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刷新世界纪录的国产"海翼"号 深海滑翔探"龙宫"

陶然山水 发表于:18-02-02 15:50
刷新世界纪录的国产"海翼"号 深海滑翔探"龙宫"

  新年伊始,滑翔机“火了”!不过,这个滑翔机并非我们想象中的能在空中翱翔,它特指会在水下“飞”的水下滑翔机。习主席在2018年新年贺词中,对我国科技创新与重大工程建设进行了总结,其中就提到我国自主研发的“海翼”号深海滑翔机。“海翼”号深海滑翔机曾在马里亚纳海沟成功完成大深度下潜观测任务,最大下潜深度达到6329米,一举刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。

  作为一种新型水下机器人,水下滑翔机是一种具备大范围、大深度运动能力的深海监测平台。在深海探寻“龙宫”之时,水下滑翔机主要利用净浮力和姿态角调整获得前进的动力,具备能源消耗小、作业时间长、航行距离远、投放与回收简单等诸多优势。美国国防部曾表示将持续加大水下滑翔机研发力度,以保证美国海军的水下作战优势。一个属于水下滑翔机的时代已悄然而至。

  通过浮力变化实现“水下翱翔”

  暗无天日的深海,沟壑交错的海底,难以捉摸的暗流,严酷的海洋水文条件给水下作业带来诸多风险和挑战——深海监测目前依旧是一道未解的谜题。

  传统海洋观测,高度依赖固定系泊设备和海面船只,飞机与卫星也只能在海面观测时“搭把手”。如今,一种可在高危环境下执行高风险任务的机器人悄然诞生,这种可在水下“飞”的“深海精灵”,就是水下滑翔机。

  顾名思义,水下滑翔机借鉴了航空领域滑翔机的经验,以浮力作为推进动力,通过浮力变化实现水下“翱翔”。水下滑翔机具备了在深海中长时间连续工作的能力,并且在滑行过程中自身消耗能量低,是可持续的深海观测平台。

  不用螺旋桨在水下怎么“飞”?原来,“深海精灵”还有一个“小肚子”,可以通过控制“肚子”大小来改变自身浮力,进而实现在海水中的运动。通常,水下滑翔机浮力引擎外部都装有一个气囊。当下潜到预定深度完成任务后,水下滑翔机就会将机体携带的液压油压入气囊中,随着气囊的膨胀,滑翔机的密度会逐渐低于海水密度,进而实现上浮。当需要前后运动时,“海翼”号配备的可前后移动电池就能大显身手。下潜时,“海翼”号的电池会自动前移,前部的“翅膀”会产生向前的推力,上浮时“海翼”号电池自动后移,这样就可在不断的下潜上浮过程中实现折线前进。

  1995年8月,美国海军战略司令部提出“先进水下无人舰队”构想。为顺应这一发展趋势,世界各国纷纷开展了类型多样、用途广泛的水下机器人研究,其中就包括水下滑翔机。目前,美国、法国、日本、加拿大等国的水下滑翔机已形成多种型号,在体系结构和性能上各有所长,部分型号已经实现了产品化。

  美国自上个世纪90年代起就开始进行水下滑翔机的研究,目前已成功研制出多种型号的产品。金枪鱼机器人技术公司研制的“喷射滑翔者”水下滑翔机,使用一组电池就可连续部署超过6个月。为充分提高水下滑翔机的运动速度和浅海部署能力,美国海军研究办公室在“水下自主计划”需求下,资助ANT公司先后向美国海军交付了18套水下滑翔机,还增加了水雷探测、障碍规避和防范蛙人等功能。

  “大闹龙宫”还需几多“魔法”

  圆圆的头,前部长着一对“翅膀”,筒状修长的身体,后面拖着长长的天线尾巴,水下滑翔机的外貌大致如此。随着相关技术的发展,看似“呆萌”的水下滑翔机早已集成了壳体、浮力机构、控制、传感器、水声通信、导航及发射回收等诸多技术。毕竟,要想在深海“大闹龙宫”,还必须要有自己的独特“魔法”。

  水下滑翔机动辄在几千米深的水下活动,那可真是“压力山大”。为避免被压成“馅饼”,水下滑翔机必须使用轻便耐压的特殊抗压材料。我国研制的“海翼”号7000米级水下滑翔机还采用了由轻质碳纤维材料制成的外壳,不仅穿上了“铁布衫”,还成功“瘦身”,为携带更多电池提供了空间。同时,为保证潜得更深、跑得更远,还必须进行相应的减阻设计。通过独特的前缘设计,水下滑翔机有效减少了阻力,进一步提升了续航时间。

  水下滑翔机动不动就在海里“跑”,一不小心“跑丢了”怎么办?别怕,水下滑翔机装备了通信与导航定位设施,通过姿态控制把天线最大限度抬离水面,并与卫星等终端建立稳定通信,源源不断地传输位置、姿态、状态和采集到的各类海洋特征数据。

  此外,水下滑翔机的发射方式包括水面平台发射、通过吊臂和特殊发射装置发射、通过甲板安装的固定轨道发射等多种方式,使用后也可通过固定式导轨、吊臂、回收笼以及人工方式收回。

  不可或缺的水中“多面手”

  强对抗、快节奏、非线性的信息化海上战争,对侦察监视、指挥决策、火力打击等诸多环节提出了更高要求,水下战场空间“无人化”已成为大势所趋。水下滑翔机能源消耗小、作业时间长、航行距离远、投放与回收简单,可重复使用及大量投放,在未来的“水下暗战”中将发挥重要作用,是未来水下军事对抗不可或缺的“多面手”。

  海洋环境监测平台。水下滑翔机最大的特点,就是能在特定作战区域持久存在并进行监听。通过配备收集关键数据的传感器,水下滑翔机可对海洋温度、密度、深度、潮汐、海流等进行长时间、大范围的测量,不仅提供科学、可靠的水文数据,更能精确掌握水下声音传播特性,为水下作战提供情报和信息支撑。同时,由于水下滑翔机体积小、重量轻、可控性好,可由多个水下滑翔机组成大规模水声观测阵列,与其它海洋环境探测手段“强强联手”,构建完备的海洋环境探测体系。

  水声侦察机动尖兵。水下滑翔机具备长航时、高隐蔽性特性,可将其部署在港口、海峡和出海口,对潜艇、水雷、蛙人等目标进行隐蔽侦察和预警探测,为反潜作战提供早期预警信息,构建起水声侦察网络。美国尤其重视水下滑翔机在水声侦察中的应用,通过美国海军研究院资助的“自主海洋采样网”项目先后开展了一系列海洋水声探测试验。未来,还可通过水下滑翔机的“内部接力”对目标实施不间断长时间跟踪,构建起完备的水声侦察预警网络,锻造出低成本的水下反潜巡逻编队。

  水下通信网络节点。水下滑翔机搭载有水声通信、无线通信和卫星通信等多种通信设备,可作为通信网络节点实施中继通信,或将成为“海基物联网”的重要组成部分。美国海军在其《无人潜航器主计划》中,明确提出把水下滑翔机作为通信和导航的网络节点。在航行时,水下滑翔机可通过水声通信与其他滑翔机、潜艇及水面舰艇实时传递信息;处于水面状态时,它也可以通过卫星通信将信息传送至岸基中心和高空长航时无人机,有效遂行联合反水雷、反潜作战等多样化军事任务。