Большинство людей никогда не задумывается, что стоит за технологиями, которые лежат в основе интернета. Нажали кнопку на компьютере в браузере, открылся сайт — и пошли изучать нужную информацию. Но за этим действием стоит сложнейшая инфраструктура: тысячи километров стеклянных нитей, проложенных по земле, по столбам и по дну моря.
«Компьютерра» побывала на производстве компании «Инкаб», где запустили линию по выпуску сердечников для подводных оптоволоконных кабелей. Заместитель главного технолога Алексей Шабалин показал, как из нержавеющей ленты, стальной проволоки и стеклянных волокон получается конструкция, способная выдержать якорь, акул и тонны воды. Подробнее в репортаже.
Кабель, который начинается с листа металла
Если посмотреть на оптоволоконный кабель глазами пользователя, он прежде всего кажется очень плотной пластиковой трубкой с непонятной начинкой. На производстве впечатление меняется, потому что большая часть подводного кабеля — это не пластик и не стекло, а сталь.
В основе любого оптоволоконного кабеля лежит оптическое волокно — тончайшая нить из чистейшего кварцевого стекла диаметром 250 микрон. Именно по нему передаются световые импульсы на тысячи километров. Но само по себе волокно хрупкое и легко разрушается при внешних воздействиях. Задача кабеля — защитить волокно от ветра, льда, ударов и воды. Срок службы такой конструкции — не менее 50 лет.
Самое забавное, что именно человеческий фактор служит причиной обрыва кабеля. То его может задеть экскаватор при земляных работах, то повредить якорь корабля. Поэтому защита оптоволокна стоит на первом месте. Но если на суше поврежденный участок можно выкопать и заменить, то с кабелем на дне моря такой номер не пройдет. Его нужно проектировать так, чтобы он не рвался и не сплющивался в принципе. И здесь начинается совсем другая история.
Подводный кабель: строительные длины без стыков
Новый проект «Инкаба» — подводные кабели сверхбольших длин. Одна строительная длина достигает 50 километров без сварки, склеек и промежуточных муфт. Вес такого отрезка — около 250 тонн.
Для сравнения, обычный наземный кабель легче и транспортируется на барабанах по дорогам. Подводный кабель слишком тяжелый и громоздкий для такой логистики. Поэтому завод для финальной сборки строят прямо на берегу моря, в Приморском крае. Готовый кабель сразу наматывают на корабль-кабелеукладчик, который отправляется в море и прокладывает его по дну.
В Перми выполняются только первые технологические операции. Финальные этапы — наложение внешней оболочки, брони и защитных покровов — проходят на Дальнем Востоке.
Производство стального модуля
Первая операция — изготовление стального оптического модуля на линии продольной лазерной сварки. Нержавеющая лента, поступающая в рулонах, подается в формовочные ролики, которые сворачивают ее в трубку. Двухкиловаттный лазер проваривает шов продольно.
Внутрь трубочки подаются оптические волокна. Несколько катушек с волокнами разных цветов разматываются и сходятся в одной точке. Свободное пространство внутри заполняется гидрофобным гелем.
Он блокирует распространение воды вдоль кабеля при повреждении — вода не сможет убежать на много километров, и менять придется только небольшой участок. Это требование называется продольной водонепроницаемостью.
Наложение брони
На второй линии на стальной модуль накладывают замковую броню — два слоя стальной проволоки. Оборудование состоит из двух крутильных частей, которые вращаются и наматывают проволоку на центральный модуль. Каждая катушка с проволокой весит около полутонны, поэтому скорость вращения невысока.
Броня выполняет несколько функций. На глубине до 4 км кабель испытывает давление до 400 атмосфер — броня не дает ему сплющиться. Кроме того, она защищает от механических повреждений, включая укусы морских обитателей. Разрывное усилие готового кабеля достигает 26–27 тонн.
Грозозащитный трос со встроенной оптикой
Еще одно направление завода — грозозащитные тросы со встроенной оптикой (ОКГТ). Такие кабели подвешивают в верхней точке линий электропередач. Они выполняют две функции: защищают ЛЭП от ударов молнии и организуют канал связи.
Производство ведется на крутильной машине — «клетни». Катушки с проволокой вращаются вокруг заготовки, накладывая внешний слой. Получается трос, внутри которого находится оптическое волокно.
