Артур Кларк - Голоc через океан
Попробуем представить себе это число. Назвать его астрономическим нельзя. В астрономии нет такой величины. Количество песчинок на земле? Это слишком малое число, с ним не стоит сравнивать. Даже если бы вся земля была сделана из песчинок, их количество выразилось числом примерно с тридцатью нулями. Количество электронов в космосе? Да, это число несколько больше, но и для его написания достаточно восьмидесяти нулей.
Такая, действительно фантастическая цифра появляется дважды в расчётах, связанных с трансатлантическим кабелем. Это не только общее усиление, которое должны обеспечить усилители по всей длине кабеля по мере прохождения сигнала, но и общие потери энергии на этой дистанции, которые и восполняются усилителями. Вот каким балансом энергии оперировали инженеры, проектируя подводный телефонный кабель. Ещё один яркий пример. Если энергию всех видимых звёзд собрать воедино и направить на Землю, уменьшив в 10306 раз, то сигнал станет настолько слабым, что его невозможно будет уловить.
Для питания цепей накала и анода электронных ламп в схему подаётся постоянный ток, который проходит по внутреннему проводнику кабеля. К каждому концу линии прикладывается напряжение в 2000 вольт. При этом полярность напряжения на концах кабеля различна, так что суммарная разность потенциалов составляет 4000 вольт.
Более подробно об электронике системы сказано в главе XXI, написанной для тех, кто захочет ознакомиться с этим вопросом детальнее. В равной степени, а возможно и в большей, представляет интерес механическая часть усилителей. Каким образом три электронные лампы и шестьдесят других деталей смонтированы в узкой трубке, которая к тому же обладает способностью выгибаться по шкиву диаметром около двух метров и выдерживает давление почти в полтонны на квадратный сантиметр?
Механическая часть усилителя состоит из семнадцати коротких трубочек, сделанных из прозрачной пластмассы, каждая длиной в 15 сантиметров, гибко сочленённых между собой, так что усилитель в целом может изгибаться по кривой, как вагоны поезда на повороте. Для придания необходимой прочности вся серия пластмассовых трубочек защищена двумя слоями стальных колец, перекрывающих друг друга. Всё это заключено в длинную медную трубку, поверх которой накладывается сначала подушка из нескольких слоев джута, а затем броня из стальных проволок. После того, как усилитель испытан, в него заводят короткие отрезки кабеля – выводные концы и ещё раз окончательно бронируют вместе с кабелем. Усилитель, готовый к укладке на морское дно, выглядит как утолщение на кабеле длиной в 2,4 метра и диаметром, плавно переходящим от 50 к 25 миллиметрам[60].
Ничто не говорит о том, что в утолщении заключено оборудование стоимостью в 20 000 фунтов стерлингов. Такая высокая стоимость объясняется строжайшим отбором деталей – менее одного процента изготавливаемых образцов удовлетворяет всем поставленным требованиям. Большое внимание уделяется упаковке и транспортировке готовых усилителей. В Америке они помещались каждый в отдельный контейнер, предохраняющий от ударов, причём в контейнере поддерживалась постоянная температура. Затем они доставлялись самолётом в Англию, встраивались на заводе в кабель и после этого уже вместе с ним попадали на борт "Монарха".
Так выглядели глубоководные трансокеанские, в частности первые трансатлантические, бронированные телефонные кабели до 1961 года
К изготовлению кабеля предъявлялись столь же высокие требования. Особенно это касается брони. Секции кабеля, погруженные глубоко на морское дно, подвержены меньшей опасности повреждения, чем те, которые лежат в мелководье, вблизи берегов. Береговые кабели могут быть повреждены траулерами, прибоем, якорями и даже морскими животными.
Кабель глубоководной секции имеет наружный диаметр около 30 миллиметров и состоит из десяти слоев, считая от центрального медного проводника до наружного джутового покрова. Интересно отметить, что глубоководный кабель имеет один рудиментарный придаток, как аппендикс у человека, совершенно бесполезный на больших глубинах и оставшийся от первоначального периода развития кабельной техники. На заре подводной телеграфной связи, когда кабель прокладывался в основном на небольших глубинах и нередко в тропических водах, некоторым обитателям океанских просторов пришлась по вкусу изоляция кабеля и это нередко приводило к повреждению линии[61]. Чтобы избежать этого, поверх изоляции спиралью накладывалась тонкая медная лента. Это делается и сейчас, хотя трудно предположить, что на больших глубинах океана водятся животные, способные поедать изоляцию.
