Интернет — неотъемлемая часть нашей жизни, невероятно сложная сеть, строившаяся на протяжении многих лет, фактически — это сеть кабелей опоясующих всю Землю, в том числе проходящая через моря и океаны. Человечество прошло долгий путь с момента прокладки первого трансатлантического подводного телеграфного кабеля в 1858 году межу Соединенными Штатами и Великобританией. В этой статье мы расскажем о том, как Интернет преодолел «водные барьеры», многокилометровые глубины и подводные катаклизмы, какие сложности были на пути и как невероятно сложно поддерживать эту систему в связанном состоянии в наше время, каких колоссальных затрат средств и энергии это требует.
Подводная Холодная война: операция «Березка»
В начале 1970-х годов правительство США получило сообщение о том, что в Охотском море СССР проложило подводный кабель связи, связав советскую военно-морскую базу в Петропавловске-Камчатском, что на полуострове Камчатка, со штабом Тихоокеанского флота СССР в г. Владивосток. В то время СССР считал Охотское море своим внутренним морем из-за чего иностранные суда не имели права плавать в нем. К тому же военно-морской флот СССР установил сеть сонаров вдоль границы моря, чтобы не дать иностранным подводным лодкам возможности проникнуть незамеченными в территориальные воды СССР. Несмотря на эти препятствия в октябре 1971 года правительством США было принято решение о проведении тайной разведывательной операции. Удачное проведение операции обещало получить очень важную информацию об обороноспособности СССР. Для выполнения этой задачи в Охотское море была направлена специальная подводная лодка USS Halibut (SSGN-587) во главе с капитаном Джеймсом Брэдли. Поиск кабеля проводился на площади более 600 000 км², но не смотря на это американским аквалангистам удалось найти советский кабель, он лежал на глубине около 120 метров. Над кабелем было установлено специальное устройство, «кокон», как его впоследствии назвали россияне, который предоставил возможность перехватывать сообщения и переговоры по кабелю без физического вмешательства в оболочку кабеля. Устройство было сконструировано таким образом, что оно должно было автоматически отделиться от кабеля, если бы советские специалисты начали поднимать кабель с морского дна, например, для проведения ремонта.
Ежемесячно американские военные забирали пленки с записями телефонных переговоров советских моряков и устанавливали новые. Они передавались в АНБ США, где обрабатывались, и информация из них передавалась другим правительственным агентствам. Прослушивание первых пленок показало, что советские моряки так были уверены в том, что никто не мог подслушать их телефонные разговоры, что сам телефонный сигнал передавался в незакодированный виде. Содержание разговоров советских высокопоставленных моряков оказалось очень важным для понимания смысла действий военно-морского флота СССР в регионе.
Впоследствии удалось установить усовершенствованное разведывательное оборудование на линиях связи СССР в других уголках мира, например в Баренцевом море. Оборудование было изготовлено американской компанией AT&T. В нем использовалась ядерное энергетическое оборудование, позволяющее автономно работать в течение года.
Операция продолжалась до 1981 года, пока не стало известно о том, что в районе расположения разведывательного устройства появились советские корабли. США сразу отправили подводную лодку USS Parche с заданием забрать устройство, но американцам не удалось его найти.
Человеком, который погубил эту тайную операцию, был Рональд Уильям Пелтон, 44-летний ветеран АНБ США, хорошо владеющий русским языком и являющийся высококвалифицированным специалистом в области связи. Пелтон был азартным человеком и проиграл значительные средства в игровые автоматы, его долг составлял 65 000 долларов США. К тому же он был недоволен своим статусом в АНБ США, получая вознаграждение в 2000 долларов / месяц. За три месяца до увольнения с АНБ Пелтон обратился в суд о признании его банкротом. В январе 1980-го Пелтон обратился в посольство СССР в Вашингтоне и предложил свои профессиональные знания в обмен на деньги от КГБ.
Пелтон не передавал советским разведчикам никаких документов: он все рассказал по памяти. У него была феноменальная фотографическая память. От представителей КГБ Пелтон получил 35000 долларов США. В обмен он передавал все, что знал, в период с 1980-го по 1983-й год. Пелтон также рассказал об операции «Березка», за что получил от КГБ 5000 долларов США. Все это стало известно только с признания самого Пелтона. Советское руководство не отреагировало на эту информацию.
В июле 1985 года в США бежал полковник КГБ Виталий Юрченко, который был связным Пелтона в Вашингтоне. Юрченко рассказал американцам о Пелтоне, которого впоследствии арестовали. Только после этого советское руководство решило проверить информацию Пелтона об операции «Березка». СССР удалось найти устройство американцев. Впоследствии его выставили в одном из музеев в Москве.
После ареста Пелтон быстро признался в измене и шпионаже в пользу СССР. В 1986-м году он был осужден пожизненно судом присяжных, не смотря на то, что веских доказательств, кроме его признания, против него не было. Сейчас Пелтон отбывает три пожизненных заключения, однако его досрочное освобождение запланировано на ноябрь 2015 года.
Успех операции США в Охотском море стал причиной проведения многочисленных подобных операций в последующие годы. К примеру, экипаж подводной лодки USS Parche в 1985-м году установил еще одно следящее устройство на кабеле в Баранцевом море, которое осталось незамеченым и использовалось вплоть до 1992-го года, а в Средиземном море было установлено следящее оборудование в 1985-м году на подводных кабелях между Европой и Северной Африкой. Эксплуатация USS Parche была завершена лишь в 2004-м году, ей на смену была введена в эксплуатацию USS Jimmy Carter, модифицированная версия подлодки, со шлюзом на борту, который позволял дайверам выходить во внешнее пространство для проведения работ с кабелем.
C момента завершения «шпионской» Холодной войны подводные кабели связи получили широкое распространение в геометрической прогрессии по всему миру. По данным, опубликованным TeleGeography, компании, которая ведет учет и исследует рынок телекоммуникационных услуг, на данный момент существует 277 подводных волоконно-оптических кабелей в мире. Эти кабели доставляют 99% всего телекомуникационного трафика, а их протяженность составляет 986 543 км. Ежедневно по ним передается объем данных, эквивалентный нескольким сотням библиотек Конгресса США. Этот массовый рост комуникационных систем по всему миру заставляет развивать методы слежения и контроля соответствующим образом.
На изображении, представленном ниже, Вы можете наблюдать рост телекоммуникационных сетей с 1989-й по 2014-й годы.
Особая благодарность TeleGeography, сделавшей эти данные публичными.
Более подробную карту подводных каналов связи Вы можете найти на сайте TeleGeography http://submarinecablemap.com/.
Подводный шпионаж: «врезки» в волоконно-оптические кабели
Вернемся в 1970-е, операция «Березка» стала первой операцией подводного шпионажа в истории. В то время использовались медные кабели, где сигнал передавался при помощи электрических импульсов. Советы были настолько уверены в безопасности своей линии связи, что передавали сингнал без применения какого-либо шифрования, американцам оставалось лишь записывать его и раз в месяц извлекать записи для прослушки.
Современные кабели — волоконно-оптические системы, где сигнал передается при помощи фотонов и шифрован. Современна задача прослушки может быть реализована одним из двух способов: либо путем сплайсинга (сращивания) кабеля и разделения потока фотнов призмой, либо путем изгиба кабеля до точки, когда начнется утечка данных. В документах, попавших в The Guardian в 2012-м году, Эдвард Сноуден показал, как британские и американские спецслужбы «прослушали» более 200 кабелей в рамках продолжающегося обширного шпионской проекта, инициированного в 2008 году, полностью подрывая конфиденциальность обычных граждан по всему миру. В тоже время The Guardian обнародовал как британское разведывательное агентство GCHQ перехватывает данные в масштабах эквивалентных 192-м Британским библиотекам ежесуточно.
Реакция общественности на эти «откровения» имела далеко идущие последствия. Reuters сообщил, что ЕС пригрозил приостановить соглашения об обмене данными с США до тех пор, пока Вашингтон не предоставит гарантии защиты частной жизни граждан ЕС. Французский поставщик телекоммуникационных услуг, Orange, намерен подать в суд на АНБ за незаконное использование их подводных кабелей. Он также сообщил, что Privacy International, международная организация-активист по защите приватности, базирующаяся в Британии, недавно подала иск против правительства Великобритании за шпионаж, нарушающий конституционные права граждан.
Более 80% международных волоконно-оптических комунникаций Латинской Америки в настоящее время проходят через США, а это означает, что законы, принятые в других странах, будут в значительной степени бессильны, против прослушки США. Президент Бразилии Дилма Руссефф объявила о планах инвестировать 185 млн. долларов в строительство трансатлантического волоконно-оптического кабеля, соединяющего ее страну в обход территории США непосредственно со странами ЕС, которые, как она утверждает, будут «гарантировать нейтралитет» бразильского Интернет-трафика, тем не менее остается неясным, как он будет защищен от американских или английских прослушек.
