Голоc через океан
XX. Підводні УСИЛИТЕЛИ
Прокладка підводного лінії.
У воду занурюється торпедообразная підсилювач
двостороннього дії в жорсткому корпусі
Підсилювальний пристрій складається з декількох електронних ламп, з'єднаних один з одним в певній послідовності. Воно призначене для посилення (в мільйон разів) слабкого вхідного сигналу і для посилки цього сигналу в наступну секцію коаксіальногокабелю. Підсилювач повинен бути укладений в абсолютно водонепроникну оболонку, здатну до того ж витримувати тиск водяного стовпа висотою в кілька кілометрів. Така оболонка досить масивна і важка. У той же час підсилювачі, витравлівая разом з кабелем в міру руху судна, повинні надійно укладатися на морському дні.
Направляючий шків кормової кабелеукладачів машини
Британські мілководні підсилювачі укладені в товсті, жорсткі труби, за формою і розмірами нагадують торпеди, і судно повинно зупинитися для того, щоб переправити таку трубу за борт і укласти її на морське дно. Це нескладно на невеликих глибинах, але в океані зупинка судна може викликати закручування кабелю.
Справа в тому, що спірально накладена дріт, яка утворює броню кабелю, має тенденцію до розкручування, якщо кабель довжиною, скажімо, в чотири-п'ять тисяч метрів і вагою в кілька тонн вільно повисає під кораблем. При зупинках судна це явище викликає випирання окремих дротів з повиву броні, утворення вузлів і в результаті пошкодження кабелю. Інша справа, якщо судно має рівномірний хід, в цьому випадку небезпека закручування кабелю мінімальна. Але, як ми вже згадували, жорсткі підсилювачі неможливо укладати на ходу судна, а значить, пошкодження кабелю неминучі.
Щоб все-таки уникнути цієї небезпеки, інженери "Белл Лебс" сконструювали гнучкий підсилювач, який не набагато відрізняється за своєю формою від кабелю і як би складає його невід'ємну частину. Ділянка, де вбудований підсилювач, нагадує величезного удава, що проковтнув свою жертву. Дуже важко розташувати електронну підсилювальну апаратуру в трубці діаметром близько 25 міліметрів так, щоб вона надійно протягом десятиліть працювала на великій глибині. До того ж ця трубка повинна мати здатність згинатися навколо барабана діаметром трохи більше двох метрів (210 сантиметрів - діаметр шківа кабелеукладачів машини на судні). Нижче ми побачимо, як це зроблено. Настільки малий діаметр глибоководних гнучких підсилювачів вийшов в результаті того, що їх спроектували для передачі сигналів тільки в одному напрямку. Апаратура, призначена для посилення сигналів, які передаються в обох напрямках, просто не вміщувалася в такому підсилювачі.
На відміну від американських, англійських підсилювачі проводять сигнали в обох напрямках. Бодее того, в них для передачі як в одну, так і в іншу сторони встановлено по два паралельних підсилюючих комплекту, один з яких є резервним. Якщо один з них вийде з ладу, лінія буде продовжувати працювати так само ефективно.
Електронна апаратура в англійських підсилювачах сучасніша, ніж в американських. Інженери "Белл Лебс" використовували вже випробувані типи електронних ламп, які добре зарекомендували себе протягом ряду років. Вони керувалися таким правилом: якщо вирушаєш в подорож і хочеш, щоб обійшлося без аварій, замов собі машину за зразком «Роллс Ройса" 1935 роки; вона набагато надійніше найсучаснішого автомобіля, хоча і робить не більше 30 кілометрів на годину.
На західному кінці кабель повинен виходити на берег у Кларенвілла, на кілька кілометрів на північ від місця, де сходяться чотирнадцять телеграфних кабелів. Лінія для передачі з Америки в Європу буде прокладатися першої. Друга лінія піде ще на 30-35 кілометрів на північ від с тим, щоб в разі необхідності підйому кабелю на поверхню забезпечити безпеку першої.
Інші технічні деталі були уточнені на спільних нарадах учасників підприємства. Незважаючи на ряд важких проблем (деякі з них ми торкнемося в розділах XXI і XXII), технічний проект загальною вартістю в 14 мільйонів фунтів стерлінгів був завершений протягом трьох років, на кілька місяців раніше призначеного терміну.
Загальні витрати розділили між Сполученими Штатами, Англією і Канадою, причому було обумовлено, хто яке обладнання поставляє, а також який обсяг робіт припадає на долю кожного учасника. Ймовірно, найбільш дорогий статтею витрат була поставка ста двох глибоководних підсилювачів фірмою "Вестерн електрик". Їх виробництво здійснювала спеціальна фабрика в Хілсайд (штат Нью-Джерсі). Майже весь кабель (за винятком 365 кілометрів) виготовили на заводі в Еріте (графство Кент) компанії "Сабмарін Кейблз Лтд".
