150 anos atrás, em 16 de agosto de 1858, o presidente dos Estados Unidos, James Buchanan, recebeu um telegrama de congratulações da rainha Vitória e enviou-lhe uma mensagem em troca. A primeira troca oficial de mensagens pelo recém-instalado cabo telegráfico transatlântico foi marcada por um desfile e queima de fogos sobre a Prefeitura de Nova York. As festividades foram ofuscadas por um incêndio que aconteceu por esse motivo, e após 6 semanas o cabo falhou. É verdade que mesmo antes disso ele não funcionou muito bem - a mensagem da rainha foi transmitida em 16,5 horas.
Da ideia ao projeto
A primeira proposta do telégrafo e do Oceano Atlântico foi um esquema de retransmissão no qual as mensagens entregues por navios deveriam ser telegrafadas da Terra Nova para o resto da América do Norte. O problema foi a construção de uma linha telegráfica ao longo do difícil terreno da ilha.
O pedido de ajuda do engenheiro responsável pelo projeto atraiu o americanoempresário e financista Cyrus Field. No decorrer de seu trabalho, ele cruzou o oceano mais de 30 vezes. Apesar dos contratempos que Field enfrentou, seu entusiasmo o levou ao sucesso.
O empresário imediatamente aproveitou a ideia de uma transferência bancária transatlântica. Ao contrário dos sistemas terrestres, nos quais os pulsos eram regenerados por relés, a linha transoceânica tinha que se virar com um único cabo. Field recebeu garantias de Samuel Morse e Michael Faraday de que o sinal poderia ser transmitido por longas distâncias.
William Thompson forneceu a base teórica para isso publicando a lei do inverso do quadrado em 1855. O tempo de subida de um pulso passando por um cabo sem carga indutiva é determinado pela constante de tempo RC de um condutor de comprimento L, igual a rcL2, onde r e c são a resistência e capacitância por unidade de comprimento, respectivamente. A Thomson também contribuiu para a tecnologia de cabos submarinos. Aprimorou o galvanômetro de espelho, no qual os menores desvios do espelho causados pela corrente eram amplificados por projeção em uma tela. Mais tarde, inventou um dispositivo que registra sinais com tinta no papel.
A tecnologia de cabos submarinos foi aprimorada depois que a guta-percha apareceu em 1843 na Inglaterra. Esta resina de uma árvore nativa da Península Malaia era um isolante ideal porque era termoplástica, amolecida quando aquecida e retornava à forma sólida quando resfriada, facilitando o isolamento dos condutores. Sob as condições de pressão e temperatura no fundo do oceano, suas propriedades isolantesmelhorou. A guta-percha permaneceu o principal material isolante para cabos submarinos até a descoberta do polietileno em 1933.
Projetos de Campo
Cyrus Field liderou 2 projetos, o primeiro dos quais falhou, e o segundo terminou em sucesso. Em ambos os casos, os cabos consistiam em um único fio de 7 núcleos cercado por guta-percha e blindado com fio de aço. O cânhamo alcatroado forneceu proteção contra corrosão. A milha náutica do cabo de 1858 pesava 907 kg. O cabo transatlântico de 1866 era mais pesado, com 1.622 kg/milha, mas por ter mais volume, pesava menos na água. A resistência à tração foi de 3t e 7,5t respectivamente.
Todos os cabos tinham um condutor de retorno de água. Embora a água do mar tenha menos resistência, está sujeita a correntes parasitas. A energia era fornecida por fontes de corrente química. Por exemplo, o projeto de 1858 tinha 70 elementos de 1,1 V cada. Esses níveis de tensão, combinados com o armazenamento inadequado e descuidado, causaram a falha do cabo transatlântico em alto mar. O uso de um galvanômetro de espelho possibilitou a utilização de tensões mais baixas nas linhas subsequentes. Como a resistência era de aproximadamente 3 ohms por milha náutica, a uma distância de 2.000 milhas, correntes da ordem de um miliamperes, suficientes para um galvanômetro de espelho, podiam ser transportadas. Na década de 1860, um código telegráfico bipolar foi introduzido. Os pontos e traços do código Morse foram substituídos por pulsos de polaridade oposta. Com o tempo, desenvolveuesquemas mais complexos.