Сомнительная безопасность планируемого кабеля Бразилия-ЕС заставляет задуматься о гораздо более важном вопросе для сети волоконно-оптических кабелей — защите. Стоимость и материально-технические требования патрулирования таких обширных систем просто астрономические и в большинстве случаев невозможны без международной правительственной поддержки. Даже если частные компании имели бы ресурсы и мотивацию для защиты своих сетей, они по-прежнему могут быть принуждены правительством к «сотрудничеству». В самом деле, как сообщила Washington Post в 2013-м году, многие зарубежные и отечественные телекоммуникационные компании с каналами, ведущими в или из США, уже юридически вынуждены сотрудничать с ФБР, FCC и Департаментом внутренней безопасности, чтобы обеспечить полный доступ к их волоконно-оптическим кабелям.
Преодолеть Ла-Манш: неизведанные сложности доставки первых подводных сообщений
Мы стараемся поддерживать устремленность в развитии технологий будущего, но иногда стоит оглянуться назад — на инновации прошлого. Мы с Вами живем в удивительном и волшебном мире, сейчас не составляет труда поговорить с собеседником через океан или даже устроить видеоконференцию, но большинство из нас до сих пор не осознает, какие невероятные сложности нужно было преодолеть, чтоб сделать такое общение возможным.
С открытием телеграфной связи и прокладкой первых наземных телеграфных кабелей воображение человека неизменно развивало эту идею, ведь по сути королева Виктория, вступившая на трон в 1837-м году, располагала средствами общения с отдаленными частями своей империи не более быстрыми, чем те, которыми располагал Юлий Цезарь.
Мало кому известно, но первая попытка использовать подводный кабель для телеграфного общения принадлежит Соммерингу (Samuel T. von Soemmering), в 1811-м году он совершил прокладку через реку Изар, что возле Мюнхена, и провел испытания, которые показали всю важность и сложность изготовления хорошей изоляции. Годом позднее в России Павел Шиллинг успешно использовал еще не телеграфный, но подводный кабель, для подрыва с берега снабженных электрическим запалом морских мин. В 1839-м году доктор О’Шонесси, возглавляющий Восточно-Индийскую телеграфную компанию, завершил прокладку телеграфного кабеля по дну реки Хугли, расположенной неподалеку Калькутты. Успешным был проект или нет — к сожалению сейчас невозможно узнать, какие-либо записи не сохранились с того времени. Но уже тогда стремительно развивались идея телеграфной коннектиктивности между различными регионами, отделенных морями и даже океанами.
Так в 1840-м году английским профессором Уитсоном на рассмотрение Палаты Общин был представлен проект телеграфного кабеля между английским Дувром и Францией. Это был первый серьезный проект такого рода, заслуживающий внимания, Уитсон даже провел тесты между судном и маяком в заливе Суонси (Южный Уэльс), однако идея не получила законодательной поддержки и соответственно денежных средств, в парламенте к ней отнеслись как к несбыточной фантазии. Спустя два года Сэмюэл Морзе, изобревший наиболее распространенную версию телеграфа, связал подводным кабелем, защищенным резиной и свинцовой трубкой, берега гавани Нью-Йорка и передал сообщение.
Только почти через десятилетие после этого началась прокладка телеграфного кабеля под Ла-Маншем, новообразованная телеграфная компания братьев Джейкоба и Джона Бреттов (бывшего антиквара, накопившего солидное состояние в этом деле и далекого от телеграфии), получив поддержку французского правительства и деловых кругов, решила использовать одножильный медный кабель в гуттаперче для того, чтоб связать телеграфным сообщением Англию и Францию. Был подписан контракт с компанией «Гутта-Перча" на изготовление кабеля и, как это часто бывает с новыми проектами, был не учтен ряд вопросов и проблем, о существовании которых в то время даже не догадывались. Помимо прочего очень сильно поджимали сроки, нужно было завершить проект к 1-му сентября 1850-го года — менее, чем за 15 месяцев, иначе компанию ожидало бы банкротство из-за невыполнения соглашений с инвесторами.
Из-за примитивности кабеля многим в то время казалась его работа под водой маловероятной, что в принципе было недалеко от истины. Однако, его и не пытались сделать прочным, ведь кабель будет спокойно лежать на дне пролива, где с ним ничего не может случиться. Свинцовыми трубами, чтоб защитить кабель от случайных повреждений, решили защитить только выходящие на берег концы.
Скептики из-зо всех сил пытались омрачить радость предпринимателей, а наиболее активными были те, кто меньше всего разбирался в особенностях данного проекта. Увидев уже подготовленный к прокладке кабель один джентельмен сказал: «Эти люди не в своем уме: как можно подергивать такой длинный и толстый провод, если он к тому же лежит еще и на неровном морском дне», так как он был искренне убежден, что сигналы с одного берега на другой будут передаваться, как в домах вельмож (подергиванием провода, когда надо вызвать кого-нибудь из челяди).
За 3 дня до окончания сроков, 28-го августа 1850-го года, 40-километровый кабель был доставлен на борт парового буксировщика «Голиаф» в катушке диаметром 2 метра и длиной свыше 5 метров, занявшей практически всю палубу. Началась укладка кабеля. И сразу же проблема… Кабель, защищенный гуттаперчей, был слишком плавуч и никак не хотел тонуть, приходилось через каждые 100 метров делать остановки и вешать свинцовые грузила, что значительно замедляло продвижение. Тем не менее мыс Гри-Не на французской стороне был достигнут в тот же день и кабель сразу же подключили к приемному телеграфному аппарату. Все замерли в ожидании… Но вместо сообщения приветствия были получены лишь несвязные сигланы с английской стороны, казалось, что англичане слишком рано отпраздновали установление линии связи. Замена аппарата не принесла результата, но вдруг, сквозь хаос сигналов и помех, удалось расшифровать несколько слов из приветствия Джона Бретта императору Луи Бонапарту. Договорные условия выполнены, компания избежала банкротства.
К сожалению все последующие попытки принять сколь-нибудь связные сигналы оказались безуспешны, Бретты даже не подзревали, что столкнулись с явлением, которое долгие годы оставалось загадкой. Находясь в среде с высокой проводимостью кабель меняет свои токопроводящие свойства, говоря популярным языком, сигналы начинают двигаться по нему с неодинаковой скоростью, зависящей от продолжительности сигнала, «точки» начинают двигаться быстрее и настигают последующие «тире». Если бы операторы между посылкой сигналов различной продолжительности соблюдали паузы — вероятно им бы удалось передать сообщение, но истинная причина неудачи им не была известна и потому они не сумели применить столь простое решение на практике.
К тому же на следующий день какие-либо сигналы исчезли, как оказалось французский рыбак зацепил кабель якорем и за счет того, что он был легким — без труда поднял его на борт, необычный вид водоросли с блестящими прожилками его впечатлил настолько, что он решил отрезать часть на всякий случай и посоветоваться с друзьями, узнать не золото ли… Так началась война между владельцами кабелей и судовладельцами, наносящими значительный урон дрейфующими якорями и рыболовецкими тралами. Единственное, что в наше время этот ущерб обоюден, так как современные кабели достаточно массивны, чтоб оторвать рыболовецкий трал в случае зацепа.
Кабель 1850-го года продемонстрировал возможность телеграфной связи через пролив и Бретты, обратившись к Томмасу Кремптону, известному проектанту телеграфных кабелей, попросили его сконструировать новый кабель для этой задачи. Помимо прочего, им удалось от него получить около половины суммы на реализацию проекта — 15 000 фунтов стерлингов. Новый кабель существенно отличался от предидущего, это был уже 4-х жильный медный кабель с диаметром жилы 1,5 мм и 2,5 мм слоем гуттаперчи вокруг. Жилы скручивались и обматывались просмоленными волокнами из стеблей конопли, а снаружи кабель покрывался «стальной броней» из 10 проволок закрученных по спирали. Теперь кабель походил на стальной трос, его уже не могли извлечь рыбаки, имел диаметр 35 мм и весил в 30 раз больше первого кабеля Бреттов, примерно 4,5 кг на метр.
25-го сентября 1851-го года кабель был проложен, но не без сложностей, большой вес чуть не погубил проект, так как кабель стремительно устремлялся за борт, к тому же судно из-за ветра несколько отклонилось от курса и кабель закончился за пару километров до цели, ситуацию спасла запасная катушка. Еще пара недель потребовалась на различные испытания и ввод в эксплуатацию, до того, как телеграфная связь между Англией и континетом стала делом нескольких секунд.
Прокладка кабеля (1906).
В последующие годы обнаруживается чрезвычайно бурная деятельность в прокладке подводных линий связи, к людям приходит понимание того, что быстрая связь может оказаться полезной и в разрешении конфликтов, хорошим примером может стать кабель в Черном море, который был проложен по причине Крымской войны. Это был одножильный кабель, но он проработал уже порядка года. Только за 2 года компания «Гутта-Перча» поставила свыше 2500 км кабеля, Англия получила связь с Нидерландами и Ирландией, а Корсика с Сардинией и Италией. Была даже попытка построить подводную линию связи между Корсикой и Алжиром, но большие глубины не позволили осуществить этот проект. Англия, обладавшая обширными заморскими территориями, удерживала первенство в построении линий связи на протяжении 100 лет, однако прокладка первого трансатлантического кабеля была осуществлена Сайрусом Уестом Филдом, подданым Америки.
