Эволюция кабеля. От давних времен до наших дней

Несмотря на активное развитие беспроводных технологий передачи информации и электроэнергии, все же классический метод с использованием кабелей остается основным способом.

Франсиско де Сальва

Выдающийся ученый эпохи Позднего Просвещения

Было бы неправильно не отметить важную роль ученого Франсиско Сальвы в появлении термина "Кабель". Именно на заседании академии наук в Барселоне в 1795 году Сальва впервые употребил этот термин.»

Неудивительно, что Франсиско, работая над созданием линий передачи телеграфных сигналов, смог предложить новые возможности использования кабелей. Он предложил скручивать металлические проволоки для увеличения дальности связи и даже прокладывать кабели по воздуху, а не под землей, что являлось трудоемким и малоэффективным методом.

С течением времени, термин "Кабель" претерпел значительные изменения и стал неотъемлемой частью современной технологии передачи данных и энергии. Однако несмотря на все инновации и прорывы, оказалось, что классический метод с использованием кабелей до сих пор остается наиболее надежным и эффективным способом передачи сигналов.

Технологические разработки Франсиско явно отличались от современных достижений. Токопроводящие проволоки были изготовлены из обычного железа, подверженного коррозии, а изоляцией служила бумага с смоляной пропиткой. Несомненно, такие решения могут показаться примитивными, но для конца XVIII века это был настоящий технический прорыв!

Одним из выдающихся достижений Франсиско стал проект и конструкция телеграфной линии, соединявшей города Мадрид и Аранхуэс, которой активно пользовались королевские чиновники. Далее мы узнаем, какие еще факты из истории кабельных разработок заслуживают внимания и как далеко продвинулись научные открытия XVIII и XIX веков.

Рост популярности кабельных линий

В середине XIX века телеграфная связь начала набирать обороты, и использование кабелей стало широко распространено. В 1844 году была установлена первая коммерческая линия, соединившая города Балтимор и Вашингтон. Европа не отставала: в 1854 году удалось установить стабильную связь между Петербургом и Варшавой, а затем между Петербургом и Владивостоком, протяженность линии достигала 10 тысяч километров.

Популярность кабельных линий была обусловлена как естественной потребностью в связи, так и появлением новых материалов для проводников и изоляции. Медные проводники с минимальным сопротивлением начали использоваться вместо железных, а резиновая изоляция, а затем ПВХ, заменили смолу или латекс.

Основной причиной совершенствования конструкции кабелей стал технический прогресс. Вместе с новыми материалами появились устройства, позволяющие передавать большие объемы информации с высокой скоростью. Например, скорость передачи данных для телеграфа составляла десятки бит в секунду, для телефона она была несколько выше, а системам радиовещания и телевидения требовались гораздо более высокие показатели.

Для удовлетворения этих требований в 1929 году был создан коаксиальный кабель, который заслуживает подробного рассмотрения. Несмотря на появление более современных технологий, таких как Ethernet и оптоволокно, коаксиальные кабели продолжают активно использоваться и скоро отпразднуют свой вековой юбилей.

Экспериментальная линия связи: коаксиальный кабель

Инженеры Герман Эффель и Ллойд Эспеншид стали авторами коаксиального кабеля, который получил свое официальное признание в 1929 году после получения соответствующего патента. В отличие от предыдущих телефонных проводов, их изобретение дало возможность передавать информацию одновременно по нескольким линиям, что повысило пропускную способность и обеспечило высокую скорость соединения.

Через семь лет, в 1936 году, появилась экспериментальная линия связи, созданная на базе коаксиального кабеля, которая соединила города Филадельфию и Нью-Йорк. Превосходная пропускная способность этого соединения позволяла поддерживать одновременно целых 224 телефонных разговора!

Коаксиальный кабель привлек внимание не только телекоммуникационных организаций благодаря своей высокой скорости передачи. Уже во время Олимпиады 1936 года он стал основой для создания систем телевизионного вещания и успешно справился с этой задачей. Сейчас же он остается актуальным и широко используется как в профессиональных комплексах, так и в быту – в телевизорах. Его применение не ограничивается только обычными аналоговыми антеннами, коаксиальный кабель также используется с цифровыми приставками.

Более "быстрый" аналог: Ethernet-кабель

В 1970-х годах структурированные кабельные системы стали все более распространенными, объединяя оборудование в локальных и масштабных сетях. Начально используемый коаксиальный кабель не обеспечивал достаточную скорость передачи данных, потому возникла необходимость в более быстрых альтернативах.

Именно такой альтернативой стал Ethernet-провод, известный как "витая пара". Он был представлен в 1973 году и до сих пор широко используется для подключения как домашнего, так и профессионального электронного оборудования к локальным и глобальным сетям.

