150 vuotta sitten, 16. elokuuta 1858, Yhdysv altain presidentti James Buchanan vastaanotti onnittelusähkeen kuningatar Victori alta ja lähetti hänelle vastineeksi viestin. Ensimmäinen virallinen viestien vaihto äskettäin asennetun transatlanttisen lennätinkaapelin yli oli paraati ja ilotulitus New Yorkin kaupungintalon yllä. Juhlat jäivät tästä syystä tapahtuneen tulipalon varjoon, ja kuuden viikon kuluttua kaapeli katkesi. Totta, vielä sitä ennen hän ei toiminut kovin hyvin - kuningattaren viesti välitettiin 16,5 tunnissa.
Ideasta projektiin
Ensimmäinen lennätin ja Atlantin v altameren ehdotus oli välitysjärjestelmä, jossa alusten toimittamat viestit piti lennättää Newfoundlandista muualle Pohjois-Amerikkaan. Ongelmana oli lennätinlinjan rakentaminen pitkin saaren vaikeaa maastoa.
Projektista vastaavan insinöörin avunpyyntö kiinnosti amerikkalaistaliikemies ja rahoittaja Cyrus Field. Työnsä aikana hän ylitti v altameren yli 30 kertaa. Fieldin kohtaamista takaiskuista huolimatta hänen innostuksensa johti menestykseen.
Liikemies hyppäsi heti ajatukseen transatlanttisesta pankkisiirrosta. Toisin kuin maanpäällisissä järjestelmissä, joissa pulssit regeneroitiin releillä, v altameren välisen linjan täytyi tulla toimeen yhdellä kaapelilla. Field sai Samuel Morsen ja Michael Faradayn vakuutuksen siitä, että signaali voidaan lähettää pitkiä matkoja.
William Thompson tarjosi tälle teoreettisen perustan julkaisemalla käänteisen neliön lain vuonna 1855. Ilman induktiivista kuormaa kaapelin läpi kulkevan pulssin nousuaika määräytyy pituisen L johtimen aikavakiolla RC, joka on yhtä suuri kuin rcL2, missä r ja c ovat vastus. ja kapasitanssi pituusyksikköä kohti, vastaavasti. Thomson osallistui myös merenalaisen kaapelitekniikan kehittämiseen. Hän paransi peiligalvanometriä, jossa pienimmätkin virran aiheuttamat peilin poikkeamat vahvistettiin heijastamalla kankaalle. Myöhemmin hän keksi laitteen, joka rekisteröi signaalit musteella paperille.
Venealuskaapelitekniikkaa parannettiin guttaperkan ilmestymisen jälkeen Englannissa vuonna 1843. Tämä Malaijin niemimaalla kotoisin olevasta puusta peräisin oleva hartsi oli ihanteellinen eriste, koska se oli termoplastista, pehmentyi kuumennettaessa ja palasi kiinteään muotoon jäähdytettäessä, mikä helpotti johtimien eristämistä. Paineen ja lämpötilan olosuhteissa v altameren pohjassa sen eristävät ominaisuudetparantunut. Guttaperkka pysyi merenalaisten kaapelien pääeristemateriaalina polyeteenin löytämiseen saakka vuonna 1933.
Kenttäprojektit
Cyrus Field johti 2 projektia, joista ensimmäinen epäonnistui ja toinen päättyi menestykseen. Molemmissa tapauksissa kaapelit koostuivat yhdestä 7-johtimisesta langasta, jota ympäröi guttaperkka ja joka oli panssaroitu teräslangalla. Tervainen hamppu antoi korroosiosuojan. Vuoden 1858 kaapelin merimaili painoi 907 kg. Vuoden 1866 transatlanttinen kaapeli oli raskaampi, 1622 kg/maili, mutta koska sen tilavuus oli suurempi, se painoi vedessä vähemmän. Vetolujuus oli 3t ja 7,5t vastaavasti.
Kaikissa kaapeleissa oli yksi veden paluujohdin. Vaikka merivedellä on vähemmän vastusta, se on alttiina hajavirroille. Virta saatiin kemiallisista virtalähteistä. Esimerkiksi vuoden 1858 projektissa oli 70 elementtiä, kukin 1,1 V. Nämä jännitetasot yhdistettynä väärään ja huolimattomaan varastointiin aiheuttivat syvänmeren transatlanttisen kaapelin epäonnistumisen. Peiligalvanometrin käyttö mahdollisti pienempien jännitteiden käytön seuraavissa linjoissa. Koska vastus oli noin 3 ohmia merimailia kohden, 2000 mailin etäisyydellä voitiin kuljettaa milliampeerin luokkaa olevia virtoja, jotka riittävät peiligalvanometrille. 1860-luvulla otettiin käyttöön kaksinapainen lennätinkoodi. Morse-koodin pisteet ja vedot on korvattu vastakkaisen napaisuuden pulsseilla. Ajan myötä kehittynytmonimutkaisempia järjestelmiä.
