150 anni fa, il 16 agosto 1858, il presidente degli Stati Uniti James Buchanan ricevette un telegramma di congratulazioni dalla regina Vittoria e le inviò un messaggio in cambio. Il primo scambio ufficiale di messaggi sul cavo telegrafico transatlantico appena posato è stato caratterizzato da una parata e da uno spettacolo pirotecnico sul municipio di New York. I festeggiamenti sono stati oscurati da un incendio accaduto per questo motivo e dopo 6 settimane il cavo si è rotto. È vero, anche prima non ha funzionato molto bene: il messaggio della regina è stato trasmesso entro 16,5 ore.
Dall'idea al progetto
La prima proposta di telegrafo e Oceano Atlantico era uno schema di ritrasmissione in cui i messaggi consegnati dalle navi dovevano essere telegrafati da Terranova al resto del Nord America. Il problema era la costruzione di una linea telegrafica lungo il difficile terreno dell'isola.
La richiesta di aiuto dell'ingegnere responsabile del progetto ha attirato l'americanouomo d'affari e finanziere Cyrus Field. Nel corso del suo lavoro, ha attraversato l'oceano più di 30 volte. Nonostante le battute d'arresto che Field ha dovuto affrontare, il suo entusiasmo ha portato al successo.
L'uomo d'affari ha subito colto al volo l'idea di un bonifico transatlantico. A differenza dei sistemi terrestri, in cui gli impulsi venivano rigenerati da relè, la linea transoceanica doveva cavarsela con un unico cavo. Field ha ricevuto assicurazioni da Samuel Morse e Michael Faraday che il segnale poteva essere trasmesso su lunghe distanze.
William Thompson ha fornito la base teorica per questo pubblicando la legge del quadrato inverso nel 1855. Il tempo di salita di un impulso che attraversa un cavo senza carico induttivo è determinato dalla costante di tempo RC di un conduttore di lunghezza L, pari a rcL2, dove r e c sono la resistenza e capacità per unità di lunghezza, rispettivamente. Thomson ha anche contribuito alla tecnologia dei cavi sottomarini. Perfezionò il galvanometro a specchio, in cui le minime deviazioni dello specchio causate dalla corrente venivano amplificate dalla proiezione su uno schermo. Successivamente, ha inventato un dispositivo che registra i segnali con l'inchiostro su carta.
La tecnologia dei cavi sottomarini è stata migliorata dopo che la guttaperca è apparsa nel 1843 in Inghilterra. Questa resina di un albero originario della penisola malese era un isolante ideale perché era termoplastica, si ammorbidiva quando riscaldata e tornava a una forma solida una volta raffreddata, rendendo più facile isolare i conduttori. Nelle condizioni di pressione e temperatura sul fondo dell'oceano, le sue proprietà isolantimigliorato. La guttaperca rimase il principale materiale isolante per i cavi sottomarini fino alla scoperta del polietilene nel 1933.
Progetti sul campo
Cyrus Field ha condotto 2 progetti, il primo dei quali è fallito e il secondo si è concluso con successo. In entrambi i casi i cavi erano costituiti da un unico filo a 7 fili circondato da guttaperca e armato con filo d'acciaio. La canapa catramata forniva protezione dalla corrosione. Il miglio nautico del cavo del 1858 pesava 907 kg. Il cavo transatlantico del 1866 era più pesante, a 1.622 kg/miglio, ma poiché aveva più volume, pesava meno in acqua. La resistenza alla trazione era rispettivamente di 3 t e 7,5 t.
Tutti i cavi avevano un conduttore di ritorno dell'acqua. Sebbene l'acqua di mare abbia meno resistenza, è soggetta a correnti vaganti. L'alimentazione era fornita da fonti di corrente chimiche. Ad esempio, il progetto del 1858 prevedeva 70 elementi da 1,1 V ciascuno. Questi livelli di tensione, combinati con uno stoccaggio improprio e negligente, hanno causato il guasto del cavo transatlantico in acque profonde. L'uso di un galvanometro a specchio ha permesso di utilizzare tensioni inferiori nelle linee successive. Poiché la resistenza era di circa 3 ohm per miglio nautico, a una distanza di 2000 miglia, potevano essere trasportate correnti dell'ordine di un milliampere, sufficienti per un galvanometro a specchio. Negli anni '60 dell'Ottocento fu introdotto un codice telegrafico bipolare. I punti e i tratti del codice Morse sono stati sostituiti con impulsi di polarità opposta. Nel tempo, sviluppatoschemi più complessi.