Молния бьет в грозотрос, а не в фазный провод. Попадание в фазный провод вызвало бы перенапряжение и выход из строя оборудования. Экономически такое решение выгодно: ЛЭП строят в любом случае, и объединение троса и кабеля связи в один продукт снижает затраты.
Телекоммуникационные кабели
В другом цехе производятся классические телекоммуникационные кабели. Здесь используются пластик и стеклопластик вместо стали. Конструкция включает центральный силовой элемент из стеклопластика и скрученные вокруг него оптические модули — пластиковые трубочки с волокном, заполненные гелем.
Производство ведется на экструдере — устройстве, похожем на большую мясорубку. В него засыпают гранулы полиэтилена, нагревают до 260 градусов, перемешивают и под давлением подают в кабельную головку. Туда же поступают волокна и гидрофобный гель. На выходе получается готовая цветная трубочка.
Разные цвета нужны для идентификации волокон при монтаже сети. Рядом расположена линия по производству дроп-кабеля — плоского тонкого кабеля для прокладки в коттеджных поселках, так называемой «последней мили», которая идет непосредственно к дому абонента.
Контроль качества
На каждой операции проводится стопроцентный контроль качества. Приборы измеряют диаметр кабеля, выявляют утолщения или повреждения оболочки. Отдельно проверяются оптические характеристики: затухание сигнала, целостность передачи данных.
На предприятии внедрена единая система управления производством. Вся информация о каждом этапе обработки кабеля хранится в компьютерах. На каждом барабане с готовым кабелем указывается заказчик, пункт назначения, метраж и тип изделия.
Испытательный центр
Финальная точка экскурсии — испытательный центр. Здесь кабели проверяют на растяжение, раздавливание, удар и климатические воздействия. Имеется климатическая камера, работающая в диапазоне от -60 до +85 градусов Цельсия. Барабан с кабелем помещают в камеру, циклически охлаждают и нагревают, имитируя реальные условия эксплуатации.
Для подводного проекта построен специальный стенд — стальная труба длиной 100 метров. Кабель помещают внутрь, заполняют водой и с помощью насоса создают давление до 400 атмосфер. Измеряется изменение затухания сигнала и целостность волокна.
Испытание на разрыв проводится на гидравлической машине. Кабель фиксируется в спиральных зажимах, распределяющих нагрузку, после чего машина постепенно увеличивает усилие. В ходе показательного испытания кабель выдержал нагрузку, превышающую возможности оборудования.
Цифры и факты
Производственная площадка «Инкаба» в Перми открыта в 2014 году. Площадь цехов — 11 000 квадратных метров. Численность персонала — около 400 человек. Объем производства — от 6 до 10 тысяч километров кабеля в месяц. В пересчете на переработанное волокно — около миллиона километров в год.
Диапазон выпускаемой продукции: минимальный диаметр кабеля — 1 мм, максимальный (без учета подводного) — около 34 мм. Максимальное количество волокон в одном кабеле, изготовленном на заказ для европейского заказчика, — 864. Для российского рынка такие объемы не требуются, так как хоть страна и протяженная, но потребление низкое. Из-за этого и производители не торопятся наращивать мощности.
Что в итоге?
Запуск производства подводных оптических сердечников закрывает последнюю нишу, которой не хватало «Инкабу» для статуса производителя полного цикла. Теперь компания может делать любой кабель, который существует в мире.
Дальнейшие планы — выход на рынок центров обработки данных. ЦОДы нового поколения, где обучаются модели искусственного интеллекта, потребляют в 36 раз больше оптики, чем традиционные. Пока в России такие центры почти не строятся — нет чипов, на которых можно обучать модели. Но генеральный директор «Инкаб» Александр Смильгевич надеется, что это лишь вопрос времени: сначала будут китайские чипы (Huawei уже сделал аналог Nvidia), потом, возможно, и российские.
Проект с ФРП — редкий пример того, как государственная поддержка помогает закрыть технологическую нишу, которую рынок не хочет или не может заполнить из-за длинных сроков окупаемости. Подводный кабель не окупится за три года — это инфраструктура. Но без нее не будет ни цифровой экономики в Арктике, ни нормальной связи на Дальнем Востоке.
Акулы, кстати, сталь не грызут. Так что хотя бы от них кабель в безопасности.