Pred 150 rokmi, 16. augusta 1858, dostal prezident Spojených štátov James Buchanan blahoprajný telegram od kráľovnej Viktórie a na oplátku jej poslal správu. Prvá oficiálna výmena správ cez novopoložený transatlantický telegrafný kábel bola poznačená sprievodom a ohňostrojom nad radnicou v New Yorku. Slávnosti boli zatienené požiarom, ktorý sa stal z tohto dôvodu a po 6 týždňoch zlyhal kábel. Pravda, ani predtým nefungoval veľmi dobre – správa kráľovnej bola odovzdaná do 16,5 hodiny.
Od nápadu k projektu
Prvým návrhom telegrafu a Atlantického oceánu bola schéma prenosu, v ktorej sa správy doručované loďami mali telegrafovať z Newfoundlandu do zvyšku Severnej Ameriky. Problémom bola výstavba telegrafného vedenia pozdĺž náročného terénu ostrova.
Žiadosť o pomoc od inžiniera zodpovedného za projekt prilákala Američanapodnikateľ a finančník Cyrus Field. Počas svojej práce preplával oceán viac ako 30-krát. Napriek neúspechom, ktorým Field čelil, jeho nadšenie viedlo k úspechu.
Podnikateľ okamžite skočil do myšlienky transatlantického prevodu. Na rozdiel od pozemských systémov, v ktorých boli impulzy regenerované relé, si transoceánske vedenie muselo vystačiť s jediným káblom. Field dostal ubezpečenia od Samuela Morsea a Michaela Faradaya, že signál môže byť prenášaný na veľké vzdialenosti.
William Thompson na to poskytol teoretický základ zverejnením zákona o inverznej štvorci v roku 1855. Doba nábehu impulzu prechádzajúceho káblom bez indukčnej záťaže je určená časovou konštantou RC vodiča dĺžky L, ktorá sa rovná rcL2, kde r a c sú odpor a kapacita na jednotku dĺžky, resp. Thomson prispel aj k technológii podmorských káblov. Zdokonalil zrkadlový galvanometer, v ktorom sa najmenšie odchýlky zrkadla spôsobené prúdom zosilňovali premietaním na plátno. Neskôr vynašiel zariadenie, ktoré registruje signály atramentom na papieri.
Technológia podmorských káblov bola vylepšená po objavení gutaperče v roku 1843 v Anglicku. Táto živica zo stromu pochádzajúceho z Malajského polostrova bola ideálnym izolantom, pretože bola termoplastická, pri zahriatí zmäkla a po ochladení sa vrátila do pevnej formy, čo uľahčilo izoláciu vodičov. V podmienkach tlaku a teploty na dne oceánu jeho izolačné vlastnostivylepšený. Gutaperča zostala hlavným izolačným materiálom pre podmorské káble až do objavenia polyetylénu v roku 1933.
Projekty v teréne
Cyrus Field viedol 2 projekty, z ktorých prvý zlyhal a druhý skončil úspechom. V oboch prípadoch sa káble skladali z jedného 7-žilového drôtu obklopeného gutaperčou a pancierovaného oceľovým drôtom. Dechtované konope poskytovalo ochranu proti korózii. Námorná míľa kábla z roku 1858 vážila 907 kg. Transatlantický kábel z roku 1866 bol ťažší, 1 622 kg/míľu, ale keďže mal väčší objem, vo vode vážil menej. Pevnosť v ťahu bola 3t a 7,5t.
Všetky káble mali jeden spätný vodič vody. Morská voda má síce menší odpor, no podlieha bludným prúdom. Energiu dodávali chemické zdroje prúdu. Napríklad projekt z roku 1858 mal 70 prvkov po 1,1 V. Tieto úrovne napätia v kombinácii s nesprávnym a neopatrným skladovaním spôsobili zlyhanie hlbokomorského transatlantického kábla. Použitie zrkadlového galvanometra umožnilo použiť nižšie napätia v nasledujúcich vedeniach. Pretože odpor bol približne 3 ohmy na námornú míľu, vo vzdialenosti 2 000 míľ bolo možné prenášať prúdy rádovo miliampér, dostatočné pre zrkadlový galvanometer. V 60. rokoch 19. storočia bol zavedený bipolárny telegrafný kód. Bodky a ťahy Morseovej abecedy boli nahradené impulzmi s opačnou polaritou. Postupom času sa vyvinulzložitejšie schémy.
