Bí mật cáp quang giấu dưới lòng đại dương

Dù các kết nối vệ tinh ngày càng được nhắc đến nhiều, cáp ngầm dưới biển vẫn là phương tiện truyền thông và thương mại chính của toàn cầu. Hệ thống cáp quang biển cung cấp hơn 99% lưu lượng kết nối Internet giữa các lục địa. TeleGeography, công ty theo dõi hoạt động kinh doanh cáp quang cho biết, toàn thế giới hiện có 552 tuyến cáp vượt biển, nhiều tuyến khác vẫn tiếp tục được lên kế hoạch vận hành.

Những hãng công nghệ khổng lồ như Meta, Microsoft, Amazon và Google không chỉ là người gác cổng Internet mà còn đang điều hành mạng lưới thần kinh của Internet khi nắm trong tay hệ thống cáp xuyên Đại Tây Dương có tên Amitié, có thể truyền tải 400 terabit dữ liệu mỗi giây, nhanh gấp 400.000 lần so với băng thông rộng tại một gia đình. Ước tính, chi phí lắp một dây cáp xuyên Đại Tây Dương khoảng 250-300 triệu USD.

Từ sản xuất dây thừng đến kinh doanh cáp quang

Nhà máy sản xuất cáp quang biển nổi tiếng bậc nhất hiện nay là SubCom. Công ty này có mặt trên thị trường từ những năm 1800, bắt đầu bằng việc sản xuất dây thừng. CEO SubCom David Coughlan cho biết: "Khi đó hầu hết dây thừng được dùng trong ngành vận hành tàu biển. Một nhà máy bên cảng nước sâu có khả năng ra khơi nhanh và có kinh nghiệm trong việc quấn dây là tất cả những gì cần thiết để một công ty về dây thừng chuyển sang cáp quang".

Ngày nay, những sợi cáp tốc độ cao có thể truyền trung bình 250 terabit dữ liệu mỗi giây. Tuy nhiên, công nghệ nền tảng của kết nối này vẫn được dùng từ thập niên 1800. Kỹ sư Werner Siemens và các nhà khoa học đã tìm ra cách đặt cáp điện dưới sông, vắt qua eo biển Manche và biển Địa Trung Hải.

Ban đầu, nhiều sợi cáp quang không chịu được sức ép nên đã bị xé toạc. Dự án cáp xuyên Đại Tây Dương đầu tiên đi vào hoạt động vào năm 1858. Khi đó, sợi cáp chỉ truyền đi hơn một từ mỗi phút và nhanh chóng thất bại.

Sau đó, các nhà khoa học phát hiện độ tinh khiết cao của đồng có thể cải thiện khả năng truyền tín hiệu, lớp vỏ bọc chắc chắn hơn có thể giúp giảm đứt cáp, bộ lặp được lắp đặt định kỳ dọc theo cáp giúp tăng cường kết nối tín hiệu và lớp cách điện polyetylen thay thế vật liệu giống cao su trước đó có thể thu hoạch từ một loài cây tên gutta-percha.

Những phát minh này tạo nên bước ngoặt lớn đầu tiên của ngành công nghiệp cáp. Những cuộc gọi điện thoại xuất hiện, thay thế tin nhắn điện báo. Một tuyến cáp xuyên Đại Tây Dương được lắp đặt năm 1973 có thể xử lý 1.800 cuộc hội thoại cùng lúc. Năm 1988, AT&T lắp tuyến cáp xuyên Đại Tây Dương đầu tiên sử dụng sợi quang thủy tinh thay vì dây đồng. Cải tiến này giúp tăng số cuộc gọi cùng lúc lên 40.000.

Cáp quang biển sợ gì nhất?

Không phải cá mập hay thiên tai, cáp quang biển sợ nhất là những tác động từ con người. Nó được thiết kế để ngăn nước mặn ăn mòn, nhưng không thể chống lại sự tàn phá của con người. Tàu thuyền là một trong những rủi ro chính khiến cáp bị đứt, đặc biệt ở nơi có mật độ tàu thuyền neo đậu thường xuyên.

