傳輸信息的橋梁——海底電纜

楊正波

當(dāng)你借助網(wǎng)絡(luò)與大洋彼岸的朋友視頻聊天時，你可曾想過，這些信息是如何跨越萬水千山來到你的眼前的？或許你會仰望星空，為太空中的衛(wèi)星點贊.可你知道嗎，真正讓我們享受便利數(shù)字生活的，不是衛(wèi)星，而是深埋在大洋底部的海底電纜，下面就讓我們一起來探尋海底電纜的秘密，

什么是海底電纜

海底電纜是用絕緣材料包裹起來的導(dǎo)線，它們鋪設(shè)在海底，根據(jù)傳輸用途可分為海底電力電纜和海底通信電纜（如圖1）.其中海底電力電纜與陸地上埋設(shè)在地下的電力電纜作用相同，它主要應(yīng)用于港灣、陸島、鉆井平臺之間的水下大功率電能傳輸，敷設(shè)（管或線一處至另一處之間的安裝方式）距離相對較短，并且造價昂貴，它被廣泛用于近海地區(qū)和多島嶼國家.

海底通信電纜主要用于長距離通信網(wǎng).通常用于遠(yuǎn)距離島嶼之間、跨海軍事設(shè)施等重要場合.1850年盎格魯一法國電報公司開始在英國和法國之間鋪設(shè)全世界第一條海底電纜，當(dāng)時只能發(fā)送莫爾斯電報密碼，后來開始引入電話通信和互聯(lián)網(wǎng)通信，現(xiàn)代的海底電纜采用的是光纖材料.因此又被稱為海底光纜，圖2所示是2019年最新世界海底光纜分布圖.目前全球鋪設(shè)的海底電纜有420條，宛如一條條“血管”，總長度超過120萬千米，承載若世界95%以上的國際數(shù)據(jù)通信流量.是名副其實的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)“主動脈”.

海底電纜的通信原理？

圖3所示是海底電纜的結(jié)構(gòu)示意圖.把光纖束封在鋼管里，外面用鋼絲纏繞，再用聚乙烯材料套在外面，里三層外三層.層層“鎧甲”保護(hù)，以增強(qiáng)抗腐蝕和抗拉能力，

那么，海底電纜是如何利用光纖傳輸信號的呢？首先，發(fā)射端把要傳輸?shù)男盘枺ㄈ缫纛l、視頻、圖片、文字等）變成電信號.然后通過激光器加載到激光束上，光強(qiáng)隨電信號的頻率變化，經(jīng)光纖傳輸出去，接收端檢測器再把光信號變成電信號.經(jīng)過處理后恢復(fù)原信息.

光纖是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可以把光信號傳輸?shù)綆浊淄?，將幾百上千根光纖組合在一起制成光纜，可增大通信容量.那么，光信號又是怎樣在光纖中向前傳播的呢？這就利用到了全反射原理.光從一種折射率較大的物質(zhì)斜射到另一種折射率較小的物質(zhì)時，在兩種物質(zhì)的交界面會發(fā)生折射和反射.而且折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化.當(dāng)入射光的角度達(dá)到或者超過某一角度時，折射光會消失，入射光全部被反射回來.稱為光的全反射.光信號就是在光纖內(nèi)部經(jīng)過一次次的全反射而傳輸?shù)浇K點的.海底電纜傳輸?shù)氖枪馐皇请娏?，既不怕雷電，也不受電磁干擾，對外界的溫度、季節(jié)變化不敏感，傳輸信號快速、穩(wěn)定，是目前最主要的網(wǎng)絡(luò)信號傳輸方式，

海底電纜的敷設(shè)

海洋環(huán)境復(fù)雜、條件惡劣，海底電纜敷設(shè)被世界各國公認(rèn)為最復(fù)雜困難的大型工程.在水深小于200 m的淺海區(qū)域，主要采用埋設(shè)法，包括勘查清理、敷設(shè)和沖埋保護(hù)三個階段，敷設(shè)前進(jìn)行海底水深、地形、海洋開發(fā)活動和施工條件等勘查和障礙物清理，使電纜盡可能避開暗礁和巖石.敷設(shè)時.敷設(shè)船拖拽像耕田使用的犁一樣的挖掘機(jī)前進(jìn)，如圖4所示.挖掘機(jī)的底部有幾排噴水孔.平行分布于兩側(cè).同時向海底噴射高壓水柱.將海底泥沙沖開，形成溝槽，借助挖掘機(jī)上部的導(dǎo)纜孔，引導(dǎo)電纜到溝槽底部，潮流讓泥沙自然覆蓋溝槽填埋電纜，深海區(qū)人類活動和海洋生物稀少.采用敷設(shè)的方式，就是利用電纜自重直接敷設(shè)在海底表面，通過敷設(shè)船釋放電纜，使用水下監(jiān)視器和水下遙控車不斷地進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整，繞開凹凸不平的海底和巖石，控制敷設(shè)船的前進(jìn)速度、方向和敷設(shè)電纜的速度.控制電纜的入水角度及敷設(shè)張力，避免由于彎曲半徑過小或張力過大而損傷電纜.

海底電纜的修復(fù)

海底電纜的生存環(huán)境惡劣，時刻面臨各種風(fēng)險的威脅，比如漁船拋錨，使用拖網(wǎng)捕魚，鯊魚、地震等對電纜的破壞，一旦出現(xiàn)問題.單是從茫茫大海中準(zhǔn)確找到受損電纜，再從3 000 m-4 000 m深的海床上打撈起來，就不亞于海底撈針.淺海區(qū)域可以借助人工修復(fù).深海修復(fù)則困難多多，大致可分為五步：第一步查找斷點，通常使用專業(yè)儀器定位大致的故障位置.然后借助水下機(jī)器人掃描檢測，找到破損海底電纜的精確位置;第二步打撈.利用機(jī)器人將淺埋在泥沙中的海底電纜挖出.用電纜剪刀將其剪斷，通過船上放下來的繩子拉出海面：第三步修復(fù)電纜，這個過程相當(dāng)復(fù)雜.需要把頭發(fā)絲粗細(xì)的光纖一根根熔接：第四步測試包裹，修復(fù)好的電纜還需經(jīng)過反復(fù)測試，以確保通信和數(shù)據(jù)傳輸正常，再進(jìn)行包裹密封處理：第五步重新敷設(shè)，將修復(fù)好的電纜重新放人海底，使用水下機(jī)器人進(jìn)行泥沙掩埋.

與衛(wèi)星通信相比，海底電纜具有帶寬大、速度快、成本低、可靠性高、損耗低、抗電磁干擾能力強(qiáng)等顯著優(yōu)勢，成為目前全球跨海通信的最主要方式，它是我們認(rèn)識世界、走向世界的紐帶.期望它有更好的發(fā)展前景.

責(zé)任編輯 林洋