Come funzionano i cavi di comunicazione sottomarini transoceanici

Il nostro intero pianeta è strettamente avvolto in reti cablate e wireless per vari scopi. Una parte molto ampia di questa intera rete di informazioni è costituita da cavi dati. E oggi vengono posati non solo per via aerea o sotterranea, ma anche sott'acqua. Il concetto di cavo sottomarino non è nuovo.

L'inizio dell'attuazione della prima idea così ambiziosa risale al 5 agosto 1858, quando i paesi di due continenti, Stati Uniti e Gran Bretagna, furono finalmente collegati da un cavo telegrafico transatlantico, che rimase in buone condizioni per un mese , ma presto iniziò a crollare e alla fine si ruppe a causa della corrosione. La comunicazione lungo il percorso fu ripristinata in modo affidabile solo nel 1866.

Quattro anni dopo fu posato un cavo dal Regno Unito all'India, che collegava direttamente Bombay e Londra. I migliori industriali e scienziati dell'epoca parteciparono allo sviluppo dei progetti: Wheatstone, Thomson, i fratelli Siemens. Sebbene questi eventi abbiano avuto luogo un secolo e mezzo fa, già allora le persone creavano linee di comunicazione lunghe migliaia di chilometri.

Il lavoro di pensiero ingegneristico in questo e in altri settori si sviluppò anche nel 1956.viene stabilito anche un collegamento telefonico con l'America. La linea può essere chiamata "voce dall'altra parte dell'oceano", come l'omonimo libro di Arthur Clarke, che racconta la storia della costruzione di questa linea telefonica transoceanica.

Sicuramente molti sono interessati a come è progettato il cavo, progettato per funzionare a una profondità fino a 8 chilometri sott'acqua. Ovviamente questo cavo deve essere durevole e assolutamente impermeabile, abbastanza resistente da sopportare un'enorme pressione dell'acqua, da non essere danneggiato sia durante l'installazione che durante l'uso futuro per molti anni.

Di conseguenza, il cavo deve essere realizzato con materiali speciali che consentano di mantenere caratteristiche operative accettabili della linea di comunicazione anche sotto carichi di trazione meccanica, e non solo durante l'installazione.

Si consideri, ad esempio, il cavo in fibra ottica del Pacifico di 9.000 chilometri di Google che ha collegato l'Oregon e il Giappone nel 2015 per fornire una capacità di trasferimento dati di 60 TB/s. Il costo del progetto era di 300 milioni di dollari.

La parte trasmittente del cavo ottico non è insolita in nulla. La caratteristica principale è la protezione del cavo per acque profonde per proteggere il nucleo ottico che trasmette informazioni durante l'uso previsto a una profondità così elevata, aumentando al contempo la durata della linea di comunicazione. Diamo un'occhiata a turno a tutti i componenti del cavo.

Lo strato esterno di isolamento del cavo è tradizionalmente realizzato in polietilene. La scelta di questo materiale come rivestimento esterno non è casuale.Il polietilene è resistente all'umidità, non reagisce con gli alcali e le soluzioni saline presenti nell'acqua dell'oceano e il polietilene non reagisce con gli acidi organici o inorganici, incluso anche l'acido solforico concentrato.

E sebbene le acque dell'oceano mondiale contengano tutti gli elementi chimici della tavola periodica, è il polietilene la scelta più giustificata e logica qui, perché sono escluse le reazioni con l'acqua di qualsiasi composizione, il che significa che il cavo non ne risentirà l'ambiente.

Il polietilene è stato utilizzato come isolante e nelle prime linee telefoniche intercontinentali realizzate a metà del XX secolo. Ma poiché il solo polietilene, a causa della sua naturale porosità, non è in grado di proteggere completamente il cavo, vengono utilizzati anche strati protettivi aggiuntivi.

Sotto il polietilene c'è una pellicola di mylar, che è un materiale sintetico a base di polietilene tereftalato. Il polietilene tereftalato è chimicamente inerte, resistente ad ambienti molto aggressivi, la sua forza è dieci volte superiore al polietilene, resistente agli urti e all'usura. Mylar ha trovato ampia applicazione nell'industria, compreso lo spazio, per non parlare di numerose applicazioni nell'imballaggio, nel tessile, ecc.

