百万公里长的海底光缆是如何铺设的?会中断吗?

日期:2021-06-24
来源:头条@科学信仰

现在我们可以轻易在网络上搜索到自己想要的任何信息,我们可以与身处世界任何地区的人实现实时信息交互,那么是什么帮我们做到这一切的呢?是什么将世界连接在一起的呢?

很多人可能会认为是徘徊于地球轨道的卫星,的确,目前在地球轨道运行的各种航天器已经多达上千颗,它们都在各个不同的领域为我们提供着服务,但并不包括国际数据的传输。你可能听说过“宽带卫星”这种东西,在未来宽带卫星的确有可能分担一部分国际数据传输的任务,但就目前而言,99%以上的国际数据传输还是要依靠海底光缆。海底光缆本质上就是我们平时上网所使用的光纤,而如果你曾经剥掉过光纤外面的保护层,就会发现光纤是非常脆弱的,它是一种由玻璃或塑料制作而成的纤维,非常容易折断。

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在装修的时候,我们很早便会叫来宽带公司安装宽带,就是怕预埋的光纤出现断裂,可见这种东西是十分娇贵的。

与我们的家居环境相比,海底环境的恶劣程度可谓是天壤之别,那么为什么海底光缆一定要使用如此娇贵的东西呢?因为它的传输速度快,它的传输速度为什么这么快呢?这就涉及到一种叫做“全反射”的光学现象了。

我们知道,光从一种透明介质照射到另一种透明介质之上时,会发生反射与折射,反射的光会回到原本的介质之中,而折射的光则会进入到另一种介质之中,但是,当光从一种折射率较高的介质进入一种折射率较低的介质时,如果入射角大于某一临界角,那么则不会发生折射,而是实现全反射。光纤就是这样,在光纤内部,折射光为0,所以反射光的强度与入射光是一样的。

对于绵延上百万公里的海底光缆而言,传输效率是至关重要的,所以自然要使用光纤,那么光纤如此娇贵,是如何埋在海底又不会断裂的呢?

其实,海底光缆不会断裂的原因并没有什么特别,完全是因为它的保护结构。在海底光缆的最中心是数对或十数对的光纤束,在光纤束的外围是第一道保护层,一根由聚乙烯所制成的管子,也就是我们俗称的塑料管。当然,只是把光纤放在塑料管里是不行的,因为它们会在管子里晃来晃去,所以必须要在塑料管中填满凡士林,以阻止光纤的晃动,从而减小磨损。塑料管所能够提供的保护是非常有限的,在我们家中还可以,但在海底几乎没用,所以在塑料管的外围还要缠绕上一圈细钢丝,这样一来,强度就大大提升了。

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之后,在这一圈细钢丝的外面还要安装一个金属管,它通常是由铜或铝所制造的,其一方面能够起到保护作用,另一方面还肩负着电力传输的作用。

海底光缆绵延上百万公里,所以没有中继器是不行的,所以每隔几十公里就要安装一个中继器,而中继器工作需要供电,而电力的传输就由海底光缆外层的金属管负责。至此,只需要再在外面裹上一层塑料外皮就可以了。从海底光缆的结构可以看出,它的保护是非常严密的,不过这种程度的保护只能应用于深海部分,在浅海区域,这样的保护是不够的,所以浅海段的海底光缆还需要在此基础上再加装数层钢绞线、尼龙绳,最后还要涂上沥青。这副装甲也太厚了吧?浅海到底有什么危险呢?鲨鱼,它们非常喜欢啃咬海底光缆。

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鲨鱼为什么喜欢啃咬海底光缆?至今尚没有明确的结论,但一些科学家认为是光缆通电后所产生的电磁场吸引了鲨鱼,不过目前尚无法证实。

除了鲨鱼以外,拖网渔船也经常会对海底光缆造成损害。层层保护的海底光缆制造完成了,接下来怎么把它埋入深海呢?简单来讲,就是用一个拖船拖着一台沉在海底的海犁来进行铺设的,海犁会犁开一条深约10厘米的沟,之后拖船沿着这条沟慢慢放下光缆,跟在后面的海犁会将光缆埋入沟中,整个过程说起来简单,但真的做起来可是相当有难度的。可见,为了能够让世界连通,海底光缆从制造到铺设,可谓是相当耗时,如果未来宽带卫星真的能够取代海底光缆,那么连通世界的工作将会变得轻松很多。至于宽带卫星是否真的能够取代海底光缆,我们不得而知,反正马斯克是信心满满。