Около 98% глобального интернет-трафика сегодня проходит по дну океанов и морей — через подводные кабели, которые соединяют континенты и передают данные в виде зашифрованных сигналов с помощью света. Первый кабель связи перекинули через Атлантику 165 лет назад благодаря упорству мечтателя по имени Сайрус Филд.
В середине XVIII века люди создали телеграф. Сначала он передавал сигнал по проводам, но по мере усовершенствования сообщения стали посылать с помощью радиоволн, света и других каналов.
В 1837 году изобретатель Уильям Кук и физик Чарльз Уитстон представили первую коммерческую версию электрического телеграфа: сразу после этого возникла идея обеспечить связью два континента. Перекинуть кабель из Евразии в Северную Америку предложил Сэмюэл Морзе — создатель знаменитой азбуки из точек и тире.
В деле прокладки подводных телеграфных кабелей Морзе не был пионером. Один из первых кабелей появился в 1839 году на дне индийской реки Хугли благодаря Уильяму О’Шонесси — директору Восточно-Индийской телеграфной компании, который до своей влюбленности в Индию успел стать химиком и хирургом.
Воплотить мечту о трансатлантическом кабеле удалось Сайрусу Уэсту Филду — человеку, который не был ни изобретателем, ни инженером. Он родился в семье священника и в 15 лет начал сам зарабатывать на жизнь: был разносчиком, работал в мастерской по изготовлению бумаги, которой позже попробовал торговать — и дело пошло. К 33 годам Филд сколотил небольшое состояние, которого могло бы хватить до конца жизни, и на время отошел от дел.
Однажды брат Филда, инженер-строитель, рассказал ему о Фредерике Гисборне, который прокладывал телеграфную линию от материковой Канады через прибрежный остров Ньюфаундленд. Филд увидел в этом деле невероятные перспективы и решил протянуть телеграф через Атлантический океан.
В одиночку Филду было не справиться, поэтому он связался с Самюэлем Морзе и Мэтью Мори — морским офицером и океанографом, который независимо от Филда обдумывал реализацию трансатлантического телеграфа. Эксперты укрепили оптимизм Филда — оставалось лишь привлечь к затее других богачей.
Филд нашел компаньонов и увлек их своей идеей: впятером они основали компанию New York, Newfoundland & London Telegraph со стартовым капиталом в 1,5 миллиона долларов и получили права на земли американского побережья Атлантического океана. Попутно компания обратилась к европейским ученым — инженерам Джону Бретту и Чарльзу Брайту.
В результате в 1856 году открылась Атлантическая телеграфная компания, которую поддерживали государства обоих континентов. Впереди было самое сложное — реализация.
В XIX веке мало что знали о передаче информации на большие расстояния и не представляли, какие параметры должны быть для этого у кабеля. Например, физик Уильям Томсон и Чарльз Брайт, ставший главным инженером Атлантической телеграфной компании, предлагали использовать медный сердечник большого диаметра, чтобы снизить сопротивление. Физик Майкл Фарадей и главный электрик компании Оранж Уайтхаус считали, что у кабеля должны быть тонкие жилы, чтобы уменьшить задержку сигнала и электрическую емкость провода.
Компания выбрала второй вариант, потому что он был проще и дешевле. Сердечник сделали из семи скрученных жил медной проволоки. Его обернули в гуттаперчу, затем в просмоленную пеньку, а поверх замотали в железную проволоку. Диаметр кабеля составил 16 миллиметров. Один лишь сердечник весил 550 килограммов на каждый километр, коих, по планам, должно было быть не менее 3,2 тысячи.
Поместить такой груз на одно судно было невозможно, так что для транспортировки кабеля переоборудовали два военных корабля: «Агамемнон» и «Ниагару». Погрузка кабеля, разделенного на две части, заняла три недели.