Соединим континенты: связь через Атлантику
Телеграфная связь обрела популярность, но океан по-прежнему оставался непреодолимой преградой. Доставка сообщений из Старого Света в Новый по-прежнему занимала оромное время. Английский инженер Фредерик Ньютон Гизборн, проживающий в Новой Шотландии, в 1850-м году решил соединить подводным кабелем Новую Шотландию с Ньюфаундлендом, чтоб на 2 дня сократить время доставки сообщений между Англией и Америкой. К сожалению его проект не получил достаточного финансирования и в 1853-м году его компания обанкротилась. Но этот проект стал толчком к реализации новой идеи, намного более смелой, о которой никто ранее в серьез не задумывался. Хотя знаменитый Сэмюел Морзе и предсказывал более десятилетия назад, что когда-то станет возможным организовать телеграфную связь между Англией и Америкой, реальные попытки реализации предприняты не были, мало кто верил в возможность подобного, маловероятным представлялось получение средств под такой проект.
Но судьба свела Гизборна с бизнесменном Сайрусом Филдом в Нью-Йорке, Гизборн просил средств для завершения строительства, Филд вежливо выслушал и не дал никаких обещаний, но оставшись один осознал, что рассматривает глобус. То, что сказал Гизборн, произвело неизгладимое впечатление на него и оставило свой след, Ньюфаундленд был лишь одной точкой на пути к более грандиозному проекту! Ведь зачем месяцами ждать сообщений, доставляемых пароходами, чтоб узнать новости, если можно получать информацию значительно быстрее при помощи телеграфа? Преодолеть эту огромную пропасть, разделяющую два мира решил Филд, соединить американскую телеграфную систему с европейской.
Ужа на следующий день Филд написал письма Морзе и лейтенанту Мори, одному из основоположников океанографии, с вопросом о том, что требуется для реализации подобного проекта. К счастью для Филда Морзе как раз тестировал в Англии возможность передачи телеграфного сигнала на большие расстояния, для чего ему потребовалось заключить в единую цепь 10 отрезков телеграфной сети между Лондоном и Бирмингемом, получив участок протяженность 3200 км, что примерно соответствовало длине будущего трансатлантического кабеля. Морзе сумел передать до 200 сигналов в минуту по этой линиии связи, что было очень хорошим результатом. Затем Филд посетил Мори, который поведал ему об обнаруженном океаническом плато между Ньюфаундлендом и Ирландией, как будто специально созданным для того, чтоб по нему проложили кабель, ведь там не наблюдалось больших перепадов глубин и глубины не превышали 4500 метров.
Окрыленный хорошими новостями Филд начал искать поддержку в деловых и правительственных кругах, в 1854-м году он принял дела обанкротившейся Телеграфной компании и выплатил все долги, в обмен на монопольное право сроком 50 лет на эксплуатацию и постройку телеграфных линий через Лабрадор и Ньюфаундленд. По возвращению в Нью-Йорк, не смотря на ранее утро, в 6 утра Филд собрал всех инвесторов и поручителей для того, чтоб те подписали обязательства на сумму 1 250 000 долларов по этому проекту, так была основана «Нью-Йорско Ньюфаундлендская и Лондонская Телеграфная Компания».
1. Peter Cooper (President).
2. David D. Field.
3. Chandler White (Secretary).
4. Marshall O. Roberts.
5. Samuel F.B. Morse (Vice President).
6. Daniel Huntington.
7. Moses Taylor (Treasurer).
8. Cyrus W. Field.
9. Wilson G. Hunt.
Однако, прежде чем первая часть названия обрела реальное значение, потребовалось 2,5 года. Первая прокладка кабеля через залив Святого Лаврентия оказалась неудачной и кабель затонул, пришлось делать все заново и только в 1856-году линия был введена в эксплуатацию.
Теперь предстояло начать второй, более сложный этап, для которого уже требовалась поддержка и британского правительства. На удивление, доказательства, которые представили эксперты Сайруса, были насктолько убедительны, что проект Филда не только не встретил сопротивления, но даже вызвал неподдельный интерес. Тем не менее вопросы были: министр иностранных дел Лорд Кларендон поинтересовался у Филда «Если Ваша затея потерпит неудачу и Ваш кабель пропадет на дне океана, что Вы будете делать тогда? Ведь выделенные Вам средства и ожидаемая от проекта выгода будут безвозвратно утеряны!», на что Филд ответил пророческими в каком-то смысле словами «Мы вновь возьмемся за работу и начнем все сначала». В итоге Филд получил субсидию от британского правительства в размере £14000 в год, что эквивалентно в наше время сумме около £150000, а также корабль, который можно было бы использовать в процессе укладки.
12 ноября 1856-го года в Ливерпуле состоялось первое заседание Атлантической телеграфной компании, где Филд, талантливый инженер Брайт и уже известный Вам по прокладке телеграфного кабеля под Ла-Маншем Бретт определили коммерческую стоимость проекта — £350000. Четверть средств Филд решил инвестировать лично, в надежде на патриотические чувства своих сограждан, ведь он считал этот проект чрезвычайно важным для Америки.
На удивление Америка так не считала, инвесторы с родины выделили всего лишь £27000, а некоторые были во все скептично и отрицательно настроены, к примеру Торо за 2 года до описываемых событий сказал:
«Мы спешим объединить телеграфной связью Мэн с Техасом, но может случится так, что когда мы это сделаем — нечего будет друг другу сказать. Мы надрываемся, чтоб воплотить идею трансатлантической связи в жизнь, но я не удивлюсь, если первой вестью, которая будет передана новым способом связи, станет уведомление о том, что у принцессы Аделаиды коклюш».
С английским правительством, со слов Сайруса, было гораздо проще договориться, нежели с американским, некоторые конгрессмены выступали решительно против того, чтоб выделять из бюджета страны порядка 70 000 долларов ежегодно на поддержание связи с Англией, к тому же оба конца кабеля находились бы на подконтрольной Британии территории и в случае войны весь кабель бы оказался в руках врага:
«Я не хочу ничего иметь общего ни с Англией, ни с англичанами, все знают, что если англичане чем-то заинтересуются — жди подвоха, причем непременно прийдется страдать невинным американцам», — так высказывались некоторые из сенаторов.
Тем не менее проект получил одобрение, однако большая часть средств была предоставлена британскими компаниями и собрана Филдом лично.
В феврале 1857-го года, собрав все необходимые сведения по спецификации проекта, Сайрус приступил к изготовлению кабеля, поручив это английским компаниям Glass Elliot & Co из Гринвича и R.S.Newall & Co из Ливерпуля.
Было проведено множество расчетов, но многое было не учтено. Проектантам приходилось выслушивать множество идей и предложений от общественности, например предлагалось подвесить кабель посреди океанских глубин на специальных подводных шарах, наполненных воздухом, или протянуть по поверхности между плавучими станциями, чтоб корабли имели возможность подключится и передать сообщение. К тому же в то время люди не знали, что вода не сжимаема и многие полагали, что кабель может не достигнуть дна и зависнет на определенной глубине, где его вес будет уравновешен плотностью воды. Были и вовсе пессимистические суждения, так королевский астроном сэр Эйри полагал, что кабель погрузить на такую огромную глубину математически невозможно и сигналы к тому же на такой глубине попросту не смогут продвигаться. Увы мало кто имел представление об электричестве, даже в образованной среде. Тем не менее игнорировать подобные предложения было невозможно, ведь мог упасть интерес общественности к делу, а значит и финансовая поддержка. Приходилось отвечать на подобную чушь «Ваше замечание несомненно заслуживает внимания, но все же требует дальнейшей проверки».
Немаловажную роль в проекте сыграл лорд Кельвин (Вильям Томсон), он еще до Морзе проводил эксперименты с передачей телеграфных сигналов на большие расстояния, определил скорость передачи сигнала, которая оказалась значительно меньше скорости света и зависила от емкости проводника. Это не играло существенной роли, когда кабель находился на поверхности, его емкость очень мала, но вот погруженная в воду линия связи за счет проникновения воды через защитные слои значительно увеличивала свою емкость. В результате Кельвин открыл так называемый закон квадратов, согласно которому скорость распространения сигнала уменьшается обратнопропорционально расстоянию, то есть при увеличении длины линии связи в 10 раз скорость падает в 100 раз. Это открытие имело исключительно важное значение для подводного телеграфирования на большие расстояния, нужно было рассчитать оптимальный диаметр токопроводящей жилы, чтоб обеспечить передачу с нужной скоросью, но Филд, как и Морзе, не послушались Томсона, так как очень спешили.
Будучи лишь одним из директоров телеграфной компании Томсон не смог настоять на проведении необходимых испытаний и ему лишь осталось контролировать процесс изготовления кабеля, проектная документация по которому уже была сдана в работу. В процессе изготовления Томсон обнаружил, что не все секции кабеля сделаны с однородной меди, что меняло токопроводящие свойства более, чем в 2 раза, он сообщил об этой проблеме и хотя бы здесь смог внести «улучшения», так как последующее изготовление проводилось уже с однородного материала. Через 6 месяцев кабель был готов. Общий вес изготовленного 7-ми жильного медного кабеля, покрытыго просмоленными волокнами конопли и слоем гуттаперчи, а также защитной оболочкой из 18 шнуров, 7 проволок в каждом, при длине порядка 4000 км составил 3000 тонн, 620 кг на километр. На изготовление кабеля было затрачено свыше 30 000 км медной и 50 000 км стальной проволоки.
