Абсолютна глобалізація: як підводні інтернет-кабелі об'єднали планету

Хоча глобальна супутникова система Starlink, яка забезпечує користувачів високошвидкісним інтернетом, зараз у всіх заголовках, статистика залишається категоричною – 95% світової мережі припадає на оптоволоконний кабель. Дроти, що утворюють "всесвітнє павутиння" і з'єднують регіони на різних континентах, проходять морським та океанічним дном.

До кінця 2021 року більша частка мереж оптоволоконних кабелів була під контролем країн і фірм, що надають послуги телекомунікації. Тепер, згідно з даними The Wall Street Journal, четвірка світових IT-компаній – Microsoft, Google, Meta, і Amazon є головними споживачами оптоволоконних потужностей. Вони володіють часткою в 65%.

І цей факт викликає легку стурбованість у експертів галузі. Причина в тому, що основні "гравці" в сегменті інтернет-послуг можуть заволодіти інфраструктурою, щоб забезпечити свої поставки.

Журналісти WSJ проводять паралель – до чого може призвести ситуація, коли Amazon володіє всіма дорогами, якими доставляє посилки? Тобто, швидкість трафіку буде істотно знижена для звичайних користувачів, тоді як чотири компанії отримують максимальний пріоритет із мінімальними затримками.

І хоча побоювання фахівців цілком справедливі, на ділі звичайні юзери опинилися в плюсі. Поява великих гравців IT-сегмента зменшила ціну на послуги доступу до мережі. Якщо поглянути на використання передачі даних, то на глобальному рівні швидкість збільшилася на 41%.

Смола, коноплі чи шар гутаперчі – як науковці та бізнесмени намагалися підкорити морське дно

1839 року вчені Вільям Кук і Чарльз Вітстон явили світові свій винахід – телеграф. Цього ж року виникла ідея створити лінію зв'язку через Атлантичний океан. Тоді головним лобістом цієї ідеї був Семюель Морзе, людина, яка відома багатьом за винаходом азбуки Морзе. Американський винахідник реалізував задум лише через три роки. У 1842 році йому вдалося прокласти дріт у гавані Нью-Йорк. На жаль, тріумф був недовгим – через короткий час кабель пошкодили місцеві "джентльмени удачі". Шукачі прийняли кабель за морський скарб, тому розрізали його.

І хоча одними з перших "шкідників" у галузі телекомунікацій були люди, вони не були основною перешкодою на шляху розвитку підводних систем. Довговічність і міцність кабелю – ці проблеми вимагали якнайшвидшого вирішення. Щоб ізолювати дроти, Морзе застосовував каучук і просмолені коноплі. Однак цього було недостатньо.

На щастя, 1842-й рік став роком відкриття смоли дерева Palaquium gutta. Її з Індії до Європи привіз хірург Вільям Монтгомері. Матеріал під назвою гутаперча вирізнявся еластичністю і високою міцністю. Монтгомері бачив у матеріалі перспективу – можна було створювати хірургічні інструменти. А ось ученому з Великої Британії, Майклу Фарадею, спала на думку ідея використовувати смолу як основу для ізолятора.

До 1850 року у світі налічувалося понад 50 телеграфних компаній, багато хто з них був зацікавлений прокласти зв'язок між континентами. Комусь це вдалося без проблем. Наприклад, брати Джейкоб і Джон Воткінс Бретт, власники компанії English Channel Submarine Telegraph Company, об'єднали зв'язком Францію і Велику Британію. Для цього вони протягнули дріт по дну протоки Ла-Манш. 

Цього ж року інженер Фредерік Гісборн вирішив реалізувати амбітний проєкт. Канадський власник телеграфної компанії зібрався створити комунікацію вздовж берега Америки. У плани входило прокласти зв'язок на північно-східній його частині. Таким чином можна було з'єднати Нову Шотландію та Ньюфаундленд. На жаль, лінія була нерентабельною, тому 1853 року підприємство Гісборна закрилося.

Через рік про проєкт Гісборна дізнався Сайрус Філд – бізнесмен, який займався великими фінансовими операціями та продажем паперу. Підприємця зацікавила ідея прокласти лінію між Ньюфаундлендом та Ірландією, для цього він звернувся по консультацію до Морзе, а також до голови Національної обсерваторії у Вашингтоні Метью Фонтейна Морі.

