Введение

Трансатлантические телеграфные кабели представляли собой подводные кабели, проложенные под Атлантическим океаном для телеграфной связи. Телеграфия – устаревшая форма связи, и кабели давно выведены из эксплуатации, однако телефонная связь и данные по-прежнему передаются по другим трансатлантическим телекоммуникационным кабелям. Атлантическая телеграфная компания под руководством Сайруса Уэста Филда построила первый трансатлантический телеграфный кабель. Проект начался в 1854 году с прокладки первого кабеля от острова Валентия у западного побережья Ирландии до бухты Буллз в Тринити-Бэй, Ньюфаундленд. Первая связь состоялась 16 августа 1858 года, но скорость передачи была низкой. Первой официальной телеграммой, переданной в тот день между двумя континентами, было поздравительное письмо королевы Виктории из Соединенного Королевства президенту Соединенных Штатов Джеймсу Бьюкенену. Качество сигнала быстро ухудшилось, замедлив передачу до практически непригодной скорости. Кабель был поврежден через три недели, когда Уайлдман Уайтхаус приложил к нему избыточное напряжение, пытаясь добиться более высокой скорости работы. Утверждалось, что дефектное изготовление, хранение и обращение с кабелем в любом случае привели бы к его преждевременному выходу из строя. Его короткий срок службы подорвал доверие общественности и инвесторов и задержал усилия по восстановлению связи. Второй кабель был проложен в 1865 году с использованием значительно улучшенных материалов. Он был уложен с корабля SS Great Eastern, построенного Джоном Скоттом Расселом и Изамбардом Кингдомом Брунелем, под командованием сэра Джеймса Андерсона. Более чем на половине пути кабель оборвался, и после многочисленных попыток спасения его пришлось оставить. В июле 1866 года был проложен третий кабель от дома The Anglo American Cable на Телеграфном поле, Фойлхоммерум. 13 июля "Грейт Истрен" направился на запад к Хартс-Контент, Ньюфаундленд, а 27 июля успешно завершил соединение. Кабель 1865 года также был извлечен и соединен, в результате чего в эксплуатацию были введены два кабеля. Эти кабели оказались более долговечными. Скорость передачи была очень высокой, и был придуман слоган "Две недели до двух минут", чтобы подчеркнуть значительное улучшение по сравнению с отправкой сообщений на кораблях. Кабели изменили личные, коммерческие и политические отношения между людьми по обе стороны Атлантики. С 1866 года между континентами существует постоянное кабельное соединение. В 1870-х годах были установлены дуплексные и квадруплексные системы передачи и приема, которые могли передавать несколько сообщений по кабелю. До появления первого трансатлантического кабеля связь между Европой и Америкой осуществлялась только морским транспортом, и сильные зимние штормы могли задерживать ее на несколько недель. В отличие от этого, трансатлантический кабель позволил обмениваться сообщениями и получать ответы в тот же день.

Ранняя история

В 1840-х и 1850-х годах несколько человек предлагали или поддерживали идею строительства телеграфного кабеля через Атлантический океан, включая Эдварда Торнтона и Алонзо Джекмана. Уже в 1840 году Сэмюэл Морз выразил уверенность в возможности создания подводной линии связи через Атлантику. К 1850 году кабель был проложен между Англией и Францией. В том же году епископ Джон Т. Маллок, глава католической церкви в Ньюфаундленде, предложил построить телеграфную линию через лес от Сент-Джонса до мыса Рей и проложить кабели через залив Святого Лаврентия от мыса Рей до Новой Шотландии через пролив Кэбот. Примерно в то же время аналогичная идея пришла в голову Фредерику Ньютону Гисборну, инженеру-телеграфисту в Новой Шотландии. Весной 1851 года он получил грант от законодательного собрания Ньюфаундленда и, организовав компанию, приступил к строительству наземной линии.

