал при опасном сближении судна с подводным оптоволоконным кабелем. Также важно частью системы защиты является использование подводных дронов, патрулирующих проблемные участки.
• Изменение законодательной базы. Многие государства пересматривают действующие регламенты с целью защиты от шпионажа. В результате вводятся изменения, направленные на предотвращение несанкционированного воздействия.

Конкурентом подводных сетей являются спутники. Они лишены проблем с физической прокладкой кабеля, обеспечивают доступ в интернет в любой точке мира. Минусом подобных решений является их дороговизна и ограничения в скорости.

Прокладка подводных сетей – сложный, многоуровневый процесс. Он предполагает работу на глубине до 8 км, требует комплексной подготовки, включающей:

• Выбор маршрута. Проектировщики выбирают оптимальный маршрут прокладки сети. При этом учитывается рельеф океанического дна, сейсмическая активность участка, климатические условия, параметры флоры и фауны. Специалисты не станут прокладывать линию в местах, где много акул, присутствует риск землетрясений и сложный рельеф.
• Обследование трассы. После определения маршрута проводится комплекс изыскательских мероприятий. С их помощью выявляются места, заслуживающие дополнительной обработки, например выравнивания.
• Подготовка дна. Опциональная процедура, проводимая, если на трассе имеются преграды. Ими могут быть рифы, затонувшие корабли и прочие препятствия.

Если по результатам изысканий выяснится, что маршрут изобилует проблемными участками, он будет пересмотрен.
После того как предварительные процедуры завершены, специалисты приступают к работе.

Подбор подходящего судна
Для обустройства подводных магистралей используются специальные суда – кабелеукладчики. Они доступны в ограниченном количестве, имеют огромные бухты для хранения кабеля. Последний разматывается профильными машинами. Техника предотвращает спутывание и обеспечивает равномерную подачу провода.

За точность перемещения судна отвечают навигационные системы. Оборудование прокладывает путь в соответствии с заданным маршрутом, использует устройства динамического позиционирования и гидроакустической ориентации.

Кроме того, на борту корабля присутствует:

• Оптоволоконная лаборатория. Отделение, отвечающее за контроль качества кабелей. В нем проводится комплекс проверочных мероприятий, гарантирующих отсутствие дефектов в материале. Кроме того, здесь выполняют соединения двух проводов в один.
• Водолазная станция. Место, в котором собирается, запускается и обслуживается оборудование для погружений. В нем могут располагаться батискафы, подводные дроны и прочие устройства.
• Контрольное отделение. Отдел общего контроля, отслеживающий ключевые процедуры, выполняемые судном.

Судно выбирается с учетом предстоящих работ. Для небольшого расстояния и глубины подходят компактные корабли, для реализации межконтинентальных проектов требуются габаритные суда с максимальной оснащенностью.

Проверка кабеля
Кабель, прокладываемый по дну, проверяется на предмет целостности и пропускной способности. Действие выполняется на берегу, в специальных лабораториях. Материал подготавливается «с запасом» на случай непредвиденных ситуаций при монтаже.
По завершении работ оформляется соответствующее заключение. Документ подтверждает, что провод пригоден к эксплуатации на глубине и отвечает заявленным характеристикам.

Погрузка на корабль
Бухта с кабелем помещается на судно, где подключается к подающему механизму. Технический персонал проводит комплекс пусконаладочных работ с целью добиться равномерной подачи и бесперебойной работы оборудования.
Погрузка кабеля выполняется в доках, с использованием специальных кранов. Процедура требует должной внимательности, сопровождается риском повреждения материала.

Выход в море
Корабль выходит по маршруту прокладки, а кабель, оставшийся в прибрежной зоне, поддерживается посредством буев. Действие исключает перегибы и прочие сложности при монтаже.

Укладка на глубине
Как только судно достигает глубины в 1 км, провод начинают укладывать в траншею. Она формируется по ходу движения корабля, позволяет выровнять участок укладки и защитить линию от внешнего воздействия.