Бізнесмен заснував компанію New York, Newfoundland & London Telegraph, його бізнес-партнерами стали Пітер Купер, Мойсей Тейлор і Маршал Оуен Роберт. Паралельно підприємець організував Атлантичну телеграфну компанію в Лондоні. Завдяки цьому Філд отримав гранти від уряду Великої Британії та США.

Лондон виділяв 14 000 фунтів на рік із подальшим скороченням до 10 000, Вашингтон зі скрипом виділяв 70 000 доларів. Американський уряд хвилював той факт, що обидва кінці кабелю перебували на підконтрольній Британії території.

Людство здобуло перемогу, але це тільки початок

Проект кабелю через Атлантичний океан схвалили. Першу спробу прокласти трансатлантичну лінію було зроблено в 1957 році. Трос являв собою мідні дроти в кількості семи штук. Як ізоляцію використовували латекс, гутаперчу. Додатково дріт захищало покриття з просмолених конопель. Зовнішня оболонка спіралеподібної форми складалася з металевого дроту. Значний дріт не спрацював – він швидко зносився і зрештою стався розрив.

Повторний захід у червні 1958 року провалився. Причиною став той самий знос із подальшим обривом. У період з липня по серпень 1958-го прокладання кабелю було завершено. Назустріч один одному вирушило два судна. "Агамемнон" і "Ніагара" перетнулися 29 липня. Вони з'єднали кабелі загальною довжиною 4000 км.

У середині серпня було відправлено історичну телеграму. Королева Вікторія, яка правила у Великій Британії на той момент, привітала президента США Джеймса Б'юкенена із запуском лінії. Вона заявила про перемогу, відзначивши "велику міжнародну роботу". Передача 103 слів зайняла 16 годин. Глава США зазначив, що це "це тріумф славніший, тому що набагато корисніший для людства, ніж будь-коли завойований на полі битви". Для передачі повного тексту зі 143 слів знадобилося 10 годин.

Цікаво, що для передачі короткого за сучасними мірками повідомлення азбукою Морзе потрібно було витратити стільки часу. Зараз швидкість передачі даних – понад 200 терабіт на секунду. Рекордсменом пропускної здатності є дріт MAREA, який проклали між США та Іспанією. Спільний проєкт компаній телекомунікаційної компанії Telxius і двох техногігантів Meta та Microsoft, що з'єднує Більбао та Вірджинія-Біч, показує результат 224 Tbps.

З чого складається сучасний підводний дріт

Підводні лінії (яких у світі налічується понад 436), складаються з декількох оптоволоконних ниток. Товщина ниток не більша за волосину людини. Типовий дріт налічує 4-12 подібних ниток. Якщо він прокладений у місці, де йому не потрібен особливий захист, його товщина порівнянна з великим пальцем. Такий кабель покривають "бронею" з кевлара, нержавіючою сталлю і шаром пластику.

У мілководді або на великій глибині, де кабель має бути міцнішим, діаметр дроту розміром із зап'ястя. Максимально захищений дріт складається з мідної трубки, якою проходить електрика. Вона потрібна для роботи підсилювачів сигналу. Оскільки вздовж кабелю через кожні 40-80 кілометрів стоять ретранслятори, які підсилюють сигнал, у будові кабелю використовують мідь для їхнього живлення.

Мідь оточує пластикова трубка, потім йде алюмінієвий протиударний бар'єр і багатожильний сталевий дріт. Додатково кабель можуть обплести ще одним сталевим дротом, якщо потрібен додатковий захист, потім нейлоновим тросом, потім – смолою. Останній елемент – пластикове покриття для герметизації. До речі, загальна довжина кабелів становить сягає 1,3 мільйона кілометрів.

Як прокладають кабелі

Спочатку кабелі мають бути завантажені на кабелеукладальне судно, яке доставить їх у море. Деякі з цих суден можуть вміщати до 2 000 кілометрів кабелю на борту. Тільки навантаження кабелю може зайняти від 3 до 4 тижнів, після чого, за наявності відповідного обладнання, його можна укладати. Швидкість цього процесу – приблизно 200 кілометрів на день.