Sotto il film di mylar c'è un'armatura, i cui parametri dipendono dalle caratteristiche e dallo scopo di un particolare cavo. Di solito è una solida treccia di acciaio che conferisce al cavo robustezza e resistenza ai carichi meccanici esterni. Le radiazioni elettromagnetiche dal cavo possono attirare gli squali, che possono mordere il cavo, e semplicemente essere catturati dall'attrezzatura da pesca può diventare una minaccia se non ci sono raccordi.

La presenza di rinforzi in acciaio zincato consente di lasciare tranquillamente il cavo sul fondo senza la necessità di metterlo in trincea. Il cavo è rinforzato in più strati da una bobina uniforme di filo, ogni strato ha una direzione di avvolgimento diversa dal precedente. Di conseguenza, la massa di un chilometro di tale cavo raggiunge diverse tonnellate. Ma l'alluminio non può essere utilizzato perché in acqua di mare reagirebbe con la formazione di idrogeno e questo danneggerebbe le fibre ottiche.

Ma il polietilene di alluminio segue il rinforzo in acciaio, funge da strato separato di schermatura e impermeabilizzazione. L'alluminiopolietilene è un materiale composito di foglio di alluminio e foglio di polietilene incollati insieme. Questo strato è quasi invisibile in un grande volume della struttura del cavo, poiché il suo spessore è solo di circa 0,2 mm.

Inoltre, per rafforzare ulteriormente il cavo, è presente uno strato di policarbonato. È abbastanza forte pur essendo leggero. Con il policarbonato il cavo diventa ancora più resistente alla pressione e agli urti, non a caso il policarbonato viene utilizzato nella produzione di caschi protettivi. Tra l'altro, il policarbonato ha un alto coefficiente di dilatazione termica.

Sotto lo strato di policarbonato c'è un tubo di rame (o alluminio). Fa parte della struttura del nucleo del cavo e funge da schermo. All'interno di questo tubo sono direttamente tubi di rame con fibre ottiche chiuse.

Il numero e la configurazione dei tubi in fibra ottica per cavi diversi possono essere diversi, se necessario, i tubi sono opportunamente intrecciati. Le parti metalliche della struttura servono qui per alimentare i rigeneratori, che ripristinano la forma dell'impulso ottico, che inevitabilmente viene distorto durante la trasmissione.

Un gel tissotropico idrofobo viene posto tra la parete del tubo e la fibra ottica.

La produzione di cavi in ​​​​fibra ottica per acque profonde si trova solitamente il più vicino possibile al mare, molto spesso vicino al porto, poiché un tale cavo pesa molte tonnellate, mentre è meglio assemblarlo dai pezzi più lunghi possibili, almeno 4 chilometri ciascuno (il peso di un pezzo del genere è di 15 tonnellate !!!).

Trasportare un cavo così pesante su una lunga distanza non è un compito facile. Per il trasporto terrestre vengono utilizzate piattaforme a doppia rotaia in modo che l'intero pezzo possa essere arrotolato senza danneggiare le fibre all'interno.

Infine, il cavo non può essere semplicemente gettato dalla nave, nell'acqua. Tutto deve essere economico e sicuro. Prima ottengono il permesso di utilizzare le acque costiere di diversi paesi, quindi la licenza per lavorare, ecc.

Quindi conducono indagini geologiche, valutano l'attività sismica e vulcanica nell'area di posa, esaminano le previsioni dei meteorologi, calcolano la probabilità di frane sottomarine e altre sorprese nell'area in cui giace il cavo.

Tengono conto della profondità, della densità del fondo, della natura del suolo, della presenza di vulcani, navi affondate e altri oggetti estranei che potrebbero interferire con il lavoro o richiedere il prolungamento del cavo. Solo dopo aver accuratamente calibrato i dettagli fin nei minimi dettagli iniziano a caricare il cavo sulle navi e a posarlo.

Il cavo viene posato in modo continuo. Viene trasportato attraverso una baia su una nave fino al luogo di deposizione delle uova, dove affonda sul fondo. Le macchine svolgono il cavo alla velocità corretta mantenendo la tensione mentre la barca segue la rotta.Se il cavo si rompe durante l'installazione, può essere issato a bordo e riparato immediatamente.