【留美学子】第3024期
9年国际视角精选
仰望星空·脚踏实地
【陈屹视线】教育·人文·名家文摘
我与海底光缆的不解之缘 
——由欧洲海底光缆被破坏所想到
文｜沈钧

导语
近年来, 国际形势风起云涌，乌俄战事持续不断，随之殃及无辜。2022年9月26日, 俄罗斯为德国输送天然气的北溪海底管道在波罗的海海底发生了两起爆炸事件，导致大量天然气泄漏于海中。
无独有偶，二十几天后，在法国的马赛港附近的三条海底光缆被人为割断，而同时在英国的苏格兰附件的海底光缆也被剪断，后果是这两国人民跟其它国家的联络网速变慢，支付功能不给力，等等，这样的冤冤相报何时了。
我对海底光缆的新闻很敏感，就因为自己当初亲身参与了这些海底光缆的铺设工程。为此感到自豪的是海底光缆直接加速了现代文明的进程！
那是1988年，我获光纤通讯工程硕士学位后，被英国STC标准电话电缆公司光通信实验室（STL）录用，该实验室为诺贝尔物理学奖获得者上海出生的高锟（Charles K. Kao））博士所领导。
作者与高锟博士
我们公司作为当时世界上海底光缆系统承包商的龙头老大，承包了最初几条全球重要海底光缆工程。而我直接参与横跨太平洋的第一条，即NPC北太平洋海底光缆的安装工程和第一条环球线路，即FLAG 28000公里连接18个国家的系统铺设和通信系统调试工作。
我先是在STC美国波特兰工厂负责海底光缆的制造监制， 并负责研究开发光缆接头攻关项目，为我日后执行做接头及光缆修复工作打下了技术底子。工厂在2年内制造完成了约二万公里长的海底光缆，盘放在我们万吨级的电缆铺设船上（Cable Venture）。以后几年里我们就开始铺设北太平洋海底光缆，然后继续铺设环球光缆系统。
海缆铺设船
由于当时互联网还没有出现，我们铺设的海底光缆主要是为了满足日益增长的大容量数字长途电话，电视信号数字传输所需。NPC 海底光缆使用的是12根光纤（五去五回，两根备用），传输容量为1.2GBit，比当时先进的卫星通信容量大得多，而且误码率也小得多。
在进行系统调试
说到光纤通信，我们就不得不谈及我们华人的骄傲 -- 高琨博士。他曾经是我们公司的首席科学家，就是他在1965年一篇重量研究论文的中提到了如果把热熔化的玻璃（其实就是普通的沙子）提纯至99.9995%，及把这个熔化的玻璃拉成纤维丝到9 um 左右就成为单模光纤，再添加上折射涂层（纯二氧化硅及硼），那么使用超红外光，即1550 nm波长，此波长的光可以传播得最远。光经过光纤后，衰减就会从1000dB/公里降到 20dB/公里之内。
目前制作的超级光纤，其衰减率已经到达物理极限值了，即0.17dB/公里），该论文的结论是在这种降低衰减的情况下，光通过光纤载体进行通信就成为可能。光通信其实就是数字通信，而基本原理是来自我国古代发明，即在长城烽火台之间打信号的启发而发展起来的。
早期因为光经过光纤后衰减太大而无法进行通信，是因为玻璃里的杂质和玻璃纤维的直径太粗造所成光的散射，故光在普通玻璃丝里传输几米后就看不见了。此问题不知困惑了科学家们多少年直至高锟博士的论文预言。该文曾经被很多人嘲笑，说是天方夜谭。
高琨的论文发表四年后，在1970年，由美国康宁公司的工程师们就按照他的预想，创造出新的光纤生产工艺，光纤在熔化的过程中先做了高度提纯和浓缩，再用抽丝工艺快速拉出足够的细的丝（50米/秒），果真生产出的光纤的衰减一下子率降到20dB/公里以下，又经过20年不断研发和改良生产工艺，康宁公司已量产制造出当今最好的0.17dB/公里 的光纤，从此超红外光可以在此光纤里走200多公里还能被“看得见”。
所以高琨博士的贡献让世界范围里的光纤通讯梦想得以实现，及现在互联网在全世界大规模的应用成为可能。可以说没有海底光缆的应用，就没有当今的世界互联网，都是因为高锟博士的远见和功勋，真是名副其实的“光纤通信之父“。
由于对推进世界互联网的巨大贡献，高琨博士作为一个算是应用科学家，于2009得到了理论界的最高的奖 -- 诺贝尔物理学奖。我能与世界级科学家为伍感到无上自豪。
在制造海底光缆过程当中，我埋头钻研一种新的接头方法。因为光缆不可能制造1万公里不间断，必须得一段一段的制造，中间就得有接头，技术要求颇高，公司指派我研究如何使光缆接头坚固耐用。
捞海底光缆的海钩
首先要用光熔接机把两头光纤对接，然后外层加上保护层和保护盒，再加上金属铠装。我用的是斜硝子的方法可以使缆和接头盒连接的非常坚固，即使把光缆拉断其接头处也会是完好。
我们经过两年紧锣密鼓的工作，终于把光缆制造完毕，并输送到电缆船上盘起来为海上铺设之用。