Преимущества Ethernet по сравнению с коаксиальным кабелем включают:

• Поддержка двунаправленной передачи данных в полнодуплексном режиме;
• Увеличение надежности сети за счет применения звездообразной топологии, что уменьшает риск потери связи при обрыве;
• Низкая стоимость;
• Технология передачи энергии по Ethernet (PoE), которая позволяет использовать витую пару не только для передачи данных, но и для питания устройств низкой мощности, упрощает прокладку кабелей и исключает необходимость прокладывать отдельные электрические линии;
• Передача дифференциального сигнала, обеспечивающая высокую защиту от помех.

Разработка Ethernet-кабелей продолжается, и современные версии поддерживают скорости в сотни мегабит в секунду. Кроме того, улучшаются проводники и материалы оболочки, обеспечивающие надежную работу в сложных условиях, под постоянной механической, электромагнитной и атмосферной нагрузкой.

Прорывная технология: оптоволокно

Удивительно, но уже в середине XIX столетия была выдвинута обратная идея о передаче сигнала не в формате электрических импульсов, а в виде светового потока. Однако ученым с тех пор не удалось преодолеть ограничения, вызванные преломлением света. Даже небольшие искривления линии передачи приводили к огромным потерям данных и практически полной остановке передачи.

Великим открытием в исследованиях ученого Чарльза Као Куэна, представленных в 1966 году, стало использование стекловолокна при создании оптики. Ученый утверждал, что идеальные характеристики этого материала полностью соответствуют требованиям и особенностям работы линий передачи данных. Подтверждением правильности его выводов стали последующие испытания, в результате которых оптоволокно продемонстрировало не только способность передавать информацию на огромные расстояния, но и впечатляющую скорость передачи.

На сегодняшний день оптика является одним из самых передовых технологических средств передачи информации, используемых в интернет-коммуникациях, телевизионном вещании и сотовой связи. Скорость передачи измеряется в терабитах в секунду, а дистанции простираются на сотни и тысячи километров, что позволяет создавать магистральные линии, соединяющие страны и континенты.

Линии кабельной связи

Развитие кабелей - это не только вопрос передачи электрической мощности и информации, но и разработки новых технологий и способов их монтажа. Нынешнее время уже не удивляется подводным линиям связи, специалисты знают, как прокладывать кабели по дну океана на значительной глубине.

История подводных линий началась довольно давно, не в 50-х или 100-х годах, а еще в 1851 году. Тогда был проложен первый подводный кабель между французским городом Па-де-Кале и английским городом Дувром. Кабель был защищен толстым слоем гуттаперчи, чтобы предотвратить его повреждение в морской воде. Телеграф был использован для обслуживания этой линии.

А, в 1858 году была завершена строительство первой трансатлантической кабельной связи, соединяющей остров Ньюфаундленд и Ирландию. Этот проект был руководим Сайрусом Уэстом Филдом. Несмотря на многочисленные неудачи, ему удалось найти оптимальную конструкцию кабеля, который был достаточной толщины и имел специальные стальные вставки, чтобы предотвратить обрывы и справиться с давлением воды и другими неблагоприятными внешними факторами.

Создание новых типов

Продемонстрировать прогресс в области кабельной продукции можно на нескольких примерах. Например, кабель Marea, проложенный на глубине более трех километров в Атлантике. Этот проект был инициирован такими мировыми корпорациями, как Microsoft, и поражает своей пропускной способностью, которая составляет 160 терабит в секунду, а также его физическими параметрами: общая протяженность кабеля более 6.6 тысяч километров, а его масса - 4650 тонн.

В авиации и космонавтике вес играет решающую роль, поэтому для спутников и ракет используются коаксиальные кабели, вес которых составляет менее 100 граммов на метр. При этом они обладают высокой прочностью и способны выдерживать термические нагрузки от нагрева до нескольких сотен градусов и почти абсолютного нуля.

Разработчик Berk-Tek предлагает самые тонкие Ethernet-кабели, толщина которых составляет около 7 миллиметров, но при этом они обладают высокой пропускной способностью в 10 и более гигабит в секунду. Такая легкость кабелей необходима в особо важных системах, где нужно минимизировать физические нагрузки без ущерба стабильности и для скорости связи.

Кабель – неотъемлемая составляющая человеческой цивилизации, олицетворяющая взаимосвязь и объединение между людьми, городами, странами и даже континентами. Эти надежные переносчики информации позволяют нам общаться, получать удовольствие от телевизионных передач и наслаждаться преимуществами Интернета.

Несмотря на появление альтернативных беспроводных технологий, таких как радио, популярность кабелей неуклонно растет. Ученые продолжают беспрестанно работать над улучшением этих насыщенных информацией проводных соединений, увеличивая их пропускную способность, возможности передачи данных, а также повышая их устойчивость к нагрузкам. Основная цель заключается в адаптации кабелей к экстремальным условиям эксплуатации, таким как экстремально низкие температуры, интенсивное нагревание, воздействие открытого огня, морская вода и агрессивные химические вещества.