Seekabel
Ein Unterseekabel ist ein Kabel, das auf dem Meeresgrund zwischen Landstationen verlegt wird, um Telekommunikationssignale über weite Strecken des Ozeans und des Meeres zu übertragen. Die ersten Unterwasserkabel, die ab den 1850er Jahren verlegt wurden, dienten der Übertragung von Telegrafie und schufen die ersten direkten Telekommunikationsverbindungen zwischen den Kontinenten, wie das erste transatlantische Telegrafenkabel, das am 16. August 1858 in Betrieb genommen wurde. Spätere Generationen von Kabeln dienten der Übertragung von Telefongesprächen und später der Datenübertragung. Moderne Kabel nutzen die Glasfasertechnologie, um digitale Daten zu übertragen, darunter Telefon, Internet und privater Datenverkehr. ⓘ
Moderne Kabel haben in der Regel einen Durchmesser von etwa 25 mm (1 Zoll) und wiegen etwa 1,4 Tonnen pro Kilometer (2,5 kurze Tonnen pro Meile; 2,2 lange Tonnen pro Meile) für die Tiefseeabschnitte, die den größten Teil der Strecke ausmachen, obwohl für die Flachwasserabschnitte in Küstennähe größere und schwerere Kabel verwendet werden. Unterseekabel verbanden erstmals alle Kontinente der Welt (mit Ausnahme der Antarktis), als Java 1871 mit Darwin im australischen Nordterritorium verbunden wurde, in Erwartung der Fertigstellung der australischen Überlandtelegrafenlinie im Jahr 1872, die nach Adelaide in Südaustralien und von dort aus in den Rest Australiens führte. ⓘ
Ein Seekabel (auch Unterseekabel, insbesondere außerhalb von Meeren auch Unterwasserkabel genannt) ist ein zumindest im Wesentlichen in einem Gewässer verlegtes Kabel zur Datenübertragung oder auch für die Übertragung elektrischer Energie. Seekabel zur Energieübertragung sind ab etwa 70 km Länge nicht mehr für die Übertragung von üblichem Dreiphasenwechselstrom geeignet, in diesem Fall muss die aufwendigere Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) eingesetzt werden. Verlegt werden sie zumeist durch spezielle Schiffe, sogenannte Kabelleger. ⓘ
Seekabel müssen wegen der technisch aufwendigen Wartung außerordentlich robust gebaut sein. Ungeschirmte monopolare Seekabel für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung müssen auf Seekarten markiert sein, da sie durch ihr Magnetfeld Magnetkompasse von Schiffen beträchtlich stören können. Dagegen besteht bei Wechselstromseekabeln das Problem einer im Vergleich zu Freikabeln sehr hohen Blindleistung, zumal Anlagen zur Blindleistungskompensation unter Wasser auch schwerer installiert werden können als an Land. 2014 wurden 95 Prozent des Internetverkehrs zwischen Weltregionen via Unterseekabel übertragen. Zwischen 2012 und 2014 wurde eine große Zahl von Unterseekabeln neu verlegt und die Zahl stieg von 150 auf weltweit 285 Kabel. ⓘ
Frühe Geschichte: Telegrafen- und Koaxialkabel
Erste erfolgreiche Versuche
Nachdem William Cooke und Charles Wheatstone 1839 ihren funktionierenden Telegrafen vorgestellt hatten, wurde die Idee einer Unterwasserleitung über den Atlantik als möglicher Triumph der Zukunft betrachtet. Samuel Morse glaubte bereits 1840 daran, und 1842 tauchte er einen mit geteertem Hanf und Kautschuk isolierten Draht im New Yorker Hafen unter und telegrafierte darüber. Im folgenden Herbst führte Wheatstone ein ähnliches Experiment in der Swansea Bay durch. Für den Erfolg einer langen Unterwasserleitung war ein guter Isolator erforderlich, der den Draht umhüllte und verhinderte, dass der elektrische Strom ins Wasser entwich. Bereits im frühen 19. Jahrhundert hatte der preußische Elektroingenieur Moritz von Jacobi Moosgummi ausprobiert. ⓘ
Ein weiteres isolierendes Gummi, das durch Hitze geschmolzen und leicht auf Draht aufgetragen werden konnte, kam 1842 auf den Markt. Guttapercha, der klebrige Saft des Palaquium-Gutta-Baumes, wurde von William Montgomerie, einem schottischen Chirurgen im Dienste der britischen Ostindien-Kompanie, in Europa eingeführt. Zwanzig Jahre zuvor hatte Montgomerie in Singapur Peitschen aus Guttapercha gesehen, die er für die Herstellung von chirurgischen Geräten für nützlich hielt. Michael Faraday und Wheatstone entdeckten bald die Vorzüge der Guttapercha als Isolator, und 1845 schlug letzterer vor, sie zur Ummantelung des Drahtes zu verwenden, der von Dover nach Calais verlegt werden sollte. Im Jahr 1847 verlegte William Siemens, damals Offizier in der preußischen Armee, das erste erfolgreiche Unterwasserkabel mit Guttapercha-Isolierung über den Rhein zwischen Deutz und Köln. 1849 ließ Charles Vincent Walker, Elektriker bei der South Eastern Railway, vor der Küste von Folkestone ein 3 km langes, mit Guttapercha ummanteltes Kabel unter Wasser liegen, das erfolgreich getestet wurde. ⓘ
Erste kommerzielle Kabel
Im August 1850 verlegte die English Channel Submarine Telegraph Company von John Watkins Brett mit dem umgebauten Schlepper Goliath die erste Leitung durch den Ärmelkanal, nachdem sie zuvor eine Konzession von der französischen Regierung erhalten hatte. Es handelte sich dabei lediglich um einen mit Guttapercha ummantelten Kupferdraht ohne weiteren Schutz, der nicht erfolgreich war. Das Experiment diente jedoch dazu, die Erneuerung der Konzession zu sichern, und im September 1851 wurde von der neu gegründeten Submarine Telegraph Company ein Kabel mit geschütztem Kern oder echtem Kabel von einem Regierungsschiff, Blazer, aus verlegt, das durch den Kanal geschleppt wurde. ⓘ
Im Jahr 1853 wurden weitere erfolgreiche Kabel verlegt, die Großbritannien mit Irland, Belgien und den Niederlanden verbanden und die Belts in Dänemark überquerten. Die British & Irish Magnetic Telegraph Company stellte am 23. Mai die erste erfolgreiche irische Verbindung zwischen Portpatrick und Donaghadee mit dem Collier William Hutt her. Das gleiche Schiff wurde von der Submarine Telegraph Company für die Verbindung von Dover nach Ostende in Belgien eingesetzt. In der Zwischenzeit stellte die Electric & International Telegraph Company zwei Kabel durch die Nordsee fertig, die von Orford Ness nach Scheveningen in den Niederlanden führten. Diese Kabel wurden von der Monarch verlegt, einem Raddampfer, der später das erste Schiff mit permanenter Kabelverlegeausrüstung wurde. ⓘ
1858 wurde mit dem Dampfschiff Elba ein Telegrafenkabel von Jersey nach Guernsey, weiter nach Alderney und dann nach Weymouth verlegt, das im September desselben Jahres erfolgreich abgeschlossen wurde. Doch schon bald traten Probleme auf: Bis 1860 kam es zu elf Unterbrechungen aufgrund von Stürmen, Gezeiten- und Sandbewegungen sowie Abnutzung durch Felsen. In einem Bericht an die Institution of Civil Engineers von 1860 wurden die Probleme dargelegt, um künftige Kabelverlegungen zu unterstützen. ⓘ
Transatlantisches Telegrafenkabel
Der erste Versuch, ein transatlantisches Telegrafenkabel zu verlegen, wurde von Cyrus West Field gefördert, der britische Industrielle davon überzeugte, ein solches Kabel zu finanzieren und 1858 zu verlegen. Die damalige Technologie war jedoch nicht in der Lage, das Projekt zu unterstützen; es war von Anfang an mit Problemen behaftet und war nur einen Monat lang in Betrieb. Nachfolgende Versuche in den Jahren 1865 und 1866 mit dem größten Dampfschiff der Welt, der SS Great Eastern, nutzten eine fortschrittlichere Technologie und führten zum ersten erfolgreichen Transatlantikkabel. Die Great Eastern verlegte später das erste Kabel, das von Aden im Jemen nach Indien führte, und zwar 1870. ⓘ
Britische Dominanz beim frühen Kabel
Von den 1850er Jahren bis 1911 beherrschten die britischen Unterseekabelsysteme den wichtigsten Markt, den Nordatlantik. Die Briten hatten sowohl auf der Angebots- als auch auf der Nachfrageseite Vorteile. Auf der Angebotsseite verfügte Großbritannien über Unternehmer, die bereit waren, enorme Kapitalbeträge für den Bau, die Verlegung und die Wartung dieser Kabel aufzuwenden. Auf der Nachfrageseite brachte das riesige britische Kolonialreich den Kabelgesellschaften Aufträge von Nachrichtenagenturen, Handels- und Schifffahrtsunternehmen und der britischen Regierung ein. In vielen britischen Kolonien lebten zahlreiche europäische Siedler, so dass Nachrichten über diese Kolonien auch für die Öffentlichkeit im Heimatland von Interesse waren. ⓘ
