כבל תקשורת תת-ימי

כֶּבֶל תקשורת תת-ימי הוא כבל תקשורת המונח על קרקעית הים כדי לחבר בין שתי נקודות שאין ביניהן חיבור נוח או אפשרי ביבשה.
הכבל התת-ימי הראשון הונח בין אנגליה לצרפת בשנת 1850 ושימש להעברת טלגרף בלבד, הכבל כלל גיד אחד ומעטפת. כשלושה ימים לאחר שהונח בים נקרע הכבל על ידי סירת דייגים. מאז הונחו כבלים תת-ימיים המכילים מספר רב יותר של גידים ואפשרו נפח תקשורת גדול יותר.
בשלב הבא השתמשו בכבלים קואקסיאליים, המכילים גיד מרכזי (ציר) ומעטפת (סיכוך). כבלים אלו העבירו תדר מאופנן הנושא עליו מידע בשיטת חלוקת תדר (FDM). מאוחר יותר העבירו בכבלים מידע בשיטת ריבוב בחלוקת זמן (TDM), שהייתה יעילה יותר ופתרה בעיות של רעשי רקע ועוצמות שמע בלתי יציבות.
בעקבות התפתחויות הטכנולוגיות, עברו לשימוש בסיבים אופטיים, המשמשים לתקשורת עד היום. לסיבים האופטיים יש יתרון גדול על פני השיטות הישנות, כיוון שכמות המידע שניתן להעביר באמצעות זוג סיבים גדולה בהרבה מכמות המידע שניתן להעביר באמצעות כבלי נחושת.
לרוב, הכבל התת-ימי מכיל משחזרים לאורכו בתוך הים כדי להעביר את האות האופטי ברמה טובה מקצה לקצה. המשחזרים מוזנים חשמלית מספקי כוח הנמצאים בקצוות הכבל (ביבשה).
ישראל נעזרת במספר כבלים תת-ימיים לתקשורת בינלאומית עם מדינות אירופה ואמריקה. תעבורת האינטרנט מישראל לאירופה ואמריקה עוברת בצמד הכבלים התת-ימיים של חברת בזק ו-C.I.O.S וגם דרך "מד נאוטילוס" וטמרס טלקום.
כיום נעשה שימוש רב בכבלים תת-ימיים, כיוון שהתחליף היחיד – לוויינים – אינו יכול להעביר את כמות המידע הנדרשת. בנוסף, היות שאורך הכבלים קצר בהרבה מהמרחק שצריך שידור לווייני לעבור (מכדור הארץ לחלל ובחזרה) – השימוש בכבלים אופטיים תת-ימיים מאפשר תקשורת מהירה וללא זמן השהיה משמעותי. כבלים תת-ימיים גם בטוחים יותר משידור אטמוספירי של מידע, ולכן פעמים רבות מידע העובר בהם אינו צריך להיות מוצפן או מקודד.
בנוסף לתקשורת נתונים נעשה שימוש בכבלים תת-ימיים להעברת חשמל (כבל חשמל תת-ימי). כמו כן ניתן להניח כבלים תת-ימיים קטנים בתוך בריכות חקלאיות או בריכות אחרות, במידת הצורך.

היסטוריה של כבלי התקשורת המוקדמים

המצאת הטלגרף גררה שינוי תודעתי באופן הפצת חדשות (שהגיעו לממדים חדשים), מסרים פרסומיים ומחקרי שווקים. עם התפתחות הטלגרף, התעצם הביקוש לקווים שיכולים לחצות נהרות, ימים ואפילו אוקיינוסים.
בשנות ה-40 למאה ה-19, מורס, וייטסטון ואחרים התנסו בכבלים תת-ימיים שאוטמו באמצעות זפת, אך במהרה הבינו את הצורך בחומר בידוד טוב יותר עבור טלגרפיה תת-ימית.
כשהחומר המדובר, שהוא לטקס טבעי אשר נקרא גוטה-פרצ'ה, הופיע לראשונה באנגליה בשנת 1843, פאראדיי ואחרים ציינו שהוא מבדד חשמלי טוב שניתן להשתמש בו לבידוד כבלים. בגרמניה, סימנס השתמש בו כדי לבדד כבלי טלגרף תת-קרקעיים אשר חיברו בין ברלין ופרנקפורט.
החומר הוכיח את יעילותו גם בכבלים תת-ימיים, תחילה עם הכבל שהניחה חברת הטלגרף התת-ימי בתעלת למאנש ב-1851.
ניסיונות רבים לחבר בין קצוות שונים בעולם נכשלו, ואלו שהצליחו, אפשר לייחס את הצלחתם למזל מאשר להבנה של הבעיות הכרוכות באתגר.

