【老徐专栏】聊聊海底电缆的那些事 - 海洋电缆布设

盖好我的小被子 · 发表于海洋技术专业 2024-4-20 01:18:15

聊聊海底电缆的那些事

在世界大洋之下，铺设有55万英里长的海底光缆。根据One Earth Future基金会Stable Seas项目的报告，海底网络承担着全球洲际通信业务的97％，每天传输价值1000万美元的金融交易数据、每天完成价值10万亿美元的交易。海底电缆，顾名思义，就是铺设在海底的电缆呗，这有啥可聊的？很多事情都是这样，乍一听，没啥可聊的，但稍微思考一会儿，就会冒出很多有趣的疑问出来：

海底电缆就是一根横贯太平洋和大西洋直来直去的吗?

那得多长啊？怎么铺的呢？

铺设的时候得用多大的船拉着那老些电缆啊?

电缆有多粗呢？细了会不会被海底的石头划破了啊？

电缆的外皮会不会被鱼给啃坏了啊？

电缆就那么静静的躺在海底吗？会不会被洋流推走呢?

那海底有时候有海沟，有时候有礁石的，电缆也跟随着海底的“山峦起伏”而“上下起伏”吗？

海底电缆在大洋的两边有没有固定的设施？从哪冒出来呢？

海底地震或者海水潮汐会不会把电缆扯断？

所有的国家用的都是同一根电缆吗？还是说海底有好多条这样的电缆？

要不要挖个海底隧道或者铺设个海底钢管啥的保护保护呢？

有没有人会潜到海底把海底电缆破坏掉?或者窃听啥的？

你看，这一细想起来，这海底电缆的故事可就有的琢磨了。咱们这期就跟老徐一起研究研究这个有趣的“海底电缆”！

《人类群星闪耀时》这本书中单独有一节“越过大洋的第一次通话”，讲述了美国实业家塞勒斯·韦斯特·菲尔德（Cyrus West Field）是如何历经千辛万苦完成人类历史上第一条越洋海底电缆的铺设的。大概的过程是，古塔胶包裹的金属电线可以布设在海底，电流在其中畅行无阻，而不会被海水耗散。1857年8月5日，菲尔德开始了具有历史意义的铺设越洋海底电缆的第一次尝试，但在铺设的第六天时由于放线架出了质量问题，电缆就一股脑地都掉入了海中；转年第二次尝试时，在铺设的第四个晚上，由于遇到了海上暴风雨，船差点没被掀翻，再次失败；1858年7月17日，第三次尝试，这次是从大西洋的中间，两艘船分别装了一半长度的电缆，先完成对接，然后背道而驰，分别抵达纽芬兰和爱尔兰。1858年8月16日，维多利亚女王发给美国总统布坎南的贺电通过海底电缆传到北美。竟然成功了，大家都疯了，跑大街上庆祝个没完没了，把菲尔德捧上了天。但乐极生悲，几天后，海底电缆就没信号了，还是失败了，菲尔德又被千夫所指。

1958年，美国邮政署发行了第一次越洋通话100周年纪念邮票。

六年后，拥有钢铁般意志的菲尔德再一次回来了，这一次不同的是，他拥有了排水量两万两千吨的巨轮“伟大的东方人”号，1865年7月23日，这艘巨轮下海了，之前无比困难的事情变得简单了很多，但在离北美还有两天航程的时候电缆突然断裂，这第四次尝试再次失败。伟大的工程依赖伟大的人，伟大的人成就伟大的工程。1866年7月13日，菲尔德再次出航进行第五次尝试，这一次他终于将美洲到欧洲的海底电缆铺设成功。此后短短一年内，通过这条电缆就发过2772份电报，当时的价格是一个字10美元，以每份电报平均50字计算，这条电缆一年的收入就超过25万英镑（1英镑=5美元）。另外一条利好消息是上一年断裂在海底的电缆也被找到了，接好断头后继续铺设，所以人们一下子有了两条海底电缆。

铺设海底电缆时，是否就是粗暴的把电缆直接扔进大海了事？

现在铺设海底电缆的技术已经有了很大的提升，但人类的第一根海底电缆铺设的时候，还真就是直接扔进去了事，电缆靠自身的重力慢慢的沉入海底，当然这种方式并不太安全，因为路过的鲸或者其他大型动物都会遭遇甚至撕咬，不过各种附着物生长后就不太会有问题了，但很多贝壳类会分泌腐蚀性物质侵蚀电缆。后来的电缆和光缆敷设都有专门的海底敷设机器人，它会在海底用高压水泵机器人挖一个沟槽，把海底电缆放进去，再埋上泥土，这样就会得到很好的保护了，近海作业按我国要求是至少是3米，不过全球各地区要求有些不一样，比如中国香港要求是5米，特殊地区甚至要求10米，并且每隔一定距离还需要有中继器！一条洲际海底光缆是难以一次完成铺设的，因为目前最先进的光缆敷设船也就只能搭载2000公里长的光缆（且目前的铺设速度仅能达到200公里/天），因此铺设要分段进行，而每一段的“光缆对接”，都需要在敷设船上完成，并需要极高的技术。

但在远海或者深海，水下作业机器人也无法达到的深海水域，没办法，只能是直接进行敷设，简单的说就是先勘察好海底地形，尽量避开地形不稳定的区域，避开海沟等，直接将电缆丢在海底！

