Prije 150 godina, 16. kolovoza 1858., predsjednik Sjedinjenih Država James Buchanan primio je telegram s čestitkom od kraljice Viktorije i poslao joj poruku zauzvrat. Prvu službenu razmjenu poruka preko novopoloženog transatlantskog telegrafskog kabela obilježila je parada i vatromet iznad gradske vijećnice New Yorka. Svečanost je zasjenio požar koji se iz tog razloga dogodio, a nakon 6 tjedana kabel je otkazao. Istina, ni prije toga nije radio baš najbolje - poruka kraljice prenesena je u roku od 16,5 sati.
Od ideje do projekta
Prvi prijedlog telegrafa i Atlantskog oceana bio je relejna shema u kojoj su se poruke koje su brodovi dostavljali telegrafirali iz Newfoundlanda u ostatak Sjeverne Amerike. Problem je bila izgradnja telegrafske linije duž teškog terena otoka.
Zahtjev za pomoć od inženjera zaduženog za projekt privukao je Amerikancabiznismen i financijer Cyrus Field. Tijekom svog rada prešao je ocean više od 30 puta. Unatoč preprekama s kojima se Field suočio, njegov je entuzijazam doveo do uspjeha.
Poslovnjak je odmah skočio na ideju o transatlantskom bankovnom prijenosu. Za razliku od zemaljskih sustava, u kojima su se impulsi regenerirali relejima, prekooceanska linija morala se snaći s jednim kabelom. Field je dobio uvjeravanja od Samuela Morsea i Michaela Faradaya da se signal može prenijeti na velike udaljenosti.
William Thompson pružio je teorijsku osnovu za to objavljivanjem zakona inverznog kvadrata 1855. godine. Vrijeme porasta impulsa koji prolazi kroz kabel bez induktivnog opterećenja određeno je vremenskom konstantom RC vodiča duljine L, jednakom rcL2, gdje su r i c otpor i kapacitet po jedinici duljine, respektivno. Thomson je također pridonio tehnologiji podmorskih kabela. Poboljšao je zrcalni galvanometar, u kojem su najmanja odstupanja zrcala uzrokovana strujom pojačana projekcijom na platno. Kasnije je izumio uređaj koji registrira signale tintom na papiru.
Tehnologija podmorskih kabela poboljšana je nakon što se gutaperka pojavila 1843. u Engleskoj. Ova smola s drveta porijeklom s Malajskog poluotoka bila je idealan izolator jer je bila termoplastična, omekšala je kada se zagrije i vratila se u čvrsti oblik kada se ohladila, što je olakšalo izolaciju vodiča. U uvjetima tlaka i temperature na dnu oceana, njegova izolacijska svojstvapoboljšana. Gutaperka je ostala glavni izolacijski materijal za podmorske kabele sve do otkrića polietilena 1933.
Terenski projekti
Cyrus Field vodio je 2 projekta, od kojih je prvi propao, a drugi je završio uspješno. U oba slučaja, kabeli su se sastojali od jedne 7-žilne žice okružene gutaperkom i oklopljene čeličnom žicom. Katranizirana konoplja pruža zaštitu od korozije. Nautička milja kabla iz 1858. godine težila je 907 kg. Transatlantski kabel iz 1866. bio je teži, 1.622 kg/milju, ali budući da je imao veći volumen, težio je manje u vodi. Vlačna čvrstoća bila je 3t odnosno 7,5t.
Svi kabeli su imali jedan povratni vodič za vodu. Iako morska voda ima manji otpor, podložna je lutajućim strujama. Napajanje je bilo iz kemijskih izvora struje. Na primjer, projekt iz 1858. imao je 70 elemenata od 1,1 V svaki. Ove razine napona, u kombinaciji s nepravilnim i nemarnim skladištenjem, uzrokovale su kvar dubokomorskog transatlantskog kabela. Korištenje zrcalnog galvanometra omogućilo je korištenje nižih napona u sljedećim vodovima. Budući da je otpor bio približno 3 oma po nautičkoj milji, na udaljenosti od 2000 milja mogle su se prenositi struje reda veličine miliampera, dovoljne za zrcalni galvanometar. 1860-ih uveden je bipolarni telegrafski kod. Točke i crtice Morseove azbuke zamijenjene su impulsima suprotnog polariteta. S vremenom se razvilasloženije sheme.
