深海缆络——伏脉万里，信驰八荒
- 刘家明
- 15小时前
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在人手一机，按个键，刷一刷，资讯瞬间就到眼前的当代，少有人会去关注这些资讯是如何“从天而降”到我们的手机的。我们能看到的是高处林立的无线接收塔，却看不到支撑这些通讯塔背后的有线网络，更不会想到这些来自世界各个角落的讯息，有超过90%是通过深埋在海底的通讯光纤电缆越洋而来的。就在那深、冷、暗、高压高腐蚀的严峻环境里，一条条光缆默默地为互联网和通讯网络，无休地做传输工作。除了通讯电缆，海底还有一个重要的电力传送电缆网络，为我们从海外带来生活必需的电能。
为什么不用通讯卫星？
卫星通讯可以覆盖全球，包括荒漠、海洋和深远的山区。它在地部署速度快，建设周期短，地面基础设施投入较少，适用于缺乏基础设施的地区。但是卫星通讯的科技门槛高，构建、发射和营运费用大，而且通讯载量有限，不适合作为主要通讯渠道。卫星通讯还有一个很大的缺点，就是讯息的延迟性高。如果是通过高轨同步卫星，资讯从地面到卫星，一来一回至少有250毫秒的延迟。如果用在人与人的对话通讯，只要是超过100毫秒的延迟就会觉得很不顺畅了。海底光纤的延迟相对来说就小得多了，资讯载量巨大，所以是通讯网络的首选。
深海通讯缆络
海底通讯电缆的诞生基于电报服务的发展。第一条跨洋电报电缆于1858年铺设在爱尔兰和纽芬兰之间，实现了跨大西洋的即时电信连接。到了1870年代，欧洲和美洲间就有了更耐用和传送速度较快的海底电缆。到了1950年代，海底电报网络逐渐提升到电话网络系统，第一条跨大西洋电话线路（TAT-1）铺设于1956年。当时的电缆主要成分是金属铜，由于科技所限，海底电缆有带宽以及通讯量的局限，只能支撑电话和电报通讯。随着时间的推移，跨洋通讯的需求从电话和电报，激增到图像、视频到大数据的传送，海底电缆科技也不断发展。到了1990年代，光纤就开始替代铜缆，走入深海。
光纤是光学纤维（Optical Fibre）的惯称，光纤不受电磁干扰，它的信号衰减极低，更提高了带宽和载量，每秒可传达数百吉字节（Gigabyte）的信息。现在无论是在深海还是陆地，互联网和数据的传送都靠光纤。除了电信领域，还广用于医学成像、传感器和工业激光系统。
光纤的内部（纤芯）是一条细如发丝的玻璃或塑料线。光纤利用全内反射原理进行光传输。光被限制在纤芯内和纤芯周围包裹着的低折射率的包层，所以传输损耗和干扰很小，产生的通讯延迟也小，传送距离比传统的金属电缆更远。说到光纤，就要归功于在几年前逝世的电机工程师高锟爵士（Sir Charles Kuen Kao, 1933-2018）了。高锟爵士在上海出生，1949年后定居香港。他于2009年获颁的诺贝尔物理学奖，就是表扬他在光纤通信领域突破性的成就。
海底光纤电缆和铺设
海底光纤基本上由非常多的个别细微光纤聚集成束，捆绑成电缆。再加上各种防护铠甲和多层涂层和缓冲涂层使其坚固耐压，易于部署也可保护光纤免受物理损坏和水浸。根据光纤的耗损率，每隔相当距离必须装置中继器（光学放大器）增强光信号，以补偿长距离传输中的损耗。
海底电缆的铺设是一项经过精密设计和策划的工程。首先需要进行详细的线路勘测和规划，定制能够承受经过海域的恶劣水下条件，如压力、腐蚀性和物理应力的电缆。海底电缆铺设还需要一艘专门的电缆铺设船，在铺设过程中，电缆从船上被慢慢送入海中，直接铺设在海床上，或者埋入在海底犁出的电缆沟槽中，再用沉积物覆盖。如果电缆受捕鱼船、船锚等非自然或自然损坏，修复工作要在海面以及海底进行。从制造，铺设到维修，是一项复杂和难度非常高的实体操作工程。
海底电缆与新加坡的渊源
英国在1870年开始铺设海底通讯电缆，从印度马德拉斯（现在的清奈Chennai）到新加坡的电报电缆在1871年开始启用，新加坡也从此成为电缆枢纽。同年，新加坡的电报缆络延伸至香港、西贡（现胡志明市）和澳洲的达尔文。1872年从达尔文与澳洲国内电报网络连接，4年后再从悉尼延伸到新西兰。今天新加坡已是超过25个海底通讯电缆的登陆站。三个登陆站分别设在樟宜北，丹那美拉和大士。
新加坡在海底电缆还有一大贡献。担任新加坡总督助理外科医生的威廉 • 蒙哥马利（William Montgomerie）医生发现了土著用来做刀柄的Percha树的树脂（Gutta Percha）有很好的硬度和可塑性，可以用在外科手术工具上。他在1843年向伦敦各界大力推荐这种天然塑料，从此开拓了应用市场。后来更发现了这种树脂的超高绝缘性，正好遇上了海底电缆的发展期，遂成为海底电缆绝缘的关键材料，新加坡也成为全球Gutta Percha的出口港，直到1930年代聚乙烯的发明为止。蒙哥马利医生也协助新加坡建立了第一座精神病院，改善了当时精神病患的医疗和待遇。
海底电能传送电缆
除了通讯光纤缆络，新加坡的海底还在扩建一个电能传送缆络，它可以说是我们的生命线。我国没有天然资源，除了进口天然气发电，也从东南亚各国甚至澳洲输入绿色电能。从越南购买的电能通过柬埔寨、泰国和马来西亚的陆上电网输送到我国，不过从澳洲入口绿能就要铺设海底电缆从达尔文到新加坡，那可是超过4000公里的工程挑战！海底电力缆络除了面对如光纤电缆的问题，还要克服高耗损率和远程输电等工程问题，是另一个层次的科技挑战。
随着AI、云计算、通讯的快速发展，全球对带宽和载量的需求爆炸式增长。加上各种离岸发电，甚至海底数据中心的需求，对海底缆络的需求和依赖更甚。各大科技巨头和财团都在默默地在加速投资海底缆络，目前谷歌拥有最多的海底光纤缆络。在不久的未来，可以说谁掌握了海底缆络，就掌握了话语权。这些一条条“看不见”的海底资讯命脉，将成为新的政治和权力的博弈场。
作者为特约撰稿人
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