Спустя определенный промежуток на кабель устанавливается усилитель сигнала. Модуль предотвращает затухание, способствует поддержанию пропускной способности сети на отведенном участке.

Если при проведении работ требуется соединить кабели, используется стыковочная коробка. Элемент защищает узел от внешних факторов, устойчив ко всем типам воздействия.

ВАЖНО. Производительность судна зависит от конфигурации и сложности маршрута. Средний показатель – прокладка от 10 до 12 километров кабеля в сутки. В случае негативных погодных условий работы приостанавливаются.

Вывод кабеля с противоположной стороны
После прохождения маршрута корабль приходит в точку назначения. Здесь происходит подключение кабеля, фиксируются сведения о проведении работ, заполняются необходимые бумаги.

Пусконаладочные процедуры
Завершающий этап. Технические специалисты проводят серию тестов. В результате проверяется целостность магистрали, качество передачи сигнала и прочие аспекты. При положительном завершении испытаний линия вводится в эксплуатацию.

Прокладка кабелей под водой требует значительных финансовых вложений. Как правило, такие проекты финансируются государствами или совместными усилиями нескольких компаний. В ряде случаев участвуют транснациональные корпорации.

На стоимость проведения работ влияют следующие факторы:

• сложность и протяженность маршрута;
• тип судна, используемого при прокладке;
• количество проводимых изысканий;
• «благополучность» региона, в котором будет проходить сеть;
• тип используемого кабеля;
• сложность разрабатываемых проектных решений;
• наличие дополнительных работ.

Если прокладку магистрали организует государственная компания, объявляется тендер. В случае с частными организациями могут привлекаться инвесторы.

ВАЖНО. Получить представление о затратах позволит бюджет реализованных проектов. Так, Google вложила 1 млрд. долларов в прокладку кабеля между Западной Европой и Южной Африкой. Общая протяженность сети составила 15 000 км.

Кабели принадлежат заказчикам проекта. В большинстве случаев это определенные государства, реже – объекты крупного бизнеса. К последним относится Google, Amazon и Microsoft.
Примечательно, что в случае с государственной собственностью обслуживание и эксплуатацию магистрали осуществляют привлеченные компании. Они могут быть полностью коммерческими или содержать государственный капитал. Если объект имеет особую важность, к работе с ним допускается узкий круг предприятий.

Перспективы технологии
Несмотря на действующие ограничения, подводная прокладка кабелей продолжает развиваться.

Перспективы технологии затрагивают следующие аспекты:

• Повышение прочностных характеристик сети. Специалисты делают все возможное, чтоб повысить надежность магистрали. Для этого разрабатываются прогрессивные полимерные покрытия, используются двойные оболочки из медных и алюминиевых сплавов и выполняются прочие действия.
• Удешевление. Общее технологическое развития делает применяемые материалы более доступными. Это позволяет снизить стоимость реализации проекта без потери качества.
• Рост оперативности монтажа. Еще одно следствие технологического развития. Современные суда обеспечивают прокладку сети на высокой скорости. Они продуктивно работают с подводным грунтом, равномерно распределяют кабель по сформированной траншее и выполняют ряд сопутствующих действий по контролю качества.
• Повышение пропускной способности. Современные подводные сети демонстрируют неуклонный рост скорости передачи данных. Так, новая магистраль «Олисипо», связывающая север и юг Португалии, обеспечивает отправку информации на скорости 4,3 ПБит/сек.

Наряду с подводной прокладкой сетей развиваются и другие технологии, однако они уступают в доступности, стабильности и скорости соединения.

Что в России?
Наша страна не отстает от современных тенденций. В настоящее время реализуется крупный проект по прокладке оптоволоконной сети «Полярный экспресс» от Мурманска до Владивостока. Общая протяженность линии составит 12 000 км.