Ein Kabel verband Europa und Amerika, und die Geschichte der menschlichen Kommunikation hat sich seitdem verändert

Eine Welt ohne Mobilfunk und Internet ist heute nicht mehr vorstellbar. Rückblickend auf die Geschichte ist dies das Ergebnis der gemeinsamen Anstrengungen mehrerer Generationen von Wissenschaftlern, Ingenieuren und Unternehmern. Viele Wissenschaftler haben in der Geschichte ihre Spuren hinterlassen, und der Aufbau von Industrien ist untrennbar mit der „Betreiberschaft oder Organisation abenteuerlicher Unternehmungen“ verbunden – das ist die ursprüngliche Bedeutung des Begriffs Unternehmer. Dieser Artikel erzählt hauptsächlich die legendäre Geschichte des Aufbaus der transatlantischen Kommunikation (die drahtlose Kommunikation wird im nächsten Artikel vorgestellt) und würdigt den nie nachlassenden Geist der Wissenschaftler und Unternehmer.

Geschrieben von Yang Weifeng (Radiomanagement-Praktiker), Wang Feng (Außerordentlicher Professor an der Hebei Science & Technology Normal University)

Große Ideen sind oft wie Märchen

Seit den 1760er Jahren hat die von Großbritannien initiierte Industrielle Revolution die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sowie die Anhäufung von Reichtum enorm gefördert. Mit der Entwicklung des Elektromagnetismus und der Anwendung der drahtgebundenen Telegrafentechnologie hatten sich bis Mitte des 19. Jahrhunderts drahtgebundene Telegrafenleitungen in ganz Europa, Asien und Nordamerika verbreitet, was die Kommunikationskosten erheblich senkte. Handelsschiffe aus Europa reisten häufig zwischen der Ost- und der Westküste des Atlantischen Ozeans hin und her, um den nordamerikanischen Kontinent zu erreichen. Damals dauerte eine einfache Reise noch etwa 10 Tage. Eine zeitnahe Kommunikation zwischen beiden Seiten war äußerst wichtig und das transatlantische Kommunikationsgeschäft bot enorme Geschäftsmöglichkeiten.

Im Januar 1854 reiste Frederick Newton Gisborne nach New York, um Unterstützung zu suchen, nachdem sein Unternehmen beim Verlegen eines Telegrafenkabels von Neufundland in die Vereinigten Staaten wegen unzureichender Mittel bankrott gegangen war. Er wandte sich an Cyrus West Field, einen jungen amerikanischen Tycoon, und schlug vor, Geld für den Bau einer Telegrafenleitung zwischen St. John’s, Neufundland und New York, USA, zu sammeln. Field jedoch, der eine umfassendere Vision hat, ist der Ansicht, dass es nicht kosteneffizient ist, in dieses Projekt zu investieren, nur um die Kommunikationszeit pro Tag zu verkürzen. Würde man ein Kabel von Irland nach Neufundland verlegen, würde sich die Kommunikationszeit um mehr als nur ein paar Tage verkürzen – dieses Kabel würde Europa und Nordamerika verbinden und das Projekt wäre von außerordentlicher Bedeutung. Damit war die Idee einer transatlantischen Telegrafenkommunikation geboren.

Field hatte sein Vermögen in der Papierindustrie gemacht und war ein absoluter Laie im Telegrafengeschäft. Zu seinem Glück wusste er zunächst fast nichts über die Wissenschaft und Technologie, die mit dem Projekt verbunden war. Tatsächlich war es gerade die Tatsache, dass er es nicht verstand, der ihn davon abhielt, diese großartige Idee aufzugeben – in den Augen anderer war sie bloß eine Fantasie und eine unmögliche Aufgabe.

Dieses beispiellose internationale Kooperationsprojekt ist nicht nur mit zahlreichen politischen, wirtschaftlichen, militärischen, diplomatischen und anderen Faktoren verbunden, sondern steht auch vor zahlreichen wissenschaftlichen, technologischen, prozessualen und materiellen Herausforderungen. Zu dieser Zeit war die terrestrische Telegrafenindustrie bereits im Aufschwung und in Europa und den USA waren bereits mehrere kürzere Unterseekabel verlegt worden. [Anmerkung: Im Jahr 1851 verlegte John Watkins Brett das erste Unterseekabel über den Ärmelkanal und verband damit das Vereinigte Königreich und Kontinentaleuropa. 】Das längste in Betrieb befindliche Unterseekabel ist nur 177 Kilometer lang und seine Tiefe überschreitet nicht 550 Meter. Das über den Atlantik verlegte Kabel ist mehr als 3.200 Kilometer lang und bis zu 4.750 Meter tief. Die großen Entfernungen transatlantischer Kabel stellten für die Kommunikation einige einzigartige Herausforderungen dar, insbesondere weil die Übertragungstheorie und das Kabeldesign weiterhin umstritten waren. Die Schwierigkeit ist vergleichbar mit der, als jemand 1957 sah, wie die Sowjetunion den ersten künstlichen Satelliten startete, und ein Team zur Erforschung des Mondes zusammenstellen wollte.