Большой вес кабеля поставил новую проблему. В то время не существовало кораблей, способных транспонировать такой вес, кабель пришлось распределить между 2-мя военными кораблями, парусно-паровым линкором «HMS Agamemnon» и пароходофрегатом «USS Niagara», которые были предоставлены для проведения работ по укладке американским и британским правительствами. Руководить укладкой должен был Эдвард Уайтхауз, который давно увлекся телеграфией и неплохо разбирался в ней, хотя и был хирургом по профессии, в будущем он сыграл отрицательную роль в проекте, так как не умел признавать своих ошибок. В последний момент перед отплытием он сослался на плохое самочувствие и в итоге руководить укладкой пришлось Томсону.
5 августа 1857-го года Агаммемнон и Ниагара начали свой путь через океан от бухты Валенсии из под замка Бэлликэрбери, что в графстве Керри на юго-западном побережье Ирландии. В начале кабель прокладывать должен был американский Ниагара, а на половине пути, спаяв концы, бронь которых оказалась выполненной в противоположных направлениях, что также породило сложности, к работе должен был приступить английски Агамемнон. В этом плане было преимущество, так как обеспечивалась непрерывная связь с землей. Но в первый же день экспедиции кабель оборвался всего в 10 км от берега, когда его заело в вытравляющим механизме и пришлось начинать все сначала, замедлив ход до 2-х узлов и проводя укладку более осторожно.
Вскоре Лондонская «Time» сообщала:
«С «Ниагарой» по кабелю, который она тянет в Америку, поддерживается непрерывная связь. За счет неровностей дна вытравливание кабеля за борт проходит со скоростью несколько большей, нежели скорость самого судна и на текущий момент удалось проложить порядка 370 км линии связи. На пути прокладки Лаг показал увеличение глубины с 1000 до 3200 метров на протяжении всего лишь 15 км, сейчас же судно находится в районе ужасающих глубин и прокладка проводится на 3600 м глубине».
Но счастье длилось не долго, на следующий день связь неожиданно прекратилась, а потом позднее таким же удивительным образом появилась, были ли неисправности в кабеле или приемо/передающих устройствах — сейчас сложно определить. В любом случае катастрофа случилась на следующий день. Из-за больших глубин скорость вытравливания кабеля составляла порядка 6 узлов, при скорости движения судна 4 узла. Было непонятно ложиться ли кабель ровно или скручивается в бухты, не слишком ли велико натяжение кабеля, что грозило либо нехваткой кабеля, либо его обрывом. В результате приняли решение снизить скорость вытравливания, тормозные колодки поджали, но сделали это слишком резко и кабель оборвался. 620 км дорогостоящего кабеля были потеряны и ничего не оставалось, как отложить операцию на год, так как имеющегося кабеля было недостаточно для завершения построения линии связи.
Тем не менее это был удачный опыт, так как он показал, что проект может быть осуществим, телеграф работал несмотря на то, что кабель был проложен почти на 4-х километровой глубине. Инженеры пересмотрели конструкцию вытравливающего механизма и сделали модификацию при которой тормоз ослабевал, если натяжение ставало слишком сильным. А Томсон продолжил опыты и обнаружил, что когда к одному концу прикладывается импульс («точка» или «тире») то на другом конце он наблюдается не в виде мгновенного повышения напряжения, а в виде плавно поднимающейся волны, что можно сравнить с прорывом дамбы, когда возможно догадаться о прорыве по подъему уровня воды в реке (небольшой предварительной волне, первоначальном импульсе) еще до прихода основной волны. Получается, что регистрируя первоначальный импульс и используя для этого более чувствительное оборудование можно не дожидаться прихода самого импульса, что позволит избежать лишних искажений и увеличит скорость передачи. Однако Уайтхауз решил пойти по другому пути — усилить импульс, чтоб его могло регистрировать даже менее совершенное оборудование, такое, как его собственная разработка, что имело в будущем серьезные последствия и еще раз подтверждало тот факт, что его способность делать не то, что нужно, просто исключительна.
Следующая попытка проложить трансатлантический кабель была предпринята весной 1858-го года, Уайтхауз, как и в прошлый раз, сослался на плохое здоровье и не пошел в экспедицию, его обязанности довелось опять выполнять Томсону. По настоянию инженеров в этот раз прокладка должна быть начата с середины океана, соединив концы кабелей судна двигались бы в противоположных направлениях. Но не прошло и двух суток с момента отплытия от берегов Англии, как разыгрался сильнейший шторм из когда-либо зарегистрированных в Атлантике, «Агаммемнон», имеющий порядка 1300 тонн кабеля в трюмах (тенксах) и еще около 250 тонн на палубе, оказался в особо тяжком положении и практически потерял устойчивость, крен превышал 45 градусов, порой реи корабельных мачт касались воды и был слышен жутчайший треск, корабль чудом вздымался на гребень огромных волн и не уходил в пучину. Флот был разбросан в океане. Неделю продолжалась борьба со стихией и наконец, когда шторм стих, корабли вновь собравшись смогли продолжить свой путь.
Точка начала прокладки была достигнута 26-го июня, кабели были спаяны и «Агаммемнон» взял курс на восток, а «Ниагара» на запад. Не успев пройти 5 км на «Ниагаре» случился обрыв, кораблям, которые поддерживали телеграфную связь между собой, пришлось вернуться к точке старта и начинать все с начала, благо было утеряно совсем немного кабеля. На следующий день, находясь на удалении 150 км друг от друга, связь снова была утеряна. Вновь пришлось возвратиться к точке отплытия, чтоб узнать, что случилось. Удивительно, но в этот раз причиной стал разрыв кабеля уже на дне океана. Третья попытка завершилась прокладкой 370 км кабеля, когда обрыв произошел уже на «Агаммемноне», кораблям не осталось ничего другого, как вернуться в ирландский порт для пополнения запасов и обсуждения сложившегося положения. Некоторые из деректоров компании утратили всякую веру в успешность дела и предлагали вовсе отказаться от проекта, продав остатки кабеля, но не найдя поддержки ушли в отставку, испытывая глубокое отвращение к телеграфному делу. Но Томсон и Филд не сдавался и уже 29-го июля прокладка кабеля была возобновлена.
В 4-й раз корабли начали удалятся друг от друга, никто не верил в успешность дела, но все надеялись. Стоит отметить, что на«Ниагаре» не было корреспондентов, которые освещали столь значимое событие, так как на американском флоте была стойкая традиция не допускать журналистов на борт, но они и не поведали бы ничего интересного, прокладка была довольно рутинной. А вот на «Агаммемноне» не обошлось без приключений, рассказывает один из журналистов:
«В один из дней операция оказалась под угрозой срыва из-за кита, кит двигался прямиком на кабель, в последний момент он поднырнул под кабель и прошел мимо, но это был не единственный стресс. В другой день во время сильнейшего волнения просто пропала связь, на Филда было жалко смотреть, вены на лбу набухли, он весь побледнел и пытался выяснить в чем причина, больше всего все тогда боялись обрыва. Закончив анализ данных с приборов стало понятно, что есть шанс оживить кабель и вероятно повреждена только проводящая часть, изоляция осталась целой, обрыва не было. Прокладку продолжили в надежде на то, что удастся оживить кабель и через некоторое время, к всеобщему удивлению, связь была возобновлена. Тем не менее спокойствия полного не было, кабель в огромных волнах был лишь тонкой «серебристой нитью», которая могла оборваться в любой момент, а продолжавшаяся не погода вызывала чрезмерный расход угля, что также угрожало проекту. Но шторм миновал, хотя и после пришлось поволноваться, в один из дней к кораблю решил подойти американский яхтсмен, вынуждая изменить курс, чтоб избежать столкновения, это несло прямую угрозу кабелю. Корабль сопровождения был вынужден дать предупредительный залп, чтоб отпугнуть не в меру любопытного американца. Очевидно он подумал, что мы контрабандисты, либо в очередной раз принял это за оскорбление американского флага, тем не менее остановился и не совершал попыток приблизиться, пока мы не скрылись из виду».
5 августа «Агаммемнон» успешно достиг бухты Валенсии, а «Ниагара» на день ранее успешно прибыла в бухту «Тринити» в Ньюфаундленд. Кабель был установлен, еще некоторое время заняла настройка аппаратуры и 16-го августа королева Виктория смогла передать сообщение президенту Бьюкенену, выразив надежду, что «кабель связи создаст дополнительную связь между народами, дружба которых основана на общих интересах и взаимном уважении». Бьюкенен был гораздо более красноречив «этот триумф более славен, так как гораздо более полезен, чем какая-либо из выигранных битв, пусть Атлантический телеграф, благословленный небесами, несет мир и дружбу родственным народам и станет инструментом для промысла Божьего по проникновению религии, цивилизации, свободы и права во весь мир».
