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新知|数据秒传全靠它!探秘深海“大动脉”

于梅君   来源:齐鲁晚报·齐鲁壹点客户端

2025-05-17 15:44:19原创

主笔、视频制作:于梅君

“通过32纤对海缆,只要眨一下眼,就能完成3200部时长2小时的4K超清电影传输。”中国信通院最新报告显示,我国企业参与国际通信海缆建设取得新突破。事实上,全球95%的数据正通过遍布深海的“信息血管”传输,它们的每一次搏动,都牵动着数字世界的神经。

全球海底光缆能绕地球35圈

古诗云“海内存知己,天涯若比邻”,如今通过网络,我们几乎可与地球上任何国家实时联系,就算即时的视频通话也很方便。不过你知道吗?这些越洋数据流量的传输,很大程度上要利用海底电缆。

这些管线铺设在海洋最底部,像给花园浇水用的橡胶软管一样,以光速在全球各大陆间传输着信号。目前,全球海底光缆长度约为140万公里,相当于绕地球35圈,支撑起全球超过95%的国际通信数据高速传输。

国际通信海缆到底是什么?中国信通院产业规划所总工程师牟春波介绍,它是一种敷设于海底、用于跨国通信与数据传输的光缆系统。

目前国际通信可通过海底光缆、陆地光缆、卫星通信等多种方式传送,其中通信海缆占主导地位,因为它容量大、时延低、建设相对便捷,是全球网络的主动脉、主骨架,而且海底光缆的传输速度非常快,每对光纤每秒可达到16TB以上。

虽然海底光缆的直径可达到几厘米,但真正用于传输数据的内部光纤,却只有头发丝粗细。我国在这样狭窄的通道中,率先开辟了一条“32个双向车道”的超高速通道。

3月25日,中国信息通信研究院发布的《中国参与国际通信海缆建设和保护相关情况报告(2025年)》显示,当前我国通信海缆技术已取得重大突破,在行业中率先推出32纤对海缆解决方案及全系列产品。

从6纤对、12纤对到最新的32纤对,相当于原本海底海缆是6个双向车道的海底高速,现在直接升级为32个双向车道的海底“超高速”通道。在“车速”不变情况下,车道上能同时开动的车辆显著增多,这也使得传输容量大幅提升。

打个比方,我国最新推出的32纤对海底光缆,眨眼之间就能完成3200部时长2小时左右的4K超清电影传输。这种超高速通道,满足了日益增长的国际通信和跨境数据流动需求。

目前,华海通信在全球新建海缆系统累计超过10万公里,烽火通信海缆在国际市场累计突破上千公里。

铺设:深海“耕田”与浅海“埋线”

海底光缆的铺设堪称“工程奇迹”,其难度不亚于航天任务,需应对深海高压、复杂地形和人类活动威胁。

海底光缆的铺设,分为浅海区与深海区。在水深<200米的浅海区,一般采用“高压水枪犁地”技术。铺设船拖曳水下机器人,喷射高压水柱冲开泥沙形成沟槽,再将光缆埋入并覆沙土保护。

在水深>1000米的深海区,光缆一般直接敷设于海床表面。在深达7000米的区域铺设时,依靠全自动动力定位船和机器人实时调整路径,以避开海底火山与断裂带。

2023年,由我国自主设计建造的海缆施工船“启帆19号”下水。“启帆19号”船长108.6米、宽37.2米、排水量2.4万吨,电缆装载量1万吨,是我国排水量、海缆装载量最大的海缆作业船。

进行水下作业时,“启帆19号”采用我国自主研发的拖曳式水喷埋设犁,通过水泵喷出的高压水流,在海床上犁出一条4.5米深的沟壑,从而保护海底电缆免遭船锚或海洋生物的破坏。“启帆19号”可抵御9级海风,具有全球最强的定位作业能力。

同样,2023年,全球最大、国内首艘万吨级远洋通信海缆铺设船“龙吟9”号在江西九江下水。该船全长155米、宽23.2米,载缆量1万吨,能够一次性完成从中国跨越太平洋的海底光缆铺设。

目前全球已知的海缆系统超过600个,其中包括2020年以来,中国移动联合8家国际运营商共同发起的2Africa海缆项目。这条全长约4.5万公里的海缆,连接非洲、亚洲与欧洲,是迄今全球最大规模的跨洋海缆,是名副其实的“超级高速公路”,惠及沿线33个国家约30亿人口。

今年2月份,美国Meta公司又宣布一项雄心勃勃的计划——“沃特沃斯项目”,即在全球范围内铺设一条长达5万公里的海缆,建成后将成为世界最长海缆,从而推动全球AI创新。

海底光缆的威胁远不止自然力量

海缆对全球通信至关重要,但全球每年约有200起海底光缆损坏事件,差不多每两天就有一起。这些事故不仅影响跨国通信,更对数字经济造成直接冲击。

海缆之所以事故频发,首先源于海上的不可抗力。许多海底电缆会穿越地质复杂的海域,海底地震、火山等破坏力惊人,很容易造成途经海缆中断。

比如2011年,受日本地震影响,多条途经相关海域的海底光缆出现故障,而后许多中国用户发现无法登录美国网站。2022年,汤加海底火山喷发,导致唯一一条海底通信光缆断裂,“断网”38天。

