Абсолютная глобализация: как подводные интернет-кабели объединили планету

До конца 2021 года большая доля сетей оптоволоконных кабелей была под контролем стран, и фирм, предоставляющих услуги телекоммуникации. Теперь, согласно данным The Wall Street Journal, четвёрка мировых IT-компаний — Microsoft, Google, Meta, и Amazon являются главными потребителями оптоволоконных мощностей. Они владеют долей в 65%.

И этот факт вызывает легкую обеспокоенность у экспертов отрасли. Причина в том, что основные «игроки» в сегменте интернет-услуг могут завладеть инфраструктурой, чтобы обеспечить свои поставки.

Журналисты WSJ проводят параллель — к чему может привести ситуация, когда Amazon владеет всеми дорогами, по которым доставляет посылки? То есть, скорость трафика будет существенно снижена для обычных пользователей, в то время как четыре компании получают максимальный приоритет с минимальными задержками.

И хотя опасение специалистов вполне справедливо, на деле обычные юзеры оказались в плюсе. Появление крупных игроков IT-сегмента уменьшило цену на услуги доступа к сети. Если взглянуть на использование передачи данных, то на глобальном уровне скорость увеличилась на 41%.

Смола, конопля или слой гуттаперчи — как ученые и бизнесмены пытались покорить морское дно

В 1839 году учёные Уильям Кук и Чарльз Уитстон явили миру свое изобретение — телеграф. В этом же году возникла идея создать линию связи через Атлантический океан. Тогда главным лоббистом этой идеи был Сэмюэль Морзе, человек, который известен многим по изобретению азбуки Морзе. Американский изобретатель реализовал задумку всего через три года. В 1842 году ему удалось проложить провод в гавани Нью-Йорк. К сожалению, триумф был недолгим — спустя короткое время кабель повредили местные «джентльмены удачи». Искатели приняли кабель за морское сокровище, поэтому разрезали его.

И хотя одними из первых «вредителей» в области телекоммуникаций были люди, они не являлись основным препятствием на пути развития подводных систем. Долговечность и прочность кабеля — эти проблемы требовали скорейшего решения. Чтобы изолировать провода, Морзе применял каучук и просмоленную коноплю. Однако этого было недостаточно.

К счастью, 1842-й год стал годом открытия смолы дерева Palaquium gutta. Её из Индии в Европу привез хирург Уильям Монтгомери. Материал под названием гуттаперча отличался эластичностью и высокой прочностью. Монтгомери видел в материале перспективу — можно было создавать хирургические инструменты. А вот ученому из Великобритании, Майклу Фарадею, пришла в голову идея использовать смолу как основу для изолятора.

К 1850 году в мире насчитывалось больше 50 телеграфных компаний, многие из них были заинтересованы проложить связь между континентами. Кому-то это удалось без проблем. К примеру, братья Джейкоб и Джон Воткинс Бретт, владельцы компании English Channel Submarine Telegraph Company, объединили связью Францию и Великобританию. Для этого они протянули провод по дну пролива Ла-Манш. 

В этом же году инженер Фредерик Гисборн решил реализовать амбициозный проект. Канадский владелец телеграфной компании собрался создать коммуникацию на вдоль берега Америки. В планы входило проложить связь на северо-восточной его части. Таким образом можно было соединить Новую Шотландию и Ньюфаундленд. К сожалению, линия была нерентабельной, поэтому в 1853 году предприятие Гисборна закрылось.

Через год о проекте Гисборна узнал Сайрус Филд — бизнесмен, который занимался крупными финансовыми операциями и продажей бумаги. Предпринимателя заинтересовала идея проложить линию между Ньюфаундлендом и Ирландией, для этого он обратился за консультацией к Морзе, а также главе Национальной обсерватории в Вашингтоне, Мэтью Фонтейну Мори.

