電氣時代 大西洋海底電纜鋪設的傳奇故事

塞勒斯·菲爾德運作的跨大西洋電纜 跨越12年歷經各種技術缺陷 政治博弈股市泡沫媒體狂歡 以及驚人的毅力和堅持 這位紐約富商青年得意早早就退休 他很快厭倦了無聊跑去南美洲探險 帶了頭美洲虎回來轟動了紐約 1854年,菲爾德結識了破產電報商吉斯伯恩, 他正試圖建設紐芬蘭到紐約的電報線, 得到歐洲船隻的一手消息後,再發到紐約。 菲爾德聽完介紹,盯著地球儀, 萌生了將線路延伸到英國的想法,從此,他找到了人生目標。 1855年,他參與成立美國電報公司, 第二年,大西洋電報公司在英國成立。 美國電報公司通過資產併購、增長迅速、 業務覆蓋美國東海岸和西聯並稱為電報業雙強 此時歐洲和北美已經建設了 十幾萬英里的電報網絡 通常採用康奈爾發明的單根導線和大地迴路的模式 導線與大地全程絕緣 康奈爾起初用棉布和蟲膠包裹銅線 後來人們發現導線可以裸露 空氣的絕緣性很好即便下雨只要不產生連續水流就行 但必須做好導線與電線杆的隔離 康奈爾發明瞭絕緣子 用兩塊玻璃夾住後，插到電線杆頂 它保證導線與木質電線杆絕緣，防止雨天短路 隨後出現傘狀結構，在暴雨天也不會出現連續水流 傘柄帶有螺紋空洞，方便固定 後來出現雙層傘裙和具有防雷功能的絕緣子 材料，由玻璃進化到陶瓷，逐漸成熟 如果是跨河，則需要架橋，或者是利用已有橋樑 把電線杆架到橋面上 但對於更寬的河流港灣 或者海峽 電線只能從水中穿過 這就涉及到水中的絕緣問題 人們曾嘗試過各種材料 橡膠會冷裂，瀝青焦油浸漬的棉紗會漏水 玻璃和陶瓷則沒法彎折 它們都無法同時滿足柔韌承壓和防水耐腐這兩種苛刻條件 1840年，醫生威廉 蒙哥馬利在馬六甲地區發現 當地土著使用從特定樹木流出的 乳白色汁液來製作刀柄、手杖和瓶塞 它常溫下很堅韌，加熱會變軟 冷卻後又很堅硬，這就是古塔膠 1843年，他將樣本寄給法拉第測試，發現其絕緣性能極佳 能夠對抗海水腐蝕和高壓滲透，是水下絕緣的理想材料 德意志維爾納西門子據此，在1847年發明出用 古塔礁包裹銅線的螺旋壓機進行了地脈電報的實驗 第二年第一次石勒蘇伊格戰爭爆發為了 防止丹麥軍艦偷襲西門子被派往基爾港在水下輻射了 古塔礁包覆的銅線用來引爆水雷這是最早的水下通電事件 古塔礁發現的當年 惠斯通就提出英法海底電報的構想 1848年英國佈雷特兄弟遊說拿破崙三世獲得實驗許可 1850年佈雷特兄弟用小拖船成功鋪設了 英吉利海峽電纜 這些銅電纜很簡陋外包古塔礁用鉛墜壓到海底 當天實現了英法之間的通訊給拿破崙三世發了賀電 但第二天線路就斷了通常說法是漁船的船矛掛起了 電線被漁民割走了 第二年佈雷特兄弟改進了電纜 用多古古塔礁絕緣銅線外包鐵絲纏繞角質而成 鋪設後運行平穩英法海底電報開始啟動 1851年後開始持續分紅 由此項目在前,菲爾德在倫敦順利募得35萬英鎊投資, 投資人相信海底電纜是能掙錢的, 大西洋電纜僅僅是把英法電纜加長80倍而已。 菲爾德組織了包括法拉第、 惠斯通和威廉湯姆遜在內的豪華科學顧問團,準備大幹一場。 1857年項目開始,英美各 一艘軍艦攜帶電纜出發。 