Ekspedicije 1857-58 i 65-66
350.000 funti prikupljeno je izdavanjem dionica za polaganje prvog transatlantskog kabela. Američka i britanska vlada jamčile su povrat ulaganja. Prvi pokušaj učinjen je 1857. Za transport kabela bila su potrebna 2 parobroda, Agamemnon i Niagara. Električari su odobrili metodu u kojoj je jedan brod polagao vod s obalne stanice, a zatim spajao drugi kraj na kabel na drugom brodu. Prednost je bila u tome što je održavao kontinuiranu električnu vezu s obalom. Prvi pokušaj završio je neuspjehom kada je oprema za polaganje kabela otkazala 200 milja od obale. Izgubljen je na dubini od 3,7 km.
Godine 1857., Niagarin glavni inženjer, William Everett, razvio je novu opremu za polaganje kabela. Značajno poboljšanje bila je automatska kočnica koja se aktivirala kada je napetost dosegla određeni prag.
Nakon silovite oluje koja je zamalo potopila Agamemnon, brodovi su se susreli usred oceana i 25. lipnja 1858. ponovno počeli polagati transatlantski kabel. Niagara se kretala na zapad, a Agamemnon na istok. Učinjena su 2 pokušaja, prekinuta oštećenjem kabela. Brodovi su se vratili u Irsku da ga zamijene.
17. srpnja, flota je ponovno krenula u susret. Nakon manjih štucanja, operacija je uspjela. Hodajući stalnom brzinom od 5-6 čvorova, 4. kolovoza ušla je Niagarau zaljevu Trinity Newfoundland. Istog dana, Agamemnon je stigao u zaljev Valentia u Irskoj. Kraljica Viktorija poslala je prvu gore opisanu pozdravnu poruku.
Ekspedicija iz 1865. nije uspjela 600 milja od Newfoundlanda, a uspješan je bio samo pokušaj iz 1866. godine. Prva poruka na novoj liniji poslana je iz Vancouvera u London 31. srpnja 1866. Osim toga, pronađen je kraj kabela izgubljenog 1865., a linija je također uspješno završena. Brzina prijenosa bila je 6-8 riječi u minuti po cijeni od 10 USD po riječi.
Telefonska komunikacija
Godine 1919. američka tvrtka AT&T pokrenula je studiju o mogućnosti polaganja transatlantskog telefonskog kabela. Godine 1921. položena je duboka telefonska linija između Key Westa i Havane.
Godine 1928. predloženo je polaganje kabela bez repetitora s jednim glasovnim kanalom preko Atlantskog oceana. Visoka cijena projekta (15 milijuna dolara) na vrhuncu Velike depresije, kao i poboljšanja u radio tehnologiji, prekinuli su projekt.
Početkom 1930-ih, razvoj elektronike omogućio je stvaranje podmorskog kabelskog sustava s repetitorima. Zahtjevi za projektiranje pojačala srednje veze bili su bez presedana, budući da su uređaji morali neprekidno raditi na dnu oceana 20 godina. Nametnuti su strogi zahtjevi za pouzdanost komponenti, posebice vakuumskih cijevi. Godine 1932. već su postojale električne svjetiljke koje su uspješno testiraneveć 18 godina. Korišteni radio elementi bili su znatno inferiorniji od najboljih uzoraka, ali su bili vrlo pouzdani. Kao rezultat toga, TAT-1 je radio 22 godine, a nijedna lampa nije pokvarila.
Drugi problem je bilo postavljanje pojačala na otvorenom moru na dubini do 4 km. Kada se brod zaustavi radi resetiranja repetitora, na kabelu sa spiralnim oklopom mogu se pojaviti pregibi. Kao rezultat toga, korišteno je fleksibilno pojačalo koje je moglo uklopiti opremu dizajniranu za telegrafski kabel. Međutim, fizička ograničenja fleksibilnog repetitora ograničila su njegov kapacitet na 4-žični sustav.
UK Post je razvio alternativni pristup s tvrdim repetitorima puno većeg promjera i kapaciteta.