除了不可抗力,有近乎80%的海缆事故是由于人类活动引发的。我国周边海域水深普遍小于200米,但是大中型商船使用锚链长度一般超过200米,在恶劣海况下锚链滑脱,很容易对海缆造成破坏。此外,渔民张网捕鱼,也容易钩住海缆,造成破坏。

对此,我国在海缆设计和施工时,也会采取不同的保护措施。根据敷设环境,选择双层铠装、单层铠装,提供不同的防护能力;在海缆施工中,对水浅区域会进行挖沟埋设,例如水深小于200米的海域,海缆埋深会达到2~3米。

在日常运行中,我国也增添了许多预警手段,谨防人类活动对通信海缆造成损坏。现在,不仅有智能监测系统,我国还构建完善了相关法律法规,确保国际海缆的安全。

2024年1月,上海海警局发现一艘外籍船舶在海底光缆保护区抛锚,距国际光缆TPES4段仅100米。执法人员紧急要求该船弃锚驶离,避免了一场可能影响多国通信的事件。

光缆修复:大海捞针的“外科手术”

海底光缆一旦出现故障怎么办?与铺设光缆相比,修复光缆的难度有增无减,因为从深达几百米甚至几千米的海床上,找到直径不到10厘米的问题光缆,就如同大海捞针,而修复后再续接的难度也非常大。因此,当光缆断裂时,修复团队需要像“海底侦探”一样精准作业。

首先是定位“病灶”,通过光信号反射,确定断点大致位置,误差需控制在几公里内。接着派机器人打捞,遥控潜水器(ROV)切断受损光缆,绑上浮标后拖回海面船上。然后是人工接续,工程师在甲板上将新旧光缆熔接,需保证每根光纤的精度达微米级。

修复后的光缆,再由机器人用高压水枪冲埋回海床,全程需避开风暴等恶劣天气。一次深海修复可能耗时数周,成本超百万美元。

2006年地震导致多条海缆中断,工程师通过光缆两端发射信号,结合机器人声呐扫描,耗时两周在800米深海域定位破损点,从而进行修复。

修复后的电缆需通过生物兼容性测试,科研团队在电缆外涂覆仿生涂层,以减少对海洋生物的影响。

《联合国海洋法公约》规定,各国需在专属经济区内划定电缆保护区,禁止锚泊与捕捞。中国电信在东海铺设的智能监测系统,可实时感知电缆振动、温度与应力变化。2025年3月,该系统成功预警某海缆因锚拖导致的0.3毫米形变,避免了重大事故。

国际海缆保护委员会还建立24小时应急机制,成员包括中国电信、NTT等运营商。2009年台风“莫拉克”导致9条海缆中断后,国际海缆保护委员会协调12国资源,48小时内恢复北美方向70%通信。

2025年,全球首条空分复用海底光缆在舟山海域试验成功,其单根光纤传输容量达1.2PB/秒,相当于同时传输300万部高清电影。此外,我国科学家正在研发量子通信海缆,计划在2030年前实现全球量子加密网络。

从裸露铜缆到量子光缆,人类在深海写下科技史诗。每一次电缆入海,都是对未知的探索;每一次故障修复,都是对文明的守护。

知多一点

从电报网络到全球光纤高速公路

1851年,第一条海底电缆穿过英吉利海峡,连接了英国与法国的电报网络,有线电报网络由此通过海底通信电缆逐步连接全球。

20世纪初,英国率先建成连接英联邦各国、环绕世界的电缆网络。随着电话和电视的大规模普及,海底通信电缆也在不断升级。

上世纪八九十年代光纤技术的发展,促成海底光缆的广泛应用,传输的信息量也越来越大。英国广播公司网站介绍称,如今的海底光缆每秒能够传输数十乃至数百TB的数据,提供了当今最快、最可靠的数据传输方法。每秒1TB的速度,足以在一瞬间传输大约十几部两小时的4K高清电影,仅仅其中一条光缆,就可以同时保证数百万人观看视频或发送信息,而不会减慢速度。

美国电信市场调研公司TeleGeography的报告称,目前全球约有400至600条光纤电缆在世界海底纵横交错,总长140万公里,足以绕地球约35圈。

美国智库战略与国际问题研究中心在一份报告中解释说,如果没有这些铺设在全球海底的数百条光缆作为数据高速公路,现代社会早已习惯的5G网络、云计算、视频流、金融交易以及科研、外交等都不可能实现。

海底电缆在通信领域具有无与伦比的地位,铺设环境又决定了其经常受到海底洋流的冲击、海底物质的摩擦。因此,海缆的设计非常讲究,包括三大防护层:绝缘-屏蔽层、防护层以及铠装层。

由于海底光缆的全球网络已成形,因此少数几根光缆中断,数据可以通过其他线路传递,因此大多数人不会注意到一根海底光缆是否出现损坏——也许只是一篇文章的加载时间多了一两秒钟而已。

不过,那些对数据时间敏感性高的行业,海底光缆中断造成的影响就相当大了。

于梅君

责任编辑:于梅君