Як інтернет з'єднує континенти: від морського дна до зоряного неба

Інтернет влаштований так, аби дані між мільярдами пристроїв розліталися по всьому світу швидко і надійно. Усередині країн для цього слугують наземні оптоволоконні кабелі, що тягнуться вздовж доріг, через міста й села. Але як, чорт забирай, ваш відеодзвінок із Києва до Лос-Анджелеса проходить майже без затримок? Відповідь - система зв'язку, яка з'єднує континенти зі швидкістю, від якої навіть гепарду стало б ніяково

І ні, це не про супутники, як думає половина інтернет-користувачів. Майже 99% міжнародного трафіку бігає підводними оптоволоконними лініями. Це такі собі цифрові артерії, простягнуті дном океанів.

• Таких кабелів налічується понад 500.
• Іх сумарна довжина - 1,4 мільйона кілометрів.
• Цього достатньо, щоб обернути Землю по екватору аж 32 рази!

Трохи історії: як усе починалося

Ідею з'єднати континенти підводним кабелем визнали блискучою ще в 19 столітті. Тоді, щоправда, йшлося про телеграф. У 1858 році США й Великобританія проклали перший кабель через Атлантичний океан, але радість тривала недовго: кабель пропрацював лише пару тижнів. епік-фейл на мільйони доларів (за нинішніми мірками)!

Повідомлення тоді передавалися зі швидкістю 1 біт на секунду — "Привіт! " доходило за пару хвилин. Уже до 1866 року вдалося розігнатися до 8 слів на хвилину.

Сьогодні, звісно, технології на голову крутіші. Майже весь світовий інтернет-трафік проходить через оптоволоконні кабелі, прокладені по дну океанів. І тільки мала частина даних передається через супутники - в основному для віддалених регіонів або спеціальних завдань.

Як прокладають підводні кабелі

Спочатку вчені досліджують морське дно. Кабель не кладуть аби куди - потрібно обійти підводні гори, розломи та вулкани. Враховується все - підводні течії, геологія та навіть міграція китів. Іноді проєктування займає більше часу, ніж сам процес укладання. Вартість прокладання одного кабелю — мільйони доларів. Наприклад, проєкт MAREA (завдовжки 6600 км), що з'єднує США та Іспанію, обійшовся в $250 мільйонів.

До речі, сам кабель — це не просто "проводок", а  інженерний шедевр. Він захищений кількома шарами: сталь, пластик, бітум, ще сталь. І тільки потім оптоволокно, по якому світлові імпульси женуть дані зі швидкістю, близькою до світлової. Діаметр всього лише 7 сантиметрів, а міцності вистачить витримати корозію, тиск і зуби цікавих акул.

Оптоволокно прокладається океанським дном за допомогою спеціальних суден і підводних роботизованих установок. Корабель повільно рухається за заздалегідь спланованим маршрутом, опускаючи кабель на дно океану й огинаючи всі підводні гори та западини. Іноді це відбувається на глибині до 8000 метрів, де тиск такий, що здавить танк. Незважаючи на громіздкість процесу, кабель укладається з ювелірною точністю. Навіть невелике відхилення від маршруту може призвести до пошкодження, якщо, наприклад, він натягнеться занадто сильно на підводному схилі.

У середньому за день прокладається по 10-12 км оптоволокна. Для цього використовуються підводні плуги, а також роботи, які прибирають сміття або каміння з траєкторії кабелю. Глибоководні ділянки залишаються неприкритими, а ближче до берега кабель захищають - його, як з'ясувалося, так полюбляють кусати акули та чіпляти рибальські траулери.

Також кожні 50-100 км встановлюються пристрої, що підсилюють сигнал. Інакше дані просто не долетять до пункту призначення. До речі, за кожним підводним кабелем регулярно слідкують із космосу за допомогою супутників. Адже вони неймовірно надійні, але все-таки вразливі. А ремонт - справа нелегка і витратна. Наприклад, підняти кабель із глибини 4000 метрів і полагодити його обходиться в $1-2 мільйони. А лагодити доводиться 100-200 пошкоджень щорічно, це справа буденна.

Хто фінансує інтернет-мережі між континентами

Основні гравці — IT-гіганти на кшталт Google, Meta (Facebook), Microsoft і Amazon. Ці хлопці не просто володіють дата-центрами, а й інвестують у прокладання підводних магістралей. Ціна питання? У 2022 році обсяг ринку підводних кабельних систем становив $12,58 мільярда, прогнозується, що до 2030 року він досягне $30,50 мільярда (за даними The Insight Partners).
Наприклад, близько $250 мільйонів витрачено лише на кабель довжиною 6600 км, що з'єднує США та Іспанію (приклад проєкту MAREA).