היסטוריה של הטלגרפיה הטרנס-אטלנטית

בשנות ה-50 של המאה ה-19 החריף הביקוש להעברת מידע בצורה מהירה אל מעבר האוקיינוס האטלנטי, במיוחד מידע אודות מחירי גרעינים וכותנה.
סיירוס פילד, סוחר אמיד וצעיר מניו-יורק, ראה את היתרונות (ואת הרווחים) בהנחת כבל תת-ימי באורך 2000 מייל אשר יחבר בין ניופאונדלנד לאירלנד, עם חיבורים בקצוות לניו-יורק ולונדון. 
פילד הבין במהרה שהמימון והמומחיות אשר נחוצים לו נמצאים מעבר לאוקיינוס, בבריטניה. בשנת 1856 הקים פילד את חברת הטלגרף האטלנטי בלונדון.
לא מעט ספקות אפפו את רעיון הכבל האטלנטי, עם חששות רבים שהגיעו מכיוון הדעיכה של האות החשמלי, תופעה שהתגלתה לראשונה כמה שנים לפני כן, בעת הנחת הכבל התת-קרקעי והתת-ימי הראשונים, ותוארה על ידי מייקל פאראדיי בשנת 1854. לתופעה היה קשר ישיר עם אורך הכבל, דבר אשר הטיל ספקות לגבי כמות ההודעות שניתן להעביר ביום כדי להצדיק את עלויות הכבל התת-ימי.
סימנס הבחין בתופעת הדעיכה המדוברת כבר בשנת 1849, ולדבריו, הדבר הוביל אותו להתייחס ברצינות לרעיונותיו של פאראדיי בנוגע לחומרים דיאלקטריים ומוליכות חשמלית. הכבלים התת-קרקעיים של סימנס נכשלו אחרי שנה או שנתיים, בעיקר אחרי שהחומר המבודד נהפך ללא יעיל.
בשנת 1854, וויליאם תומסון, שהחשיב את הטלגרפיה כחלק אינטגרלי מהפיזיקה המתמטית, שילב את הרעיונות של פאראדיי לגבי הולכה חשמלית עם משוואות שהגיעו מתאוריית העברת החום כדי לייצר תאוריה מתמטית המתארת איך פעימות של זרם חשמלי נעות לאורך כבלים.
תומסון הראה שתופעת הדעיכה בכבל היא פרופורציונלית לתכונות ההתנגדות והקיבול של הכבל המדובר, והתופעה תהיה מינימלית בכבל נחושת עבה שנאטם בשכבה עבה של גוטה-פרשה. כמו כן, התאוריה של תומסון טענה שהתופעה אמורה לגדול ביחס לריבוע אורך הכבל.
פילד החליט לשכור את וויטהאוס, מנתח אנגלי שביצוע ניסויים חשמליים היה לו לתחביב ובין היתר התנגד לתאוריה של תומסון והאמין בחשיבות של הפרדת התאוריה מהמעשיות, לתפקיד החשמלאי הראשי של החברה.
בדצמבר 1856, משקיעים בחרו בתומסון שיצטרף למועצת המנהלים של חברת הטלגרף האטלנטי.
פילד, שהיה בלחץ זמנים, הזמין 2000 מיילים של כבל יחסית דק, שנבדק בצורה פשוטה על ידי וויטהאוס – שאישר את כשירותו. הכבל הושאר במשך חודשים תחת כיפת השמים, דבר אשר זירז את תהליך ההתדרדרות של השכבה המבודדת של הכבל.
באוגוסט 1857 התחיל תהליך הנחת הכבל, אך 300 מייל מהחוף, הכבל נקטע. אחרי שלושה ניסיונות כושלים נוספים ביוני 1858, הוחלט על ניסיון אחרון ביולי של אותה שנה. הפעם, הכל הלך כשורה, ובאוגוסט 1858, הנחת הכבל האטלנטי הראשון הושלמה.
בעת שליחת ההודעות הראשונות, הבחינו המפעילים בהשהיה בין שליחה וקבלת ההודעות.
בתחילת ספטמבר, הכבל חדל לעבוד. הציבור הרחב החשיב את הטלגרפיה הימית ככישלון טכנולוגי, דעה שהתעצמה בשנת 1860, כאשר קרס הכבל תת-ימי שהונח על ידי הממשלה הבריטית בים האדום כדי לחבר את הודו. הכשלונות הללו הובילו להקמתה של הוועדה המשותפת לבחינת הטלגרפיה התת-ימית, כשמסקנות מהדו"ח של הוועדה המשותפת בשנת 1863 הנחו את פיתוח הכבלים עבור הניסיונות הבאים. 
בשנת 1865, התבצע ניסיון נוסף להנחת הכבל האטלנטי כשויליאם תומסון משמש כיועץ מומחה. לקראת אמצע הדרך, הכבל נקטע וטבע שני מיילים אל תוך הים. ניסיון נוסף להנחת הכבל התבצע ביולי 1866, ניסיון שעבר בהצלחה, כשעל הדרך, חוברו יחדיו קצוות הכבל שנקטע שנה לפני כן.
בספטמבר 1866, שני כבלים תת-ימיים חיברו את אירופה וצפון אמריקה, קשר שלא נותק מאז.

הוועדה המשותפת לבחינת הטלגרפיה התת-ימית

בשנת 1859, חברה חברת הטלגרף האטלנטי לממשלה הבריטית בהקמת ועדה משותפת שמטרתה הייתה לבחון את הסוגיה של טלגרפיה ימית. הוועדה שמה בראש מעיינותיה לפתח את הבסיס הטכנולוגי שישמש את הניסיונות הבאים על ידי חקירת הכשלונות של ניסיונות העבר.
בין הממצאים של הוועדה, נטען שהאשם בכישלונות של 1858 הוא וייטהאוס, כשטענה שהשיטות שלו אינן מדעיות מספיק (כשבין היתר, הוא החשיב את סוגיית הטלגרפיה הימית כבעיית סילומיות), כשמצד שני היא ציינה לטובה את עבודתו של תומסון כהוכחה לאופן שבו מדע יכול לתרום להצלחתה של הטלגרפיה הימית.
הדו"ח של הוועדה המשותפת המריץ עבודה מדעית בתחום, ובמיוחד את הקמתה של הוועדה הבריטית לסטנדרטים חשמליים, בהנהגת תומסון, מקסוול וג'נקין, שפיתחה, בין היתר, את היחידות החשמליים (אוהם, וולט ואמפר), שעדיין בשימוש כיום.
כמו כן, הדו"ח הצביע על הכיוון של הנדסה טלגרפית, תחום שיכול להתפתח בעזרת כמויות המידע שנצברו מניסיונות העבר ואת השילוב בין תאוריה למעשיות שיכולים לעזור בתכנון כבלים לצרכים ותנאים שונים.