Britische Beamte waren der Ansicht, dass die Abhängigkeit von Telegrafenleitungen, die durch nicht-britisches Gebiet führten, ein Sicherheitsrisiko darstellte, da die Leitungen in Kriegszeiten gekappt und Nachrichten unterbrochen werden konnten. Sie strebten die Schaffung eines weltweiten Netzes innerhalb des Reiches an, das als "All Red Line" bekannt wurde, und bereiteten umgekehrt Strategien zur schnellen Unterbrechung der feindlichen Kommunikation vor. Die allererste Maßnahme Großbritanniens nach der Kriegserklärung an Deutschland im Ersten Weltkrieg bestand darin, das Kabelschiff Alert (nicht die CS Telconia, wie häufig berichtet) die fünf Kabel kappen zu lassen, die Deutschland mit Frankreich, Spanien und den Azoren und über diese mit Nordamerika verbanden. Danach konnte Deutschland nur noch über Funk kommunizieren, und das bedeutete, dass Raum 40 mithören konnte. ⓘ
Die Unterseekabel waren ein wirtschaftlicher Vorteil für die Handelsgesellschaften, denn die Schiffseigner konnten mit den Kapitänen kommunizieren, wenn sie ihr Ziel erreichten, und ihnen auf der Grundlage der gemeldeten Preis- und Versorgungsinformationen Anweisungen geben, wo sie als Nächstes Ladung abholen sollten. Die britische Regierung nutzte die Kabel für die Verwaltungskommunikation mit den Gouverneuren in ihrem gesamten Reich, für diplomatische Kontakte mit anderen Nationen und für die Kommunikation mit ihren militärischen Einheiten in Kriegszeiten. Die geografische Lage des britischen Territoriums war ebenfalls von Vorteil, da es sowohl Irland auf der Ostseite des Atlantiks als auch Neufundland in Nordamerika auf der Westseite umfasste, was den kürzesten Weg über den Ozean ermöglichte und die Kosten erheblich senkte. ⓘ
Einige Fakten verdeutlichen diese Vormachtstellung der Branche. Im Jahr 1896 gab es weltweit 30 Kabelverlegungsschiffe, von denen sich 24 in britischem Besitz befanden. 1892 besaßen und betrieben britische Unternehmen zwei Drittel der weltweiten Kabel, und 1923 lag ihr Anteil immer noch bei 42,7 Prozent. Während des Ersten Weltkriegs war die britische Telegraphenkommunikation fast völlig ununterbrochen, während sie in der Lage war, die deutschen Kabel weltweit schnell zu kappen. ⓘ
Kabel nach Indien, Singapur, Ostasien und Australien
In den 1860er und 1870er Jahren dehnten sich die britischen Kabel nach Osten aus, ins Mittelmeer und in den Indischen Ozean. Ein Kabel nach Bombay (heute Mumbai), Indien, aus dem Jahr 1863 stellte eine wichtige Verbindung nach Saudi-Arabien her. Im Jahr 1870 wurde Bombay im Auftrag der britischen Regierung über ein Unterseekabel mit London verbunden, das von vier Kabelgesellschaften gemeinsam betrieben wurde. Im Jahr 1872 wurden diese vier Unternehmen zu der riesigen, weltumspannenden Eastern Telegraph Company zusammengeschlossen, die John Pender gehörte. Aus der Eastern Telegraph Company ging eine zweite Schwestergesellschaft hervor, die Eastern Extension, China and Australasia Telegraph Company, allgemein einfach als "die Extension" bekannt. 1872 wurde Australien durch ein Kabel mit Bombay über Singapur und China verbunden, und 1876 verband das Kabel das Britische Empire von London mit Neuseeland. ⓘ
Unterwasserkabel über den Pazifik
Die ersten transpazifischen Telegrafenkabel wurden 1902 und 1903 fertig gestellt und verbanden 1902 das amerikanische Festland mit Hawaii und 1903 Guam mit den Philippinen. Kanada, Australien, Neuseeland und Fidschi wurden ebenfalls 1902 mit dem transpazifischen Abschnitt der All Red Line verbunden. Japan wurde 1906 an das System angeschlossen. Der Dienst jenseits des Midway-Atolls wurde 1941 wegen des Zweiten Weltkriegs eingestellt, aber das restliche System blieb bis 1951 in Betrieb, als die FCC die Erlaubnis gab, den Betrieb einzustellen. ⓘ
Das erste transpazifische Telefonkabel wurde 1964 von Hawaii nach Japan verlegt, mit einer Verlängerung von Guam zu den Philippinen. Ebenfalls 1964 wurde das Commonwealth Pacific Cable System (COMPAC) mit einer Kapazität von 80 Telefonkanälen von Sydney nach Vancouver in Betrieb genommen, und 1967 wurde das South East Asia Commonwealth (SEACOM) System mit einer Kapazität von 160 Telefonkanälen in Betrieb genommen. Dieses System nutzte Mikrowellenfunk von Sydney nach Cairns (Queensland), Kabelverbindungen von Cairns nach Madang (Papua-Neuguinea), Guam, Hongkong, Kota Kinabalu (Hauptstadt von Sabah, Malaysia), Singapur und dann auf dem Landweg per Mikrowellenfunk nach Kuala Lumpur. 1991 war das North Pacific Cable System das erste regenerative System (d. h. mit Repeatern), das den Pazifik vom US-Festland bis nach Japan vollständig überquerte. Der US-Teil des NPC wurde von 1989 bis 1991 in Portland, Oregon, bei STC Submarine Systems und später bei Alcatel Submarine Networks hergestellt. Das System wurde von Cable & Wireless Marine im Rahmen des CS Cable Venture verlegt. ⓘ
Aufbau
Die transatlantischen Kabel des 19. Jahrhunderts bestanden aus einer äußeren Schicht aus Eisen- und später Stahldraht, die mit Kautschuk und Guttapercha umwickelt war und im Kern einen mehrdrähtigen Kupferdraht umgab. Die Abschnitte, die den Landungsstellen am nächsten lagen, waren zusätzlich mit Panzerungsdrähten geschützt. Guttapercha, ein natürliches, gummiähnliches Polymer, hatte nahezu ideale Eigenschaften für die Isolierung von Unterseekabeln, mit Ausnahme einer recht hohen Dielektrizitätskonstante, die die Kabelkapazität hoch werden ließ. William Thomas Henley hatte 1837 eine Maschine zum Umwickeln von Drähten mit Seiden- oder Baumwollfäden entwickelt, die er 1857 mit einer Fabrik, aus der die W.T. Henley's Telegraph Works Co. Ltd. hervorging, zu einer Drahtumwicklung für Unterseekabel ausbaute. Die India Rubber, Gutta Percha and Telegraph Works Company, die von der Familie Silver gegründet wurde und einem Stadtteil Londons diesen Namen gab, lieferte Henley's Adern und stellte schließlich auch fertige Kabel her und verlegte sie. 1870 gründete William Hooper das Unternehmen Hooper's Telegraph Works, um seinen patentierten vulkanisierten Gummikern herzustellen, der zunächst andere Hersteller von Fertigkabeln belieferte, die mit den Guttapercha-Kernen zu konkurrieren begannen. Später expandierte das Unternehmen in die komplette Kabelherstellung und Kabelverlegung, einschließlich des Baus des ersten Kabelschiffs, das speziell für die Verlegung von Transatlantikkabeln konzipiert war. ⓘ
Erst mit der Einführung von Polyethylen in den 1930er Jahren wurden Guttapercha und Gummi als Kabelisolierung abgelöst. Selbst dann stand das Material nur dem Militär zur Verfügung, und das erste Unterseekabel, das es verwendete, wurde erst 1945 während des Zweiten Weltkriegs durch den Ärmelkanal verlegt. In den 1920er Jahren experimentierte das amerikanische Militär mit kautschukisolierten Kabeln als Alternative zu Guttapercha, da die amerikanischen Interessen erhebliche Kautschukvorräte kontrollierten, aber keinen einfachen Zugang zu Guttapercha-Herstellern hatten. Die Entwicklung von entproteinisiertem Gummi durch John T. Blake im Jahr 1926 verbesserte die Wasserundurchlässigkeit der Kabel. ⓘ
Viele frühe Kabel wurden von Meeresbewohnern angegriffen. Die Isolierung konnte z. B. von Teredo (Schiffsbohrwurm) und Xylophaga angefressen werden. Hanf, der zwischen die Stahldrahtbewehrung gelegt wurde, bot den Schädlingen einen Weg, sich hineinzufressen. Auch eine beschädigte Bewehrung, die nicht selten auftrat, bot einen Zugang. Es sind Fälle bekannt, in denen Haie in die Seile bissen und Angriffe von Sägefischen verzeichnet wurden. In einem Fall aus dem Jahr 1873 beschädigte ein Wal das Kabel im Persischen Golf zwischen Karatschi und Gwadar. Der Wal versuchte offenbar, das Kabel zu benutzen, um Seepocken an einer Stelle zu entfernen, an der das Kabel über einen steilen Abhang hinunterführt. Der unglückliche Wal verhedderte sich mit seinem Schwanz in den Kabelschlaufen und ertrank. Das Kabelreparaturschiff Amber Witch konnte das mit dem toten Wal beschwerte Kabel nur mühsam hochwinden. ⓘ