План принимает форму

В 1854 году бизнесмен и финансист Сайрус Уэст Филд пригласил Гисборна к себе домой для обсуждения проекта. Филд рассматривал идею, предложенную своим посетителем, о возможности прокладки кабеля в Ньюфаундленд с последующим его продолжением через Атлантический океан. Филд не имел знаний о подводных кабелях и глубинах океана. Он консультировался с Морсом и лейтенантом Мэтью Мори, авторитетом в области океанографии. Карты, составленные Мори на основе глубин, зафиксированных в судовых журналах множества кораблей, указывали на наличие осуществимого маршрута через Атлантику. Этот маршрут казался настолько идеальным для прокладки кабеля, что Мори назвал его Телеграфным плато. Карты Мори также показали, что прямой маршрут в США был слишком сложным и значительно длиннее. Филд принял схему Гисборна как предварительный этап более масштабного предприятия и инициировал создание компании New York, Newfoundland and London Telegraph Company для прокладки телеграфной линии между Америкой и Европой. Первым шагом было завершение линии между Сент-Джонсом и Новой Шотландией, что было поручено брату Гисборна и Филда, Мэтью. В 1855 году была предпринята попытка проложить кабель через пролив Кабота в заливе Святого Лаврентия. Кабель прокладывали с барки, буксируемой пароходом. Когда была проложена половина кабеля, поднялся шторм, и линию перерезали, чтобы предотвратить затопление барки. В 1856 году пароход был специально оборудован для этой цели, и соединение между Кейп-Рей (Ньюфаундленд) и заливом Аспи (Новая Шотландия) было успешно установлено. Общая стоимость проекта превысила 1 миллион долларов, а трансатлантический участок обошелся бы значительно дороже. В 1855 году Филд совершил первый из 56 атлантических переходов в ходе реализации проекта, чтобы проконсультироваться с Джоном Уоткинсом Бреттом, ведущим экспертом по подводным кабелям того времени. Подводная телеграфная компания Бретта проложила первый океанский кабель в 1850 году через Ла-Манш, а его Английская и Ирландская Магнитная Телеграфная Компания проложила кабель в Ирландию в 1853 году – на тот момент самый глубоководный кабель. Другой причиной поездки было то, что все коммерческие производители подводных кабелей находились в Великобритании, в частности, компания Gutta Percha. После продажи оставшихся акций, преимущественно существующим инвесторам компании Бретта, был сформирован бессрочный совет директоров, в который вошел Уильям Томсон (будущий лорд Кельвин), уважаемый ученый. Томсон также выполнял функции научного консультанта.

Первый трансатлантический кабель

Кабель состоял из 7 медных проволок, каждая весом 26 кг/км (107 фунтов на морскую милю), покрытых тремя слоями гуттаперчи (как предложил Джонатан Нэш Хирдер), весом 64 кг/км (261 фунт на морскую милю), и обмотанных просмоленной коноплей, поверх которой была уложена оболочка из 18 прядей, каждая из 7 железных проволок, в плотной спирали. Его вес составлял почти 550 кг/км (1,1 тонны на морскую милю), он был относительно гибким и мог выдерживать напряжение в несколько десятков килоньютонов (несколько тонн). Кабель от компании Gutta Percha Company бронировался отдельно производителями стальных канатов, что было стандартной практикой того времени. В спешке с началом работ на завершение кабеля было выделено всего четыре месяца. Поскольку ни один производитель стальных канатов не располагал достаточными мощностями для изготовления такого количества кабеля за столь короткий срок, задача была разделена между двумя английскими фирмами: Glass, Elliot & Co. из Гринвича и R. S. Newall and Company из Биркенхеда. Позднее в процессе производства было обнаружено, что две партии были изготовлены из прядей, скрученных в противоположных направлениях. Это означало, что их нельзя было соединять напрямую скруткой «проволока к проволоке», так как железная проволока на обоих кабелях раскручивалась бы при натяжении во время прокладки. Проблема была решена путем соединения через импровизированную деревянную скобу, удерживающую проволоки на месте, но эта ошибка вызвала негативную реакцию в прессе. Прокладка кабеля началась у белой отмели возле замка Бэлликарбери в графстве Керри, на юго-западном побережье Ирландии, 5 августа 1857 года. Он оборвался в первый же день, но был поднят и отремонтирован. Затем он снова порвался над плато Телеграф, на глубине почти, и работы были приостановлены до следующего года. Было потеряно 300 миль (483 км) кабеля, но оставшихся 1800 миль (2897 км) было достаточно для завершения задачи. В этот период Морс конфликтовал с Филдом, был исключен из совета директоров и больше не принимал участия в предприятии. Проблемы с обрывами кабеля были в значительной степени вызваны сложностью контроля натяжения кабеля с помощью тормозного механизма во время его развертывания. Был разработан новый механизм и успешно испытан в Бискайском заливе на корабле «Агамемнон» в мае 1858 года. 10 июня «Агамемнон» и «Ниагара» вышли в море, чтобы предпринять новую попытку. Через десять дней они попали в сильный шторм, который едва не привел к преждевременному завершению предприятия. Корабли были перегружены кабелем, который не помещался во всех трюмах, и им с трудом удавалось удерживать равновесие. Десять моряков получили ранения, а электротехническая каюта Томсона была затоплена. Суда прибыли в середину Атлантического океана 25 июня и соединили кабель с двух кораблей. «Агамемнон» разворачивал кабель на восток в направлении острова Валентия, а «Ниагара» – на запад в направлении Ньюфаундленда.