Его многословное сообщение стало настоящей головной болью для операторов, так как передача одного символа занимала в среднем 2 минуты и 5 секунд, потребовалось 17 часов и 40 минут, чтоб передать первое сообщение. Скорость передачи можно было улучшить, но как уже упоминалось, Уайтс выбрал неверный путь, вместо улучшения чувствительности аппаратуры было принято ошибочное решение повысить напряжение в кабеле, с 600 до 2000 Вольт, изоляция просто не выдержала и менее чем через месяц кабель замолчал.
Тем не менее кабель доказал свою состоятельность, за день до того, как он вышел из строя, Англия передала приказ, отменяющий отправку 62-полка из Новой Шотландии в Индию в связи с окончанием восстания сипаев. Только это одно сообщение сэкономило Англии по меньшей мере 50 000 фунтов, что было равно 7-й части стоимости кабеля.
Однако теперь достать средства на новый кабель оказалось очень затруднительно. Хотя возможность новой прокладки была очевидна, многие опасались инвестировать в это средства в связи с крайней ненадежностью проекта. Но как заключила комиссия, выполнившая расследование гибели кабеля «Многих неудач можно было бы избежать, если бы вопрос был хорошо исследован заранее».
В новом проекте Филда уже был учтен опыт с предидущего, шансы на успех были гораздо выше. В течении 3-х лет, вплоть до 1864-го года, Сайрус с целью проведения переговоров 31 раз пересек Атлантику. Такая частота путешествий является довольно высокой подвижностью и утомительна даже в наше время, но к сожалению, ему не удалось получить никакой поддержки у британских и американских инвесторов.
В конечном итоге инвестировать около половины средств решили объединившиеся британские компании «Гутта-Перча» и «Гласе, Эллиот и К°», которые сами пришли к необходимости организации новой линии связи, остальное после этого Филду удалось достать самостоятельно из частного капитала. Общая стоимость проекта в этот раз оценивалась в 600 000 фунтов и только 10 процентов от суммы было предоставлено американцами.
В этот раз спешки не было, были исследованы десятки образцов кабеля и отобран лучший вариант для данного проекта. Жила, проводящая ток, стала в 7 раз больше, значительно усилена броня — теперь кабель мог выдержать разрывные нагрузки в 8 тонн, на 5 тонн больше. Береговые концы общей длинной 55 км были защищены броней еще сильнее. К маю 1865-го года было изготовлено 4200 км кабеля, кабель весил в 2 раза больше предидущего. Теперь единственным в мире кораблем, который был способен выполнить прокладку, стал знаменитый «Грейт Истерн», вершина корабельного мастерства того времени. Спроектированный инженером Брюнелем, который первый осознал экономичность больших кораблей для перевозки, он до сих пор считается самым маневренным из когда-либо построенных такого размера кораблей в мире, имея водоизмещение в 32 000 тонн (прошлые «корабли-укладчики» 3000 и 5200 тонн соответственно) он имел длину около 200 метров и ширину в 25 метров. Превзойти его по размерам удалось только Лузитании 48 лет спустя.
История коммерческой эксплуатации «Грейт Истерн» довольно печальна и полна неудач, с самого начала проект стал на удивление убыточным, так как превзошел потребности своего времени. Его спуск на воду занял 82 дня и компания занимавшаяся его строительством просто обанкротилась, судно продали за 20% стоимости, однако уже во время первого пробного рейса погибли люди, лопнувшая труба смертельно обварила матросов, а спустя 2 месяца утонул капитан во время стоянки в Саутгемптоне. Предубеждения были на столько сильны, что когда судно отправилось в рейс в Нью-Йорк, билеты купило только 46 человек, и это при том, что корабль готов был принять и комфортно разместить 4000! Плавание прошло с изумительной скоростью для того времени, всего лишь за 10,5 дней. Тем не менее судно пришлось продать с аукциона, его купила железнодорожная компания всего лишь за 25 000 фунтов, 30-ю часть реальной стоимости и сразу же предложила взять Сайрусу Филду для прокладки кабеля в аренду с условием, что если кабель будет проложен успешно, Сайрусу не прийдется платить за аренду ни цента.
В мае 1965-го года кабель был размещен в трех специально оборудованных трюмах — тенксах, на борт погрузилось 500 человек экипажа, причем единственным американцем на борту оказался Сайрус Филд, остальные были англичанами. 23 июля был заведен конец с берега, так как подплывать ближе было рисковано, кабель срастили и началась укладка. В этот раз, поскольку для укладки использовался один корабль, опасного этапа сращивания концов кабеля посреди океана можно было избежать.
Не успев проложить и 155 км кабеля, приборы зафиксировали повреждение, на судне не было устройства для выбирания кабеля, а такая процедура на корме грозила повреждением об винт. Кабель пришлось разрезать, перенести отрезанный конец на носовую часть судна, что довольно затруднительно, при длине корабля 210 метров, и уже там с помощью специального подъемного устройства проводить подъем на борт. Повреждение было найдено и устранено, 5-сантиметровый кусок стальной проволоки был воткнут в середину кабеля, что взволновало многих, так как крайне было похоже на злой умысел. Кабель срастили и возобновили прокладку, но уже менее чем через километр — повторение ситуации, на сей раз оказались виновными приборы и прокладка была возобновлена.
На четвертый день плавания разыгрался сильнейший шторм, корабли сопровождения отстали, а «Грейт Истерн» невзирая на погоду, даже не сбавив скорость, продолжала прокладку, казалось, что такой огромный корабль, просто не ощущал непогоды. На седьмой день плавания, уложив уже более 1500 км кабеля, ситуация с проволокой повторилась. Девятнадцать часов ушло на устранение повреждения и во избежание повторений, решили выставить вахту.
2 августа, после того, как «Грейт Истерн» проложил около 2400 км кабеля, сигналы с корабля прекратились. Прошли недели и никто не знал в чем причина, многие полагали, что корабль переломился на огромной океанской волне и затонул. Но Телеграфная компания верила в успех дела и даже заявила о готовности проложить второй кабель. И это заявление полностью оправдало себя.
Но что же случилось на «Грейт Истерн»? Около 6 утра 2-го августа раздался опять скрежет метала, Сайрус Филд, быстро сообразив в чем дело, еще до того, как поврежденная часть устремилась за борт и ситуация повторилась — велел остановить укладку, однако опоздал. Хотя повреждение и не привело к короткому замыканию, была нарушена спецификация кабеля, с таким повреждением возможно было передавать не более четырех слов в минуту. Опасаясь того, что заказчик не примет проект — приняли решение опять вытравить кабель и устранить повреждение, во время этой процедуры сломался вытравливающий механизм, корабль несколько развернуло и от большого натяжения кабель лопнул, скрывшись более, чем на 3,5 км глубине. Позднее, в ходе расследования, было обнаружено, что в тенксе осталось большое количество проволоки, отломанной брони с кабеля, которая разрушалась под действием его большого веса в момент трения, в этом и была причина повреждений, злого умысла не было.
Однако экипаж «Грейт Истерн» не хотел сдаваться и дарить кабель океану, не смотря на отсутствие специального оборудования на протяжении нескольких дней они пытались найти и поднять кабель и им это удалось. Но к сожалению кабель обрывался при каждой попытке его подъема, увлекая на глубину еще большее количество троса, на котором располагался вылавливающий крюк. Израсходовав все запасы троса для захвата кабеля не осталось ничего другого, как завершить миссию. Океан победил. Однако, только на время.
13-го июля следующего года прокладка была начата опять, с кабелем в более совершенной броне и с выбирающим устройством на корме на случай проблемы. Миссия была успешной, уже 27-го июля была начата передача первых коммерческих сообщений и в первый же день работы вложения начали возвращаться, кабель «заработал» более 1000 фунтов. Через год был поднят и утраченный кабель, всего пришлось совершить более 30 попыток его поиска и подъема и в конечном итоге для того, чтоб победить огромный вес, подъем пришлось провести в 2 этапа, приподнять часть в одном месте над дном, а затем поднять другую. Теперь, когда работало 2 линии связи, сомнений в перспективности этого вида коммуникации, просто не было. 10 лет работ и 5 экспедиций не прошли даром. Был накоплен огромный опыт и наконец-то установлена надежная постоянная связь между Старым Светом и Новым, которая не прерывалась более, чем на 8 часов, никогда.
Впоследствии были доработаны и технические решения, телеграфисты, принимающие телеграммы, были заменены машинами (до этого телеграммы могли приходить в весьма искаженном виде, особенно, когда сообщение передается через несколько телеграфных сетей и какой-то из операторов что-то не «услышит»). Стало возможным передавать до 4 телеграмм одновременно при помощи переключателя, но одно из самых главных достижений подводного телеграфа — была обнаружена возможность передачи сообщений одновременно в двух направлениях, благодаря чему можно передать до 8 телеграмм одновременно, 400 слов в минуту, в 100 раз больше того, что мог передать первый трансатлантический телеграф. Совсем скоро сети подводных кабелей опоясали Землю. Только до 1870-го года существовало свыше 17 000 км установленных подводных каналов связи, но полностью построить «пояс вокруг Земли» и преодолеть Тихий океан удалось только к началу 20-го века, в котором возникли еще более сложные задачи для подводной связи, такие, как передача голоса на огромные расстояния и в конечном итоге построение всемирной Интернет-сети.
