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可繞地球22圈,90萬公里海底光纜是如何建成的?

海底光纜是互聯網的“中樞神經”,它承載了全球90%以上的國際語音和數據傳輸,沒有它,互聯網只是一個局域網。要知道全球的海底光纜總長達90萬公里,可繞地球22圈。


全球海底光纜分布

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現實中的光纜



海底光纜


海底光纜與陸地光纜一樣,中間是頭發絲大小的纖芯,不過,海底光纜需更為加強的鎧裝保護。從外到內分為:聚乙烯層、聚酯樹脂、鋼絞線層、鋁制防水層、碳酸樹脂層、銅管、石蠟、烷烴層,最后才到光纖。



這么多層的保護都是為了防止海水的腐蝕,外層的聚合物層是為了防止海水和加固鋼纜反應產生氫氣,即使外層真的被腐蝕,內層的銅管、石蠟、碳酸樹脂也會防止氫氣危害到光纖。但不管這個機制設計得多么好,光纖還是會損壞的,一般來說,光纜的壽命是25年。


▎如何鋪設深海區的海底光纜?



將光纜的一端固定在岸上,船慢慢向外海開動,一邊把光纜或電纜沉入海底,一邊利用下沉到海底的挖掘機進行敷設。



這里提到兩個重要的設備:船(光纜船)、海底挖掘機。


1.架設跨洋光纜需要使用光纜船。鋪設時要把一大卷光纜放在船上,目前最先進的光纜鋪設船可以載重兩千公里的光纜,并以兩百公里/天的速度鋪設。



2.光纜鋪設船的另一個部分是海底的挖掘機,它一開始將放在岸上,并連接光纜的固定端。它的作用有點像耕田的犁,對于光纜來說,它就是讓光纜沉入海底的配重物。



挖掘機將由船拖曳前進,并完成三個工作。


第一是利用高壓水柱沖開海底的泥沙,并形成光纜溝;


第二是通過光纜孔鋪設光纜;


第三是埋線,將兩側的泥沙覆蓋在光纜上。



簡單來說光纜鋪設船就是放纜線的,而挖掘機才是真正鋪設光纜的。但是跨洋光纜比較粗,柔韌性也比較差,所以船的前進速度要嚴格控制。



另外,在地形崎嶇的海底,需要機器人不斷探測最佳路徑,防止巖石損壞光纜。


目前最先進的光纜鋪設船可以載重2000公里的光纜,并以200公里/天的速度鋪設。


海底光纜敷設船展示

視頻 ▼



這艘船由ABB公司建造,可以敷設和修復交直流電纜和光纜。


▎海底電纜損壞如何修復?


即使鋪設得再完美光纜也很容易被損壞,有時船舶經過或者錨會誤觸光纜,大型的魚類也會不小心破壞光纜外殼。2006年臺灣的地震引起多處光纜損壞,甚至敵軍也會蓄意破壞光纜。



修復這些光纜不是一件容易的事,因為很小的損壞都會導致光纜癱瘓。而要在幾萬公里的光纜上找到一個小缺口需要耗費許多人力物力。



從深達幾百米甚至幾千米的海床上找到直徑不到10厘米的問題光纜,就如同大海撈針,而修復后再續接的難度也非常大。


找到故障點,修復的原理如下面這張動圖


修復光纜首先需要通過兩端光纜發射信號確定受損大致位置,然后派出機器人精準定位并切斷這段光纜,最后再將備用的光纜連接上去。但連接過程將在水面上完成,光纜會被拖曳船提到水面上,并由工程師連接修復,再放入海底。



1858年英國架設世界第一條海底電纜時中國正處在被鴉片熏的烏煙瘴氣,直到1988年中國才鋪設了第一條海底電纜,時隔三十年中國的海底光纜技術已居世界前列。



目前中國自行研制的第二代海底光纜已經開始建造并鋪設,美國和日本去年才開始使用同類型的光纜。而中國的海底光纜核心指標拉絲技術的速度也是達到了2800m/min,比美國的2000m/min還要快。同時華為即將修建一條連接南美洲和非洲的長達6000km的海底光纜,打破了美國廠商在海底光纜市場的壟斷。