История подводного кабелестроения

Буквально сразу же после появления на свет детища Самуэля Морзе  — телеграфа, возникла идея о соединении телеграфной линией Великобритании и Франции. Воздушные линии, уже применяемые в мире, были для этого непригодны — сложно представить себе провода, идущие над разделяющим остров Англия и Европейский континент проливом Ла-Манш, ширина которого составляет несколько десятков километров. Тогда и возник план проложить кабель по дну (рис. 1). Однако, англичанин Уитстон, предложивший этот проект, тут же столкнулся с серьезной проблемой. Для долгого нахождения в разъедающей морской воде кабель нуждался в соответствующей изоляции. Выход искали с 1837 г., и он нашелся, хотя и не сразу — немецкий инженер Вернер Сименс (отец уже известных нам братьев Сименсов) предложил изолировать подводный кабель гуттаперчей — отвердевшим соком тропических деревьев, произраставших в Малайе. До этого были предложения изолировать электрические провода с помощью шелка (американский физик Джозеф Генри) или хлопчатобумажной ткани, покрытой слоем озокерита — воскообразной массой нефтяного происхождения (русский ученый П.Л. Шиллинг).

В 1851 г., со второй попытки (первая провалилась из-за того, что только что проложенный кабель был порван якорем рыбацкой лодки), были соединены французский город Кале и английский Дувр. Между ними по дну Ла-Манша пролегал 30-километровый телеграфный кабель. В те годы кабель укладывался на дно, просто разматываясь с бобины, установленной на корабле. Причем первый кабель был настолько легким, что не желал тонуть, и к нему приходилось привязывать свинцовые грузила.
Первые попытки проложить трансатлантический кабель для телеграфной связи были предприняты еще в 1857 г. «Нью-Йоркской, Ньюфаундлендской и Лондонской телеграфной компанией» (позже переименованной в «Атлантическую телеграфную компанию Великобритании»). Много неудач преследовало этих первопроходцев. Им мешали погодные условия, однажды кабельная медная жила не выдержала нагрузки и порвалась на половине работы; однако все-таки компании и ее неутомимому главе Сайрусу Филду (рис. 2) удалось выполнить эту работу.

Однако кабель, видимо из-за недостаточного качества изоляции, пришел в негодность буквально через несколько недель. По отзывам очевидцев, уже вторая часть поздравительного послания английской королевы президенту США принималась по новому кабелю несколько часов. То, что годилось для мелкого пролива Ла-Манш, не подходило для огромных территорий и глубин Атлантического океана (в некоторых местах кабель укладывали на глубину до 4500 метров). В последующем, несмотря на значительное улучшение качества изоляционного покрытия, история повторялась, и для формирования устойчивой связи приходилось соединять материки сразу несколькими медными телеграфными кабелями. В этой ситуации, при выходе из строя одного, остальные продолжали работать. Ситуация осложнялась тем, что при технологиях XIX в. найти место повреждения на огромной глубине Атлантики было невозможно, не говоря уже о починке.
Такое положение породило, например, грандиознейший проект Нобеля и компании «Вестерн Юнион», по которому они намеревались соединить Европу и Америку телеграфной связью через Россию. Предполагалось, что голые провода, расположенные на воздушных опорах-столбах, будут гораздо дешевле специализированного морского кабеля и, пройдя через Сибирь, свяжут континенты. Относительно небольшой (150 км) подводный участок, который предполагали провести по дну Берингова пролива, трудностей бы не составил — как мы уже знаем, опыт прокладки морского кабеля на небольшие расстояния у европейских инженеров вполне имелся. Однако, проблемы административного и финансового характера не дали реализоваться этому проекту, несмотря на то, что он уже начал осуществляться. По рассказам очевидцев, до сих пор на Чукотке стоят старые столбы той самой линии, провода по которым так и не провели… Через век идея аналогичного проекта, но на сей раз с применением телефонных проводов, возникла на недолгое время и также ушла в небытие. На сей раз к возможным проблемам добавились причины политического характера.

