Борис Крук - ...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Иное дело междугородный коаксиальный кабель! Но, стоп…

Сначала нужно сказать об особенностях его конструкции. Один проводник коаксиальной пары является обычным сплошным проводом, а вот другой (но которому ток "возвращается" обратно) — это полый медный цилиндр. И сплошной проводник помещен внутрь полого. Отсюда и название — коаксиальная пара , что означает "имеющая общую ось" (coaxis — соосный). Чтобы строго выдержать соосность проводников, пространство между ними заполняют изолирующим материалом (сплошным полиэтиленом, полиэтиленовыми шайбами и т. п.). Придумал такую конструкцию нары проводников еще в 1912 г. профессор Петербургского электротехнического института П.Д. Войнаровский (1886–1913), а использовать ее в кабелях связи предложил в 1934 г. американский изобретатель С.А. Щелкунов.

Коаксиальная пара — это поистине замечательное изобретение! Она не излучает электромагнитную энергию в пространство, а следовательно, не будет оказывать влияние на соседние цепи связи. Такое "тихое" соседство имеет, как мы знаем, принципиально важное значение, поскольку позволяет повысить скорость передачи цифр.

Ток во внутреннем проводнике с ростом частоты также вытесняется на его поверхность. Этот процесс не отличается от описанного выше. Но вот внешний проводник… Магнитное поле внутреннего проводника наводит в его металлической толще вихревые токи. На наружной стороне полого проводника они направлены против основного тока ("срабатывает" знакомое из школьного курса физики правило буравчика) и тем самым уменьшают, ослабляют его. На внутренней поверхности полого проводника вихревые токи совпадают с основным и, естественно, увеличивают его. Таким образом, ток в полом цилиндре вытесняется не наружу, а вовнутрь коаксиальной пары. Этот эффект ученые назвали эффект близости . Он-то и является причиной, по которой электромагнитное поле концентрируется внутри коаксиальной пары и не излучается вне ее.

С ростом частоты действие эффекта близости увеличивается и поле все сильнее и сильнее концентрируется между внутренним и внешним проводниками. Именно поэтому по коаксиальным парам потоки информации могут "нестись" с колоссальной скоростью, превышающей сотни миллионов бит в секунду.

Междугородные симметричные кабели связи имеют такую же конструкцию пар, как и городские телефонные (два скрученных изолированных проводника). Однако за счет небольшого количества пар и более тщательной их изоляции удается ослабить влияние между цепями и повысить тем самым скорость цифрового потока. По междугородным кабелям связи цифры передаются со скоростью порядка 8 Мбит/с.

Растет население Земли. Строятся новые города. Нужна электрическая энергия. Возникают все новые и новые линии электропередач. Их протяженность уже превысила сотни тысяч километров. Появились сверхмощные линии электропередач с напряжением в 1 млн вольт. Растут темпы электрификации железных дорог. Более половины грузооборота в железнодорожном транспорте страны приходится на долю электровозов. Расширяется сеть таких мощных средств массовой информации, как радиовещательные станции: длинно-, средне-, коротковолновые. Их число постоянно увеличивается.

Что ж, цивилизация не стоит на месте. Но какое отношение это имеет к теме нашего разговора — к кабелям связи? Оказывается, самое непосредственное. Все эти сооружения: и линии электропередач, и электрифицированные линии железных дорог, и радиовещательные станции — излучают электромагнитные колебания. Оказывая влияние на кабельные цепи, они мешают нормальной передаче импульсов — "забивают" их. Вот уж, поистине, нелегко битам путешествовать по "медной колее"!

…Около 100 тыс. лет назад на Земле произошло великое оледенение. Затем ледники отступили: началось потепление. Но на севере Земли под слоем оттаивающей каждое лето почвы сохранилась на века мерзлота. В северном портовом городе Игарка существует весьма любопытная шахта, спускаясь в которую можно увидеть вечную мерзлоту "в разрезе". Сначала вы увидите поверхностный слой почвы (около 1,5 м), она оттаивает в летнее время и промерзает в зимнее. Затем в бурых пластах земли перед вами предстанут голубые прожилки ископаемого льда. А еще ниже — сплошные массивы льда. В этом слое обнаруживаются неожиданные находки: останки давным-давно вымерших животных, иногда даже с мясом, кожей и шерстью. Своего рода холодильник планеты, хранящий животный мир прошлого.

Вечная мерзлота, особенно ее верхние слои, оттаивающие и вновь промерзающие, — это весьма коварная и обманчивая вещь. Сила замерзающей воды огромна. Попробуйте наполнить до отказа металлический сосуд (например, домашний сифон) водой, закройте плотно пробку и выставьте на мороз. Как только вода в сифоне начнет замерзать, он взорвется подобно бомбе! Неудивительно, что даже дома в районах вечной мерзлоты строят особым способом: они лишены фундамента, их ставят на сваях.

Связистам также хорошо знакомо "коварство" вечной мерзлоты. При промерзании и оттаивании грунт, где лежит кабель, может вдруг вспучиваться или сжиматься, причем с огромной силой, достигающей 100–150 кН (10–15 т). Появляются трещины, сдвиги грунтов, которые буквально рвут подземный кабель на части. Для того чтобы кабель был прочнее, его покрывают сверху круглой проволочной броней. Но и это не всегда помогает. Велика сила стихии! Это особенно чувствуется в начале зимы и весны.

Вечная мерзлота — не единственная "смертельная" опасность для "медной магистрали". Знаете ли вы, как часто на земле бывают грозы? Ежедневно до 45 тыс. гроз! И 8 млн раз сверкает молния!

Известно, что воздух — плохой проводник электричества. Поэтому молния чаще всего ударяет в какой-либо высокий предмет, а также в металлические предметы, которые хорошо проводят электрический ток. Во все времена удары молнии приносили много бед людям. Сила атмосферных разрядов буквально поражает воображение. Ток в молнии может достигать сотен тысяч ампер (в обычной электрической лампе он не превышает 0,5 А). Во время разряда воздух в молниевом канале разогревается до 30000 °C (температура на Солнце — в 5 раз меньше!).

Не обходит молния стороной и кабель, особенно в районах интенсивной грозовой деятельности. Попадая прямо в кабель, молния может разорвать ленточную броню, расплавить свинцовую оболочку, обуглить изоляцию, наконец, просто испепелить куски кабеля. При этом "очаги поражения" можно обнаружить не только в месте удара молнии, но и на значительном расстоянии — до десятка километров в каждую сторону от места удара молнии в кабель. Поистине — грозная стихия. Известны случаи, когда молния "била" не непосредственно в кабель, а в землю на значительном расстоянии от него, и все же кабель повреждался: возникала могучая электрическая дуга, которая и служила причиной повреждения.