Артур Кларк Голоc через океан

 

XXI. НЕМНОГО ОБ ЭЛЕКТРОНИКЕ

Эта глава предназначена для тех читателей, которые имеют представление об электронике, а также желание несколько подробнее ознакомиться с решением некоторых вопросов, возникших при прокладке трансатлантического телефонного кабеля. В то же время большая часть материала, излагаемого в настоящей главе, не столь уж трудна и для остальных читателей, если они, конечно, пожелают дочитать книгу до конца.

Что касается подводных усилителей, то наибольшую трудность представляет обеспечение надёжности и долговечности их работы. Рано или поздно каждый усилитель выходит из строя и должен быть заменён. Причём затраты, связанные с простоем системы связи, посылкой кабельного судна, заменой повреждённого усилителя, чрезвычайно велики. Трансатлантическая телефонная система рассчитана на двадцать лет и каждая деталь электрической цепи до установки была подвергнута всесторонним испытаниям.

Одну из причин, которые могут вызвать повреждение, обнаружил человек, работавший в области телефонной связи, но не имевший никакого отношения к проекту подводного кабеля. Он открыл явление, ранее никому неизвестное, связанное с образованием так называемых "усов". При определённых условиях на олове и других металлах появляются тонкие, как волос, образования, похожие на усы; соединившись, они могут вызвать короткое замыкание.

Открытие было сделано в 1951 году. Вероятно, сотни людей замечали это и раньше, но, принимая усы за плесневые наросты, снимали их, не придавая им значения. К счастью, "усы" обнаружили до того, как трансатлантическая телефонная линия была сооружена; целые партии электронных ламп пришлось выбросить, так как имевшиеся в них выводные концы были покрыты оловом.

Это, между прочим, не единственное из необычных качеств олова. При низких температурах оно обладает способностью превращаться в порошок; когда капитан Скотт и его спутники на обратном пути с Южного полюса пришли на свою базу, они нашли керосиновые бидоны пустыми. Из-за мороза олово в местах пайки раскрошилось, и драгоценное в полярных условиях горючее вытекло. Смельчаки, измученные, лишённые тепла и горячей пищи, погибли.

В следующих главах будет рассказано о мерах предосторожности, которые предпринимались для предотвращения механических и электрических повреждений; осуществлялся строжайший отбор материалов; производство и сборка происходили в условиях полной стерильности.

Лаборатории Белла ещё в тридцатых годах начали всесторонние испытания электронных ламп. К моменту начала прокладки кабеля инженеры имели возможность убедиться в надёжной работе ламп на протяжении 17 лет. Вот почему американские инженеры применили для подводных усилителей лампы модели тридцатых годов.

В каждом усилителе трансатлантического кабеля установлено по три пентода с напряжением на аноде 50 вольт и напряжением накала 18 вольт. Разность потенциалов между ньюфаундлендским и шотландским концами кабеля, необходимая для дистанционного питания всех последовательно включённых в линию усилителей, - 4000 вольт. Все 306 ламп усилителей обоих направлений составляют единую систему, и, если хоть одна лампа выйдет из строя, связь будет нарушена.

Но рано или поздно это случится. Тогда возникнет вопрос, как обнаружить место повреждения в кабеле длиной 3600 километров. Если бы речь шла о линии без усилителей, то задача не представляла бы трудности. Метод определения места повреждения известен давно, но, к сожалению, в данном случае он неприменим.

Инженеры нашли оригинальный способ обнаружения повреждений кабельной линии с усилителями. В цепь обратной связи каждого усилителя включается кристалл, который настроен в резонанс на очень узкую полосу частот (100 герц), расположенную несколько выше рабочего диапазона. Для каждого усилителя выбрана своя полоса. Схема построена так, что усиление усилителя в резонансной полосе возрастает почти на 3 непера, что влечёт за собой появление на выходе усилителя "пика" шума, который, не попадая в рабочий диапазон частот, может быть обнаружен специальными приборами на приёмных концах линии.

Если все усилители исправны, то станция уловит "пики" шумов, соответствующие каждому из них. Но если один усилитель выйдет из строя, будут обнаружены "пики" только тех усилителей, которые расположены между местом повреждения и приёмной оконечной станцией. С целью осуществления такого контроля необходимо одно условие - вся линия в целом должна пропускать ток дистанционного питания, даже если какая-то лампа выйдет из строя, с тем, чтобы работали исправные цепи. Для выполнения этого условия в каждом усилителе устанавливается газоразрядная лампа, которая зажигается и пропускает ток питания в случае выхода из строя электронной лампы. Система в целом не сможет транслировать речь, однако испытательные цепи будут функционировать.

Любопытно, что метод обнаружения дефектных усилителей позволил также определять температуру на океанском дне. Кристаллы, включённые в усилители, поддаются температурным изменениям и при этом изменяют пропускаемую частоту. И хотя изменению окружающей температуры на 1° соответствует изменение частоты всего на 1 герц, эти изменения могут быть обнаружены береговой станцией.

Схема усилителей, применённых в трансатлантической линии, весьма сложна. Усиление усилителя возрастает от 2,3 непера на частоте 20 килогерц до 6,9 непера на частоте 160 килогерц так, чтобы полностью компенсировать затухание предыдущего участка кабеля на всех частотах.

Однако, несмотря на все расчёты и испытания, выполненные в лабораториях, характеристики тракта, состоящего из усилителей, уложенных на морское дно вместе с секциями кабелей, несколько меняются. Частично это происходит из-за разницы в температуре и давлении, но иногда изменения трудно объяснить только этими факторами и их обозначают термином "эффект прокладки", природа которого до конца ещё не изучена.

Малейшее изменение характеристик может привести к увеличению шумов в каналах, так как помехи по всей длине линии усиливаются вместе с полезным сигналом; поэтому характеристики необходимо корректировать уже на проложенной линии. Проще всего это можно было бы сделать, отрегулировав последующий усилитель в соответствии с предыдущим, но дело в том, что готовый усилитель герметизирован, покрыт бронёй и его схема недоступна каким-либо воздействиям; изменить в ней что-либо невозможно.

Для решения задачи в систему введён дополнительный элемент цепи - выравниватель. В его схеме - сопротивления, конденсаторы и катушки индуктивности. Они заключены примерно в такую же оболочку, как и усилители. Всего в обоих кабелях трансатлантической линии установлено четырнадцать таких выравнивателей.

Английские усилители двустороннего действия заключены в массивный корпус длиной в 2,75 метра и диаметром 250 миллиметров. В каждый из них вмонтированы три электродные лампы - пентоды, спроектированные исследовательской станцией Британского ведомства связи в Доллис Хилл. Их внутреннее сопротивление в шесть раз меньше, чем у американских пентодов, что получено за счёт более тесного расположения электродов; это повышает вероятность повреждения ламп. Для увеличения надёжной работы в усилителях предусмотрено резервирование ламп и других элементов схемы.

В секции кабеля Ньюфаундленд-Новая Шотландия применён остроумный способ обнаружения дефектных усилителей. Метод основан на принципе работы радиолокационной установки. По линии посылается импульс, и каждый усилитель отвечает на него своим собственным "эхо". В трансатлантической секции кабеля этот принцип неприменим, так как каждый из двух кабелей передаёт сигналы только в одном направлении.

Вот в основных чертах и все, чего следовало бы коснуться в этой главе. Остаются ещё два момента, которые мы лишь слегка затронули. Каждый из них заслуживает отдельной главы. Первый касается методов производства, второй - перенесёт нас на борт кабельного судна "Монарх", идущего из Шотландии в Америку и опускающего за борт свой бесценный груз.