Как создавался в то время кабель для подводной линии (см. рис. 3)? Медные проволоки изолировались хлопчатобумажной пряжей, предварительно вываренной в парафине. Пряжа накладывалась на проволоку методом обмотки в двух противоположных направлениях. Требуемое количество изолированных жил затягивалось в свинцовую трубу, которая затем наматывалась на барабан, и все вместе помещалось в резервуар, заполненный расплавленным парафином. Один конец свинцовой трубы подключался к воздушному насосу, который прогонял через трубу парафин, вытеснявший при этом воздух. Заключительными операциями были перемотка кабеля через резервуар с холодной водой — при этом парафин, заполнивший свободные промежутки в сердечнике, затвердевал  — и протягивание через обжимную волоку. Это был первый пример применения заполнителя для защиты от проникновения влаги внутрь сердечника.
В 1852 г. соединены подводным кабелем Англия и Ирландия, в 1854 г. — средиземноморские острова Корсика и Сардиния. В те же годы обязательной деталью подводных кабелей становится броня из нескольких стальных проволок.
В 1869 г. вступила в действие кабельная подводная линия Лондон-Калькутта, длина которой составляла почти 20 тысяч км. В 1872 г. была установлена прямая кабельная связь между Европой и Южной Америкой, а затем между Австралией, Индией и Канадой.
В 1880 г. проведена первая опытная сушка волокнистой изоляции жил под вакуумом. Следующим шагом, по сути переходным от телеграфных к телефонным кабелям, явилось предложение содержать кабельные линии с целью защиты от влаги под избыточным давлением не масла, а воздуха или газа. Смысл идеи состоял в том, что при возникновении дефекта уплотнения в месте сращивания труб находящийся под давлением газ будет препятствовать проникновению влаги из атмосферы внутрь трубы. Это стало решающей ступенью в развитии кабелей, значительно увеличив сроки их эксплуатации.

На рис. 4 разворот журнала «Электричество», №1, 1890 г., в котором публиковалась мировая история развития кабельных сетей, обзор журналов и другая информация на актуальные темы. На картах журнала (рис. 5) нанесена всемирная сеть подводных кабелей, показано, как происходило развитие подводных сообщений.

Россия в XIX в. объективно отставала от самых развитых держав мира в области электротехники, что видно на всемирной карте прокладки кабельных сетей (рис. 6).
 

Основная проблема заключалась в том, что передовые идеи и течения в науке, вполне известные и разрабатываемые российскими учеными, не находили поддержки у властей Российской империи. Аналогичная ситуация наблюдалась и в области подводного кабелестроения. Дошло до того, что первой кабельной линией, проложенной на территории России был телеграфный кабель, протянутый англо-франко-турецкими союзниками, воевавшими с Российской империей в ходе Крымской войны… Кабель этот соединил экспедиционные войска оккупантов в Крыму по дну Черного моря со Стамбулом. После окончания войны англо-французские силы ликвидировали кабель.
В 1869 г. русский физик Георгий Иванович Морозов предложил для одновременной передачи по одному проводу нескольких депеш метод разночастотного телеграфирования. Обосновывалось это определенным дефицитом проводов и их относительно высокой стоимостью — потребности линий связи значительно опережали возможности и скорость их сооружения. Реализовать свой метод ученый не смог, но им заинтересовались другие — в том числе знаменитый американский ученый Александр Грайам Белл, в будущем создатель первого телефона.
В России первым кабелем, проложенным по морскому дну (первым отечественным, учитывая крымский кабель), считается 250-километровая линия, соединившая Баку и Красноводск по дну Каспийского моря в 1879 г. Этим занимались «инженеры путей сообщения», как тогда называли гидротехников. Можно так же отметить, что морские гидротехники всегда славились качеством своей работы — им доверяли не только работы исключительно по профилю, но и такие виды деятельности, где требовалась секретность и высокая благонадежность. К примеру морская команда Балтийского флота занималась прокладкой проводов в императорской резиденции Гатчине для освещения дворца и прилегающего парка.
Первый русский подводный кабель связи протяженностью 32 километра был проложен через Северную Двину в 1862  г. В случае наличия мостов через реки кабель предпочитали пускать по ним, что было без сомнения гораздо дешевле и проще.
Прокладка кабеля через Москва-реку была осуществлена в 1900 г. (рис. 7).

