Старые кабели послужат науке

Использование выведенных из эксплуатации и находящихся в эксплуатации кабелей электросвязи в научных целях

С тех пор как в 1850 году по дну Ла-Манша была осуществлена прокладка первого подводного кабеля, по дну океана было проложено более миллиона километров подводного кабеля, обеспечивающего покрытие существенной части земного шара. Однако в настоящее время в научных целях используется лишь незначительная часть существующей кабельной сети. Это – упущенная возможность.

Среди существующих кабелей есть выведенные из эксплуатации и ныне действующие. Более старые неиспользуемые кабели в основном коаксиальные, но в результате стремительного развития кабельной техники из эксплуатации был выведен огромный объем волоконно-оптических кабелей первого поколения задолго до истечения полезного срока их службы.

Как неиспользуемые, так и используемые кабели в целом могут превратиться – путем подсоединения простого вольтметра и компьютера к станции выхода подводного кабеля на берег – в поставщиков данных об океанских течениях. В кабеле вследствие воздействия на него магнитного поля Земли в океанских течениях, приливах и цунами наводится электромагнитный ток. Замеры такого электрического напряжения могут проводиться на кабельной системе, работающей в обычном режиме.

Подводные кабели

Подводные кабели используются для измерения океанских течений во всем мире. Например, в течение последних 25 лет с помощью кабеля выполняются ежедневные замеры объема воды, переносимой Флоридским течением, в результате чего формируется одна из самых протяженных во времени серий данных о переносе океанской воды. Генерируемая кабелем информация обеспечивает набор данных, необходимых для расчета меридиональной опрокидывающей циркуляции в Северной Атлантике, которая является одним из основных факторов глобальной глубинной циркуляции океана и явлением, представляющим большой интерес для исследователей климата.

Выведенные из эксплуатации кабели можно было бы переместить в важные с научной точки зрения места, такие как Южный океан, где сегодня проложено очень немного кабелей. По оценкам, затраты на перемещение составят примерно половину денег, необходимых для того чтобы использовать новый кабель купить и проложить который могло бы потребоваться в ином случае. Вариант с перемещением обойдется около 20 тыс. долл. США за километр по сравнению с 50 тыс. долл. США за километр прокладки нового кабеля. Однако безвозмездная передача кабелей для использования в научных целях сопряжена с трудностями юридического и практического характера, особенно при передаче прав собственности и ответственности от коммерческих компаний научным учреждениям.

Построение глобальной сети

Первым шагом в формировании глобальной сети стала бы оценка научного потенциала всех используемых и неиспользуемых кабелей электросвязи. МСЭ мог бы успешно координировать эту работу, собирая вместе должностных лиц, ученых, инженеров и юристов из заинтересованных организаций и учреждений Организации Объединенных Наций.

В настоящее время использование кабелей в научных целях в основном ограничивается подсоединением измерительных приборов на станциях выхода подводного кабеля на берег. Но в будущем для мониторинга изменения климата могут быть модифицированы ретрансляторы, обычно устанавливаемые на расстоянии от 50 до 150 км один от другого для усиления сигнала электросвязи в кабеле под напряжением.

Отрасли электросвязи предоставляется возможность наряду с оказанием обычных услуг электросвязи разработать ретрансляторы кабелей нового поколения для передачи данных о климате новым заинтересованным сторонам. Новые ретрансляторы могут быть оборудованы встроенными датчиками для измерения климатических переменных. Они стали бы основой экономически эффективной сети для долгосрочного мониторинга изменения климата.

Мониторинг климата с использованеим кабелей

Измерение температуры и солености дает возможность отслеживать потепление и опреснение воды, вызываемые потеплением атмосферы и таянием льдов. Измерение давления показывает динамику океанских приливов и уровня моря. Эти данные служат иллюстрацией последствий изменения климата. Также они содержат предупреждения о приближении цунами. Глобальная сеть датчиков позволила бы осуществлять практически ежеминутное эффективное и низкозатратное наблюдение океанов во всем мире. Чем больше датчиков, тем точнее общая картина.