Expedície 1857-58 a 65-66
350 000 £ sa vyzbieralo prostredníctvom emisie akcií na položenie prvého transatlantického kábla. Americká a britská vláda garantovali návratnosť investícií. Prvý pokus sa uskutočnil v roku 1857. Na prepravu kábla boli potrebné 2 parníky, Agamemnon a Niagara. Elektrikári schválili metódu, pri ktorej jedna loď položila vedenie z pobrežnej stanice a potom pripojila druhý koniec ku káblu na inej lodi. Výhodou bolo, že udržalo nepretržité elektrické spojenie s brehom. Prvý pokus skončil neúspechom, keď zariadenie na kladenie káblov zlyhalo 200 míľ od pobrežia. Stratilo sa v hĺbke 3,7 km.
V roku 1857 hlavný inžinier Niagary William Everett vyvinul nové zariadenie na kladenie káblov. Pozoruhodným zlepšením bola automatická brzda, ktorá sa aktivovala, keď napätie dosiahlo určitú hranicu.
Po prudkej búrke, ktorá takmer potopila Agamemnon, sa lode stretli uprostred oceánu a 25. júna 1858 opäť začali klásť transatlantický kábel. Niagara sa pohybovala na západ a Agamemnon sa pohyboval na východ. Boli urobené 2 pokusy, prerušené poškodením kábla. Lode sa vrátili do Írska, aby ho nahradili.
17. júla sa flotila opäť vydala na cestu. Po menších škytavkách bola operácia úspešná. Kráčajúc konštantnou rýchlosťou 5–6 uzlov, 4. augusta vstúpili Niagarav Trinity Bay Newfoundland. V ten istý deň dorazil Agamemnon do zátoky Valentia v Írsku. Kráľovná Viktória poslala prvú uvítaciu správu opísanú vyššie.
Výprava z roku 1865 zlyhala 600 míľ od Newfoundlandu a iba pokus z roku 1866 bol úspešný. Prvá správa na novej linke bola odoslaná z Vancouveru do Londýna 31. júla 1866. Okrem toho sa našiel koniec kábla strateného v roku 1865 a linka bola tiež úspešne dokončená. Rýchlosť prenosu bola 6 – 8 slov za minútu za cenu 10 USD/slovo.
Telefónna komunikácia
V roku 1919 iniciovala americká spoločnosť AT&T štúdiu o možnosti položenia transatlantického telefónneho kábla. V roku 1921 bola medzi Key West a Havanou položená hlbokovodná telefónna linka.
V roku 1928 bolo navrhnuté položiť kábel bez opakovačov s jediným hlasovým kanálom cez Atlantický oceán. Vysoké náklady na projekt (15 miliónov dolárov) na vrchole Veľkej hospodárskej krízy, ako aj vylepšenia rádiovej technológie, projekt prerušili.
Začiatkom 30. rokov 20. storočia vývoj v elektronike umožnil vytvoriť podmorský káblový systém s opakovačmi. Požiadavky na konštrukciu medzičlánkových zosilňovačov boli bezprecedentné, pretože zariadenia museli nepretržite fungovať na dne oceánu 20 rokov. Na spoľahlivosť komponentov, najmä vákuových trubíc, boli kladené prísne požiadavky. V roku 1932 už existovali elektrické lampy, ktoré boli úspešne testované v rna 18 rokov. Použité rádiové prvky boli výrazne horšie ako najlepšie vzorky, ale boli veľmi spoľahlivé. Výsledkom bolo, že TAT-1 fungoval 22 rokov a nezlyhala ani jedna lampa.
Ďalším problémom bolo kladenie zosilňovačov na otvorenom mori v hĺbke až 4 km. Keď sa loď zastaví, aby sa resetoval opakovač, na kábli so špirálovým pancierom sa môžu objaviť zalomenia. V dôsledku toho bol použitý flexibilný zosilňovač, do ktorého sa zmestili zariadenia určené pre telegrafný kábel. Fyzické obmedzenia flexibilného zosilňovača však obmedzili jeho kapacitu na 4-vodičový systém.
UK Post vyvinula alternatívny prístup s tvrdými opakovačmi s oveľa väčším priemerom a kapacitou.
