150 år siden, den 16. august 1858, modtog USA's præsident James Buchanan et lykønskningstelegram fra dronning Victoria og sendte hende en besked til gengæld. Den første officielle udveksling af beskeder over det nyligt anlagte transatlantiske telegrafkabel blev markeret med en parade og fyrværkeri over New Yorks rådhus. Festlighederne blev overskygget af en brand, der skete af denne grund, og efter 6 uger svigtede kablet. Sandt nok, selv før det fungerede han ikke særlig godt - beskeden fra dronningen blev sendt inden for 16,5 timer.
Fra idé til projekt
Det første telegraf- og Atlanterhavs-forslag var en relæordning, hvor meddelelser leveret af skibe skulle telegraferes fra Newfoundland til resten af Nordamerika. Problemet var konstruktionen af en telegraflinje langs øens vanskelige terræn.
Anmodningen om hjælp fra den ingeniør, der var ansvarlig for projektet, tiltrak amerikanerenforretningsmand og finansmand Cyrus Field. I løbet af sit arbejde krydsede han havet mere end 30 gange. På trods af de tilbageslag, Field stod over for, førte hans entusiasme til succes.
Forretningsmanden hoppede straks på ideen om en transatlantisk bankoverførsel. I modsætning til jordbaserede systemer, hvor impulserne blev regenereret af relæer, måtte den transoceaniske linje klare sig med et enkelt kabel. Field modtog forsikringer fra Samuel Morse og Michael Faraday om, at signalet kunne transmitteres over lange afstande.
William Thompson gav det teoretiske grundlag for dette ved at udgive den omvendte kvadratlov i 1855. Stigetiden for en impuls, der passerer gennem et kabel uden en induktiv belastning, bestemmes af tidskonstanten RC for en leder af længden L, lig med rcL2, hvor r og c er modstanden og kapacitans pr. længdeenhed. Thomson bidrog også til undersøisk kabelteknologi. Han forbedrede spejlgalvanometeret, hvor de mindste afvigelser af spejlet forårsaget af strømmen blev forstærket ved projektion på en skærm. Senere opfandt han en enhed, der registrerer signaler med blæk på papir.
Ubådskabelteknologi blev forbedret, efter guttaperka dukkede op i 1843 i England. Denne harpiks fra et træ hjemmehørende på den malaysiske halvø var en ideel isolator, fordi den var termoplastisk, blødgjort, når den blev opvarmet, og vendte tilbage til en fast form, når den blev afkølet, hvilket gjorde det lettere at isolere lederne. Under betingelserne for tryk og temperatur på bunden af havet, dets isolerende egenskaberforbedret. Guttaperka forblev det vigtigste isoleringsmateriale til søkabler indtil opdagelsen af polyethylen i 1933.
Feltprojekter
Cyrus Field ledede 2 projekter, hvoraf det første mislykkedes, og det andet endte med succes. I begge tilfælde bestod kablerne af en enkelt 7-leder tråd omgivet af guttaperka og pansret med ståltråd. Tjæret hamp gav korrosionsbeskyttelse. Sømilen på 1858-kablet vejede 907 kg. Det transatlantiske kabel fra 1866 var tungere med 1.622 kg/mile, men fordi det havde mere volumen, vejede det mindre i vandet. Trækstyrken var henholdsvis 3t og 7,5t.
Alle kabler havde én vandreturleder. Selvom havvand har mindre modstand, er det udsat for vildfarne strømme. Strøm blev leveret af kemiske strømkilder. For eksempel havde 1858-projektet 70 elementer på hver 1,1 V. Disse spændingsniveauer, kombineret med ukorrekt og skødesløs opbevaring, fik det transatlantiske dybhavskabel til at svigte. Brugen af et spejlgalvanometer gjorde det muligt at bruge lavere spændinger i efterfølgende ledninger. Da modstanden var cirka 3 ohm pr. sømil, i en afstand af 2000 miles, kunne strømme i størrelsesordenen en milliampere, tilstrækkeligt til et spejlgalvanometer, føres. I 1860'erne blev en bipolar telegrafkode indført. Morsekodens prikker og streger er blevet erstattet med impulser med modsat polaritet. Over tid udvikletmere komplekse ordninger.
