150 aastat tagasi, 16. augustil 1858, sai Ameerika Ühendriikide president James Buchanan kuninganna Victori alt õnnitlustelegrammi ja saatis talle vastusõnumi. Esimest ametlikku sõnumivahetust äsja rajatud transatlantilise telegraafikaabli üle tähistas paraad ja ilutulestik New Yorgi raekoja kohal. Pidustused jäid sel põhjusel juhtunud tulekahju varju ja 6 nädala pärast läks kaabel rikki. Tõsi, ka enne seda ei töötanud ta kuigi hästi – kuninganna sõnum edastati 16,5 tunni jooksul.
Ideest projektini
Esimene telegraafi ja Atlandi ookeani ettepanek oli edastusskeem, mille kohaselt pidid laevade edastatavad sõnumid Newfoundlandist ülejäänud Põhja-Ameerikasse telegrafeerima. Probleemiks oli telegraafiliini ehitamine piki saare rasket maastikku.
Projekti eest vastutava inseneri abipalve köitis ameeriklastärimees ja rahastaja Cyrus Field. Oma töö käigus ületas ta ookeani üle 30 korra. Vaatamata tagasilöökidele, millega Field silmitsi seisis, viis tema entusiasm eduni.
Ärimehel tekkis kohe Atlandi-ülese pangaülekande idee. Erinev alt maapealsetest süsteemidest, kus impulsse regenereeriti releede abil, pidi ookeaniülene liin hakkama saama ühe kaabliga. Samuel Morse ja Michael Faraday kinnitasid Fieldile, et signaali saab edastada pikkade vahemaade taha.
William Thompson andis selleks teoreetilise aluse, avaldades 1855. aastal pöördruuduseaduse. Ilma induktiivse koormuseta kaablit läbiva impulsi tõusuaeg määratakse L pikkusega juhi ajakonstandiga RC, mis on võrdne rcL2, kus r ja c on takistus ja mahtuvus vastav alt pikkuseühiku kohta. Thomson andis oma panuse ka veealuste kaablite tehnoloogiasse. Ta täiustas peegelgalvanomeetrit, milles voolust tingitud peegli väiksemaid kõrvalekaldeid võimendati ekraanile projitseerimisega. Hiljem leiutas ta seadme, mis registreerib signaale tindiga paberil.
Veealuse kaabli tehnoloogiat täiustati pärast gutapertša ilmumist 1843. aastal Inglismaal. See Malai poolsaarelt pärit puu vaik oli ideaalne isolaator, kuna see oli termoplastne, kuumutamisel pehmendatud ja jahutamisel tagasi tahkele kujule, muutes juhtmete isoleerimise lihtsamaks. Ookeani põhja rõhu ja temperatuuri tingimustes selle isoleerivad omadusedparanenud. Guttapertš jäi veealuste kaablite peamiseks isolatsioonimaterjaliks kuni polüetüleeni avastamiseni 1933. aastal.
Väljaprojektid
Cyrus Field juhtis 2 projekti, millest esimene ebaõnnestus ja teine lõppes eduk alt. Mõlemal juhul koosnesid kaablid ühest 7-soonelisest traadist, mis oli ümbritsetud gutapertšiga ja soomustatud terastraadiga. Tõrvatud kanep andis korrosioonikaitse. 1858. aasta kaabli meremiil kaalus 907 kg. 1866. aasta Atlandi-ülene kaabel oli raskem, 1622 kg/miil, kuid kuna sellel oli suurem maht, kaalus see vees vähem. Tõmbetugevus oli vastav alt 3t ja 7,5t.
Kõigil kaablitel oli üks veetagastusjuht. Kuigi mereveel on väiksem takistus, on see allutatud hulkuvatele hoovustele. Toide saadi keemilistest vooluallikatest. Näiteks 1858. aasta projektis oli 70 elementi pingega 1,1 V. Need pingetasemed koos ebaõige ja hooletu ladustamisega põhjustasid süvamere transatlantilise kaabli rikke. Peegelgalvanomeetri kasutamine võimaldas järgnevatel liinidel kasutada madalamaid pingeid. Kuna takistus oli ligikaudu 3 oomi meremiili kohta, võis 2000 miili kaugusel kanda peegelgalvanomeetri jaoks piisavaid milliampi suurusi voolusid. 1860. aastatel võeti kasutusele bipolaarne telegraafikood. Morsekoodi täpid ja jooned on asendatud vastupidise polaarsusega impulssidega. Aja jooksul arenenudkeerulisemad skeemid.