Bandbreitenprobleme
Die frühen Langstrecken-Seekabel für Telegrafen wiesen erhebliche elektrische Probleme auf. Im Gegensatz zu modernen Kabeln erlaubte die Technik des 19. Jahrhunderts keine Verstärker im Kabel. Mit großen Spannungen wurde versucht, den elektrischen Widerstand der enormen Länge des Kabels zu überwinden, aber die verteilte Kapazität und Induktivität des Kabels führten zu einer Verzerrung der Telegrafenimpulse in der Leitung, was die Bandbreite des Kabels verringerte und die Datenrate für den Telegrafenbetrieb auf 10-12 Wörter pro Minute stark begrenzte. ⓘ
Bereits 1816 hatte Francis Ronalds beobachtet, dass elektrische Signale beim Durchgang durch einen isolierten Draht oder eine unterirdisch verlegte Ader verzögert wurden, und beschrieb die Ursache als Induktion, wobei er die Analogie eines langen Leydener Gefäßes verwendete. Derselbe Effekt wurde von Latimer Clark (1853) bei in Wasser getauchten Adern und insbesondere bei dem langen Kabel zwischen England und Den Haag festgestellt. Michael Faraday zeigte, dass der Effekt durch die Kapazität zwischen dem Draht und der ihn umgebenden Erde (oder dem Wasser) verursacht wurde. Faraday hatte festgestellt, dass die elektrische Ladung des Drahtes, wenn er von einer Batterie aufgeladen wird (z. B. beim Drücken einer Telegrafentaste), eine entgegengesetzte Ladung im Wasser hervorruft, während er sich fortbewegt. Im Jahr 1831 beschrieb Faraday diesen Effekt in dem, was heute als Faradaysches Induktionsgesetz bezeichnet wird. Da sich die beiden Ladungen gegenseitig anziehen, wird die anregende Ladung gebremst. Der Kern wirkt wie ein über die Länge des Kabels verteilter Kondensator, der in Verbindung mit dem Widerstand und der Induktivität des Kabels die Geschwindigkeit begrenzt, mit der sich ein Signal durch den Leiter des Kabels bewegt. ⓘ
Bei frühen Kabelkonstruktionen wurden diese Effekte nicht korrekt analysiert. Berühmt ist, dass E.O.W. Whitehouse diese Probleme ignorierte und darauf bestand, dass ein transatlantisches Kabel machbar sei. Als er später Elektriker bei der Atlantic Telegraph Company wurde, geriet er in einen öffentlichen Streit mit William Thomson. Whitehouse war der Meinung, dass jedes Kabel mit genügend Spannung betrieben werden könne. Thomson war der Ansicht, dass sein Gesetz der Quadrate zeigte, dass die Verzögerung nicht durch eine höhere Spannung überwunden werden konnte. Seine Empfehlung war ein größeres Kabel. Aufgrund der von Whitehouse empfohlenen zu hohen Spannungen funktionierte das erste Transatlantikkabel von Cyrus West Field nie zuverlässig und schloss schließlich mit dem Meer kurz, als Whitehouse die Spannung über die Konstruktionsgrenze des Kabels hinaus erhöhte. ⓘ
Thomson entwarf einen komplexen Generator mit elektrischem Feld, der den Strom durch Resonanz des Kabels minimierte, und ein empfindliches Lichtstrahl-Spiegelgalvanometer zur Erkennung der schwachen Telegraphensignale. Thomson wurde durch die Tantiemen aus diesen und mehreren verwandten Erfindungen reich. Thomson wurde für seine Beiträge in diesem Bereich zu Lord Kelvin ernannt, vor allem für ein genaues mathematisches Modell des Kabels, das die Entwicklung von Geräten für eine präzise Telegrafie ermöglichte. Die Auswirkungen der atmosphärischen Elektrizität und des geomagnetischen Feldes auf Unterseekabel waren auch der Grund für viele der frühen Polarexpeditionen. ⓘ
Thomson hatte eine mathematische Analyse der Ausbreitung elektrischer Signale in Telegrafenkabeln auf der Grundlage ihrer Kapazität und ihres Widerstands erstellt, aber da lange Unterseekabel mit langsamen Geschwindigkeiten betrieben wurden, berücksichtigte er nicht die Auswirkungen der Induktivität. In den 1890er Jahren hatte Oliver Heaviside die moderne allgemeine Form der Telegraphengleichungen aufgestellt, die die Auswirkungen der Induktivität mit einschloss und die für die Ausweitung der Theorie der Übertragungsleitungen auf die höheren Frequenzen, die für Hochgeschwindigkeitsdaten und -gespräche erforderlich sind, von wesentlicher Bedeutung war. ⓘ
Transatlantischer Fernsprechverkehr
Die Verlegung eines transatlantischen Telefonkabels wurde zwar schon in den 1920er Jahren ernsthaft in Erwägung gezogen, die für eine wirtschaftlich tragfähige Telekommunikation erforderliche Technologie wurde jedoch erst in den 1940er Jahren entwickelt. Ein erster Versuch, ein verpupptes Telefonkabel zu verlegen, scheiterte in den frühen 1930er Jahren an der Weltwirtschaftskrise. ⓘ
TAT-1 (Transatlantic No. 1) war das erste transatlantische Telefonkabelsystem. Zwischen 1955 und 1956 wurde das Kabel zwischen Gallanach Bay in der Nähe von Oban, Schottland, und Clarenville, Neufundland und Labrador, verlegt. Es wurde am 25. September 1956 eingeweiht und trug zunächst 36 Telefonkanäle. ⓘ
In den 1960er Jahren waren die transozeanischen Kabel Koaxialkabel, die Sprachbandsignale im Frequenzmultiplexverfahren übermittelten. Ein Hochspannungsgleichstrom auf dem Innenleiter versorgte Repeater (Zweiwege-Verstärker, die in Abständen entlang des Kabels angebracht waren). Die Repeater der ersten Generation gehören bis heute zu den zuverlässigsten Röhrenverstärkern, die je entwickelt wurden. Spätere Geräte waren transistorisiert. Viele dieser Kabel sind noch brauchbar, wurden aber aufgegeben, weil ihre Kapazität zu gering ist, um kommerziell rentabel zu sein. Einige wurden als wissenschaftliche Instrumente zur Messung von Erdbebenwellen und anderen geomagnetischen Ereignissen eingesetzt. ⓘ
Andere Verwendungen
1942 nutzte Siemens Brothers aus New Charlton, London, in Zusammenarbeit mit dem National Physical Laboratory des Vereinigten Königreichs die Technologie der Unterwasserkommunikationskabel, um während des Zweiten Weltkriegs im Rahmen der Operation Pluto die erste Unterwasser-Ölpipeline der Welt zu bauen. Aktive Glasfaserkabel können nützlich sein, um seismische Ereignisse aufzuspüren, die die Polarisation der Kabel verändern. ⓘ
Moderne Geschichte
Optische Telekommunikationskabel
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 Karte der Seekabel (regelmäßig aktualisiert) |
In den 1980er Jahren wurden Lichtwellenleiterkabel entwickelt. Das erste transatlantische Telefonkabel mit Glasfasern war das TAT-8, das 1988 in Betrieb genommen wurde. Ein Glasfaserkabel besteht aus mehreren Paaren von Fasern. Jedes Paar hat eine Faser in jeder Richtung. TAT-8 hatte zwei Betriebspaare und ein Reservepaar. Außer bei sehr kurzen Strecken sind Glasfaser-Unterseekabel in regelmäßigen Abständen mit Repeatern ausgestattet. ⓘ
Moderne Glasfaser-Repeater verwenden einen optischen Festkörperverstärker, in der Regel einen Erbium-dotierten Faserverstärker. Jeder Repeater enthält eine separate Ausrüstung für jede Faser. Diese umfassen die Signalumformung, Fehlermessung und Steuerung. Ein Festkörperlaser sendet das Signal in die nächste Faserlänge. Der Festkörperlaser regt eine kurze dotierte Faser an, die selbst als Laserverstärker fungiert. Während das Licht die Faser durchläuft, wird es verstärkt. Dieses System ermöglicht auch das Wellenlängenmultiplexing, wodurch sich die Kapazität der Glasfaser drastisch erhöht. ⓘ
Repeater werden durch einen konstanten Gleichstrom gespeist, der in der Nähe der Kabelmitte durch den Leiter fließt, so dass alle Repeater eines Kabels in Reihe geschaltet sind. Die Einspeisegeräte werden an den Endstationen installiert. Normalerweise teilen sich beide Enden die Stromerzeugung, wobei ein Ende eine positive und das andere eine negative Spannung liefert. Ein virtueller Erdungspunkt befindet sich im Normalbetrieb etwa auf halber Strecke des Kabels. Die Verstärker oder Repeater beziehen ihre Leistung aus der Potenzialdifferenz zwischen ihnen. Die über das Kabel geleitete Spannung liegt oft zwischen 3.000 und 15.000 VDC bei einem Strom von bis zu 1.100 mA, wobei der Strom mit abnehmender Spannung steigt; bei 10.000 VDC beträgt der Strom bis zu 1.650 mA. Die Gesamtleistung, die in das Kabel eingespeist wird, beträgt daher oft bis zu 16,5 kW. ⓘ