Ekspeditioner 1857-58 og 65-66
£350.000 blev rejst gennem udstedelse af aktier for at lægge det første transatlantiske kabel. Den amerikanske og britiske regering garanterede et afkast af investeringen. Det første forsøg blev gjort i 1857. Det tog 2 dampskibe, Agamemnon og Niagara, at transportere kablet. Elektrikerne godkendte en metode, hvor et skib lagde ledningen fra en landstation og derefter koblede den anden ende til et kabel på et andet skib. Fordelen var, at den holdt en kontinuerlig elektrisk forbindelse med kysten. Det første forsøg endte i fiasko, da kabellægningsudstyret fejlede 200 miles offshore. Den blev tabt i en dybde på 3,7 km.
I 1857 udviklede Niagaras chefingeniør, William Everett, nyt kabellægningsudstyr. En bemærkelsesværdig forbedring var en automatisk bremse, der blev aktiveret, når spændingen nåede en vis tærskel.
Efter en voldsom storm, der næsten sænkede Agamemnon, mødtes skibene midt i havet og begyndte den 25. juni 1858 at lægge det transatlantiske kabel igen. Niagara bevægede sig mod vest, og Agamemnon bevægede sig mod øst. Der blev gjort 2 forsøg, afbrudt af skader på kablet. Skibene vendte tilbage til Irland for at erstatte ham.
Den 17. juli drog flåden igen afsted for at møde hinanden. Efter mindre hikke var operationen en succes. Med en konstant hastighed på 5-6 knob gik Niagaraen den 4. august indi Trinity Bay Newfoundland. Samme dag ankom Agamemnon til Valentia Bay i Irland. Dronning Victoria sendte den første hilsen beskrevet ovenfor.
1865-ekspeditionen mislykkedes 600 miles fra Newfoundland, og kun 1866-forsøget lykkedes. Den første besked på den nye linje blev sendt fra Vancouver til London den 31. juli 1866. Derudover blev enden af et kabel tabt i 1865 fundet, og linjen blev også gennemført med succes. Overførselshastigheden var 6-8 ord i minuttet til en pris på 10 USD/ord.
Telefonkommunikation
I 1919 indledte det amerikanske firma AT&T en undersøgelse af muligheden for at lægge et transatlantisk telefonkabel. I 1921 blev der anlagt en telefonlinje på dybt vand mellem Key West og Havana.
I 1928 blev det foreslået at lægge et kabel uden repeatere med en enkelt stemmekanal over Atlanterhavet. De høje omkostninger ved projektet ($15 millioner) på højden af den store depression, samt forbedringer i radioteknologi, afbrød projektet.
I begyndelsen af 1930'erne gjorde udviklingen inden for elektronik det muligt at skabe et undersøisk kabelsystem med repeatere. Kravene til design af mellemledsforstærkere var uden fortilfælde, da enhederne skulle fungere uafbrudt på havbunden i 20 år. Der blev stillet strenge krav til komponenternes pålidelighed, især vakuumrør. I 1932 var der allerede elektriske lamper, som med succes blev testet ii 18 år. De anvendte radioelementer var betydeligt ringere end de bedste prøver, men de var meget pålidelige. Som følge heraf virkede TAT-1 i 22 år, og ikke en eneste lampe fejlede.
Et andet problem var lægningen af forstærkere i åbent hav i en dybde på op til 4 km. Når skibet stoppes for at nulstille repeateren, kan der opstå knæk på kablet med skrueformet panser. Som følge heraf blev der brugt en fleksibel forstærker, som kunne passe til udstyr designet til telegrafkabel. De fysiske begrænsninger af den fleksible repeater begrænsede imidlertid dens kapacitet til et 4-leder system.
UK Post har udviklet en alternativ tilgang med hårde repeatere med meget større diameter og kapacitet.
