Артур Кларк - Голоc через океан
Интересно, что через 500 километров, в Портленде (штат Мэн), электромагнитные волны из кабеля действительно переходят в эфир, претерпевая при этом ещё одно частотное преобразование.
Дальнейшая передача от Портленда идёт по радиорелейной линии связи, от вышки к вышке, с частотой примерно 4000 мегагерц (т. е. 4 миллиарда герц), что соответствует волнам длиной 7-8 сантиметров, подобным тем, которые используются во многих радиолокационных установках. Ультракороткие волны пересекают штаты Мэн, Нью-Брунсуик и территорию Новой Шотландии, проходят расстояние в общей сложности около 1100 километров и достигают местечка Сидни-Майнс, расположенного на берегу залива Святого Лаврентия, как раз напротив острова Ньюфаундленд. Здесь кабель уходит под воду, неся волны, преобразованные до частот 20-260 килогерц.
Шестьсот километров сигналы идут по одному коаксиальному кабелю через шестнадцать усилителей двустороннего действия, расположенных через равные интервалы. Причём каждый телефонный разговор проходит совершенно независимо от тридцати пяти других разговоров, передаваемых параллельно с ним, и тридцати шести разговоров, идущих навстречу. Всё это обеспечивается предоставлением для каждого телефонного разговора своего частотного канала.
Рельеф дна океана на трассе первого трансатлантического телефонного кабеля ТАТ-1
На этом участке максимальная глубина прокладки кабеля составляет 360 метров. Затем сигналы на тех же частотах передаются в Кларенвилл, где начинается трансатлантический двухкабельный участок магистрали. На протяжении 3600 километров, иногда погружаясь на глубину до 4200 метров, сигналы идут по одному из кабелей (южному), проложенных по дну Атлантики. На этом пути сигналы пятьдесят один раз многократно усиливаются для того, чтобы достичь противоположного берега без потерь.
В девятистах километрах от британских берегов сигналы пересекают район подводных скал, известный под названием "банка Роколл", на протяжении тысячи метров следуют по нему, а затем опять уходят глубоко на дно океана. В 370 километрах от шотландского побережья начинается подъём морского дна, сначала резкий, а потом медленный, и, наконец, у небольшого городка Обан кабель выходит на поверхность. Впереди ещё 900 километров пути, но трудности уже позади. Дальше сигналы идут по коаксиальному кабелю, без помех достигают Глазго и, наконец, Лондона. Нет необходимости описывать их преобразование в человеческую речь, так как всё это следует в обратном порядке, вплоть до того момента, когда вибрирующая мембрана воспроизведёт человеческий голос, примерно так же, как это было во времена Грэхема Белла почти девяносто лет назад.
Потребовалось примерно две-три минуты, чтобы описать путь, который преодолевает человеческое слово, переданное из Нью-Йорка в Лондон. Для передачи же одного слова требуется в настоящее время не более одной десятой доли секунды. Как далеко шагнула техника! Ведь когда-то приветствие самой английской королевы Виктории американскому президенту Бьюкенену шло шестнадцать часов…
XXI. НЕМНОГО ОБ ЭЛЕКТРОНИКЕ
Эта глава предназначена для тех читателей, которые имеют представление об электронике, а также желание несколько подробнее ознакомиться с решением некоторых вопросов, возникших при прокладке трансатлантического телефонного кабеля. В то же время большая часть материала, излагаемого в настоящей главе, не столь уж трудна и для остальных читателей, если они, конечно, пожелают дочитать книгу до конца.
Что касается подводных усилителей, то наибольшую трудность представляет обеспечение надёжности и долговечности их работы. Рано или поздно каждый усилитель выходит из строя и должен быть заменён. Причём затраты, связанные с простоем системы связи, посылкой кабельного судна, заменой повреждённого усилителя, чрезвычайно велики. Трансатлантическая телефонная система рассчитана на двадцать лет и каждая деталь электрической цепи до установки была подвергнута всесторонним испытаниям.
Одну из причин, которые могут вызвать повреждение, обнаружил человек, работавший в области телефонной связи, но не имевший никакого отношения к проекту подводного кабеля. Он открыл явление, ранее никому неизвестное, связанное с образованием так называемых "усов". При определённых условиях на олове и других металлах появляются тонкие, как волос, образования, похожие на усы; соединившись, они могут вызвать короткое замыкание.