Spedizioni 1857-58 e 65-66
£ 350.000 sono stati raccolti attraverso l'emissione di azioni per la posa del primo cavo transatlantico. I governi americano e britannico hanno garantito un ritorno sull'investimento. Il primo tentativo fu fatto nel 1857. Ci vollero 2 navi a vapore, Agamennone e Niagara, per trasportare il cavo. Gli elettricisti hanno approvato un metodo in cui una nave ha posato la linea da una stazione a terra e quindi ha collegato l' altra estremità a un cavo su un' altra nave. Il vantaggio era che manteneva un collegamento elettrico continuo con la riva. Il primo tentativo si è concluso con un fallimento quando l'attrezzatura per la posa dei cavi si è guastata a 200 miglia dalla costa. È stato perso a una profondità di 3,7 km.
Nel 1857, l'ingegnere capo del Niagara, William Everett, sviluppò nuove apparecchiature per la posa di cavi. Un notevole miglioramento è stato un freno automatico che si attivava quando la tensione raggiungeva una certa soglia.
Dopo una violenta tempesta che quasi affondò l'Agamennone, le navi si incontrarono in mezzo all'oceano e il 25 giugno 1858 ricominciarono a posare il cavo transatlantico. Il Niagara si stava spostando a ovest e l'Agamennone si stava spostando a est. Sono stati effettuati 2 tentativi, interrotti da danneggiamento del cavo. Le navi tornarono in Irlanda per sostituirlo.
Il 17 luglio, la flotta partì di nuovo per incontrarsi. Dopo piccoli intoppi, l'operazione è andata a buon fine. Camminando a una velocità costante di 5-6 nodi, il 4 agosto entrò il Niagaranella baia della Trinità Terranova. Lo stesso giorno, l'Agamennone arrivò a Valentia Bay in Irlanda. La regina Vittoria ha inviato il primo messaggio di saluto descritto sopra.
La spedizione del 1865 fallì a 600 miglia da Terranova e solo il tentativo del 1866 ebbe successo. Il primo messaggio sulla nuova linea fu inviato da Vancouver a Londra il 31 luglio 1866. Inoltre, fu trovata la fine di un cavo perso nel 1865 e anche la linea fu completata con successo. La velocità di trasferimento era di 6-8 parole al minuto al costo di $ 10/parola.
Comunicazione telefonica
Nel 1919, la società americana AT&T avviò uno studio sulla possibilità di posare un cavo telefonico transatlantico. Nel 1921 fu posata una linea telefonica in acque profonde tra Key West e L'Avana.
Nel 1928 fu proposto di posare un cavo senza ripetitori con un unico canale vocale attraverso l'Oceano Atlantico. L' alto costo del progetto (15 milioni di dollari) al culmine della Grande Depressione, così come i miglioramenti nella tecnologia radio, hanno interrotto il progetto.
All'inizio degli anni '30, gli sviluppi dell'elettronica permisero di creare un sistema di cavi sottomarini con ripetitori. I requisiti per la progettazione di amplificatori di collegamento intermedio erano senza precedenti, poiché i dispositivi hanno dovuto funzionare ininterrottamente sul fondo dell'oceano per 20 anni. Sono stati imposti requisiti rigorosi sull'affidabilità dei componenti, in particolare dei tubi a vuoto. Nel 1932 c'erano già lampade elettriche che furono testate con successoper 18 anni. Gli elementi radio utilizzati erano significativamente inferiori ai migliori campioni, ma erano molto affidabili. Di conseguenza, TAT-1 ha funzionato per 22 anni e nessuna lampada si è guastata.
Un altro problema era la posa di amplificatori in mare aperto a una profondità fino a 4 km. Quando la nave viene fermata per ripristinare il ripetitore, possono apparire dei nodi sul cavo con armatura elicoidale. Di conseguenza, è stato utilizzato un amplificatore flessibile, che potrebbe adattarsi alle apparecchiature progettate per il cavo telegrafico. Tuttavia, i limiti fisici del ripetitore flessibile ne limitavano la capacità a un sistema a 4 fili.
UK Post ha sviluppato un approccio alternativo con ripetitori hard di diametro e capacità molto maggiori.