Один кілометр такої оптоволоконної магістралі коштує до $50 тисяч.

Причини пошкоджень підводних магістралей

Вони можуть бути як цілком очікувані, так і екзотичні

• Кумедні дельфіни. Ці розумні морські ссавці часто граються в морських джунглях - використовують кабелі як іграшки, і нерідко ламають їх. У 2014 році було пошкоджено одразу кілька підводних кабелів поблизу Тайваню, і винуватцями виявилися саме дельфіни! Вони, безумовно, красунчики, але 10% інтернету в регіоні на пару днів "пропали".
• Якорі суден. Не тільки морські тварини можуть призвести до аварій. Іноді причини більш приземлені - наприклад, якорі. Такі види катастроф трапляються найчастіше. Наприклад, у 2008 році якір одного з вантажних суден пробив підводний кабель, що зв'язував Мальту з іншою частиною Європи. У підсумку цілий острів залишився без стабільного інтернету на кілька днів.
• Землетруси. У 2004 році потужний підземний поштовх в Індійському океані порушив роботу відразу декількох магістралей, обрубавши зв'язок для 70% користувачів в Азії.

Мапа підводних кабелів

А що там із супутниками?

Так, про Starlink Ілона Маска всі чули. Ця мережа з тисяч низькоорбітальних супутників дає змогу "роздавати" інтернет у віддалених регіонах - на островах, у горах або пустелях. Щоправда, є нюанс: швидкість нижча, затримки вищі, і коштує це дорожче, ніж звичні кабелі. Проте супутники працюють там, де інші технології безсилі.

На поточний момент (2024 рік) Starlink охоплює понад 95% поверхні Землі, де мешкають люди, завдяки розгортанню десятків тисяч супутників. Але через деякі технічні особливості все ж таки існують і мертві зони. Вони становлять менше ніж 5% і включають:

• полярні регіони;
• океанічні простори далеко від судноплавних маршрутів;
• деякі гірські або важкодоступні зони.

Саме системи Starlink забезпечують наших непереможних захисників - воїнів Збройних Сил України - можливістю користуватися надійним зв'язком у найвіддаленіших та важкодоступних точках в умовах нинішньої війни з ордою.

До речі, Іран, Китай і Північна Корея забороняють використання Starlink на своїй території. Навіть якщо супутники технічно можуть забезпечити покриття, доступність все одно обмежується місцевими законами.

Наразі Starlink активно працює над розширенням покриття, включно із запуском супутників наступного покоління з лазерними міжсупутниковими зв'язками, що зменшує залежність від наземних станцій. Це має скоротити навіть поточні мертві зони, особливо в океанах та віддалених регіонах.

Причини пошкодження зв'язку в космосі

• Сонячні бурі. Потужні сонячні спалахи можуть викликати серйозні збої в супутниковому зв'язку. До прикладу, у 2003 році одна з таких бурь зупинила роботу всіх супутників зв'язку по всьому світу.
• Космічні перешкоди. У 2008 році китайський супутник, оснащений новітніми технологіями зв'язку, випадково зіткнувся з російським. Це призвело до серйозних збоїв, і відновлення зв'язку зайняло роки, а не тижні.
• Метеорити і космічне сміття. У 2016 році космічне сміття пошкодило супутник, що забезпечує зв'язок в Африці. Космос - це не порожнеча, а "цвинтар" старих супутників і уламків, що можуть спричинити збої або навіть вивести супутник із ладу.

Майбутнє інтернету: що чекає на нас?

• Масштабні супутникові мережі. Проєкти на кшталт Starlink, OneWeb та Amazon Kuiper обіцяють зробити інтернет доступним навіть у найвіддаленіших куточках світу.
• Розвиток квантового інтернету. Це нова технологія, що зробить комунікації практично невразливими для злому.
• Підводні кабелі нового покоління. Інженери вже розробляють кабелі, здатні витримувати десятиліття експлуатації без поломок

Чому це важливо? Тому що сучасний інтернет — це не просто меми та YouTube. Це медицина, освіта, екстрені служби та мільярди важливих процесів. У разі лиха саме інтернет стає рятівним зв'язком.

Тож наступного разу, коли відправите другові фото котика через океан, пам'ятайте: десь на дні морському крихітний промінь світла пролітає кілометри оптоволокна, огинаючи гори й западини. Увесь світ пов'язаний нитками - на щастя, не павутинням.