Expedições 1857-58 e 65-66
£350.000 foram levantados através da emissão de ações para lançar o primeiro cabo transatlântico. Os governos americano e britânico garantiram o retorno do investimento. A primeira tentativa foi feita em 1857. Foram necessários 2 navios a vapor, Agamenon e Niagara, para transportar o cabo. Os eletricistas aprovaram um método no qual um navio colocava a linha de uma estação em terra e depois conectava a outra extremidade a um cabo em outro navio. A vantagem era que mantinha uma conexão elétrica contínua com a costa. A primeira tentativa terminou em fracasso quando o equipamento de colocação de cabos falhou a 200 milhas da costa. Foi perdido a uma profundidade de 3,7 km.
Em 1857, o engenheiro-chefe da Niagara, William Everett, desenvolveu um novo equipamento de colocação de cabos. Uma melhoria notável foi um freio automático que era ativado quando a tensão atingia um certo limite.
Após uma violenta tempestade que quase afundou o Agamenon, os navios se encontraram no meio do oceano e em 25 de junho de 1858, recomeçaram a lançar o cabo transatlântico. O Niagara estava se movendo para o oeste e o Agamenon estava se movendo para o leste. Foram feitas 2 tentativas, interrompidas por danos no cabo. Os navios voltaram para a Irlanda para substituí-lo.
17 de julho, a frota novamente partiu para se encontrar. Após pequenos contratempos, a operação foi um sucesso. Andando a uma velocidade constante de 5 a 6 nós, em 4 de agosto, o Niagara entrouna Baía da Trindade Terra Nova. No mesmo dia, o Agamenon chegou a Valentia Bay, na Irlanda. A Rainha Vitória enviou a primeira mensagem de saudação descrita acima.
A expedição de 1865 falhou a 600 milhas de Newfoundland, e apenas a tentativa de 1866 foi bem sucedida. A primeira mensagem da nova linha foi enviada de Vancouver para Londres em 31 de julho de 1866. Além disso, foi encontrada a ponta de um cabo perdido em 1865, e a linha também foi concluída com sucesso. A taxa de transferência foi de 6 a 8 palavras por minuto a um custo de US$ 10/palavra.
Comunicação por telefone
Em 1919, a empresa americana AT&T iniciou um estudo sobre a possibilidade de instalação de um cabo telefônico transatlântico. Em 1921, uma linha telefônica de águas profundas foi instalada entre Key West e Havana.
Em 1928 foi proposta a instalação de um cabo sem repetidores com um único canal de voz através do Oceano Atlântico. O alto custo do projeto (US$ 15 milhões) no auge da Grande Depressão, bem como as melhorias na tecnologia de rádio, interromperam o projeto.
No início da década de 1930, o desenvolvimento da eletrônica tornou possível a criação de um sistema de cabos submarinos com repetidores. Os requisitos para o projeto de amplificadores de link intermediário não tinham precedentes, pois os dispositivos tinham que operar ininterruptamente no fundo do oceano por 20 anos. Exigências estritas foram impostas à confiabilidade dos componentes, em particular os tubos de vácuo. Em 1932, já existiam lâmpadas elétricas testadas com sucesso empor 18 anos. Os elementos de rádio usados eram significativamente inferiores às melhores amostras, mas eram muito confiáveis. Como resultado, o TAT-1 funcionou por 22 anos e nenhuma lâmpada falhou.
Outro problema foi a colocação de amplificadores em mar aberto a uma profundidade de até 4 km. Quando o navio é parado para reiniciar o repetidor, podem aparecer dobras no cabo com armadura helicoidal. Como resultado, foi utilizado um amplificador flexível, capaz de acomodar equipamentos projetados para cabos de telégrafo. No entanto, as limitações físicas do repetidor flexível limitaram sua capacidade a um sistema de 4 fios.
UK Post desenvolveu uma abordagem alternativa com repetidores rígidos de diâmetro e capacidade muito maiores.
