Từ cáp đồng thế kỷ 19 đến cáp quang thế kỷ 21

Ngày 29.7.1858, hai chiếc chiến thuyền chạy bằng hơi nước gặp nhau ở giữa Đại Tây Dương. Đây là nơi kết nối của hai đường cáp đồng dài 4.000 km truyền tín hiệu điện tín từ Mỹ sang châu Âu và ngược lại. Điện tín là phương tiện thông tin liên lạc nhanh nhất vào thời đó. Hai tuần sau, bức điện tín đầu tiên được gởi bằng đường cáp này bởi Nữ hoàng Anh Victoria đến Tổng thống Mỹ James Buchanan để chúc mừng việc thiết đặt thành công hệ thống cáp liên lạc xuyên đại dương này. Bức điện này phải mất 17 giờ mới gởi xong, do lúc đó người ta dùng hệ thống bảng chữ Morse, nên mỗi chữ phải mất đến 2 phút 5 giây mới gõ xong. Đến năm 1866, người ta kéo thêm các đường cáp mới có tốc độ truyền tín hiệu nhanh hơn, có thể gởi từ 6 - 8 chữ/phút. Sau đó, đến gần cuối thế kỷ 19 mới nâng lên được mức 40 chữ/phút.

Loại cáp dùng trong thế kỷ 19 có kết cấu khá đơn giản, lõi là nhiều sợi dây đồng nhỏ để dẫn tín hiệu, được bao bọc bằng một lớp nhựa lấy từ cây gutta-percha để cách điện, rồi đến một lớp dây thép, cuối cùng là lớp vỏ cao su chống nước.

Việc xếp hàng ngàn km cáp lên tàu phải mất khoảng một tháng Ảnh: IECETECH

Sang thế kỷ 20, tuyến cáp biển dùng cho đàm thoại là Transatlantic No.1 (TAT-1) được lắp đặt vào năm 1956, người dân ở hai bờ châu Âu và Mỹ giờ đây có thể gọi điện thoại cho nhau. Do công nghệ viễn thông những thập niên 1950 còn nhiều hạn chế, nên băng thông của tuyến cáp (lõi đồng) này khá thấp, chỉ có thể truyền cùng lúc 24 cuộc gọi.

Năm 1988, tuyến cáp biển đầu tiên trên thế giới ứng dụng công nghệ sợi quang (optical fibers) là TAT-8 có thể truyền lượng dữ liệu với tốc độ cực nhanh là 280 megabyte/giây, có thể truyền cùng lúc 40.000 cuộc gọi giữa các nước Mỹ, Anh và Pháp. Năm 2018, Microsoft và Facebook đã đầu tư lắp đặt tuyến cáp quang Marea xuyên Đại Tây Dương từ bờ biển bang Virginia (Mỹ) sang bờ biển thành phố Bilbao (Tây Ban Nha). Tuyến cáp này có tốc độ truyền tải kinh khủng 160 tetrabit/giây (1 tetrabit = 137.438 megabyte), nhanh gấp 16 triệu lần tốc độ kết nối internet dân dụng.

Toàn thế giới hiện nay có tất cả 380 tuyến cáp quang dưới biển với tổng chiều dài hơn 1,2 triệu km và 1.106 trạm kết nối trên bờ. Có thêm 40 tuyến mới sẽ đưa vào khai thác trong thời gian tới. Những tuyến cáp này là động lực chính trong việc phát triển thông tin liên lạc và internet toàn cầu. Bởi thế, nhiều tuyến cáp được tài trợ hoặc sở hữu bởi các đại gia Mỹ là Google, Facebook, Microsoft và Amazon.

Tuyến cáp xuyên Đại Tây Dương TAT-1 (1956) có băng thông khá hạn chế Ảnh: WIKIPEDIA

Theo điều tra của hãng nghiên cứu viễn thông TeleGeography, thiên tai không phải là thủ phạm chính, hằng năm có đến 200 sự cố về cáp quang dưới biển và gần 70% sự cố là do con người gây ra: kéo lưới đáy sâu, tàu bè thả neo… Thiên tai chỉ xếp thứ hai trong các nguyên nhân gây ra hỏng hóc cáp, thường là do động đất, trượt đất ngầm dưới lòng biển. Vào năm 2006, cơn động đất có cường độ đến 7 độ Richter ở vùng biển phía tây nam Đài Loan và dư chấn sau đó đã làm hư hại hệ thống cáp quang khu vực, gây gián đoạn thông tin liên lạc quốc tế của Đài Loan, Hồng Kông, Trung Quốc, Nhật, Hàn Quốc và Philippines.

Cấu trúc cáp quang biển Ảnh: CNN

Việc đặt một đường cáp dưới biển là quá trình tốn nhiều thời gian, thường là hai ba năm, và tốn chi phí hàng trăm triệu USD. Đầu tiên, hãng lắp đặt phải nghiên cứu những vùng đáy biển mà đường cáp sẽ đi qua. Trước khi tiến hành đặt cáp, hãng sẽ cử một chiếc tàu chuyên dụng đi trước để khảo sát và lập bản đồ đáy biển, nhằm tránh những vùng có nhiều sóng ngầm, hoặc địa hình lồi lõm hay có núi lửa ngầm (dễ xảy ra động đất), những khu vực bảo tồn sinh thái biển. Vị trí đặt cáp tốt nhất là những vùng đáy biển bằng phẳng, không có những chướng ngại vật thiên nhiên (đá, rặng san hô) hay của con người (các đường cáp khác, rặng nhân tạo, xác tàu chìm…).

Khi hoàn tất khảo sát thì tiến hành việc kéo cáp. Để lắp đặt đường cáp mới Marea của Microsoft và Facebook, tàu kéo cáp phải chở toàn bộ chiều dài tuyến cáp là 6.600 km, nặng đến 4.600 tấn. Với chiều dài lớn như thế, sợi cáp phải được cuộn theo trật tự như cuộn ống nước cứu hỏa. Chỉ riêng việc đưa số cáp này lên tàu và cuộn lại đã mất gần một tháng, và phải mất hai năm mới lắp đặt xong.

Sợi cáp quang hiện nay có cấu tạo như sau: lõi cáp bằng những sợi thủy tinh dẫn tín hiệu quang được bao bằng lớp vỏ nhựa polyurethane, rồi đến một lớp đồng để dẫn luồng điện (có điện thế 10.000 volt) cung cấp năng lượng cho đường cáp và các bộ khuếch đại tín hiệu dọc tuyến. Ngoài lớp vỏ đồng lại thêm một lớp polycarbonate, rồi được bọc thêm các lớp bảo vệ khác bằng thép không rỉ và mylar, ngoài cùng là lớp vỏ nhựa polyethylene. Những vùng nước có nhiều cá mập thì phải bọc thêm lớp lưới thép chống cá cắn. Kích thước của một sợi cáp tiêu chuẩn chỉ lớn hơn ống nước tưới cây chút ít, trong trường hợp phải bọc thêm nhiều lớp bảo vệ thì kích thước sẽ lớn hơn.

Nhưng dù đã được bảo vệ kỹ lưỡng như thế, tuyến cáp quang kết nối các châu lục vẫn gặp nhiều mối nguy cơ - không chỉ do thiên tai hoặc sơ suất của con người - mà còn do sự cố tình phá hoại và gián điệp.