Die in Unterseekabeln verwendeten Glasfasern werden aufgrund ihrer außergewöhnlichen Klarheit ausgewählt und ermöglichen Strecken von mehr als 100 Kilometern zwischen Repeatern, um die Anzahl der Verstärker und die von ihnen verursachten Verzerrungen zu minimieren. Nicht wiederholte Kabel sind billiger als wiederholte Kabel, und ihre maximale Übertragungsdistanz ist begrenzt, auch wenn sie im Laufe der Jahre zugenommen hat. 2014 waren nicht wiederholte Kabel mit einer Länge von bis zu 380 Kilometern in Betrieb, die jedoch alle 100 km nicht gespeiste Repeater erfordern. ⓘ
Die steigende Nachfrage nach diesen Glasfaserkabeln überstieg die Kapazitäten von Anbietern wie AT&T. Die Verlagerung des Verkehrs auf Satelliten führte zu einer schlechteren Signalqualität. Um dieses Problem zu lösen, musste AT&T seine Fähigkeiten zur Kabelverlegung verbessern. Das Unternehmen investierte 100 Millionen Dollar in den Bau von zwei Spezialschiffen für die Verlegung von Glasfaserkabeln. Dazu gehörten auch Labors auf den Schiffen, in denen die Kabel gespleißt und ihre elektrischen Eigenschaften getestet wurden. Eine solche Überwachung vor Ort ist wichtig, da das Glas von Glasfaserkabeln weniger verformbar ist als das früher verwendete Kupferkabel. Die Schiffe sind mit Bugstrahlern ausgestattet, die die Manövrierfähigkeit erhöhen. Diese Fähigkeit ist wichtig, weil Glasfaserkabel direkt vom Heck aus verlegt werden müssen, was ein weiterer Faktor war, mit dem Schiffe, die Kupferkabel verlegten, nicht konfrontiert waren. ⓘ
Ursprünglich handelte es sich bei Unterseekabeln um einfache Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Mit der Entwicklung von unterseeischen Verzweigungseinheiten (SBUs) konnten mehrere Ziele mit einem einzigen Kabelsystem bedient werden. Bei modernen Kabelsystemen sind die Fasern nun in der Regel in einem selbstheilenden Ring angeordnet, um die Redundanz zu erhöhen, wobei die Unterwasserabschnitte auf dem Meeresboden unterschiedlichen Pfaden folgen. Ein Grund für diese Entwicklung war, dass die Kapazität von Kabelsystemen so groß geworden war, dass es nicht mehr möglich war, ein Kabelsystem vollständig mit Satellitenkapazität zu sichern, so dass es notwendig wurde, eine ausreichende terrestrische Backup-Kapazität bereitzustellen. Nicht alle Telekommunikationsunternehmen wollen diese Möglichkeit nutzen, so dass moderne Kabelsysteme in einigen Ländern (in denen eine Backup-Kapazität erforderlich ist) über zwei Anlandestellen verfügen und in anderen Ländern, in denen eine Backup-Kapazität entweder nicht erforderlich ist, die Kapazität des Landes klein genug ist, um auf andere Weise gesichert zu werden, oder eine Backup-Kapazität als zu teuer angesehen wird, nur über eine einzige Anlandestelle verfügen. ⓘ
Eine weitere Entwicklung im Bereich der redundanten Pfade, die über das Konzept der selbstheilenden Ringe hinausgeht, ist das Maschennetz, bei dem schnelle Vermittlungseinrichtungen zur Übertragung von Diensten zwischen Netzpfaden eingesetzt werden, ohne dass dies Auswirkungen auf die Protokolle der höheren Ebene hat, wenn ein Pfad nicht mehr funktioniert. Je mehr Pfade zwischen zwei Punkten zur Verfügung stehen, desto unwahrscheinlicher ist es, dass ein oder zwei gleichzeitige Ausfälle einen End-to-End-Dienst verhindern. ⓘ
Im Jahr 2012 hatten die Betreiber eine langfristige, fehlerfreie Übertragung mit 100 Gbit/s über Atlantikrouten von bis zu 6.000 km Länge erfolgreich nachgewiesen, was bedeutet, dass ein typisches Kabel Dutzende von Terabit pro Sekunde nach Übersee übertragen kann. Die Geschwindigkeiten haben sich in den letzten Jahren rapide verbessert, wobei 40 Gbit/s auf dieser Strecke erst drei Jahre zuvor im August 2009 angeboten wurden. ⓘ
Durch Switching und All-by-Sea-Routing erhöht sich die Entfernung und damit die Round-Trip-Latenzzeit in der Regel um mehr als 50 %. So liegt die Round-Trip-Delay (RTD) oder Latenzzeit der schnellsten transatlantischen Verbindungen bei unter 60 ms und damit nahe am theoretischen Optimum für eine All-Sea-Route. Eine Großkreisroute (GCP) zwischen London und New York City ist zwar theoretisch nur 5.600 km lang, erfordert aber die Überquerung mehrerer Landmassen (Irland, Neufundland, Prince-Edward-Insel und die Landenge, die Neubraunschweig mit Neuschottland verbindet), die Überquerung der extrem gezeitenabhängigen Bay of Fundy und eine Landroute entlang der Nordküste von Massachusetts von Gloucester nach Boston und durch ziemlich bebaute Gebiete bis nach Manhattan selbst. Theoretisch könnte die Nutzung dieser Teilstrecke über Land eine Umlaufzeit von weniger als 40 ms ergeben (das ist die Mindestzeit für Lichtgeschwindigkeit), wobei Umsteigevorgänge nicht berücksichtigt werden. Auf Strecken, die weniger Land im Weg haben, können sich die Umlaufzeiten langfristig dem Lichtgeschwindigkeitsminimum nähern. ⓘ
Bei den Lichtwellenleitern, die für nicht wiederholte und sehr lange Kabel verwendet werden, handelt es sich häufig um PCSF (reiner Quarzkern), da der Verlust bei der Übertragung von Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1550 nm nur 0,172 dB pro Kilometer beträgt. Die große chromatische Dispersion von PCSF bedeutet, dass für ihre Verwendung Sende- und Empfangsgeräte erforderlich sind, die darauf ausgelegt sind. Diese Eigenschaft kann auch zur Verringerung von Interferenzen bei der Übertragung mehrerer Kanäle über eine einzige Faser mit Hilfe des Wellenlängenmultiplexverfahrens (WDM) genutzt werden, bei dem mehrere optische Trägerkanäle über eine einzige Faser übertragen werden können, von denen jeder seine eigenen Informationen trägt. WDM ist durch die optische Bandbreite der Verstärker, die für die Datenübertragung über das Kabel verwendet werden, und durch den Abstand zwischen den Frequenzen der optischen Träger begrenzt; dieser Mindestabstand ist jedoch ebenfalls begrenzt, wobei der Mindestabstand häufig 50 GHz (0,4 nm) beträgt. Die Verwendung von WDM kann die maximale Länge des Kabels verringern, was jedoch durch eine entsprechende Auslegung der Geräte überwunden werden kann. ⓘ
Optische Nachverstärker, die zur Erhöhung der Stärke des vom optischen Sender erzeugten Signals eingesetzt werden, verwenden häufig einen diodengepumpten Erbium-dotierten Faserlaser. Bei der Diode handelt es sich häufig um eine Hochleistungslaserdiode mit 980 oder 1480 nm. Dieser Aufbau ermöglicht eine kostengünstige Verstärkung von bis zu +24dBm. Die Verwendung einer Erbium-Ytterbium-dotierten Faser ermöglicht stattdessen eine Verstärkung von +33 dBm, aber auch hier ist die in die Faser einspeisbare Leistung begrenzt. In Einzelträgerkonfigurationen ist die dominierende Begrenzung die durch den Kerr-Effekt induzierte Selbstphasenmodulation, die die Verstärkung auf +18 dBm pro Faser begrenzt. In WDM-Konfigurationen überwiegt stattdessen die Begrenzung durch die Kreuzphasenmodulation. Optische Vorverstärker werden häufig eingesetzt, um das thermische Rauschen des Empfängers zu unterdrücken. Das Pumpen des Vorverstärkers mit einem 980-nm-Laser führt zu einem Rauschen von höchstens 3,5 dB, wobei mit einem 1480-nm-Laser üblicherweise ein Rauschen von 5 dB erreicht wird. Das Rauschen muss mit optischen Filtern gefiltert werden. ⓘ
Die Raman-Verstärkung kann verwendet werden, um die Reichweite oder die Kapazität eines nicht wiederholten Kabels zu erhöhen, indem zwei Frequenzen in eine einzige Faser eingespeist werden: eine, die Datensignale bei 1550 nm überträgt, und die andere, die sie bei 1450 nm pumpt. Die Einspeisung einer Pumpfrequenz (Pumplaserlicht) mit einer Leistung von nur einem Watt führt zu einer Erhöhung der Reichweite um 45 km oder einer 6-fachen Kapazitätssteigerung. ⓘ
