新年伊始，滑翔機(jī)“火了”！不過，這個(gè)滑翔機(jī)并非我們想象中的能在空中翱翔，它特指會(huì)在水下“飛”的水下滑翔機(jī)。習(xí)主席在2018年新年賀詞中，對我國科技創(chuàng)新與重大工程建設(shè)進(jìn)行了總結(jié)，其中就提到我國自主研發(fā)的“海翼”號深?；铏C(jī)?！昂Ｒ怼碧柹詈；铏C(jī)曾在馬里亞納海溝成功完成大深度下潛觀測任務(wù)，最大下潛深度達(dá)到6329米，一舉刷新了水下滑翔機(jī)最大下潛深度的世界紀(jì)錄。
作為一種新型水下機(jī)器人，水下滑翔機(jī)是一種具備大范圍、大深度運(yùn)動(dòng)能力的深海監(jiān)測平臺(tái)。在深海探尋“龍宮”之時(shí)，水下滑翔機(jī)主要利用凈浮力和姿態(tài)角調(diào)整獲得前進(jìn)的動(dòng)力，具備能源消耗小、作業(yè)時(shí)間長、航行距離遠(yuǎn)、投放與回收簡單等諸多優(yōu)勢。美國國防部曾表示將持續(xù)加大水下滑翔機(jī)研發(fā)力度，以保證美國海軍的水下作戰(zhàn)優(yōu)勢。一個(gè)屬于水下滑翔機(jī)的時(shí)代已悄然而至。
通過浮力變化實(shí)現(xiàn)“水下翱翔”
暗無天日的深海，溝壑交錯(cuò)的海底，難以捉摸的暗流，嚴(yán)酷的海洋水文條件給水下作業(yè)帶來諸多風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)——深海監(jiān)測目前依舊是一道未解的謎題。
傳統(tǒng)海洋觀測，高度依賴固定系泊設(shè)備和海面船只，飛機(jī)與衛(wèi)星也只能在海面觀測時(shí)“搭把手”。如今，一種可在高危環(huán)境下執(zhí)行高風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)的機(jī)器人悄然誕生，這種可在水下“飛”的“深海精靈”，就是水下滑翔機(jī)。
顧名思義，水下滑翔機(jī)借鑒了航空領(lǐng)域滑翔機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，以浮力作為推進(jìn)動(dòng)力，通過浮力變化實(shí)現(xiàn)水下“翱翔”。水下滑翔機(jī)具備了在深海中長時(shí)間連續(xù)工作的能力，并且在滑行過程中自身消耗能量低，是可持續(xù)的深海觀測平臺(tái)。
不用螺旋槳在水下怎么“飛”？原來，“深海精靈”還有一個(gè)“小肚子”，可以通過控制“肚子”大小來改變自身浮力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在海水中的運(yùn)動(dòng)。通常，水下滑翔機(jī)浮力引擎外部都裝有一個(gè)氣囊。當(dāng)下潛到預(yù)定深度完成任務(wù)后，水下滑翔機(jī)就會(huì)將機(jī)體攜帶的液壓油壓入氣囊中，隨著氣囊的膨脹，滑翔機(jī)的密度會(huì)逐漸低于海水密度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上浮。當(dāng)需要前后運(yùn)動(dòng)時(shí)，“海翼”號配備的可前后移動(dòng)電池就能大顯身手。下潛時(shí)，“海翼”號的電池會(huì)自動(dòng)前移，前部的“翅膀”會(huì)產(chǎn)生向前的推力，上浮時(shí)“海翼”號電池自動(dòng)后移，這樣就可在不斷的下潛上浮過程中實(shí)現(xiàn)折線前進(jìn)。
1995年8月，美國海軍戰(zhàn)略司令部提出“先進(jìn)水下無人艦隊(duì)”構(gòu)想。為順應(yīng)這一發(fā)展趨勢，世界各國紛紛開展了類型多樣、用途廣泛的水下機(jī)器人研究，其中就包括水下滑翔機(jī)。目前，美國、法國、日本、加拿大等國的水下滑翔機(jī)已形成多種型號，在體系結(jié)構(gòu)和性能上各有所長，部分型號已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。
美國自上個(gè)世紀(jì)90年代起就開始進(jìn)行水下滑翔機(jī)的研究，目前已成功研制出多種型號的產(chǎn)品。金槍魚機(jī)器人技術(shù)公司研制的“噴射滑翔者”水下滑翔機(jī)，使用一組電池就可連續(xù)部署超過6個(gè)月。為充分提高水下滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度和淺海部署能力，美國海軍研究辦公室在“水下自主計(jì)劃”需求下，資助ANT公司先后向美國海軍交付了18套水下滑翔機(jī)，還增加了水雷探測、障礙規(guī)避和防范蛙人等功能。
“大鬧龍宮”還需幾多“魔法”