Implementering af TAT-1
Projektet blev genstartet efter Anden Verdenskrig. I 1950 blev fleksibel forstærkerteknologi testet af et system, der forbinder Key West og Havana. I sommeren 1955 og 1956 blev det første transatlantiske telefonkabel lagt mellem Oban i Skotland og Clarenville på øen. Newfoundland, et godt stykke nord for eksisterende telegraflinjer. Hvert kabel var omkring 1950 sømil langt og havde 51 repeatere. Deres antal blev bestemt af den maksimale spænding ved terminalerne, der kunne bruges til strøm uden at påvirke pålideligheden af højspændingskomponenter. Spændingen var +2000 V i den ene ende og -2000 V i den anden. Systemets båndbredde, i sinkøen blev bestemt af antallet af repeatere.
Ud over repeaterne blev der installeret 8 undersøiske equalizere på øst-vest-linjen og 6 på vest-øst-linjen. De korrigerede de akkumulerede skift i frekvensbåndet. Selvom det samlede tab i 144 kHz-båndbredden var 2100 dB, reducerede brugen af equalizere og repeatere dette til mindre end 1 dB.
Kom godt i gang TAT-1
I de første 24 timer efter lanceringen den 25. september 1956 blev der foretaget 588 opkald fra London og USA og 119 fra London til Canada. TAT-1 tredoblede straks kapaciteten af det transatlantiske netværk. Kabelbåndbredden var 20-164 kHz, hvilket gav mulighed for 36 talekanaler (4 kHz hver), hvoraf 6 var fordelt mellem London og Montreal og 29 mellem London og New York. Én kanal var beregnet til telegrafen og tjenesten.
Systemet omfattede også en landforbindelse gennem Newfoundland og en ubådsforbindelse til Nova Scotia. De to linjer bestod af et enkelt 271 sømils kabel med 14 UK Post-designede stive repeatere. Den samlede kapacitet var 60 talekanaler, hvoraf 24 forbandt Newfoundland og Nova Scotia.
Yderligere forbedringer af TAT-1
TAT-1-linjen kostede 42 millioner dollars. Prisen på $1 million pr. kanal stimulerede udviklingen af terminaludstyr, der ville bruge båndbredden mere effektivt. Antallet af talekanaler i standard 48 kHz frekvensområdet er blevet øget fra 12 til 16 ved at reducerederes bredde fra 4 til 3 kHz. En anden nyskabelse var temporal speech interpolation (TASI) udviklet på Bell Labs. TASI fordoblede antallet af stemmekredsløb takket være talepauser.
Optiske systemer
Det første transoceaniske optiske kabel TAT-8 blev sat i drift i 1988. Repeatere regenererede impulser ved at konvertere optiske signaler til elektriske og omvendt. To fungerende par fibre arbejdede med en hastighed på 280 Mbps. I 1989, takket være dette transatlantiske internetkabel, indvilligede IBM i at finansiere en T1-forbindelse mellem Cornwall University og CERN, hvilket væsentligt forbedrede forbindelsen mellem den amerikanske og europæiske del af det tidlige internet.
I 1993 var mere end 125.000 km TAT-8 i drift på verdensplan. Dette tal svarede næsten til den samlede længde af analoge søkabler. I 1992 kom TAT-9 i drift. Hastigheden pr. fiber er blevet øget til 580 Mbps.
Teknologisk gennembrud
I slutningen af 1990'erne førte udviklingen af erbium-dopede optiske forstærkere til et kvantespring i kvaliteten af undersøiske kabelsystemer. Lyssignaler med en bølgelængde på omkring 1,55 mikron kan forstærkes direkte, og gennemløbet er ikke længere begrænset af elektronikkens hastighed. Det første optisk forbedrede system, der fløj over Atlanterhavet, var TAT 12/13 i 1996. Transmissionshastigheden på hvert af de to fiberpar var 5 Gbps.
Moderne optiske systemer tillader transmission af så store mængderdata om, at redundans er kritisk. Typisk består moderne fiberoptiske kabler såsom TAT-14 af 2 separate transatlantiske kabler, der er en del af en ringtopologi. De to andre linjer forbinder kyststationer på hver side af Atlanterhavet. Data sendes rundt i ringen i begge retninger. I tilfælde af en pause vil ringen reparere sig selv. Trafikken omdirigeres for at skåne fiberpar i servicekabler.
