Syvyyksien puhuvat kaapelit

Herätkää!-lehden Havaijin-kirjeenvaihtajalta

YLI sata vuotta sitten muuan kalastaja, joka veti nuottaa Ranskan rannikkovesillä, kiskoi ylös sellaista, mikä näytti oudonlaiselta meriruoholta. Kummallista oli se, että siinä oli metallinen sisus. Katkaistessaan siitä pienen pätkän näytteeksi ystävilleen hän tietämättään teki tyhjäksi hankkeen, joka oli vaatinut kymmenen vuoden työn. Useat liikemiehet, samoin kuin Englannin ja Ranskan hallitukset, olivat uhranneet yli neljä miljoonaa markkaa vedenalaiseen lennätinkaapeliin, joka kulkisi Englannin kanaalin poikki. Sen laskeminen saatiin vihdoin päätökseen 1. syyskuuta vuonna 1850. Tämä kaapeli oli se ’oudonlainen meriruoho’, joka katkaistiin jo seuraavana päivänä!

Lennätinlinjoja merten poikki

Vuoteen 1850 mennessä kuuden vuoden ikäinen sähkölennätin oli levinnyt kulovalkean tavoin kautta koko Pohjois-Amerikan ja sieltä Englantiin ja moniin Euroopan osiin. Vaikka ilmassa kulkevat lennätinjohdot yleistyivät nopeasti mantereilla, aavat valtameret muodostivat niille ylitsepääsemättömän esteen. Monet teräväpäiset ja kekseliäät suunnittelijat uppoutuivat tämän ongelman ratkaisemiseen.

Doverinsalmen kaapeli ei ollut kyllin hyvin suojattu. Vain rannikon tuntumassa olevat kaapelin päät oli varustettu lyijykuorin. Vaikka se toimikin jotenkuten siihen asti, kun kalastaja katkaisi sen, kanaalin kumpaisellakin rannalla vastaanotetut signaalit sekaantuivat toisiinsa. Ei tajuttu, että vaikka kaapelit olisivatkin kunnolla eristettyjä, niiden ominaisuudet muuttuivat suuresti, kun ne upotettiin veden alle. Jonkin aikaa tämä signaalin hidastuvuus oli kaapeli-insinööreille arvoitus. Kuitenkin varsinainen suojattu ja edeltäjäänsä paljon menestyksellisempi kaapeli laskettiin kanaalin poikki vuonna 1851. Vedenalaisten kaapeleiden verkosto laajeni tuossa tuokiossa Välimeren poikki Euroopasta Afrikkaan ja välillä oleville saarille. Sellainen menestys käänsi pian ajatukset verkoston ulottamiseen mahtavan Atlantin poikki.

Ensimmäinen lennätinkaapeli Atlantin poikki

Vaikka Englanti olikin edelläkävijämaa vedenalaisten kaapeleiden rakentamisessa, niin amerikkalaisen liikemiehen Cyrus W. Fieldin hellittämättömät ponnistelut johtivat lopulta Atlantin poikki kulkevan kaapelin menestykselliseen laskemiseen. Loppuvaiheessa siitä tuli Englannin ja Yhdysvaltain hallitusten yhteishanke. Muutamia maailman huomattavimpia finanssimiehiä, valtamerentutkimuksen ja lennätinalan asiantuntijoita ja tiedemiehiä oli mukana tässä suuressa yrityksessä kummallakin puolella. Sellaisten miesten kyvyt osoittautuivat korvaamattomiksi, kun törmättiin Keski-Atlantin syviin valtamerihautoihin. Vastassa oli maapallon huomattavin, 1600 kilometriä pitkä ja 800 kilometriä leveä vedenalainen vuorijono.

Jos Field ja hänen yhtiökumppaninsa olisivat ennakolta tienneet ne taloudelliset vaikeudet ja kaapelinlaskussa sattuneet onnettomuudet, jotka he joutuivat vuosien kuluessa kohtaamaan, he olisivat hyvinkin saattaneet luopua kesken ensimmäisten yritystensä. Kaapelin murtuminen, epäsuotuisa sää ja kaapelin sotkeutuminen alusten kaapelinlaskukelalla vaikeuttivat tuon tuostakin hanketta. Joskus katkeamisten takia menetettiin omaisuuksien arvosta, satoja kilometrejä kaapelia valtameren pohjalle.