Бизнесмен основал компанию New York, Newfoundland & London Telegraph, его бизнес-партнерами стали Питер Купер, Моисей Тейлор и Маршал Оуэн Роберт. Параллельно предприниматель организовал Атлантическую телеграфную компанию в Лондоне. Благодаря этому Филд получил гранты от правительства Великобритании и США.

Лондон выделял 14 000 фунтов в год с последующим сокращением до 10 000, Вашингтон со скрипом выделял 70 000 долларов. Американское правительство волновал тот факт, что оба конца кабеля находились на подконтрольной Британии территории.

Человечество одержало победу, но это только начало

Проект кабеля через Атлантический океан одобрили. Первая попытка проложить трансатлантическую линию была проделана в 1957 году. Трос представлял собой медные провода в количестве семи штук. В качестве изоляции использовали латекс, гуттаперчу. Дополнительно провод защищало покрытие из просмоленной конопли. Внешняя оболочка спиралевидной формы состояла из металлической проволоки. Внушительный провод не сработал — он быстро износился и в конечном итоге произошёл разрыв.

Повторный заход в июне 1958 года провалился. Причиной стали тот же износ с последующим обрывом. В период с июля по август 1958-го прокладка кабеля была завершена. Навстречу друг другу отправилось два судна. «Агамемнон» и «Ниагара» пересеклись 29 июля. Они соединили кабели общей длиной 4000 км.

В середине августа было отправлена историческая телеграмма. Королева Виктория, которая правила в Великобритании на тот момент поздравила президента США Джеймса Бьюкенена с запуском линии. Она заявила о победе, отметив «большую международную работу». Передача 103 слов заняла 16 часов. Глава США отметил, что это «это триумф более славный, потому что гораздо более полезный для человечества, чем когда-либо завоеванный на поле битвы». Для передачи полного текста из 143 слов потребовалось 10 часов.

Занимательно, что для передачи короткого по современным меркам сообщения азбукой Морзе нужно было потратить столько времени. Сейчас скорость передачи данных — больше 200 терабит в секунду. Рекордсменом пропускной способности является провод MAREA, который проложили между США и Испанией. Совместный проект компаний телекоммуникационной компании Telxius и двух техногигантов Meta и Microsoft, который соединяет Бильбао и Вирджиния-Бич показывает результат 224 Tbps.



Из чего состоит современный подводный провод

Подводные линии (которых в мире насчитывается больше 436), состоят из нескольких оптоволоконных нитей. Толщина нитей не больше волоса человека. Типичный провод насчитывает 4-12 подобных нитей. Если он проложен в месте, где ему не нужна особая защита, его толщина сопоставима с большим пальцем. Такой кабель покрывают «бронёй» из кевлара, нержавеющей сталью и слоем пластика.

В мелководье или на большой глубине, где кабель должен быть более прочным, диаметр провода размером с запястье. Максимально защищенный провод состоит из медной трубки, по которой проходит электричество. Она нужна для работы усилителей сигнала. Так как вдоль кабеля через каждые 40-80 километров стоят ретрансляторы, которые усиливают сигнал, в строении кабеля используют медь для их питания.

Медь окружает пластиковая трубка, затем следует алюминиевый противоударный барьер и многожильная стальная проволока. Дополнительно кабель могут оплести еще одной стальной проволокой, если требуется дополнительная защита, затем нейлоновым тросом, затем — смолой. Последний элемент — пластиковое покрытие для герметизации. К слову, общая длина кабелей составляет достигает 1,3 миллиона километров.

Как прокладывают кабели

Сначала кабели должны быть погружены на кабелеукладочное судно, которое доставит их в море. Некоторые из этих судов могут вмещать до 2 000 километров кабеля на борту. Только погрузка кабеля может занять от 3 до 4 недель, после чего, при наличии соответствующего оборудования, его можно укладывать. Скорость этого процесса — примерно 200 километров в день.