Задумайтесь, они все еще там, на дне океанов, эти первые подобные кабели. Некоторые из них даже способны работать. И что самое забавное, не смотря на то, что в наше время проводится укладка уже волоконно-оптических линий — методы укладки и защиты до сих пор схожи с теми, которые применялись в 19-м веке. Кабели остаются покрыты стальной проволокой для защиты и изломы измеряются путем измерения сопротивления металла внутри, чтобы определить длину до того, как кабель сломается. Основное различе заключается в емкости. В то время, как первые подводные кабели могли передать несколько слов в минуту, современные подводные кабели способны передать 84 000 000 000 слов в секунду. Что говорить, прогресс не стоит на месте. Современные подводные оптоволоконные каналы связи способны передать в 50 000 раз больше данных, чем первый подводный оптоволоконный канал, проведенный в 1988-году.
Поддерживаем Всемирную Паутину связанной
Современные оптические кабельные системы спроектированы таким образом, чтоб не требовать обновления и обслуживания в течении всего срока эксплуатации, увеличение пропускной способности производится за счет модернизации оборудования наземных станций, сам кабель остается при этом не тронутым. Тем не менее поддерживать связанной и рабочей эту систему невероятно сложно, так как в мире на сегодняшний день существует более миллиона километров подводных оптических сетей. Что же служит причинами их разрыва?
В первое время повреждения вызывались водной флорой и фауной, помимо несовершенства самого кабеля и его изоляции. В период с 1877 по 1960-е годы было зарегистрировано 16 случаев потери работоспособности кабелей из-за китов. За всю историю произошло около 40 случаев перекуса рыбой, главным образом эта проблема была актуальна для телеграфных линий до 1964-го года, за исключением случая между 1985-м и 1987-м годами, когда оптический кабель на Канарских островах был поврежден акулой:
Shark Bites Fiber Optic Cables Undersea 15.8.2014
Сейчас эта проблема не стоит так остро, так как кабели после укладки зарывают в дно на глубины порядка метра, влияние дикой природы минимизировано, помимо прочего улучшена конструкция защиты тех частей кабеля, которые все же находятся на дне в «незащищеном» виде.
Но не смотря на улучшения в области разработки и инженерии, стихийные бедствия, такие, как землетрясения и тайфуны, остаются непредсказуемыми и носят большую угрозу сетям. Экстремальные явления природы имеют столь огромный потенциал, что способны вывести из строя сразу несколько подводных кабелей, причинив значительные повреждения в нескольких местах и на больших глубинах. Прибережные станции также находятся в зоне риска, так как большие волны, повышение уровня воды или цунами, могут вывести их из строя.
В декабре 2006-го сильное землетрясение потрясло азиатский регион, было выведено из строя 80% подводных кабелей соединявших Тайвань с остальным миром, неисправность привела к потере половины Интернет-емкости в Гонконге, значительно повлияла на доступность для Китая зарубежных сайтов. Проблемы потрясли и финансовые учреждения региона, от Сеула до Сиднея, и оказались наиболее разрушительны для финансового рынка, так как Интернет стал крайне важным для структур глобальной экономики.
Хотя масштабы ущерба причиненного в результате стихийных бедствий, безусловно, самые большие, наиболее распространены случаи поломок в результате вмешательства человека. Примечателен инцидент, случившийся в 2011-м году, когда пожилая грузинская женщина решила воспользоваться телекомуникационным кабелем, принадлежавшем компании Georgian Railway Telecom, как источником меди. В результате 90 процентов пользователей Армении остались без Интернета на 12 часов.
В море наиболее распространенными причинами неисправностей до сих пор являются траулер и якоря кораблей. Карты кабельных сетей стали гораздо продвинутыми и GPS-навигаторы позволяют даже самым маленьким судам избежать проблем, ведь в наше время кабели настолько прочны, что в случае зацепа повреждение получит и виновное судно, помимо огромного счета за причиненный ущерб, так что прежде всего судовладельцы заинтересованы. Тем не менее 70% повреждений кабеля случается на глубинах менее 200 м и могут быть отнесены к случайным повреждениям или повреждениям в результате использования трала. Приблизительно от 100 до 150 кабелей в год повреждаются таким образом. Траулер, сосредоточенный на хорошем улове, не замечает, что он приближается к кабелю. К счастью такие случаи почти всегда происходят в мелкой воде, что облегчает процедуру восстановления.
Люди обычно не замечают каких-либо осложнений при возникновении неисправности в подводном кабеле, за исключением, возможно, небольшого прерывания во время телефонного разговора или практически незаметной паузы во время загрузки веб-сайта. Для обеспечения столь высокого уровня сервиса подводные сети изначально были построены в виде колец, чтоб было возможно, как правило, менее чем за полсекунды перенаправить трафик, если кабель вышел из строя. Это эффективно, но дорого, так как остается неиспользованным потенциал на одной из сторон кольца.
Современные сети имеют намного более сложные топологии, в результате чего оператор связи или поставщик услуг Интернета имеет доступ к мощностям сразу нескольких кабельных систем и может организовать перенаправление трафика оптимальным образом, так, чтоб нагрузка равномерно распределялась в другие сети в случае поломки одной из магистральных подводных линий. Но когда повреждается сразу несколько, может не хватить свободной емкости, что имело местов 2006-м году после землетрясения в Hengchun, тогда пользователи испытывали более значительные задержки или во все наблюдали отсутствие сервиса. Некоторые развивающиеся страны, такие, как Бангладеш, могут позволить себе иметь только один кабель, присоединенный к международной сети и, следовательно, не имеют резервных кабельных мощностей в случае поломки. Вся страна вынуждена использовать менее совершенные технологии для обеспечения резервирования, такие, как спутник, который обеспечивает значительно меньшую пропускную способность. В итоге до того момента, как неисправность будет устранена, люди будут испытывать значительное снижение качества Интернет-услуг и почти полную потерю международных телефонных соединений.
Но иногда причиной плохой работы может быть и в несвоевременной замене кабельных сетей или их неправильном проектировании. Так кабельная система межу Рокпортом, штат Мэн (Rockport, Maine) и островами North Haven и Vinalhaven в США, испытала 45 технически проблем на протяжении 15 лет в период с 1990-го по 2005-й годы, и стала известна, как худшая в мире. Большинство проблем и поломок кабелей были вызваны приливными течениями, которые приводили к трению кабеля об грубое и скалистое дно, что не учли при прокладке. Якоря кораблей и рыболовных траулеров также составили значительную долю ущерба. Проблемы с системой достигли своего пика в конце 2004-го года, когда три из четырех кабелей стали резко неисправны на протяжении суток. Этот инцидент произошел в последний год плановой эксплуатации кабельной системы, наряду с 13 другими проблемами. Наконец, 4 марта 2005 года были обеспечены кредиты и субсидии в необходимом размере для замены старых кабелей и уже 22-го апреля новый трехфазный кабель был введен в строй и кабельная система утратила этот «выдающийся» статус.
Одним из реальных чудес современной международной телекоммуникационной сети является то, что Вам, как абоненту, совершая к примеру звонок за океан, не нужно переживать о том по какому маршруту он пройдет, какое оборудование и какие операционные системы при этом операторы будут использовать, с кем и в каком размере производить рассчет, Вы беспокоитесь только о собственном телефоне и платите только своему поставщику услуг телефонной связи. Но благодаря чему это возможно?
Глобальная сеть строится в соответствии со стандартами международной организации под названием Международный союз электросвязи (МСЭ). МСЭ является учреждением Организации Объединенных Наций. Он имеет «Учебные группы», в которых присутствуют телекоммуникационные операторы и производители оборудования для различных узлов телекоммуникационной сети. Несмотря на то, что ежегодно возникают сотни «рекомендаций», которые обеспечивают нормальное функционирование инфраструктуры и ее улучшение, конечный потребитель услуг защищен от инженерных деталей этой очень сложной сети. Большинство Интернета также построено в соответствии с рекомендациями МСЭ, но имеет в дополнение свои собственные стандарты и органы контроля, позволяющие множеству различных Интернет-провайдеров работать совместно. Наиболее заметный из этих орагнов — Internet Engineering Task Force (http://www.ietf.org/).
Поддерживать столь огромную инфраструктуру в работе — дело не простое и существует целая индустрия, занимающаяся этим. Тысячи сотрудников и сотни кораблей ежедневно трудятся над тем, чтоб Вы имели доступ к сети, Вы все еще думаете, что платите за доступ в Интернет слишком много? Интернет слишком прост для Вас?
Постоянно осуществляется проверка всех сетей на предмет корректной работы и разрывов. Тесты проводятся кабельными наземными станциями или центрами мониторинга для определения местоположения разрывов. Есть три основных способа тестирования.
Большинство обрывов кабелей возможно локализовать еще методами 19-го века, электрическое сопротивление на километр документировано еще при производстве, что позволяет техникам легко вычислить расстояние до неисправного участка путем измерения сопротивления между поврежденным участком и назменой станцией.
Длинные кабели, протяженностью 300 км и более, содержат усилители, известные, как ретрансляторы/повторители, располагающиеся, как правило, на удалении 80 км друг от друга.