Первый контакт

Испытательные сообщения были отправлены из Ньюфаундленда начиная с 10 августа 1858 года. Первый из них был успешно прочитан в Валентии 12 августа и в Ньюфаундленде 13 августа. После этого до 16 августа продолжали поступать тестовые и конфигурационные сообщения, пока не было отправлено первое официальное сообщение по кабелю:

Директорам Atlantic Telegraph Company, Великобритания, – Директорам в Америке: «Европа и Америка соединены телеграфом. Слава Богу в вышних, и на земле мир и благоволение к людям». Далее следовал текст поздравительной телеграммы от королевы Виктории президенту Джеймсу Бьюкенену, находившемуся в его летней резиденции в отеле Bedford Springs в Пенсильвании, выражающей надежду на то, что кабель станет «дополнительным звеном между народами, чья дружба основана на общих интересах и взаимном уважении». Президент ответил: «Это триумф, более славный, поскольку гораздо более полезный для человечества, чем любая победа, одержанная завоевателем на поле боя. Да станет Атлантический телеграф, под благословением Небес, узами вечного мира и дружбы между родственными народами и инструментом, предназначенным Божественным Провидением для распространения религии, цивилизации, свободы и закона по всему миру». Сообщения было трудно расшифровать; на отправку сообщения королевы Виктории, состоящего из 98 слов, потребовалось 16 часов. Тем не менее, это вызвало всплеск энтузиазма. На следующее утро в Нью-Йорке прогремел торжественный салют из 100 пушек, улицы были украшены флагами, в церквях зазвонили колокола, а ночью город был освещен. 1 сентября состоялся парад, за которым последовало вечернее шествие с факелами и фейерверк, вызвавший пожар в здании городской ратуши. Брайт был удостоен рыцарского звания, что стало первой подобной честью в телеграфной индустрии.