Expeditions 1857-58 ja 65-66
350 000 puntaa kerättiin laskemalla liikkeeseen osakkeita ensimmäisen transatlanttisen kaapelin rakentamiseksi. Amerikan ja Britannian hallitukset takasivat sijoitetun pääoman tuoton. Ensimmäinen yritys tehtiin vuonna 1857. Kaapelin kuljettamiseen tarvittiin 2 höyrylaivaa, Agamemnon ja Niagara. Sähköasentajat hyväksyivät menetelmän, jossa yksi alus laski linjan ranta-asem alta ja liitti sitten toisen pään toisen laivan kaapeliin. Sen etuna oli jatkuva sähköyhteys rantaan. Ensimmäinen yritys päättyi epäonnistumiseen, kun kaapelinlaskulaitteisto epäonnistui 200 mailia merellä. Se katosi 3,7 km:n syvyyteen.
Vuonna 1857 Niagaran pääinsinööri William Everett kehitti uusia kaapelinlaskulaitteita. Huomattava parannus oli automaattinen jarru, joka aktivoitui, kun jännitys saavutti tietyn kynnyksen.
Agamemnonin melkein upottaneen rajumyrskyn jälkeen alukset kohtasivat keskellä merta ja 25. kesäkuuta 1858 aloittivat transatlanttisen kaapelin laskemisen uudelleen. Niagara liikkui länteen ja Agamemnon itään. Tehtiin 2 yritystä, jotka keskeyttivät kaapelin vaurioitumisen. Alukset palasivat Irlantiin korvaamaan hänet.
17. heinäkuuta laivasto lähti jälleen tapaamaan toisiaan. Pienen hikkauksen jälkeen leikkaus onnistui. Vakionopeudella 5–6 solmua kävellessä Niagara saapui 4. elokuutaTrinity Bayssä Newfoundland. Samana päivänä Agamemnon saapui Valentia Baylle Irlantiin. Kuningatar Victoria lähetti ensimmäisen edellä kuvatun tervehdysviestin.
Vuoden 1865 tutkimusmatka epäonnistui 600 mailin päässä Newfoundlandista, ja vain vuoden 1866 yritys onnistui. Ensimmäinen viesti uudella linjalla lähetettiin Vancouverista Lontooseen 31. heinäkuuta 1866. Lisäksi löydettiin vuonna 1865 kadonneen kaapelin pää ja linja saatiin myös onnistuneesti valmiiksi. Siirtonopeus oli 6-8 sanaa minuutissa hintaan 10 $/sana.
Puhelinviestintä
Vuonna 1919 amerikkalainen yritys AT&T käynnisti tutkimuksen mahdollisuudesta asentaa transatlanttista puhelinkaapelia. Vuonna 1921 perustettiin syvänmeren puhelinlinja Key Westin ja Havannan välille.
Vuonna 1928 ehdotettiin, että Atlantin v altameren yli vedettäisiin kaapeli ilman toistimia yhdellä äänikanavalla. Projektin korkeat kustannukset (15 miljoonaa dollaria) suuren laman huipulla sekä radiotekniikan parannukset keskeyttivät hankkeen.
1930-luvun alkuun mennessä elektroniikan kehitys mahdollisti merenalaisen kaapelijärjestelmän luomisen toistimilla. Vaatimukset välilinkkivahvistimien suunnittelulle olivat ennennäkemättömät, sillä laitteiden piti toimia keskeytyksettä merenpohjassa 20 vuotta. Komponenttien, erityisesti tyhjiöputkien, luotettavuudelle asetettiin tiukat vaatimukset. Vuonna 1932 oli jo sähkölamppuja, joita testattiin menestyksekkäästi18 vuoden ajan. Käytetyt radioelementit olivat huomattavasti huonompia kuin parhaat näytteet, mutta ne olivat erittäin luotettavia. Tämän seurauksena TAT-1 toimi 22 vuotta, eikä yksikään lamppu epäonnistunut.
Toinen ongelma oli vahvistimien sijoittaminen avomerelle jopa 4 km:n syvyyteen. Kun alus pysäytetään toistimen nollaamiseksi, kierrehaarniskaisessa kaapelissa voi ilmetä mutkia. Tuloksena käytettiin joustavaa vahvistinta, joka sopisi lennätinkaapelille suunniteltuihin laitteisiin. Joustavan toistimen fyysiset rajoitukset rajoittivat kuitenkin sen kapasiteetin 4-johtimiseen järjestelmään.
UK Post on kehittänyt vaihtoehtoisen lähestymistavan kovilla toistimilla, joiden halkaisija ja kapasiteetti on paljon suurempi.
