Несмотря на появление технологий беспроводной передачи информации и электроэнергии, основным методом продолжается оставаться классический, посредством кабеля. Впервые этот термин был использовал испанским ученым Франсиско Сальвой, во время выступления на заседании академии наук Барселоны 1795 года.
Франсиско работал над созданием линий передачи телеграфного сигнала, заявил о возможность скручивания металлических проволок для увеличения дальности связи, возможности прокладки по воздуху, а не под землей, что было сложно, ненадежно и малоэффективно.
Разработки Франсиско, конечно, были далеки от современных. Токопроводящие проволоки делались из обычного железа, подверженного коррозии, а изоляция – из бумаги со смоляной пропиткой. Примитивно, однако, для конца XVIII столетия – настоящий технический прорыв!
Неудивительно, что именно Франсиско стал проектировщиком и конструктором телеграфной линии, соединявшей города Мадрид и Аранхуэс, которой пользовались монаршие особы. Какие еще факты из истории развития кабелей заслуживают внимания? Как далеко продвинулись разработки в сравнении с изобретениями ученых XVIII и XIX столетия?
Распространение кабельных систем
В середине XIX столетия телеграфная связь набирала обороты, кабели использовались повсеместно. Например, в США первая коммерческая линия появилась в 1844 году, она соединила города Балтимор и Вашингтон. Европа не отставала, в 1854 году удалось наладить стабильную связь между Петербургом и Варшавой, а несколько позже – между Петербургом и Владивостоком, протяженность линии достигла невероятных 10 тысяч километров.
Рост популярности кабельных линий объясняется не только естественной потребностью в услугах связи, но и появлением новых материалов, основ токопроводящих жил и изоляции. Вместо железных проводников стали использоваться медные, с минимальным сопротивлением, вместо изоляции из смолы или латекса – резиновая, а позже, по мере развития химической промышленности – ПВХ.
Основная причина совершенствования конструкции кабеля – технический прогресс. Появлялись новые материалы, устройства, позволяющие передавать большие объемы информации с высокой скоростью. Например, для телеграфа эта скорость составляет, как максимум, десятки бит в секунду, для телефона – несколько больше, но системам радиовещания и телевидения требуются гораздо большие показатели.
Чтобы удовлетворить их запросы, в 1929 году создается коаксиальный кабель, заслуживающий подробного рассмотрения, ведь разработка скоро отметит вековой юбилей, но продолжает активно использоваться, несмотря на появление более современных Ethernet и оптоволокна.
Коаксиальный кабель: история легенды
Создателями коаксиального кабеля стали инженеры Герман Эффель и Ллойд Эспеншид, именно они в 1929 году оформили соответствующий патент. В отличие от предыдущих, телефонных, проводов, они допускали передачу информации сразу по нескольким линиям, что увеличивало пропускную способность, обеспечивало высокую скорость соединения.
Экспериментальная линия связи, основанная на коаксиальных кабелях, появилась в 1936 году, она соединила американские города Филадельфия и Нью-Йорк. Пропускной способности оказалось достаточно, чтобы единовременно поддерживать сразу 224 телефонных разговора!
Ethernet-кабели: увеличиваем скорость
В 70-х годах минувшего столетия все большее распространение получало оборудование для СКС, которое нужно было объединять в локальные и более масштабные сети. Изначально для этого использовался коаксиальный кабель, но скорости передачи данных не хватало, возникла необходимость в более “быстрых” аналогах.
Именно таким аналогом и стал Ethernet-провод, знаменитая “витая пара”, появившаяся в 1973, но использующаяся и в наше время для подключения бытового, профессионального электронного оборудования к местным и мировым сетям. Преимущества Ethernet перед коаксиальным аналогом таковы:
- Поддержка передачи информации в дуплексном режиме;
- Минимальная цена;
- Общее увеличение надежности сети, поддержка звездообразной топологии, исключающей риск общей потери связи при обрыве;
- Передача дифференциального сигнала, что дает высокий коэффициент защиты от помех;
- Поддержка технологии PoE, когда витая пара используется не только для передачи информации, но и для питания подключенных устройств малой мощности, что упрощает прокладку, исключает прокладку отдельных силовых линий.