Implementácia TAT-1
Projekt bol reštartovaný po druhej svetovej vojne. V roku 1950 bola technológia flexibilného zosilňovača testovaná systémom spájajúcim Key West a Havanu. V lete 1955 a 1956 bol položený prvý transatlantický telefónny kábel medzi Obanom v Škótsku a Clarenville na ostrove. Newfoundland, značne severne od existujúcich telegrafných liniek. Každý kábel bol dlhý asi 1950 námorných míľ a mal 51 opakovačov. Ich počet bol určený maximálnym napätím na svorkách, ktoré bolo možné použiť na napájanie bez ovplyvnenia spoľahlivosti vysokonapäťových komponentov. Napätie bolo +2000 V na jednom konci a -2000 V na druhom konci. Šírka pásma systému, v jehofront bol určený počtom opakovačov.
Okrem opakovačov bolo nainštalovaných 8 podmorských ekvalizérov na línii východ – západ a 6 na linke západ – východ. Korigovali nahromadené posuny vo frekvenčnom pásme. Hoci celková strata v šírke pásma 144 kHz bola 2100 dB, použitie ekvalizérov a zosilňovačov ju znížilo na menej ako 1 dB.
Začíname TAT-1
Za prvých 24 hodín po spustení 25. septembra 1956 sa uskutočnilo 588 hovorov z Londýna a USA a 119 z Londýna do Kanady. TAT-1 okamžite strojnásobil kapacitu transatlantickej siete. Šírka pásma kábla bola 20-164 kHz, čo umožňovalo 36 hlasových kanálov (každý 4 kHz), z ktorých 6 bolo rozdelených medzi Londýn a Montreal a 29 medzi Londýn a New York. Jeden kanál bol určený pre telegraf a službu.
Systém zahŕňal aj pozemné spojenie cez Newfoundland a podmorské spojenie s Novým Škótskom. Dve linky pozostávali z jediného kábla s dĺžkou 271 námorných míľ so 14 pevnými opakovačmi navrhnutými pre UK Post. Celková kapacita bola 60 hlasových kanálov, z ktorých 24 spájalo Newfoundland a Nové Škótsko.
Ďalšie vylepšenia TAT-1
Riadka TAT-1 stála 42 miliónov dolárov. Cena 1 milión USD za kanál podnietila vývoj koncových zariadení, ktoré by efektívnejšie využívali šírku pásma. Počet hlasových kanálov v štandardnom frekvenčnom rozsahu 48 kHz sa zvýšil z 12 na 16 zníženímich šírka od 4 do 3 kHz. Ďalšou inováciou bola interpolácia časovej reči (TASI) vyvinutá v Bell Labs. TASI zdvojnásobila počet hlasových okruhov vďaka rečovým pauzám.
Optické systémy
Prvý transoceánsky optický kábel TAT-8 bol uvedený do prevádzky v roku 1988. Opakovače regenerovali impulzy premenou optických signálov na elektrické a naopak. Dva pracovné páry vlákien pracovali rýchlosťou 280 Mbps. V roku 1989 IBM vďaka tomuto transatlantickému internetovému káblu súhlasila s financovaním prepojenia na úrovni T1 medzi Cornwallskou univerzitou a CERN, čo výrazne zlepšilo spojenie medzi americkou a európskou časťou raného internetu.
Do roku 1993 bolo na celom svete v prevádzke viac ako 125 000 km TAT-8. Toto číslo takmer zodpovedalo celkovej dĺžke analógových podmorských káblov. V roku 1992 vstúpil TAT-9 do služby. Rýchlosť na vlákno bola zvýšená na 580 Mbps.
Technologický prielom
Koncom 90. rokov viedol vývoj optických zosilňovačov dopovaných erbiom ku kvantovému skoku v kvalite podmorských káblových systémov. Svetelné signály s vlnovou dĺžkou cca 1,55 mikrónu je možné priamo zosilniť a priepustnosť už nie je obmedzená rýchlosťou elektroniky. Prvý opticky vylepšený systém, ktorý preletel cez Atlantický oceán, bol TAT 12/13 v roku 1996. Prenosová rýchlosť na každom z dvoch párov vlákien bola 5 Gbps.
Moderné optické systémy umožňujú prenos tak veľkých objemovúdajov, že redundancia je kritická. Moderné optické káble, ako napríklad TAT-14, sa zvyčajne skladajú z 2 samostatných transatlantických káblov, ktoré sú súčasťou kruhovej topológie. Ďalšie dve linky spájajú pobrežné stanice na každej strane Atlantického oceánu. Dáta sa posielajú po kruhu v oboch smeroch. V prípade prasknutia sa krúžok sám opraví. Premávka je presmerovaná na náhradné páry vlákien v servisných kábloch.
