Могут ли подводные кабели спасти вас от цунами?

Подводные кабели могут помочь обнаружить стихийные бедствия (фото: Vismar UK/Shutterstock.com)

Волоконные датчики чувствительны к температуре, деформации и механическим возмущениям, что позволяет использовать такие методы, как фазовая интерферометрия, поляризационная интерферометрия, а также рассеяние Рэлея, Бриллюэна и комбинационного рассеяния света. Оптические волокна, которые существуют в небе, под землей и на дне океана в виде оптических сетей, не только соединяют людей, но и могут предложить уникальные возможности для измерения на обширных территориях, где традиционные измерения часто затруднены или невозможны.

Во многом благодаря телекоммуникационной отрасли использование оптических волокон получило широкое распространение, но в последние годы способность волоконно-оптических кабелей воспринимать факторы окружающей среды стала более очевидной. В настоящее время между этими сетями мало дублирования. Недавно были предприняты усилия по объединению их инфраструктуры, чтобы обеспечить преимущества в затратах и ​​покрытии для обоих секторов.

«Параллельно с оптической связью существует целая область волоконного зондирования. Причина очень проста: то же волокно, которое мы любим для телекоммуникаций, на самом деле является отличным датчиком», — сказал Микаэль Мазур из Nokia Bell Labs во время презентации на конференции OFC в Сан-Диего в марте.

Попытка объединить телекоммуникационные и сенсорные сети принесет преимущества обеим сторонам. Телекоммуникационная отрасль могла бы повысить надежность своих сетей и предотвратить будущие сбои в работе. А отрасли могли бы расширить зону покрытия или включить зондирование в тех областях, где это пока невозможно, например, где стоимость прокладки кабелей непомерно высока.

«Мне хотелось бы думать, что это может стать прекрасной возможностью позволить волоконно-оптическим системам связи играть гораздо большую роль в нашем обществе, чем сегодня, не только передавая данные, но и предоставляя нам возможность получать в реальном времени информацию по всему миру. дорожная карта того, что происходит», — сказал Мазур.

В подводной сфере было проведено множество исследований по использованию телекоммуникационных сетей для целей зондирования окружающей среды. В 2022 году группа ученых из Национальной физической лаборатории (НПЛ) продемонстрировала новую технику преобразования подводных силовых и телекоммуникационных кабелей в массивы датчиков окружающей среды.

Предыдущая работа NPL в 2018 году показала, что подводные кабели можно использовать в качестве датчиков для обнаружения подводных землетрясений с помощью сверхстабильных интерферометрических методов. Однако один кабель мог действовать только как одиночный датчик, и измерения ограничивались лишь комплексными изменениями по всей длине кабеля. Новое исследование демонстрирует, как некоторые кабели можно превратить в массив датчиков, а не в один датчик.

Команда под руководством NPL, в которую вошли исследователи из Эдинбургского университета, Британской геологической службы, Национального института метрологики (INRiM) и Google, протестировала эту технику на межконтинентальной подводной оптоволоконной линии длиной 5860 км между Великобританией и Канадой. Они продемонстрировали обнаружение землетрясений и океанских сигналов, таких как волны и течения, на отдельных промежутках между ретрансляторами, разбросанными по всей трансатлантической связи. Оптическое волокно в каждом пролете выступало в качестве датчика, вдоль кабеля было установлено до 12 датчиков. Будущие обновления увеличат это число до 129. Важно отметить, что данные с этих датчиков можно записывать непрерывно и в режиме реального времени. Кабельный массив датчиков может определять эпицентральную зону землетрясений так же, как наземные сейсмометры.

Считается, что, применив этот новый метод к существующей сети подводных кабелей, огромные и в настоящее время неконтролируемые районы океана потенциально могут быть оснащены тысячами постоянных датчиков окружающей среды, работающих в режиме реального времени. Это могло бы эффективно превратить подводную телекоммуникационную инфраструктуру в гигантский массив геофизических датчиков. Интеграция этого подхода с существующими сетями на основе сейсмометров может обеспечить потенциал для существенного расширения глобальной инфраструктуры мониторинга землетрясений от суши до морского дна, где в настоящее время установлено лишь несколько постоянных сейсмометров.