Щойно дріт занурено на борт судна, він прокладається з берега і поступово спускається на дно. Судно, що прокладає кабель, підходить якомога ближче до суші, не сідаючи на мілину, і починає копати. Кораблі тягнуть за собою плуг. Він одночасно риє рів і укладає туди дріт.

Іноді дріт доводиться піднімати, наприклад, якщо він натикається на інший кабель або якщо він не може бути закопаний. Маршрут, яким піде судно, ретельно планується – враховуються підводні гори, долини, коралові рифи, скелі та лінії розломів. Бажано, щоб кабелі були прокладені в місцях, де ризик пошкодження якорями і рибальськими траулерами зводився до мінімуму. Щоб заощадити час, судна можуть почати прокладання лінії з двох різних точок, а потім з'єднати обидва кабелі разом.

Що становить небезпеку для кабелю і як його полагодити

Насправді підводні кабелі часто виходять з ладу, але для більшості користувачів цей факт залишається непоміченим. Оскільки більшість компаній розподіляють сигнал по декількох лініях, поломка одного кабелю не тягне за собою серйозних наслідків.

Щоб виявити розрив, досить послати світловий сигнал і заміряти довжину до місця його пропажі шляхом нехитрих математичних розрахунків. Після цього на місце поломки відправляється судно, яке і займається ремонтом пошкодженої ділянки кабелю. У більшості випадків кабель просто чіпляють гаком, піднімають з дна і ремонтують.

Якщо глибина занадто велика і неможливо підняти пошкоджену ділянку, використовуються апарат, керований дистанційно. У середньому для відновлення роботи лінії потрібно близько тижня, на швидкість впливає відстань до місця аварії. Що простіше команді дістатися – то швидше дріт відновлять.

Які чинники стають причиною поломки кабелю

Понад 65% аварій провокують якорі кораблів. Вони можуть випадково зачепити кабель і порвати його. На цілісність впливають природні катаклізми, на кшталт землетрусів. На початку 2022 року поруч з острівною країною Тога сталося виверження вулкана. Воно стало причиною поломки кабелю, через що жителі країни не могли отримати доступ до стабільної високошвидкісної мережі. Оскільки найближчий ремонтний корабель перебував за 4700 км від острова, і команді потрібно було дочекатися, щоб місце аварії перестало становити небезпеку, на відновлення поломки пішло 4 тижні.

Незначна кількість поломок припадає на акул, чомусь вони знаходять дроти вельми привабливими. Неодноразово акул ловили за перегризанням кабелів, і ніхто точно не може сказати, в чому причина. Ймовірно, на незвичайну поведінку акул впливають електромагнітні поля. Інша версія – акули відчувають цікавість. Щоб уникнути пошкоджень кабелів, компанія Alphabet екранує їх додатковою "протиакульною" оболонкою.



Що відбувається, коли кабель стає непридатним

Вважається, що типовий термін служби кабелів становить близько 25 років, але насправді він ніколи не закінчується. Зазвичай ще до спливання 25 років дроти застарівають технічно. Оскільки технології розвиваються, старі дроти не відповідають новим вимогам пропускної здатності. Тому, для її збільшення прокладаються нові кабелі.

Існує безліч варіантів для кабелів, які більше не використовуються. Наприклад, їх можна прокласти за новим маршрутом, у місця, де не потрібна велика пропускна здатність. Це значно знижує витрати, оскільки перекладання кабелів набагато дешевше за створення лінії з нуля. Деякі компанії отримують право на виривання кабелів та їх утилізацію для отримання сировини. Або ж зі старими проводами можна нічого не робити. Навіть без сигналів, що проходять, вони служать відмінною сейсмічною мережею для вчених, які вивчають геологічні структури і землетруси. Такі кабелі називаються темним волокном.

Чому супутники не можуть замінити оптоволокно

У 2015 році Ілон Маск і його компанія SpaceX створили глобальну систему супутників Starlink. Головна мета "Старлінка" – надати доступ до високошвидкісної мережі в регіони, де немає можливості прокласти кабель. Зараз послугу можна замовити в 36 країнах світу, активними користувачами Starlink є 400 000 абонентів. Для доступу в мережу використовуються близько двох тисяч супутників, що літають по низькій орбіті.