TeleGeography cho biết việc lắp đặt cáp ngầm vô cùng khó khăn. Tuy nhiên, cứ sau khoảng ba ngày lại có một tuyến bị cắt. Thủ phạm chính, chiếm 85% vụ đứt cáp, là thiết bị đánh cá và tàu thuyền neo đậu. Các con tàu thường thả neo để vượt qua cơn bão, nhưng bão lại đẩy thuyền di chuyển liên tục kéo theo neo sắt dưới đáy biển cũng bị xô lệch và va vào cáp quang.

Frank Rey, lãnh đạo hệ thống kết nối mạng siêu tốc của Microsoft, cho biết hầu hết đứt gãy của cáp xảy ra ở khu vực nước nông, gần đất liền. Ở đó, cáp được bọc trong "bộ giáp" kim loại nhưng vẫn không đủ an toàn trước những tác động từ tàu thuyền đánh cá.

Những tác động khác khiến cáp quang gặp sự cố là động đất, lở đất. Biến đổi khí hậu do con người gây ra đang tạo ra nhiều cơn bão cực đoan hơn.

Các nhà khai thác cáp có thể xác định chính xác vị trí cáp bị đứt, nhưng tàu sửa chữa thường phải chờ giấy phép của chính phủ mới có thể tiến hành khắc phục. Rey cho biết trung bình mỗi lỗi cần từ hai đến bốn tuần sửa chữa.

Cáp quang - đích ngắm của tấn công quân sự

Không đơn thuần là công cụ truyền tải Internet, nhiều trường hợp cáp quang còn nằm trong tầm ngắm của tấn công vũ trang. Thủ tướng Anh Rishi Sunak từng nói cáp quang biển không thể thiếu nhưng nó chưa bao giờ được an toàn.

Trong báo cáo năm 2021, CNAS, nhóm chuyên gia cố vấn về an ninh quốc gia lưỡng đảng của Mỹ, cũng kết luận rằng cáp ngầm dưới biển rất dễ tổn thương trước các cuộc tấn công quân sự. "Sự cố cáp quang có thể khiến các chiến lược gia, chính phủ mất tập trung, thậm chí đưa ra quyết định nhầm lẫn do phải ứng phó với việc đột ngột mất kết nối Internet", Chris Dougherty, thành viên cấp cao của CNAS, nêu trong báo cáo.

Nhiều quốc gia hiểu vai trò tiềm ẩn của sợi cáp ngầm trong đại dương lớn hơn nhiều so với nhiệm vụ kết nối thông thường. Nó thậm chí có thể biến thành một mặt trận mới.

Mạng lưới ngầm dưới đáy đại dương

Do tầm quan trọng và đặc tính dễ tổn thương của cáp biển, một cuộc đua nhằm tự chủ đường truyền Internet không chỉ diễn ra ở quy mô các tập đoàn công nghệ mà còn là chiến lược của nhiều quốc gia. Khi một cơn bão ập đến Đại Tây Dương, hầu hết cáp quang qua vùng biển này sẽ bị ảnh hưởng. Các nhà khai thác không bao giờ được để trứng chung một giỏ và thường dự phòng nhiều tuyến khác nhau. Trong trường hợp một tuyến nào đó bị lỗi, sẽ có tuyến khác đưa vào để ứng cứu.

Công nghệ phân nhánh cũng đang trở thành đáp án phù hợp với những điều kiện địa lý khác nhau của từng khu vực. Thay vì chạy một tuyến cáp từ điểm đầu nối điểm cuối, các nhà khoa học tìm ra phương án cho phép cáp quang có thể phân nhánh ở nhiều quốc gia.

Tuyến Sea-Me-We 6 mới từ Pháp đến Singapore được thiết kế để kết nối với 17 quốc gia khác. Một số tuyến mới cũng đang được xây dựng để kết nối châu Âu, châu Phi, Trung Đông, châu Á, châu Mỹ và nhiều quốc đảo, cho phép một mạng lưới cáp ngầm theo sơ đồ phân nhánh rộng khắp dưới lòng đại dương.

Một bí mật khác của cáp quang là có thể dẫn truyền Internet thông qua đường dẫn khí thay vì sợi thủy tinh. Tháng 12/2022, Microsoft đã mua lại Lumenisity - công ty đang phát triển sợi rỗng với một ống khí nhỏ ở giữa. Tốc độ ánh sáng trong không khí nhanh hơn 47% so với trong thủy tinh, giúp giảm độ trễ, vốn là giới hạn chính của hiệu suất mạng.