Glückliche Menschen erhalten wertvolle Unterstützung

Samuel Morse, der Erfinder des Morsecodes und Pionier beim Bau von Überlandtelegrafenleitungen in den Vereinigten Staaten, hatte bereits 1843 die Vision einer Telegrafenleitung über den Atlantik. Als Field ihn nach seiner Meinung fragte, unterstützte er die Idee begeistert. Obwohl Morse in der Telegrafenbranche bereits einen guten Ruf hatte, war er eigentlich gelernter Maler und verfügte nicht über fundierte theoretische Kenntnisse der Elektrizität. Field bat außerdem schriftlich den amerikanischen Ozeanographen und Marineoffizier Matthew Fontaine Maury um Rat. Dieser war der Ansicht, dass sich das unterseeische Plateaugelände zwischen Neufundland und Irland sehr gut für die Verlegung von Unterseekabeln eignete und lieferte ihm genaue Daten zur Kartierung der Ozeane. Das ist ein großer Schub für Field!

Im Jahr 1854 überzeugte Field, der fest entschlossen war zu gewinnen, vier weitere reiche Leute, dem sogenannten „Kabelkabinett“ beizutreten, das aus Unternehmern, Investoren und Ingenieuren bestand. Die fünf Männer beschlossen, 1,5 Millionen Dollar aufzubringen, um sie in diesen guten Zweck zu investieren. Damals war das eine schwindelerregende Summe (die gesamten Ausgaben der Bundesregierung lagen in diesem Jahr bei knapp über 58 Millionen Dollar), doch später stellte sich heraus, dass die Summe bei weitem nicht ausreichte. Sie übernahmen die Newfoundland Telegraph Company von Gisborne, übernahmen ihre Schulden in Höhe von 50.000 Dollar und gründeten die New York, Newfoundland and London Telegraph Company. Das Parlament von Neufundland hoffte, dass dieses Projekt die wirtschaftliche Entwicklung Neufundlands ankurbeln würde, und erteilte dem Unternehmen daher umgehend eine Konzession für die Dauer von 50 Jahren, Telegrafenleitungen auf der Insel Neufundland zu betreiben. Im Jahr 1855 gründeten diese Investoren die American Telegraph Company und begannen mit der Übernahme anderer Unternehmen zur Integration. Im Oktober 1856 gründete Field in London die Atlantic Telegraph Company (ATC). Nachdem das Unternehmen im Vereinigten Königreich eine Finanzierung und Unterstützung von der amerikanischen und britischen Regierung erhalten hatte, begann es 1857 mit der Verlegung des ersten transatlantischen Telegrafenkabels.

Im Mai 1895 malte der berühmte amerikanische Porträtmaler Daniel Huntington „Die Planer des Atlantikkabels“ (Cyrus W. Field ist der Zweite von rechts) für die Handelskammer des Staates New York. Die Leinwandgröße beträgt 87 x 108¼ Zoll. Bildquelle: Sammlung des New York State Museum.

Misserfolg ist die Mutter des Erfolgs

Fields feste Entschlossenheit und starke Ausführung waren die Kernelemente seines Erfolgs, aber der überhastete Projektstart erwies sich als der größte Fehler des gesamten Projekts. Zu diesem beispiellosen Projekt waren die Meinungen der Elektroingenieure und der Theoretiker damals unterschiedlich und es gelang ihnen nicht, einen Konsens zu erzielen. Der Bau hätte nach bestandener Machbarkeitsprüfung durchgeführt werden sollen, doch die Geschäftsführung traf ihre Entscheidungen hauptsächlich auf der Grundlage von Zeit und Geschwindigkeit.

Da Meerwasser leitfähig ist, erhöht sich die Kapazität eines Telegrafenkabels beim Eintauchen in Meerwasser um etwa das Zwanzigfache und die Signalübertragungsgeschwindigkeit wird erheblich reduziert, was zu Kommunikationsverzögerungen führt. Eine Gruppe unter der Leitung von Morse, dem britischen Physiker Michael Faraday und dem ersten Chefelektriker des Unternehmens, Edward Whitehouse, war der Ansicht, dass die Drähte von Unterseekabeln so dünn wie möglich sein sollten, um Signalverzögerungen zu begrenzen. Und je dicker das Kabel ist, desto mehr Strom wird benötigt, um es aufzufüllen. Dies ist vergleichbar mit einer Wasserleitung, die gefüllt werden muss, bevor am anderen Ende Wasser herausfließen kann.