Vanha ongelma signaalin hidastuvuudesta piti ratkaista. Jonkun piti selvittää, kuinka kauan signaalin kulkeminen kaapelin päästä päähän kestäisi ja kuinka paljon sähköä tarvittaisiin kaapelin varaamiseksi niin, että signaali voitiin välittää. Tätä voitaisiin rinnastaa vesijohtoon. Putkeen pitää virrata tietty määrä vettä, ennen kuin sitä alkaisi valua toisesta päästä. Samoin vedenalaisen kaapelin varaaminen saattaa vaatia jopa 20 kertaa enemmän sähköä kuin vastaavan ilmassa olevan johdon.

Juuri tähän asiaan liittyvien tutkimustensa perusteella sir William Thomson (tunnetaan paremmin nimellä lordi Kelvin) laati kuuluisan ”neliöiden lakinsa”. Yksinkertaistaen hänen ”lakinsa” tarkoittaa sitä, että vedenalaisen kaapelin pituuden kasvaessa kymmenkertaiseksi signaali heikkenee sadanteen osaan. Hän ehdotti, että johtimen vahvuutta lisättäisiin. Mutta koska tätä uutta keksintöä ei otettu huomioon, ensimmäisen Atlantin poikki lasketun kaapelin heikko rakenne johti sen myöhempään rikkoutumiseen.

Elokuun 5. päivänä vuonna 1858 tämän ensimmäisen Atlantin poikki kulkevan vedenalaisen kaapelin laskeminen saatiin lopulta päätökseen. Mantereet yhdistävän kaapelin toinen pää oli Irlannissa, toinen Newfoundlandissa. Yksitoista päivää myöhemmin alettiin linjaa pitkin välittää Englannin kuningattaren Viktorian 99-sanaista tervehdystä Yhdysvaltain presidentille Buchananille. Viesti saatiin kokonaisuudessaan vastaanotetuksi 16¹/2 tuntia myöhemmin. Kaapeli paloi ikävä kyllä kelvottomaksi ennen kuin ehti kulua kuukauttakaan. Atlantin syvyyksissä lepäsi kuin hukkaan heitettynä nykyisen hintatason mukaan laskien noin kahdeksan miljoonan markan edestä yksityistä omaisuutta! ”Vuosisadan suurimmaksi saavutukseksi” kutsuttu hanke oli romahtanut. Vasta kahdeksan vuoden kuluttua eurooppalaiset ja amerikkalaiset voisivat jälleen puhua toisilleen kaapeleita pitkin.

Sillä välin kaksi englantilaista kaapelitehdasta yhdistyi, ja samalla selvitettiin useita aikaisemmista kaapelinvalmistukseen liittyvistä ongelmista. Suunniteltiin uusi, paremmin suojattu kaapeli. Sen johdinsäikeistö oli kolme kertaa suurempi ja sen paino kaksinkertainen (6350 tonnia) aikaisempaan kaapeliin verrattuna. Se voisi riippua vedessä kohtisuorassa asennossa kuudentoista kilometrin pituudelta, ennen kuin se katkeaisi. Ja tässä toisessa yrityksessä käytettiin vain yhtä alusta (aiemmin tarvitun kahden sijasta), joka kykeni kantamaan sellaisen valtavan painon. Tässä Great Eastern -nimisessä aluksessa oli kahdeksantoistametrisillä siivillä varustettu kaksoissiipiratasjärjestelmä, minkä lisäksi siinä oli kuusi mastoa ja seitsenmetrinen potkuri. Se olikin helpoimmin ohjailtava valtamerialus, mitä koskaan on rakennettu. Pyörittämällä toista siipiratasta taaksepäin se kyettiin kääntämään ympäri täysin paikallaan.

