"Sợi dây biết hát" dưới đáy đại dương

Ngày 29-7-1858, HMS Agamemnon của Hải quân Hoàng gia Anh và USS Niagara của Hải quân Hoa Kỳ, mỗi tàu đều chở theo hàng tấn cáp điện tín, gặp nhau tại một điểm hẹn trước giữa Đại Tây Dương, đấu nối chỗ cáp với nhau, rồi mỗi bên một ngả, bắt đầu hành trình ngược hướng với nhau, nhưng cùng mở ra trang mới trong lịch sử viễn thông của nhân loại.

Trong chuyến hải trình đó, mỗi tàu vừa đi vừa thả phần cáp đã được đấu nối xuống đáy biển. Đó là cách tuyến cáp điện tín dưới đáy biển xuyên qua Đại Tây Dương, nối liền châu Âu và Bắc Mỹ, đầu tiên được lắp đặt. 

Tuyến cáp giúp Anh và Mỹ gần hơn này cũng đặt viên đá đầu tiên cho kỷ nguyên con người có thể liên lạc và truyền tải dữ liệu nhanh hơn và xa hơn - đầu tiên là từ lục địa này sang lục địa khác, rồi đến rộng khắp toàn cầu, từ những bức điện tín bằng mã Morse đến những cuộc điện thoại đường dài, và sau cùng là hàng tỉ byte thông tin làm nên thế giới số ngày nay.

Hành trình thả cáp đại dương

Cho đến thập niên 1850, hệ thống điện tín đã kết nối đa số khu vực trung tâm trong nội địa các quốc gia hai bên bờ Đại Tây Dương. Riêng về cáp ngầm dưới biển, đã có đường truyền giữa Anh và Pháp, thông qua eo biển Manche. 

Hiển nhiên ai cũng mong chờ đường dây sẽ băng qua đại dương, kết nối đôi bờ, vì thư tín chuyển bằng tàu biển lúc đó mất đến 10 ngày; một đường dây điện tín vượt đại dương có thể cắt ngắn thời gian xuống còn tính bằng giờ.

Năm 1856, doanh nhân, nhà sáng chế người Mỹ Cyrus West Field cùng hai kỹ sư Anh thành lập Công ty điện tín Đại Tây Dương (ATC), với tài trợ từ chính phủ hai nước, để hiện thực hóa giấc mơ tốn kém và khó nhằn về mặt kỹ thuật này.

Họ chọn lắp đặt cáp dưới biển theo tuyến đường biển ngắn nhất nối hai bên Đại Tây Dương: từ đảo Valentia (Ireland) đến Newfoundland (Canada), dài 1.686 hải lý (gần 3.200km). William Thomson, một trong hai kỹ sư người Anh của ATC, tạo ra một loại điện kế gương đủ nhạy để phát hiện và thể hiện các tín hiệu yếu từ đường dây dưới biển. 

Loại cáp được công ty sử dụng có lõi gồm 7 dây đồng, bọc trong lớp nhựa cây gutta-percha, bên ngoài lại quấn dây gai dầu và cuối cùng là sợi sắt. Cách thiết kế này giúp cáp chịu được lực kéo vài tấn nhưng vẫn tương đối dẻo dai linh hoạt.

Lần lắp đặt đầu tiên diễn ra vào ngày 5-8-1857. Hai tàu Agamemnon và Niagara đều khởi hành từ Ireland, vừa đi vừa thả cáp, nhưng mới đi được 1 ngày thì cáp đã đứt, phải lôi ngược từ dưới đáy đại dương lên để sửa. Sau đó, cáp đứt lần nữa ở độ sâu 3,2km, và chiến dịch phải tạm hoãn đến 1 năm sau đó.

Ngày 26-6-1858, kế hoạch được tái khởi động, lần này có chút thay đổi: Niagara và Agamemnon cùng chở cáp chạy ra giữa Đại Tây Dương trước, sau đó nối phần cáp trên mỗi tàu với nhau, rồi mỗi tàu một ngả - tàu Anh về lại Ireland còn tàu Mỹ nhắm thẳng Newfoundland. Lần này cáp lại đứt - một lần sau khi đã đặt được đoạn cáp dài 6km, một lần khi được 100km và cuối cùng khi đã xong được 370km. Cả hai tàu lại buộc phải quay về cảng.