Кабельне судно "Монарх"; довжина 146 м, ширина 16,7 м;
на носі розташовані шківи машини для підйому кабелю з дна для ремонту
Електрична схема підсилювача досить проста - вона приблизно така ж, як в радіоприймачі середньої складності. Кожен підсилювач складається з трьох електронних ламп дуже надійній конструкції і з шістдесяти опорів, конденсаторів і інших деталей електричного кола. Чи не склало б великих труднощів зробити підсилювач, стійко працює в звичайних умовах протягом декількох років. Однак для підводних підсилювачів вимоги значно підвищуються. Кожен з них є ланкою одного ланцюга. Якщо він вийде з ладу, система в цілому прийде в непридатність. В обох кабелях глибоководної ділянки лінії всього триста шість електронних приладів і близько шести тисяч інших деталей. Для того щоб система надійно працювала протягом двадцяти років, необхідно пред'являти до якості виготовлення кожної деталі максимально високі вимоги. На щастя, більшість електродеталей майже не піддається зносу. Опір або котушка індуктивності, виконані належним чином, практично вічні.
Щоб сигнал, затухаючи, не зник зовсім протягом 70 кілометрів кабелю, кожен підсилювач повинен посилити його щонайменше в мільйон разів. А так як все в одному напрямку діє п'ятдесят одна підсилювач, то, значить, посилення по всій лінії досягає фантастичною цифри - мільйон, помножений сам на себе п'ятдесят одна раз, що означає число, виражене одиницею з 306 нулями!
Спробуємо уявити собі це число. Назвати його астрономічним не можна. В астрономії немає такої величини. Кількість піщинок на землі? Це занадто мале число, з ним не варто порівнювати. Навіть якби вся земля була зроблена з піщинок, їх кількість виразилося числом приблизно з тридцятьма нулями. Кількість електронів в космосі? Так, це число дещо більше, але і для його написання досить вісімдесяти нулів.
Більш докладно про електроніку системи сказано в главі XXI, написаної для тих, хто захоче ознайомитися з цим питанням детальніше. В рівній мірі, а можливо і в більшій, представляє інтерес механічна частина підсилювачів. Яким чином три електронні лампи і шістдесят інших деталей змонтовані в вузькій трубці, яка до того ж має здатність вигинатися по шківа діаметром близько двох метрів і витримує тиск майже в півтонни на квадратний сантиметр?
Механічна частина підсилювача складається з сімнадцяти коротких трубочок, зроблених з прозорої пластмаси, кожна довжиною в 15 сантиметрів, гнучко зчленованих між собою, так що підсилювач в цілому може згинатися по кривій, як вагони поїзда на повороті. Для надання необхідної міцності вся серія пластмасових трубочок захищена двома шарами сталевих кілець, що перекривають один одного. Все це укладено в довгу мідну трубку, поверх якої накладається спочатку подушка з декількох шарів джуту, а потім броня зі сталевих дротів. Після того, як підсилювач випробуваний, в нього заводять короткі відрізки кабелю - вивідні кінці і ще раз остаточно бронюють разом з кабелем. Підсилювач, готовий до укладання на морське дно, виглядає як потовщення на кабелі довжиною в 2,4 метра і діаметром, плавно переходить від 50 до 25 міліметрів *. * Точніше від 70 до 30 мм. Ніщо не говорить про те, що в потовщенні укладено обладнання вартістю в 20 000 фунтів стерлінгів. Така висока вартість пояснюється найсуворішим відбором деталей - менше одного відсотка виготовляються зразків задовольняє всім поставленим вимогам. Велика увага приділяється упаковці і транспортуванні готових підсилювачів. В Америці вони містилися кожен в окремий контейнер, що оберігає від ударів, причому в контейнері підтримувалася постійна температура. Потім вони доставлялися літаком до Англії, убудовувалися на заводі в кабель і після цього вже разом з ним потрапляли на борт "Монарха".
До виготовлення кабелю пред'являлися настільки ж високі вимоги. Особливо це стосується броні. Секції кабелю, занурені глибоко на морське дно, схильні до меншої небезпеки пошкодження, ніж ті, які лежать в мілководді, поблизу берегів. Берегові кабелі можуть бути пошкоджені траулерами, прибоєм, якорями і навіть морськими тваринами.