Помимо того, что кабель с целью уменьшения потерь энергии должен быть изготовлен из высококачественных материалов, к нему предъявляются также высокие требования в части однородности его характеристик по всей длине. Малейшее отклонение диаметра любого из проводников от номинального значения или смещение внутреннего проводника относительно центра кабеля вызывает помехи.
Кабель изготовлялся в течение двух лет с таким расчётом, чтобы завершить прокладку линии в августе, так как позднее погода в Северной Атлантике становится крайне неблагоприятной. Чтобы успеть к этому сроку, компания "Сабмарин Кэйблз Лтд" построила на берегу Темзы специальный завод и углубила дно около причала с тем, чтобы кабель прямо с завода можно было грузить на судно "Монарх".
Погрузка трансатлантического кабеля в баки "Монарха" непосредственно с завода, расположенного на берегу Темзы. Кабель подаётся по эстакаде с помощью роликов
Участок линии между Ньюфаундлендом и Новой Шотландией также является выдающимся техническим достижением. Между Кларенвиллом и Сидни-Майнс установлено 16 подводных усилителей двустороннего действия, изготовленных компанией "Стандарт Телефоунз энд Кэйблз Лтд". Усилители дают возможность вести одновременно тридцать шесть телефонных разговоров в одном направлении и тридцать шесть в другом. В направлении запад-восток передача ведётся на частотах от 20 до 260 килогерц, в направлении восток-запад – на частотах от 312 до 552 килогерц. Таким образом, возможность влияния встречных передач друг на друга исключена[62].
После усиления сигналы одного и другого направлений как бы сортируются электрическими фильтрами. Итак, на участке между Ньюфаундлендом и Новой Шотландией тридцать шесть каналов одного направления и тридцать шесть – другого расположены рядом и организованы по одному кабелю, в то время как в Атлантике кабели восточного и западного направлений разнесены на расстояние почти сорок километров один от другого.
Кабельная линия длиной около 100 километров пересекает Ньюфаундленд по суше и идёт от Кларенвилла на восточном побережье до Терренсвилла на западном. На этом участке кабель надо было прокладывать в труднодоступной местности через каменные нагромождения, часто при низкой температуре. И сухопутная прокладочная группа, должно быть, завидовала команде "Монарха", которая лишь следила за вытравливанием кабеля в океан во время беспрепятственного движения корабля через Атлантику.
Чтобы закончить эту главу, проследим ради любопытства, какие изменения претерпевает человеческий голос на пути, скажем, из Нью-Йорка в Лондон.
Звуковые волны, возбуждаемые гортанью и голосовыми связками говорящего человека, вызывают колебания мембраны микрофона; последняя давит на зёрна угольного порошка, контакты между которыми становятся то более, то менее плотными. При пропускании через порошок постоянного тока, в результате изменения давления, сопротивление порошка то уменьшается, то увеличивается. В цепи возникают колебания электрического тока, соответствующие колебаниям мембраны. При этом человеческая речь преобразуется в электрические колебания примерно той же частоты – от 300 до 3000 герц.
Эти колебания передаются через местную телефонную сеть на междугородную телефонную станцию в Уайт Плэйнс, расположенный в 50 километрах севернее Нью-Йорка. Здесь эти колебания впервые попадают в коаксиальный кабель, по которому одновременно ведутся десятки других разговоров, и преобразуются в высокочастотные колебания, не воспринимаемые слухом. Так, при помощи электромагнитных волн высокой частоты осуществляется передача по кабелю. Подобно этому происходит трансляция в эфире человеческой речи или музыки посредством радиоволн.
Интересно, что через 500 километров, в Портленде (штат Мэн), электромагнитные волны из кабеля действительно переходят в эфир, претерпевая при этом ещё одно частотное преобразование.
Дальнейшая передача от Портленда идёт по радиорелейной линии связи, от вышки к вышке, с частотой примерно 4000 мегагерц (т. е. 4 миллиарда герц), что соответствует волнам длиной 7-8 сантиметров, подобным тем, которые используются во многих радиолокационных установках. Ультракороткие волны пересекают штаты Мэн, Нью-Брунсуик и территорию Новой Шотландии, проходят расстояние в общей сложности около 1100 километров и достигают местечка Сидни-Майнс, расположенного на берегу залива Святого Лаврентия, как раз напротив острова Ньюфаундленд. Здесь кабель уходит под воду, неся волны, преобразованные до частот 20-260 килогерц.