Những người trong đội lắp đặt nản chí, nhưng Field thì không. Sau này nhìn lại, chính sự bền gan vững chí của ông đã làm nên lịch sử. Quá tam ba bận, ngày 29-7 cùng năm, Niagara và Agamemnon lại gặp nhau giữa Đại Tây Dương, đấu cáp, rồi bắt đầu hành trình thả cáp về hai hướng. 

Sóng to gió lớn, tàu có tròng trành, nhưng mọi thứ rồi cũng qua. Điều quan trọng nhất là lần này cáp không đứt. Cuối cùng thì Niagara về đến vịnh Trinity ở Newfoundland an toàn vào ngày 4-8, Agamemnon cũng cập bến Valentia vào hôm sau.

Trong các ngày tiếp theo, phần cáp trên bờ ở cả hai phía được lắp đặt và bắt đầu thử gửi tín hiệu. Tin nhắn chính thức đầu tiên được ghi nhận trên tuyến điện tín dưới biển xuyên Đại Tây Dương này là của Field ("Vinh danh Thiên Chúa trên trời, bình an dưới thế, ân cho loài người") vào ngày 16-8-1858. Đó là tin nhắn thứ 129, và được gửi trong ngày thứ 7 kể từ khi hoạt động.

Ngay sau đó, Nữ hoàng Anh Victoria gửi điện chúc mừng Tổng thống Mỹ James Buchanan về thành công của dự án hai nước vừa hợp tác. Bức điện gồm 98 từ, mất 16 tiếng mới đến nơi; lời hồi đáp của Tổng thống Buchanan, văn hoa hơn và dài tới 149 từ, lại đến sớm hơn, "chỉ" 10 tiếng, theo tạp chí American Scientist. Dù sao thì tốc độ đó vẫn là lịch sử so với việc gửi thư theo tàu mất đến 10 ngày.

Đời sống ngắn ngủi

Báo chí thời đó hân hoan loan tin về sự kiện, mô tả nó là một thành tựu khoa học kỹ thuật đáng phấn khích với tiềm năng to lớn. Nhà khảo cổ Cassie Newland gọi nỗ lực anh hùng của ATC là "sứ mệnh Apollo thời Victoria". Người ta hào hứng nhìn về những viễn cảnh xán lạn khi các quốc gia có thể liên lạc và phối hợp với nhau nhanh hơn trong các vấn đề quốc tế, chuyện làm ăn buôn bán sẽ thông suốt hơn.

Vì thế ai cũng chùng xuống khi chỉ sau vài tuần, tuyến cáp lịch sử phải ngừng hoạt động. Số là ngày 3-9-1858, kỹ sư điện trưởng của ATC đã tăng điện áp của đường dây từ 600V lên tới 2.000V, vì tin rằng làm vậy sẽ tăng tốc độ truyền tín hiệu. Thế nhưng chỉ sau vài giờ, cả hệ thống sập hoàn toàn.

Thất bại chóng vánh của tuyến cáp là cú đấm nặng nề với Field - công chúng cảm thấy bị lừa và cho rằng tất cả chỉ là trò giả mạo. Theo Allison Marsh, giáo sư sử học Đại học South Carolina, tuyến cáp "đoản mệnh" chỉ kịp giúp gửi 732 tin điện báo trong 3 tuần hoạt động. Nhưng như thế cũng đủ để cuộc cách mạng viễn thông toàn cầu bắt đầu.

6 năm sau đó, Field, người không hề từ bỏ giấc mơ điện báo xuyên Đại Tây Dương, rốt cuộc cũng gom đủ tiền để làm lại từ đầu. Nguồn hỗ trợ tài chính lần này chủ yếu đến từ Anh, khi chính phủ nước này vẫn tin vào tiềm năng của hệ thống cáp dưới biển đó, trong khi nước Mỹ bước vào nội chiến, và công chúng có nhiều mối bận tâm hơn là "sợi dây" điện tín băng qua đại dương.

