Undersea Fiber Optic Cables
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对于你们许多正在收听我声音的人来说，音频源于一个数字文件，该文件通过光纤电缆以光速传输到全球各地。这些纵横交错于海洋的光纤电缆，创建了一个连接整个地球的网络。几乎所有在世界各地传输的电话呼叫、短信、网页、流媒体视频和播客，都是通过海底光纤电缆进行的。

如果没有这些电缆，我们的现代世界将大相径庭，你们中的许多人现在也无法收听我的节目。在本期《无处不在的日常》节目中，了解更多关于海底光纤电缆及其工作原理的信息。

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当我于2007年开始全职旅行时，我的第一站是太平洋上的岛屿。我经常不得不去网吧，在那里我发现带宽介于糟糕和极差之间。例如，当我位于马绍尔群岛的首府马朱罗时，当时他们只有卫星互联网。速度大约是拨号速度，而且非常昂贵。在那个时候不得不处理海洋中间的互联网让我很好奇这些岛屿究竟是如何与世界其他地区连接起来的。

我于2014年访问了位于大西洋中部圣赫勒拿岛。到那时，世界大部分地区都拥有相当不错的互联网，但圣赫勒拿仍然只有缓慢而昂贵的卫星连接。多年来，我会定期检查这些国家是否已通过光纤电缆连接到世界其他地区。慢慢地，但肯定的是，大多数（但并非全部）这些岛屿确实连接到了世界其他地区。

对于许多这些地方来说，连接到全球通信网络具有变革意义，无论好坏。多年来，我阅读了有关数十亿美元用于扩展这个全球网络、连接更多国家以及提供更快、更冗余的连接的情况。就在前几天，我还与居住在澳大利亚维多利亚州米尔杜拉的某人进行了视频通话。

这是我与这么远的人进行过的最清晰、最清晰的视频通话。这很大程度上要归功于澳大利亚和美国之间连接的改善。海底光纤电缆网络就像连接整个世界的隐形网络。在之前的节目中，我介绍了1858年跨大西洋电缆的故事，这是第一条这样的电缆，它在纽芬兰和爱尔兰之间发送电报信息。到1903年，电缆已经铺设到太平洋彼岸。

多年来，铺设了更多的电缆，扩展了全球电话系统。虽然它确实允许进行更多通信，但国际电话，尤其是洲际电话非常昂贵。直到20世纪下半叶，所有海洋电缆都发送电信号。可以发送的带宽和信息量仍然非常有限。有两项技术进步使得可以使用光而不是电进行通信。

激光器（我在之前的节目中介绍过）以及可以引导光线长距离传输的光纤的创造。这一突破发生在1966年，当时英国科学家查尔斯·考和乔治·霍克汉姆提出，如果可以减少光纤中的杂质，它们就可以远距离传输信号。考后来获得了诺贝尔奖，他在证明光纤通信是可行的方面发挥了重要作用。

这最终在1988年第一条跨大西洋光纤电缆TAT-8投入使用时得到实践，该电缆铺设在美国、英国和法国之间。它的带宽约为每秒280兆比特，相当于40,000条电话线路。它的容量远远超过之前任何海底电缆。如今，海底光纤电缆的性能比第一条电缆提高了几个数量级。

如今，普通光纤电缆的带宽在每秒50到200太字节之间，未来的电缆带宽可能高达每秒250太字节。目前，地球上共有140万到150万公里的活动海底光纤电缆。足以绕赤道35圈。因此，我相信你们大多数人都很容易认识到海底光纤电缆网络的重要性。

你们许多人可能会有一个很大的疑问，你究竟是如何做到这一点的？你如何建造超过一百万公里的光纤电缆，使其足够坚固以承受海底的压力，并以足够的精度和谨慎铺设，以免损坏它？好吧，让我们从海底电缆的制造方式开始。

这些电缆的核心是光纤本身，它们是细细的超纯玻璃纤维，能够引导光信号传输数千公里。这些光纤通常被分组到束中，并涂有保护性凝胶或缓冲材料，以保护它们免受潮湿和物理应力的影响。光纤周围是金属管，通常由铜或铝制成，它具有两个关键功能。它在机械上保护光纤，还可以导电。

电力是操作中继器所必需的，中继器是每隔约50到100公里或30到60英里安装的专用设备，用于放大光信号以防止信号在长距离传输过程中衰减。金属管外有一层聚碳酸酯或聚乙烯绝缘层，提供防水性和额外的耐用性。

对于浅水部署，船锚或渔具造成损坏的风险较高，电缆会用一层或多层钢丝铠装进行加固。这些钢丝螺旋缠绕在绝缘芯周围，使电缆更加坚固和沉重。在深水区，外部威胁最小，电缆较轻且没有铠装，以减少部署的复杂性和成本。

整个结构然后覆盖一层外部防水护套，通常由聚乙烯制成，以密封和保护内部组件免受腐蚀和深海的巨大压力。根据电缆的铺设位置（浅大陆架、崎岖的海山或深海平原），具体的层压和结构可能会有所不同，但目标始终如一：确保光信号能够安全可靠地在海洋中传输数十年。