Eine weitere Designschule wurde von William Thomson vertreten. Durch die Untersuchung des Momentanstroms leitete er das „Quadratgesetz“ ab, das besagt, dass die Signalverzögerung umgekehrt proportional zum Quadrat der Kabellänge ist. Um den Widerstand zu verringern, empfiehlt Thomson die Verwendung eines Kabelkerns mit großem Durchmesser aus reinstem Kupfer. Seine Ansicht fand die Zustimmung des Chefingenieurs Charles Bright. Da diese Kabelkonstruktion jedoch viel schwerer als der Vorschlag von Morse und Faraday war (der Metallkern und die Guttapercha-Isolierung hätten 392 Pfund pro Seemeile gewogen) und auch teurer, wurde sie von der Atlantic Telegraph Company nicht übernommen. Der Kupferkern des fertigen Kabels wog nur 107 Pfund pro Seemeile, weit weniger als die von Thomson und Bright geforderten 392 Pfund. Nachdem Thomson einen Teiltest an dem Kabel durchgeführt hatte, war er noch schockierter: Die Reinheit des im Kabelkern verwendeten Kupfers war bei weitem nicht ausreichend und die Leitfähigkeit war sehr ungleichmäßig, wobei einige Teile eine doppelt so hohe Leitfähigkeit aufwiesen wie andere.

William Thomson im Jahr 1902. Bildnachweis: Photos.com/Thinkstock

Der Durchmesser des fertigen Kabels beträgt lediglich die Dicke eines menschlichen Zeigefingers. Der Kabelkern besteht aus 7 Kupferdrähten und der Kupferkern ist mit drei Schichten Guttapercha umwickelt. Außerhalb der Gummischicht ist Leinen, das in einer Mischung aus Asphalt, Teer, Leinöl und Wachsöl getränkt ist, darum gewickelt und die Ummantelung aus 18 Stahldrahtsträngen (7 Eisendrähte pro Strang) ist zu einer engen Spirale gewickelt. Dieses Kabel hält einer Zugkraft von mehreren tausend Newton stand. Thomson führte eingehende Untersuchungen zu den Spannungsproblemen von Kabeln durch, entwickelte eine Spannungstheorie für Unterseekabel und veröffentlichte entsprechende Artikel in der Zeitschrift „Engineer“.

Zur Feier der Eröffnung des ersten transatlantischen Kabels wurde das verbleibende Kabel in kleine Stücke geschnitten und zu verschiedenen Souvenirs verarbeitet. Bildnachweis: Division of Work&Industry/National Museum of American History/Smithsonian Institution.

Im Jahr 1857 begann die Atlantic Telegraph Company mit der Verlegung des ersten transatlantischen Telegrafenkabels, nachdem sie im Vereinigten Königreich eine Finanzierung und Unterstützung von der amerikanischen und britischen Regierung erhalten hatte. Irland und Neufundland, die beiden Enden des Kabels, sind etwa 3.200 Kilometer voneinander entfernt, die kürzeste Entfernung in Europa und Amerika. Zu dieser Zeit gab es auf der Welt kein Schiff, das in der Lage gewesen wäre, ein 2.500 Tonnen schweres Unterseekabel über eine so lange Reise durch Wind und Wellen des Atlantischen Ozeans zu transportieren. Daher musste man zwei Schiffe anheuern, die jeweils einen Teil des Kabels transportierten und die beiden an einer bestimmten Stelle zusammenführten (nachdem der erste Plan, das Kabel von Irland nach Neufundland zu verlegen, gescheitert war, wurden die beiden Schiffe so verlegt, dass sie sich in der Mitte des Ozeans trafen, das Kabel zusammenführten und es dann in entgegengesetzte Richtungen verlegten). Das Schiff „Agamemnon“ der britischen Royal Navy und das Schiff „Niagara“ der amerikanischen Navy transportierten jeweils die Hälfte des Kabels für die Verlegungsmission. Leider scheiterte das Projekt zweimal, als das Kabel während des Schiffstransports riss und verloren ging. Am 4. August 1858 war der dritte Versuch endlich erfolgreich.