В 1891 г. русскими инженерами были проложены подводные кабели «Одесса—Константинополь» и «Севастополь—Варна». Первый морской телефонный кабель соединил в том же году Англию и Францию.
Соединение разных концов Тихого Океана произошло в 1902 г., когда появилась линия Канада—Австралия.
В 1910 г. было получено новое вещество — парагутта. Это была специальным образом обработанная смесь из гуттаперчи, резины и воска, не уступающая гуттаперче по механическим свойствам и превосходящая ее по электрическим. Потери сигнала в таких кабелях уменьшились в несколько десятков раз.
В 1914 г. пошла связь по первому подводному телеграфно-телефонному кабелю между Гельсингфорсом (ныне столица Финляндии Хельсинки) и Петербургом. До этого города соединялись проводной линией по суше.
Жизненную важность связи понимали все стороны в разыгравшейся вскоре Первой Мировой войне. В ноябре 1914 года германский крейсер «Эмден» высадил десант на Кокосовых островах в Индийском океане, который уничтожил ретрансляционную станцию, связывавшую с помощью морского кабеля Южную Африку, Индонезию и Австралию. Кабели были перерезаны.
В 1918 г. представители ирландской националистической организации «Шинн Фейн» (политическое крыло радикально-террористической Ирландской Республиканской Армии) перерезали подводный кабель, связывающий Ирландию и Англию.
В 1919 г. число трансатлантических телеграфных кабелей приблизилось к двум десяткам, большинство из них принадлежало англичанам. Общая длина подводных линий по всему миру составляла на тот момент около 300 тыс. километров.
В 1927 г. между Европой и Североамериканским континентом создана радиотелефонная связь. Переговоры между Старым и Новым светом осуществлялись с помощью длинноволновой радиосвязи и были довольно дороги. Использовать же для телефонной связи имевшиеся межконтинентальные кабели было невозможно  — ими можно было передавать телеграфные сигналы, но невозможно (исключая короткие расстояния) транслировать более сложные, звуковые колебания, составляющие человеческую речь. В 1932 г. в СССР был создан трест «Связьпроект», принявший эстафету создателей систем связи и их традиции.
Новый этап морского кабельного строения начался с изобретением полиэтилена в 1933 г. Он тут же стал новой изоляцией, превосходящей по своим качествам все ее виды, имевшиеся ранее.
К работам по прокладке подводных кабелей были привлечены водолазы Экспедиции Подводных Работ Особого Назначения. Для ВМФ СССР ими были проложены подвод ные кабели связи вдоль побережья Черного моря, в Баренцевом море и Финском заливе. В 1941 г. трест «Связьпроект» преобразовали в Государственный институт по проектированию сооружений связи — «ГИПРОСВЯЗЬ».
В годы Великой Отечественной войны, во время блокады Ленинграда, через Ладожское озеро были проложены как всем известный «кабель жизни», так и две (резервирующие друг друга) линии подводных кабелей ВЧ-связи, созданные на «Севкабеле». Для этого использовалась специально оборудованная кабельная баржа.

В 1943 г. впервые при прокладке телефонного подводного кабеля используется подводный усилитель входящего сигнала (рис. 8). Выравниваясь с помощью направляющих вместе с кабелем по мере движения судна, усилитель надежно укладывался на морском дне (рис. 9).