Открытие было сделано в 1951 году. Вероятно, сотни людей замечали это и раньше, но, принимая усы за плесневые наросты, снимали их, не придавая им значения. К счастью, "усы" обнаружили до того, как трансатлантическая телефонная линия была сооружена; целые партии электронных ламп пришлось выбросить, так как имевшиеся в них выводные концы были покрыты оловом.
Это, между прочим, не единственное из необычных качеств олова. При низких температурах оно обладает способностью превращаться в порошок; когда капитан Скотт и его спутники на обратном пути с Южного полюса пришли на свою базу, они нашли керосиновые бидоны пустыми. Из-за мороза олово в местах пайки раскрошилось, и драгоценное в полярных условиях горючее вытекло. Смельчаки, измученные, лишённые тепла и горячей пищи, погибли.
В следующих главах будет рассказано о мерах предосторожности, которые предпринимались для предотвращения механических и электрических повреждений; осуществлялся строжайший отбор материалов; производство и сборка происходили в условиях полной стерильности.
Лаборатории Белла ещё в тридцатых годах начали всесторонние испытания электронных ламп. К моменту начала прокладки кабеля инженеры имели возможность убедиться в надёжной работе ламп на протяжении 17 лет. Вот почему американские инженеры применили для подводных усилителей лампы модели тридцатых годов.
В каждом усилителе трансатлантического кабеля установлено по три пентода с напряжением на аноде 50 вольт и напряжением накала 18 вольт. Разность потенциалов между ньюфаундлендским и шотландским концами кабеля, необходимая для дистанционного питания всех последовательно включённых в линию усилителей, — 4000 вольт. Все 306 ламп усилителей обоих направлений составляют единую систему, и, если хоть одна лампа выйдет из строя, связь будет нарушена.
Но рано или поздно это случится. Тогда возникнет вопрос, как обнаружить место повреждения в кабеле длиной 3600 километров. Если бы речь шла о линии без усилителей, то задача не представляла бы трудности. Метод определения места повреждения известен давно, но, к сожалению, в данном случае он неприменим.
Инженеры нашли оригинальный способ обнаружения повреждений кабельной линии с усилителями. В цепь обратной связи каждого усилителя включается кристалл, который настроен в резонанс на очень узкую полосу частот (100 герц), расположенную несколько выше рабочего диапазона. Для каждого усилителя выбрана своя полоса. Схема построена так, что усиление усилителя в резонансной полосе возрастает почти на 3 непера, что влечёт за собой появление на выходе усилителя "пика" шума, который, не попадая в рабочий диапазон частот, может быть обнаружен специальными приборами на приёмных концах линии.
Если все усилители исправны, то станция уловит "пики" шумов, соответствующие каждому из них. Но если один усилитель выйдет из строя, будут обнаружены "пики" только тех усилителей, которые расположены между местом повреждения и приёмной оконечной станцией. С целью осуществления такого контроля необходимо одно условие – вся линия в целом должна пропускать ток дистанционного питания, даже если какая-то лампа выйдет из строя, с тем, чтобы работали исправные цепи. Для выполнения этого условия в каждом усилителе устанавливается газоразрядная лампа, которая зажигается и пропускает ток питания в случае выхода из строя электронной лампы. Система в целом не сможет транслировать речь, однако испытательные цепи будут функционировать.
Любопытно, что метод обнаружения дефектных усилителей позволил также определять температуру на океанском дне. Кристаллы, включённые в усилители, поддаются температурным изменениям и при этом изменяют пропускаемую частоту. И хотя изменению окружающей температуры на 1° соответствует изменение частоты всего на 1 герц, эти изменения могут быть обнаружены береговой станцией.
Схема усилителей, применённых в трансатлантической линии, весьма сложна. Усиление усилителя возрастает от 2,3 непера на частоте 20 килогерц до 6,9 непера на частоте 160 килогерц так, чтобы полностью компенсировать затухание предыдущего участка кабеля на всех частотах.
Однако, несмотря на все расчёты и испытания, выполненные в лабораториях, характеристики тракта, состоящего из усилителей, уложенных на морское дно вместе с секциями кабелей, несколько меняются. Частично это происходит из-за разницы в температуре и давлении, но иногда изменения трудно объяснить только этими факторами и их обозначают термином "эффект прокладки", природа которого до конца ещё не изучена.