Am 16. August 1858 schickte Königin Victoria eine Nachricht im Morsecode an den US-Präsidenten James Buchanan. Auch wenn die Geschwindigkeit gering war – die 98 Wörter umfassende Nachricht brauchte 16,5 Stunden zum Senden –, sorgte der Erfolg in der ganzen Stadt für Jubel bei den New Yorkern. Allerdings wurde das Signal im Kabel allmählich schwächer und brach schließlich vollständig ab, und nach drei Wochen war es überhaupt nicht mehr verfügbar. Infolgedessen wurde Field über Nacht vom „Helden“ zum „Betrüger“ und wäre beinahe bankrott gegangen.

Untersuchen Sie die Fehlerursache gründlich <br /> Um die Gründe für das Scheitern dieses Großprojekts zu untersuchen, ernannten das British Economic Committee und die Atlantic Telegraph Company jeweils vier Mitglieder zu einem „Untersuchungsausschuss“. Zu ihnen gehörten die Elektrotechnikexperten Charles Wheatstone und William Cooke, die bereits 1837 britische Patente für die Telegrafentechnologie erhalten hatten. In diesem berühmten und umfangreichen Bericht wurden die Gründe für das Versagen eingehend analysiert, und die daraus gewonnenen Erkenntnisse führten zu einem großen Fortschritt in der Unterseetelegrafentechnologie und sogar in der Elektrotechnik.

Der Bericht weist darauf hin, dass einer der wichtigsten Gründe darin liegt, dass es keine einheitlichen Einheiten zur Messung grundlegender Größen wie Stromstärke und Widerstand gibt und dass selbst diese Begriffe nicht standardisiert sind. Im Jahr 1861 gründete die British Association for the Advancement of Science auf Grundlage der Vorschläge von Thomson, Bright und anderen ein Committee of Electrical Standards der British Association, um einheitliche Standards für elektrische Einheiten zu formulieren. Viele Jahre später, auf dem Internationalen Elektrokongress 1893 in Chicago, schlug Thomson die Verwendung von Volt, Ampere, Farad und Ohm als Grundeinheiten der Elektrizität vor. Diese internationalen Standards wurden offiziell übernommen und werden noch heute verwendet.

Spiegelgalvanometer, hergestellt von der WJ George Company im Vereinigten Königreich im 20. Jahrhundert. Bildquelle: Sammlung des Wissenschaftsmuseums der Tsinghua-Universität.

Eine weitere Lehre besteht darin, dass das Kabel vor der Verlegung als Ganzes getestet werden sollte, um die Leitfähigkeit und die Gesamtisolierung des Kabels zu überprüfen. Der Untersuchungsbericht kam zu dem Schluss, dass das Unternehmen bei der Herstellung und Verlegung des Kabels im Jahr 1857 zu voreilig vorgegangen sei und dass dies größtenteils Field zuzuschreiben sei. Seine Impulsivität und sein Tatendrang sind seine Stärken, aber auch seine Schwächen als Unternehmer.

Auch Whitehouses Sturheit war eine der unmittelbaren Ursachen für das Scheitern. Er zerlegte Thomsons empfindliches und flexibles Spiegelgalvanometer und installierte ein Relais seiner eigenen Erfindung und Patentanmeldung. Er bestand außerdem darauf, eine riesige Induktionsspule zu verwenden, die mehrere tausend Volt erzeugen konnte, statt einer Batterie, die eine geringere Spannung erzeugen würde, die mit einem Spiegelgalvanometer gemessen werden könnte. Das „Untersuchungskomitee“ ist der Ansicht, dass die enorme Impedanz des 3.200 Kilometer langen Unterseekabels zu erheblicher Signaldämpfung und -verzögerung geführt habe und dass Whitehouse die Spannung über den Toleranzbereich des Kabels hinaus erhöht und dadurch das Kabel durchgebrannt habe. Whitehouse verteidigte sich bei der Anhörung energisch und sagte auch aus, Field habe ihm keine Zeit für seine Experimente gegeben.

Trotz öffentlicher Zweifel, Beschimpfungen und Verleumdungen gab sich Field nicht geschlagen. Im Jahr 1865 sammelte er erneut Geld und kämpfte weiter für seine Ideale. Zu dieser Zeit war die Forschung zum drahtgebundenen Telegrafen weiter fortgeschritten. Beispielsweise konnte das von Thomson erfundene Spiegelgalvanometer ein Signal lesen, das durch die leichte Drehung einer kleinen Linse auf dem Kabel 1000-mal gedämpft wurde (optische Verstärkung). Dadurch wurde das Problem der starken Signaldämpfung bei früheren Unterseekabeln gelöst. Aufgrund der Meinungen von Thomson und anderen ersetzte das Unternehmen das Kabel durch ein dickeres, um die Impedanz des Kabelkerns zu verringern. Hinzu kam, dass das größte Schiff der Welt, die Great Eastern, bereits gebaut war und zufälligerweise ungenutzt herumlag. Mit der neuen Telegrafentechnik, der Kabeltechnik und diesem riesigen Schiff mit einer Verdrängung von 22.000 Tonnen wurden Dinge, die vorher extrem schwierig waren, viel einfacher. Am 23. Juli stach die Great Eastern in See und startete Fields nächsten Versuch, doch zwei Tage vor Nordamerika riss das Kabel plötzlich, und auch dieser vierte Versuch schlug fehl.