Tuyến cáp năm 1866 của Cyrus Field hoạt động bền vững, truyền được 6-8 từ/phút (đến cuối thế kỷ 19, tăng lên 40 từ/phút). Theo CNN, chỉ trong vài năm tiếp theo, các tuyến cáp đường dài đặt dưới đáy biển mới đã được lắp đặt, nối liền các lục địa và các đảo. Năm 1902, tuyến cáp điện tín từ Canada đến New Zealand đi vào hoạt động, hoàn tất mạng lưới điện báo kết nối khắp toàn cầu.

Năm 1956, Transatlantic No. 1 (TAT-1), cáp điện thoại dưới nước đầu tiên, được đặt, và đến 1988, tuyến thứ 8 (TAT-8) đã có thể truyền tải 280 MB dữ liệu mỗi giây, gấp 15 lần tốc độ Internet trung bình hộ gia đình Mỹ lúc đó, nhờ sử dụng cáp sợi quang học, theo CNN.

Ngày nay, mạng lưới cáp dưới biển với khoảng 487 tuyến cáp đang hoạt động, trải dài trên 1,3 triệu km, gấp 3 lần khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trăng đang là xương sống của Internet toàn cầu (99% lưu lượng Internet quốc tế hiện nay "chạy" qua các tuyến cáp dưới biển, 1% còn lại là Internet vệ tinh), theo Hãng nghiên cứu thị trường viễn thông TeleGeography. Theo bản đồ tương tác thể hiện toàn bộ hệ thống cáp quang toàn cầu của hãng này, Việt Nam đang kết nối với 5 tuyến cáp: AAE-1, AAG, APG, SMW-3 và TGN-IA.

Điều thú vị là kỹ thuật đưa cáp xuống biển và cách bảo vệ chúng ngày nay cũng tương tự như thời Field, theo John Kincey, kỹ sư Hãng Cable & Wireless Worldwide, một chuyên gia về cáp biển. 

"Các nguyên tắc cơ bản vẫn được áp dụng: các sợi cáp vẫn phải được bọc bằng dây thép xoắn để bảo vệ lõi trung tâm, các mối đứt vẫn được phát hiện bằng cách kiểm tra điện trở của phần kim loại bên trong để xác định được đoạn cáp trước khi bị đứt" - Kincey nói với tạp chí Wired.

Điểm khác biệt lớn là cáp ngày nay có lõi bằng sợi quang học, truyền dữ liệu bằng ánh sáng, thay vì sợi đồng như xưa. Năm 2018, Marea - tuyến cáp dưới biển xuyên Đại Tây Dương dài 6.644km (kết nối Mỹ với Tây Ban Nha) - đi vào hoạt động có tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến 160 terabit/giây, gấp 16 triệu lần tốc độ trung bình Internet tại gia. Chỉ mới 1,5 thế kỷ mà công nghệ đã tiến xa đến vậy.

Hệ thống cáp dưới biển ngày nay có thể chuyển hàng tỉ từ mỗi giây, một tốc độ mà Field và các kỹ sư thế kỷ 19 chỉ có thể mơ tới. Nhưng vấn đề là "xương sống" của Internet cũng rất mong manh, dễ vỡ. Mỗi năm, có hơn 100 sự vụ cáp bị đứt hoặc hư hại, đa số là do hoạt động vận tải hàng hải hoặc tác động môi trường, theo TeleGeography. "Có lẽ quý vị cũng nghe chuyện cá mập khoái cắn cáp, nhưng từ 2007 đến nay chưa có vụ nào là do cá mập cắn cả" - công ty này nói trong thông cáo năm 2021.

Tuyến cáp mong manh nhưng cả hệ thống Internet thì không dễ vỡ. Các công ty thường không chỉ phụ thuộc vào một tuyến cáp - nếu có sự cố xảy ra, họ sẽ nhanh chóng điều hướng truy cập sang các tuyến còn lại. Đây là lý do các đại gia công nghệ như Google, Facebook và Microsoft đã chi hàng trăm triệu USD để xây dựng các tuyến cáp dưới biển riêng, tránh để các dịch vụ của họ "mất mạng". Trước thời bùng nổ thông tin, các tuyến cáp thường là do liên minh các nhà mạng, công ty viễn thông hợp tác lắp đặt và vận hành.