一旦电缆制造完成，通常以几千公里长的连续段制造，它就会被小心地卷入制造工厂的大型圆形水箱中。这些水箱有时直径达30米或100英尺，深度达几米，可以保持电缆的平缓曲率，避免可能损坏内部精细光纤的扭结或应力。

当需要将电缆装载到船上时，线圈会从储罐缓慢转移到铺设电缆的船上的类似圆形储罐中。根据电缆的长度和制造地点与港口的距离，此转移过程可能需要几天甚至几周的时间。船上的储罐设计成螺旋状储存电缆，确保在部署过程中可以平稳地放出电缆。

在整个装载过程中，都使用复杂的张力控制系统来保持一致的压力，并防止电缆过度弯曲或压碎。一旦船只装载完毕并出海，它就会沿着由GPS和详细海洋数据引导的精心预先勘测的路线行驶。当船只沿着计划路线移动时，电缆会使用一套滚筒、鼓和张紧器系统从储罐中缓慢放出，确保电缆以受控的速度展开。

在深海中，电缆只是被释放并允许其自身重量轻轻地沉降到海底。但是，在浅海沿岸地区，由于捕鱼、锚定或水流造成损坏的风险较高，电缆通常会埋在海床下方，使用遥控犁创建一条狭窄的沟槽并将电缆铺设到其中，然后再将其覆盖起来。

在整个过程中，船上技术人员会实时监控电缆张力、海床地形和船只位置，以确保正确放置并避免缠绕或与海底危险物接触。如有必要，中继器会在制造阶段或船上与电缆连接，并作为电缆列车的一部分无缝部署。整个操作可能需要几周到几个月的时间，具体取决于电缆的长度、天气和海床地形的复杂程度。

完成后，电缆将连接到两端的登陆站，在那里它与陆地网络接口并开始跨越海洋传输数据。全球连接的战略重要性决定了铺设海底光纤电缆的经济性。铺设电缆需要大量的预付款投资，希望能够满足长期的数据需求。

这些电缆每个系统的成本从数千万美元到数亿美元不等，总项目成本因长度、容量、路线、复杂性和其他地缘政治因素而异。平均而言，每公里的成本在25,000美元到50,000美元之间，其中包括电缆制造、海洋勘测、使用专用船舶铺设电缆、安装登陆站以及遵守法律法规要求。

历史上，海底电缆是由AT&T、英国电信、Orange或日本电报电话等电信公司组成的财团建造的，他们共同投入资源来建设任何一方都无法单独承担的基础设施。这些合资企业将共享带宽和维护责任。

然而，近年来，大型科技公司已经开始领先。谷歌、Facebook、亚马逊和微软现在资助或共同拥有许多主要的新的电缆。这些公司需要大量的低延迟、高容量带宽来支持其全球数据中心和云平台。当铺设电缆时，其中很大一部分可能不会立即使用。这被称为暗光纤。它可能会在以后的日期根据需求增加而启用。

您可能想知道，鉴于在海底的一根细电缆上投资了数千万到数亿美元，如果电缆断裂会发生什么？当海底光纤电缆断裂时，网络监控系统几乎会立即检测到中断。这些系统会注意到信号突然丢失或传输错误显着增加，从而促使工程师开始诊断程序。

为了确定故障的确切位置，他们使用一种称为光时域反射法的技术，该技术通过电缆发送光脉冲并测量从断裂处反射回来的反射。这使他们能够以惊人的精度（通常在几百米以内）估计故障位置。一旦找到断裂点，就会将电缆修理船派遣到现场。

这些船只配备了专用设备，并配备了能够回收、修理和重新部署海底电缆的训练有素的船员。该船使用GPS数据和电缆路线图驶向故障的大致位置，以精确定位。如果电缆位于浅水区，则会沿着海床拖动一种叫做抓斗的抓钩来抓住它并将电缆提起。在深水中，使用遥控车辆或特制的重抓斗来回收电缆。

根据深度和电缆的状况，船员可能必须切断海底的电缆并分别回收两端。一旦损坏的部分被带到船上，技术人员就会切除损坏的部分并拼接一段新的电缆。光纤以高精度熔接以保持信号质量，并且整个修复都密封在防水、耐压的外壳内。拼接好的电缆将在船上进行测试以确保信号完整性，然后将其小心地放回海底。

在电缆面临未来损坏风险的地区（例如繁忙的航运通道或捕鱼区），可以使用海犁将其重新埋入。从检测到完全修复的整个过程可能需要几天到几周的时间，具体取决于电缆的位置、损坏的严重程度、天气状况和船只的可用性。未来将创建和铺设更多海底光纤。其中一些将是用更先进的更高容量的光纤替换旧光纤。

但其中一些将涉及新的连接，以满足全球对带宽几乎无法满足的需求。这是因为我们的现代世界及其通信都建立在一个存在于海底的网络之上。《无处不在的日常》的执行制片人是查尔斯·丹尼尔。副制片人是奥斯汀·奥克顿和卡梅伦·基弗。我要感谢所有在Patreon上支持节目的朋友。你们的支持使这个播客成为可能。

我还想感谢所有活跃在Facebook小组和Discord服务器上的《无处不在》社区成员。如果您想加入讨论，节目说明中提供了两个链接。和以往一样，如果您留下评论或给我发送boostagram，您也可以在节目中听到它。