在当今这个看似日益无线化的世界里，我们习惯了在云端存储数据，通过便携式设备随时查看信息。然而，这些便捷服务的背后，却离不开一个看似古老却至关重要的基础设施——海底电缆。尽管4G信号基站遍布各地，但它们只是网络的一小部分。实际上，超过95%的国际网络流量都是由这些深埋海底的电缆承载的。
目前，全球约有378条纵横交错的海底电缆，总长度达到惊人的120万千米，它们像一条条隐形的纽带，连接着美国与欧洲、法国与印度等世界各地。事实上，除了遥远的南极洲外，各大洲都已通过这些电缆紧密相连，构成了一个庞大的全球通信网络。
超强的MAREA电缆上岸，其重量超过30只蓝鲸。
海底电缆并非新生事物，其历史可以追溯到19世纪中叶。1842年，电报系统的发明者塞缪尔·摩尔斯成功地从纽约港发出了第一份摩尔斯电码。然而，真正看到这一技术潜力并将其应用于海底电缆的是英国。为了连接其广大的殖民帝国，英国于1858年铺设了第一条横跨大西洋的电缆，连接了爱尔兰与纽芬兰。仅仅14年后，伦敦就能通过这条电缆向孟买、新加坡乃至中国发送信息。到了1892年，英国公司更是控制了全球三分之二的电报网络，彰显了其在海底电缆领域的霸主地位。
尽管电报时代已经远去，但海底电缆不仅没有消失，反而焕发出了新的生机。最早的洲际电缆传输速度极慢，每小时只能发送几个字。然而，随着技术的进步，特别是光纤电缆的应用，传输速度得到了质的飞跃。以2019年2月为例，总长近6500千米、连接美国弗吉尼亚海滩和西班牙毕尔巴鄂的MAREA电缆，成功实现了每秒26.2太比特的传输速度。这一速度相当于一次性能够播放700万部高清电影，足以让人惊叹不已。
这种尖端电缆之所以能够实现如此高速的传输，主要得益于其内部的光纤结构。光纤通过传输强大激光所发出的光脉冲来传递信息，这些光脉冲随后会被解码成数据。如今，谷歌、脸书和亚马逊等科技巨头都在积极投资基础建设，通过铺设自家的海底光纤电缆来增加网络带宽，以满足日益增长的数据传输需求。
此为微软和Facebook的MAREA电缆盘起来的样子，长度相当惊人。
铺设海底电缆是一项复杂而艰巨的任务。首先，船只会从登陆站出发，拖行一条超长的电缆。为了防止电缆在铺设过程中受损或下沉，船只上会安装气球浮标。随着船只的航行，浮标会逐渐被移除，电缆也随之沉入海底。在远距离航行至第二个基地站或海上指定点后，船只会与另一条电缆相遇。此时，船上的电缆接合员会小心翼翼地将两条电缆接在一起，然后将其释放并埋入海底。
然而，海底电缆并非一劳永逸。由于船舶的锚链、地震以及海洋生物的活动，电缆很可能会受到损坏。为了修复这些故障，大西洋电缆每年都需要进行50多次的维修工作。当光纤出现故障时，它会反弹原本应送至海洋另一端的光脉冲。工程师们通过测量这些信号返回的时间，就能精确定位电缆的故障地点，并派遣船只前往维修。
在维修过程中，遥控无人潜水器（ROV）会发挥重要作用。它们会将故障电缆拖至水面进行维修。维修完成后，这些机器人还会使用高压水流将电缆重新埋回海床之下。有时，为了更高效地完成任务，也会使用专门的捞缆机进行作业。然而，修理电缆的过程并不轻松。整个维修周期大约需要十天时间，其中仅故障处的修复就需要四到五天。资深技术维修员需要花费长达16小时的时间来将玻璃纤维交织完成，并将新电缆接回原电缆的切割端。
遥控无人潜水器（ROV）负责维护水下油矿，但这种机器人也可修复海底电缆。
下一篇，我们将继续了解这种潜藏于浩瀚海洋之下的信息动脉。
文中图片均来源于《How it works》杂志
本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
出品丨科普中国科普部
监制丨中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
作者丨《how it works》科普团队
审核丨梁忠伟 中国机械学会微纳制造、智能运维专委会理事、中机联绿色制造专委会常务委员