文/楊紹瓊

楊紹瓊，天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授、中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)科學(xué)普及工作委員會(huì)委員、《無人系統(tǒng)技術(shù)》青年編委

關(guān)于天津大學(xué)在“海燕”水下滑翔機(jī)及其海試應(yīng)用方面的最新進(jìn)展，我從3個(gè)方面簡(jiǎn)要介紹，包括“海燕”水下滑翔機(jī)的發(fā)展歷程，“海燕”的一些亮點(diǎn)數(shù)據(jù)和海洋環(huán)境觀測(cè)（組網(wǎng)）應(yīng)用。

“海燕”水下滑翔機(jī)是一個(gè)無人自治的平臺(tái)，通過搭載不同的任務(wù)傳感器，包括CTD傳感器和聲學(xué)傳感器等來觀測(cè)海洋中的水文環(huán)境。我們通過配平的方式使它“中性”浮于水面，通過調(diào)節(jié)自身攜帶的浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與其重力匹配，如果重力大于浮力就會(huì)下潛。當(dāng)它達(dá)到指定深度，可以通過浮力調(diào)節(jié)，使浮力大于重力反向回升，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋水體的觀測(cè)。我們可以把海燕水下滑翔機(jī)的浮力單元想象成魚鰾，然后通過結(jié)構(gòu)和能源的設(shè)置使它調(diào)節(jié)浮力，實(shí)現(xiàn)上升或下潛。

它主要包括執(zhí)行單元、感知單元和通信鏈路。執(zhí)行單元主要進(jìn)行浮力調(diào)節(jié)，當(dāng)然還有應(yīng)急單元，出現(xiàn)故障的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)拋載?，F(xiàn)在的水下滑翔機(jī)也做到了螺旋槳推進(jìn)的形式。

天津大學(xué)是從2002年開始水下滑翔機(jī)的研制，近20年來，已經(jīng)形成了“海燕”水下滑翔機(jī)譜系化的發(fā)展。包括工作深度的譜系，從200米到1000米到4000米，到2018年下潛到8213米，以及2020年下潛到10619米這樣一個(gè)世界紀(jì)錄的深度。我們?cè)诶m(xù)航里程上也可以進(jìn)行1000公里、3000公里到現(xiàn)在4435公里，已經(jīng)與世界先進(jìn)水平持平。在任務(wù)傳感器上，可以搭載不同類型，比如湍流傳感器、葉綠素傳感器、海洋傳感器和深海相機(jī)等，從而對(duì)海洋動(dòng)力環(huán)境聲學(xué)特征和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)。

累積到現(xiàn)在，“海燕”水下滑翔機(jī)已經(jīng)跑過了5萬多個(gè)剖面，航行里程約15萬公里。2020年5月，我們刷新了一個(gè)紀(jì)錄，續(xù)航達(dá)到了301天。這樣的話，在海洋環(huán)境觀測(cè)的過程中，就把原來以季度為單位的回收轉(zhuǎn)化成跨年度的回收。

除了單機(jī)平臺(tái)，在組網(wǎng)應(yīng)用方面我們依托海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了無人系統(tǒng)觀測(cè)網(wǎng)的組建和運(yùn)行。5月22日回收最后一臺(tái)水下滑翔機(jī)共在網(wǎng)運(yùn)行了379天。

“海燕”水下滑翔機(jī)參加了很多重要的任務(wù)。比如第10次北極航次科學(xué)考察任務(wù)，大洋第45 /46航次觀測(cè)科考任務(wù)，首次對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。

目前我們依托海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)，也組建了“海燕”的生產(chǎn)基地。青島研發(fā)生產(chǎn)基地能年產(chǎn)50臺(tái)。

環(huán)境方面，我們依托無人系統(tǒng)組網(wǎng)的觀測(cè)，順利開展了多型異構(gòu)編隊(duì)協(xié)同觀測(cè)試驗(yàn)、多尺度海洋動(dòng)力過程及臺(tái)風(fēng)等極端環(huán)境下的環(huán)境觀測(cè)，驗(yàn)證了我們的水下滑翔機(jī)在極端環(huán)境下的觀測(cè)能力。這也是我們水下滑翔機(jī)起名“海燕”的原因，借用高爾基的一句話，就是“讓暴風(fēng)雨來得更猛烈些吧！”?，F(xiàn)在，我們也實(shí)現(xiàn)了在極端臺(tái)風(fēng)環(huán)境中的水下觀測(cè)。

2019年，海洋智能裝備岸控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)超30臺(tái)水下滑翔機(jī)和多臺(tái)波浪滑翔機(jī)的任務(wù)規(guī)劃、顯示操控等功能，具備了對(duì)百臺(tái)及以上海洋智能裝備的操控功能。在多型異構(gòu)編隊(duì)與協(xié)作技術(shù)和控位精度上，我們也取得了一些進(jìn)展。目前，跟國(guó)外同技術(shù)水平的水下滑翔機(jī)相比，我們已經(jīng)從跟跑到并跑，到現(xiàn)在在某些領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)跑。