Tehtiin vielä kaksi epäonnistunutta yritystä, ennen kuin 27. heinäkuuta vuonna 1866 onnistuttiin laskemaan kaapeli, joka toimi tyydyttävällä tavalla. Se yhdisti Irlannin ja Newfoundlandin. Mutta 1100 kilometrin päässä vasta lasketusta kaapelista lepäsi edellisen kesän epäonnistuneen yrityksen uhri – pohjaan jääneeseen ankkuriin takertunut kaapeli. Kolmenkymmenen yrityksen jälkeen se saatiin nostettua ylös, se todettiin ehjäksi ja sen jatkeeksi pantiin uutta kaapelia. Tämä täydensi osuuden lännestä itään. Kun näiden kahden Newfoundlandiin asti johdetun kaapelin päät yhdistettiin, muodostui yli 6400 kilometrin mittainen vedenalainen virtapiiri. Matkan pituudesta huolimatta voitiin lähettää selviä signaaleja. Kaapelin varaamiseen tarvittiin vain naisen hopeisesta sormustimesta valmistettu yksinkertainen paristo, jossa oli muutama tippa happoa! Siitä pitäen tämä kaksisuuntainen viestintäyhteys näiden kahden mantereen välillä ei ole muutamien tuntien taukoja lukuun ottamatta milloinkaan katkennut.

Vuoden 1866 jälkeen kaapeliyhteydet levisivät tuota pikaa kaikkien maailman valtamerten poikki. Vuosisadan loppuun mennessä Atlantin poikki oli laskettu viisitoista kaapelia. Alkuperäiset kaapelit ovat joiltakin osin yhä käytössä oltuaan toiminnassa jo yli sata vuotta!

Sota-ajan maalitauluina

Monet syrjäiset saaret, kuten Kookossaaret Intian valtameressä, Ascension Etelä-Atlantilla ja Guam sekä Midwaysaaret Tyynessämeressä, ovat näiden vedenalaisten kaapeleiden takia muodostuneet maapallon tietoliikenteen strategisiksi solmukohdiksi. Sodan aikana nämä saaret joutuivat siksi sotilaallisten hyökkäysten kohteiksi. Kaapeliasemat, samoin kuin itse kaapelit, olivat ensisijaisia maalitauluja. Ainoat kaksi Saksan hallussa vuonna 1939 ollutta kaapelia katkaistiin, ennen kuin toisen maailmansodan syttymisestä ehti kulua vuorokauttakaan. Vuonna 1945 englantilainen pienoissukellusvene katkaisi Saigonin ja Singaporen sekä Saigonin ja Hongkongin väliset kaapelit. Tämä meren pohjalla käyty taistelu jatkui sodan loppuun saakka.

Kaapelin vihollisia

Kaapelin keksijä, ihminen, on myös osoittautunut kaapelin tavallisimmaksi viholliseksi, ei vain sotien aikana, vaan useammin vetämällä laahusnuottia ja ankkuroimalla laivoja. Syöpyminen, terävähampaiset kalat, poraajat ja luonnonvoimat ovat myös kaapelin vihollisia.

Meren pohjalla sattunut maanjäristys katkaisi vuonna 1888 samanaikaisesti kolme Australiaan johtavaa kaapelia. Maanjäristysten aiheuttamat vedenalaiset paineaallot etenevät aluksi noin 80 kilometrin tuntinopeudella ja katkovat helposti kaapeleita. Vuonna 1929 sattunut paineaalto katkaisi useimmat Euroopan ja Amerikan välillä olevat kaapelit. Ne rikkoutuivat nopeasti yksi toisensa jälkeen. Vaurioiden korjaaminen kesti puoli vuotta, ja kaapeliyhtiöiden tappiot nousivat yli 6 miljoonaan markkaan.

Monet valtiot omistavat ja ylläpitävät kaapeleita ja kaapelilaivoja. Nämä laivat risteilevät kaikilla maailman merillä taistellakseen näitä kaapelien vihollisia vastaan. Kaapelivaurion paikantaminen ja korjaaminen ei enää ole niin vaikeaa kuin se yhteen aikaan oli. Vika paikannetaan nyt sähköisillä mittauslaitteilla, laiva ajaa paikalle, laskee merkkipoijun, ja naaraaminen alkaa.

Vedenalaisia puhelinjohtoja

Vuonna 1875 tapahtuneen puhelimen syntymän jälkeen ryhdyttiin ponnisteluihin, joiden päämääränä oli päästä tämän uuden välineen suhteen siihen, mikä oli jo saavutettu lennättimen käytössä. Puhelininsinöörit joutuivat melkein heti kohtaamaan samoja ongelmia, jotka olivat vitsanneet vedenalaisia lennätinkaapeleita, mutta ongelmat olivat nyt paljon vakavammassa muodossa. Vaikeimpana ongelmana oli edelleen signaalien hidastuvuus sekä niiden vääristyminen. Ihmisäänen laajan vaihtelevuuden takia tarvittiin useiden vuosien tiiviitä tutkimuksia ja monipuolista insinööritaitoa, ennen kuin nykyisiä vaatimuksia vastaava hyvänlaatuinen puheääni voitiin välittää vedenalaisia kaapeleita myöten.