Развитие Ethernet-кабелей не останавливается, если первые версии поддерживали скорость не более 10 мегабит в секунду, то современные – сотни мегабит. Совершенствуются как проводники, так и материалы оболочки, допускающие эксплуатацию в жестких условиях, при постоянных механических, электромагнитных, атмосферных нагрузках.
Оптоволокно: выходим на максимум!
Удивительно, но сама идея о передаче сигнала не в формате электрических импульсов, а в виде светового потока, была выдвинута еще в середине XIX столетия. Очень долго, однако, ученым не удавалось обойти ограничения, связанные с преломлением света, дистанция передачи была минимальной, даже минимальные искривления линии приводили к огромным потерям данных, вплоть до полной остановки передачи.
Сейчас оптика – наиболее технологичное средство передачи информации, использующееся в интернет-коммуникациях, телевизионном вещании, сотовой связи. Скорость измеряется терабитами в секунду, а дистанции – сотнями и даже тысячами километров, что необходимо для создания магистральных линий, соединяющих страны и континенты.
К вопросу о монтаже
Развитие кабелей – это вопрос не только объемов передаваемой ими электрической мощности или информации. Эволюция была направлена и на разработку новых технологий монтажа. Сейчас подводными линиями связи никого не удивить, специалисты знают, как проложить кабель по дну океана, на глубине сотен метров.
Удивительно, но первая подводная линия появилась не 50 и даже не 100 лет назад, а в далеком 1851 году! Соединила она французский Па-де-Кале и английский Дувр. Толстый слой изоляции из гуттаперчи защищал проводник от воздействия морской воды. Обслуживала линия, конечно, телеграф.
В 1858 году завершилось строительство первой трансатлантической линии кабельной связи: от острова Ньюфаундленда до Ирландии. Курировал этот смелый проект специалист Сайрус Уэст Филд. Работа удалась далеко не с первой попытки, но постепенно ему удалось определить оптимальную конструкцию кабеля, соответствующей толщины, с особым расположением стальных вставок, чтобы исключить разрывы, компенсировать давление воды и другие внешние негативные факторы.
Уникальные разработки
Прогресс кабельной продукции можно продемонстрировать на примере нескольких проектов:
Marea. Кабель, расположенный в Атлантике, на глубине свыше трех километров. Инициаторами его прокладки стали мировые корпорации, в числе которых – Microsoft и Facebook. Поражает пропускная способность, составляющая 160 терабит в секунду, и физические параметры – общая протяженность свыше 6.6 тысяч километров, и масса – 4650 тонн;
Космические разработки. В авиации и космонавтике счет идет на граммы, так что на борту спутников и ракет используются коаксиальные кабели, масса которых составляет меньше 100 граммов на метр. При этом, они прочны, выдерживают термические нагрузки от нагрева в несколько сотен градусов до почти абсолютного нуля;
Самые тонкие Ethernet-кабели предлагает разработчик Berk-Tek. Их толщина – около 7 миллиметров, хотя пропускная способность – 10 и более гигабит в секунду. Такая легкость требуется в наиболее ответственных системах, где требуется исключить лишние физические нагрузки без ущерба для скорости и стабильности связи.
Подведение итогов
История кабеля – это история человеческой цивилизации. Именно они объединяют людей, города, страны и континенты, передавая огромные объемы информации, позволяя общаться, наслаждаться телепередачами, пользоваться Интернетом.
Появление альтернатив, беспроводных технологий передачи сигнала, радио, не сказываются на популярности кабелей. Ученые продолжают работать над их совершенствованием, увеличивают объемы передаваемой информации, скоростные характеристики, показатели защиты от нагрузок, чтобы адаптировать провода к жестким эксплуатационным условиям, сопряженным с экстремально низкими температурами, интенсивным нагревом, контактом с открытым огнем, химическими веществами с выраженной окислительной способностью, морской водой.