海底电缆是如何跨越海沟的呢？

海底也有高山和沟渠，比如马里亚纳海沟甚至深达11千米，比珠穆朗玛峰高的8848还要夸张，那么海底光缆遭遇如此深的海沟时是否是直接“架空”电缆的方式跨越的呢？其实这是个错误理解，因为“架空”的方式会让海上浮游生物在电缆上生长，越来越重，最终可能到时断裂！而且“架空”的方式也很容易被闯入的潜艇挂到，当然也容易让大型海洋生物比如鲸或者大王鱿撞到，即使不会断裂也会造成严重影响！因此无论多深的海沟，必须贴着海底布置海底电缆，当然在会尽量避开跨越深渊类型的海沟，当然也必须避开鱼礁和珊瑚礁，但如果绕不开，那么尽量绕开海底悬崖，找平坦一些的地方过海沟！

海底电缆究竟有多粗？不怕被鱼类攻击或者啃食吗？

在20世纪80年代，确实发生过海底电缆绝缘体被鲨鱼咬坏的实例。

所以后来的海底电缆采用的都是过设计理念，保护是有点夸张的，多层高强度钢丝编织网包裹中间的金属套管，内部才是细细的光缆，一般海底光缆的直径通常在69毫米左右，每米的重量高达10千克，设计寿命为25年！

和各位想象得不一样的是深海区的光缆和浅海区的光缆粗细还有差别，深海区的光缆因为没有干扰，一般的船舶抛锚够不着，大型鱼类也到不了那么深的海底，几乎就是一个无人打扰的世界，因此深海区的光缆可以细一些，但浅海区的光缆则不行，必须就是傻大笨粗！

地震、潮汐或者人类活动，是否会给海底电缆造成破坏呢？

答案是肯定的，根据负责监测所有海底网络中断和损坏事件的Telegraphy公司的数据，这些非恶意及自然发生的事故，因地震、刺网设备和鲨鱼咬伤等，只是造成光缆故障的“极为罕见”的原因，更大的威胁是由人类造成的：渔船和游轮等大型船只，它将锚具下沉到海洋深处，这会撞击海底光缆，此类事故约占造成海底光缆故障的2/3。2006年12月26日台湾恒春南部巴士海峡地震，陆上损失轻微，但造成了海底多条光缆中断，导致东亚区内互联网、国际电话业务服务受阻，对经济及社会的冲击极为严重，国际电信联盟（ITU）将其确定为现代新型灾难，将全面提升海底电缆的抗震标准！2008年有报道称，埃及沿海一艘船的锚具切断了海底光缆，最终造成至少三个国家、约7500万人失去互联网服务，并快速影响到也门以及整个红海地区。2020年1月份，连接马斯喀特和苏伊士港口的猎鹰光缆被一艘大型船只的锚拉断，造成也门至少6天的互联网中断，也影响了沙特阿拉伯，科威特，卡塔尔，苏丹和埃塞俄比亚的互联网，这些区域分流受到影响！我国大陆地区海底光缆一共有3个登陆点，分别是青岛(2条光缆)、上海(6条光缆)，还有汕头(3条光缆)。光缆的浅海区是断裂的重灾区，而比较深的海域则大都是鲨鱼撕咬造成的供电故障等，或者因为地质变化，所以地球上的通讯其实是很脆弱的，不过好在海底电缆已经形成了一个庞大繁杂的网络，大都可以通过路由绕开断裂区域，不至于完全失去联系。

有没有极端分子潜入到海底把海底电缆破坏掉?或者监听呢？

在历史上，确实发生过窃听海底电缆数据的情况。冷战时期，美国潜艇曾潜入鄂霍茨克海，由潜水员将专门设备固定到前苏联的通信电缆来截听所有通信。2013年英国《卫报》报道称，根据斯诺登披露的文件，英国情报机构GCHQ秘密入侵超过200条光缆，每天检测6亿个通话。据称美国NSA有名为Upstream的类似项目。2016年，《华盛顿邮报》报道，美国通过潜艇这种看似不可能的方式来窃取其他国家的通信秘密。数十年来美国海军一直采用这种方式对海底光缆进行监听。目前美军正计划使用无人潜航器扩展潜艇的覆盖范围。

然而，破坏海底电缆并非易事，在海底深处实施光缆窃听是危险的，也是非常非常困难的，这可能不会发生。在浅海处的光缆最容易遭到破坏——300英尺或更浅的深度——因为这是人类能够达到的深度：人类可以带上摄像机通过进出潜水器开展行动。据英国科技媒体The Register分析，监听海底光缆需先打开铠装护套，避免被电缆电源电击，然后再剪接光纤。AT&T实验室的研究也发现，攻击者可以瘫痪无法监控的部分网络，迫使人们连接自己控制的光缆，实现窃听通信而不暴露。所以电缆在浅海区或者登陆口是最需要予以严密保护的地方，其实，地球上所有的登陆站都被视为高安全区。海底光缆供应商提供一系列安全服务，如通过地面围栏设置预警警戒区，为客户提供实时警报，以及使用无人机和其他船只进行监视等。从网络安全的角度来看，防止窃听首先要做的就是对存储或传输中的数据使用强加密，随着带宽容量的增加，这一点一定会实现的。

另外，想要在未来的全球互联网中占据主导地位，在未来没有硝烟的战争中不处于被动局面，仅靠建设海底光缆是远远不够的，只有实现通信的多维度发展，例如尝试空中网络建设、以及加快卫星通信的发展等等，才能真正赢得未来！卫星宽带传输将是未来趋势。

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