Musterboxen des Herstellers mit Atlantikkabeln aus den Jahren 1858, 1865 und 1866, mit zunehmend dickeren Kabeln.丨Fotoquelle: Fotografiert im April 2009, Science Museum, London.(
https://atlantic-cable.com/)

Das Glück des Erfolgs kommt endlich

Am 27. Juli 1866 hatte die Great Eastern endlich Glück und schloss die Schiffsverlegung von Valentia, Irland, nach Heart’s Content, Neufundland, erfolgreich ab. Das neue Kabel war leistungsfähiger und ermöglichte eine nahezu sofortige Kommunikation über den Atlantik. Später wurde das zuvor verlorene Kabel geborgen und neu verlegt, wodurch das Atlantikkabel zu einer Doppelleitung mit einer 50-mal höheren Übertragungsgeschwindigkeit als 1858 wurde. Für seinen Beitrag zur Verlegung des Atlantik-Unterseekabels schlug die britische Regierung Thomson 1866 zum Ritter. In Anerkennung seiner herausragenden Leistungen und wissenschaftlichen Beiträge zur Kabeltechnik und Telegrafentechnologie krönte ihn Königin Victoria 1892 persönlich zum ersten Baron Kelvin oder Lord Kelvin.

Im Jahr 1867 erhielt Field vom Kongress der Vereinigten Staaten eine Goldmedaille und auf der Weltausstellung in Paris einen Sonderpreis für seine Beiträge zur Verlegung des transatlantischen Kabels.

„Die alte und die neue Welt sind zu einer gemeinsamen Welt verbunden … die Erde scheint mit einem Herzen zu schlagen.“ Der österreichische Schriftsteller Stefan Zweig bezeichnete in seinem Buch „Wenn die Sterne leuchten“ die Verlegung des Transatlantikkabels als einen der 14 Momente, die den Fortschritt der menschlichen Zivilisation beeinflussten, und lobte den unnachgiebigen Willen des Unternehmers Field in den höchsten Tönen.

Im Jahr 1858 betrug die Signalübertragungsgeschwindigkeit des atlantischen Telegrafenkabels mehrere Wörter pro Stunde und erreichte 1866 6–8 Wörter pro Minute. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts hatten Großbritannien, Frankreich, Deutschland und die Vereinigten Staaten ihre Kabel zu einem Telegrafenkommunikationsnetz verbunden, wodurch die Welt zu einem „kleineren“ Ort wurde.

Karte des Systems der Eastern Telegraph Company im Jahr 1901. (ABC Telegraphic Code, 5. Ausgabe)

Der Wunsch der Menschen nach Kommunikation ist grenzenlos. Mit der Weiterentwicklung der Kommunikationstechnologie sind Glasfasern mit schnelleren Übertragungsgeschwindigkeiten und größerer Kapazität entstanden und haben nach und nach Kabel ersetzt. In der Geschichte der Kommunikation gibt es außerdem eine wichtige technologische Entwicklung – die Funkkommunikation, zu der auch Wissenschaftler und Unternehmer einen großen Beitrag geleistet haben. Wir werden im nächsten Artikel darüber sprechen.

Hauptreferenzen

[1] John Steele Gordon. Ein Faden über den Ozean: Die heroische Geschichte des transatlantischen Kabels [M]. New York: Harper Perennial, 2003: 46, 53, 102-110, 180-192.

[2] Geschichte des Atlantikkabels und der Unterseekommunikation (vom ersten Unterseekabel von 1850 bis zum weltweiten Glasfasernetz) siehe:

https://atlantic-cable.com/

[3] Das erste transatlantische Telegrafenkabel war ein mutiger, schöner Fehlschlag. Siehe:

https://spectrum.ieee.org/the-first-transatlantic-telegraph-cable-was-a-bold-beautiful-failure

[4] Historische Persönlichkeiten der IEC. Sehen:
https://www.iec.ch/geschichte

Dieser Artikel wird vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützt

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

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