Eine andere Möglichkeit, die Reichweite eines Kabels zu erhöhen, ist der Einsatz von stromlosen Repeatern, so genannten Remote Optical Pre-Amplifiers (ROPAs). Diese machen ein Kabel immer noch zu einem unrepeateten Kabel, da die Repeater keinen Strom benötigen, aber sie benötigen ein Pumplaserlicht, das zusammen mit den über das Kabel übertragenen Daten übertragen wird; das Pumplaserlicht und die Daten werden oft in physikalisch getrennten Fasern übertragen. Der ROPA enthält eine dotierte Faser, die das Pumplicht (häufig ein 1480-nm-Laserlicht) zur Verstärkung der auf den übrigen Fasern übertragenen Datensignale nutzt. ⓘ
Die Bedeutung von Unterseekabeln
Derzeit werden 99 % des Datenverkehrs, der über die Ozeane läuft, über Unterseekabel abgewickelt. Die Zuverlässigkeit von Unterseekabeln ist hoch, insbesondere wenn (wie oben erwähnt) im Falle eines Kabelbruchs mehrere Wege zur Verfügung stehen. Außerdem liegt die Gesamtübertragungskapazität von Unterseekabeln im Terabit pro Sekunde, während Satelliten in der Regel nur 1.000 Megabit pro Sekunde bieten und eine höhere Latenz aufweisen. Der Bau eines typischen transozeanischen Unterseekabelsystems mit mehreren Terabits kostet jedoch mehrere hundert Millionen Dollar. ⓘ
Aufgrund der Kosten und des Nutzens dieser Kabel werden sie nicht nur von den Unternehmen, die sie aus Profitgründen bauen und betreiben, sondern auch von den nationalen Regierungen sehr geschätzt. Die australische Regierung beispielsweise betrachtet ihre Unterwasserkabelsysteme als "lebenswichtig für die nationale Wirtschaft". Dementsprechend hat die australische Kommunikations- und Medienbehörde (Australian Communications and Media Authority, ACMA) Schutzzonen eingerichtet, die Aktivitäten einschränken, die die Kabel, die Australien mit dem Rest der Welt verbinden, möglicherweise beschädigen könnten. Die ACMA regelt auch alle Projekte zur Verlegung neuer Unterwasserkabel. ⓘ
Unterseekabel sind sowohl für das moderne Militär als auch für die Privatwirtschaft wichtig. Das US-Militär beispielsweise nutzt das Unterseekabelnetz für die Datenübertragung aus Konfliktgebieten zum Kommandostab in den Vereinigten Staaten. Eine Unterbrechung des Kabelnetzes während intensiver Operationen könnte direkte Folgen für das Militär vor Ort haben. ⓘ
Investitionen und Finanzen
Fast alle Glasfaserkabel von TAT-8 im Jahr 1988 bis etwa 1997 wurden von Betreiberkonsortien gebaut. So zählte TAT-8 beispielsweise 35 Teilnehmer, darunter die meisten der damals großen internationalen Betreiber wie AT&T Corporation. In den späten 1990er Jahren wurden zwei privat finanzierte, nicht von Konsortien betriebene Kabel gebaut, die einem massiven, spekulativen Ansturm auf den Bau privat finanzierter Kabel vorausgingen, der zwischen 1999 und 2001 mit Investitionen in Höhe von mehr als 22 Milliarden Dollar seinen Höhepunkt erreichte. Es folgten der Konkurs und die Umstrukturierung von Kabelbetreibern wie Global Crossing, 360networks, FLAG, Worldcom und Asia Global Crossing. Das Global Network von Tata Communications (TGN) ist das einzige vollständig eigene Glasfasernetz, das die Erde umrundet. ⓘ
Im 20. Jahrhundert überquerten die meisten Kabel den Atlantischen Ozean, um die Vereinigten Staaten und Europa zu verbinden. Die Kapazität im Pazifischen Ozean wurde jedoch ab den 1990er Jahren stark erweitert. So wurden beispielsweise zwischen 1998 und 2003 etwa 70 % der Unterwasser-Glasfaserkabel im Pazifik verlegt. Dies ist zum Teil eine Reaktion auf die wachsende Bedeutung der asiatischen Märkte in der Weltwirtschaft. ⓘ
Nachdem jahrzehntelang stark in bereits entwickelte Märkte wie die transatlantische und transpazifische Route investiert wurde, wurden im 21. Jahrhundert verstärkt Anstrengungen unternommen, das Unterwasserkabelnetz für die Entwicklungsländer zu erweitern. So wurde im Juli 2009 Ostafrika über ein Unterwasser-Glasfaserkabel an das Internet angeschlossen. Das Unternehmen, das dieses neue Kabel bereitstellte, war SEACOM, das zu 75 % im Besitz von Afrikanern ist. Das Projekt verzögerte sich um einen Monat, weil die Piraterie vor der Küste zunahm. ⓘ
Investitionen in Kabel stellen ein kommerzielles Risiko dar, da die Kabel über 6 200 km Meeresboden verlaufen und unterseeische Gebirgszüge und Gräben durchqueren. Aus diesem Grund kaufen die meisten Unternehmen die Kapazitäten erst nach Fertigstellung des Kabels. ⓘ
Antarktis
Die Antarktis ist der einzige Kontinent, der noch nicht durch ein unterseeisches Telekommunikationskabel erschlossen ist. Der Telefon-, Video- und E-Mail-Verkehr muss über Satellitenverbindungen mit begrenzter Verfügbarkeit und Kapazität in den Rest der Welt übertragen werden. Die Basen auf dem Kontinent selbst können zwar über Funk miteinander kommunizieren, aber dies ist nur ein lokales Netz. Um eine brauchbare Alternative zu sein, müsste ein Glasfaserkabel Temperaturen von -80 °C und massiven Belastungen durch das bis zu 10 Meter pro Jahr fließende Eis standhalten. Die Anbindung an das große Internet-Backbone mit der hohen Bandbreite eines Glasfaserkabels ist daher in der Antarktis eine noch immer nicht realisierbare wirtschaftliche und technische Herausforderung. ⓘ
Reparatur von Kabeln
Kabel können durch Fischtrawler, Anker, Erdbeben, Trübungsströmungen und sogar Haibisse beschädigt werden. Eine Untersuchung von Kabelbrüchen im Atlantik und in der Karibik hat ergeben, dass zwischen 1959 und 1996 weniger als 9 % auf natürliche Ursachen zurückzuführen waren. Als Reaktion auf diese Bedrohung des Kommunikationsnetzes hat sich die Praxis der Kabelerdverlegung entwickelt. Die durchschnittliche Häufigkeit von Kabelfehlern lag zwischen 1959 und 1979 bei 3,7 pro 1.000 km (620 Meilen) pro Jahr. Diese Rate ging nach 1985 auf 0,44 Fehler pro 1.000 km pro Jahr zurück, was auf die weit verbreitete Erdverlegung von Kabeln ab 1980 zurückzuführen ist. Dennoch gehören Kabelbrüche keineswegs der Vergangenheit an: Allein im Atlantik werden jährlich mehr als 50 Reparaturen durchgeführt, und 2006, 2008, 2009 und 2011 kam es zu erheblichen Brüchen. ⓘ
Die Neigung von Fischtrawlernetzen, Kabelbrüche zu verursachen, wurde möglicherweise während des Kalten Krieges ausgenutzt. So kam es beispielsweise im Februar 1959 zu einer Serie von 12 Unterbrechungen in fünf amerikanischen transatlantischen Kommunikationskabeln. Daraufhin hielt ein Schiff der US-Marine, die USS Roy O. Hale, den sowjetischen Trawler Novorosiysk fest und untersuchte ihn. Aus dem Logbuch des Schiffes ging hervor, dass es sich in der Nähe der Kabel befunden hatte, als diese rissen. Gebrochene Kabelabschnitte wurden auch an Deck der Novorosiysk gefunden. Offenbar waren die Kabel von den Netzen des Schiffes mitgeschleift und dann durchtrennt worden, als sie auf das Deck gezogen wurden, um die Netze zu lösen. Die Sowjetunion hielt die Untersuchung für ungerechtfertigt, aber die Vereinigten Staaten beriefen sich auf das Übereinkommen zum Schutz der unterseeischen Telegrafenkabel von 1884, das Russland (vor der Gründung der Sowjetunion) unterzeichnet hatte, als Beweis für die Verletzung des internationalen Protokolls. ⓘ
Landstationen können einen Kabelbruch durch elektrische Messungen lokalisieren, z. B. durch Spread-Spectrum Time-Domain Reflectometry (SSTDR), eine Art der Zeitbereichsreflektometrie, die sehr schnell in einer realen Umgebung eingesetzt werden kann. Zurzeit kann SSTDR einen kompletten Datensatz in 20 ms erfassen. Es werden Spreizspektrumsignale über die Leitung gesendet, und dann wird das reflektierte Signal beobachtet. Anschließend wird es mit der Kopie des gesendeten Signals korreliert, und es werden Algorithmen auf die Form und das Timing der Signale angewendet, um den Bruch zu lokalisieren. ⓘ