媒體聲勢浩大兩艘強大戰艦跨洋盛世 英美國旗並列，被稱爲永久和平的紐帶 但鋪設僅開始一週，制動機構就出了故障 線纜失控滑入水中，無法接續，只好返航 這種把工程當慶典辦的事情，多半沒有好結果 鋪設速度、船速、水深和電纜張力之間的配合完全沒有經驗 制動機械設計爲恆速，遇到地形變化就失控 這次失敗把募集來的35萬英鎊賠光，公司命懸一線 唯一可稱道的是，威廉 湯姆遜全程做了信號測試，積累了寶貴的電氣數據 1858年第二次嘗試開始 這次改進了鋪設裝置 兩艦先在終點匯合 將兩段接上後再分開返航，鋪設各自的一半 雖然有風暴干擾，但整體還算順利 當年8月電纜正式開始啓用 但信號極微弱很難辨認，只能放慢速度 英國女王給美國總統的百字賀電 傳送了16小時，回信也花了十幾小時 但這畢竟是當日及時 紐約和倫敦開始大規模遊行慶祝 紐約三一教堂鐘聲齊鳴 波士頓費城放煙花 菲爾德成爲超級名人 報紙連篇累牘，電纜股票暴漲 但隨後信號就越來越弱，73天后完全中斷 這是毀滅性的打擊，媒體瞬間翻臉，諷刺漫畫鋪天蓋地 公司信譽掃地，融資斷絕 隨後美國內戰爆發，電纜計劃就此凍結 海底電纜無法像陸地那樣 幾十公里一箇中繼站，用繼電器來放大信號 信號必須一次性跑完全程，沒有能量補充 技術主管懷特豪斯給電纜加上高電壓 企圖解決衰減，卻擊穿了絕緣層，造成海水滲入 兩家廠商分段製造的電纜連接點先天薄弱 也是容易被擊穿的原因 約翰·湯姆遜教授和懷 特豪斯的觀點一直不同 他主張走低壓路線，提出電容效應原理 信號衰減不是因爲電阻，而是電纜的金屬芯與 導體海水構成電容，會起到削峯填谷的作用 抹平信號脈動，湯姆遜發明了 高精度檢流計，信號電流使懸掛的微小鏡片偏轉 利用光槓杆原理將微小偏轉放大爲牆上的移動光斑 操作員可以直觀看到，極大提高了接收端的靈敏度 此時內戰炮火連天，美國電報公司的網絡遭到嚴重破壞 西聯卻越來越強，菲爾德逆風堅持，保住專利 資產和核心團隊不散夥，還爭取到英美政府的補貼承諾 把項目變成半官方的國家工程，前提是電纜必須建成 隨着內戰接近尾聲，1864年公司重組後重啓 採用湯姆遜的技術路線，即採用低電壓和精密接收 電纜整體製造,股東們決定再信菲爾德一次, 再賭一把,菲爾德還看上了大東方號, 這艘3萬多噸的巨船是當時的技術奇蹟, 卻也是商業災難,他一直在賠錢,正在破產拍賣。 菲爾德以包租方式接手了這條船 拆掉六臺鍋爐中的兩臺和一座煙囪 騰出空間做電纜艙 一次性裝下7000噸的電纜 不用分成兩段 這艘船彷彿天生是為鋪設電纜而生的 7月工程開始 開局近乎完美 連續十幾天工作正常 船上一片樂觀 但就在最後幾天 電纜斷裂沉入大海 有觀點認為是船上突出物 刮傷電纜信號異常 工程師檢查時電纜被張力拉斷 這是最接近成功的一次慘敗 媒體再次狂歡式嘲諷 公司被迫破產重組 這幾乎耗盡了公眾的信心 很多人認定海底 電纜是不可能的 包括菲爾德的競爭對手 西聯的決策人西布利 他決定改走陸路 線路經阿拉斯加和白令海峽 橫穿西伯利亞後連接歐洲 總長度超過1萬英里 1864年,西布利訪問俄羅斯, 受到沙皇亞歷山大二世的極高禮遇。 