Кабель глибоководної секції має зовнішній діаметр близько 30 міліметрів і складається з десяти шарів, рахуючи від центрального мідного провідника до зовнішнього джутового покриття. Цікаво відзначити, що глибоководний кабель має один рудиментарний придаток, як апендикс у людини, абсолютно даремний на великих глибинах і залишився від початкового періоду розвитку кабельної техніки. На зорі підводної телеграфного зв'язку, коли кабель проводився в основному на невеликих глибинах і нерідко в тропічних водах, деяким мешканцям океанських просторів припала до смаку ізоляція кабелю і це нерідко призводило до пошкодження лінії *. Щоб уникнути цього, поверх ізоляції спіраллю накладалася тонка мідна стрічка. Це робиться і зараз, хоча важко припустити, що на великих глибинах океану водяться тварини, здатні поїдати ізоляцію. * Особливо великі неприємності підводних кабелів доставляли морські молюски "тередо", звані часто морськими точильниками. Розташовуючись між дротами броні, "тередо" відкладають яєчка, що виділяють дуже сильно окисляє хімічна речовина, яке роз'їдає сталеву броню. У цих місцях утворюються отвори, через які молюски проникають до изолирующему шару і просвердлюють його, внаслідок чого в кабель проникає вода і він втрачає свої ізоляційні властивості. Крім того, що кабель з метою зменшення втрат енергії повинен бути виготовлений з високоякісних матеріалів, до нього пред'являються також високі вимоги в частині однорідності його характеристик по всій довжині. Найменше відхилення діаметра будь-якого з провідників від номінального значення або зміщення внутрішнього провідника щодо центру кабелю викликає перешкоди.
Навантаження трансатлантичного кабелю в баки "Монарха" безпосередньо з заводу, розташованого на березі Темзи.
Кабель подається по естакаді з допомогою роликів
Кабельна лінія довжиною близько 100 кілометрів перетинає Ньюфаундленд по суші і йде від Кларенвілла на східному узбережжі до Терренсвілла на західному. На цій ділянці кабель треба було прокладати в важкодоступній місцевості через кам'яні нагромадження, часто при низькій температурі. І сухопутна прокладкові група, мабуть, заздрила команді "Монарха", яка лише стежила за витравлювання кабелю в океан під час безперешкодного руху корабля через Атлантику.
Щоб закінчити цю главу, простежимо заради цікавості, які зміни зазнає людський голос на шляху, скажімо, з Нью-Йорка до Лондона.
Звукові хвилі, порушувані гортанню і голосовими зв'язками переконливо говорить, викликають коливання мембрани мікрофону; остання тисне на зерна вугільного порошку, контакти між якими стають то більше, то менше щільними. При пропущенні через порошок постійного струму, в результаті зміни тиску, опір порошку то зменшується, то збільшується. У ланцюзі виникають коливання електричного струму, відповідні коливань мембрани. При цьому людська мова перетворюється в електричні коливання приблизно тієї ж частоти - від 300 до 3000 герц.
Цікаво, що через 500 кілометрів, в Портленді (штат Мен), електромагнітні хвилі з кабелю дійсно переходять в ефір, зазнаючи при цьому ще одне частотне перетворення.
На цій ділянці максимальна глибина прокладки кабелю становить 360 метрів. Потім сигнали на тих же частотах передаються в Кларенвілл, де починається трансатлантичний двухкабельний ділянку магістралі. Протягом 3600 кілометрів, іноді занурюючись на глибину до 4200 метрів, сигнали йдуть по одному з кабелів (південному), прокладених по дну Атлантики. На цьому шляху сигнали п'ятдесят одна раз багаторазово посилюються для того, щоб досягти протилежного берега без втрат.
У девятістах кілометрах від британських берегів сигнали перетинають район підводних скель, відомий під назвою "банку Роколл", протягом тисячі метрів слідують за ним, а потім знову йдуть глибоко на дно океану. У 370 кілометрах від шотландського узбережжя починається підйом морського дна, спочатку різкий, а потім повільний, і, нарешті, у невеликого містечка Обан кабель виходить на поверхню. Попереду ще 900 кілометрів шляху, але труднощі вже позаду. Далі сигнали йдуть по коаксіальному кабелю, без перешкод досягають Глазго і, нарешті, Лондона. Немає необхідності описувати їх перетворення в людську мову, так як все це слід в зворотному порядку, аж до того моменту, коли вібрує мембрана відтворить людський голос, приблизно так само, як це було за часів Грехема Белла майже дев'яносто років тому.
Знадобилося приблизно дві-три хвилини, щоб описати шлях, який долає людське слово, передане з Нью-Йорка до Лондона. Для передачі ж одного слова потрібно в даний час не більше однієї десятої частки секунди. Як далеко зробила крок техніка! Адже колись вітання самої англійської королеви Вікторії американському президенту Бьюкенену йшло шістнадцять годин.
Д. Шарля Артур Кларк і його книга