Неисправность первого кабеля

Работа кабеля 1858 года была омрачена конфликтом между двумя старшими членами проекта, Томсоном и Уайтхаусом. Уайтхаус по образованию был врачом, но с энтузиазмом интересовался новой электрической технологией и оставил свою медицинскую практику, чтобы посвятить себя новой карьере. Он не получил формального физического образования; все его знания были приобретены на практике. Их столкновения начались еще до начала проекта, когда Уайтхаус оспорил закон квадратов Томсона, представленный им на собрании Британской ассоциации в 1855 году. Закон Томсона предсказывал, что скорость передачи по кабелю будет очень низкой из-за эффекта, известного как задержка. Чтобы проверить теорию, Брайт предоставил Уайтхаусу доступ к протяженным подземным линиям компании "Магнитный телеграф". Уайтхаус соединил несколько линий общей длиной, сопоставимой с трансатлантическим маршрутом, и заявил об отсутствии проблем. Морс также присутствовал при этом испытании и поддержал Уайтхауса. Томсон считал измерения Уайтхауса ошибочными и полагал, что подземные и подводные кабели не вполне сопоставимы. Томсон был убежден, что для смягчения проблемы задержки необходим кабель большего сечения. В середине 1857 года, по собственной инициативе, он исследовал образцы медного сердечника, заявленные как идентичные по спецификации, и обнаружил колебания сопротивления, достигающие двукратной разницы. Однако производство кабеля уже шло, и Уайтхаус поддерживал использование более тонкого кабеля, поэтому Филд выбрал более дешевый вариант для двух попыток 1858 года, используя мощную высоковольтную индукционную катушку, вырабатывающую несколько тысяч вольт, чтобы обеспечить достаточный ток для стандартных электромеханических печатающих телеграфов, используемых на внутренних линиях. Прибор Томсона требовал визуального считывания и не мог печатать. Девять лет спустя он изобрел сифонный самописец для второй трансатлантической попытки 1866 года. Решение начинать прокладку посреди Атлантики, в сочетании с отказом Уайтхауса от участия в очередном рейсе, оставило Томсона на борту "Агамемнона", направлявшегося к Ирландии, с полной свободой использовать свое оборудование без вмешательства Уайтхауса. Хотя Томсон имел статус лишь советника инженера К. В. де Соти, вскоре все вопросы, касающиеся электричества, стали решаться с его участием. Уайтхаус, оставшийся в Валентии, оставался без связи до прибытия корабля в Ирландию и высадки кабеля. Примерно в это время у совета возникли сомнения относительно в целом негативного отношения Уайтхауса. Он не только неоднократно конфликтовал с Томсоном, но и критиковал Филда, а его систематические отказы выполнять свои основные обязанности главного электрика на борту корабля произвели крайне негативное впечатление. После отстранения Морса Уайтхаус лишился своего единственного союзника в совете, но в то время никаких мер не было предпринято. В сентябре 1858 года, после нескольких дней прогрессирующего ухудшения изоляции, кабель полностью вышел из строя. Реакция на эту новость была огромной. Некоторые авторы даже намекали, что линия была не более чем мистификацией, другие же назвали ее биржевой спекуляцией. Уайтхаус был отозван для расследования, а Томсон приступил к работе в Валентии, получив задание восстановить события, которые Уайтхаус затушевал. Уайтхаус был признан виновным в провале и уволен. Возможно, кабель и так бы вышел из строя, но Уайтхаус значительно ускорил этот процесс. Кабель был особенно уязвим на первых ста милях от Ирландии, состоящих из старого кабеля 1857 года, который был соединен с новым слоем и, как известно, был изготовлен некачественно. Анализ образцов показал, что в некоторых местах проводник был сильно смещен от центра и мог легко прорвать изоляцию из-за механических напряжений при прокладке. Были проведены испытания образцов кабеля, погруженных в морскую воду. При идеальной изоляции применение тысяч вольт не вызывало проблем. Однако образец с микроскопическим отверстием "загорелся как фонарь" при испытании, и в изоляции образовалась большая пробоина. Хотя кабель так и не был введен в эксплуатацию для общественного пользования и не работал должным образом, было время для передачи нескольких сообщений, выходящих за рамки тестирования. О столкновении судов Cunard Line "Europa" и "Arabia" было сообщено 17 августа. Британское правительство использовало кабель для отмены приказа о переброске двух полков из Канады в Англию, что позволило сэкономить 50 000 фунтов стерлингов. До выхода из строя было передано в общей сложности 732 сообщения. Ее огромный корпус был оборудован тремя железными резервуарами для приема кабеля, а палубы – оборудованием для его прокладки. В полдень 15 июля 1865 года "Great Eastern" покинул Нор для бухты Фойлхомерум, остров Валентия, где береговой конец был уложен "Caroline". Эта попытка провалилась 2 августа, когда после прокладки определенного количества кабеля он оборвался вблизи кормы корабля, и конец был потерян. "Great Eastern" вернулся в Англию, где Филд выпустил новый проспект и основал Anglo American Telegraph Company для прокладки нового кабеля и завершения оборванного. 13 июля 1866 года "Great Eastern" снова начал прокладку кабеля. Несмотря на проблемы с погодой вечером пятницы, 27 июля, экспедиция достигла порта Хартс-Контент, Ньюфаундленд, в густом тумане. Даниэль Гуч, главный инженер Telegraph Construction and Maintenance Company, находившийся на борту "Great Eastern", отправил сообщение государственному секретарю по иностранным делам лорду Стэнли: "Установлена идеальная связь между Англией и Америкой; да поможет Бог, чтобы она стала прочным источником пользы для нашей страны". На следующее утро в 9 часов сообщение из Англии привело слова из передовой статьи "The Times": "Это великое дело, слава нашей эпохи и нации, и люди, которые его достигли, заслуживают того, чтобы быть увековеченными среди благодетелей своего рода". Береговой конец был высажен в кабельной станции Хартс-Контент в течение дня "Medway". Посыпались поздравления, и между королевой Викторией и Соединенными Штатами вновь были обменяны дружеские телеграммы. В августе 1866 года несколько кораблей, включая "Great Eastern", снова вышли в море, чтобы поднять потерянный кабель 1865 года. Их целью было найти конец потерянного кабеля, соединить его с новым кабелем и завершить прокладку до Ньюфаундленда. Они были полны решимости найти его, и их поиски основывались исключительно на позициях, зафиксированных "преимущественно капитаном Мориарти, R.N.", который определил конец потерянного кабеля в долготе 38° 50' западной долготы.