林肯總統也給予支持,調撥海軍協助。 1865年項目啟動,人們向高緯度地區進發。 沿途氣候極寒,地質複雜,施工時間很短, 工人們必須在凍土上生火,融化地面後才能挖坑立竿, 運輸只能依靠狗拉雪橇,條件極其惡劣。 菲爾德成功後,西布利的陸路項目失去了意義, 隨後終止,它被稱為成功的失敗, 探險隊系統考察了阿拉斯加的自然礦產資源, 這些數據直接推動了1867年美國購買阿拉斯加, 從俄國得到這塊蘊藏無盡資源的大陸, 項目留下了約600英里電報線路, 稱為柯林斯電報小路,是當時淘金熱的重要通道, 一些投資者轉向西聯的大陸電報股票,菲爾德面臨絕境。 他毅力驚人再次籌款 他的本事確實了得 總是能說服資本界和科學界陪他再來一次 1866年7月大東方號改進了船尾出纜裝置 再次出航 這回全程低速恆定張力鋪設 湯姆遜團隊全天監控電纜信號 所有人都緊張萬分 好在沒有再出意外 電纜一次鋪設成功 大洋兩岸順利開展商業運營 消息傳出輿論扭轉投資人 一片歡騰故事沒有結束 一個月後大東方號再次出發打撈上一年的斷裂電纜 菲爾德論證後發現斷裂點位於深海平原 纜體平躺打撈是有可能的 船隊用抓鉤反覆拖曳多次抓到又滑脫 一個月後終於成功撈起 接上斷點恢復了通信這下容量翻倍雙喜臨門 大西洋電報公司的股票大漲菲爾德還清了舊債大賺了一筆 報紙稱讚他為堅韌不拔的民族精神典範 維多利亞女王給菲爾德發了個人賀電 威廉·湯姆遜提出電容理論開創了 信號傳輸學被女王封為開爾文勛爵 20年後奧利弗海維塞在湯姆遜電容模型上加入了電感 完善了傳輸方程為後續通訊系統的設計奠定了理論基礎 此後海底電纜以驚人的速度在全球蔓延 1870年歐洲到印度的遠東線路啟用 1871年新加坡至香港段接通 第二年澳大利亞接入 1874年巴西到歐洲的電纜開通 逐漸延伸到南美洲的東西海岸 1879年南非與歐洲的線路啟用 到19世紀末 跨大西洋電纜已增至15條 20世紀人類開始跨越太平洋 1902年英國完成從加拿大經斐濟連接新西蘭和澳大利亞 沿線都是英國殖民地，史稱全紅線 第二年美國連接了舊金山到夏威夷 隨後延伸至東京和上海 此時海底電纜總長 達到36萬公里 全球網絡基本成型 英國憑藉技術和金融優勢 控制了全球約六成的海底電纜 倫敦成為金融中心和信息樞紐 20世紀中後期 全球網絡又經歷了電話和光纖的兩次重構 東方號 作為電纜船 迎來十年的高光時期 但收入有限 後來又改成客船 音樂廳 皮安館 展覽館 甚至是浮動廣告牌 在1890年被拆解 這艘技術上 劃時代的倒黴大船 從來沒有盈利過 連拆解它的人都虧本 這在船舶史上是很少見的 大東方號被拆解兩年後，菲爾德去世 跨洋電纜成功的當年，西聯合並了美國電報公司 菲爾德所持股份的價值大漲，達到聲譽和財富的最高點 不過他的人生就像拋物線，1887年金融恐慌來臨 菲爾德的鉅額財富被華爾街股市吞噬 五年後鬱鬱而終，菲爾德被稱爲大西洋電纜之父 他歷經12年，橫渡大西洋30餘次 四次重大失敗瀕臨絕境但依然堅持 這種百折不撓的毅力是他最動人的品質 他的一生是對遠見毅力和組織力的最好詮釋