Implementação do TAT-1
O projeto foi reiniciado após a Segunda Guerra Mundial. Em 1950, a tecnologia de amplificador flexível foi testada por um sistema ligando Key West e Havana. No verão de 1955 e 1956, o primeiro cabo telefônico transatlântico foi colocado entre Oban, na Escócia, e Clarenville, na ilha. Terra Nova, bem ao norte das linhas telegráficas existentes. Cada cabo tinha cerca de 1950 milhas náuticas de comprimento e 51 repetidores. Seu número foi determinado pela tensão máxima nos terminais que poderiam ser usados para alimentação sem afetar a confiabilidade dos componentes de alta tensão. A tensão era de +2.000 V em uma extremidade e -2.000 V na outra. A largura de banda do sistema, em suafila foi determinada pelo número de repetidores.
Além dos repetidores, foram instalados 8 equalizadores submarinos na linha leste-oeste e 6 na linha oeste-leste. Eles corrigiram os deslocamentos acumulados na banda de frequência. Embora a perda total na largura de banda de 144 kHz tenha sido de 2100 dB, o uso de equalizadores e repetidores reduziu para menos de 1 dB.
Introdução TAT-1
Nas primeiras 24 horas após o lançamento em 25 de setembro de 1956, 588 ligações foram feitas de Londres e dos EUA e 119 de Londres para o Canadá. O TAT-1 triplicou imediatamente a capacidade da rede transatlântica. A largura de banda do cabo era de 20-164 kHz, o que permitia 36 canais de voz (4 kHz cada), 6 dos quais divididos entre Londres e Montreal e 29 entre Londres e Nova York. Um canal foi destinado ao telégrafo e serviço.
O sistema também incluiu uma conexão terrestre através da Terra Nova e uma conexão submarina para a Nova Escócia. As duas linhas consistiam em um único cabo de 271 milhas náuticas com 14 repetidores rígidos projetados pela UK Post. A capacidade total era de 60 canais de voz, 24 dos quais conectavam Terra Nova e Nova Escócia.
Mais melhorias no TAT-1
A linha TAT-1 custou US$ 42 milhões. O preço de US$ 1 milhão por canal estimulou o desenvolvimento de equipamentos terminais que usariam a largura de banda de forma mais eficiente. O número de canais de voz na faixa de frequência padrão de 48 kHz foi aumentado de 12 para 16, reduzindosua largura de 4 a 3 kHz. Outra inovação foi a interpolação de fala temporal (TASI) desenvolvida no Bell Labs. TASI dobrou o número de circuitos de voz graças às pausas de fala.
Sistemas Ópticos
O primeiro cabo óptico transoceânico TAT-8 entrou em operação em 1988. Repetidores regeneravam pulsos convertendo sinais ópticos em elétricos e vice-versa. Dois pares de fibras funcionais trabalharam a uma velocidade de 280 Mbps. Em 1989, graças a este cabo de Internet transatlântico, a IBM concordou em financiar um link de nível T1 entre a Universidade de Cornwall e o CERN, o que melhorou significativamente a conexão entre as partes americanas e européias da Internet inicial.
Em 1993, mais de 125.000 km de TAT-8 estavam em operação em todo o mundo. Este valor correspondeu quase ao comprimento total dos cabos submarinos analógicos. Em 1992, o TAT-9 entrou em serviço. A velocidade por fibra foi aumentada para 580 Mbps.
Avanço tecnológico
No final da década de 1990, o desenvolvimento de amplificadores ópticos dopados com érbio levou a um s alto quântico na qualidade dos sistemas de cabos submarinos. Sinais de luz com um comprimento de onda de cerca de 1,55 mícrons podem ser amplificados diretamente e a taxa de transferência não é mais limitada pela velocidade da eletrônica. O primeiro sistema opticamente aprimorado a voar através do Oceano Atlântico foi o TAT 12/13 em 1996. A taxa de transmissão em cada um dos dois pares de fibras foi de 5 Gbps.
Sistemas ópticos modernos permitem a transmissão de volumes tão grandesdados que a redundância é crítica. Normalmente, cabos de fibra óptica modernos, como o TAT-14, consistem em 2 cabos transatlânticos separados que fazem parte de uma topologia em anel. As outras duas linhas ligam as estações costeiras de cada lado do Oceano Atlântico. Os dados são enviados ao redor do anel em ambas as direções. Em caso de quebra, o anel se auto-reparará. O tráfego é desviado para pares de fibra sobressalentes em cabos de serviço.