Vuonna 1896, kehittelytyön ollessa yhä kesken, keksittiin radio. Ja pian sen kannoilla tuli käyttöön lyhytaaltoradio. Tätä täysin uutta ja ällistyttävää suurten etäisyyksien tiedonvälitykseen soveltuvaa menetelmää on nimitetty vedenalaisen viestintäkaapelin ”suurimmaksi haasteeksi”. Seuraavat neljä vuosikymmentä ennen ensimmäisen puhelinkaapelin menestyksellistä laskemista Atlantin poikki ihmisääni kantautui valtameren ylitse lyhytaaltoradion avulla. Vuosien 1927 ja 1956 välisenä aikana tämä olikin ainoa keino välittää ihmisen ääni valtamerten poikki. Siihen ei kuitenkaan oltu täysin tyytyväisiä, koska onnistuminen riippui lähes kokonaan hyvästä säästä. Joskus piti odotella päiväkausia, ennen kuin sanomia voitiin toimittaa perille. Radion välityksellä tapahtuvassa viestinnässä edistyttiin kuitenkin pitkin harppauksin, ja suuri osa tästä teknisestä tietämyksestä loi osaltaan onnistumisen edellytyksiä meren poikki kulkevalle puhelinkaapelille.

Puhelinkaapeleita Atlantin poikki

Ensimmäinen Atlantin poikki kulkeva puhelinkaapelijärjestelmä yhdisti Newfoundlandin Skotlannin kautta Englantiin, ja se laskettiin kolmena jaksona. Jokainen liitossauma röntgenkuvattiin sen varmistamiseksi, ettei linjaan jäänyt pienintäkään vikaa. Aluksi ilmeni joitakin pulmia varsinkin pyörremyrsky Ionen takia; ne kuitenkin voitettiin pian. Vuonna 1956 valmistunut, kahdesta erillisestä kaapelista muodostuva järjestelmä osoittautui suureksi menestykseksi. Noin 65 kilometrin päähän toisistaan sijoitetut 51 välivahvistinta vahvistivat itään päin kulkevia ihmisääntä välittäviä aaltoja. Tästä kaapelista noin 40 kilometrin etäisyydellä lepäsi toinen järjestelmään kuuluva kaapeli, jossa oli vastaava määrä välivahvistimia ja joka välitti ääntä länteen päin. Tästä alkoi kaapelinlaskutoiminnan räjähdysmäinen kasvu maapallon merien poikki.

Myöhemmin kaapeleissa olevien kanavien määrä voitiin kaksinkertaistaa transistoroitujen piirien ja sen erittäin nerokkaan elektronisen keksinnön avulla, joka tunnetaan lyhenteellä TASI (Time-Assignment Speech Interpolation). Tämä nopeatoiminen laite käyttää hyväksi normaalin keskustelun tauot toisten samanaikaisten puheluiden välittämiseen. Vuonna 1956 lasketussa kaapelissa oli yhteensä 36 erillistä kanavaa. Mutta rinnastahan tätä esimerkiksi sen kaapeliyhteyden kapasiteettiin, joka valmistui vuonna 1976 Yhdysvaltain ja Ranskan välille. Siinä on 4000 kanavaa! Ja TASI:n avulla kapasiteetti voidaan kaksinkertaistaa!

