“海燕”水下滑翔机:了不起的“海洋精灵”
“让暴风雨来得更猛烈些吧！”这句来自高尔基《海燕》中的呐喊，如今成为了“海燕号”水下滑翔机在海洋观测任务中的真实演绎。2017年8月，专用于台风观测的7台“海燕”水下滑翔机实现组网协作配合，在南海海域先后主动迎击“天鸽”和“帕卡”两场台风，实现了水下滑翔机对台风过境全过程的精细化观测。
在此次任务执行过程中，除了观测数据“满载而归”，7台“海燕”水下滑翔机均未受损坏，实现100%成功回收。这些看上去个头不大的“海洋精灵”如何抵御得了极猛烈风暴的接连袭击？带着这个疑问，我们走进青岛海洋科学与技术国家实验室（以下简称“海洋国家实验室”）海洋观测与探测联合实验室（天津大学部分），去探寻“海燕”水下滑翔机的奥秘。
水下1秒钟可滑翔约1.5米
在海洋观测与探测联合实验室的一楼实验区，依次摆放着多台“海燕”水下滑翔机。它们个个身长体瘦，形似鱼雷，长2.3米，直径约0.2米。别看它们体型不大，内动力却很足，“它的滑翔速度可以达到0.5至1节，定深航速最快可达3节，相当于水下1秒钟内可以滑翔约1.5米，”天津大学机械工程学院讲师、海洋国家实验室海洋观测与探测联合实验室研究员杨绍琼介绍。
根据“海燕”水下滑翔机生产及装配环节的不同，整个实验室被划分为不同的功能区。
在浮力驱动单元测试区，工作人员正在对控制滑翔机浮力的油囊进行调试，通过电机驱动调节油囊的收缩与膨胀，进而可以调节整个滑翔机的浮力。“当油囊中的油抽空时，‘海燕’会呈下潜状态；而油囊回油充满时，则会上浮。”
除了通过自身在水中航向、俯仰、横滚角度等方式进行姿态调整外，“海燕”水下滑翔机的尾部还配备有螺旋桨进行推动，以确保其在必要时的动力驱动，当“海燕”遭遇到较强的海流时，可以通过螺旋桨加大移动力，使滑翔机轻松地穿过。杨绍琼告诉记者，目前“海燕”是国内首台以混合推力为驱动的水下滑翔机。
图为“海燕”水下滑翔机。
对抗台风“海燕”临危受命
2017年8月，在距离海岸线300多公里的南海北部，11台“海燕”水下滑翔机与另外多台由我国自主研发的新型海洋装备协同合作，进行了一次大规模的海上立体组网综合调查。
就在此次任务即将完成之际，8月20日，强台风‘天鸽’在太平洋迅速生成，“当时情况非常紧急，一方面我们考虑紧急撤回之前布放的多台非抗台风的‘海燕’，另一方面团队重新调出多台具有抗台风能力的‘海燕’，借此机会主动追击台风。”天津大学机械工程学院教授、国家海洋实验室海洋观测与探测联合实验室副主任王延辉告诉记者，在极短的时间内，7台抗台风“海燕”水下滑翔机就布放到位。
8月22日下午至23日，“天鸽”经过南海北部海区，台风中心区最大浪高接近10米，风速达到12-14级。位于台风影响范围内的多台“海燕”水下滑翔机，至台风逼近时，距离“天鸽”中心仅十公里。随后的几天时间里，“海燕”水下滑翔机还成功获取了台风“帕卡”过境海域附近的温盐、流速等多种海洋动力环境参数。
“在这种复杂环境下，船是要避港的，‘海燕’需要独自执行任务，在数据收集的不同阶段，它会浮至海面，通过自身重力和浮力调节，将尾部天线翘出水面，通过卫星将采集数据回传至指挥控制中心，与此同时接收下一指令。”杨绍琼介绍，通过这次“台风奇遇”，“海燕”水下滑翔机带回很多第一手的宝贵资料，据了解，这是我国首次利用水下滑翔机获得台风过程中的现场环境参数，通过数据特征的研究，可以对未来台风轨迹的精准预报提供有力的数据支持。
未来力争突破万公里长航程
“客观地说，我国的水下滑翔机技术与国外相比，还存在一定差距。”据杨绍琼介绍，由于我国进入这个领域比较晚，所以在该领域一直落后于发达国家。2001年起，天津大学水下机器人团队开始进行水下滑翔机技术的研发，后来在国家“863”计划等项目支持下，历经十多年的科研攻关，先后成功研制出三代水下滑翔机，填补了我国在这一领域的空白。
2013年，青岛市政府与天津大学聚焦国家海洋战略签订合作框架协议，决定共建实体化研究院。随着研究院的竣工落成，天津大学水下机器人团队正式“移师”青岛，“海燕”水下滑翔机也就此与青岛结缘。在海洋国家实验室的协助下，“海燕”的研发进度取得了接连突破：2014年突破600公里航程，获得连续的剖面观测；2015年，突破1100公里的连续剖面观测；如今“海燕”水下滑翔机的设计航程已达到1500公里。
据杨绍琼介绍，目前团队正在进行3000公里量级的长航程水下滑翔机研制，而他们的终极目标是争取利用5-10年的时间，实现连续航程超过一万公里。要想达到这一目标，一方面需要突破高密度能源或新型能源的技术，通过更换更高密度的能源单元或新能源系统，实现能源单元升级；另一方面则要通过水动力学设计，减少水下滑翔机表面的摩擦阻力；另外，通过主控单元的优化设计，也可以节能降耗，从而提高“海燕”的续航里程，为提升我国长时续、大范围的海洋观测和数据获取能力贡献力量。