Насчет того, как прокладывать кабель, вышел спор. Главный инженер предлагал соединить два отрезка в середине океана и пустить суда в противоположных направлениях. Главный электрик считал, что надо прокладывать кабель от Ирландии, а на середине пути присоединить вторую часть и тянуть ее до Канады. Остановились на последнем.
5 августа 1857 года началась прокладка кабеля, но 11 августа он порвался — экипаж не уследил и превысил допустимое натяжение. Пришлось вернуться в порт, несколько месяцев дорабатывать механизм подачи кабеля и тренироваться правильно его разматывать. Для второй попытки выбрали другой план — разматывать кабель в двух направлениях с середины океана. Корабли встретились 25 июня, срастили кабель и двинулись к противоположным берегам Атлантики. Однако 29 июня кабель снова порвался — оказалось, ту его часть, что размещалась на палубе «Агамемнона», ранее повредил шторм.
В результате неудачных попыток на дне остались лежать сотни километров кабеля. Проект отложили на год, в течение которого Филд убеждал совет директоров дать трансатлантическому телеграфу еще один шанс.
С третьего раза все получилось: 29 июля 1858 года кабель соединили на середине Атлантического океана и погрузили на глубину 2745 метров. 10 августа по нему шли тестовые сообщения, а 16 августа кабель был торжественно открыт: английская королева Виктория и американский президент Джеймс Бьюкенен обменялись поздравительными телеграммами.
Поздравление королевы, в котором было 103 слова, шло до Америки 16 часов, но это было намного быстрее пароходной почты.
Проработала линия недолго: по ней успели передать лишь 732 сообщения, и в сентябре того же 1858 года связь окончательно пропала. Долгое время считалось, что виноват в этом был инженер Уайтхаус, который для усиления сигнала чересчур повышал напряжение. Почти век спустя было установлено, что и сам кабель был изготовлен небрежно, так что не прослужил бы долго. Когда кабель вышел из строя, в проекте разочаровалось большинство инвесторов, но только не Филд: он смог получить деньги на новый из британской казны.
Имя Филда носят пик в Канаде и вид древнего роющего червя, который обитал на дне доисторического океана.
Новый кабель длиной 5100 километров, который проложили в 1866 году с помощью парохода «Грейт Истерн», успешно работал несколько десятилетий. Старый же кабель подняли со дна, отремонтировали и вернули в строй.
Сначала подводные кабели служили для телеграфной связи, потом обеспечивали телефонную, а теперь по ним передают цифровые данные. Сегодня в мире более 500 подводных коммуникационных кабелей. Есть и коротенькие, и очень длинные — как Pacific Crossing-1, который прошел по дну Тихого океана и растянулся на 21 тысячу километров, или EAC-C2C в 36,5 тысячи километров, который опутывает западное тихоокеанское побережье.
Если сложить все современные подводные кабели, их длина достигнет 1,3 миллиона километров — это в три с лишним раза больше, чем расстояние от Земли до Луны!
Главная часть современного кабеля — тонкое оптическое волокно. Это нить из прозрачного стекла или пластика, по которой можно передавать сигнал с большой скоростью путем отражения света. Оптоволокно помещают в медные трубки, заполненные водоотталкивающим гелем. Сверху трубки покрывают несколькими слоями полимеров, алюминием и стальной оплеткой.
По сравнению с XIX веком масса километра кабеля выросла почти в семь раз — до 3750 килограммов. Зато прокладывают его практически так же, как Филд: судно везет кабель, и экипаж понемногу его разматывает. Только сегодня людям помогают новые технологии, а специальные суда-кабелеукладчики строят под заказ (во всем мире их чуть более 60). Прокладке предшествует большая подготовительная работа: строится оптимальный безопасный маршрут, проходит геологическая разведка.
В прибрежной зоне современный кабель укладывается в траншею, с ростом глубины его укладывают на дно. За день можно проложить 10–12 километров кабеля. Сращивают кабели в специальных лабораториях прямо на борту судна, а в случае поломки на глубине чинят с помощью роботов.