Provedba TAT-1
Projekt je ponovno pokrenut nakon Drugog svjetskog rata. Godine 1950., tehnologiju fleksibilnog pojačala testirao je sustav koji povezuje Key West i Havanu. U ljeto 1955. i 1956. prvi transatlantski telefonski kabel položen je između Obana u Škotskoj i Clarenvillea na otoku. Newfoundland, znatno sjeverno od postojećih telegrafskih linija. Svaki kabel bio je dug oko 1950 nautičkih milja i imao je 51 repetitor. Njihov je broj određen maksimalnim naponom na stezaljkama koji se mogao koristiti za napajanje bez utjecaja na pouzdanost visokonaponskih komponenti. Napon je bio +2000 V na jednom kraju i -2000 V na drugom. Širina pojasa sustava, u njegovojred je određen brojem ponavljača.
Osim repetitora, 8 podmorskih ekvilajzera postavljeno je na liniji istok-zapad i 6 na liniji zapad-istok. Ispravljali su akumulirane pomake u frekvencijskom pojasu. Iako je ukupni gubitak u širini pojasa od 144 kHz bio 2100 dB, korištenje ekvilajzera i repetitora smanjilo ga je na manje od 1 dB.
Početak rada TAT-1
U prva 24 sata nakon lansiranja 25. rujna 1956. upućeno je 588 poziva iz Londona i SAD-a te 119 iz Londona u Kanadu. TAT-1 je odmah utrostručio kapacitet transatlantske mreže. Širina pojasa kabela bila je 20-164 kHz, što je omogućilo 36 glasovnih kanala (svaki po 4 kHz), od kojih je 6 bilo podijeljeno između Londona i Montreala, a 29 između Londona i New Yorka. Jedan kanal je bio namijenjen telegrafu i službi.
Sustav je također uključivao kopnenu vezu preko Newfoundlanda i podmorničku vezu s Novom Škotskom. Dvije linije sastojale su se od jednog kabela od 271 nautičke milje s 14 krutih repetitora dizajniranih od UK Posta. Ukupni kapacitet bio je 60 glasovnih kanala, od kojih je 24 povezivalo Newfoundland i Novu Škotsku.
Daljnja poboljšanja TAT-1
Linija TAT-1 koštala je 42 milijuna dolara. Cijena od milijun dolara po kanalu potaknula je razvoj terminalne opreme koja bi učinkovitije koristila propusnost. Broj glasovnih kanala u standardnom frekvencijskom rasponu od 48 kHz povećan je s 12 na 16 smanjenjemnjihova širina od 4 do 3 kHz. Još jedna inovacija bila je temporalna govorna interpolacija (TASI) razvijena u Bell Labsu. TASI je udvostručio broj glasovnih krugova zahvaljujući govornim pauzama.
Optički sustavi
Prvi prekooceanski optički kabel TAT-8 pušten je u rad 1988. Repetitori su regenerirali impulse pretvarajući optičke signale u električne i obrnuto. Dva radna para vlakana radila su brzinom od 280 Mbps. Godine 1989., zahvaljujući ovom transatlantskom internetskom kabelu, IBM je pristao financirati vezu na razini T1 između Sveučilišta Cornwall i CERN-a, što je značajno poboljšalo vezu između američkog i europskog dijela ranog interneta.
Do 1993. godine, više od 125.000 km TAT-8 je bilo u pogonu diljem svijeta. Ova brojka gotovo je odgovarala ukupnoj duljini analognih podmorskih kabela. 1992. godine TAT-9 je ušao u službu. Brzina po vlaknu povećana je na 580 Mbps.
Tehnološki proboj
U kasnim 1990-ima, razvoj optičkih pojačala dopiranih erbijem doveo je do kvantnog skoka u kvaliteti podmorskih kabelskih sustava. Svjetlosni signali valne duljine od oko 1,55 mikrona mogu se izravno pojačati, a propusnost više nije ograničena brzinom elektronike. Prvi optički poboljšani sustav koji je preletio Atlantski ocean bio je TAT 12/13 1996. godine. Brzina prijenosa na svakom od dva para vlakana bila je 5 Gbps.
Moderni optički sustavi omogućuju prijenos tako velikih količinapodaci da je redundancija kritična. Obično se moderni optički kabeli kao što je TAT-14 sastoje od 2 odvojena transatlantska kabela koji su dio prstenaste topologije. Druge dvije linije povezuju obalne postaje sa svake strane Atlantskog oceana. Podaci se šalju oko prstena u oba smjera. U slučaju loma, prsten će se sam popraviti. Promet se preusmjerava na rezervne parove vlakana u servisnim kabelima.