TAT-1:n käyttöönotto
Projekti käynnistettiin uudelleen toisen maailmansodan jälkeen. Vuonna 1950 joustavaa vahvistintekniikkaa testattiin Key Westin ja Havannan yhdistävässä järjestelmässä. Kesällä 1955 ja 1956 laskettiin ensimmäinen transatlanttinen puhelinkaapeli Skotlannin Obanin ja saaren Clarenvillen välille. Newfoundland, reilusti nykyisten lennätinlinjojen pohjoispuolella. Jokainen kaapeli oli noin 1950 merimailia pitkä ja siinä oli 51 toistinta. Niiden lukumäärä määräytyi liittimien maksimijännitteen perusteella, jota voitiin käyttää tehonlähteenä ilman, että se vaikuttaisi suurjännitekomponenttien luotettavuuteen. Jännite oli toisessa päässä +2000 V ja toisessa -2000 V. Järjestelmän kaistanleveysjono määräytyi toistimien lukumäärän mukaan.
Toistimien lisäksi 8 vedenalaista taajuuskorjainta asennettiin itä-länsi-linjalle ja 6 länsi-itä-linjalle. He korjasivat kertyneet siirtymät taajuuskaistalla. Vaikka kokonaishäviö 144 kHz:n kaistanleveydellä oli 2100 dB, taajuuskorjainten ja toistimien käyttö pienensi sen alle 1 dB:iin.
Aloitusopas TAT-1
Ensimmäisten 24 tunnin aikana lanseerauksen jälkeen 25. syyskuuta 1956 soitettiin 588 puhelua Lontoosta ja Yhdysvalloista ja 119 Lontoosta Kanadaan. TAT-1 kolminkertaisti välittömästi transatlanttisen verkon kapasiteetin. Kaapelin kaistanleveys oli 20-164 kHz, mikä mahdollisti 36 puhekanavaa (kukin 4 kHz), joista 6 jaettiin Lontoon ja Montrealin ja 29 Lontoon ja New Yorkin välillä. Yksi kanava oli tarkoitettu lennättimelle ja palvelulle.
Järjestelmään sisältyi myös maayhteys Newfoundlandin kautta ja sukellusveneyhteys Nova Scotiaan. Nämä kaksi linjaa koostuivat yhdestä 271 meripeninkulman kaapelista ja 14 UK Postin suunnittelemasta jäykästä toistimesta. Kokonaiskapasiteetti oli 60 puhekanavaa, joista 24 yhdisti Newfoundlandin ja Nova Scotian.
Lisäparannuksia TAT-1:een
TAT-1-linja maksoi 42 miljoonaa dollaria. Miljoonan dollarin hinta kanavaa kohden stimuloi kaistanleveyttä tehokkaammin käyttävien päätelaitteiden kehittämistä. Puhekanavien määrää standardilla 48 kHz:n taajuusalueella on lisätty 12:sta 16:een vähentämälläniiden leveys on 4-3 kHz. Toinen innovaatio oli Bell Labsissa kehitetty temporaalinen puheinterpolaatio (TASI). TASI kaksinkertaisti puhepiirien määrän puhetaukojen ansiosta.
Optiset järjestelmät
Ensimmäinen v altameren ylittävä optinen kaapeli TAT-8 otettiin käyttöön vuonna 1988. Toistaa uudelleen pulsseja muuntamalla optiset signaalit sähköisiksi ja päinvastoin. Kaksi toimivaa kuituparia toimi 280 Mbps:n nopeudella. Tämän transatlanttisen Internet-kaapelin ansiosta IBM suostui vuonna 1989 rahoittamaan T1-tason linkin Cornwallin yliopiston ja CERNin välillä, mikä paransi merkittävästi varhaisen Internetin amerikkalaisten ja eurooppalaisten osien välistä yhteyttä.
Vuoteen 1993 mennessä yli 125 000 kilometriä TAT-8:ita oli käytössä maailmanlaajuisesti. Tämä luku vastasi melkein analogisten merenalaisten kaapelien kokonaispituutta. Vuonna 1992 TAT-9 otettiin käyttöön. Kuitukohtainen nopeus on nostettu 580 Mbps:iin.
Teknologinen läpimurto
1990-luvun lopulla erbiumseostettujen optisten vahvistimien kehitys johti suureen harppaukseen merenalaisten kaapelijärjestelmien laadussa. Valosignaalit, joiden aallonpituus on noin 1,55 mikronia, voidaan vahvistaa suoraan, eikä elektroniikan nopeus enää rajoita suorituskykyä. Ensimmäinen optisesti paranneltu järjestelmä, joka lensi Atlantin v altameren yli, oli TAT 12/13 vuonna 1996. Lähetysnopeus molemmilla kuituparilla oli 5 Gbps.
Nykyaikaiset optiset järjestelmät mahdollistavat näin suurien määrien siirrontiedot siitä, että redundanssi on kriittinen. Tyypillisesti nykyaikaiset valokuitukaapelit, kuten TAT-14, koostuvat kahdesta erillisestä transatlanttisesta kaapelista, jotka ovat osa rengastopologiaa. Kaksi muuta linjaa yhdistävät rannikkoasemia Atlantin v altameren kummallakin puolella. Tietoa lähetetään renkaan ympäri molempiin suuntiin. Katkon sattuessa rengas korjaantuu itsestään. Liikenne ohjataan huoltokaapeleiden varakuitupareihin.