Ein Kabelreparaturschiff wird zu der Stelle geschickt, um eine Markierungsboje in der Nähe des Bruchs abzusetzen. Je nach Situation werden verschiedene Arten von Greifern verwendet. Handelt es sich um einen sandigen Meeresboden, wird ein Greifer mit starren Zinken verwendet, um unter die Oberfläche zu pflügen und das Kabel einzuholen. Befindet sich das Kabel auf einer felsigen Meeresoberfläche, ist der Greifer flexibler und verfügt über Haken in Längsrichtung, so dass er sich an die wechselnde Oberfläche anpassen kann. In besonders tiefem Wasser kann es vorkommen, dass das Kabel nicht stark genug ist, um in einem Stück angehoben zu werden. In diesem Fall wird ein spezieller Greifer verwendet, der das Kabel kurz nach dem Einhaken durchtrennt und jeweils nur ein Stück des Kabels an die Oberfläche bringt, woraufhin ein neues Teilstück eingespleißt wird. Da das reparierte Kabel länger ist als das ursprüngliche, wird der Überschuss absichtlich U-förmig auf dem Meeresboden verlegt. Für die Reparatur von Kabeln, die in seichteren Gewässern liegen, kann ein Tauchfahrzeug eingesetzt werden. ⓘ
Eine Reihe von Häfen in der Nähe wichtiger Kabelrouten wurden zur Heimat spezialisierter Kabelreparaturschiffe. Halifax, Nova Scotia, beherbergte während des größten Teils des 20. Jahrhunderts ein halbes Dutzend solcher Schiffe, darunter langlebige Schiffe wie die CS Cyrus West Field, CS Minia und CS Mackay-Bennett. Die beiden letztgenannten Schiffe wurden mit der Bergung der Opfer des Untergangs der RMS Titanic beauftragt. Die Besatzungen dieser Schiffe entwickelten viele neue Techniken und Geräte zur Reparatur und Verbesserung der Kabelverlegung, wie z. B. den "Pflug". ⓘ
Sammlung von Informationen
Unterwasserkabel, die nicht ständig überwacht werden können, haben seit dem späten 19. Jahrhundert Geheimdienste in Versuchung geführt. Häufig haben die Nationen zu Beginn eines Krieges die Kabel der anderen Seite gekappt, um den Informationsfluss in die überwachten Kabel umzuleiten. Die ehrgeizigsten Versuche gab es im Ersten Weltkrieg, als die britischen und deutschen Streitkräfte systematisch versuchten, die weltweiten Kommunikationssysteme der jeweils anderen Seite zu zerstören, indem sie deren Kabel mit Überwasserschiffen oder U-Booten durchschnitten. Während des Kalten Krieges gelang es der US-Marine und der National Security Agency (NSA) in der Operation Ivy Bells, sowjetische Unterwasserkommunikationsleitungen anzuzapfen. ⓘ
Auswirkungen auf die Umwelt
Der Hauptpunkt der Interaktion von Kabeln mit Meereslebewesen liegt in der benthischen Zone der Ozeane, wo der Großteil der Kabel liegt. Studien aus den Jahren 2003 und 2006 haben gezeigt, dass Kabel nur minimale Auswirkungen auf das Leben in diesen Bereichen haben. Bei der Beprobung von Sedimentkernen in der Umgebung von Kabeln und in Gebieten, die von Kabeln befreit sind, gab es nur wenige statistisch signifikante Unterschiede bei der Vielfalt oder Häufigkeit von Organismen. Der Hauptunterschied bestand darin, dass die Kabel einen Befestigungspunkt für Anemonen boten, die normalerweise in weichen Sedimentbereichen nicht wachsen können. Daten aus den Jahren 1877 bis 1955 zeigen insgesamt 16 Kabelfehler, die durch das Verfangen verschiedener Wale verursacht wurden. Mit verbesserten Techniken für die Verlegung moderner Koaxial- und Glasfaserkabel, die weniger zur Selbstaufwicklung neigen, wenn sie auf dem Meeresboden liegen, sind solche tödlichen Verwicklungen völlig verschwunden. ⓘ
Sicherheitsaspekte
Unterseekabel sind unter Sicherheitsaspekten problematisch, weil Karten von Unterseekabeln weithin verfügbar sind. Öffentlich zugängliche Karten sind notwendig, damit die Schifffahrt nicht versehentlich empfindliche Kabel beschädigen kann. Die Verfügbarkeit der Standorte von leicht zu beschädigenden Kabeln bedeutet jedoch, dass die Informationen auch für kriminelle Akteure leicht zugänglich sind. Auch das Abhören durch die Regierung wirft Fragen der Cybersicherheit auf. ⓘ
Rechtliche Fragen
Unterseekabel sind mit einigen Problemen behaftet. Da die Kabel von privaten Konsortien gebaut und verlegt werden, gibt es von vornherein ein Problem mit der Verantwortung. Erstens kann es schwierig sein, die Verantwortung innerhalb eines Konsortiums zuzuweisen: Da es kein eindeutig führendes Unternehmen gibt, das als verantwortlich bezeichnet werden könnte, kann es zu Verwirrung führen, wenn das Kabel gewartet werden muss. Zweitens ist es schwierig, das Problem der Kabelschäden durch das internationale Rechtssystem zu navigieren, da es von Nationalstaaten und nicht von privaten Unternehmen unterzeichnet und für diese konzipiert wurde. Daher ist es schwer zu entscheiden, wer für die Kosten von Schäden und Reparaturen verantwortlich sein soll - das Unternehmen, das das Kabel gebaut hat, das Unternehmen, das für das Kabel bezahlt hat, oder die Regierung des Landes, in dem das Kabel endet. ⓘ
Ein weiteres rechtliches Problem ist die Überalterung der Rechtssysteme. So gelten in Australien immer noch die Geldstrafen, die bei der Unterzeichnung des Unterseekabelvertrags von 1884 festgesetzt wurden: 2000 australische Dollar, was heute fast unbedeutend ist. ⓘ
Der Einfluss der Kabelnetze auf die moderne Geschichte
Unterseeische Kommunikationskabel haben die Gesellschaft in vielfältiger Weise beeinflusst. Sie ermöglichten nicht nur einen effektiven interkontinentalen Handel und unterstützten die Börsen, sondern hatten auch großen Einfluss auf das internationale diplomatische Verhalten. Bevor es Unterseekommunikationsverbindungen gab, hatten Diplomaten viel mehr Macht in ihren Händen, da ihre direkten Vorgesetzten (die Regierungen der Länder, die sie vertraten) sie nicht unmittelbar kontrollieren konnten. Die Übermittlung von Anweisungen an die Diplomaten in einem fremden Land dauerte oft Wochen oder sogar Monate. Die Diplomaten mussten bei Verhandlungen mit dem Ausland auf eigene Initiative handeln und wurden nur gelegentlich von ihrer Regierung kontrolliert. Diese langsame Verbindung führte dazu, dass die Diplomaten Freizeitaktivitäten nachgingen, während sie auf Befehle warteten. Mit dem Ausbau der Telegrafenkabel konnte die Reaktionszeit für die Unterrichtung der Diplomaten erheblich verkürzt werden. Dies führte im Laufe der Zeit zu einem allgemeinen Rückgang des Ansehens und der Macht der einzelnen Diplomaten in der internationalen Politik und signalisierte eine Professionalisierung des diplomatischen Korps, das seine Freizeitaktivitäten aufgeben musste. ⓘ
Bemerkenswerte Ereignisse
1914 überfiel Deutschland die Kabelstation Fanning Island im Pazifik. ⓘ
Bei dem Erdbeben in Neufundland 1929 wurde eine Reihe von transatlantischen Kabeln durch eine gewaltige unterseeische Schlammlawine unterbrochen. Die Abfolge der Unterbrechungen half den Wissenschaftlern, das Fortschreiten der Schlammlawine zu verfolgen. ⓘ
1986 kam es bei Prototyp- und Vorserientests des TAT-8-Glasfaserkabels und seiner Verlegung durch AT&T im Gebiet der Kanarischen Inseln zu Haibissschäden am Kabel. Dabei stellte sich heraus, dass Haie bis zu einer Tiefe von 1 km tauchen, eine Tiefe, die Meeresbiologen überraschte, die bis dahin glaubten, dass Haie in solchen Tiefen nicht aktiv seien. Die TAT-8-Unterwasserkabelverbindung wurde 1988 eröffnet. ⓘ
Im Juli 2005 wurde ein Teil des Unterseekabels SEA-ME-WE 3, das 35 km südlich von Karatschi verläuft und Pakistans Hauptkommunikationsverbindungen nach außen herstellte, defekt, wodurch fast die gesamte Kommunikation Pakistans mit dem Rest der Welt unterbrochen wurde und etwa 10 Millionen Internetnutzer betroffen waren. ⓘ
Am 26. Dezember 2006 setzten die Hengchun-Erdbeben 2006 zahlreiche Kabel zwischen Taiwan und den Philippinen außer Betrieb. ⓘ
Im März 2007 stahlen Piraten ein 11 Kilometer langes Teilstück des T-V-H-Unterseekabels, das Thailand, Vietnam und Hongkong miteinander verbindet, wodurch die Internetnutzer in Vietnam mit deutlich geringeren Geschwindigkeiten konfrontiert wurden. Die Diebe versuchten, die 100 Tonnen des Kabels als Schrott zu verkaufen. ⓘ
Die Unterwasserkabelstörung von 2008 bestand aus einer Reihe von Kabelausfällen, zwei der drei Suezkanalkabel, zwei Unterbrechungen im Persischen Golf und eine in Malaysia. Dadurch kam es zu massiven Kommunikationsstörungen in Indien und im Nahen Osten. ⓘ
Im April 2010 war das Unterseekabel SEA-ME-WE 4 ausgefallen. Das Unterwasserkabelsystem Südostasien - Naher Osten - Westeuropa 4 (SEA-ME-WE 4), das Südostasien und Europa miteinander verbindet, wurde Berichten zufolge vor Palermo, Italien, an drei Stellen unterbrochen. ⓘ