Используемые в настоящее время ретрансляторы измеряют температуру окружающей среды, соленость и давление. Такие датчики размещаются внутри короба или корпуса ретранслятора. Измеренные сигналы передаются на береговые станции по выделенным оптическим волокнам и линиям связи. В будущем в состав ретрансляторов могли бы входить узлы общего назначения, которые обеспечивают электроснабжение, связь и передают сигналы времени.

Наука и подводные кабели

Научные измерительные приборы могли бы подключаться напрямую или опосредованно, например, используя акустические модемы. Это превратило бы ретранслятор в обсерваторию, не только ввиду измерения температуры, солености и давления, но и благодаря наличию канала для измерения дополнительных климатических параметров, таких как океанские течения, содержание кислорода, уровни парниковых газов, сейсмичность и других геофизических и биохимических параметров. Также появилась бы возможность замерять крупномасштабные колебания температуры, используя акустическую томографию и даже вести подводный видео- и акустический мониторинг.

Перед инженерами стоит задача разработки устойчивых и надежных систем, которые сформируют гибкую и стабильную инфраструктуру передачи данных. Для снабжения электроэнергией и обеспечения оптической связности в многоуровневой сети, независимой от передачи обычных данных электросвязи, компания Tyco Electronics Subsea Communications разработала двужильный кабель (DCC) и четырехкабельный блок разветвления. DCC имеет структуру, подобную структуре более ранних экранированных аналоговых коаксиальных кабелей. А четырехкабельный блок разветвления снабжен специальными стыками, к которым можно подсоединить два проводника, одновременно обеспечивая изоляцию между этими проводниками и морским дном. Эта новая технология позволяет монтировать в корпусе ретранслятора датчики мониторинга климата и управлять ими независимо от структур электросвязи.

Заключение

Компании электросвязи предоставляют научному сообществу доступ к своим кабелям и береговым станциям. Однако до сих пор роль отрасли в исследованиях климата оставалась несколько пассивной. В настоящее время перед компаниями открылись коммерческие возможности, которые позволят им стать активными участниками мониторинга изменения климата.

Океаны являются одним из важнейших факторов изменчивости климата, что обусловливает необходимость их тщательного наблюдения. В частности, малоисследованными остаются океанские абиссали. Учитывая отсутствие иных эффективных средств проведения долговременных измерений, использование кабелей электросвязи в целях наблюдения океанов приобретет решающее значение для мониторинга глобального изменения климата.

Все возможности для изучения этой темы имеют 15-я и 5-я Исследовательские комиссии МСЭ-Т. На своем состоявшемся собрании в ноябре 2010 года 5-я Исследовательская комиссия (Окружающая среда и изменение климата) сформулировала новый вопрос, в рамках которого в том числе будут изучаться пути более эффективного использования ИКТ, в частности подводных волоконно-оптических кабельных сетей, для целей мониторинга окружающей среды и экосистем, а также будут определяться новые стандарты, необходимые для того, чтобы страны могли адаптироваться к изменению климата. Эта тема будет особо рассмотрена на семинаре-практикуме МСЭ "Переход к "зеленой" экономике с помощью стандартов ИКТ" (22–24 марта 2011 года), который состоится в Риме, Италия. Рассматриваемые на семинаре задачи включают:

• упрощение использования выведенных из эксплуатации подводных кабелей для мониторинга океанов;
• содействие достижению договоренностей между учеными, коммерческими компаниями и правительствами об использовании подводных кабелей для исследования климата;
• определение технологий, позволяющих встраивать датчики наблюдения в существующие системы;
• стимулирование разработки новых технологий и стандартов для многоуровневых систем, в том числе подсистем наблюдения океанов на каждом ретрансляторе, обеспечивающих высокое пространственное разрешение выборки по трассе кабеля.