XIV. СЕРДЦЕВИНА КАБЕЛЯ

Существует два основных материала, без которых развитие подводных кабелей было бы невозможно. Это медь, известная человечеству с начала цивилизации, и гуттаперча, впервые появившаяся в Европе за 10 лет до прокладки первой кабельной линии через Па-де-Кале. Медь в чистом виде или в виде её сплава - бронзы - была первым металлом, который человек научился обрабатывать. В течение тысячелетий высоко ценились механические качества меди, и только в наши дни получили всеобщее признание электрические свойства этого металла. Лишь серебро является лучшим, чем медь, проводником электричества (примерно на 10%), но использовать серебро в качестве проводника, разумеется, неэкономично.

Однако по крайней мере один раз этим обстоятельством пренебрегли. Во время изготовления атомной бомбы в США возникла необходимость, для разделения изотопов урана, сконструировать крупнейший электромагнит, имеющий более тридцати метров в поперечнике. Если бы сделать обмотку электромагнита из меди, запасы этого жизненно необходимого дефицитного металла в стране заметно бы сократились. Тогда и был предложен оригинальный выход: воспользоваться для этой цели государственными запасами серебра, тем более, что его сохранность в случае применения для магнита обеспечивалась столь же надёжно, как и в подвалах государственного банка. Итак, казначейство Соединённых Штатов выделило более 15 тысяч тонн серебра для изготовления обмотки электромагнита; 99,9% этого количества вернулось обратно в подвалы банков, когда разделитель изотопов был демонтирован [34].

К счастью для электротехники и связи, медь дешевле серебра. И всё-таки телеграфным компаниям вот уже более ста лет постоянно приходится бороться с ворами, которые расхищают провода и кабель. Ещё в 1823 году Фрэнсис Рональдс, чей примитивный телеграф уже упоминался нами, предвидел возможность хищения и перепродажи кабеля, а потому уже тогда давал советы, как поступать с лицами, которые будут замечены в этих злодеяниях: "Помещайте кабель в глубоких траншеях, чтобы его было труднее обнаружить; в случае же умышленного повреждения кабеля, вешайте нарушителей, если вам удастся поймать их; проклинайте, в случае, если они ускользнут от вас, и в обоих случаях немедленно ремонтируйте кабель".

Когда конструировался первый трансатлантический кабель, никто не предполагал, что на электропроводность меди оказывает влияние наличие в ней примесей. От поставщиков требовалась медная проволока заданного диаметра, обладающая достаточной гибкостью. Главное, чтобы металл удовлетворял этим требованиям, остальное не принималось во внимание. Медь как медь, чего же больше?!

Но не так относится к меди инженер-электрик, в частности связист. Для него медь с вкраплением мышьяка или серы не лучший проводник, чем железо. В наше время можно зайти в магазин радио- или электротоваров и купить медную проволоку, не задумываясь о её качестве: она окажется химически более чистой, чем та, которую викторианские учёные получали в лабораториях. Провод, который перенёс первое телеграфное сообщение через Атлантику, был бы с возмущением отвергнут современным конструктором.

Научиться передавать электрические сигналы в желаемых направлениях с минимальными потерями на сопротивление - лишь часть проблемы. Обеспечение надёжной изоляции было на заре телеграфа едва ли не более сложным делом, и кто знает, как бы промышленность вышла из положения, если бы в то время не открыли гуттаперчу.

Строго говоря, гуттаперча не является изолятором в полном смысле слова (абсолютных изоляторов не существует) - она просто очень плохой проводник. На языке цифр электропроводность гуттаперчи в 10²¹ раз меньше, чем электропроводность меди. Это значит, что через квадрат гуттаперчи со стороной, равной полумиллиону миль, можно пропустить такое же количество тока, как через медный проводник с площадью поперечного сечения в один квадратный дюйм (берутся образцы одинаковой толщины)[35].

Гуттаперча как понятие ближе нашим предкам, чем нам, ибо теперь она повсеместно заменяется современными синтетическими материалами. Сок каучукового дерева, найденного в джунглях Малайи, Борнео и Суматры, появился в Европе в 1843 году и сразу же привлёк внимание своими необычными свойствами. Вскоре этот первый естественный пластик нашел широкое применение. В отличие от резины, он неэластичен и затвердевает при комнатной температуре. Однако в горячей воде он становится податлив, как мастика, а будучи охлаждён, вновь затвердевает. Это свойство позволило придавать гуттаперче желаемую форму. В пятидесятых годах прошлого века на рынке появились различные изделия из гуттаперчи - куклы, домашняя посуда, слуховые трубки, подушечки для иголок, письменные приборы, шахматы "небьющиеся, если даже их бросать на землю", спасательные круги. "Каждый эмигрант должен иметь спасательный круг, а если рейс окончится благополучно, из спасательного круга можно сделать подошвы для обуви".