Das Tōhoku-Erdbeben und der Tsunami von 2011 beschädigten eine Reihe von Unterseekabeln, die in Japan anlanden, darunter:
- APCN-2, ein innerasiatisches Kabel, das einen Ring bildet, der China, Hongkong, Japan, die Republik Korea, Malaysia, die Philippinen, Singapur und Taiwan verbindet
- Pacific Crossing West und Pacific Crossing North
- Segmente des East Asia Crossing-Netzes (nach Angaben von PacNet)
- Ein Segment des Japan-US-Kabelnetzes (gemeldet von Korea Telecom)
- PC-1 Unterwasserkabelsystem (berichtet von NTT) ⓘ
Im Februar 2012 wurde durch Brüche in den EASSy- und TEAMS-Kabeln etwa die Hälfte der Netze in Kenia und Uganda vom globalen Internet getrennt. ⓘ
Im März 2013 wurde die SEA-ME-WE-4-Verbindung von Frankreich nach Singapur von Tauchern in der Nähe Ägyptens gekappt. ⓘ
Im November 2014 stoppte das SEA-ME-WE 3 den gesamten Datenverkehr von Perth, Australien, nach Singapur aufgrund eines unbekannten Kabelfehlers. ⓘ
Im August 2017 unterbrach eine Störung im IMEWE-Seekabel (Indien - Naher Osten - Westeuropa) in der Nähe von Jeddah, Saudi-Arabien, das Internet in Pakistan. Das IMEWE-Seekabel ist ein Ultrahochkapazitäts-Glasfaser-Seekabelsystem, das Indien und Europa über den Nahen Osten miteinander verbindet. Das 12 091 Kilometer lange Kabel hat neun Endstationen, die von führenden Telekommunikationsunternehmen aus acht Ländern betrieben werden. ⓘ
AAE-1 erstreckt sich über 25.000 Kilometer und verbindet Südostasien über Ägypten mit Europa. Der Bau wurde 2017 abgeschlossen. ⓘ
Im Juni 2021 kündigte Google den Bau des längsten Unterseekabels der Welt an, das von der Ostküste der Vereinigten Staaten bis nach Las Toninas in Argentinien verlaufen soll, mit zusätzlichen Verbindungen nach Praia Grande in Brasilien und Punta del Este in Uruguay. Das Kabel würde den Nutzern einen schnellen, latenzarmen Zugang zu Google-Produkten wie Suche, Gmail und YouTube sowie zu Google-Cloud-Diensten ermöglichen. ⓘ
Im August 2021 kündigten Google und Facebook an, bis 2024 ein Unterwasserkabelsystem mit dem Namen "Apricot" zu entwickeln, um die Internetkonnektivität zu verbessern und die wachsende Nachfrage nach Breitbandzugängen und 5G-Mobilfunkverbindungen im asiatisch-pazifischen Raum, einschließlich Japan, Singapur, Taiwan, Guam, den Philippinen und Indonesien, zu bedienen. ⓘ
Am 15. Januar 2022 brach der Unterwasserausbruch des Vulkans Hunga Tonga Hunga Ha'apai das einzige internationale Kabel nach Tonga und mindestens eines der Kabel zwischen den Inseln Tongas, wodurch die Kommunikation mit dem Rest der Welt empfindlich gestört wurde und nur begrenzte Satellitenkommunikation möglich war. Die voraussichtliche Reparatur wird bis Mitte Februar 2022 dauern. Das Reparaturschiff wird 4 000 km von Port Moresby, Papua-Neuguinea, über Samoa fahren, um Ersatzkabel für die Reparatur zu holen. ⓘ
- Der Internetkonzern Google plant (Stand Juni 2014) die Verlegung eines Seekabels für Daten zwischen Japan und den USA, die Kosten sollen bei 300 Millionen US-Dollar liegen.
- Zwischen Deutschland und Schweden ist die Hansa PowerBridge zur Energieübertragung geplant. 50 Hertz Transmission und Svens Kraftnät, deutscher bzw. schwedischer Netzbetreiber beschlossen im Januar 2017 die Kooperation, Planungen begannen im selben Jahr. Die 300 km lange Leitung von Güstrow in Mecklenburg-Vorpommern durch die Ostsee und bis Hurva in der Gemeinde Eslöv soll ab Fertigstellung 2024/2025 700 MW Leistung bei 300 kV Gleichspannung über 105 km Seekabel (deutscher Anteil) übertragen. Die gesamten Investitionskosten sollen bei 600 Mio. Euro liegen. ⓘ
- Facebook plant gemeinsam mit China Mobile, Vodafone, Orange und weiteren Telekommunikations-Partnern (Stand Mai 2020) mit dem Projekt „2Africa“ 23 Länder in Europa, Afrika und dem Nahen Osten mit einem Netzwerk aus 37.000 km Unterwasserglasfaserkabel zu verbinden, um Afrika mit schnellerem Internet zu versorgen. Die Kosten werden auf eine Milliarde Dollar geschätzt. In derselben Quelle wird Sea-Me-We 3 als ein schon bestehendes noch längeres Netzwerk mit 39.000 km Seekabellänge genannt, das 33 Länder verbindet.
- Mit Echo und Bifrost sind (Stand März 2021) erstmals Kabelrouten durch die Javasee geplant. Jedes der zwei Kabel soll Singapur, Indonesien und die USA miteinander vernetzen. Echo soll von Google in Zusammenarbeit mit dem indonesischen Telekomanbieter XL Axiata bis 2023 fertiggestellt werden, Bifrost von Facebook 2024. Im Jahr 2020 hatten erst 10 Prozent der 270 Millionen Indonesier Zugang zu einer Breitbandverbindung. ⓘ
Telekommunikationskabel in der Tiefsee
(1 – Polyethylen, 2 – Mylar-Band, 3 – Stahldrähte, 4 – Aluminium-Wasserschutz, 5 – Polycarbonat, 6 – Kupfer- oder Aluminiumrohr, 7 – Vaseline, 8 – Lichtwellenleiter) ⓘ
Tiefseekabel ermöglichen Datenkommunikation über große Distanzen und können Datenmengen transportieren, welche größer sind als die der stärksten Kommunikationssatelliten. Ein weiterer Vorteil gegenüber Satellitenverbindungen ist die deutlich geringere Laufzeit der Signale. Einen großen Nachteil teilen sie allerdings mit Satelliten: Tiefseekabel können ebenso wie Satelliten nur mit großem Aufwand modifiziert, gewartet, erweitert oder auf sonst eine Weise im Nachhinein bearbeitet werden. ⓘ
Vor allem wegen des hohen Datenaufkommens werden Tiefseekabel besonders häufig im Atlantik zwischen Nordamerika und Europa eingesetzt. Es gibt nur wenige Länder, die noch keinen Anschluss an ein Hochleistungsnachrichtenkabel haben. ⓘ
Zu Beginn wurden noch analoge elektrische Signale übertragen. Mittlerweile liegen auf dem Meeresgrund Stränge von Glasfaserkabeln. Ein Glasfaserkabel enthält mehrere Faserpaare. Das im Nordatlantik verlegte Kabel TAT-14 enthält beispielsweise vier Faserpaare. Über ein Faserpaar können durch das sogenannte „Multiplexing“ viele Datenströme auf einmal fließen. Neueste Faserpaare können gut ein Terabit Daten pro Sekunde übertragen. Die Glasfaserkabel liegen in einem Kupferrohr, welches mit wasserabweisendem Verbundstoff ausgegossen ist. Um dieses Kupferrohr liegt zudem eine Röhre aus Aluminium zum Schutz vor Salzwasser, es folgen Stahlseile und, je nach Stärke des Schutzes, mehrere Schichten Kunststoff. Das Kupferrohr dient gleichzeitig als elektrischer Leiter, um die in Abständen (bei modernen Kabeln 50–80 km) erforderlichen, ins Kabel eingeschleiften optischen Verstärker mit Strom zu versorgen. Als Rückleiter zum Betrieb der Verstärker dient das Meerwasser. Die Betriebsspannung erreicht die Größenordnung von 10 kV. Vor den Küsten werden wegen des ansteigenden Meeresbodens und der damit verbundenen Gefahr von Beschädigung durch Schiffsanker oder Fischtrawler stärker armierte Kabel verwendet. Allerdings helfen auch diese Vorkehrungen nicht immer. Am 28. Februar 2012 kappte ein auf einem Liegeplatz im Hafen von Mombasa wartendes Schiff ein Unterseekabel mit seinem Anker und legte damit einen wesentlichen Teil der Internetanbindung Ostafrikas lahm. ⓘ
Verlegung von Seekabeln
Im flachen Wasser werden die Leitungen mittels Spezialfahrzeugen im Meeresboden vergraben. Mit einem sogenannten Verlegepflug, auch Meerespflug genannt, wird bei sandigem Boden Wasser aus dem Wassertank des Fahrzeugs unter hohem Druck von 1600 bar in den Sand gespritzt, sodass Treibsand entsteht und das Kabel einsinken kann. Der Sand verfestigt sich danach wieder und bedeckt das Kabel. Am Strand wird das Kabel in einen Schacht geführt und zur Landungsstelle geleitet. Die Verlegungsarbeiten mit dem Meerespflug können nur bei Niedrigwasser erfolgen und setzen optimale Bodenverhältnisse voraus. ⓘ
Eine weitere Methode zum küstennahen Verlegen ist das Einfräsen von Seekabeln mit einer Seekabelfräse. Diese Verlegeart kann auch bei wechselnden Bodenverhältnissen und Gezeitenwechseln bis zu einer Verlegetiefe von 10 m angewandt werden. Die Maschine öffnet den Meeresboden mit einer Fräskette. Der Verlegeschacht hält hinter der Fräskette den Fräsgraben auf. Das Seekabel läuft durch den Verlegeschacht und verlässt diesen an der tiefsten Stelle. Der Fräsaushub wird durch die Fräskette hinter den Verlegeschacht ausgeworfen und verfüllt den Graben wieder fast komplett. Die restliche Verfüllung erfolgt durch die Gezeiten. ⓘ