Как только провод погружен на борт судна, он прокладывается с берега и постепенно спускается на дно. Судно, прокладывающее кабель, подходит как можно ближе суше, не садясь на мель, и начинает копать. Корабли тянут за собой плуг. Он одновременно роет ров и укладывает туда провод.

Иногда провод приходится поднимать, например, если он натыкается на другой кабель, или если он не может быть закопан. Маршрут, по которому пойдет судно, тщательно планируется - учитываются подводные горы, долины, коралловые рифы, скалы и линии разломов. Желательно, чтобы кабели были проложены в местах, где риск повреждения якорями и рыболовными траулерами сводился к минимуму. Чтобы сэкономить время, суда могут начать прокладку линии с двух разных точек, а затем соединить оба кабеля вместе.

Что представляет опасность для кабеля и как его починить

На самом деле подводные кабели часто выходят из строя, но для большинства пользователей этот факт остается незамеченным. Так как большинство компаний распределяют сигнал по нескольким линиям, поломка одного кабеля не влечет за собой серьезных последствий.

Чтобы обнаружить разрыв, достаточно послать световой сигнал и замерить длину до места его пропажи путем нехитрых математических расчетов. После этого на место поломки отправляется судно, которое и занимается ремонтом поврежденного участка кабеля. В большинстве случаев кабель просто цепляют крюком, поднимают со дна и ремонтируют.

Если глубина слишком большая и невозможно поднять повреждённый участок, используются аппарат, управляемый дистанционно. В среднем для восстановления работы линии требуется около недели, на скорость влияет расстояние до места аварии. Чем проще команде добраться — тем быстрее провод восстановят.

Какие факторы становятся причиной поломки кабеля

Больше 65% аварий провоцируют якоря кораблей. Они могут случайно задеть кабель и порвать его. На целостность влияют природные катаклизмы, вроде землетрясений. В начале 2022 года рядом с островной страной Тога произошло извержение вулкана. Оно стало причиной поломки кабеля, из-за чего жители страны не могли получить доступ к стабильной высокоскоростной сети. Так как ближайший ремонтный корабль находился в 4700 км от острова, и команде нужно было дождаться, чтобы место аварии перестало представлять опасность, на восстановление поломки ушло 4 недели.

Незначительное количество поломок приходится на акул, почему-то они находят провода весьма привлекательными. Неоднократно акул ловили за перегрызанием кабелей, и никто точно не может сказать, в чем причина. Вероятно, на необычное поведение акул влияют электромагнитные поля. Другая версия — акулы испытывают любопытство. Чтобы избежать повреждений кабелей, компания Alphabet экранирует их дополнительной «противоакульной» оболочкой.

Что происходит, когда кабель приходит в негодность

Считается, что типичный срок службы кабелей составляет около 25 лет, но на самом деле он никогда не истекает. Обычно до истечения 25 лет провода устаревают технически. Так как технологии развиваются, старые провода не соответствуют новым требованиям пропускной способности. Поэтому, для её увеличения прокладываются новые кабели.

Существует множество вариантов для кабелей, которые больше не используются. Например, их можно проложить по новому маршруту, в места, где не требуется большая пропускная способность. Это значительно снижает расходы, поскольку перекладывание кабелей намного дешевле созданию линии с нуля. Некоторые компании получают право на вырывание кабелей и их утилизацию для получения сырья. Или же со старыми проводами можно ничего не делать. Даже без проходящих сигналов, они служат отличной сейсмической сетью для ученых, изучающих геологические структуры и землетрясения. Такие кабели называются темным волокном.

Почему спутники не могут заменить оптоволокно

В 2015 году Илон Маск и его компания SpaceX создал глобальную систему спутников Starlink. Главная цель «Старлинка» — предоставить доступ к высокоскоростной сети в регионы, где нет возможности проложить кабель. Сейчас услугу можно заказать в 36 странах мира, активными пользователями Starlink являются 400 000 абонентов. Для доступа в сеть используются около двух тысяч спутников, летающих по низкой орбите.