Ekspeditsioonid 1857-58 ja 65-66
350 000 £ koguti aktsiate emiteerimisega, et rajada esimene Atlandi-ülene kaabel. Ameerika ja Suurbritannia valitsused garanteerisid investeeringutasuvuse. Esimene katse tehti aastal 1857. Kaabli transportimiseks kulus 2 aurulaeva, Agamemnon ja Niagara. Elektrikud kiitsid heaks meetodi, mille kohaselt üks laev pani liini kaldajaamast ja ühendas seejärel teise laeva kaabliga teisel laeval. Selle eeliseks oli pidev elektriühendus kaldaga. Esimene katse lõppes ebaõnnestumisega, kui kaabli paigaldamise seadmed 200 miili kaugusel merest üles ütlesid. See kadus 3,7 km sügavusel.
1857. aastal töötas Niagara peainsener William Everett välja uued kaabli paigaldamise seadmed. Märkimisväärne edasiminek oli automaatpidur, mis aktiveerus, kui pinge saavutas teatud läve.
Pärast ägedat tormi, mis peaaegu uputas Agamemnoni, kohtusid laevad keset ookeani ja alustasid 25. juunil 1858 uuesti Atlandi-ülese kaabli paigaldamist. Niagara liikus läände ja Agamemnon itta. Tehti 2 katset, mille katkestas kaabli kahjustus. Laevad pöördusid tagasi Iirimaale, et teda asendada.
17. juulil asus laevastik taas teele, et üksteisega kohtuda. Pärast väiksemaid luksumisi oli operatsioon edukas. Püsiva kiirusega 5–6 sõlme kõndides sisenes 4. augustil NiagaraTrinity lahes Newfoundland. Samal päeval jõudis Agamemnon Iirimaale Valentia lahte. Kuninganna Victoria saatis esimese ülalkirjeldatud tervitussõnumi.
1865. aasta ekspeditsioon ebaõnnestus 600 miili kaugusel Newfoundlandist ja ainult 1866. aasta katse oli edukas. Esimene teade uuel liinil saadeti Vancouverist Londonisse 31. juulil 1866. Lisaks leiti 1865. aastal kadunud kaabli ots ning liin sai ka eduk alt lõpule viidud. Edastuskiirus oli 6–8 sõna minutis ja hind oli 10 dollarit sõna kohta.
Telefonsuhtlus
1919. aastal algatas Ameerika ettevõte AT&T Atlandi-ülese telefonikaabli paigaldamise võimaluse kohta uuringu. 1921. aastal rajati Key Westi ja Havanna vahele süvavee telefoniliin.
1928. aastal tehti ettepanek paigutada üle Atlandi ookeani ühe kõnekanaliga repiiteriteta kaabel. Projekti kõrge hind (15 miljonit dollarit) suure depressiooni haripunktis ja raadiotehnoloogia täiustused katkestasid projekti.
1930. aastate alguseks võimaldas elektroonika areng luua repiiteritega merekaablisüsteemi. Vaheühendusvõimendite konstruktsioonile esitatavad nõuded olid enneolematud, kuna seadmed pidid 20 aastat katkematult töötama ookeani põhjas. Komponentide, eriti vaakumtorude töökindlusele kehtestati ranged nõuded. 1932. aastal olid juba elektrilambid, mida eduk alt katsetati18 aastaks. Kasutatud raadioelemendid jäid parimatele näidistele oluliselt alla, kuid olid väga töökindlad. Selle tulemusel töötas TAT-1 22 aastat ja ükski lamp ei rikkis.
Teiseks probleemiks oli võimendite paigutamine avamerele kuni 4 km sügavusele. Kui laev repiiteri lähtestamiseks peatatakse, võivad spiraalse soomukiga kaablile tekkida murdekohad. Selle tulemusena kasutati painduvat võimendit, mis sobis telegraafikaabli jaoks mõeldud seadmetega. Paindliku repiiteri füüsilised piirangud piirasid aga selle võimsust 4-juhtmelise süsteemiga.
UK Post on välja töötanud alternatiivse lähenemisviisi palju suurema läbimõõdu ja võimsusega kõvade repiiteritega.