1990年初，我们电缆船驶向日本，我作为电缆船上的光缆系统测试工程师，先期飞到了东京，然后乘车去了位于东京湾的横须贺市海边陆地站，迎接电缆船的姗姗到来，尔后开始上船工作，从日本开始向东铺设，在岸边和近海，我们先用挖沟机挖沟埋缆，以防止渔船下锚起锚损坏光缆。
因为早期我们制作的8500公里的海底光缆有109个电子中继器（个头像个短鱼雷，三十年不间断工作的使用寿命），而且每个中继器需要25伏的直流电压来工作，所有中继器是串联相接，需要共3000伏，1.5安培的直流供电。
海底光缆中继器
在日本的陆地站有不间断电源供电，每次放缆将中继器投入海中后，陆地站都要开始供电。因为距离遥远，电流利用光缆的铠装作为导体而金属导体本身有电阻，电流只得慢慢走，所以每次开始供电都得慢慢加压，需要足足几十分钟，当电压达到额定的70%时，我们就可以经过光纤直接和陆地站通信联系了。海上铺设光缆不像大家想象的那样就直着开，把缆扔下去就行了。
我们到了深海是可以直接把海缆扔到海底，但不是直线的铺设，因为有海底有山峰，我们是按海图尽量避免让缆架在海底山峰之间，而让缆躺在海底的山谷里。
还得防备某些海域经常出没在水下达3000米左右的鲨鱼，是因为我们光缆有中继器需要通电工作就会造成了光缆发热，会吸引鲨鱼过来来撕咬光缆，那么我们就在已知的鲨鱼出没的地方，进行多层铠装，让鲨鱼咬不动。
挖沟埋缆机
我们铺设NPC到了后期进入秋季，北太平洋风浪逐渐增大，还真来了一次大台风，我们没有办法铺设了，因为我们光缆比较细，而万吨轮的光缆铺设船一晃动的话就容易把光缆拉断。那么我们只能把光缆砍断，扔到海底。我们船先离开台风的经过的地方等到几天后风平浪静，再回过头来找光缆。
找海里的光缆，真是名副其实的大海捞针。当然也是我们这个电缆船的一个绝技（公司有着150多年的海缆铺设历史，大风大浪见得多了，还曾经于清朝时期1872年就铺设中国-新加坡-澳大利亚海底电缆呢），我们船基本上每次放下下海钩一次就能捞起，确实非常厉害。
如像这次法国，英国连接美国的海底光缆被人为剪断，或海缆被渔船起锚损害，或被鲨鱼咬坏，需要我们修复时也没有问题。我们会用光时域反射仪，和GPS定位，就可以精确找到断点的位置，再乘电缆维修船前往。
台风过后，我们利用同样方法，先知道光缆在哪块海域（卫星定位）扔掉的，然后在距断点几公里处横向驰过去，把光缆用海钩捞上来。如果是修理海底光缆的话，还得用挂在海钩上的电缆剪把找到的海底光缆剪断。
然后再开到几公里公里以外地方（取决于当时海的深度）的地方，与光缆横向驰过，捞起的断头海缆被捆绑在一个大浮球上在海上漂浮。船再离开去找断缆的另外一头，如法炮制。另外一头光缆捞起来后。把光缆了搁在船上，开始一段一段的剪断，以检查缆进水情况。
因为海底的巨大水压力，当光缆被剪断后，海水就顺势挤进缆的内部，而光纤是怕水的。如果光纤没有经过海水的浸泡，其寿命可以长达100年。那么此时我们就可开始做接头了。
事先准备一条几十公里的规格相同的备缆，先把一头接上。虽然我主要是通信系统工程师，但在做接头时，公司也让我亲自把关我设计的接头工艺。把这边的接头做好后就扔回到海里，然后开船边把备缆铺设到海里，边寻找那边海缆浮球。再把浮球和海缆捞到船上后，继续做我们的第二个接头。
光缆重新连接好后，再进行系统测试。正常的话我们就把第二个接头扔到海底，那么我们海上的这个修理任务就算完成了。然后就告诉客户准备支付500万美金的修理费啦（当时的费用，原始承包合同已订好今后维修的价格，省的到时扯皮）。
待铺设NPC到了接近阿拉斯加海域的时候呢，我女儿即将出生，公司本着人道精神，让我立即返回美国大陆去医院看望妻子生育过程，于是就调配了飞机来接我。
飞到了附近的阿拉斯加阿留申美国空军基地，此地也就是后来93年4月上海东方航航空公司的MD-11发生驾驶员误碰操作杆失误事件，飞机立马下坠几千米，机上未系安全带的人都失重的飞来飞去，上百人受伤，二人死亡的重大事故，就紧急降落在这个谢米亚美军基地的。
后来我又乘运输机飞到安克拉奇，再乘阿拉斯加航班赶往波特兰。路途曲折耗时，等我赶到医院，女儿已经出生，还好母女平安，也为我完成这次铺设海缆任务打下圆满的句号。
之后我又参加了环球海底光缆的铺设任务，进一步丰富了我的海缆工程经验，直至公司被Alcatel兼并。

目前全球已有近400条海底海缆线路，每当看到我们当初铺设的海底光缆被人为破坏，很是心痛。凭我多年的工作经验，我有能力将任何海缆的损坏修理好，为维持全球互联网的正常运行做出贡献，也希望世界和平。

   作者：沈钧，退休工程师，原北京工商大学嘉华学院副校长，DBA, MBA, MSEE, BSEE
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