“海燕”水下滑翔機：了不起的“海洋精靈”
“讓暴風雨來得更猛烈些吧！”這句來自高爾基《海燕》中的吶喊，如今成為了“海燕號”水下滑翔機在海洋觀測任務中的真實演繹。今年8月，專用于臺風觀測的7臺“海燕”水下滑翔機實現組網協作配合，在南海海域先后主動迎擊“天鴿”和“帕卡”兩場臺風，實現了水下滑翔機對臺風過境全過程的精細化觀測。
在此次任務執行過程中，除了觀測數據“滿載而歸”，7臺“海燕”水下滑翔機均未受損壞，實現100%成功回收。這些看上去個頭不大的“海洋精靈”如何抵御得了極猛烈風暴的接連襲擊？帶著這個疑問，我們走進青島海洋科學與技術國家實驗室（以下簡稱“海洋國家實驗室”）海洋觀測與探測聯合實驗室（天津大學部分），去探尋“海燕”水下滑翔機的奧秘。
水下1秒鐘可滑翔約1.5米
在海洋觀測與探測聯合實驗室的一樓實驗區，依次擺放著多臺“海燕”水下滑翔機。它們個個身長體瘦，形似魚雷，長2.3米，直徑約0.2米。別看它們體型不大，內動力卻很足，“它的滑翔速度可以達到0.5至1節，定深航速最快可達3節，相當于水下1秒鐘內可以滑翔約1.5米，”天津大學機械工程學院講師、海洋國家實驗室海洋觀測與探測聯合實驗室研究員楊紹瓊介紹。
根據“海燕”水下滑翔機生產及裝配環節的不同，整個實驗室被劃分為不同的功能區。
在浮力驅動單元測試區，工作人員正在對控制滑翔機浮力的油囊進行調試，通過電機驅動調節油囊的收縮與膨脹，進而可以調節整個滑翔機的浮力。“當油囊中的油抽空時，‘海燕’會呈下潛狀態；而油囊回油充滿時，則會上浮。”
除了通過自身在水中航向、俯仰、橫滾角度等方式進行姿態調整外，“海燕”水下滑翔機的尾部還配備有螺旋槳進行推動，以確保其在必要時的動力驅動，當“海燕”遭遇到較強的海流時，可以通過螺旋槳加大移動力，使滑翔機輕松地穿過。楊紹瓊告訴記者，目前“海燕”是國內首臺以混合推力為驅動的水下滑翔機。
對抗臺風“海燕”臨危受命
今年8月，在距離海岸線300多公里的南海北部，11臺“海燕”水下滑翔機與另外多臺由我國自主研發的新型海洋裝備協同合作，進行了一次大規模的海上立體組網綜合調查。
就在此次任務即將完成之際，8月20日，強臺風‘天鴿’在太平洋迅速生成，“當時情況非常緊急，一方面我們考慮緊急撤回之前布放的多臺非抗臺風的‘海燕’，另一方面團隊重新調出多臺具有抗臺風能力的‘海燕’，借此機會主動追擊臺風。”天津大學機械工程學院教授、國家海洋實驗室海洋觀測與探測聯合實驗室副主任王延輝告訴記者，在極短的時間內，7臺抗臺風“海燕”水下滑翔機就布放到位。
8月22日下午至23日，“天鴿”經過南海北部海區，臺風中心區最大浪高接近10米，風速達到12-14級。位于臺風影響范圍內的多臺“海燕”水下滑翔機，至臺風逼近時，距離“天鴿”中心僅十公里。隨后的幾天時間里，“海燕”水下滑翔機還成功獲取了臺風“帕卡”過境海域附近的溫鹽、流速等多種海洋動力環境參數。
“在這種復雜環境下，船是要避港的，‘海燕’需要獨自執行任務，在數據收集的不同階段，它會浮至海面，通過自身重力和浮力調節，將尾部天線翹出水面，通過衛星將采集數據回傳至指揮控制中心，與此同時接收下一指令。”楊紹瓊介紹，通過這次“臺風奇遇”，“海燕”水下滑翔機帶回很多第一手的寶貴資料，據了解，這是我國首次利用水下滑翔機獲得臺風過程中的現場環境參數，通過數據特征的研究，可以對未來臺風軌跡的精準預報提供有力的數據支持。
未來力爭突破萬公里長航程
“客觀地說，我國的水下滑翔機技術與國外相比，還存在一定差距。”據楊紹瓊介紹，由于我國進入這個領域比較晚，所以在該領域一直落后于發達國家。2001年起，天津大學水下機器人團隊開始進行水下滑翔機技術的研發，后來在國家“863”計劃等項目支持下，歷經十多年的科研攻關，先后成功研制出三代水下滑翔機，填補了我國在這一領域的空白。
2013年，青島市政府與天津大學聚焦國家海洋戰略簽訂合作框架協議，決定共建實體化研究院。隨著研究院的竣工落成，天津大學水下機器人團隊正式“移師”青島，“海燕”水下滑翔機也就此與青島結緣。在海洋國家實驗室的協助下，“海燕”的研發進度取得了接連突破：2014年突破600公里航程，獲得連續的剖面觀測；2015年，突破1100公里的連續剖面觀測；如今“海燕”水下滑翔機的設計航程已達到1500公里。
據楊紹瓊介紹，目前團隊正在進行3000公里量級的長航程水下滑翔機研制，而他們的終極目標是爭取利用5-10年的時間，實現連續航程超過一萬公里。要想達到這一目標，一方面需要突破高密度能源或新型能源的技術，通過更換更高密度的能源單元或新能源系統，實現能源單元升級；另一方面則要通過水動力學設計，減少水下滑翔機表面的摩擦阻力；另外，通過主控單元的優化設計，也可以節能降耗，從而提高“海燕”的續航里程，為提升我國長時續、大范圍的海洋觀測和數據獲取能力貢獻力量。
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