Порівняння швидкості передавання даних

Швидкості продовжують зростати. У найближчі роки очікується поява кабелів із пропускною спроможністю 500 Тбіт/с і вище, що зробить інтернет ще швидшим і доступнішим. Можливо, незабаром ми зможемо завантажувати фільм не за секунду, а за мить - поки ви моргнули, він уже на вашому пристрої.

ТОП аварій із підводними кабелями

1. Атака акул. Як з'ясувалося, акули люблять кусати підводні кабелі. У 2008 році один із кабелів в Атлантиці постраждав від зубів морського хижака. Вчені вважають, що акул приваблює слабке електромагнітне поле кабелів. У результаті зник зв'язок у декількох країнах. Для ремонту знадобилося кілька тижнів, адже кабель довелося підіймати з глибини 3000 метрів. Саме відтоді їх стали обертати в особливу броню.

2. Якір проти кабелю. У 2006 році танкер випадково скинув якір на підводний кабель у Гонконзі. Оптоволокно було порізано, як ножем масло. У підсумку близько 10 мільйонів користувачів в Азії залишилися без інтернету. Фінансові втрати для провайдерів і банків склали $40 мільйонів за добу простою, а для ремонту знадобилося 10 днів.

3. Тайванський землетрус. У грудні 2006 року сильний землетрус магнітудою 7,1 балів пошкодив кілька підводних кабелів біля узбережжя Тайваню. Майже весь зв'язок між Китаєм, Японією і США виявився порушеним. Інтернет-торгівля в цих регіонах зупинилася на кілька днів, а швидкість відновлення трафіку була повільною через величезні навантаження на резервні лінії. Ремонтом займалися майже 2 місяці! Води були занадто глибокими, що сповільнювало роботи.

Трохи фактів наостанок

• Найдовший кабель з уже прокладених: SEA-ME-WE 3 (South East Asia – Middle East – Western Europe) — 39 000 км! Він з'єднує Азію, Європу та Африку й настільки довгий, що міг би майже обігнути Землю по екватору (якщо трохи постаратися і додати запас). Кабель з'єднує 33 країни від Німеччини до Австралії.
• Найкоротший: Cross-Harbour Tunnel Cable (Гонконг) - всього 3 км. Ця "мінюшка" прокладена через гавань і з'єднує два береги міста.
• Проект 2Africa - це один з найамбітніших проектів із прокладання підводного кабелю в історії людства, його будівництво на стадії завершення. Огинає практично всю Африку, загальна довжина – 45 000 км (більше довжини екватора!). Кабель з'єднає 33 країни на 3 континентах: Африка, Європа, Близький Схід і Азія. Оціночна вартість проєкту - 1 мільярд доларів США.

Мапа проєкту  2Africa

• Між Південною Америкою та Австралією немає жодного прямого кабелю через величезні відстані, високі витрати та низький трафік між регіонами. Замість цього дані йдуть через Північну Америку або Азію.
• Найбільша концентрація підводних кабелів спостерігається: в Атлантичному океані (між Європою та США), де прокладено понад 400 кабелів та навколо Європи. Європа — найбілш "оптоволоконний" континент.
• У 1999 році японський супутник зв'язку Midori загинув через помилку програмного забезпечення. Проблема була у неврахованій комі в коді!
• На орбіті зараз близько 8 000 супутників, з яких активно використовується приблизно 5 500, середня тривалість життя супутника - 10-15 років, але аварії трапляються набагато частіше.
• У середньому підводні кабелі ламаються близько 200 разів на рік! Кабель біля берегів В'єтнаму (APG) пошкоджують кожні 2-3 місяці через рибальські сітки та випадкові удари якорями. 40% всіх пошкоджень - рибальські трали, 20% - якорі суден, 8-10% - природні катастрофи (цунамі, землетруси), решта - люди та тварини.
• Говорять, що APCN 2 (Asia Pacific Cable Network 2), протяжністю 19 000 км, - найдорожчий проєкт, його вартість близько 5 мільярдів доларів США. Цей кабель з'єднує 9 країн в Азіатсько-Тихоокеанському регіоні. Але чому так дорого? Він проходить через зони з високою вулканічною активністю, що вимагає посиленого захисту.
• Найшвидше будівництво - магістраль "FASTER" (від Google). Цей кабель (запущений 2016 року) протяжністю 11 629 км від США до Японії побудували всього за 18 місяців. Хтось ремонти вдома робить довше!