Geschichte
Telegrafenkabel
Weitere Seekabel nach Afrika
Wenige Jahre später gelang es schließlich den Briten, nicht nur die USA mittels Seekabel zu erreichen, sondern auch über Freetown in Sierra Leone den afrikanischen Kontinent. Ein weiteres Seekabel verlief über Freetown bis nach Kapstadt. ⓘ
Ägypten wurde eine wichtige Relaisstation für die Seekabel-Telegraphie. Im Jahr 1868 wurde ein Seekabel von der Insel Malta nach Alexandria in Ägypten verlegt. Dieses Teilstück verband ab 1870 indirekt London mit Bombay. ⓘ
Der hohe Ohmsche Widerstand der Leitungen dieser langen Kabel schwächen das Signal sehr, das ankommende Signal musste daher mittels Spiegelgalvanometer ausgewertet werden. Die große Quer-Kapazität der Leiter und ihre Längs-Induktivität bewirken ein nur langsames An- und Abklingen von Signalen, sodass nur ausreichend langsame Telegrafie möglich war und noch keine Tonübertragung von Sprache (Telefonie). ⓘ
Rechtliche und politische Aspekte
Im Jahr 1884 wurde der Internationale Vertrag zum Schutze der unterseeischen Telegraphenkabel abgeschlossen. ⓘ
1911 erläuterte der Telegrafiepionier Adolf Slaby gegenüber der kolonialtechnischen Kommission des kolonialwirtschaftlichen Komitees die Bedeutung der Seekabel für die geheime Nachrichtenübertragung so:
„Das wichtigste und interessanteste dringt ja nicht sofort in die Öffentlichkeit. Die Bedeutung, welche die Marine heute der Funkentelegraphie beilegt, hat sie veranlasst, ununterbrochen die Erfinder zu immer weiteren Fortschritten anzustacheln. Aber die Resultate und die Mittel, mit denen das erzielt ist, werden heute nicht mehr veröffentlicht, sondern geheimgehalten. Man bedenke, daß bei der Marine drahtlose Telegramme nicht nur eines Geschwaderverbandes übermittelt werden, sondern mit 1000 und mehr Kilometern entfernten Flotten gewechselt werden, daß diese Telegramme sich einen Weg suchen, der ihnen von dem Telegraphisten einfach vorgeschrieben ist, und die sich gegenseitig nicht stören.“ ⓘ
Fernsprechkabel
Ab 1950 wurden Seekabel mit eingespleißten Verstärkern zur Übertragung von Fernsprechsignalen möglich. Die Verstärker wurden über den Innenleiter des Kabels mit Hochspannung versorgt, Rückleiter war das Meer. 1956 wurde das erste Transatlantik-Fernsprechkabel verlegt. ⓘ
Glasfaserkabel
Anfang der 1980er Jahre war die optische Nachrichtenübertragung so weit ausgereift, dass die Britische Postverwaltung 1980 versuchsweise erste Glasfaserseekabel im schottischen Loch Fyne verlegte. 1984 wurde die erste Glasfaserverbindung von der Insel zur Isle of Wight in Betrieb genommen, 1986 durch den Ärmelkanal. 1988 ging mit TAT-8 das erste transatlantische Glasfaserkabel in Betrieb. Bis Mitte der 1990er Jahre wurden die Kupferkabel, auch wegen der durch die Entwicklung des Internets erforderlichen Kapazitätsausweitungen, praktisch vollständig verdrängt. ⓘ
Nachrichtendienstliche Überwachung
Als Träger großer Datenmengen der Überseekommunikation standen Seekabel seit ihrer Entwicklung im Interesse von Nachrichtendiensten. Mit der Operation Ivy Bells schöpften die USA von 1971 bis 1981 mit großem Aufwand ein sowjetisches Unterseekabel der Pazifikflotte ab. Bekannt ist, dass das britische GCHQ an der zypriotischen Yeroskipos Submarine Cable Station den globalen Kommunikationsverkehr via SEA-ME-WE 3 und evtl. weiteren Unterseekabeln überwacht. Trevor Paglen fotografierte 2015 für sein Fotoprojekt Columbus III ein Überwachungskabel mutmaßlich der NSA/GCHQ über einem Seekabel im Atlantik. Zu den russischen Schiffen, die für Spionage und Sabotage geeignet sind, gehören die Jantar und die Loscharik. ⓘ
Der Dänische Rundfunk und die Süddeutsche Zeitung haben laut orf.at am 30./31. Mai 2021 berichtet, dass die US-amerikanische NSA 2012–2014 die Kommunikation (SMS, Messengerdienste …) einer Reihe von europäischen Spitzenpolitikern abgehört hat. Demnach hat der dänische Auslands- und Militärgeheimdienst Forsvarets Efterretningstjeneste dem NSA die Nutzung der Abhörstation Sandagergardan ermöglicht, um einen Internetknotenpunkt mehrerer Seekabel in Dänemark anzuzapfen. ⓘ
Energiekabel
1954 wurde zwischen Gotland und dem schwedischen Festland das erste Stromkabel, das mit Gleichstrom betrieben wurde, verlegt, dem in den 1960er Jahren Gleichstrom-Seekabel zwischen Dänemark und Schweden, Italien und Sardinien, den beiden Inseln Neuseelands und Großbritannien und Frankreich folgten. ⓘ
Ausgewählte Seekabelanlagen
Drehstromkabel
- Seekabel Schweden – Bornholm (60 kV)
- Seekabel Spanien – Marokko (380 kV)
- Öresundkabel (380 kV)
- Stromleitungskreuzung der Straße von Messina (380 kV)
- Seekabel Isle of Man – England, mit einer Länge von 105 km das längste mit Dreiphasenwechselstrom betriebene Seekabel weltweit
- Seekabel St. Peter Ording – Helgoland „Helgolandkabel“ (30 kV)
- Achensee (Tirol, A) – Anfang des 20. Jh. quer (etwa 1 km) und 2013 längs (30 kV, knapp 7 km)
- Seekabel am Kleinen Belt (420 kV)
- Seekabel Sizilien – Malta (220 kV, ca. 100 km)
- 2 Systeme queren die Dardanellen (je 2 GW, 400 kV, 1600 mm² Cu + mittiger Alustab, etwa 4 km untermeerisch in einem Stück von der Rolle verlegt) zur Versorgung beider Seiten Istanbuls ⓘ
Gleichstromkabel
siehe Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) ⓘ
- HGÜ Gotland zwischen Västervik (Schweden) und Gotland
- HGÜ Cross-Channel England – Frankreich
- HVDC Inter-Island Link mit 40 km Seekabel durch die Cook Strait zwischen den beiden Inseln Neuseelands
- Kontiskan Schweden – Dänemark
- SACOI Italien – Korsika – Sardinien
- SAPEI Italien – zwischen Sardinien und Latina
- HGÜ Vancouver-Island mit 33 km Seekabel zwischen dem kanadischen Festland und Vancouver Island
- HGÜ Hokkaido-Honshū zwischen den japanischen Inseln Hokkaido und Honshū
- HGÜ Cross-Skagerrak Norwegen – Dänemark
- Kontek Deutschland – Dänemark
- Baltic Cable Deutschland – Schweden
- NordLink Deutschland – Norwegen
- NorGer Deutschland – Norwegen
- Swepol Schweden – Polen
- HGÜ Italien-Griechenland
- HGÜ Leyte-Luzon zwischen den Inseln Leyte und Luzon der Philippinen
- HGÜ Kii-Kanal durch den Kii-Kanal
- HGÜ Moyle Schottland – Nordirland
- Basslink mit Seekabel durch die Bass-Straße zwischen Australien und Tasmanien
- NorNed Norwegen – Niederlande
- NordBalt Litauen – Schweden
- BritNed Großbritannien – Niederlande
- Nemo Link Großbritannien – Belgien ⓘ
Siehe auch
- Knuckling, ein Seekabelfehler, bei dem sich der Kupferleiter des Kabels durch die Aderisolierung drückt ⓘ
Seekabel in der Literatur
- Stefan Zweig: Sternstunden der Menschheit. Jubiläumsausgabe. Fischer, Frankfurt am Main 2002. (Unter der Überschrift „Das erste Wort über den Ozean“ schildert Stefan Zweig die Verlegung des ersten transatlantischen Kabels als eine Sternstunde der Menschheit)
- John Griesemer: Rausch. Piper Verlag, München 2005, ISBN 3-596-51000-7. (ein Roman, der das erste Verlegen eines Seekabels zwischen Europa und Amerika im 19. Jahrhundert zum Thema hat)
- Hans-Jürgen Teuteberg, C. Neutsch (Hrsg.): Vom Flügeltelegraphen zum Internet. Geschichte der modernen Telekommunikation. Steiner, Stuttgart 1998.
- John Steele Gordon: A Thread Across the Ocean: The Heroic Story of the Transatlantic Cable. Harper Perennial, 2003, ISBN 0-06-052446-4.
- William Thompson: The Cable: The Wire that Changed the World. Tempus, 2007, ISBN 978-0-7524-3903-7.
- Chester G. Hearn: Circuits in the Sea. The Men, the Ships, and the Atlantic Cable. Praeger, 2004, ISBN 0-275-98231-9. (englisch)
- Neal Stephenson: Mother Earth Mother Board. In: Wired. Dezember 1996. (Die Verlegung des Seekabels Fiber-Optic Link Around the Globe mit seinen technischen, wirtschaftlichen und historischen Aspekten erkundete der Schriftsteller Neal Stephenson im Auftrag des Wired auf einer Weltreise 1995/96) ⓘ