Были те, кто считал попытку безнадежной, заявляя, что поиск кабеля на дне океана подобен поиску иголки в стоге сена. Однако Роберт Халпин, первый офицер "Great Eastern", провел HMS "Terrible" и судно для подъема кабеля "Albany" к правильному месту. "Albany" двигался медленно туда-сюда, "ловил" потерянный кабель пятизубым крюком на конце прочного каната. Внезапно, 10 августа, "Albany" "зацепил" кабель и поднял его на поверхность. Это казалось нереально легким успехом. Ночью кабель соскользнул с буя, к которому он был прикреплен, и процесс пришлось начинать заново. Это повторилось еще несколько раз, кабель соскальзывал после закрепления в изнурительной борьбе с бурным морем. Однажды моряк даже был отброшен на палубу, когда трос грапнеля лопнул и отскочил обратно. 12 августа к поискам присоединились "Great Eastern" и другое судно для подъема кабеля, "Medway". Лишь спустя более двух недель, в начале сентября 1866 года, кабель был наконец поднят, чтобы с ним можно было работать; потребовалось 26 часов, чтобы безопасно поднять его на борт "Great Eastern". Кабель был доставлен в электрическую комнату, где было установлено, что он соединен. Все на корабле ликовали или плакали, когда в небо были запущены ракеты, осветившие море. Поднятый кабель был соединен со свежим кабелем в трюме и проложен до Хартс-Контент, Ньюфаундленд, где корабль прибыл в субботу, 7 сентября. Теперь существовало два работающих телеграфных соединения.

Скорости связи

Первоначально сообщения отправлялись оператором с использованием азбуки Морзе. Качество связи по кабелю 1858 года было очень низким, и для передачи одного символа (одной буквы или одного числа) требовалось две минуты, что составляло примерно 0,1 слова в минуту. Это было несмотря на использование высокочувствительного зеркального гальванометра. На передачу первого сообщения от королевы Виктории в Ньюфаундленд ушло 67 минут, а на передачу подтверждающей копии обратно в Уайтхаус в Валентии – 16 часов. Это было в 80 раз медленнее, чем кабель 1858 года. Оливер Хевисайд и Михайло Идворски Пупин позже поняли, что пропускная способность кабеля ограничена дисбалансом между ёмкостным и индуктивным реактивным сопротивлением, что вызывает сильную дисперсию и, как следствие, искажение сигнала; см. уравнения телеграфиста. Эту проблему решали с помощью железной ленты или нагрузочных катушек. Лишь в XX веке скорость передачи сообщений по трансатлантическим кабелям достигла отметки в 120 слов в минуту. Лондон стал мировым центром в области телекоммуникаций. В конечном итоге, не менее одиннадцати кабелей расходились от кабельной станции Порткурно возле Лэндс-Энда и, вместе со связями стран Содружества, образовали "живой" пояс вокруг земного шара – Всекрасную линию.

Поздние кабели

Дополнительные кабели были проложены между Фойлхоммерумом и Хартс-Контентом в 1873, 1874, 1880 и 1894 годах. К концу XIX века кабели, принадлежащие британским, французским, немецким и американским компаниям, связали Европу и Северную Америку сложной сетью телеграфной связи. Первоначальные кабели не были оснащены повторителями, которые могли бы потенциально полностью решить проблему задержки сигнала и, как следствие, ускорить передачу данных. Повторители периодически усиливают сигнал вдоль трассы кабеля. На наземных телеграфных линиях это делается с помощью реле, но не существовало практического способа их питания в подводном кабеле. Первым трансатлантическим кабелем с повторителями стал TAT 1 в 1956 году. Это был телефонный кабель, и в его повторителях использовалась иная технология.

Влияние

Исследование 2018 года, опубликованное в журнале American Economic Review, показало, что трансатлантический телеграф существенно увеличил торговлю через Атлантический океан и снизил цены. В исследовании оценивается, что "прирост эффективности благодаря телеграфу эквивалентен 8 процентам стоимости экспорта".