Implementazione di TAT-1
Il progetto è stato riavviato dopo la seconda guerra mondiale. Nel 1950, la tecnologia dell'amplificatore flessibile fu testata da un sistema che collegava Key West e L'Avana. Nell'estate del 1955 e del 1956 fu posato il primo cavo telefonico transatlantico tra Oban in Scozia e Clarenville sull'isola. Terranova, ben a nord delle linee telegrafiche esistenti. Ogni cavo era lungo circa 1950 miglia nautiche e aveva 51 ripetitori. Il loro numero era determinato dalla tensione massima ai terminali che poteva essere utilizzata per l'alimentazione senza compromettere l'affidabilità dei componenti ad alta tensione. La tensione era +2000 V a un'estremità e -2000 V all' altra. La larghezza di banda del sistema, nella suala coda era determinata dal numero di ripetitori.
Oltre ai ripetitori, sono stati installati 8 equalizzatori sottomarini sulla linea est-ovest e 6 sulla linea ovest-est. Hanno corretto gli spostamenti accumulati nella banda di frequenza. Sebbene la perdita totale nella larghezza di banda di 144 kHz fosse di 2100 dB, l'uso di equalizzatori e ripetitori la ha ridotta a meno di 1 dB.
Per iniziare TAT-1
Nelle prime 24 ore dopo il lancio, il 25 settembre 1956, furono effettuate 588 chiamate da Londra e dagli Stati Uniti e 119 da Londra al Canada. TAT-1 ha immediatamente triplicato la capacità della rete transatlantica. La larghezza di banda del cavo era 20-164 kHz, che consentiva 36 canali vocali (4 kHz ciascuno), 6 dei quali erano divisi tra Londra e Montreal e 29 tra Londra e New York. Un canale era destinato al telegrafo e al servizio.
Il sistema includeva anche un collegamento terrestre attraverso Terranova e un collegamento sottomarino con la Nuova Scozia. Le due linee consistevano in un unico cavo di 271 miglia nautiche con 14 ripetitori rigidi progettati dalle poste del Regno Unito. La capacità totale era di 60 canali vocali, 24 dei quali collegavano Terranova e Nuova Scozia.
Ulteriori miglioramenti a TAT-1
La linea TAT-1 è costata 42 milioni di dollari. Il prezzo di 1 milione di dollari per canale ha stimolato lo sviluppo di apparecchiature terminali che avrebbero utilizzato la larghezza di banda in modo più efficiente. Il numero di canali vocali nella gamma di frequenza standard 48 kHz è stato aumentato da 12 a 16 riducendola loro larghezza da 4 a 3 kHz. Un' altra innovazione è stata l'interpolazione temporale del parlato (TASI) sviluppata presso i Bell Labs. TASI ha raddoppiato il numero dei circuiti vocali grazie alle pause del parlato.
Sistemi ottici
Il primo cavo ottico transoceanico TAT-8 è stato messo in funzione nel 1988. I ripetitori hanno rigenerato gli impulsi convertendo i segnali ottici in segnali elettrici e viceversa. Due coppie di fibre funzionanti lavoravano a una velocità di 280 Mbps. Nel 1989, grazie a questo cavo Internet transatlantico, IBM ha accettato di finanziare un collegamento di livello T1 tra la Cornwall University e il CERN, che ha notevolmente migliorato la connessione tra la parte americana ed europea della prima Internet.
Nel 1993, più di 125.000 km di TAT-8 erano in funzione in tutto il mondo. Questa cifra corrispondeva quasi alla lunghezza totale dei cavi sottomarini analogici. Nel 1992, TAT-9 è entrato in servizio. La velocità per fibra è stata aumentata a 580 Mbps.
Innovazione tecnologica
Alla fine degli anni '90, lo sviluppo di amplificatori ottici drogati con erbio ha portato a un s alto di qualità nella qualità dei sistemi di cavi sottomarini. I segnali luminosi con una lunghezza d'onda di circa 1,55 micron possono essere amplificati direttamente e il throughput non è più limitato dalla velocità dell'elettronica. Il primo sistema otticamente potenziato a volare attraverso l'Oceano Atlantico è stato TAT 12/13 nel 1996. La velocità di trasmissione su ciascuna delle due coppie di fibre era di 5 Gbps.
I moderni sistemi ottici consentono la trasmissione di volumi così grandidati che la ridondanza è fondamentale. Tipicamente, i moderni cavi in fibra ottica come TAT-14 sono costituiti da 2 cavi transatlantici separati che fanno parte di una topologia ad anello. Le altre due linee collegano le stazioni costiere su ciascun lato dell'Oceano Atlantico. I dati vengono inviati intorno all'anello in entrambe le direzioni. In caso di rottura, l'anello si riparerà automaticamente. Il traffico viene deviato verso coppie di fibre di riserva nei cavi di servizio.