Tyynenmeren tietoliikennekaapelit

Yhdysvaltain ja Havaijin välille oli laskettu lennätinkaapeli jo vuonna 1903. Sen päät vedettiin maihin Waikiki Beachilla pienen vintturin avulla. Havaijin ensimmäinen puhelinyhtiö perustettiin vain seitsemän vuotta puhelimen keksimisen jälkeen. Kuitenkin vasta vuonna 1931 Havaiji liitettiin kaukopuhelinverkostoon lyhytaaltoradion avulla. Kalifornian ja Havaijin välinen 3800 kilometrin mittainen Tyynenmeren puhelinkaapeli saatiin käyttöön vuonna 1957. Tämä noin 150 miljoonaa markkaa maksanut rakennusohjelma toi tuntuvan lisän silloisiin neljääntoista radiopuhelinlinjaan. Nyt puhelun yhdistäminen Havaijin, Alaskan ja Lontoon välille kesti vain kahdeksan sekuntia, ja kuuluvuus oli erinomainen. Tässäkin kaapelissa oli 36 erillistä puhelinlinjaa. On kiinnostavaa palauttaa mieleen, mitä muuan virkailija tuolloin väitti: ”Sattuu ylen harvoin, että niin monta puhelua haluttaisiin ottaa mannermaalle samanaikaisesti. Niinpä muutamia linjoja tulee aina olemaan vapaana.” Mutta kuinka väärässä hän olikaan!

Seitsemän vuotta myöhemmin valmistui 8500 kilometrin mittainen ja noin 320 miljoonaa markkaa maksanut idän tietoliikennekaapeli. Ensimmäistä kertaa Yhdysvalloilla oli suora kaapeliyhteys Havaijin kautta kaukoitään. Siihen mennessä oli kehitetty tekniikka äänen siirtämiseksi molempiin suuntiin samaa kaapelia pitkin. Siinä oli 128 kanavaa ja TASI:n avulla voitiin välittää 256 samanaikaista puhelua. Tämän lähes uskomattomia ponnisteluja vaatineen hankkeen toteuttamiseen osallistui fysiikan, tekniikan, kemian, valtamerentutkimuksen, kalastuksen, sukeltamisen ja tulivuorentutkimuksen asiantuntijoita. Tyynessämeressä on tulivuoria, koralliriuttoja, hyökyaaltoja ja maapallon syvimmät valtamerihaudat – vaaroja, joita Atlantilla ei esiintynyt. Guamin ja Midwaysaarten välillä oleva Mariaanien hauta, maailman syvin tunnettu painanne, on yli 11 kilometrin syvyinen, eikä sitä voitu kaapelia laskettaessa kiertää. Kaapeli, joka alkaa San Luis Obisposta Kaliforniasta, kulkee Havaijin, Midwaysaarten, Waken ja Guamin kautta Japaniin. Nykyään on mahdollista valita numero Honolulusta Havaijista suoraan useimpiin Yhdysvaltain mannermaan kaupunkeihin sekä moniin Euroopan maihin. Ja New Yorkissa voidaan valita 14-numeroinen sarja ja saada hetkessä suora kaukopuheluyhteys japanilaiseen kotiin ja kuuluvuus on hyvä.

Ajanmukaistaminen ja käytännöllisyys

Kokonaiset tieteellisten keksintöjen sarjat ovat mullistaneet kaapelinlaskutekniikan. Tätä tarkoitusta varten on rakennettu erikoislaivoja. Edistystä ei ole tapahtunut pelkästään kaapelien kohdalla, vaan myös lähetys- ja vastaanottolaitteet ovat kehittyneet. Välivahvistimia on nykyaikaistettu. Triodiradioputkien sijasta käytetään nyt transistoreja. Kun puhelussa tarvittiin aikaisemmin kahta erillistä kaapelia, tullaan nyt toimeen yhdellä. Ne välittävät puheluja, sähkeitä, televisio-ohjelmaa ja elektronista asiatietoa.

Sen sijaan että viestintätekokuut olisivat syrjäyttämässä vedenalaiset kaapelit, kuten oli pelätty, ne ovat olleet niille piristysruiskeena. Kaapeliverkoston laajeneminen ja kaapelien hyötysuhteen paraneminen on johtanut räjähdysmäiseen lisäykseen viestinnässä.

Kustannukset ovat laskeneet olennaisesti. Vuonna 1957 halvimmaksi hinnoiteltu, illalla otettu puhelu Havaijista Kaliforniaan maksoi noin 21 markkaa kolmen minuutin jaksolta. Nyt hinta on pudonnut runsaaseen kolmeen markkaan. Sen sijaan että sanomien välittäminen kestäisi 16¹/2 tuntia, ne tarvitsevat alle sekunnin kymmenyksen saman matkan kulkemiseen. Jos kerran joku omaisistasi on siis vähemmän kuin sekunnin etäisyydellä, miksi et käyttäisi hyödyksesi näitä merten syvyyksien puhuvia kaapeleita?