Сделано это было при соединении островов Англси и Мэн, расположенных в Ирландском море. Вновь, в рамках новой Мировой войны, разыгралась битва на подводных коммуникациях. В первые же часы начала ВМВ обе подводные линии, связывавшие Германию (а точнее город Эмден) с Азорскими островами и Лиссабоном, были перерезаны противником.
Японский флот, памятуя об удачном десанте «Эмдена» тридцать лет назад, обстреливал все ту же ретрансляционную станцию на Кокосовых островах. Англичане не остались в долгу — в 1945 г. подводные лодки перерезали связь на линиях Сайгон—Сингапур и Сайгон— Гонконг. Это было не сложным делом — примерно зная расположение кабеля, судно проводило несколько раз траление подводного грунта в определенном направлении, кабель поднимался на поверхность, а затем осуществлялось его механическое перерубание. Обычно старались сделать это сразу в нескольких местах, дабы затруднить противнику поиски и ремонт повреждения. Лишь с появлением современных приборов разрыв найти не составляет никакого труда.
В 1956 г. наконец-то был проложен по дну океана трансатлантический телефонный кабель между Америкой и Европой. В 60-х годах для прокладки кабелей по морскому дну СССР заказывает в Финляндии специализированные суда.
«ГИПРОСВЯЗЬ» в это время проектирует подводные кабельные магистрали связи на Черном, Балтийском, Баренцевом и Охотском морях.
В настоящее время для подводных линий используются оптико-волоконные кабели. Современные кабели такого типа представляют собой довольно сложную конструкцию — оптоволоконный сердечник окружен несколькими слоями из разных материалов, металлов и полимеров, призванных, в первую очередь, защищать его от воздействия внешней среды. Кроме того, по самому кабелю проходит электрический ток, обеспечивающий питание промежуточных усилителей. Эти усилители располагаются вдоль всего кабеля на расстоянии порядка ста километров друг от друга — ставить их ближе друг к другу не только не нужно, но и вредно, поскольку сами эти усилители могут наводить некоторые искажения в сигнал. Они передают не только телеграфные и телефонные сигналы разного типа, но и обеспечивают Интернет-соединения. В 2004 г. компанией «Сименс» был проложен силовой подводный кабель между австралийской электростанцией и тасманийским городом Джорджтаун. Кабель так же содержит телекоммуникационную компоненту  — оптоволоконную линию.
В современном подводном кабельном деле рассматриваются проекты по заглублению кабелей в поверхность дна, во избежание нанесения вреда морской экосистемы и возможного повреждения линии якорями судов и рыболовными тралами. Таковой стала, например, оптико-волоконная линия связи «Дания—Россия», проложенная совместными усилиями российских и датских специалистов в 1993 г.
Существует подводный гусеничный кабелеукладчик с буровой установкой, разработанный российскими учеными из «ГИПРО-СВЯЗИ». Эта машина служит для разработки плотных каменистых и глинистых грунтов на дне.
Современные кабельные суда способны укладывать все типы кабелей в любых погодных условиях с высокой точностью и на больших глубинах.
Несмотря на то, что кабели в наши дни несравнимо превосходят по надежности кабеля ХХ в. (не говоря уже о ХIХ), существует много причин их повреждений и обрывов. Подземные кабели могут быть повреждены при производстве различного рода земляных работ на трассе (например, при строительстве водопровода или газопровода) или в результате оползней почвы; из-за трения о грунт в ходе приливов и отливов.
Были случаи, когда кабели обрывало землетрясение, и когда их повреждали морские животные  — в частности отмечены факты нападения на кабельные линии акул и кашалотов. Продолжает наносить ущерб и сам человек  — например около трех лет назад в Юго-Восточной Азии местные преступники вырезали секцию кабеля, соединяющего Вьетнам, Тайланд и Гонконг, протяженностью 11 км и пытались сдать как лом цветных металлов. «Лома» кстати набралось около сотни тонн…
Подводные кабели, прокладываемые по дну рек, могут быть повреждены весенним ледоходом или якорями судов.
На сегодняшний день в мире насчитывается более двух сотен активно используемых подводных кабелей, соединяющих разные страны, и еще огромное количество кабельных линий, проложенных по морскому дну отдельными государствами для удовлетворения внутренних нужд. Как показывает опыт, даже спутниковые системы на данный момент не способны заменить подводный кабель — космические системы куда дороже в создании и обслуживании, менее долговечны и часто уступают кабельным линиям в передаваемых мощностях. Подводные кабели, несомненно, ждут долгая жизнь и дальнейшее усовершенствование.

Благодарим В.Н. Тульского, заместителя заведующего кафедрой электроэнергетических систем МЭИ, за предоставленный фотоматериал из журнала «Электричество» (№1, 1890 г.)

Литература
1. Малов О.В. «Краткий экскурс в историю российских подводных кабелей связи»//«Вестник связи» №2, 2009.
2. Артур Кларк. «Голос через океан». М., 1959 г.
3. Шухардин С.В., Ламан Н.К., Федоров А.С. Техника в ее историческом развитии. Москва., 1979г.
4. Рузов Л.В. и Яблочкин Ю.Н. Гатчина. Л.,1959 г.
5. Русский кабельный / под ред. М.К. Портнова, Н.А. Арской, Р.М. Лакерник, Н.К. Ламан, В.Г. Радченко. М., 1995.
6. Ламан Н.К., Белоусова А.Н., Кре-четникова Ю.И. Заводу «Электропровод 200» лет. М.,1985.
7. Валеева Н.М. Время оставляет след. М., 2009.
8. Горбунов О.И., Ананьев А.С., Перфилетов А.Н., Шапиро Р.П-А. 50 лет научно-исследовательскому проектно-конструкторскому и технологическому кабельному институту. Очерки истории. СПб., 1999.
9. Севкабель.120 лет / под ред. Л.Улитиной. СПб., 1999.
10. Шитов М.А. Северный кабельный. Л., 1979 .