Довольно любопытно, что гуттаперча впервые была применена для неэлектрической связи на расстояние. Из неё изготавливали так называемые переговорные трубки. Нельзя без улыбки читать рекламные объявления тех дней:

"Маленькие и дешёвые Железнодорожные Переговорные Трубки позволяют партнёрам во время путешествия вести разговор легко и приятно, невзирая на шум, производимый идущим поездом. Разговаривать можно нежным шёпотом, так, чтобы даже соседи не слышали, о чём идёт речь. Переговорные трубки занимают мало места, легко сворачиваются в кольцо и свободно умещаются даже в шляпе".

И в связи с этим надписи в конных омнибусах:

"Приказание, которое кондуктор омнибуса отдаёт кучеру в мягком тоне, экономя энергию лёгких, будет более отчётливо понято последним".

Я понимаю, конечно, что теперь трудно представить себе лондонского кондуктора, говорящего в "спокойном и мягком тоне" даже через гуттаперчевую трубку.

Тем не менее, некоторые врачи утверждали, что используют это изобретение довольно успешно. Один из них писал: "Я провёл переговорную трубку от входной двери до кровати и имею возможность переговариваться со своими пациентами, приходящими в ночное время, не открывая окон, а значит, и не рискуя простудиться на холодном ночном воздухе". (Ох уж этот "холодный ночной воздух"! Как его боялись наши предки!)

Но всё это, безусловно, нельзя было назвать применением гуттаперчи для средств связи. Великий Фарадей был первым, кто понял, что новый материал может помочь решению проблемы электрической изоляции в воде. Попытка применить в качестве изоляции резину не принесла желаемого результата, так как она быстро поддавалась разрушению. Первый кабель, проложенный в 1850 году через Па-де-Кале, был лишь изолирован гуттаперчей. Он не был бронирован и по виду больше походил на обычный провод, чем на кабель. Все последующие кабели на протяжении почти ста лет изолировались именно этим материалом или его разновидностями [36]. И так продолжалось вплоть до тридцатых годов, когда на сцене появился совершенно новый изоляционный материал, причём появился именно тогда, когда электротехника более всего в нём нуждалась.

Долгое время компании по производству подводного кабеля пытались улучшить качество изоляции, которую создала природа, и кое-что в этом направлении им удалось сделать. Но в 1933 году группа учёных английского концерна "Империал Кемикал Индастриз", которая работала в отличной от связи области, открыла материал с такими высокими изоляционными качествами, какими не обладало ни одно природное вещество, применяемое для изоляции. Это открытие оказало существенное влияние на развитие средств связи и внесло много изменений в наш повседневный быт.

Учёные-химики взяли дешёвый природный газ этилен - С₂Н₄ - и подвергли его сжатию под давлением более тысячи атмосфер (столь большого давления не бывает даже на океанских глубинах). Результат оказался поразительным. Невидимый газ превратился в воскообразную массу и, когда давление сняли, остался в виде этой массы. Консистенция её не изменилась. Новое, не существовавшее доселе вещество назвали полиэтиленом.

Промышленное производство полиэтилена началось тогда, когда в нём возникла наибольшая потребность, а именно в период второй мировой войны. Полиэтилен понадобился в качестве изоляционного материала для кабелей, входящих в состав различных радиоустановок и, в частности, радиолокационных устройств.

В то время полиэтилен ценился очень высоко, и способ его производства держали в глубокой тайне. В годы войны англичане обнаружили и разбомбили единственный полиэтиленовый завод в Германии. Да и не только в Германии - этот небольшой завод являлся единственным в мире производителем полиэтилена, причём поставлял его как союзникам, так и противникам Германии.

Сегодня полиэтилен известен каждому в виде упаковки для предметов гигиены, небьющихся контейнеров, прозрачных мешков и т.п. Мы делаем из полиэтилена гораздо больше вещей, чем в своё время викторианцы из гуттаперчи. Но, кто знает, может быть, наши потомки будут с таким же недоумением взирать на изделия из полиэтилена, с каким мы смотрим на сделанные в прошлом веке гуттаперчевые переговорные трубки и спасательные круги для эмигрантов.