Каждый ретранслятор имеет определенную схему и реагирет на специальный сигнал, посылаемый наземной станцией и если „ответы“ не будут получены от соседних повторителей, можно сделать вывод, что повреждение находится между ними.
Некоторые ретрансляторы имеют более сложные схемы тестирования, которые предоставляют информацию о исправности самого ретранслятора или уровене входного сигнала, что позволяет в свою очередь замечать даже самые незначительные повреждения на линии, предугадывать «катастрофу» заранее.
В случае с оптоволокном посылается сигнал, отражающийся в точке обрыва обратно, зная скорость света в волокне можно вычислить расстояние до места повреждения.
Но ни один из приведенных методов не является точным и всегда есть некоторые сомнения в определении правильного местоположения поврежденного участка.
Что же касается процедуры ремонта, то для проведения ремонтных работ в глубокой воде необходимо извлечение кабеля на поверхность, поскольку современные кабели укладываются на дне с хорошим натяжением, приходится разрезать их на дне c помощью специальной режущей граплени, выкапывать и поднимать на поверхность, причем разрез проводят всегда на некотором удалении от места разрыва. После того, как рабочий конец оказывается на борту, его тестируют инженеры и готовят к сращиванию, запаивают, привязывают к плавучему бую и оставляют в океане. Затем извлекают другую часть кабеля, содержащую повреждение, отрезают нерабочий участок и заменяют новым кабелем, а уже после, срастив этот кабель с другим рабочим концом, опускают на дно и закапывают при помощи специального плуга.
В мелкой воде, на глубинах до 1000 м, для проведения ремонтных работ могут быть использованы специальные зонды, которые весьма точно способны определить точку повреждения, вырезать ее и присоединить исправные части кабеля к специальному линю для их извлечения, что несколько упрощает процедуру ремонта.
Repair Animation — Undersea Fiber Optic Cable System
Методы монтажа и ремонта подводных сетей развивались на протяжении их эволюции, при переходе в конце 1980-х годов от медных кабелей с аналоговым усилителем к волоконно-оптическим системам, пришлось изменить несколько методов определения неисправных участков и проведения работ по сращиванию. Тем не менее основные принципы с 1850-х годов не претерпели существенных изменений, и если бы кто-то из пионеров прокладки подводных систем связи оказался вдруг в нашем времени, он бы с легкостью распознал и понял все процессы, происходящие на современном каблеукладчике и каблеремонтном судне.
Тем не менее за последние 150 лет есть существенные достижения. Стандарты безопасности на судах значительно улучшились за эти годы, современные корабли являются более мощными и лучше приспособлены для каблеукладки, чем когда-либо, но есть еще ограничения, которых нельзя избежать.
Большой проблемой остается погода. Кабельные суда не могут выбирать где им работать, однако улучшение методов прогнозирования погоды позволило избежать ремонта или прокладки кабелей в суровых погодных условиях. Непогода может сделать процесс ремонта неприемлемо опасным для персонала и нести риск повреждения самого кабеля. В таких ситуациях нет никакой альтернативы, кроме как остановить операцию и ожидать лучших погодных условий для достижения поставленной цели.
Еще одна проблема, которая становится более важной — усиленная конкуренция в использовании морского дна для разработки месторождений нефти и газа, добыча энергии и рыбалка в новых областях. Владельцы кабельных сетей теперь не в праве полагать, что они могут прокладывать кабели где им угодно и проводить их ремонт без учета других пользователей дна.
Помимо этого, как не удивительно, во многих областях мировых океана представляет проблему пиратство. Каблеукладчики являются особенно уязвимыми, поскольку они нередко стационарны или движутся очень медленно, на протяжении больших промежутков времени. Перед началом работы в районах, где можно ожидать атак, судовладелец заключает контракт со специализированными компаниями по обеспечению безопасности. Иногда, для обеспечения безопасности может потребоваться допоолнительный корабль с охраной или, в крайних случаях, даже военно-морской конвой.
Рабочие и экипажи каблеукладчиков также находятся в непростом положении. Это психологически сложная и ответственная работа. Ремонт кабельной сети или ее прокладка может занимать солидное время, иногда несколько недель. Самое страшное, что никогда не бывает уверенности в том, когда работа завершится. Все может пойти не так во время завершающей стадии, приведя к задержке минимум на несколько дней, а то и недель. Закончив одну работу, судно может получить инструкции плыть прямо к новой, не возвращаясь в порт. И тогда срок одного плавания может превышать месяц. К счастью, на каблеукладчиках зачастую очень творческие шеф-повара, которые продолжают радовать интересными блюдами экипаж и рабочих в течение всего рейса, несмотря на истощенные запасы продуктов. Непогода также представляет проблему, так как не только вносит задержки в рабочий процесс, но и мешает нормальному сну, порой на протяжении нескольких дней. Персонал каблеукладчика сталкивается с необходимостью делать высоко квалифицированную работу, в то время, как лишен сна. К сожалению способ лечения морской болезни, предложенный комиком Спайком Миллиганом: «Иди и сядь под деревом», не часто доступен для тех, кто занимается ремонтом кабелей.
Данные — сила
Интернет проник в жизнь в 21-м веке настолько, что играет ключевую роль в работе многих системообразующих институтов — от систем национальной безопасноти до глобальной экономической системы. Экономикам многих стран будет нанесен колоссальный ущерб, если подводная сеть выйдет из строя. Коммерческая зависимость от Интернета росла в последнее десятилетие и продолжает расти. Сотни триллионов долларов зарабатываются ежегодно за счет наличия Интернет-сети. По данным исследования, проведенного компанией McKinsey & Co, только благодаря Интернету в период с 2006-го по 2011-й год мировой ВВП вырос на 21%. Стивен Мальфрус (Stephen Malphrus), начальник штаба и председатель Федеральной резервной системы в Бернанке в 2009-м году отметил, «Когда сеть коммуникации «ляжет», финансовый сектор не просто приостановится, он ввойдет в «ступор»».
Было подсчитано, что полная потеря международной связи может стоить такой стране, как Америка более $150 млн. в день. Оценка Швейцарского федерального института технологий в Цюрихе экономического ущерба от отсутствия международной Интернет сети на протяжении недели дает значение потерь в 1,2% годового ВВП. Тем не менее она 2005-го года, и, следовательно, этот показатель должен быть сейчас значительно выше. Количество Интернет-пользователей по всему миру резко возросло с примерно 900 млн. в 2005 году до почти 3 млрд в 2014-м, ежедневно сетью Интернет пользуются более 40% населения всего мира. Согласно отчету McKinsey & Co, общий вклад Интернета в мировой ВВП уже опередил такие отрасли, как сельское хозяйство и энергетику.
Эффект, который оказывает Интернет-сеть на рост национальных экономик колосален и является очень важным, особенно в странах с низким и средним уровнем дохода. Так, согласно с исследованием McKinsey & Co, существует прямая связь между развитием Интернета и увеличением уровня жизни. Изучив оказанное влияние Интернета на экономику страны с высоким уровнем дохода было обнаружено, что Интернетизация способствовала среднему росту ВВП в размере $500 на душу населения за последние 15 лет. Для сравнения, подобный эффект мог быть достигнут в 19-м веке в случае промышленной революции на протяжении 50 лет.
Восточная Африка была последним крупным регионом земного шара, получившим высокосортное широкополосное Интернет подключение — подводная кабельная система Seacom, стоиомстью в несколько миллионов долларов, была введена в эксплуатацию в 2009-м году. До этого регион использовал медленную, ненадежную и дорогую спутниковую связь. Президент Танзании Jakaya Kiwete прокомментировал это событие: «Интернет позволит восточным африканцам стать частью глобальной экономики». Вскоре после этого Южный Судан объвил о том, что собирается подключиться к международной волоконно-оптической кабельной системе через соседние Кению, Эфиопию и Эритрею.
За последние пять лет в связи с развитием инфраструктуры связи в Восточной Африке произошли значительные изменения в экономической сфере, но цены и ограниченные возможности некоторых наций продолжают сдерживать рост. С момента установки волоконно-оптической кабельной системы пропускная способность региона возросла на 10 000 процентов. Кения начала предоставление мобильного доступа в Интернет и позволила людям по всей стране начать переводить деньги через свои мобильные телефоны, доказывая ценность Интернета миллионам граждан, не имеющим банковских счетов. Дистанционное обучение стало возможным для людей проживающих в отдаленных населенных пунктах. Кения, обладая крупнейшей экономикой, построила 2Tbps связности со всей Восточной Африкой и миром. В отличие от нее, соседняя Эфиопия, вторая по численности населения африканская страна, обладает показателем связности всего лишь в 9 Gbps, что характерно демонстрирует разницу в объеме национальных инвестиций в инфраструктуру, но рост продолжается, не смотря на проблему ограниченных возможностей подключения. Стоит отметить, что даже в Кении, несмотря на значительное улучшение в скорости и надежности, цены остаются относительно высокими по сравнению с первоначальными ожиданиями, в основном из-за стоимости местной инфраструктуры и ее высокой стоимости обслуживания, ведь эти страны только недавно начали свой Интернет-путь и многое приходится делать с 0.