圓圓的頭，前部長著一對“翅膀”，筒狀修長的身體，后面拖著長長的天線尾巴，水下滑翔機(jī)的外貌大致如此。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，看似“呆萌”的水下滑翔機(jī)早已集成了殼體、浮力機(jī)構(gòu)、控制、傳感器、水聲通信、導(dǎo)航及發(fā)射回收等諸多技術(shù)。畢竟，要想在深?！按篝[龍宮”，還必須要有自己的獨(dú)特“魔法”。
水下滑翔機(jī)動(dòng)輒在幾千米深的水下活動(dòng)，那可真是“壓力山大”。為避免被壓成“餡餅”，水下滑翔機(jī)必須使用輕便耐壓的特殊抗壓材料。我國研制的“海翼”號7000米級水下滑翔機(jī)還采用了由輕質(zhì)碳纖維材料制成的外殼，不僅穿上了“鐵布衫”，還成功“瘦身”，為攜帶更多電池提供了空間。同時(shí)，為保證潛得更深、跑得更遠(yuǎn)，還必須進(jìn)行相應(yīng)的減阻設(shè)計(jì)。通過獨(dú)特的前緣設(shè)計(jì)，水下滑翔機(jī)有效減少了阻力，進(jìn)一步提升了續(xù)航時(shí)間。
水下滑翔機(jī)動(dòng)不動(dòng)就在海里“跑”，一不小心“跑丟了”怎么辦？別怕，水下滑翔機(jī)裝備了通信與導(dǎo)航定位設(shè)施，通過姿態(tài)控制把天線最大限度抬離水面，并與衛(wèi)星等終端建立穩(wěn)定通信，源源不斷地傳輸位置、姿態(tài)、狀態(tài)和采集到的各類海洋特征數(shù)據(jù)。
此外，水下滑翔機(jī)的發(fā)射方式包括水面平臺(tái)發(fā)射、通過吊臂和特殊發(fā)射裝置發(fā)射、通過甲板安裝的固定軌道發(fā)射等多種方式，使用后也可通過固定式導(dǎo)軌、吊臂、回收籠以及人工方式收回。
不可或缺的水中“多面手”
強(qiáng)對抗、快節(jié)奏、非線性的信息化海上戰(zhàn)爭，對偵察監(jiān)視、指揮決策、火力打擊等諸多環(huán)節(jié)提出了更高要求，水下戰(zhàn)場空間“無人化”已成為大勢所趨。水下滑翔機(jī)能源消耗小、作業(yè)時(shí)間長、航行距離遠(yuǎn)、投放與回收簡單，可重復(fù)使用及大量投放，在未來的“水下暗戰(zhàn)”中將發(fā)揮重要作用，是未來水下軍事對抗不可或缺的“多面手”。
海洋環(huán)境監(jiān)測平臺(tái)。水下滑翔機(jī)最大的特點(diǎn)，就是能在特定作戰(zhàn)區(qū)域持久存在并進(jìn)行監(jiān)聽。通過配備收集關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳感器，水下滑翔機(jī)可對海洋溫度、密度、深度、潮汐、海流等進(jìn)行長時(shí)間、大范圍的測量，不僅提供科學(xué)、可靠的水文數(shù)據(jù)，更能精確掌握水下聲音傳播特性，為水下作戰(zhàn)提供情報(bào)和信息支撐。同時(shí)，由于水下滑翔機(jī)體積小、重量輕、可控性好，可由多個(gè)水下滑翔機(jī)組成大規(guī)模水聲觀測陣列，與其它海洋環(huán)境探測手段“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”，構(gòu)建完備的海洋環(huán)境探測體系。
水聲偵察機(jī)動(dòng)尖兵。水下滑翔機(jī)具備長航時(shí)、高隱蔽性特性，可將其部署在港口、海峽和出海口，對潛艇、水雷、蛙人等目標(biāo)進(jìn)行隱蔽偵察和預(yù)警探測，為反潛作戰(zhàn)提供早期預(yù)警信息，構(gòu)建起水聲偵察網(wǎng)絡(luò)。美國尤其重視水下滑翔機(jī)在水聲偵察中的應(yīng)用，通過美國海軍研究院資助的“自主海洋采樣網(wǎng)”項(xiàng)目先后開展了一系列海洋水聲探測試驗(yàn)。未來，還可通過水下滑翔機(jī)的“內(nèi)部接力”對目標(biāo)實(shí)施不間斷長時(shí)間跟蹤，構(gòu)建起完備的水聲偵察預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，鍛造出低成本的水下反潛巡邏編隊(duì)。
水下通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。水下滑翔機(jī)搭載有水聲通信、無線通信和衛(wèi)星通信等多種通信設(shè)備，可作為通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)施中繼通信，或?qū)⒊蔀椤昂；锫?lián)網(wǎng)”的重要組成部分。美國海軍在其《無人潛航器主計(jì)劃》中，明確提出把水下滑翔機(jī)作為通信和導(dǎo)航的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。在航行時(shí)，水下滑翔機(jī)可通過水聲通信與其他滑翔機(jī)、潛艇及水面艦艇實(shí)時(shí)傳遞信息；處于水面狀態(tài)時(shí)，它也可以通過衛(wèi)星通信將信息傳送至岸基中心和高空長航時(shí)無人機(jī)，有效遂行聯(lián)合反水雷、反潛作戰(zhàn)等多樣化軍事任務(wù)。
制圖：郭燁瑾