TAT-1 rakendamine
Projekt alustati uuesti pärast Teist maailmasõda. 1950. aastal katsetati paindlikku võimenditehnoloogiat Key Westi ja Havannat ühendava süsteemiga. 1955. ja 1956. aasta suvel viidi esimene Atlandi-ülene telefonikaabel Šotimaal asuva Obani ja saarel asuva Clarenville'i vahele. Newfoundland, olemasolevatest telegraafiliinidest tunduv alt põhja pool. Iga kaabel oli umbes 1950 meremiili pikk ja sellel oli 51 repiiterit. Nende arvu määras klemmide maksimaalne pinge, mida sai kasutada toiteallikana, ilma et see mõjutaks kõrgepingekomponentide töökindlust. Pinge oli ühes otsas +2000 V ja teises otsas -2000 V. Süsteemi ribalaius sellesjärjekord määrati kordajate arvu järgi.
Lisaks repiiteritele paigaldati ida-lääne joonele 8 ja lääne-ida liinile 6 merealust ekvalaiserit. Nad parandasid sagedusriba kogunenud nihkeid. Kuigi kogukadu 144 kHz ribalaiuses oli 2100 dB, vähendas ekvalaiserite ja repiiterite kasutamine selle alla 1 dB.
Alustamine TAT-1
Esimese 24 tunni jooksul pärast käivitamist 25. septembril 1956 helistati Londonist ja USA-st 588 ning Londonist Kanadasse 119 kõnet. TAT-1 kolmekordistas kohe Atlandi-ülese võrgu läbilaskevõimet. Kaabli ribalaius oli 20–164 kHz, mis võimaldas 36 kõnekanalit (igaüks 4 kHz), millest 6 olid jagatud Londoni ja Montreali ning 29 Londoni ja New Yorgi vahel. Üks kanal oli ette nähtud telegraafi ja teeninduse jaoks.
Süsteem hõlmas ka maismaaühendust läbi Newfoundlandi ja allveelaevaühendust Nova Scotiaga. Need kaks liini koosnesid ühest 271 meremiili pikkusest kaablist koos 14 UK Posti disainitud jäiga repiiteriga. Koguvõimsus oli 60 kõnekanalit, millest 24 ühendasid Newfoundlandi ja Nova Scotia.
TAT-1 edasised täiustused
Liin TAT-1 maksis 42 miljonit dollarit. Hind 1 miljon dollarit kanali kohta stimuleeris ribalaiust tõhusam alt kasutavate lõppseadmete väljatöötamist. Kõnekanalite arvu standardses 48 kHz sagedusalas on suurendatud 12-lt 16-le, vähendadesnende laius 4 kuni 3 kHz. Teine uuendus oli Bell Labsis välja töötatud ajaline kõne interpolatsioon (TASI). TASI kahekordistas kõneahelate arvu tänu kõnepausidele.
Optilised süsteemid
Esimene ookeaniülene optiline kaabel TAT-8 võeti kasutusele 1988. aastal. Repiiter genereeris impulsse, muutes optilised signaalid elektrilisteks ja vastupidi. Kaks töötavat kiudude paari töötasid kiirusega 280 Mbps. 1989. aastal nõustus IBM tänu sellele Atlandi-ülesele Interneti-kaablile rahastama T1-taseme ühendust Cornwalli ülikooli ja CERN-i vahel, mis parandas oluliselt ühendust varase Interneti Ameerika ja Euroopa osade vahel.
1993. aastaks oli üle 125 000 km kogu maailmas kasutusel TAT-8. See arv vastas peaaegu analoogsete veealuste kaablite kogupikkusele. 1992. aastal asus teenistusse TAT-9. Kiirust kiu kohta on suurendatud 580 Mbps-ni.
Tenoloogiline läbimurre
1990. aastate lõpus tõi erbiumiga legeeritud optiliste võimendite väljatöötamine kaasa merealuste kaablisüsteemide kvaliteedi hüppe. Valgussignaale lainepikkusega umbes 1,55 mikronit saab otse võimendada ning läbilaskevõimet ei piira enam elektroonika kiirus. Esimene optiliselt täiustatud süsteem, mis lendas üle Atlandi ookeani, oli TAT 12/13 1996. aastal. Kahe kiupaari edastuskiirus oli 5 Gbps.
Kaasaegsed optilised süsteemid võimaldavad edastada nii suuri mahtusidandmed, et koondamine on kriitiline. Tavaliselt koosnevad kaasaegsed fiiberoptilised kaablid, nagu TAT-14, kahest eraldi Atlandi-ülesest kaablist, mis on osa rõnga topoloogiast. Ülejäänud kaks liini ühendavad rannikujaamu mõlemal pool Atlandi ookeani. Andmed saadetakse ümber rõnga mõlemas suunas. Katkestuse korral paraneb sõrmus ise. Liiklus suunatakse teeninduskaablites varu kiupaaridele.