Перспективність супутникового зв'язку затьмарює низька популярність. За даними фірми Euroconsult, яка займається консалтинговими послугами у сфері космосу і супутників, тільки 43 мільйони абонентів підключаються до мережі через супутник. Це 1% від загальної кількості користувачів інтернету.

На швидкість розвитку також впливає наукове ком'юніті та нечесна конкуренція. Міжнародний астрономічний союз розкритикував SpaceX. За словами організації, Starlink став головним джерелом "світлового забруднення". Річ у тім, що для вивчення космосу необхідно дотримуватися принципу "темного неба". Світлові сліди супутників SpaceX закривають собою небо і не дають вивчати галактику. За словами вчених, така діяльність впливає на вивчення космосу і унеможливлює захист нічного середовища.

А головний конкурент Starlink, оператор супутникового зв'язку Viasat звернувся до Федеральної комісії зі зв'язку США. Компанія зажадала зупинити запуск нових супутників Starlink і звернулася до суду. Viasat хотіли, щоб SpaceX перевірили щодо шкоди від швидко зростаючої кількості супутників Starlink у космосі.

З огляду на ці заяви, компанії Ілона Маска довелося створити конструкцію, яка зменшить яскравість супутників. З 2020 року Starlink використовують супутник DarkSat, який має антивідблискове покриття, і супутник із сонцезахисним козирком VisorSat.

Проблеми супутникового інтернету, які досі не вирішені

Головна причина низького попиту на доступ до мережі через супутник – ціна. Щоб користуватися "Старлінком", доведеться заплатити 500 доларів за термінал (антена і маршрутизатор). Ще 100 доларів доведеться платити щомісяця за послугу доступу до мережі. Швидкість становить 100 Мбіт на секунду. Послуги Viasat ще дорожчі – за ту саму пропускну здатність доведеться заплатити 200 доларів.

Через те, що супутник і антена розташовані один від одного на відстані кількох сотень кілометрів, пінг за стабільного підключення сягає 50-100 мс. Це критично для користувачів, які проводять час в онлайн-іграх. На якість з'єднання впливають погодні зміни: сніг, вітер і дощ або знижують швидкість, або повністю переривають з'єднання. Якщо використовувати "Старлінк" у мегаполісі, через перешкоди швидкість буде на рівні 25 Мбіт.

Щоб встановити супутниковий термінал, потрібні спеціальні навички. Річ у тім, що абонентський комплект Starlink включає антену 50х30 см вагою 4,2 кг, яку потрібно розмістити поза приміщенням. Крім того, потрібно визначити місце, де антена найкраще прийматиме сигнал. На щастя, Starlink випустила мобільний додаток, який допоможе визначити, де можна розмістити термінал.

Найближча перспектива супутникового Інтернету

Аналітики в галузі телекомунікаційного обладнання стверджують, що супутник і кабель не конкурують між собою, адже мають різне призначення. У той час як оптоволокно забезпечує зв'язок по всьому світу, супутниковий інтернет наразі використовується переважно для регіонів, де немає можливості прокласти кабель з економічних, географічних або політичних причин.

Не можна не згадати і війну Росії з Україною, під час якої супутникова система Starlink стала фундаментом для забезпечення зв'язку і розвідки на всій території країни. Тобто завдяки Starlink удари по критичній інфраструктурі не дають змоги російській армії позбавити ЗСУ зв'язку і даних розвідки. Перспективи використання супутникових комунікацій у майбутньому величезні, технологія дасть змогу вивести глобалізацію на принципово новий рівень.

Наразі супутниковий інтернет програє за доступністю, швидкістю передачі даних і часом відгуку, але ця технологія дуже молода. Не забувайте, що перші у світі автомобілі теж програвали скаковим коням за швидкістю і керованістю. Однак уже на початку XX століття розвиток автомобільних технологій стрибнув настільки далеко вперед, що вже до середини століття розвинені країни повністю відмовилися від використання коней, незважаючи на вікові традиції. Схоже майбутнє чекає і на звичні нам кабелі – на всіх рівнях, від зарядних пристроїв до підводних інтернет-кабелів.