Уязвимость сетей, Египет, декабрь 2008
Я хорошо помню это случай, так как в конце ноября 2008-го как раз приехал в Египет, где жил впоследствии продолжительное время и активно пользовался местным ADSL Интернетом, который стоил не много не мало $100 / месяц за канал пропускной способностью 2 Мбит / с. В декабре 2008-го в один из дней Интернет просто исчез, точнее не исчез, а стал невыносимо плохим, загрузить какую-либо страницу было просто невозможно. В прочем в то время я не придал большого значения этому инциденту, но так как связь ухудшилась на довольно продолжительное время, все же решил спросить о причинах местного поставщика услуг сети Интернет.
Оказалось, что Египет потерял 70% своей емкости подключения к глобальной сети, когда четверо из крупнейших кабелей в мире были вырезаны между Египтом и Италией группой дайверов. Проблемы возникли даже в Индии, там потеряли 50-60% связности. Миллионы пользователей были отрезаны в Пакистане и Саудовской Аравии. Суточный «блекаут» из-за этого инцидента обошелся в $64 млн. по проведенным оценкам. У побережья Александрии трое мужчин были арестованы по подозрению в «кабельном терроризме», был причинен огромный ущерб и Египту, так как проблема затронула 614 сетей, подключенных к Telecom Egypt.
В своем докладе 2010 года для Министерства внутренней безопасности, академик Michael Sechrist говорит о важности международного партнерства с целью обеспечения защиты, оптимизации и обслуживания подводных кабельных систем по всему миру. Отсутствие в настоящее время разнообразия в местах расположения кабелей делает некоторые кабельные системы особо уязвимыми. Sechrist в качесве примера приводит 18-дюймовую кабельную трубу в центре Нью-Йорке, располагающуюся под незащищенным люком и доставляющую большую часть трафика между Нью-Йорком и Лондоном. На Ближнем Востоке также существует «горлышко бутылки» — Суэцкий канал с невероятно высокой плотностью кабелей в нем. И если произойдет инцидент по тем или иным политическим / не политическим причинам, ущерб может быть гораздо больший, нежели от землетрясения на Тайване в 2006-м году.
Будущее коннективности
В настоящее время существует 277 подводных волоконно-оптических кабелей в мире. Эти кабели доставляют 99% всего телекомуникационного трафика, а их протяженность составляет 986 543 км. Ежедневно по ним передается объем данных, эквивалентный нескольким сотням библиотек Конгресса США, только компания Google, владеющая 12 Дата Центрами по всему миру, обрабатывает свыше 20 млрд. запросов в день. И запросов с каждым днем все больше.
Оценить развитие за последние годы возможно по данным TeleGeography.
Становится очевидным, что сети развиваются стремительно, скорости подключений и связность улучшаются ежегодно. Популярные ресурсы ведут постоянную борьбу за аудиторию или же просто стремятся достичь минимальной задержки для своих клиентов, в том числе прокладывая собственные подводные магистрали с целью уменьшения пинга и прямой доставки трафика, что может себе позволить такая компания, как Google.
В типичной британской семье Вы найдете три-четыре смартфона, ноутбук и по меньшей мере один тачпад. Использование кардиостимуляторов и других медицинских приборов в современном мире требует Интернет-подключения, ведь врачам крайне важно знать о их состоянии с целью своевременной замены или же просто отслеживать состояние пациента удаленно, а может даже проводить операции. Согласно отчету компании Cisco в 2013-м году было зарегистрировано свыше 10 млрд. устройств, подключенных к Интернет-сети, а в 2020-м году эта цифра по прогнозам может превысить 50 млрд. Наша зависимость от Интеренета неуклонно растет и требует все больших пропускных способностей и новых каналов связи. Так, в том же 2013-м году, общий трафик сети Интернет составлял 51 эксабайт ( 51 млрд. гигабайт) в месяц и если развитие будет проходить в той же динамике, что и ранее, то к 2018-му году показатель достигнет 132 эксабайт.
В апреле 2014 года исследовательская телекоммуникационная и консалтинговая фирма TeleGeography сообщила, что спрос на полосу пропускания международного трафика увеличился на 39%, до 138 терабайт в секунду (138 TBPS), что более, чем в 4 раза больше значиения спроса в 2009-м году (30 TBPS). Ожидается, что спрос увеличится еще в три раза к 2018-му году. Соответственно подводные сети не будут «стоять на месте».
Тем не менее, не смотря на то, что количество устройств, подключенных к сети Интернет превышает население планеты, доступ в Интернет до сих пор имеет около 40% населения. Проект Loon, разработанный Google X Lab, был запущен в июне 2013 года, представляет собою сеть воздушных шаров «плавающих» в стратосфере на высоте 20 км для обеспечения Интернетом людей, проживающих в удаленных районах планеты.
Аналогичный проект начал разрабатывать и Facebook. Обе компании выкупили несколько компаний по разработке летательных дронов с целью Интернетизации населения, обеспечения недорого WiFi, возможности получить еще 5 млрд. клиентов, ведь в той же Африке 70% населения имеют WiFi-устройства в своих мобильных телефонах, но только 10% пользуются Интернетом из-за отсутствия 3G-покрытия в регионах.
Некоторые африканские правительства, такие как Тшване (Южно-Африканский столичный муниципалитет), попытались решить эту проблему использовав избыток устройств с поддержкой WiFi и новые технологии радиопередачи. Tshwane обеспечил недорогим WiFi общины с низким уровнем доходов. К концу января 2014 года около 25 000 людей извлекли выгоду из этой инициативы, на текущий момент предложением пользуется порядка миллиона человек, а к концу текущего года ожидают рост до 3 млн. абонентов.
Задача преодоления глобального информационного барьера породила ряд проектов, таких, как Outernet и Oluvus, работающих в направлении повсеместного и демократического доступа к сети Интернет.
Outernet надеется обойти цензуру в Интернете и политический контроль, обеспечить свободное и доступное «подключение к Интернету» по всему миру, а именно транслирование глобальных новостей, что-то вроде цифрового радио. В настоящее время организация развивает сеть миниатюрных спутников, которые будут работать в сочетании с существующими геостационарными спутниками, более подробное описание проекта Вы можете получить из уже существующей на Хабре статьи: Немного подробнее про проект «Outernet».
Oluvus, созданный агитационной группой «A Human Right», готовится к запуску своих кабельно-ориентированных служб позднее в этом году. Компания будет стремиться обеспечить такие места, как лагерях беженцев, доступом в Интернет сеть, а также предоставить бесплатный доступ в сеть наиболее незащищенным людям в мире. Они уже обеспечили высокоскоростным доступом в Интернет сеть 4200 граждан Святой Елены, самого удаленного в мире острова, расположенного в Атлантическом океане, который до сих пор был практически полностью изолирован от глобальных сетей связи.
Совершенствование Интернета с целью обеспечения подключения удаленных районов необходимо не только странам с низким уровнем дохода, но и целым континентам. Сейчас в Антарктиде живут и трудятся свыше 4000 ученых, производя значительно больше данных, чем они способны передать с использованием существующих систем связи, состоящих по большей части из геостационарных спутников. К тому же эти спутники по большей части доступны только для станций, расположенных вдоль побережья и как правило обеспечивают низкую скорость и ненадежную связь. Тем не менее технологии не стоят на месте и для некоторых областей Антарктики, таких, как Дата Центр «Ледяной Куб», уже сейчас благодаря спутниковой системе коммуникации NASA обеспечивается периодический 150 Мбит / с Интернет, а согласно программе космических исследований Австралии (ASRP) планируется запуск еще 2-х спутников, которые будут двигаться по вытянутым эллиптическим орбитам, обеспечивая 18-часове покрытие региона по отдельности и круглосуточное в целом. Не так давно NASA анонсировала скорость передачи данных 91 Гбит / с в своей новой спутниковой сети ESnet, что позволяет передать один Blue Ray образ диска всего лишь за 2,1 секунды! Существуют разработки спутниковых систем связи с еще более высокими скоростями — до терабайта в секунду, но это все еще дальние и довольно дорогие перспективы. Подводные кабели все еще будут занимать огромное место в интернетизации мира.
Возможно в скором времени Антарктида станет последним пределом, который покорит подводная сеть, ведь оптоволокно способно обеспечить не только в сотни раз большую пропускную способность, нежели спутники, но и обеспечить подключение станций, удаленных от береговой линии. Разумеется предстоит решить еще много сложностей, таких как обеспечение доступа к кабельной сети, находящейся подо льдом, что актуально для внутренних частей Антарктики, а также учесть возможные проблемы из-за смещения самого шельфа, ледник дрейфует на более чем 10 метров в год. Однако, вспоминая сложности при прокладке первого кабеля через Антлантику и развитие теперешних технологий, пропадают сомнения в том, что проект будет успешен, весь вопрос лишь в выделении средств.
В завершение хочется пожелать лишь одного, задумывайтесь почаще над тем в насколько волшебном мире и времени мы с Вами живем, цените то, что мы имеем, ведь до таких простых на первый взгляд вещей, как Интернет, был пройден долгий путь, а многие и до сих пор не знают, что он по большей части «под водой».
Автор: HostingManager