Перспективность спутниковой связи омрачает низкая популярность. По данным фирмы Euroconsult, которая занимается консалтинговыми услугами в сфере космоса и спутников, только 43 миллиона абонентов подключаются к сети через спутник. Это 1% от общего числа пользователей интернета.

На скорость развития также влияет научное комьюнити и нечестная конкуренция. Международный астрономический союз раскритиковал SpaceX. По словам организации, Starlink стал главным источником «светового загрязнения». Дело в том, что для изучения космоса необходимо соблюдать принцип «темного неба». Световые следы спутников SpaceX закрывают собой небо и не дают изучать галактику. По словам ученых такая деятельность влияет на изучение космоса и делает невозможным защиту ночной среды.

А главный конкурент Starlink, оператор спутниковой связи Viasat обратился в Федеральную комиссию по связи США. Компания потребовала остановить запуск новых спутников Starlink и обратилась в суд. Viasat хотели, чтобы SpaceX проверили на насчёт вреда от быстро растущего количества спутников Starlink в космосе.

Учитывая эти заявления, компании Илона Маска пришлось создать конструкцию, которая уменьшит яркость спутников. С 2020 года Starlink используют спутник DarkSat, который имеет антибликовое покрытие, и спутник с солнцезащитным козырьком VisorSat.

Проблемы спутникового интернета, которые до сих пор не решены

Главная причина низкого спроса на доступ к сети через спутник — цена. Чтобы пользоваться «Старлинком», придётся заплатить 500 долларов за терминал (антенна и маршрутизатор). Еще 100 долларов придётся платить ежемесячно за услугу доступа к сети. Скорость составляет 100 Мбит в секунду. Услуги Viasat ещё дороже — за ту же пропускную способность придется заплатить 200 долларов.

Так как спутник и антенна находятся друг от друга на расстоянии нескольких сотен километров, пинг при стабильном подключении достигает 50-100 мс. Это критично для пользователей, которые проводят время в онлайн-играх. На качество соединения оказывают эффект погодные изменения: снег, ветер, и дождь либо снижают скорость, либо полностью прерывают соединение. Если использовать «Старлинк» в мегаполисе, из-за помех скорость будет на уровне 25 Мбит.

Чтобы установить спутниковый терминал, потребуются специальные навыки. Дело в том, что абонентский комплект Starlink включает антенну 50х30 см весом 4,2 кг, которую нужно разместить вне помещения. Кроме того, нужно определить место, где антенна лучше всего будет принимать сигнал. К счастью, Starlink выпустила мобильное приложение, которое поможет определить, где можно разместить терминал.

Ближайшая перспектива спутникового Интернета

Аналитики в отрасли телекоммуникационного оборудования утверждают, что спутник и кабель не конкурируют между собой, ведь имеют разное предназначение. В то время как оптоволокно обеспечивает связь по всему миру, спутниковый интернет на данный момент используется преимущественно для регионов, где нет возможности проложить кабель по экономическим, географическим или политическим причинам.

Нельзя не упомянуть и войну России с Украиной, в ходе которой спутниковая система Starlink стала фундаментом для обеспечения связи и разведки на всей территории страны. То есть благодаря Starlink удары по критической инфраструктуре не позволяют российской армии лишить ВСУ связи и данных разведки. Перспективы использования спутниковых коммуникаций в будущем огромны, технология позволит вывести глобализацию на принципиально новый уровень.

На данный момент спутниковый интернет проигрывает по доступности, скорости передачи данных и времени отклика, но эта технология очень молодая. Не забывайте, что первые в мире автомобили тоже проигрывали скаковым лошадям по скорости и управляемости. Однако уже в начале XX века развитие автомобильных технологий скакнуло настолько далеко вперед, что уже к середине века развитые страны полностью отказались от использования лошадей, несмотря на вековые традиции. Похожее будущее ждет и привычные нам кабели — на все уровнях, от зарядных устройств до подводных интернет-кабелей.