Немного о полиэтилене. Попытки превратить природный газ этилен путём полимеризации в высокомолекулярные продукты делались ещё в прошлом веке. В 1884 г. русский учёный Г.Г. Густавсон осуществил полимеризацию этилена под воздействием бромистого алюминия. Однако на протяжении последующих 50 лет удавалось получать только низкомолекулярные полимеры этилена (молекулярный вес 100-500) - густые жидкости, похожие на смазочные масла. Лишь к 1936 г. английский исследователь Е. Фосетт и советский учёный А.И. Динцес получили твёрдые высокомолекулярные полимеры этилена.

Первый километр кабеля с полиэтиленовой изоляцией был изготовлен в Англии в 1939 г. Это был опытный подводный кабель связи. С 1940 г. полиэтилен стал применяться для изоляции радиочастотных кабелей. В настоящее время полиэтилен широко внедрён в производство многих видов кебельных изделий - магистральных и местных кабелей связи, силовых и контрольных кабелей, кабелей для сигнализации и блокировки, монтажных проводов.

Полиэтилен обладает редким сочетанием весьма хороших физико-механических, химических и электроизоляционных свойств. Это обстоятельство и обусловило использование полиэтилена в самых разных отраслях промышленности, сельского хозяйства и в быту.

Значительная часть производимого полиэтилена перерабатывается на плёнки толщиной 0,01-0,1 мм, используемые в качестве упаковочного материала для хранения веществ, боящихся увлажнения или, наоборот, высыхания, например удобрений, хлопка, силикагеля, пищевых продуктов, а также различных деталей, аппаратов, инструментов с целью защиты их от коррозии; эту плёнку используют при изготовлении воздушных шаров и аэростатов для полётов в стратосферу.

Из полиэтилена изготовляют всякого рода небьющиеся сосуды бытового и технического назначения, отличающиеся прочностью и небольшим весом. Водопроводные трубы из полиэтилена легче стальных, совершенно не подвержены коррозии, не лопаются при замерзании в них воды. Освоено литьё из полиэтилена не только отдельных деталей, но и целых приборов и аппаоатов. Из полиэтилена изготовляются медицинские инструменты. Он применяется в пластической хирургии и протезной технике.

Раньше полиэтилен получали, ведя реакцию при температуре около 200°С и давлениях 1500-3000 атмосфер. Начиная с 1954 - 1955 гг., полиэтилен научились получать также и при весьма малых давлениях (от атмосферного до нескольких десятков атмосфер) и температуре не более 100°С.

Темпы роста мирового производства полиэтилена необычайно высоки. Если в 1943 г. было произведено 900 т полиэтилена, то через 10 лет его выпуск возрос в 90 раз и достиг в 1953 г. 82000 т. Ещё через 10 лет, в 1963 г., объём производства полиэтилена составил более полутора миллионов тонн, т.е. почти в 2000 раз превысил выпуск 1943 г. В недалёком будущем ежегодное производство полиэтилена превысит 4 млн. т.

Д. Шарле

Примечания:

3

Имеются убедительные доказательства, что изобретение этого реле принадлежит Д. Генри (прим. автора).

34

А. Комптон поведал об этой истории в книге "В поисках атома". Помощник министра финансов довольно безразлично отнёсся к требованию выдать для нужд армии серебра на сумму около полумиллиона долларов, но был шокирован, когда произнесли фразу "пятнадцать тысяч тонн". "Молодой человек, - заметил он полковнику, обратившемуся к нему с просьбой, - когда мы говорим о серебре, мы пользуемся термином «унция»" (прим. автора).  

35

В соответствии с современной классификацией, гуттаперча - не просто "очень плохой проводник", а изолятор в полном смысле этого слова, ибо к классу изоляторов или диэлектриков относятся материалы с удельным сопротивлением больше 10⁶-10⁷ ом-см, а у гуттаперчи оно порядка 10¹⁴-10¹⁵ ом-см. Вещества с удельным сопротивлением, лежащим между 10⁶ и 10^-3 ом-см, считаются полупроводниками, и, наконец, проводники имеют удельное сопротивление менее 10^-3 ом-см. Что касается примера, приведённого автором, то читателям, вероятно, интересно проверить правильность его самим; напоминаем, что 1 миля равна 1,6 км, 1 дюйм равен примерно 2,5 см и удельное сопротивление меди равно 1,75.10^-6 ом-см.  

36

В XX веке - главным образом, парагуттой, полученной в 1910 г. Парагутта - специальным образом обработанная смесь из гуттаперчи, резины и воска, не уступающая гуттаперче по механическим свойствам и превосходящая её по электрическим свойствам. Потери электромагнитной энергии в кабелях с парагуттовой изоляцией при передаче по ним сигналов связи были раз в 20 меньше, чем в кабелях с гуттаперчевой изоляцией.