2020-06-13 14:27

如何将光缆铺向数千米深的海底

#科普

制作 | 回形针PaperClip

题图 | IC photo


你现在看到的这些线,是铺在海底的 400 多条通信线缆,约 120 万公里,可绕赤道 30 圈。它们承载了 95% 以上的国际数据传输,连接着全球互联网。


以这条亚欧 3 号国际海底光缆为例,西起德国诺尔登,一路连接了 39 个登陆站,延伸近 39000 公里,东达日本冲绳,是目前最长的海底光缆。


海底光缆有什么特殊之处?如何把它们铺到数千米深的海底?


和我们平时常见的光纤宽带线类似,海底光缆也是靠这些细如发丝的光纤高速稳定地传输数据。比如 2018 年投入使用的新大西洋海底光缆,仅有 8 股光纤束,传输带宽高达 160 Tbps,足以同时传输 7100 万条高清视频。


只有光纤还不行,海底光缆外围包裹着层层保护结构。像铠装光缆就利用聚乙烯、铜管、钢绞线、沥青等材质,起到防止海水腐蚀、防水、增加线缆强度等作用,直径可达 7 厘米左右。


此外,还有其他不同规格的光缆。


高防护的光缆主要用于近岸,需要抵御坚硬锋利的岩石,以及船锚、渔船拖网的袭击。而在环境相对平静的深海,反而只需这种防护较低的轻型光缆即可。


有了光缆,接下来的问题就是如何把它们放到海里。通常来说,登陆站会从地下将光缆连接到岸边的一个竖井,称为“人孔”,这里将是光缆入海的起点。


根据水深,海底光缆的铺设可简单地分为三个场景。登陆铺设区、填埋铺设区和直接敷设区。在登陆铺设区,通常需要将装有光缆的布缆船停在近岸,由小型的驳船牵引着绑有浮筒的光缆开到岸边,与人孔连接。


接着剪掉浮筒让光缆沉入海底,再由遥控潜水器冲开海底泥土将光缆埋至 2~3 米深左右。


而到了填埋铺设区,就主要靠布缆船发挥实力了。布缆船长这样,携带着成卷的光缆,像 Subcom 的这艘布缆船,一次性可携带 5000 吨光缆,足以跨越 6000 多公里的大西洋。


这些光缆会向上传输,经过布缆机,与船尾的埋设犁相连。


埋设犁的本质就是一个巨大的犁。以 SMD 公司的这台埋设犁为例,高 4.4 米,重 22 吨,工作时需要带着光缆吊入海中,可在 2000 米深的海床上运行。布缆船会通过牵引索拖着埋设犁前进。


与此同时,埋设犁下方会喷出高压水流冲开泥土,前后滑撬逐渐张开,让后方的切割刀深入土层挖出约 3 米深壕沟,光缆也顺着放入其中,再靠之后的海水活动推动泥沙将光缆填埋。一般情况下,为保证埋设深度,埋设犁的速度不超过每小时两公里。


埋完之后还需要通过回声探测器还原海床的三维图像,如果发现仍有裸露在外的光缆,就需要出动遥控潜水器。深入海底,捡起光缆埋入泥土下方。


完成填埋铺设区的工作,布缆船将进入深海的直接敷设区,把光缆沉入海底,放在海床上,但这也没那么容易。比如海底地形的变化会影响光缆垂放的长度,如果长度过大,会让光缆在海底弯折损坏,长度过小则会使光缆横在两个支点上增加受力磨损并受洋流切割威胁。


此外,海水的流动还会使光缆下水后随之漂移,偏离设定好的预定位置。


所以布缆船需要利用专业软件不断调整船速、光缆传送的速度等,控制光缆垂放的长度以及动态调整船只的航行轨迹,让光缆即便受海流影响依然能落到预定位置。如此,从此岸到彼岸就能在海底铺好一条光缆。


当然,整个过程中所涉及到的施工方法与设备器材远比我们提到的要更加复杂,且造价也不菲,以  2013 年投入运营的连接东亚和东南亚各国的 SJC 光缆为例。


由中国移动、中国电信、新加坡电信等多家公司投建,总长约 9700 公里,铺设起始投入约 28 亿人民币,相当于每公里 28 万。


当然,铺设海底光缆的耗资巨大,破坏海底光缆的代价也不小。2019 年 1 月,海南临高的一位渔船船长,就因渔网钩挂光缆无法解开而私自切割光缆。不仅影响了 10 万户整整 3 天的上网体验,最终还付出了有期徒刑 7 年,赔偿 268.6 万元的代价。


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